Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Bottle Filler Berbasis Mikrokontroler T1 612009065 BAB IV

31 BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Bab ini akan membahas mengenai pengujian dan analisis pada alat Bottle Filter yang berbasis mikrokontroler. Tujuan dari pengujian adalah untuk mengetahui apakah alat yang dirancang dapat memberikan hasil sesuai dengan harapan penulis, dalam hal ini seperti spesifikasi yang telah ditulis. Sedangkan analisis digunakan untuk membandingkan hasil perancangan dengan hasil pengujian.

4.1. Metode Pengujian Bottle Filler

Sebelum melakukan pengujian pada sistem Bottle Filler secara keseluruhan, dilakukan beberapa tahapan antara lain :

1. Melakukan pengujian pada sensor yang digunakan. Dalam skripsi ini adalah water flow sensor.

2. Mencari dan menetapkan nilai yang akan digunakan sebagai parameter dari water flow sensor.

3. Melakukan pengukuran jumlah cairan yang ditakarkan oleh alat dan membandingkan dengan alat ukur. Dalam skripsi ini yang digunakan adalah gelas ukur.

4.1.1 Water Flow Sensor

Pada bagian ini akan dibahas bagaimana water flow sensor digunakan setelah pada BAB III dijelaskan gambaran sensor ini secara umum. Water flow sensor yang bekerja akan memiliki keluaran yaitu pulsa dengan saat berada di kondisi HIGH akan bernilai VCC dan pada saat LOW akan bernilai GROUND atau 0. Keadaan ini dipengaruhi oleh hall effect yang berada di dalam sensor. Periode untuk setiap pulsa juga akan bervariasi, hal ini ditunjukkan oleh Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Output dari water flow sensor saat (a) kecepatan tinggi, (b) kecepatan sedang, dan (c) kecepatan rendah

Gambar 4.1 menunjukan variasi periode setiap pulsa tergantung kecepatan dari turbin yang berada di dalam water flow sensor. Gambar 4.1a menunjukkan keadaan saat turbin berputar pada keadaan cepat, Gambar 4.1b menunjukan keadaan turbin saat berputar pada keadaan sedang dan Gambar 4.1c menunjukan keadaan turbin saat berputar pada keadaan lambat.

Dengan mengetahui keluaran dari water flow sensor, dilakukan perhitungan jumlah perpindahan nilai dari LOW ke HIGH maupun dari HIGH ke LOW dengan diagram alir pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Diagram alir menghitung perubahan nilai pada keluaran Flow Sensor

PulseFlow adalah jumlah perubahan nilai yang terdeteksi. Pada saat perhitungan dimulai, nilai PulseFlow adalah 0 dan nilai awal previousValue adalah OutputSensor. Pengecekan akan dilakukan pada tahap selanjutnya yaitu dengan membandingkan OutputSensor dengan previousValue, apabila nilainya berbeda maka dapat diartikan bahwa terjadi perubahan nilai dari LOW ke HIGH maupun kebalikannya dan mengubah nilai previousValue sama dengan

OutputSensor yang akan digunakan sebagai pembanding pada pengecekan berikutnya. Tahap selanjutnya adalah menambahkan jumlah PulseFlow.

Jumlah dari PulseFlow ini yang digunakan sebagai parameter untuk membantu dalam proses penakaran.

4.1.2 Pengujian Flow Sensor

Pada bagian ini akan ditunjukkan hasil dari pengujian pada flow sensor. Pengujian dilakukan dengan melakukan perhitungan PulseFlow dengan melewatkan cairan dari 100 ml sampai 200 ml dengan interval 20 ml dengan cara seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3a. Alat ukur pembanding yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 4.3b.

Gambar 4.3 (a) Pengujian flow sensor (b) Gelas ukur 100ml .

Dengan percobaan seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.3a, maka didapatkan hasil dari perhitungan PulseFlow yang ditunjukkan pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Hasil perhitungan PulseFlow _dari flow sensor. No 100 ml 120 ml 140 ml 160 ml 180 ml 200 ml

1 78 97 111 126 142 159

2 80 97 112 125 144 161

3 78 94 112 126 144 161

4 79 95 112 128 143 162

5 78 95 112 127 145 161

6 79 96 111 128 142 162

7 78 98 109 128 142 162

8 78 96 112 124 144 161

9 80 98 113 126 144 162

10 78 95 112 128 142 158

11 80 95 110 126 142 159

12 81 95 118 127 144 160

13 80 94 110 127 144 160

14 79 95 110 126 145 161

15 79 94 111 126 144 160

16 78 94 111 130 144 161

17 78 95 110 130 143 161

18 77 95 112 128 146 160

19 79 96 111 128 144 159

20 79 96 112 128 144 159

rata-rata 78,8 95,5 111,55 127,1 143,6 160,45

Data pada tabel adalah data yang didapatkan setelah melakukan 20 kali percobaan untuk setiap sample ukur dengan 6 sample ukur yaitu 100 ml, 120 ml, 140 ml, 160 ml, 180 ml dan 200 ml. Untuk memperlihatkan kelinieran dari flow sensor ini ditunjukkan pada grafik pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik perhitungan PulseFlow

Grafik menunjukan bahwa flow sensor yang digunakan sudah mendekati linear sehingga metode penghitungan jumlah pulsa yang dilakukan dapat diterapkan dalam proses penakaran yang dibutuhkan pada tugas akhir ini.

4.1.3 Pengujian dalam Proses Penakaran

Sebelum melakukan proses penakaran, nilai parameter ditentukan terlebih dahulu. Langkah ini dilakukan agar kontroler bisa mengetahui berapa jumlah PulseFlow yang sudah terhitung dan dapat sesuai dengan jumlah PulseFlow yang seharusnya.

Dengan menentukan PulseFlow setiap 100 ml yaitu 79 yang berasal dari nilai rata-rata yang dibulatkan keatas dan ditunjukkan pada Tabel 4.1. Dengan begitu maka perhitungan pada proses penakaran ini adalah sebagai berikut :

1 2 3 4 5 6

Jumlah Pulsa 78.8 95.5 111.55 127.1 143.6 160.45 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 D a ta Fl o w

�� � �� � = � � ℎ�� �

100 × 79………(4.1)

PulseFlowTakar = Jumlah PulseFlow yang harus dipenuhi.

Jumlah Takar = Input takaran yang diinginkan user (ml).

Dengan metode perhitungan seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 4.1, dilakukan pengujian yaitu dengan melakukan percobaan untuk pengisian 500 ml sampai dengan 5000 ml dengan interval 500 ml. Hasil dari percobaan ini ditunjukkan pada tabel dan grafik di bawah ini.

Tabel 4.2 Hasil Penakaran dengan flow sensor

vol ideal(mL)

vol terukur (mL)

1 2 3 4 5 rata-rata keakuratan

( %)

500 485 488 487 485 480 485 97.00

1000 992 991 990 992 987 990.4 99.04

1500 1489 1487 1490 1495 1493 1490.8 99.39 2000 1985 1989 1982 1991 1990 1987.4 99.37 2500 2490 2489 2505 2485 2480 2489.8 99.59 3000 2995 2990 2980 2985 2990 2988 99.60 3500 3480 3490 3475 3478 3485 3481.6 99.47 4000 3975 3970 3968 3972 3965 3970 99.25 4500 4478 4483 4480 4475 4470 4477.2 99.49 5000 4980 4975 4972 4970 4980 4975.4 99.51

Gambar 4.5 Grafik Hasil Penakaran flow sensor

Dengan hasil percobaan yang ditunjukkan oleh Tabel 4.2 dan grafik rata-rata hasil percobaan yang ditunjukkan oleh Gambar 4.5, terlihat bahwa hasil pengukuran dengan menggunakan water flow sensor dan metode yang digunakan, didapatkan hasil yang mendekati dengan nilai volume yang diharapkan walaupun hasilnya tidak bisa 100 % tepat dengan yang diharapkan. Pengukuran ini mempunyai ralat di bawah 1 % untuk nilai takaran 1000 ml ke atas. Untuk nilai takaran yang berada dibawahnya dengan percobaan untuk 500 ml yang dilakukan 5 kali, hasilnya selalu didapatkan ralat yaitu sekitar 3%. Hal ini dikarenakan water flow sensor ini akan bekerja maksimal pada laju air 1 liter sampai 30 liter, pernyataan ini berdasarkan spesifikasi dari sensor yang digunakan

4.2 Pengujian Keseluruhan Bottle Filler yang Berbasis mikrokontroler

Sub bab ini akan menunjukan hasil dan analisa untuk pengujian keseluruhan pada alat Bottle Filler yang berbasis mikrokontroler. Berikut adalah pengujian yang dilakukan :

1. Pengujian waktu pengisian dan pengujian jumlah takaran untuk setiap botol.

2. Pengujian pangisian di UD. MITRA TANI. y = 0.996x - 6.373

R² = 1

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

v o lu m e a k tu a l (m l)

volume yang diharapkan (ml)

rata-rata hasil percobaan

rata-rata hasil percobaan

Linear (rata-rata hasil percobaan)

4.2.1 Pengujian Waktu Pengisian

Pengujian ini dilakukan dengan menghitung waktu pengisian pada tiap-tiap slot botol yang disediakan. Dengan empat variasi yaitu pada saat satu slot botol aktif, dua slot botol aktif, tiga botol aktif, dan semua slot aktif mengisi dengan dua sample untuk masing- masing variasi Pengujian ini dilakukan untuk mencapai target yang dituliskan pada spesifikasi alat ini yaitu 1.5 menit untuk pengisian 1200 ml, sehingga Pada pengujian ini, jumlah takaran yang digunakan adalah 1200 ml.

Sebelumnya akan dilakukan analisa perhitungan laju air berdasarkan mekanik yang dibuat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Desain mekanik Keterangan : 1. Keluaran dari tampungan.

2. Masukan ke dalam flow sensor.

3. Keluaran dari flow sensor yang terhubung dengan valve.

Cairan yang digunakan memiliki massa jenis yaitu 1 g/cm3 . Nilai massa jenis ini didapatkan dari rumus yaitu :

�=

Dengan : ρ = Massa jenis (g/cm3 ). m = Massa (gram). V = Volume (cm3).

Berdasarakan pengukuran yang dilakukan, cairan yang digunakan mempunyai berat yaitu 100 g untuk 100 ml air, sehingga perhitungan menjadi

�

=

100 �

100 � 3 = 1 g/cm

3

Pengukuran berat cairan ditunjukkan pada Gambar 4.7, dari gambar tersebut terlihat selisih berat pada saat diberi gelas ukur kosong dan gelas ukur yang diisi cairan sebanyak 100 ml.

Gambar 4.7 (a) Pengukuran gelas ukur kosong. (b) Pengukuran gelas ukur yang terisi.

Setelah mengetahui massa jenis dari cairan yang digunakan maka selanjutnya adalah menentukan debit air Q yang dikeluarkan oleh tampungan yang ditunjukkan pada gambar 4.8. Nilai debit air dapat didapatkan dengan perhitungan dibawah ini.

=

�

.

Dengan : Q = Debit air per satuan waktu (m3/s) A = Luas penampang ( m2)

v = Kecepatan ( m/s )

Gambar 4.8 Model tangki penampung.

Nilai kecepatan laju air (V) pada bak terbuka dapat didapatkan dengan rumus berikut.

=

2.

�

.

ℎ

Dengan : v = Kecepatan laju air (m/s) g = Percepatan gravitasi ( m/s2) h = Ketinggian ( m/s )

Dengan ketinggian 12 cm yang mana merupakan level tertinggi air, dan 10 m/s2 yang mana adalah nilai untuk percepatan gravitasi bumi maka perhitungan akan menjadi seperti di bawah ini

v= 2 × 10 ₂× 0.12

= 2.4 2 ₂

= 1.54 /

Luas penampang lingkaran pada penampung mempunyai diameter 1,1 cm sehingg luas penampang A pada tampungan ini adalah 0,95 cm2, sehingga debit air Q dapat dihitung dengan perhitungan di bawah ini.

= � ×

= 0.95 � 2 × 1.54

= 0.95 × 10−4 2 × 1.54

= 146.3� 3

Debit yang keluar dari bagian 1 dari Gambar 4.6 adalah 146.3 cm3/s. Dari sini akan dilanjutkan dengan cairan yang masuk ke dalam water flow sensor yang terdapat sambungan pipa seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Sambungan selang pada flow sensor

Sambungan selang ini mempunyai luas penampang yang berbeda yaitu 0.5cm2, sedangkan luas penampang selang keluaran adalah 0.95 cm2. Sehingga dengan menggunakan persamaan kontinuitas dapat mencari kecepatan yang berubah diakibatkan berbedaan luas penampang ini adalah sebagai berikut.

�1. 1 = �2 2

0.95 × 10−4 2 _{. 1.54 = 0.5 × 10}−4 2_.

2

2 =

0.95 ×10−4 2 .1.54 0.5 ×10−4 2

2 = 2,92

Dengan kecepatan laju air pada bagian 2 pada Gambar 4.6 adalah 2.92 m/s untuk saat ketinggian air saat maksimum. Berikutnya cairan masuk ke bagian 3 pada Gambar 4.6 yaitu bagian keluaran dari flow yang masuk ke bagian solenoid valve sensor dengan debit air 146� 3 .

Dengan menganggap bahwa solenoid valve yang digunakan hanya berfungsi sebagai kran maka debit akan tetap sama 146� 3 . Dengan begitu maka apabila diketahui nilai debit air, maka waktu pengisian untuk 1200 ml akan dihitung,

= �

= �

= 1200 �

3

146� 3

= 8.21

Perhitungan di atas menunjukan bahwa waktu pengisian untuk 1200 ml adalah 8.21 sekon, dengan hasil tersebut maka waktu pengisian jauh lebih cepat dibandingkan waktu yang ditentukan pada spesifikasi yaitu 1.5 menit untuk pengisian di setiap outlet.

Percobaan untuk mendapatkan waktu pengisian setiap outlet mempunyai hasil sebagai berikut :

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Waktu Pengisian Waktu Pengisian 1200 ml

I II III IV V VI VII

Outlet 1 26.2 26.5 26.8 27.4 28.0 28.0 29.5 Outlet 2 26.2 26.4 26.9 27.5 28.1 28.7 29.4 Outlet 3 26.3 26.5 26.7 26.7 28.2 28.2 29.5 Outlet 4 26.4 26.6 26.8 27.4 28.1 28.7 29.6

Percobaan dilakukan tanpa melakukan pengisian kembali ke dalam tampungan dengan tampungan terisi penuh ±30 liter. Terdapat perbedaan pada

pengisian ke I dan pengisian ke VII, dikarenakan level air yang berkurang yang menyebabkan terjadi perbedaan tekanan sehingga waktu pengisian lebih lama.

Perbedaan waktu pengisian berdasarkan perhitungan dan percobaan ini dikarenakan sistem kerja analogi dari solenoid valve. Gambar 4.9 dibawah ini menunjukan wujud dari solenoid valve yang digunakan.

Gambar 4.9 Komponen Solenoid Valve[5] Keterangan : 1. Valve’s body

2. Inlet 3. Outlet 4. Koil

5. Kumparan

6. Kabel Catu Daya

7 Plunger 8. Per 9. Lubang

Dengan analogi seperti berikut menyebabkan aliran air tidak bisa langsung mengalir dikarenakan terdapat sekat dan lubang kecil, seperti yang ditunjukkan pada bagian 9.

Dari percobaan ini juga didapatkan hasil percobaan pengukuran untuk setiap outlet yang ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran tiap outlet. Hasil Pengukuran untuk setiap 1200 ml

I II III IV V VI VII

Outlet 1 1190 1188 1186 1189 1191 1189 1188 Outlet 2 1188 1189 1190 1187 1187 1189 1186 Outlet 3 1192 1192 1191 1191 1189 1191 1190 Outlet 4 1190 1191 1192 1189 1187 1190 1188

Dari hasil di atas terlihat bahwa volume terukur selalu lebih kecil dari air volume yang diinginkan. Hasil tidak bisa selalu konstan di satu nilai tertentu yang dikarenakan oleh flow sensor yang digunakan.

Gambar 4.10 Pengukuran untuk 1200 ml. 4.2.2 Pengujian pengisian di UD. Mitra Tani

Pengujian ini dilakukan untuk mencapai target produksi dalam 6 jam kerja yaitu 1000 botol seperti yang dituliskan pada spesifikasi alat ini. Pengujian dilakukan selama satu jam untuk mendapatkan jumlah botol yang terisi.

1200

Gambar 4.11 Pemasangan pada UD. Mitra Tani

Hasil dari pengujian ini adalah alat mampu mengisi 227 botol dengan 1 operator dalam satu jam, maka diharapkan alat mampu mengisi 1000 botol / 6 jam kerja. Dengan hasil pengujian waktu kecepatan pengisian mempunyai rata-rata ±27 detik. Alat sudah memenuhi spesifikasi dengan menghasilkan lebih dari 1000 botol untuk total operasional alat selama 6 jam kerja seperti yang ditunjukkan pada lampiran A. Setelah pengisian botol tidak perlu lagi dilakukan pencucian dan pengeringan dikarenakan botol bersih tidak lagi ada cairan yang meluap dikarenakan proses penakaran yang sebelumnya, sehingga botol dapat langsung diberi label seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12. Penggunaan selang lebih dipilih dibandingkan penggunaan sambungan pipa, dikarenakan sambungan pipa membutuhkan waktu lebih untuk menghabiskan sisa cairan di dalam sambungan pipa.

Gambar 4.12 Botol setelah pengisian

Sistem ini berjalan dengan empat buah outlet yang masing-masing dapat menakarkan secara otomatis dengan ralat yang kecil yaitu dibawah 1% untuk penakaran 1000 ml sampai 5000 ml. Sebelumnya UD. Mitra Tani hanya mampu mengisi botol ±500 botol / 6 jam kerja untuk takaran 1200 ml karena dibutuhkan waktu untuk proses pencucian dan proses pengeringan.

Gambar 4.8 Sambungan selang pada flow sensor

Sambungan selang ini mempunyai luas penampang yang berbeda yaitu 0.5cm2, sedangkan luas penampang selang keluaran adalah 0.95 cm2. Sehingga dengan menggunakan persamaan kontinuitas dapat mencari kecepatan yang berubah diakibatkan berbedaan luas penampang ini adalah sebagai berikut.

�1. 1 = �2 2

0.95 × 10−4 2 _{. 1.54 = 0.5 × 10}−4 2_. 2

2 =

0.95 ×10−4 2 .1.54 0.5 ×10−4 2

2 = 2,92

Dengan kecepatan laju air pada bagian 2 pada Gambar 4.6 adalah 2.92 m/s untuk saat ketinggian air saat maksimum. Berikutnya cairan masuk ke bagian 3 pada Gambar 4.6 yaitu bagian keluaran dari flow yang masuk ke bagian solenoid valve sensor dengan debit air 146� 3 .

Dengan menganggap bahwa solenoid valve yang digunakan hanya berfungsi sebagai kran maka debit akan tetap sama 146� 3 . Dengan begitu maka apabila

diketahui nilai debit air, maka waktu pengisian untuk 1200 ml akan dihitung,

= �

= �

= 1200 �

3

146� 3 = 8.21

Perhitungan di atas menunjukan bahwa waktu pengisian untuk 1200 ml adalah 8.21 sekon, dengan hasil tersebut maka waktu pengisian jauh lebih cepat dibandingkan waktu yang ditentukan pada spesifikasi yaitu 1.5 menit untuk pengisian di setiap outlet.

Percobaan untuk mendapatkan waktu pengisian setiap outlet mempunyai hasil sebagai berikut :

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Waktu Pengisian Waktu Pengisian 1200 ml

I II III IV V VI VII

Outlet 1 26.2 26.5 26.8 27.4 28.0 28.0 29.5 Outlet 2 26.2 26.4 26.9 27.5 28.1 28.7 29.4 Outlet 3 26.3 26.5 26.7 26.7 28.2 28.2 29.5 Outlet 4 26.4 26.6 26.8 27.4 28.1 28.7 29.6

Percobaan dilakukan tanpa melakukan pengisian kembali ke dalam tampungan dengan tampungan terisi penuh ±30 liter. Terdapat perbedaan pada

pengisian ke I dan pengisian ke VII, dikarenakan level air yang berkurang yang menyebabkan terjadi perbedaan tekanan sehingga waktu pengisian lebih lama.

Perbedaan waktu pengisian berdasarkan perhitungan dan percobaan ini dikarenakan sistem kerja analogi dari solenoid valve. Gambar 4.9 dibawah ini menunjukan wujud dari solenoid valve yang digunakan.

Gambar 4.9 Komponen Solenoid Valve[5] Keterangan : 1. Valve’s body

2. Inlet

3. Outlet

4. Koil 5. Kumparan 6. Kabel Catu Daya

7 Plunger

8. Per 9. Lubang

Dengan analogi seperti berikut menyebabkan aliran air tidak bisa langsung mengalir dikarenakan terdapat sekat dan lubang kecil, seperti yang ditunjukkan pada bagian 9.

Dari percobaan ini juga didapatkan hasil percobaan pengukuran untuk setiap

outlet yang ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran tiap outlet. Hasil Pengukuran untuk setiap 1200 ml

I II III IV V VI VII

Outlet 1 1190 1188 1186 1189 1191 1189 1188 Outlet 2 1188 1189 1190 1187 1187 1189 1186 Outlet 3 1192 1192 1191 1191 1189 1191 1190 Outlet 4 1190 1191 1192 1189 1187 1190 1188

Dari hasil di atas terlihat bahwa volume terukur selalu lebih kecil dari air volume yang diinginkan. Hasil tidak bisa selalu konstan di satu nilai tertentu yang dikarenakan oleh flow sensor yang digunakan.

Gambar 4.10 Pengukuran untuk 1200 ml. 4.2.2 Pengujian pengisian di UD. Mitra Tani

Pengujian ini dilakukan untuk mencapai target produksi dalam 6 jam kerja yaitu 1000 botol seperti yang dituliskan pada spesifikasi alat ini. Pengujian dilakukan selama satu jam untuk mendapatkan jumlah botol yang terisi.

1200

Gambar 4.11 Pemasangan pada UD. Mitra Tani

Hasil dari pengujian ini adalah alat mampu mengisi 227 botol dengan 1 operator dalam satu jam, maka diharapkan alat mampu mengisi 1000 botol / 6 jam kerja. Dengan hasil pengujian waktu kecepatan pengisian mempunyai rata-rata ±27 detik. Alat sudah memenuhi spesifikasi dengan menghasilkan lebih dari 1000 botol untuk total operasional alat selama 6 jam kerja seperti yang ditunjukkan pada lampiran A. Setelah pengisian botol tidak perlu lagi dilakukan pencucian dan pengeringan dikarenakan botol bersih tidak lagi ada cairan yang meluap dikarenakan proses penakaran yang sebelumnya, sehingga botol dapat langsung diberi label seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12. Penggunaan selang lebih dipilih dibandingkan penggunaan sambungan pipa, dikarenakan sambungan pipa membutuhkan waktu lebih untuk menghabiskan sisa cairan di dalam sambungan pipa.

Gambar 4.12 Botol setelah pengisian

Sistem ini berjalan dengan empat buah outlet yang masing-masing dapat menakarkan secara otomatis dengan ralat yang kecil yaitu dibawah 1% untuk penakaran 1000 ml sampai 5000 ml. Sebelumnya UD. Mitra Tani hanya mampu mengisi botol ±500 botol / 6 jam kerja untuk takaran 1200 ml karena dibutuhkan waktu untuk proses pencucian dan proses pengeringan.