BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Fluida - Perancangan Alat Pengukur Kecepatan & Debit Suatu Aliran Cairan Berbasis Mikrokontroler

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Fluida

  Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila terkena tegangan geser. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan. Tegangan geser pada suatu titik adalah nilai batas perbandingan gaya geser terhadap luas dengan berkurangnya luas hingga menjadi titik tersebut. Suatu zat cair ditempatkan di antara dua buah plat sejajar, dengan jarak antara yang kecil dan besar sedemikian luasnya sehingga keadaan pada tepi-tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah terpasang tetap dan suatu gaya F ditetapkan pada plat atas, yang mengerahkan tegangan geser F/A pada zat apapun yang terdapat di antara plat-plat. A ialah luas plat atas satuannya (m). Bila gaya F menyebabkan plat bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) satuannya (N), betapapun kecilnya F, maka kita dapat menyimpulkan bahwa zat di antara kedua plat tersebut adalah fluida. Termasuk fluida adalah air, gas dan zat padat. Aliran (flow) fluida ada tiga macam yaitu :

  1. Kecepatan fluida mengalir (m/s),

  2. Debit (banyaknya volume) fluida mengalir per satuan waktu (l/dtk),

  3. Jumlah (volume) fluida yang mengalir untuk selang waktu tertentu (liter, galon). Hubungan antara debit (Q) dengan kecepatan (v) dapat ditulis dengan persamaan berikut:

  Q = A . v .................................. (2.1) Dengan:

3 Q adalah debit ( m /dt)

  v adalah kecepatan (m/dt)

2 A adalah luasan sungai (m )

  Jenis alat ukur aliran (flow) sebenarnya sangat banyak, pada dasarnya dapat dibagi menjadi dua bagian besar yaitu :

  1. Head Flow Meter,

  2. Area Flow Meter, Fluida mempunyai kerapatan yang harganya tertentu pada temperatur dan tekanan tertentu. Harga kerapatannya tergantung pada temperatur dan tekanan, apabila temperatur dan tekanan suatu fluida berubah maka kerapatannya akan berubah bagi zat cair kerapatannya tidak akan terpengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan, hal ini juga dinamakan fluida tidak dapat mampat (incompresible) sedangkan gas sangat dipengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan dan dikenal juga sebagai fluida dapat mampat (compresible).

  Kedua jenis alat ukur aliran aliran (flow) ini memiliki cara kerja yang berbeda pula. Beberapa macam dari masing-masing jenis alat ukur aliran (flow) akan dibahas pada bagian berikut.

  Head Flow Meter

2.1.1 Dipakai untuk mengukur aliran fluida dalam suatu pipa dengan head flow meter,

  maka dengan itu dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari diameter pipa, sehingga tekanan maupun kecepatannya berubah. Dengan mengukur perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang dapat ditentukan besarnya aliran fluida.

  Konsep mekanika fluida berada dalam dua keadaan, yaitu sebagai zat padat dan cair (fluida). Sebuah zat padat umumnya mempunyai bentuk yang tertentu, sedangkan zat cair dan gas mempunyai bentuk yang ditetapkan oleh wadahnya sendiri (masing-masing).

  Di sini berlaku persamaan kontinuitas, di mana banyaknya fluida yang masuk sama dengan banyaknya fluida yang keluar, dapat dilihat pada persamaan

  2.1. V1 x A1 = V2 x A2 .................................. (2.2) Dengan :

  V1 = kecepatan fluida pada keadaan awal pipa (m/s)

  2 A1= luas permukaan pada keadaan awal pipa (m ) V2= kecepatan fluida diujung pipa (m/s)

  2 A1= luas pemukaan di ujung pipa (m )

  Dengan menganggap bahwa kecepatan fluida pada seluruh penampang sama, maka berlaku persamaan Bernouli : .................................. (2.3)

  P1 + ½ ρ V12 = P2 + ½ ρ V22 Dengan :

  P = Tekanan fluida (N/m2) V = Kecepatan aliran (m/s)

  ρ = Massa jenis fluida (m3/s2) Tetapi biasanya dalam praktek, persamaan di atas masih harus dikoreksi dengan koefisien yang disebut koefisien discharge (discharge coefficient). Koefisien discharge ini tidak konstan dan besarnya ditentukan dari kerugian- kerugian gesekan akibat kekasaran bagian dalam pipa, bentuk geometri dari saluran dan bilangan Reynold. Aliran turbulen mempunyai bilangan Reynold yang lebih tinggi dari 2000, sedangkan aliran laminar mempunyai bilangan Reynold yang lebih rendah (kurang dari 2000). Agar dapat mengetahui bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa diberikan persamaan :

  .................................. (2.4) Dengan :

  ρ = Massa jenis fluida (kg/m3) v = Kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s) D = Diameter pipa (m/s2) Rd = Bilangan Reynold

  μ = Permeabilitas (H/m) Beberapa aliran (flow) meter di bawah ini merupakan pengukuran aliran jenis Head Flow Meter, yaitu :

2.1.1.1 Tabung Venturi

  Tabung Venturi mempunyai bentuk seperti pada Gambar 2.1. Pada sekeliling pipa sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan satu dan dihubungkan dengan pengukuran tekanan disebut cincin piezometer. Dengan demikian tekanan yang diukur merupakan tekanan rata-rata sehingga pengukuran menjadi lebih teliti.

Gambar 2.1 Tabung Venturi

  Kemiringan dibagian input kira-kira sebesar 30º sedangkan dari bagian output lebih kecil, yaitu antara 3º sampai 15º. Perbandingan diameter antara leher dan pipa terletak antara 0,25 mm sampai 0,50 mm. Keuntungan dari pipa venturi adalah:

  1.Partikel padatan masih melewati alat ukur

  2. Kapasitas aliran cukup besar 3. Pengukuran tekana lebih baik dibandingkan orifice plate.

  4. Tahan terhadapa gesakan fluida. Kerugiannya adalah:

  1. Ukuran menjadi lebih besar

  2. Lebih mahal dari orifice plate 3. Beda tekanan yang ditimbulkan menjadi lebih kecil dari orifice plate. Hasil pengukuran aliran dengan menggunakan Tabung Venturi ini merupakan pengukuran yang paling teliti bila dibandingkan dengan Head Flow

  Meter yang lain, tetapi paling mahal harganya. Karena bagian leher ini dibuat sebagai unit tersendiri agar mudah diganti.

  2.1.1.2. Flow Nozzle

  Tipe Flow Nozzle menggunakan sebuah corong yang diletakkan diantara sambungan pipa sensor tekanan P dibagian inlet dan P dibagian outlet. Tekanan

  1

  2 P lebih kecil dibandingkan P . Sensor jenis ini memiliki keunggulan diabanding

  2

  1

  venture dan orifice plate yaitu:

  1. Masih dapat melewatkan padatan

  2. Kapasitas aliran cukup besar

  3. Mudah dalam pemasangan

  4. Tahan terhadap gesekan fluida

  5. Beda tekanan yang diperoleh lebih besar daripada pipa venturi

  6. Hasil beda tekanan cukup baik karena aliran masih laminer

Gambar 2.2 Flow Nozzle

  Tap (lubang pengukur tekanan) pada Flow Nozzle ini diletakkan kira-kira pada jarak satu kali diameter pipa (1 x D) di muka bagian input dan setengah diameter pipa (½ x D) di belakang bagian output.

  Flow Nozzle ini mempunyai ketelitian yang lebih rendah bila dibandingkan dengan Tabung Venturi, juga harganya lebih murah. Berbeda dengan Tabung Venturi yang dalam pemasangannya menggunakan pipa saluran, maka pemasangan Flow Nozzle dapat dilaksanakan tanpa mengganggu sambungan pipa.

  2.1.1.3. Plat Orifice

  Plat Orifice merupakan aliran yang paling murah, paling mudah pemasangannya, tetapi keakuratannya kurang baik di antara pengukuran- pengukuran aliran jenis Head Flow Meter. Plat Orifice merupakan plat berlubang dengan pinggiran yang tajam. Plat ini terbuat dari bahan-bahan yang kuat. Selain terbuat dari logam, ada juga orificenya yang terbuat dari plastik agar tidak dipengaruhi oleh fluida yang mengalir, erosi atau korosi.

  Plat Orifice tipe eksentris dan segmental digunakan untuk mengukur aliran yang mengandung bahan-bahan padat. Bila digunakan Plat Orifice tipe konsentris, timbul endapan-endapan benda padat yang akan mengganggu pengukuran. Demikian juga lubang kecil yang terletak pada bagian bawah, dibuat sedemikian rupa agar kesalahan pengukuran dapat diperkecil, yaitu untuk mengalirkan fluida akibat kondensasi agar tidak berkumpul pada Plat Orifice yang dapat mengganggu pengukuran aliran fluida. Untuk aliran fluida udara yang terjebak dialirkan dengan memberi lubang kecil di bagian atas.Tekanan diferensial yang diukur kecil sekali karena hanya menyatakan rugi tekanan oleh Plat Orifice. Agar pengukuran aliran dengan menggunakan Plat Orifice dapat dilakukan dengan ketelitian yang tinggi maka di dekat tap-tap, tekanan tidak boleh mengalami gangguan. Ganguan-gangguan ini dapat terjadi bila di dekat tap ini terdapat fitting seperti sambungan pipa, belokan, katup, regulator, pompa dan lain- lain. Umumnya daerah sejauh 5 m sebelum orifice sampai 20 m sesudah orifice harus bebas dari fitting-fitting. Angka-angka ini bisa tergantung pada perbandingan diameter dan tipe fitting yang berbeda dari kiri ke kanan orifice.

2.1.1.4 Tabung Pitot

  Pitot tube ialah pipa terbuka kecil dimana permukaannya bersentuhan langsung dengan aliran. Terdiri dari 2 pipa, yaitu :

• Static tube (untuk mengukur tekanan statis) Pipa ini membuka secara tegak lurus sampai ke aliran sehingga dapat diketahui tekanan statisnya.
• Impact/stagnation tube (untuk mengukur tekanan stagnasi = velocity head)

  Impact pressure selalu lebih besar daripada static pressure dan perbedaan antara kedua tekanan ini sebanding dengan kecepatan.

  Konstruksi pipa ini adalah berupa pipa biasa sedang di bagian tengah pipa diselipkan pipa kecil yang dibengkokkan ke arah inlet. Jenis pipa ini jarang dipergunakan di industri karena dengan adanya pipa kecil di bagian tengah akan menyebabkan benturan yang sangat kuat terhadap aliran fluida. Alat ini hanya dipergunakan untuk mengukur aliran fluida yang sangat lambat.

  Cara kerja pitot tube : Pipa yang mengukur tekanan statis terletak secara radial pada batang yang

   dihubungkan ke manometer (pstat) Tekanan pada ujung pipa di mana fluida masuk merupakan tekanan

   stagnasi(p0) Kedua pengukuran tekanan tersebut dimasukkan dalam persamaan

   Bernoulli untuk mengetahui kecepatan alirannya Sulit untuk mendapat hasil pengukuran tekanan stagnasi secara nyata

   karena adanya friksi pada pipa. Hasil pengukuran selalu lebih kecil dari kenyataan akibat faktor C (friksi empirik)

  P P ₁ ² P > P _{1 2} Aliran

Gambar 2.3 Pipa Pitot

  fluida

  Prinsip dari pitot tube : Energi kinetik dikonversikan menjadi static pressure head Aplikasi pipa pitot

   Mengukur kecepatan pada pesawat (airspeed)

   Altimeter pesawat

   Mengukur tekanan fluida pada wind tunnel (terowongan angin)

  Tabung Pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri, di mana kedua tapnya merupakan bagian dari Tabung Pitot itu sendiri, sehingga tidak mengganggu

2.1.1.5 Rotameter

  Rotameter terdiridari tabung vertikal dengan lubang gerak di mana kedudukan pelampung dianggap vertical sesuai dengan laju aliran melalui tabung (Gambar 2.4). Untuk laju aliran yang diketahui, pelampung tetap stasioner karena gaya vertical dari tekanan diferensial, gravitasi, kekentalan, dan gaya-apung akan berimbang. Jadi kemampuan menyeimbangkan diri dari pelampung yang digantung dengan kawat dan tergantung pada luas dapat ditentukan. Gaya kebawah (gravitasi dikurangi gaya apung) adalah konstan dan demikian pula gaya keatas (penurunan tekanan dikalikan luas pelampung) juga harus konstan.

  outlet Tabung gelas pelampung

  x

Gambar 2.4 Rotameter

  inlet

  Pelampung dapat dibuat dari berbagai bahan untuk mendapatkan beda kerapatan yang diperlukan untuk mengukur cairan atau gas tertentu. Tabung sering dibuat dari gelas berkekuatan tinggi sehingga dapat dilakukan pengamatan langsung terhadap kedudukan pelampung.

  Area Flow Meter

2.1.2 Prinsip kerja Area Flow Meter merupakan kebalikan dari Head Flow

  Meter. Pada Head Flow Meter, aliran melewati saluran yang mempunyai luas tertentu terdapat perbedaan tekanan, sehingga dapat diketahui debit alirannya. Sebaliknya pada Area Flow Meter mempunyai skala yang linier. Rota Meter ini terdiri dari suatu kerucut yang terbuat dari gelas (kaca) atau bahan lain seperti epoxy yang transparan dan berskala dengan suatu pelampung di dalamnya. yang mengalir, biasanya terbuat dari stainless steel. Oleh karena adanya aliran fluida maka pelampung akan naik dalam keadaan setimbang dan akan diam pada posisi tertentu. Semakin besar alirannya maka semakin tinggi posisinya. Rota Meter harus dipasang tegak lurus (tidak boleh lebih miring dari 2º). Berat pelampung diimbangi oleh gaya ke atas oleh fluida dan gaya akibat perbedaan tekanan. Jadi dalam keadaan setimbang pelampung menjadi :

  .................................. (2.5) Dengan :

  W = Berat pelampung (kg) vP = Kecepatan pelampung (m/s) ρgf = Berat jenis fluida (kg/m3)

  ΔP = Beda tekanan (N/m2) Di sini terlihat bahwa beda tekanan ΔP tidak tergantung dari posisi pelampung. Jadi pada posisi manapun beda tekanan akan konstan. Oleh karena luas penampang kerucut berubah terhadap posisi penampang, maka luas penampang dimana fluida mengalir di sekeliling pelampung juga tergantung pada posisi penampang. Penampang aliran kontinuitas Bernouli, sehingga pelampung akan mengatur dirinya sendiri pada posisi dimana kedua persamaan tadi dipenuhi. Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut kemiringan kerucut kecil, maka ini sebanding dengan posisi pelampung. Dengan demikian debit yang akan diukur sebanding dengan posisi pelampung. Oleh karena berat jenis fluida mempengaruhi persamaan diatas, maka setiap Rota Meter dikalibrasikan untuk fluida tertentu Rota Meter ini tidak sekuat Head Flow Meter

  

karena terbuat dari bahan transparan, tetapi akhir-akhir ini sudah berhasil dibuat Rota

Meter dari logam dan plastik yang lebih kuat.

2.2 Pengenalan Mikrokontroler AVR ATMega8535

  Mikrokontroler yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil, dapat digunakan untuk membuat suatu aplikasi. Pada mikrokontroler, program 13olynom disimpan dalam ROM yang ukurannya 13olynomi lebih besar, sementara RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan. Pada sistem 13olynomi perbandingan RAM dan ROM nya besar, artinya program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ROM yang sangat kecil. Sedangkan pada mikrokontroler perbandingan RAM dan ROM nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM yang ukurannya 13olynomi besar sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.

2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 8535

  Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Selain itu AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set

  ).

  Computing

  Secara garis besar arsitektur mikrokontroler ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut :

  1. Saluran I/O sebanyak 32 buah ysng terdiri dari 4 port yakni (port A, port

  B, port C, port D) 2. ADC 10 bit (8 pin di port A.0 s/d port A.7) 3.

  

3 buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan.

  4. SRAM sebesar 512 byte.

  5. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write 6.

   EEPROM 512 byte yang dapat deprogram saat operasi.

  7. Antarmuka komparator analog.

  8. Port USART antar komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.

  9. Unit interupsi internal dan eksternal.

  10.

  4 channel PWM 11. Watchdog Timer dengan osilator internal.

  12. Port antarmuka SPI8535 13.

  6 sleep modes (Idle, ADC Noise Reduction, Power-Save, Power-Down, Standby and Extended Standby) untuk penghematan daya listrik.

  14. Kecepatan maksimal 16 MHz.

Gambar 2.5 Arsitektur ATMega8535

2.2.2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATMega 8535

  Berikut dijelaskan secara fungsional konfigurasi Pin mikrokontroler AVR ATMega8535 sebagai berikut :

  2. GND : merupakan pin ground.

  3. Port A (PA0..PA7 : merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.

  4. Port B (PB0..PB7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, komparator analog dan SPI.

  5. Port C (PC0..PC7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu TWI, komparator analog, input ADC dan Timer Oscilator.

  6. Port D (PD0..PD7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.

  7. RESET : merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.

  8. XTAL1 dan XTAL2 : merupakan pin masukan clock eksternal.

  9. AVCC : merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

  10. AREF : merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Gambar 2.6 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATMega8535

2.2.3 Deskripsi Pin-Pin pada Mikrokontroler ATMega8535 :

2.2.3.1 Port A

  Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan

  

internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat 17olyno

  arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port A

  Direction

  digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.

2.2.3.2 Port B

  Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan

  

internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port B dapat 17olyno

  arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum port B

  Direction Register port

  digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel 2.1 Fungsi Pin-pin Port B

  Port Pin Fungsi Khusus

  PB0 T0 = timer/counter 0 external counter input PB1 T1 = timer/counter 0 external counter input PB2 AIN0 = analog comparator positive input PB3 AIN1 = analog comparator negative input PB4 SS = SPI slave select input PB5 MOSI = SPI bus master output / slave input PB6 MISO = SPI bus master input / slave output PB7 SCK = SPI bus serial clock

2.2.3.3 Port C

  Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data

  

Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum port C

  digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi 18olynomial18 sebagai oscillator untuk

  timer/counter 2.

  2.2.3.4 Port D

  Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port D dapat memberi

  internal pull-up

  arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data

  

Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum port D

  digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel 2.2 Fungsi Pin-pin Port D

  Port Pin Fungsi Khusus

  PD0 RDX (UART input line) PD1 TDX (UART output line) PD2

  INT0 ( external interrupt 0 input ) PD3

  INT1 ( external interrupt 1 input ) PD4 OC1B (Timer/Counter1 output compare B match output) PD5 OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output) PD6

  ICP (Timer/Counter1 input capture pin) PD7 OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)

  2.2.3.5. RESET (Reset input)

  (RST) pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini

  RESET

  diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka sistem ini akan di-

  2.2.3.6. XTAL1 (Input Oscillator)

  XTAL 1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit.

  2.2.3.7. XTAL2 (Output Oscillator) XTAL 2 adalah output dari inverting oscillator amplifier.

  2.2.3.8.AVCC

  AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port A dan A/D converter. Pin ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui low pass filter.

  2.2.3.9.AREF AREF adalah pin referensi analog untuk A/D converter.

  2.2.3.10.AGND

  AGND adalah kaki untuk analog ground

2.2.4 Peta Memori ATMega8535

  AVR ATMega 8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi 3 bagian yaitu 32 register umum, 64 register I/O dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah . Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.

Gambar 2.7 Memori ATMega8535

  Selain itu AVR Atmega8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.

2.2.5 Status Register

  Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler.

Gambar 2.8 Status Register 1.

  Bit7  I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk meng-enable

  2. Bit6  T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD.

  3. Bi5  H (Half Cary Flag) 4.

  Bit4  S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag –N (negative) dan flag V (complement overflow).

  5. Bit3  V (Two’s Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis.

  6. Bit2  N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif.

  7. Bit1  Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi set apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0.

  8. Bit0  C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi menghasilkan carry.

2.2.6 Bahasa Pemrograman ATMega8535

  Pemrograman mikrokontroler ATMega8535 dapat menggunakan low level

  language (assembly)

  dan high level language (C, Basic, Pascal, Java, dll) tergantung compiler yang digunakan. Bahasa Assembler mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika pemrograman satu jenis mikrokontroler AVR sudah dikuasai, maka akan dengan mudah menguasai pemrograman keseluruhan mikrokontroler jenis mikrokontroler AVR. Namun bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari dari pada bahasa C. Untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan waktu yang lama serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan bahasa C memiliki keunggulan dibanding bahasa assembler yaitu independent terhadap hardware serta lebih mudah untuk menangani project yang besar.

  Bahasa C memiliki keuntungan-keuntungan yang dimiliki bahasa

  

assembler (bahasa mesin), hampir semua operasi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin, dapat dilakukan dengan bahasa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Bahasa C terletak diantara bahasa pemrograman tingkat tinggi dan assembly.

2.3 Sensor Ultrasonic SRF04

  Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya, frekuensi kerjanya pada daerah diatas gelombang suara dari

  40 KHz hingga 400 KHz.Prinsip kerja sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar.

  Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz

• – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan, dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat sekitarnya), dan pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh oleh unit sensor penerima.

  Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama. Besar amplitudo sinyal elekrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor penerima. Proses sensing yuang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya, yaitu udara.

  Waktu di hitung ketika pemancar aktif dan sampai ada input dari rangkaian penerima dan bila pada melebihi batas waktu tertentu rangkaian penerima tidak ada sinyal input maka dianggap tidak ada halangan didepannya

Gambar 2.9 Sensor ultrasonic SRF04

2.3.1 Spesikasi sensor SRF04

• Spesifikasi dari sensor SRF04 ini adalah sebagai berikut:
• – - Tegangan : 5 VDC
• – - Konsumsi Arus : 30 mA (rata-rata), 50 mA (max)
• – - Frekuensi Suara : 40 kHz
• – - Jangkauan : 3 cm - 3 m
>Sensitivitas : Mampu mendeteksi gagang sapu berdiameter 3 cm dalam jarak > 2 m
• Input Trigger : 10 mS min. Pulsa Level TTL
• Pulsa Echo : Sinyal level TTL Positif, Lebar berbanding proporsional dengan jarak yang dideteksi

Gambar 2.10 Timing Diagram dari SRF04

  Sensor Devantech SRF-04 bekerja dengan cara memancarkan sinyal ultrasonik sesaat dan menghasilkan pulsa output yang sesuai dengan waktu pantul sinyal ultrasonik sesaat kembali menuju sensor. Dengan mengukur lebar pulsa pantulan tersebut jarak target didepan sensor dapat diketahui.

  Pin trigger dan echo dihubungkan ke mikrokontroler. Untuk memulai pengukuran jarak, mikro akan mengeluarkan output high pada pin trigger selama minimal 10uS, sinyal high yang masuk tadi akan membuat srf04 ini mengeluarkan suara ultrasonik. Kemudian ketika bunyi yang dipantulkan kembali ke sensor srf04, bunyi tadi akan diterima dan membuat keluaran sinyal high pada pin echo yang kemudian menjadi inputan pada mikrokontroler.

  Lamanya sinyal high dari echo ini lah yang digunakan untuk menghitungan jarak antara sensor srf04 dengan benda yang memantulkan bunyi yang berada di depan sensor ini. Untuk menghitung lamanya sinyal high yang diterima mikrokontroler dari pin echo, maka digunakan fasilitas timer yang ada pada masig-masing mikrokontroler. Ketika ada perubahan dari low ke high dari pin echo maka akan mengaktifkan timer, dan ketika ada perubahan dari high ke

2.4 Motor Pompa

  Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis yang digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah kedaerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa. Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi tahanan – tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui.

  Pompa juga dapat digunakan pada proses - proses yang membutuhkan tekanan hidraulik yang besar. Hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan - peralatan berat. Dalam operasi, mesin - mesin peralatan berat membutuhkan tekanan discharge yang besar dan tekanan isap yang rendah. Akibat tekanan yang rendah pada sisi isap pompa maka fluida akan naik dari kedalaman tertentu, sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi discharge akan memaksa fluida untuk naik sampai pada ketinggian yang diinginkan.

2.4.1 Pengertian Pompa Sentrifugal

  Pompa sentrifugal memiliki sebuah impeller (baling

• – baling) yang bertujuan untuk mengalirkan zat cair dari suatu tenpat ketempat lain dengan cara mengubah energi zat cair yang dikandung menjadi lebih besar. Pompa digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Karena pompa digerakkan oleh motor listrik (motor penggerak), jadi daya guna kerja pompa adalah perbandingan antara gaya mekanis yang diberikan motor kepada pompa.

  Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi kemudian melalui saluran yang penampangnya semakin membesar yang disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. impeller, ruang diantara sudut - sudut menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk.

  Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa. Sehingga dapat dikatakan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinu.

Gambar 2.11 Pompa sentrifugal

  Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

  1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Arah aliran fluida dalam dapat berupa axial flow (aliran axial), mixed flow (campuran aliran), atau

  impeller radial flow (aliran radial).

  2. Bentuk kontruksi dari impeller: impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi

• – open impeller, atau close impeller.

  3. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa sentrifugal memiliki

  

suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut

single

• – suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki dua suction inlet

  disebut double – suction pump.

  4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa

  impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single

• – stage

  pump . stage pump

• – sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi

2.5 Interpolasi Langrange

  Perhitungan yang digunakan pada program adalah dengan menentukan suatu titik temu dari beberapa jenis data. Dikarenakan renge data antara nilai maksimum dan nilai minimumnya yang jauh berbeda dan tidak linear maka digunakan perhitungan dengan menggunakan metode numerik interpolasi langrange. Interpolasi Langrange diterapkan untuk mendapatkan fungsi 27polynomial P(x) berderajat tertentu yang melewati sejumlah titik data. Misalnya, untuk mendapatkan fungsi 27polynomial berderajat satu yang melewati dua buah titik yaitu (x , y ) dan (x , y ). Langkah pertama yang kita lakukan

  1

  1

  adalah mendefinisikan fungsi berikut : Bentuk polinomial Newton order satu:

  f (x)=f(x )+(x )f[x ,x ] 1 –x

  1

  .................................(2.6) Pembagian beda hingga yang ada dalam persamaan di atas mempunyai bentuk:

  ( ) ( ) f x f x

  1

  [x , x ] =

  f

  1 x x

  1 ( ) f ( x ) f x

  1 f [x ,x ]=

  1 x x x x

  1

  1

  .................................(2.7) Substitusi persamaan (2.6) ke dalam persamaan (2.7) memberikan:

  x x x x f (x) = f (x ) + f (x ) + f (x )

  1

  1 x x x x

  

1

  1

  ..............................(2.8)

  Dengan mengelompokkan suku-suku di ruas kanan maka persamaan di atas menjadi:

  Bentuk umum interpolasi polinomial Lagrange order n adalah:

  L i

  ) .................................(2.11) dengan

  L x f (x i

  ) ( n

i

i

  (x) =

  f n

  ) ...(2.10)

  ..................................(2.12) Simbol merupakan perkalian.

  2

  (x

  1 x x x x f

  2

  1

  2 x x x x

  ) +

  (x) = ⁿ _{i j j j i} ^j x x x x

  Dengan menggunakan persamaan (2.11) dan persamaan (2.12) dapat dihitung interpolasi Lagrange order yang lebih tinggi, misalnya untuk interpolasi Lagrange order 1, persamaan tersebut adalah: f

  f (x

  (x ) +

  1

  (x

  f

  (x)

  1

  L

  f

  1

  (x)

  L

  ) =

  i

  (x

  1 _{i i} f

  (x) = ) x ( L

  1

  2 x x x x

  f

  1

  1 x x x x

  1

  (x) =

  1

  f

  ) atau

  f (x

  1 x x x x

  1 x x x x

  f (x ) +

  1 x x x x x x x x

  1

  1

  (x) =

  1

  f (x ) +

  f (x

  1

  (x) =

  2

  1 x x x x

  f (x ) +

  2 x x x x

  2

  1 x x x x

  1

  1

  1

  f

  ). Persamaan tersebut berlaku untuk berorde satu, dengan perhitungan yang sama akan dapat ditentukan untuk yang berorde dua sebagai berikut :

  1

  , y

  1

  Persamaan (2.9) dikenal dengan interpolasi polinomial Lagrange order satu. Benar-benar melewati titik (x , y ) dan (x

  ) …………………(2.9)

  ) …………………(2.13) x x

1 L (x) = ( )

  x x

  1

  x x (x) =

  L ( )

  1

  x x

1 Sehingga bentuk interpolasi polinomial Lagrange order 1 adalah:

  x x

  1 ( )

  x x ( )

• f (x) = x x f (x ) f (x )

  1

  1

  1

  x x

  1

  ………………………..(2.14) Dengan menggunakan persamaan (2.11) dan persamaan (2.12) dapat dihitung pula interpolasi Lagrange order 2 adalah:

  2

  (x) = (x ) = L (x) f (x ) + L (x) f (x ) + L (x) f (x )

  F

  2 L ( x ) f _{i i i}

  1

  1

  2

  2

  …..(2.15) x x x x

  1

  2

  (x) =

  I=0 L ( )( )

  x x x x

  1

  2

  x x x x

  2

  (x) =

  I=1 L ( )( )

  1

  x x x x

  1

  1

  2

  x x x x

  1 I=2 L (x) = ( )( )

  2

  x x x x

  2

  2

  1 Sehingga bentuk interpolasi polinomial Lagrange order 2 adalah:

  x x x x x x x x

  1

  2

  2

  f (x) = ( )( ) f (x ) + ( )( ) f (x )

  2

  1

  x x x x x x x x

  1

  2

  1

  1

  2

  x x x x x x x x

  1

  1

  ) + + f (x f (x ) ( )( ) ( )( )

  2

  3

  x x x x x x x x

  2

  2

  1

  3

  3

  1

  …………(2.16) Dengan menggunakan persamaan (2.11) dan persamaan (2.12) dapat dihitung pula interpolasi Lagrange order yang lebih tinggi, misalnya untuk interpolasi Lagrange order 3, persamaan tersebut adalah:

  3 .

  2

  2 x x x x x x x x x x x x

  1

  2

  1

  3

  2

  3

  )

  1

  f (x

  1 x x x x x x x x x x x x

  1

  2

  2

  3

  1

  3

  f (x ) + ) )( )( (

  1 x x x x x x x x x x x x

  1

  2

  2

  3

  3

  (x) = ) )( )( (

  f (x

  ) + ) )( )( (

  f

  , x

  , x

  2

  , x

  1

  ) merupakan nilai viskositas untuk setiap sampel pada setiap putarannya yakni pada x , x

  3

  ), dan f (x

  2

  ), f (x

  1

  merupakan banyaknya putaran maksimum yang dihasilkan oleh sensor untuk setiap fluida sedangkan f (x ) , f (x

  3

  2

  2

  , x

  1

  Pada perancangan alat yang akan digunakan interpolasi langrange dengan berorde 3. Dengan keterangan x , x

  ) ...(2.18) Demikian seterusnya hingga berorde n.

  3

  f (x

  3 x x x x x x x x x x x x

  1

  3

  1

  2

  3

  3

  Sehingga bentuk interpolasi polinomial Lagrange order 3 adalah:

  f

  2

  1

  2

  2

  3

  3

  (x) = ) )( )( (

  L

  ) ....(2.17)

  3

  (x) f (x

  3

  ) + L

  (x) f (x

  L

  2

  ) + L

  1

  (x) f (x

  1

  ) = L (x) f (x ) + L

  i

  (x

  L x f

  3 i i

  (x) = ) (

  3

  1 x x x x x x x x x x x x

  1

  3 x x x x x x x x x x x x

  1

  1

  3

  1

  2

  

3

  2

  (x) = ) )( )( (

  3

  L

  2 x x x x x x x x x x x x

  1

  2

  3