REALISASI VISKOMETER DIGITAL DENGAN PRINSIP KECEPATAN PUTAR BALING-BALING PADA MINYAK GORENG MENGGUNAKAN SENSOR OPTOCOUPLER BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
ABSTRAK
REALISASI VISKOMETER DIGITAL DENGAN PRINSIP KECEPATAN
PUTAR BALING-BALING PADA MINYAK GORENG MENGGUNAKAN
SENSOR OPTOCOUPLER BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Oleh
Een Enniyawati
Telah direalisasikan alat pengukur kualitas minyak goreng dengan parameter
viskositas dan kecepatan putar motor DC dengan tampilan komputer. Alat tersebut
terdiri dari sensor optocoupler, motor DC, mikrokontroler ATMega 8535, balingbaling, piringan dengan 2 lubang dan komputer. Proses kerja alat yaitu ketika
motor DC dihidupkan maka baling-baling yang bersentuhan langsung dengan
minyak goreng dan piringan yang berada di luar minyak akan ikut bergerak, yang
mengakibatkan sensor bekerja. Pada saat sensor optocoupler bertemu lubang pada
piringan maka sensor optocoupler mengalirkan arus listrik dan mikrokontroler
akan membaca keluaran dari sensor, dan akan dihitung oleh program sebagai nilai
kecepatan motor lalu nilai viskositas yang didapatkan merupakan hasil dari uji lab
menggunakan metode bola jatuh.
Kata Kunci: Viskositas, Minyak Goreng, Mikrokontroler
ABSTRACT
REALIZATION OF DIGITAL VISCOMETER WITH PRINCIPLE SPEED OF
PROPELLER ON COOKING OIL USING SENSOR OPTOCOUPLER BASED
MICROCONTROLLER ATMEGA 8535
By
Een Enniyawati
The has been realized gauge quality of cooking oil with viscosity parameters and
rotational speed DC motor with a computer display. The instrument consists of a
sensor optocoupler, DC motors, microcontroller ATMega 8535, propeller, disc
with two holes and a computer. The work process tool that is when the DC motor
is turned on, the propeller are in direct contact with cooking oil and a dish that is
outside the oil will also move, causing the sensor to work. At the time of the
optocoupler sensor meets a hole on the disc then an electric current optocoupler
sensor and the microcontroller will read the output from the sensor, and will be
calculated by the program as the value of the motor speed and the viscosity value
obtained is the result of lab tests using the falling balls.
Keywords: Viscosity, Cooking Oil, Mikrokontroller
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ketapang, Kotabumi Lampung Utara pada tanggal 21 April
1989, anak keenam dari pasangan Saman (Alm) dan Saipah. Penulis
menyelesaikan pendidikan di SD N 1 Ketapang pada tahun 2001, SMP N 6
Kotabumi pada tahun 2004 dan SMA N 2 Kotabumi pada tahun 2007.
Selanjutnya, pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai mahasiswi di Jurusan
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru ( SPMB).
Selama menjadi mahasiswi, penulis aktif dikegiatan kampus antara lain sebagai
anggota bidang kaderisasi HIMAFI (Himpunan Mahasiswa Fisika) pada tahun
2008/ 2009. Penulis pernah menjadi asisten Fisika Dasar I dan Fisika Dasar II
pada tahun 2009 – 2011. Penulis juga pernah melakukan PKL (Praktek Kerja
Lapangan) di PT PLN (Persero) TRAGI TARAHAN Gardu Induk Teluk Betung.
Selanjutnya Penulis melakukan penelitian mendesain dan merancang alat ukur
vskositas minyak kelapa sawit sebagai tugas akhir di Jurusan Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
MOTO
Mimpi Adalah Kunci Untuk Kita Menaklukan Dunia
---Laskar Pelangi---
“Success is a state of mind. If you want success, start
thinking of yourself as a success”
(Dr. Joyce Brothers)
Perjalanan sejauh apapun dimulai dengan satu langkah
pertama. Tanpa mengambil langakah pertama tersebut,
perjalanan tidak akan bias dimulai.
~ Chinese Proverb ~
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan pencipta
langit dan bumi serta penguasa semesta alam, karena atas kuasa-Nya penulis
masih diberi kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika.
2.
Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A. selaku pembimbing 1 sampai seminar hasil,
terimakasih atas judul skripsi yang diberikan, bantuannya, do’a dan dukungan
yang diberikan sampai penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
3.
Bapak Arif Surtono. S.Si, M.Si. M.Eng selaku pembimbing 1 yang
menggantikan pembimbing 1 sebelumnya setelah seminar hasil sampai
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan selaku Pembimbing Akademik.
4.
Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si, M.T selaku Pembimbing II.
5.
Bapak Drs Amir Supriyanto M.Si selaku dosen Penguji.
6.
Dosen dan Karyawan di Jurusan Fisika FMIPA Unila.
7.
Teman-teman, Kis, Mardi, Miftah, Arum, Yuyun, Fikri, Ricky dan temanteman yang lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu serta semua pihak
yang telah membantu penulis selama penelitian ini.
Semoga Allah senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya serta memberkahi
hidup kita. Amin. Wassalamu’alaikum Wr.Wb
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan, kesempatan
serta kesabaran kepada Penulis, sehingga dapat menulis dan menyelesaikan
Skripsi ini. Skripsi ini berjudul “Realisasi Viskometer Digital Dengan Prinsip
Kecepatan Putar Baling-baling Pada Minyak Goreng Menggunakan Sensor
Optocoupler Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535” sebagai syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
Skripsi ini menjelaskan karakteristik dan kegunaan sensor optocoupler untuk
mendeteksi kecepatan putar motor DC serta antarmuka atau akuisisi data ke
komputer melalui jalur komunikasi serial USB.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna dan masih terdapat
kekurangan, sehingga saran dan kritik yang bersifat membangun sangat
dinantikan. Akhir kata Penulis sampaikan, “selamat membaca dan mempelajari
skripsi ini dengan sebaik-baiknya, semoga tulisan yang sederhana ini berguna dan
bermanfaat bagi kita semua”. Amin.
Bandar Lampung,
Penulis
2015
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN
i
DAFTAR ISI
ii
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR GAMBAR
v
I.
II.
III.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
B. Tujuan Penelitian
C. Manfaat Penelitian
D. Batasan Masalah
E. Rumusan Masalah
1
3
4
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Lain yang Terkait
B. Fluida
C. Viscositas
D. Kecepatan sudut
E. Mikrokontroler
F. Sensor Optocoupler
G. Interfacing
H. Pemograman Visual Basic 6.0
5
6
9
13
14
17
18
20
METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
B. Alat dan Bahan
C. Langkah Kerja
D. Prosedur Penelitian
1. Rancangan perangkat keras
a. Rancangan Perangkat Keras Mekanik
21
21
22
24
24
24
ii
b. Diagram Blok Penelitian
c. Rancangan Sensor Optocoupler
2. Perancangan perangkat Lunak
IV.
V.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
B. Pembahasan
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iii
25
26
27
29
31
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
3.1 Pengukuran viskositas menggunakan bola jatuh
28
3.2 Pengukuran kecepatan motor menggunakan RPM Digital
28
4.1. Pengujian rangkaian sensor
33
4.2 Nilai kecepatan putar motor Dc Menggunakan Tachometer ,kecepatan
putar motor DC yang tertera di alat, dan nilai viskositas
iv
40
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1 Aliran Viskos
10
2.2 Viskometer Silinder Sesumbu
12
2.3 PIN Mikrokotroler ATMega8535
16
2.4 Sensor Optocoupler
17
2.5 Tampilan Awal Visual Basic 6.0
20
3.1 Rancangan Perangkat Keras Mekanik.
23
3.2 Diagram Blok Penelitian
24
3.3 Diagram alir Penelitian
25
3.4 Rangkaian sensor Optocoupler
26
3.5 Diagram Alir Perangkat Lunak
27
3.6 (a) Grafik η, (b) Grafik V
28
4.1 Perangkat keras
30
4.2. Rangkaian sensor Optocoupler
32
4.3 Piringan yang telah dilubangi
32
4.4 Alat Ukur viskositas secara keseluruhan
38
4.5. Tampilan pada Komputer
39
1.6.Grafik kecepatan dan viskositas
43
v
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Minyak goreng merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia sebagai alat
pengolahan bahan-bahan makanan. Minyak goreng berfungsi sebagai media
penggorengan sangat penting dan kebutuhannya semakin meningkat. Minyak
dapat bersumber dari tanaman, misalnya minyak zaitun, minyak jagung, minyak
kelapa sawit dan minyak biji bunga matahari (Ketaren, 1986).
Diantara macam-macam minyak goreng tersebut minyak kelapa sawit dalam
proses pemasarannya mampu mengisi dan bersaing dengan minyak nabati lainnya.
Dilihat dari nilai gizi nya, penggunaan minyak kelapa sawit sebagai minyak
goreng sangat menguntungkan, adanya karoten dan tokoferol yang terkandung
didalamnya menyebabkan minyak kelapa sawit tidak mudah tengik, selain itu
minyak kelapa sawit dapat dikatakan sebagai minyak goreng non kolesterol.
Seringkali kita temukan penggunaan minyak goreng yang terlalu lama sehingga
menyebabkan terjadinya perubahan warna, bau dan sifat-sifat fisika maupun kimia
lainnya dari minyak goreng itu sendiri. Perubahan sifat fisika dan kimia dari
minyak goreng akibat lamanya penggunaan ini tentu saja berpengaruh terhadap
nilai gizi yang terkandung di dalam minyak goreng itu sendiri, secara langsung
2
maupun tidak langsung mempengaruhi sistem kesehatan tubuh kita yang
mengkonsumsi minyak goreng tersebut (Ketaren, 1986).
Minyak kelapa sawit merupakan benda yang berwujud cair, setiap benda yang
berwujud cair akan memiliki suatu tetapan kekentalan, kekentalan yang dimiliki
setiap zat akan berbeda bergantung pada konsentrasi dari zat atau fluida tersebut,
kekentalan dari suatu zat cair disebut dengan viskositas.
Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan
gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Bila suatu zat cair
mudah mengalir, maka zat cair tersebut memilki viskositas yang rendah, dan
sebaliknya bila zat cair tersebut sulit mengalir, maka zat cair tersebut memilki
viskositas yang tinggi. Oleh karena itu, minyak kelapa sawit seharusnya memiliki
kekentalan yang kecil saat suhu rendah dan tinggi.
Ada beberapa metode yang dapat digunakan dalam pengukuran viskositas cairan,
yaitu bola jatuh (Falling ball), bola bergulir (Rolling ball), pipa kapiler, rotasi
silinder konsentris (Couette), rotasi kerucut-plat, pelat paralel dan ford-cup
(Walters, 1996). Dari metode-metode tersebut ada beberapa metode yang tidak
bisa menggunakan cairan dengan tingkat kekentalan yang sangat tinggi, yang
dapat diakibatkan oleh sensor yang tidak dapat menembus cairan dengan tingkat
kekentalan yang sangat tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, maka dibuat cara
lain yaitu dengan meletakkan sensor diluar cairan, dan baling-baling yang
langsung bersentuhan dengan cairan.
Uji kualitas fluida menggunakan baling-baling putar sebelumnya telah dilakukan
oleh Andriyanto (2008), dengan bahan uji oli mesin. Dari penelitian tersebut
3
secara kualitatif ditunjukkan bahwa oli yang paling baik yaitu oli dengan nilai
viskositas
yang
besar,
pada
penelitian
tersebut
pembacaan
dilakukan
menggunakan LCD.
Selanjutnya pada penelitian ini akan dilakukan perancangan alat ukur viskositas
(viskometer) dengan cara mengukur kecepatan putar baling-baling menggunakan
sensor optocoupler dan pembacaannya menggunakan PC. Sensor optocoupler
adalah sensor yang bersifat saklar. Sensor ini mampu mensaklar (on/of) bila
terkena cahaya serta menghasilkan output digital. Sifat dari sensor optocoupler ini
dimanfaatkan oleh peneliti untuk merealisasikan sebuah alat yang dapat
menampilkan kecepatan putar.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah
1.
Direlisasikannya sistem pengukuran index kekentalan (viskometer) berbasis
optocoupler dengan metode pengukuran kecepatan putar baling-baling.
2.
Mengetahui kualitas minyak goreng dari variasi jenis minyak goreng dengan
pengukuran kecepatan putar baling-baling pada minyak goreng tersebut.
3.
Mengetahui aplikasi sensor optocoupler (tak langsung) pada sistem
viskometer.
4
C. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah
1.
Dapat mengetahui tingkat kekentalan minyak kelapa sawit dari kecepatan
putar baling-baling pada minyak kelapa sawit tersebut.
2.
Dapat mengetahui waktu pemakaian minyak kelapa sawit yang baik dengan
menggunakan prinsip kecepatan putar baling-baling yang didapatkan.
D. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah
1.
Menggunakan minyak goreng dengan tiga jenis sebagai bahan uji.
2.
Menggunakan sensor optocoupler sebagai pendeteksinya.
3.
Volume larutan uji harus sesuai dengan kapasitas bejana/tabung yang
digunakan.
4.
Minyak goreng dipanaskan dengan waktu yang telah ditetapkan.
E. Rumusan Masalah
Dalam melakukan penelitian ini telah dirumuskan beberapa masalah sebagai
berikut
1.
Bagaimana merancang sistem mekanik alat ukur kekentalan minyak goreng
menggunakan baling-baling dan sensor optocoupler sebagai pendeteksi
kecepatan motor DC.
2.
Bagaimana mengetahui tingkat kekentalan minyak goreng menggunakan
prinsip kecepatan putar baling-baling.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Lain yang Terkait
Uji kualitas fluida sebelumnya telah banyak dilakukan seperti yang dilakukan oleh
Sutiah (2008), dengan judul Studi Kualitas Minyak Goreng Dengan Parameter
Viskositas Dan Indeks Bias, penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui
kualitas minyak goreng yang belum pernah dipakai dan setelah dipakai
berdasarkan viskositas dan indeks bias. Pengukuran viskositas menggunakan alat
viskosimeter Ostwald dan pengukuran indeks bias menggunakan metode
pembiasan pada prisma pada suhu kamar. Minyak yang digunakan adalah dalam
kondisi segar, kemudian terpakai sebanyak 1 dan 2 kali. Analisis kualitas minyak
berdasarkan pengukuran viskositas dan indeks bias menunjukkan bahwa nilai
viskositas yang paling besar yaitu pada minyak goreng yang belum pernah
dipakai. Nilai viskositas dan indeks bias yang paling kecil yaitu pada minyak
goreng yang sudah dipakai dua kali. Pada penelitian yang dilakukan Andriyanto
(2008), uji kualitas fluida dilakukan dengan menggunakan baling-baling putar
dengan bahan uji oli mesin dan dilakukan pembacaan hasil menggunakan LCD,
pada penelitian tersebut secara kualitatif ditunjukkan bahwa oli yang paling baik
yaitu oli dengan nilai viskositas yang besar.
6
Lalu pada penelitian menentukan viskositas berikutnya dengan judul Rancang
Bangun Viskometer Dengan Metode Rotasi Berbasis Komputer yang dilakukan
oleh Samdara (2008), Viskometer yang dibuat Samdara dirancang dengan standar
Searle, dimana silinder dalam diputar dan silinder luar dibiarkan bebas. Kecepatan
rotasi silinder luar sebanding dengan viskositas fluida yang diukur. Jumlah rotasi
silinder luar dihitung oleh program melalui port paralel. Konversi data dari
kecepatan rotasi menjadi besaran viskositas mengikuti persamaan : viskositas =
1,7711 x kecepatan rotasi – 232,77. Program menampilkan hasil pengukuran dan
menyimpannya dalam database. Alat yang telah dibuat memiliki resolusi
pengukuran 1,7711 cP dan error sebesar 4,23 % dan fluida yang digunakan
sebagai sampel; minyak goreng, oli SAE 10, oli SAE 20, oli SAE 30, dan oli SAE
40.
B. Fluida
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara
permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di
dalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan, lapisan yang satu akan
mengalir di atas lapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk
baru. Selama
perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser ( shear stress ), yang besarnya
bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu.
Bila fluida telah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser tersebut
akan hilang sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Pada
temperatur dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Jika
densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan tekanan yang
7
relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible. Tetapi jika densitasnya peka
terhadap perubahan variabel temperatur dan tekanan, fluida tersebut digolongkan
compresible. Zat cair biasanya dianggap zat yang incompresible, sedangkan gas
umumnya dikenal sebagai zat yang compresible.
Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah
fluida itu berada di bawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah
yang pengaruh gesekan dinding kecil, tegangan geser dapat diabaikan dan
perilakunya mendekati fluida-ideal, yaitu incompresible dan mempunyai
viskositas 0. Aliran fluida ideal yang demikian disebut aliran potensial. Pada
aliran potensial berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum
kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri pokok:
1. tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu
disebut aliran irotasional
2. tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energy
mekanik menjadi kalor. (Sutrisno, 1997)
Berdasarkan penjelasan tersebut maka dapat didefinisikan bahwa fluida
adalah suatu zat yang dapat mengalir. Dimana fluida meliputi cairan yang
mengalir dibawah pengaruh gravitasi sampai menempati daerah terendah
yang mungkin dari penampungnya, dan gas yang mengembang mengisi
penampungnya tanpa peduli bentuknya. (Halliday, 1984)
Zat cair dan gas adalah fluida, sebab jarak antara dua partikel didalam fluida
tidaklah tetap. Contoh dari fluida (zat cair) adalah minyak, oli, dan air.
8
Minyak kelapa sawit merupakan salah satu jenis fluida, dikarenakan minyak
bukan merupakan benda tegar, minyak kelapa sawit juga tidak mudah untuk
dimampatkan.
Minyak kelapa sawit adalah minyak yang dihasilkan dari inti kelapa sawit
(palm kernel oil). Minyak kelapa sawit terutama dikenal sebagai bahan
mentah minyak dan lemak pangan yang digunakan untuk menghasilkan
minyak goreng, shortening, margarin, dan minyak makan lainnya. Dengan
kandungan karoten yang tinggi, minyak sawit merupakan sumber provitamin
A yang murah dibandingkan dengan bahan baku lainnya. Minyak sawit ini
dihasilkan dari ekstraksi bagian sabut buah dan biji buah kelapa sawit.
Minyak yang dihasilkan dari bagian kulit atau sabut tersebut dikenal dengan
nama Crude Palm Oil (CPO) dan bagian dari biji buahnya disebut Palm
Kernel Oil (PKO).
Minyak kelapa sawit mengandung asam lemak tidak jenuh dengan
perbandingan yang hampir sama, yaitu 40% asam oleat, dan 44% asam
palmitat. Minyak sawit juga merupakan sumber vitamin E, tokoferol dan
tokotrienol yang berperan sebagai antioksidan, yaitu suatu zat yang dapat
mencegah terjadinya oksidasi. Tokoferol dan tokotrienol dapat menangkap
radikal bebas dan mencegah kanker.
Selain asam lemak dan trigliserida ini antara lain: motibgliserida, digliserida,
fosfatida, karbohidrat, turunan karbohidrat, protein, dan bahan-bahan
berlendir atau getah (gum) serta zat-zat berwarna yang memberikan warna
serta rasa dan bau yang tidak diinginkan. (Departemen perindustrian, 2012)
9
C. Viskositas
Viskositas adalah fluida yang memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu,
atau dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan
antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Viskositas dalam cairan
ditimbulkan oleh gesekan dalam lapisan-lapisan dalam cairan, sehingga makin
besar gesekan yang terjadi maka viskositasnya semakin besar, begitu juga jika
gesekan yang terjadi lebih kecil, maka viskositasnya juga kecil. (Sutiah, 2008)
semakin besar kekentalan suatu zat cair, maka akan semakin sukar zat cair itu
mengalir dan bila cairan semakin encer maka semakin mudah mengalir,
sesuaidengan persamaan berikut:
(1)
Keterangan:
Q= fluiditas
Fluiditas yaitu kemudahan suatu zat cair untuk mengalir. Dari rumus diatas dapat
dilihat bahwa Fluiditas berbanding terbalik dengan koefisien kekentalan
(Koefisien Viskositas). (Kanginan, 2005)
Viskositas terdapat pada zat cair maupun gas, pada zat cair, viskositas disebabkan
oleh gaya kohesi antar molekul, sedangkan pada gas terjadi akibat tumbukan antar
molekul. Fluida yang berbeda memiliki besar viskositas yang berbeda, misal sirup
lebih kental dari air, minyak lemak lebih kental dari minyak mesin, zat cair pada
umumnya jauh lebih kental dari gas.
10
Viskositas juga dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan
geseka antara molekul–molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan
yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan
sebaliknya bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi.
Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi
fluida tipis diantara kedua bidang tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Aliran viskos
Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h,
sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang
bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida
dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu
gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang
atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida di bawahnya akan membentuk
suatu lapisan-lapisan yang saling bergeseran. Setiap lapisan tersebut akan
memberikan tegangan geser (σ) sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan
lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan kecepatan lapisan fluida paling
bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (γ) pada lapisan fluida disuatu
tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida
menjadi:
11
(2)
Menurut Newton hubungan antara gaya-gaya suatu aliran viskos sebagai geseran
dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya.
Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara
tegangan geser (σ) dengan kecepatan gesernya (γ) konstan. Parameter inilah yang
disebut dengan viskositas. Pada fluida Newtonian perbandingan antara besaran
kecepatan geser dan tegangan geser adalah konstan,
σ η.γ
(3)
Parameter (η) ini didefinisikan sebagai viskositas absolut (dinamis) dari suatu
fluida. Besaran viskositas dapat dinyatakan dengan :
⁄
⁄
.
.
(4)
Besaran viskositas berbanding terbalik dengan perubahan temperatur. Kenaikan
temperatur akan melemahkan ikatan antar molekul suatu jenis cairan sehingga
akan menurunkan nilai viskositasnya.
Viskometer rotasi.
Viskometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur viskositas suatu
fluida. Model viskometer yang umum digunakan berupa viskometer peluru jatuh,
tabung (pipa kapiler) dan sistem rotasi. Viskometer rotasi silinder sesumbu
(concentric cylinder) dibuat berdasarkan 2 standar, yaitu sistem Searle dimana
silinder bagian dalam berputar dengan silinder bagian luar diam dan sistem
Couette dimana silinder bagian luar yang diputar, sedangkan bagian dalam
12
silinder diam. Fluida yang akan diukur ditempatkan pada celah di antara kedua
silinder. Persamaan matematis untuk menghitung viskositas diturunkan dari
hukum Newton tentang aliran viskos.
Gambar 2.2. Viskometer silinder sesumbu.
Silinder dalam dengan jari–jari rd dan tinggi h berputar dengan kecepatan sudut
konstan (ω) pada silinder luar dengan jari – jari rl. Gaya (F) yang bekerja terhadap
fluida pada jarak r di antara kedua silinder menghasilkan tegangan geser (σ) pada
fluida sebesar :
⁄
. .
.
.
(5)
T merupakan torsi yang bekerja pada fluida yang merupakan hasil kali antara gaya
(F) yang diberikan oleh putaran silinder dalam dengan jarak fluida dari pusat
silinder (r). Kecepatan geser dapat dinyatakan sebagai :
(6)
Hubungan antara kecepatan geser dengan tegangan geser menghasilkan
persamaan viskositas untuk fluida Newtonian sebagai :
. .
(
)
(7)
13
keterangan :
η : viskositas absolut
f : kecepatan rotasi silinder dalam
h : tinggi silinder dalam
rd : jari-jari silinder dalam
rl : jari-jari silinder luar
T : torsi.
Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa nilai viskositas fluida dalam silinder
sebanding dengan torsi yang timbul pada silinder luar. Jika silinder luar memiliki
gaya gesekan tertentu, maka silinder luar akan berotasi dengan kecepatan tertentu.
(Rida, 2008)
D. Kecepatan sudut
Kecepatan tangensial dan kecepatan sudut partikel yang bergerak melingkar dapat
dinyatakan dalam periode dan frekuensi. Besar kecepatan partikel yang
melakukan gerak melingkar dinyatakan melalui persamaan :
(8)
Keterangan :
= kecepatan sudut (rad/sekon)
r = jarak partikel dari usat lintasan melingkar (meter)
T = periode (sekon)
f = frekuensi (1/sekon = hertz)
14
E. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian
elektronik dan umumnya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler
umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan
unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah
terintegrasi di dalamnya. Kelebihan utama dari mikrokontroler ialah tersedianya
RAM dan peralatan I/O pendukung, sehingga ukuran board mikrokontroler
menjadi sangat ringkas.
ATMega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur
RISC (Reduced Instruction Set Computing). Kebanyakan instruksi dikerjakan
pada satu siklus clock, ATMega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS
per MHz, hal ini membuat ATMega8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi
walaupun dengan penggunaan daya rendah.
(winoto, 2010)
ATMega8535 sendiri mempunyai fitur-fitur sebagai berikut:
1. Sistem mikrokontroler 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
2. Memiliki memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.
3. Memiliki ADC (Analog Digital Converter) internal dengan ketelitian 10 bit
sebanyak 8 saluran.
4. Memiliki PWM (Pulse Wide Modulation) internal sebanyak 4 saluran.
5. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
15
6. Enam pilihan mode sleep, untuk menghemat penggunaan daya listrik.
Bagian – bagian ATMega8535
Adapun bagian-bagian ATMega8535 adalah
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D
2. CPU yang memiliki 32 buah register.
3. SRAM sebesar 512 byte.
4. Flash memory sebesar 8kb yang memiliki kemampuan Read While Write.
5. EEPROM sebesar 512 byte dapat diprogram selama beroperasi.
6. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembanding.
7. Two wire serial Interface.
8. Port antarmuka SPI.
9. Unit interupsi internal dan eksternal.
10. Port USART untuk komunikasi serial.
11. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
Konfigurasi Pin ATMega8535
1. VCC untuk tegangan pencatu daya positif.
2. GND untuk tegangan pencatu daya negatif.
3. PortA (PA0 – PA7) sebagai port Input/Output dan memiliki kemampuan lain
yaitu sebagai input untuk ADC.
4. PortB (PB0 – PB7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki kemampuan
yang lain.
5. PortC (PC0 – PC7) sebagai port Input/Output untuk ATMega8535.
16
6. PortD (PD0 – PD7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki kemampuan
yang lain.
7. RESET untuk melakukan reset program dalam mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 untuk input pembangkit sinyal clock.
9. AVCC untuk pin masukan tegangan pencatu daya untuk ADC.
10. AREF untuk pin tegangan referensi ADC.
Gambar 2.3. PIN Mikrokotroler ATMega8535.
(Anonimous , 2012)
F. Sensor Optocoupler
Optocoupler adalah alat yang dipakai untuk mengkopel cahaya dari sumber ke
detektor tanpa hubungan kelistrikan. Optocoupler dibentuk oleh sumber cahaya
yaitu LED dan detektor foto yang berupa transistor foto. Sinyal listrik (arus) pada
input menjadi sinyal optik dengan menggunakan sumber cahaya yaitu LED dan
sinyal optik tersebut dapat diterima detektor untuk diubah menjadi sinyal listrik
kembali. Berikut adalah gambar sensor optocoupler :
17
Gambar 2.4. Sensor Optocoupler
Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:
1.
pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan
dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang
lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra
merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
2.
pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen photodiode.
Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap cahaya. Suatu
sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra
merah. Karena spektrum infra menpunyai efek panas yang lebih besar dari
cahaya tampak,maka photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi dari
sinar infra merah. ( Zemansky, 1982 ).
Prinsip kerja optocoupler adalah ketika ada benda yang berada di antara celah
sensornya, maka cahaya yang dikirimkan tidak bisa diterima oleh bagian
penerimanya, sehingga menghasilkan tegangan keluaran yang nilainya mendekati
VCC, begitu juga sebaliknya jika tidak ada benda diantara celah sensornya maka
akan menghasilkan tegangan keluaran yang nilainya mendekati 0 Volt.
18
G. Interfacing
Komputer saat ini telah menjadi alat bantu utama bagi manusia dan digunakan
bukan hanya untuk menyelesaikan permasalahan di temapat kerja, membuat
program atau bermain game, tetapi dapat digunakan untuk mengontrol alat
melalui berbagai port yang tersedia dan dikenal dengan istilah Interfacing
komputer. Interfacing (antar muka) adalah bagian dari disiplin ilmu komputer
yang mempelajari teknik-teknik menghubungkan komputer dengan peralatan
elektronika lainnya. Sistem komputer yang berpusat pada pemroses utama (baik
itu Mikroprosesor maupun Mikrokontroler) memiliki kemampuan yang besar
dalam memecahkan masalah tetapi tidak ada manfaatnya tanpa menghubungkan
dengan peralatan lainnya. Suatu teknik khusus diperlukan untuk dapat
menghubungkan dengan peralatan-peralatan tersebut. Menghubungkan pemroses
utama dengan peralatan elektronik lainnya bukanlah persoalan yang mudah. Kita
tidak dapat langsung menghubungkan pemroses utama dengan peralatan tersebut,
disebabkan oleh hal-hal berikut:
1.
Terdapat beraneka ragam peralatan/ piranti yang memiliki metode operasi
beragam.
2.
Laju transfer data dalam piranti seringkali lebih lambat dibandingkan dengan
laju transfer data dengan pemroses utama (Mikroprosesor).
3.
Piranti seringkali menggunakan format data yang berbeda dengan pemroses
utama (Mikroprosesor).
Diperlukan suatu teknik untuk perantara pemroses utama (mikroprosesor) dengan
dunia luar. Teknik ini dapat dijalankan melalui:
19
1.
Perangkat lunak, berupa program, yakni suatu prosedur tertentu untuk
menjalankan piranti. Dalam dunia komputer, program ini lebih dikenal
sebagai Driver/installer. Adapula perangkat lunak yang dimasukkan kedalam
perangkat keras yang disebut sebagai Firmware.
2.
Perangkat keras, yakni berupa piranti khusus mulai dari serpih (IC) yang
terintegrasi dalam sebuah papan induk (Chipsets-Onboard), berupa sebuah
port atau bahkan terintegrasi kedalam papan yang ditancapkan pada system
bus (Card).
jadi interfacing bukanlah ilmu yang berdiri sendiri tetapi berkaitan erat dengan
ilmu komputer lainnya. Pemahaman yang mendalam dari ilmu lainnya yang
berkaitan dengan bahasan interfacing ini akan sangat membantu untuk memahami
materi-materi yang disajikan selanjutnya. Ilmu komputer ini adalah Elektronika
Analog dan Digital, Mikroprosesor, Organisasi dan Arsitektur Komputer,
Komunikasi Data serta pendukung Bahasa Pemrograman, baik berbasis Teks
seperti Bahasa Rakitan/ Assembly, C, Basic, Pascal maupun berbasis Grafis
seperti Visual Basic, Visual C, Delphi bahkan berbasis Web seperti Java. (Putra,
2002).
H. Pemrograman Visual Basic 6.0
Visual Basic merupakan sebuah software untuk membangun program atau
aplikasi komputer yang dikembangkan dari bahasa Basic dimana di dalamnya
sudah berisi statemen, fungsi dan keyword. Konsep dasar dari Visual Basic adalah
komponen pemrograman yang berorientasi pada visual. Kelebihan Visual Basic
20
dibanding dengan bahasa pemrograman yang lain adalah mampu menambahkan
sendiri sebagian kode program secara otomatis ke dalam program (Setyadi, 2000).
Dengan menggunakan Visual Basic 6.0 dapat menghasilkan berbagai macam jenis
program. Aplikasi yang dibuat dapat diintegrasikan dengan database, hardware
lain (interface) dan sebagainya.Gambar 2.3 merupakan tampilan Visual Basic 6.0.
Gambar 2.5 Tampilan awal Visual Basic 6.0.
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Julisampai dengan September 2014 di Lab
Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1.
Komputer ( untuk membuat dan mengkompile program).
2.
Solder ( untuk menyatukan tiap komponen ).
3.
Gergaji besi ( untuk memotong bahan).
4.
Penggaris ( untuk mengukur ).
5.
Downloader ( untuk mendownload program ).
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1.
Optocoupler ( sebagai sensor ).
2.
Mikrokontroler (sebagai pengontrol pengiriman program ).
3.
Motor DC ( untuk pemutar piringan ).
4.
Minyak kelapa sawit ( sebagai sampel penelitian )
5.
Piringan ( sebagai bahan untuk dicacah kecepatan putarnya ).
22
6.
Larutan FeCl3 ( untuk membentuk jalur rangkaian ).
7.
Papan PCB (sebagai tempat untuk membuat jalur rangkaian ).
8.
Besi batang ( untuk membuat kerangka alat ).
9.
Timah gulungan/tenol ( untuk merekatkan komponen ke rangkaian).
10. Bejana 500 ml ( sebagai wadah sampel ).
11. Lem ( untuk merekatkan komponen /kerangka ).
12. Adaptor ( sebagai power suply motor dc ).
13. Kapasitor ( untuk menyimpan muatan lisrik ).
14. Resistor ( sebagai penahan arus ).
C. Prosedur Penelitian
Dalam penelitian ini alat yang dibuat memiliki bagian sebagai berikut:
1.
Rancangan perangkat keras
a)Rancangan Perangkat Keras Mekanik
23
optocoupler
Motor DC
lubang
Piringan
tabung
Baling-baling
Minyak sampel
Gambar 3.1.Rancangan Perangkat Keras Mekanik.
Perancangan mekanik dalam penelitian ini adalah:
a.
Menyusun perangkat keras seperti pada gambar 3.1 diatas.
b.
Ketika motor DC memutar sumbu/poros, secara otomatis piringan akan ikut
berputar begitu juga dengan baling-baling yang berada di dalam minyak.
c.
Kecepatan piringan tersebut akan selalu sama dengan kecepatan putar
baling-baling yang berada di dalam minyak.
d.
Pada saat piringan berputar, maka sensor optocoupler mulai aktif
mendeteksi cepat putar piringan tersebut.
24
b)
Diagram Blok Penelitian
MOTOR DC + PIRINGAN
SENSOR
OPTOCOUPLER
KOMPUTER
MIKROKONTROLER
Gambar 3.2. Diagram Blok Penelitian.
Perancangan diagram blok dalam penelitian ini adalah
1) Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor optocoupler yang
berfungsi untuk pengukuran putaran. Sensor ini termasuk ke dalam golongan
sensor switch, karena output dari sensor ini hanya mempunyai dua keadaan
yaitu high atau low. Catu daya sensor diambil dari adaptor.
2) Keluaran dari sensor diumpankan ke pin A.2 pada mikrokontroler
ATMega8535. Mikrokontroler berfungsi sebagai media penyimpan program.
3) Lalu dari mikrokontroler tersebut akan dikirim perintah pada komputer.
Komputer berfungsi untuk menampilkan jumlah rotasi persatuan waktu
(sekon).
Diagram alir perancangan alat disajikan pada gambar 3.3 berikut ini:
25
Mulai
Motor berputar
baling-baling dan piringan berputar
Data Digital Sensor
Mikrokontroler
Motor berhenti
Baca kecepatan motor
Komputer
Selesai
Gambar 3.3.Diagram alir Penelitian
c). Rancangan Sensor Optocoupler
Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor optocoupler yang
berfungsi untuk mengukur jumlah putaran persatuan waktu (sekon). Sensor ini
membutuhkan supply daya 4,5 Volt sampai dengan 6 Volt, sensor ini dapat
bekerja mendeteksi banyaknya putaran yang dihasilkan motor DC. Output dari
rangkaian ini akan masuk ke port mikrokontroler sebagai data input yang
kemudian akan diproses. Apabila sensor optocoupler pada rangkaian terhalang,
maka output dari rangkaian ini akan memberikan logika ’low’. Sedangkan apabila
26
sensor optocoupler pada rangkaian ini tidak terhalang, maka output dari rangkaian
ini akan memberikan logika ’high’. Rangkaian sensor kecepatan dapat dilihat
pada gambar berikut.
Gambar 3.4 Rangkaian sensor optocoupler
2. Perancangan Perangkat Lunak
Agar mikrokontroler dapat digunakan sebagai port masukan dan keluaran, maka
diperlukan software yang dapat mengaturnya, pada penelitian ini digunakan
bahasa pemrograman bascom AVR. Diagram alir dari program tersebut
ditunjukkan seperti pada gambar 3.5
27
start
Inisialisasi Port A.2
Baca Data Sensor
Konversi Data Sensor
Ke Kecepatan
Mengolah Data
Kecepatan Motor
Tampilkan Data
Kecepatan Ke
Komputer
End
Gambar 3.5.Diagram Alir Perangkat Lunak.
3.
Pengkalibrasian Alat
Pengkalibrasian
alat
dilakukan dengan
mengukur
kecepatan
motor dc
menggunakan RPM digital dan mengukur viskositas menggunakan metode bola
jatuh, sehingga didapatkan data kecepatan motor dan viskositas dari minyak
goreng tersebut. Setelah dilakukan pengukuran tersebut, maka dibuat tabel seperti
pada Tabel 3.1.
28
Tabel 3. 1 Pengukuran viskositas menggunakan bola jatuh
Jenis
minyak
T (Waktu)
η (Viskositas)
Table 3.2. Pengukuran kecepatan motor menggunakan RPM Digital
Jenis
minyak
T (Waktu)
RPM(kecepatan
)
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan dari hasil penelitian kami adalah sebagai berikut.
1.
Telah direalisasikan alat viskositas minyak kelapa sawit menggunakan sensor
optik berupa optocoupler berbasis mikrokontroler ATMega 8535.
2.
Nilai viskositas berbanding terbalik dengan nilai kecepatan yang dihasilkan oleh alat.
3.
Kecepatan yang dihasilkan oleh alat dan tachometer menunjukkan bahwa minyak
dengan 1 kali pemanasan (10 menit) memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan
dengan 2 kali pemanasan (30 menit).
B. Saran
Alat yang dibuat masih merupakan alat sederhana sehingga masih perlu
penyempurnaan. Dengan pengembangan dalam beberapa hal akan membuat alat
ini semakin canggih. Beberapa penyempurnaan yang bisa dilakukan pada
penelitian selanjutnya yaitu menggunakan sistem mekanis yang lebih baik agar
diperoleh hasil yang lebih baik lagi, dan menggunakan sensor yang tidak
terpengaruh oleh cahaya luar serta penelitian lebih lanjut mengenai hubungan
kecepatan putar motor DC dan viskositas pada minyak goreng
DAFTAR PUSTAKA
Andriyanto, 2008. Desain dan Realisasi Viscometer Digital. Unila. Bandar
Lampung
Anonymous . 2007. Prinsip-prinsip Dasar Mikrokontroler.
http://www.electroniclab.com /index.php?option=com. Diakses pada
tanggal 6 Mei 2012 pukul 10.55 WIB.
Departemen Perindustrian. 2012. Gambaran Sekilas Industri Minyak Kelapa
Sawit. http://www.depperin.go.id. Diakses pada tanggal 10 september
2014 pukul 13.00 WIB.
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I. Jakarta: Erlangga
Haliday dan Resnick. 1991. Fisika jilid 1 Terjemahan Edisi Kelima. Jakarta:
Erlangga
Kanginan, Marthen.2005. Seribu Pena Fisika SMA untuk Kelas XI. Erlangga.
Cimahi.
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. UI Press.
Jakarta
Lister, E.C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik. Erlangga. Jakarta
Putra, A.E. 2002. Teknik AntarMuka Komputer. Konsep dan aplikasi, Graha Ilmu.
Yogyakarta.
Rida Samdara, dkk. 2008. Rancang Bangun Viskometer Dengan Metode Rotasi
Berbasis Komputer. Jurnal Gradien Vol.4 No.2. FMIPA Universitas
Bengkulu, Indonesia.
Setyadi, D. 2005. Belajar Pemrograman Visual Basic 6.0. Andi. Yogyakarta.
Suryatmo, F. 1995. Teknik Listrik Arus Searah. Bumi Aksara. Jakarta. Halaman
116-120.
Sutiah, dkk. 2008. Studi Kualitas Minyak Goreng dengan Parameter Viskositas
dan Indeks Bias. Jurnal Fisika Volume 11 No 2. FMIPA Universitas
Diponegoro.
Tipler, P.A. 1996. Fisika Untuk Sains Dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Erlangga.
Jakarta. Halaman 253-256.
Walters, K. And Jones, W.N. 1996. Measurement of Viscosity. Instrumentation
Reference Book. Butterwoth-Heineman. Oxford.
Ardi. 2010. Mikrokontroler AVR Atmega8/32/16/8535 dan
Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Informatika.
Bandung.
Zemansky,S. 1962. Fisika Untuk Universitas. Bina cipta. Jakarta.
Winoto,
REALISASI VISKOMETER DIGITAL DENGAN PRINSIP KECEPATAN
PUTAR BALING-BALING PADA MINYAK GORENG MENGGUNAKAN
SENSOR OPTOCOUPLER BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Oleh
Een Enniyawati
Telah direalisasikan alat pengukur kualitas minyak goreng dengan parameter
viskositas dan kecepatan putar motor DC dengan tampilan komputer. Alat tersebut
terdiri dari sensor optocoupler, motor DC, mikrokontroler ATMega 8535, balingbaling, piringan dengan 2 lubang dan komputer. Proses kerja alat yaitu ketika
motor DC dihidupkan maka baling-baling yang bersentuhan langsung dengan
minyak goreng dan piringan yang berada di luar minyak akan ikut bergerak, yang
mengakibatkan sensor bekerja. Pada saat sensor optocoupler bertemu lubang pada
piringan maka sensor optocoupler mengalirkan arus listrik dan mikrokontroler
akan membaca keluaran dari sensor, dan akan dihitung oleh program sebagai nilai
kecepatan motor lalu nilai viskositas yang didapatkan merupakan hasil dari uji lab
menggunakan metode bola jatuh.
Kata Kunci: Viskositas, Minyak Goreng, Mikrokontroler
ABSTRACT
REALIZATION OF DIGITAL VISCOMETER WITH PRINCIPLE SPEED OF
PROPELLER ON COOKING OIL USING SENSOR OPTOCOUPLER BASED
MICROCONTROLLER ATMEGA 8535
By
Een Enniyawati
The has been realized gauge quality of cooking oil with viscosity parameters and
rotational speed DC motor with a computer display. The instrument consists of a
sensor optocoupler, DC motors, microcontroller ATMega 8535, propeller, disc
with two holes and a computer. The work process tool that is when the DC motor
is turned on, the propeller are in direct contact with cooking oil and a dish that is
outside the oil will also move, causing the sensor to work. At the time of the
optocoupler sensor meets a hole on the disc then an electric current optocoupler
sensor and the microcontroller will read the output from the sensor, and will be
calculated by the program as the value of the motor speed and the viscosity value
obtained is the result of lab tests using the falling balls.
Keywords: Viscosity, Cooking Oil, Mikrokontroller
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ketapang, Kotabumi Lampung Utara pada tanggal 21 April
1989, anak keenam dari pasangan Saman (Alm) dan Saipah. Penulis
menyelesaikan pendidikan di SD N 1 Ketapang pada tahun 2001, SMP N 6
Kotabumi pada tahun 2004 dan SMA N 2 Kotabumi pada tahun 2007.
Selanjutnya, pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai mahasiswi di Jurusan
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru ( SPMB).
Selama menjadi mahasiswi, penulis aktif dikegiatan kampus antara lain sebagai
anggota bidang kaderisasi HIMAFI (Himpunan Mahasiswa Fisika) pada tahun
2008/ 2009. Penulis pernah menjadi asisten Fisika Dasar I dan Fisika Dasar II
pada tahun 2009 – 2011. Penulis juga pernah melakukan PKL (Praktek Kerja
Lapangan) di PT PLN (Persero) TRAGI TARAHAN Gardu Induk Teluk Betung.
Selanjutnya Penulis melakukan penelitian mendesain dan merancang alat ukur
vskositas minyak kelapa sawit sebagai tugas akhir di Jurusan Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
MOTO
Mimpi Adalah Kunci Untuk Kita Menaklukan Dunia
---Laskar Pelangi---
“Success is a state of mind. If you want success, start
thinking of yourself as a success”
(Dr. Joyce Brothers)
Perjalanan sejauh apapun dimulai dengan satu langkah
pertama. Tanpa mengambil langakah pertama tersebut,
perjalanan tidak akan bias dimulai.
~ Chinese Proverb ~
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan pencipta
langit dan bumi serta penguasa semesta alam, karena atas kuasa-Nya penulis
masih diberi kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika.
2.
Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A. selaku pembimbing 1 sampai seminar hasil,
terimakasih atas judul skripsi yang diberikan, bantuannya, do’a dan dukungan
yang diberikan sampai penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
3.
Bapak Arif Surtono. S.Si, M.Si. M.Eng selaku pembimbing 1 yang
menggantikan pembimbing 1 sebelumnya setelah seminar hasil sampai
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan selaku Pembimbing Akademik.
4.
Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si, M.T selaku Pembimbing II.
5.
Bapak Drs Amir Supriyanto M.Si selaku dosen Penguji.
6.
Dosen dan Karyawan di Jurusan Fisika FMIPA Unila.
7.
Teman-teman, Kis, Mardi, Miftah, Arum, Yuyun, Fikri, Ricky dan temanteman yang lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu serta semua pihak
yang telah membantu penulis selama penelitian ini.
Semoga Allah senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya serta memberkahi
hidup kita. Amin. Wassalamu’alaikum Wr.Wb
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan, kesempatan
serta kesabaran kepada Penulis, sehingga dapat menulis dan menyelesaikan
Skripsi ini. Skripsi ini berjudul “Realisasi Viskometer Digital Dengan Prinsip
Kecepatan Putar Baling-baling Pada Minyak Goreng Menggunakan Sensor
Optocoupler Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535” sebagai syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
Skripsi ini menjelaskan karakteristik dan kegunaan sensor optocoupler untuk
mendeteksi kecepatan putar motor DC serta antarmuka atau akuisisi data ke
komputer melalui jalur komunikasi serial USB.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna dan masih terdapat
kekurangan, sehingga saran dan kritik yang bersifat membangun sangat
dinantikan. Akhir kata Penulis sampaikan, “selamat membaca dan mempelajari
skripsi ini dengan sebaik-baiknya, semoga tulisan yang sederhana ini berguna dan
bermanfaat bagi kita semua”. Amin.
Bandar Lampung,
Penulis
2015
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN
i
DAFTAR ISI
ii
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR GAMBAR
v
I.
II.
III.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
B. Tujuan Penelitian
C. Manfaat Penelitian
D. Batasan Masalah
E. Rumusan Masalah
1
3
4
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Lain yang Terkait
B. Fluida
C. Viscositas
D. Kecepatan sudut
E. Mikrokontroler
F. Sensor Optocoupler
G. Interfacing
H. Pemograman Visual Basic 6.0
5
6
9
13
14
17
18
20
METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
B. Alat dan Bahan
C. Langkah Kerja
D. Prosedur Penelitian
1. Rancangan perangkat keras
a. Rancangan Perangkat Keras Mekanik
21
21
22
24
24
24
ii
b. Diagram Blok Penelitian
c. Rancangan Sensor Optocoupler
2. Perancangan perangkat Lunak
IV.
V.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
B. Pembahasan
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iii
25
26
27
29
31
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
3.1 Pengukuran viskositas menggunakan bola jatuh
28
3.2 Pengukuran kecepatan motor menggunakan RPM Digital
28
4.1. Pengujian rangkaian sensor
33
4.2 Nilai kecepatan putar motor Dc Menggunakan Tachometer ,kecepatan
putar motor DC yang tertera di alat, dan nilai viskositas
iv
40
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1 Aliran Viskos
10
2.2 Viskometer Silinder Sesumbu
12
2.3 PIN Mikrokotroler ATMega8535
16
2.4 Sensor Optocoupler
17
2.5 Tampilan Awal Visual Basic 6.0
20
3.1 Rancangan Perangkat Keras Mekanik.
23
3.2 Diagram Blok Penelitian
24
3.3 Diagram alir Penelitian
25
3.4 Rangkaian sensor Optocoupler
26
3.5 Diagram Alir Perangkat Lunak
27
3.6 (a) Grafik η, (b) Grafik V
28
4.1 Perangkat keras
30
4.2. Rangkaian sensor Optocoupler
32
4.3 Piringan yang telah dilubangi
32
4.4 Alat Ukur viskositas secara keseluruhan
38
4.5. Tampilan pada Komputer
39
1.6.Grafik kecepatan dan viskositas
43
v
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Minyak goreng merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia sebagai alat
pengolahan bahan-bahan makanan. Minyak goreng berfungsi sebagai media
penggorengan sangat penting dan kebutuhannya semakin meningkat. Minyak
dapat bersumber dari tanaman, misalnya minyak zaitun, minyak jagung, minyak
kelapa sawit dan minyak biji bunga matahari (Ketaren, 1986).
Diantara macam-macam minyak goreng tersebut minyak kelapa sawit dalam
proses pemasarannya mampu mengisi dan bersaing dengan minyak nabati lainnya.
Dilihat dari nilai gizi nya, penggunaan minyak kelapa sawit sebagai minyak
goreng sangat menguntungkan, adanya karoten dan tokoferol yang terkandung
didalamnya menyebabkan minyak kelapa sawit tidak mudah tengik, selain itu
minyak kelapa sawit dapat dikatakan sebagai minyak goreng non kolesterol.
Seringkali kita temukan penggunaan minyak goreng yang terlalu lama sehingga
menyebabkan terjadinya perubahan warna, bau dan sifat-sifat fisika maupun kimia
lainnya dari minyak goreng itu sendiri. Perubahan sifat fisika dan kimia dari
minyak goreng akibat lamanya penggunaan ini tentu saja berpengaruh terhadap
nilai gizi yang terkandung di dalam minyak goreng itu sendiri, secara langsung
2
maupun tidak langsung mempengaruhi sistem kesehatan tubuh kita yang
mengkonsumsi minyak goreng tersebut (Ketaren, 1986).
Minyak kelapa sawit merupakan benda yang berwujud cair, setiap benda yang
berwujud cair akan memiliki suatu tetapan kekentalan, kekentalan yang dimiliki
setiap zat akan berbeda bergantung pada konsentrasi dari zat atau fluida tersebut,
kekentalan dari suatu zat cair disebut dengan viskositas.
Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan
gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Bila suatu zat cair
mudah mengalir, maka zat cair tersebut memilki viskositas yang rendah, dan
sebaliknya bila zat cair tersebut sulit mengalir, maka zat cair tersebut memilki
viskositas yang tinggi. Oleh karena itu, minyak kelapa sawit seharusnya memiliki
kekentalan yang kecil saat suhu rendah dan tinggi.
Ada beberapa metode yang dapat digunakan dalam pengukuran viskositas cairan,
yaitu bola jatuh (Falling ball), bola bergulir (Rolling ball), pipa kapiler, rotasi
silinder konsentris (Couette), rotasi kerucut-plat, pelat paralel dan ford-cup
(Walters, 1996). Dari metode-metode tersebut ada beberapa metode yang tidak
bisa menggunakan cairan dengan tingkat kekentalan yang sangat tinggi, yang
dapat diakibatkan oleh sensor yang tidak dapat menembus cairan dengan tingkat
kekentalan yang sangat tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, maka dibuat cara
lain yaitu dengan meletakkan sensor diluar cairan, dan baling-baling yang
langsung bersentuhan dengan cairan.
Uji kualitas fluida menggunakan baling-baling putar sebelumnya telah dilakukan
oleh Andriyanto (2008), dengan bahan uji oli mesin. Dari penelitian tersebut
3
secara kualitatif ditunjukkan bahwa oli yang paling baik yaitu oli dengan nilai
viskositas
yang
besar,
pada
penelitian
tersebut
pembacaan
dilakukan
menggunakan LCD.
Selanjutnya pada penelitian ini akan dilakukan perancangan alat ukur viskositas
(viskometer) dengan cara mengukur kecepatan putar baling-baling menggunakan
sensor optocoupler dan pembacaannya menggunakan PC. Sensor optocoupler
adalah sensor yang bersifat saklar. Sensor ini mampu mensaklar (on/of) bila
terkena cahaya serta menghasilkan output digital. Sifat dari sensor optocoupler ini
dimanfaatkan oleh peneliti untuk merealisasikan sebuah alat yang dapat
menampilkan kecepatan putar.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah
1.
Direlisasikannya sistem pengukuran index kekentalan (viskometer) berbasis
optocoupler dengan metode pengukuran kecepatan putar baling-baling.
2.
Mengetahui kualitas minyak goreng dari variasi jenis minyak goreng dengan
pengukuran kecepatan putar baling-baling pada minyak goreng tersebut.
3.
Mengetahui aplikasi sensor optocoupler (tak langsung) pada sistem
viskometer.
4
C. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah
1.
Dapat mengetahui tingkat kekentalan minyak kelapa sawit dari kecepatan
putar baling-baling pada minyak kelapa sawit tersebut.
2.
Dapat mengetahui waktu pemakaian minyak kelapa sawit yang baik dengan
menggunakan prinsip kecepatan putar baling-baling yang didapatkan.
D. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah
1.
Menggunakan minyak goreng dengan tiga jenis sebagai bahan uji.
2.
Menggunakan sensor optocoupler sebagai pendeteksinya.
3.
Volume larutan uji harus sesuai dengan kapasitas bejana/tabung yang
digunakan.
4.
Minyak goreng dipanaskan dengan waktu yang telah ditetapkan.
E. Rumusan Masalah
Dalam melakukan penelitian ini telah dirumuskan beberapa masalah sebagai
berikut
1.
Bagaimana merancang sistem mekanik alat ukur kekentalan minyak goreng
menggunakan baling-baling dan sensor optocoupler sebagai pendeteksi
kecepatan motor DC.
2.
Bagaimana mengetahui tingkat kekentalan minyak goreng menggunakan
prinsip kecepatan putar baling-baling.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Lain yang Terkait
Uji kualitas fluida sebelumnya telah banyak dilakukan seperti yang dilakukan oleh
Sutiah (2008), dengan judul Studi Kualitas Minyak Goreng Dengan Parameter
Viskositas Dan Indeks Bias, penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui
kualitas minyak goreng yang belum pernah dipakai dan setelah dipakai
berdasarkan viskositas dan indeks bias. Pengukuran viskositas menggunakan alat
viskosimeter Ostwald dan pengukuran indeks bias menggunakan metode
pembiasan pada prisma pada suhu kamar. Minyak yang digunakan adalah dalam
kondisi segar, kemudian terpakai sebanyak 1 dan 2 kali. Analisis kualitas minyak
berdasarkan pengukuran viskositas dan indeks bias menunjukkan bahwa nilai
viskositas yang paling besar yaitu pada minyak goreng yang belum pernah
dipakai. Nilai viskositas dan indeks bias yang paling kecil yaitu pada minyak
goreng yang sudah dipakai dua kali. Pada penelitian yang dilakukan Andriyanto
(2008), uji kualitas fluida dilakukan dengan menggunakan baling-baling putar
dengan bahan uji oli mesin dan dilakukan pembacaan hasil menggunakan LCD,
pada penelitian tersebut secara kualitatif ditunjukkan bahwa oli yang paling baik
yaitu oli dengan nilai viskositas yang besar.
6
Lalu pada penelitian menentukan viskositas berikutnya dengan judul Rancang
Bangun Viskometer Dengan Metode Rotasi Berbasis Komputer yang dilakukan
oleh Samdara (2008), Viskometer yang dibuat Samdara dirancang dengan standar
Searle, dimana silinder dalam diputar dan silinder luar dibiarkan bebas. Kecepatan
rotasi silinder luar sebanding dengan viskositas fluida yang diukur. Jumlah rotasi
silinder luar dihitung oleh program melalui port paralel. Konversi data dari
kecepatan rotasi menjadi besaran viskositas mengikuti persamaan : viskositas =
1,7711 x kecepatan rotasi – 232,77. Program menampilkan hasil pengukuran dan
menyimpannya dalam database. Alat yang telah dibuat memiliki resolusi
pengukuran 1,7711 cP dan error sebesar 4,23 % dan fluida yang digunakan
sebagai sampel; minyak goreng, oli SAE 10, oli SAE 20, oli SAE 30, dan oli SAE
40.
B. Fluida
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara
permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di
dalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan, lapisan yang satu akan
mengalir di atas lapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk
baru. Selama
perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser ( shear stress ), yang besarnya
bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu.
Bila fluida telah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser tersebut
akan hilang sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Pada
temperatur dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Jika
densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan tekanan yang
7
relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible. Tetapi jika densitasnya peka
terhadap perubahan variabel temperatur dan tekanan, fluida tersebut digolongkan
compresible. Zat cair biasanya dianggap zat yang incompresible, sedangkan gas
umumnya dikenal sebagai zat yang compresible.
Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah
fluida itu berada di bawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah
yang pengaruh gesekan dinding kecil, tegangan geser dapat diabaikan dan
perilakunya mendekati fluida-ideal, yaitu incompresible dan mempunyai
viskositas 0. Aliran fluida ideal yang demikian disebut aliran potensial. Pada
aliran potensial berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum
kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri pokok:
1. tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu
disebut aliran irotasional
2. tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energy
mekanik menjadi kalor. (Sutrisno, 1997)
Berdasarkan penjelasan tersebut maka dapat didefinisikan bahwa fluida
adalah suatu zat yang dapat mengalir. Dimana fluida meliputi cairan yang
mengalir dibawah pengaruh gravitasi sampai menempati daerah terendah
yang mungkin dari penampungnya, dan gas yang mengembang mengisi
penampungnya tanpa peduli bentuknya. (Halliday, 1984)
Zat cair dan gas adalah fluida, sebab jarak antara dua partikel didalam fluida
tidaklah tetap. Contoh dari fluida (zat cair) adalah minyak, oli, dan air.
8
Minyak kelapa sawit merupakan salah satu jenis fluida, dikarenakan minyak
bukan merupakan benda tegar, minyak kelapa sawit juga tidak mudah untuk
dimampatkan.
Minyak kelapa sawit adalah minyak yang dihasilkan dari inti kelapa sawit
(palm kernel oil). Minyak kelapa sawit terutama dikenal sebagai bahan
mentah minyak dan lemak pangan yang digunakan untuk menghasilkan
minyak goreng, shortening, margarin, dan minyak makan lainnya. Dengan
kandungan karoten yang tinggi, minyak sawit merupakan sumber provitamin
A yang murah dibandingkan dengan bahan baku lainnya. Minyak sawit ini
dihasilkan dari ekstraksi bagian sabut buah dan biji buah kelapa sawit.
Minyak yang dihasilkan dari bagian kulit atau sabut tersebut dikenal dengan
nama Crude Palm Oil (CPO) dan bagian dari biji buahnya disebut Palm
Kernel Oil (PKO).
Minyak kelapa sawit mengandung asam lemak tidak jenuh dengan
perbandingan yang hampir sama, yaitu 40% asam oleat, dan 44% asam
palmitat. Minyak sawit juga merupakan sumber vitamin E, tokoferol dan
tokotrienol yang berperan sebagai antioksidan, yaitu suatu zat yang dapat
mencegah terjadinya oksidasi. Tokoferol dan tokotrienol dapat menangkap
radikal bebas dan mencegah kanker.
Selain asam lemak dan trigliserida ini antara lain: motibgliserida, digliserida,
fosfatida, karbohidrat, turunan karbohidrat, protein, dan bahan-bahan
berlendir atau getah (gum) serta zat-zat berwarna yang memberikan warna
serta rasa dan bau yang tidak diinginkan. (Departemen perindustrian, 2012)
9
C. Viskositas
Viskositas adalah fluida yang memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu,
atau dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan
antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Viskositas dalam cairan
ditimbulkan oleh gesekan dalam lapisan-lapisan dalam cairan, sehingga makin
besar gesekan yang terjadi maka viskositasnya semakin besar, begitu juga jika
gesekan yang terjadi lebih kecil, maka viskositasnya juga kecil. (Sutiah, 2008)
semakin besar kekentalan suatu zat cair, maka akan semakin sukar zat cair itu
mengalir dan bila cairan semakin encer maka semakin mudah mengalir,
sesuaidengan persamaan berikut:
(1)
Keterangan:
Q= fluiditas
Fluiditas yaitu kemudahan suatu zat cair untuk mengalir. Dari rumus diatas dapat
dilihat bahwa Fluiditas berbanding terbalik dengan koefisien kekentalan
(Koefisien Viskositas). (Kanginan, 2005)
Viskositas terdapat pada zat cair maupun gas, pada zat cair, viskositas disebabkan
oleh gaya kohesi antar molekul, sedangkan pada gas terjadi akibat tumbukan antar
molekul. Fluida yang berbeda memiliki besar viskositas yang berbeda, misal sirup
lebih kental dari air, minyak lemak lebih kental dari minyak mesin, zat cair pada
umumnya jauh lebih kental dari gas.
10
Viskositas juga dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan
geseka antara molekul–molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan
yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan
sebaliknya bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi.
Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi
fluida tipis diantara kedua bidang tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Aliran viskos
Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h,
sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang
bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida
dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu
gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang
atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida di bawahnya akan membentuk
suatu lapisan-lapisan yang saling bergeseran. Setiap lapisan tersebut akan
memberikan tegangan geser (σ) sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan
lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan kecepatan lapisan fluida paling
bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (γ) pada lapisan fluida disuatu
tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida
menjadi:
11
(2)
Menurut Newton hubungan antara gaya-gaya suatu aliran viskos sebagai geseran
dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya.
Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara
tegangan geser (σ) dengan kecepatan gesernya (γ) konstan. Parameter inilah yang
disebut dengan viskositas. Pada fluida Newtonian perbandingan antara besaran
kecepatan geser dan tegangan geser adalah konstan,
σ η.γ
(3)
Parameter (η) ini didefinisikan sebagai viskositas absolut (dinamis) dari suatu
fluida. Besaran viskositas dapat dinyatakan dengan :
⁄
⁄
.
.
(4)
Besaran viskositas berbanding terbalik dengan perubahan temperatur. Kenaikan
temperatur akan melemahkan ikatan antar molekul suatu jenis cairan sehingga
akan menurunkan nilai viskositasnya.
Viskometer rotasi.
Viskometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur viskositas suatu
fluida. Model viskometer yang umum digunakan berupa viskometer peluru jatuh,
tabung (pipa kapiler) dan sistem rotasi. Viskometer rotasi silinder sesumbu
(concentric cylinder) dibuat berdasarkan 2 standar, yaitu sistem Searle dimana
silinder bagian dalam berputar dengan silinder bagian luar diam dan sistem
Couette dimana silinder bagian luar yang diputar, sedangkan bagian dalam
12
silinder diam. Fluida yang akan diukur ditempatkan pada celah di antara kedua
silinder. Persamaan matematis untuk menghitung viskositas diturunkan dari
hukum Newton tentang aliran viskos.
Gambar 2.2. Viskometer silinder sesumbu.
Silinder dalam dengan jari–jari rd dan tinggi h berputar dengan kecepatan sudut
konstan (ω) pada silinder luar dengan jari – jari rl. Gaya (F) yang bekerja terhadap
fluida pada jarak r di antara kedua silinder menghasilkan tegangan geser (σ) pada
fluida sebesar :
⁄
. .
.
.
(5)
T merupakan torsi yang bekerja pada fluida yang merupakan hasil kali antara gaya
(F) yang diberikan oleh putaran silinder dalam dengan jarak fluida dari pusat
silinder (r). Kecepatan geser dapat dinyatakan sebagai :
(6)
Hubungan antara kecepatan geser dengan tegangan geser menghasilkan
persamaan viskositas untuk fluida Newtonian sebagai :
. .
(
)
(7)
13
keterangan :
η : viskositas absolut
f : kecepatan rotasi silinder dalam
h : tinggi silinder dalam
rd : jari-jari silinder dalam
rl : jari-jari silinder luar
T : torsi.
Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa nilai viskositas fluida dalam silinder
sebanding dengan torsi yang timbul pada silinder luar. Jika silinder luar memiliki
gaya gesekan tertentu, maka silinder luar akan berotasi dengan kecepatan tertentu.
(Rida, 2008)
D. Kecepatan sudut
Kecepatan tangensial dan kecepatan sudut partikel yang bergerak melingkar dapat
dinyatakan dalam periode dan frekuensi. Besar kecepatan partikel yang
melakukan gerak melingkar dinyatakan melalui persamaan :
(8)
Keterangan :
= kecepatan sudut (rad/sekon)
r = jarak partikel dari usat lintasan melingkar (meter)
T = periode (sekon)
f = frekuensi (1/sekon = hertz)
14
E. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian
elektronik dan umumnya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler
umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan
unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah
terintegrasi di dalamnya. Kelebihan utama dari mikrokontroler ialah tersedianya
RAM dan peralatan I/O pendukung, sehingga ukuran board mikrokontroler
menjadi sangat ringkas.
ATMega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur
RISC (Reduced Instruction Set Computing). Kebanyakan instruksi dikerjakan
pada satu siklus clock, ATMega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS
per MHz, hal ini membuat ATMega8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi
walaupun dengan penggunaan daya rendah.
(winoto, 2010)
ATMega8535 sendiri mempunyai fitur-fitur sebagai berikut:
1. Sistem mikrokontroler 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
2. Memiliki memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.
3. Memiliki ADC (Analog Digital Converter) internal dengan ketelitian 10 bit
sebanyak 8 saluran.
4. Memiliki PWM (Pulse Wide Modulation) internal sebanyak 4 saluran.
5. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
15
6. Enam pilihan mode sleep, untuk menghemat penggunaan daya listrik.
Bagian – bagian ATMega8535
Adapun bagian-bagian ATMega8535 adalah
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D
2. CPU yang memiliki 32 buah register.
3. SRAM sebesar 512 byte.
4. Flash memory sebesar 8kb yang memiliki kemampuan Read While Write.
5. EEPROM sebesar 512 byte dapat diprogram selama beroperasi.
6. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembanding.
7. Two wire serial Interface.
8. Port antarmuka SPI.
9. Unit interupsi internal dan eksternal.
10. Port USART untuk komunikasi serial.
11. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
Konfigurasi Pin ATMega8535
1. VCC untuk tegangan pencatu daya positif.
2. GND untuk tegangan pencatu daya negatif.
3. PortA (PA0 – PA7) sebagai port Input/Output dan memiliki kemampuan lain
yaitu sebagai input untuk ADC.
4. PortB (PB0 – PB7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki kemampuan
yang lain.
5. PortC (PC0 – PC7) sebagai port Input/Output untuk ATMega8535.
16
6. PortD (PD0 – PD7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki kemampuan
yang lain.
7. RESET untuk melakukan reset program dalam mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 untuk input pembangkit sinyal clock.
9. AVCC untuk pin masukan tegangan pencatu daya untuk ADC.
10. AREF untuk pin tegangan referensi ADC.
Gambar 2.3. PIN Mikrokotroler ATMega8535.
(Anonimous , 2012)
F. Sensor Optocoupler
Optocoupler adalah alat yang dipakai untuk mengkopel cahaya dari sumber ke
detektor tanpa hubungan kelistrikan. Optocoupler dibentuk oleh sumber cahaya
yaitu LED dan detektor foto yang berupa transistor foto. Sinyal listrik (arus) pada
input menjadi sinyal optik dengan menggunakan sumber cahaya yaitu LED dan
sinyal optik tersebut dapat diterima detektor untuk diubah menjadi sinyal listrik
kembali. Berikut adalah gambar sensor optocoupler :
17
Gambar 2.4. Sensor Optocoupler
Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:
1.
pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan
dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang
lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra
merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
2.
pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen photodiode.
Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap cahaya. Suatu
sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra
merah. Karena spektrum infra menpunyai efek panas yang lebih besar dari
cahaya tampak,maka photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi dari
sinar infra merah. ( Zemansky, 1982 ).
Prinsip kerja optocoupler adalah ketika ada benda yang berada di antara celah
sensornya, maka cahaya yang dikirimkan tidak bisa diterima oleh bagian
penerimanya, sehingga menghasilkan tegangan keluaran yang nilainya mendekati
VCC, begitu juga sebaliknya jika tidak ada benda diantara celah sensornya maka
akan menghasilkan tegangan keluaran yang nilainya mendekati 0 Volt.
18
G. Interfacing
Komputer saat ini telah menjadi alat bantu utama bagi manusia dan digunakan
bukan hanya untuk menyelesaikan permasalahan di temapat kerja, membuat
program atau bermain game, tetapi dapat digunakan untuk mengontrol alat
melalui berbagai port yang tersedia dan dikenal dengan istilah Interfacing
komputer. Interfacing (antar muka) adalah bagian dari disiplin ilmu komputer
yang mempelajari teknik-teknik menghubungkan komputer dengan peralatan
elektronika lainnya. Sistem komputer yang berpusat pada pemroses utama (baik
itu Mikroprosesor maupun Mikrokontroler) memiliki kemampuan yang besar
dalam memecahkan masalah tetapi tidak ada manfaatnya tanpa menghubungkan
dengan peralatan lainnya. Suatu teknik khusus diperlukan untuk dapat
menghubungkan dengan peralatan-peralatan tersebut. Menghubungkan pemroses
utama dengan peralatan elektronik lainnya bukanlah persoalan yang mudah. Kita
tidak dapat langsung menghubungkan pemroses utama dengan peralatan tersebut,
disebabkan oleh hal-hal berikut:
1.
Terdapat beraneka ragam peralatan/ piranti yang memiliki metode operasi
beragam.
2.
Laju transfer data dalam piranti seringkali lebih lambat dibandingkan dengan
laju transfer data dengan pemroses utama (Mikroprosesor).
3.
Piranti seringkali menggunakan format data yang berbeda dengan pemroses
utama (Mikroprosesor).
Diperlukan suatu teknik untuk perantara pemroses utama (mikroprosesor) dengan
dunia luar. Teknik ini dapat dijalankan melalui:
19
1.
Perangkat lunak, berupa program, yakni suatu prosedur tertentu untuk
menjalankan piranti. Dalam dunia komputer, program ini lebih dikenal
sebagai Driver/installer. Adapula perangkat lunak yang dimasukkan kedalam
perangkat keras yang disebut sebagai Firmware.
2.
Perangkat keras, yakni berupa piranti khusus mulai dari serpih (IC) yang
terintegrasi dalam sebuah papan induk (Chipsets-Onboard), berupa sebuah
port atau bahkan terintegrasi kedalam papan yang ditancapkan pada system
bus (Card).
jadi interfacing bukanlah ilmu yang berdiri sendiri tetapi berkaitan erat dengan
ilmu komputer lainnya. Pemahaman yang mendalam dari ilmu lainnya yang
berkaitan dengan bahasan interfacing ini akan sangat membantu untuk memahami
materi-materi yang disajikan selanjutnya. Ilmu komputer ini adalah Elektronika
Analog dan Digital, Mikroprosesor, Organisasi dan Arsitektur Komputer,
Komunikasi Data serta pendukung Bahasa Pemrograman, baik berbasis Teks
seperti Bahasa Rakitan/ Assembly, C, Basic, Pascal maupun berbasis Grafis
seperti Visual Basic, Visual C, Delphi bahkan berbasis Web seperti Java. (Putra,
2002).
H. Pemrograman Visual Basic 6.0
Visual Basic merupakan sebuah software untuk membangun program atau
aplikasi komputer yang dikembangkan dari bahasa Basic dimana di dalamnya
sudah berisi statemen, fungsi dan keyword. Konsep dasar dari Visual Basic adalah
komponen pemrograman yang berorientasi pada visual. Kelebihan Visual Basic
20
dibanding dengan bahasa pemrograman yang lain adalah mampu menambahkan
sendiri sebagian kode program secara otomatis ke dalam program (Setyadi, 2000).
Dengan menggunakan Visual Basic 6.0 dapat menghasilkan berbagai macam jenis
program. Aplikasi yang dibuat dapat diintegrasikan dengan database, hardware
lain (interface) dan sebagainya.Gambar 2.3 merupakan tampilan Visual Basic 6.0.
Gambar 2.5 Tampilan awal Visual Basic 6.0.
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Julisampai dengan September 2014 di Lab
Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1.
Komputer ( untuk membuat dan mengkompile program).
2.
Solder ( untuk menyatukan tiap komponen ).
3.
Gergaji besi ( untuk memotong bahan).
4.
Penggaris ( untuk mengukur ).
5.
Downloader ( untuk mendownload program ).
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1.
Optocoupler ( sebagai sensor ).
2.
Mikrokontroler (sebagai pengontrol pengiriman program ).
3.
Motor DC ( untuk pemutar piringan ).
4.
Minyak kelapa sawit ( sebagai sampel penelitian )
5.
Piringan ( sebagai bahan untuk dicacah kecepatan putarnya ).
22
6.
Larutan FeCl3 ( untuk membentuk jalur rangkaian ).
7.
Papan PCB (sebagai tempat untuk membuat jalur rangkaian ).
8.
Besi batang ( untuk membuat kerangka alat ).
9.
Timah gulungan/tenol ( untuk merekatkan komponen ke rangkaian).
10. Bejana 500 ml ( sebagai wadah sampel ).
11. Lem ( untuk merekatkan komponen /kerangka ).
12. Adaptor ( sebagai power suply motor dc ).
13. Kapasitor ( untuk menyimpan muatan lisrik ).
14. Resistor ( sebagai penahan arus ).
C. Prosedur Penelitian
Dalam penelitian ini alat yang dibuat memiliki bagian sebagai berikut:
1.
Rancangan perangkat keras
a)Rancangan Perangkat Keras Mekanik
23
optocoupler
Motor DC
lubang
Piringan
tabung
Baling-baling
Minyak sampel
Gambar 3.1.Rancangan Perangkat Keras Mekanik.
Perancangan mekanik dalam penelitian ini adalah:
a.
Menyusun perangkat keras seperti pada gambar 3.1 diatas.
b.
Ketika motor DC memutar sumbu/poros, secara otomatis piringan akan ikut
berputar begitu juga dengan baling-baling yang berada di dalam minyak.
c.
Kecepatan piringan tersebut akan selalu sama dengan kecepatan putar
baling-baling yang berada di dalam minyak.
d.
Pada saat piringan berputar, maka sensor optocoupler mulai aktif
mendeteksi cepat putar piringan tersebut.
24
b)
Diagram Blok Penelitian
MOTOR DC + PIRINGAN
SENSOR
OPTOCOUPLER
KOMPUTER
MIKROKONTROLER
Gambar 3.2. Diagram Blok Penelitian.
Perancangan diagram blok dalam penelitian ini adalah
1) Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor optocoupler yang
berfungsi untuk pengukuran putaran. Sensor ini termasuk ke dalam golongan
sensor switch, karena output dari sensor ini hanya mempunyai dua keadaan
yaitu high atau low. Catu daya sensor diambil dari adaptor.
2) Keluaran dari sensor diumpankan ke pin A.2 pada mikrokontroler
ATMega8535. Mikrokontroler berfungsi sebagai media penyimpan program.
3) Lalu dari mikrokontroler tersebut akan dikirim perintah pada komputer.
Komputer berfungsi untuk menampilkan jumlah rotasi persatuan waktu
(sekon).
Diagram alir perancangan alat disajikan pada gambar 3.3 berikut ini:
25
Mulai
Motor berputar
baling-baling dan piringan berputar
Data Digital Sensor
Mikrokontroler
Motor berhenti
Baca kecepatan motor
Komputer
Selesai
Gambar 3.3.Diagram alir Penelitian
c). Rancangan Sensor Optocoupler
Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor optocoupler yang
berfungsi untuk mengukur jumlah putaran persatuan waktu (sekon). Sensor ini
membutuhkan supply daya 4,5 Volt sampai dengan 6 Volt, sensor ini dapat
bekerja mendeteksi banyaknya putaran yang dihasilkan motor DC. Output dari
rangkaian ini akan masuk ke port mikrokontroler sebagai data input yang
kemudian akan diproses. Apabila sensor optocoupler pada rangkaian terhalang,
maka output dari rangkaian ini akan memberikan logika ’low’. Sedangkan apabila
26
sensor optocoupler pada rangkaian ini tidak terhalang, maka output dari rangkaian
ini akan memberikan logika ’high’. Rangkaian sensor kecepatan dapat dilihat
pada gambar berikut.
Gambar 3.4 Rangkaian sensor optocoupler
2. Perancangan Perangkat Lunak
Agar mikrokontroler dapat digunakan sebagai port masukan dan keluaran, maka
diperlukan software yang dapat mengaturnya, pada penelitian ini digunakan
bahasa pemrograman bascom AVR. Diagram alir dari program tersebut
ditunjukkan seperti pada gambar 3.5
27
start
Inisialisasi Port A.2
Baca Data Sensor
Konversi Data Sensor
Ke Kecepatan
Mengolah Data
Kecepatan Motor
Tampilkan Data
Kecepatan Ke
Komputer
End
Gambar 3.5.Diagram Alir Perangkat Lunak.
3.
Pengkalibrasian Alat
Pengkalibrasian
alat
dilakukan dengan
mengukur
kecepatan
motor dc
menggunakan RPM digital dan mengukur viskositas menggunakan metode bola
jatuh, sehingga didapatkan data kecepatan motor dan viskositas dari minyak
goreng tersebut. Setelah dilakukan pengukuran tersebut, maka dibuat tabel seperti
pada Tabel 3.1.
28
Tabel 3. 1 Pengukuran viskositas menggunakan bola jatuh
Jenis
minyak
T (Waktu)
η (Viskositas)
Table 3.2. Pengukuran kecepatan motor menggunakan RPM Digital
Jenis
minyak
T (Waktu)
RPM(kecepatan
)
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan dari hasil penelitian kami adalah sebagai berikut.
1.
Telah direalisasikan alat viskositas minyak kelapa sawit menggunakan sensor
optik berupa optocoupler berbasis mikrokontroler ATMega 8535.
2.
Nilai viskositas berbanding terbalik dengan nilai kecepatan yang dihasilkan oleh alat.
3.
Kecepatan yang dihasilkan oleh alat dan tachometer menunjukkan bahwa minyak
dengan 1 kali pemanasan (10 menit) memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan
dengan 2 kali pemanasan (30 menit).
B. Saran
Alat yang dibuat masih merupakan alat sederhana sehingga masih perlu
penyempurnaan. Dengan pengembangan dalam beberapa hal akan membuat alat
ini semakin canggih. Beberapa penyempurnaan yang bisa dilakukan pada
penelitian selanjutnya yaitu menggunakan sistem mekanis yang lebih baik agar
diperoleh hasil yang lebih baik lagi, dan menggunakan sensor yang tidak
terpengaruh oleh cahaya luar serta penelitian lebih lanjut mengenai hubungan
kecepatan putar motor DC dan viskositas pada minyak goreng
DAFTAR PUSTAKA
Andriyanto, 2008. Desain dan Realisasi Viscometer Digital. Unila. Bandar
Lampung
Anonymous . 2007. Prinsip-prinsip Dasar Mikrokontroler.
http://www.electroniclab.com /index.php?option=com. Diakses pada
tanggal 6 Mei 2012 pukul 10.55 WIB.
Departemen Perindustrian. 2012. Gambaran Sekilas Industri Minyak Kelapa
Sawit. http://www.depperin.go.id. Diakses pada tanggal 10 september
2014 pukul 13.00 WIB.
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I. Jakarta: Erlangga
Haliday dan Resnick. 1991. Fisika jilid 1 Terjemahan Edisi Kelima. Jakarta:
Erlangga
Kanginan, Marthen.2005. Seribu Pena Fisika SMA untuk Kelas XI. Erlangga.
Cimahi.
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. UI Press.
Jakarta
Lister, E.C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik. Erlangga. Jakarta
Putra, A.E. 2002. Teknik AntarMuka Komputer. Konsep dan aplikasi, Graha Ilmu.
Yogyakarta.
Rida Samdara, dkk. 2008. Rancang Bangun Viskometer Dengan Metode Rotasi
Berbasis Komputer. Jurnal Gradien Vol.4 No.2. FMIPA Universitas
Bengkulu, Indonesia.
Setyadi, D. 2005. Belajar Pemrograman Visual Basic 6.0. Andi. Yogyakarta.
Suryatmo, F. 1995. Teknik Listrik Arus Searah. Bumi Aksara. Jakarta. Halaman
116-120.
Sutiah, dkk. 2008. Studi Kualitas Minyak Goreng dengan Parameter Viskositas
dan Indeks Bias. Jurnal Fisika Volume 11 No 2. FMIPA Universitas
Diponegoro.
Tipler, P.A. 1996. Fisika Untuk Sains Dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Erlangga.
Jakarta. Halaman 253-256.
Walters, K. And Jones, W.N. 1996. Measurement of Viscosity. Instrumentation
Reference Book. Butterwoth-Heineman. Oxford.
Ardi. 2010. Mikrokontroler AVR Atmega8/32/16/8535 dan
Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Informatika.
Bandung.
Zemansky,S. 1962. Fisika Untuk Universitas. Bina cipta. Jakarta.
Winoto,