PENGUKURAN TINGKAT KEKERUHAN AIR MENGGUNAKAN TURBIDIMETER BERDASARKAN PRINSIP HAMBURAN CAHAYA

Skripsi Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Fisika Program Studi Fisika

Oleh: Bernadeta Yuniarti NIM : 023214020 PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

HALAMAN PERSEMBAHAN

Quot du bitas, ne feceris

(Janganlah mengerjakan apa yang engkau sendiri meragukan)

Va Dove Ti Porta Il Cuore

(Pergilah kemana hati membawamu)

Omnis habet sua dona dies

( Setiap hari memiliki anugerah sendiri-sendiri)

Orang-orang seperti kita, yang percaya pada fisika, tahu bahwa pembedaan antara masa lampau, sekarang, dan masa depan hanyalah ilusi bandel yang susah dihilangkan

Skripsi ini ku persembahkan kepada : Universitas Sanata Dharma

Kedua Orangtuaku Ketiga Saudaraku

Penjaga Hatiku

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

ABSTRAK

PENGUKURAN TINGKAT KEKERUHAN AIR MENGGUNAKAN

TURBIDIMETER BERDASARKAN PRINSIP HAMBURAN CAHAYA

Telah dibuat turbidimeter berdasarkan prinsip hamburan cahaya. Sinar laser sebagai sumber cahaya, dilewatkan ke medium berisi sampel air yang akan diukur. Oleh partikel yang ada di dalam medium sinar laser akan dihamburkan ke segala arah. Semakin banyak partikel yang ada di dalam medium, maka sinar laser yang terhambur juga akan semakin banyak. Sehingga nilai dari intensitas yang terhambur per satu satuan intensitas yang masuk ke medium (Is/Ip) dapat menjadi ukuran untuk menentukan tingkat kekeruhan (T) sampel air. Pengukuran intensitas awal sinar laser (Io) dilakukan dengan cara mengukur intensitas sinar yang direfleksikan oleh kaca pembagi berkas (Ip) sedangkan intensitas yang dihamburkan dicatat sebagai Is. Turbidimeter ini digunakan untuk mengukur tingkat kekeruhan air pada 2 sumber air yaitu di sumur utara dan di sumur selatan, serta 3 bagian instalasi air di Kampus III Universitas Sanata Dharma.

Dari penelitian ini didapatkan hasil bahwa tingkat kekeruhan air pada sumur utara relatif lebih tinggi daripada tingkat kekeruhan air pada sumur selatan. Akan tetapi secara keseluruhan tingkat kekeruhan air pada instalasi berada dibawah 5 NTU.

ABSTRACT

THE MEASUREMENT OF THE WATER TURBIDITY LEVEL USING

THE TURBIDIMETER WHICH IS BASED ON THE LIGHT SCATTERING

A turbidimeter, which is based on the light scattering, has been made. Laser light as a light source, is passed into a medium containing water that will be measured. The laser light will be scattered to all directions by particles of the medium. The more particle is inside the medium, the more laser light is scattered. Thus, the value of scattered intensity per unit incident intensity which comes into the medium (Is/Ip) becomes the size of the turbidity level (T) of water sample. The measurement of the incident intensity (Io) can be measured from the reflected intensity of the beam splitter (Ip) and the scattered intensity is recorded as Is. This turbidimeter is used to measure the turbidity level of the 2 water sources consist of the North well and the South well, and the 3 water installations in Campus III Sanata Dharma University.

From this research, it can be concluded that the turbidity level in the North well is relatively higher than the water turbidity level of the South well. While all of the water turbidity level in the installation is under 5 NTU.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, sebab atas karunia kasihnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Penulis menyadari bahwa tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, secara khusus penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr.Ign.Edi Santosa M.S selaku dosen pembimbing serta dosen penguji yang dengan sabar telah memberikan bantuan dan dorongan semangat dari awal hingga akhir skripsi ini.

2. Ir.Sri Agustini Sulandari, M.Si atas kesabarannya selaku dosen penguji serta kesediaan diri sebagai tempat bertanya.

3. Dr.Agung Bambang Setyo Utomo, SU atas kesabarannya selaku dosen penguji.

4. Seluruh Dosen prodi fisika, yang telah membagikan ilmunya.

5. Bapak, Mamak yang selalu mendoakan, memberi dorongan dan memfasilitasi semuanya. Mas Anton, Dek Tiwik dan Dek Moko yang selalu memberi dorongan, hiburan, dan kebersamaan selama ini.

6. Ninu’ yang selalu mendampingi dan menemaniku dalam suka duka selama ini 7.

Keluarga Lampung yang selalu mendoakan dan menghibur.

8. Seluruh karyawan Universitas Sanata Dharma khususnya karyawan Lab.

Fisika dan Lab Analisis, Mas Agus, Pak Gito atas penyiapan alat-alat, serta Mas Sis, Mas Bimo, dan Pak Widodo yang selalu memberikan bantuan dan hiburan.

9. Teman seperjuangan Mas Thoper (rekan kerjaku), Mba Asri, Mba Debora, Mas Mamat, Mas Hari, Lori, Iman, Trek, Ridwan, Gita, Imma, Kia, Inke atas hiburan dan dorongan semangatnya. Tetap semangat dan sukses.

10. Seluruh teman prodi Fisika Tetap semangat dan sukses selalu. Mari Pertahankan Prodi Fisika!!!

11. Temen-temen Kost Banana Hom yang tidak bisa disebutkan satu persatu, makasih atas hiburan, dorongan semangat dan kebersamaannya.

12. Teman-teman yang banyak membantu dalam penyusunan skripsi ini Rius, Dias, Kodok, Sisil, Lius thanks atas pinjaman komputer dan printernya.

13. Temen-temen dari Sampit Unjuk, Danik, Puput, Beni, Vina, mari kita pertahankan prestasi walaupun di negeri orang. Jaga nama baik bersama.

14. Semua pihak yang sudah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis masih menerima adanya kritik dan saran dari berbagai pihak. Besar harapan penulis semoga skrtipsi ini bisa memberikan manfaat untuk para pembaca serta memberikan sedikit sumbangan untuk Ilmu Pengetahuan .

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................. v ABSTRAK .......................................................................................................... vi ABSTRACT ....................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ..............................................................

1 B. Rumusan Masalah ........................................................................

3 C.

4 Batasan Masalah ..........................................................................

D. Tujuan Penelitian .........................................................................

4 E. Manfaat Penelitian .......................................................................

5 F.

5 Sistematika Penulisan ..................................................................

BAB II DASAR TEORI A. Pengukuran ..................................................................................

7 B.

7 Tingkat Kekeruhan Air ................................................................

C. Hamburan Cahaya .......................................................................

8 D. Sistem Penjernihan Air ................................................................

14 BAB III EKSPERIMEN A.

17 Tempat Eksperimen ....................................................................

Alat dan Bahan 1. Susunan dan Prinsip Kerja Alat ....................................

17 2. Bahan .............................................................................

19 3.

22 Langkah Analisis Data ...................................................

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil ……………………………………………………………

25 B.

30 Pembahasan ................................................................................

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ................................................................................

39 B.

40 Saran .......................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................

41 LAMPIRAN I ....................................................................................................

42 LAMPIRAN II ...................................................................................................

46 LAMPIRAN III ..................................................................................................

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi 1 ...........................................................

25 Tabel 4.2 Hasil Kalibrasi pada susunan alat 2 ..............................

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Berkas Cahaya Mengenai Partikel Penghambur..........................

28 Gambar 4.4 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan Sampel 2 atau Sumur Utara ....................

36 Gambar 4.10 Grafik Hasil Kalibrasi pada Susunan Alat 2 ..............................

33 Gambar 4.9 Susunan Alat 2 ...........................................................................

30 Gambar 4.8 Bagan Garis Besar Sistem Penjernihan Air di Kampus III USD ....................................................................

29 Gambar 4.7 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan Sampel 5 atau Instalasi ke KM Lantai 1 Samping Lab.Bahasa .................................................................

29 Gambar 4.6 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan Sampel 4 atau Instalasi ke KM lantai 4 Lab.Teknik .................

28 Gambar 4.5 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan Sampel 3 atau Instalasi ke KM.Hall Lantai 1 ............................

27 Gambar 4.3 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan Sampel 1 atau Sumur Selatan .................

10 Gambar 2.2 Proses Hamburan Cahaya Sebagai Untuk Menentukan Tingkat Kekeruhan Sampel .......................

26 Gambar 4.2 Turbiditas Sampel Air yang Diambil pada Minggu 1...............

24 Gambar 4.1 Grafik Hasil Kalibrasi 1 .............................................................

23 Gambar 3.4 Proses pengukuran tingkat kekeruhan sampel air .....................

17 Gambar 3.3 Proses kalibrasi ..........................................................................

15 Gambar 3.1 Susunan Alat 1 ..........................................................................

11 Gambar 2.4 Diagram alir sistem penjernihan air sumur di Kampus III Universitas Sanata Dharma ...............................

11 Gambar 2.3 Peristiwa yang Dimanfaatkan dalam Penelitian Pengukuran Kekeruhan Air ......................................

BAB I PENDAHULUAN G. Latar Belakang Masalah Air adalah senyawa yang paling penting di bumi. Air ditemukan di

permukaan dan juga di atmosfir bumi. Sebagian besar tubuh manusia terdiri atas air. Air juga terdapat pada tumbuhan dan hewan. Di dalam kehidupan sehari–hari, kita banyak menggunakan air untuk kebutuhan rumah tangga misalnya untuk air minum, memasak, mandi, mencuci, dan sebagainya. Selain itu air juga digunakan dalam bidang industri. Untuk memenuhi semua kebutuhan tersebut maka diperlukan air yang kualitasnya baik. Kualitas air yang baik dilihat dari berbagai segi yaitu segi kimiawi, biologis, fisika, maupun segi estetika. Salah satunya dari segi estetika kualitas air dilihat dari tingkat kekeruhannya.

Batas maksimum tingkat kekeruhan air minum yang dianjurkan oleh WHO (Badan Kesehatan Dunia) adalah 5 nephelometric turbidity units (NTU) [NN (Vol 1), 1988]. Berkaitan dengan hal tersebut, dalam skripsi ini dilakukan suatu penelitian eksperimen untuk mengetahui tingkat kekeruhan air, apakah termasuk air dengan kekeruhan tinggi atau rendah.

Tingkat kekeruhan air biasanya diukur dengan alat turbidimeter yang berprinsip pada spektroskopi absorpsi, dan juga diukur dengan turbidimeter berprinsip hamburan cahaya dengan peletakan detektor pada 90 terhadap arah sumber sinarnya [Khopkar, 1990].

Pada penelitian ini dilakukan pengukuran tingkat kekeruhan air dengan penggunaan prinsip hamburan cahaya. Set alat yang digunakan dalam penelitian ini dibuat berdasar pada set alat yang pernah ada sebelumnya dengan sinar laser sebagai sumber cahaya. Sinar laser diarahkan ke medium berpartikel. Sehingga sinar tersebut sebagian ada yang diteruskan dan sebagian lagi dihamburkan. Tingkat kekeruhan mediumnya ditentukan dari perbandingan antara intensitas sinar yang dihamburkan terhadap intensitas sinar yang diteruskan. Set alat tersebut menganggap bahwa intensitas awal sinar adalah tetap [Kallard, 1977]. Tetapi dalam kenyataan, muncul masalah yaitu adanya perubahan intensitas awal sinar (Io) yang masuk ke medium berpartikel.

Dengan adanya masalah tersebut, maka dalam penelitian ini telah dibuat alat ukur kekeruhan air dengan prinsip hamburan cahaya yang disertai dengan pengukuran intensitas awal sinar yang masuk ke medium berpartikel selama berjalannya eksperimen. Ini dimaksudkan agar setiap pengukuran intensitas sinar yang terhambur selalu dibandingkan dengan intensitas sinar yang masuk pada medium berpartikel. Sehingga kita bisa mengetahui intensitas sinar yang terhambur tiap satu satuan intensitas awal sinar yang masuk ke medium berpartikel. Penelitian ini menggunakan komponen alat yang sudah ada di laboratorium Fisika.

Penelitian ini mengambil sistem penjernihan air di kampus III Sanata Dharma sebagai obyek penelitian, dengan mengambil sampel air dari 2 sumber air yaitu sumur selatan, sumur utara, serta 3 bagian instalasi air yaitu pada kamar mandi Hall lantai 1; kamar mandi Lantai IV Lab. Teknik; dan kamar mandi Lantai 1 samping Lab. Bahasa. Sehingga penelitian ini bisa digunakan untuk mengetahui unjuk kerja sistem penjernihan air tersebut. Untuk mengetahui unjuk kerjanya, dilakukan dengan melihat adanya pengurangan tingkat kekeruhan air yang sudah masuk ke dalam sistem.

Dengan melakukan penelitian ini, diharapkan kita semakin mudah untuk merangkai alat sederhana dan lebih sempurna sebagai pengukur tingkat kekeruhan air.

A. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut dapat dirumuskan beberapa masalah yaitu :

1. Bagaimana perancangan alat yang digunakan untuk mengukur tingkat kekeruhan air ?

2. Bagaimana cara menentukan tingkat kekeruhan air dengan pengukuran intensitas sinar laser yang terhambur?

3. Bagaimana pemanfaatan alat ukur kekeruhan air ini?

B. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah untuk penelitian ini adalah : 1. Pengukuran tingkat kekeruhan air hanya dilakukan berdasarkan prinsip hamburan cahaya saja

2. Menggunakan sampel air pada 2 sumber air dan 3 instalasi air di kampus III Universitas Sanata Dharma selama 22 minggu

3. Menggunakan komponen alat di laboratorium Fisika Universitas Sanata Dharma

C. Tujuan Penelitian

Dari perumusan masalah di atas dapat diuraikan tujuan yang ingin dicapai antara lain :

1. Untuk mengetahui rancangan alat yang dibuat, agar bisa digunakan untuk mengukur tingkat kekeruhan air

2. Untuk mengetahui cara menentukan kekeruhan sampel air dengan pengukuran intensitas sinar laser yang terhambur

3. Untuk mengetahui pemanfaatan alat ukur kekeruhan air yang sudah dibuat

D. Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk : 1.

Memberi kemudahan dalam pembuatan alat pengukur tingkat kekeruhan air dengan sumber cahaya sinar laser

2. Memberikan tambahan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi sehingga bisa dimanfaatkan lebih lanjut demi kepentingan bersama

F. Sistematika Penulisan

Penelitian ini akan dituliskan dengan sistematika sebagai berikut : BAB

I Pendahuluan

Bab ini menguraikan tentang latar belakang permasalahan, rumusan permasalahan, batasan permasalahan., tujuan penelitian, dan manfaat penelitian.

BAB II Dasar Teori Bab ini menguraikan tentang teori-teori yang digunakan dalam pengukuran kekeruhan air, dan yang berhubungan dengan prinsip kerja alat ukur kekeruhan air yang dibuat.

BAB III Eksperimen Bab ini menguraikan tentang alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen, prosedur eksperimen dan metode yang digunakan untuk analisis data.

BAB IV Hasil dan Pembahasan Bab ini menguraikan tentang hasil eksperimen dan pembahasannya. BAB V Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran. Selain itu disertakan juga lampiran – lampiran untuk melengkapi uraian sebelumnya.

BAB II DASAR TEORI A. Pengukuran Pengukuran merupakan kegiatan pembandingan secara kuantitatif

antara standar yang telah ditentukan sebelumnya dengan yang diukur. Untuk keperluan tersebut kita memerlukan instrument/alat ukur dengan metode pengukuran tertentu. Kegiatan pengukuran memberikan hasil berupa besaran yang dinyatakan dengan bilangan dan satuan yang bersangkutan.

Hasil pengukuran seringkali tidak tepat. Pengukuran idealnya adalah mengukur masukan yang diinginkan. Tetapi pengukuran juga tidak pernah lepas dari adanya masukan gangguan dan masukan ubahan [Doebelin, 1992]. Agar hasil pengukuran menjadi tepat, maka masukan gangguan itu harus dihilangkan, dengan pengaturan instrument/alat ukur.

B. Tingkat Kekeruhan Air

Tingkat kekeruhan air biasa disebut Turbiditas. Turbiditas pada air disebabkan oleh adanya materi suspensi, seperti tanah liat/lempung, endapan lumpur, partikel organik yang koloid, plankton, dan organisme mikroskopis lainnya [NN (vol 2), 1988].

Turbiditas biasanya diukur dengan turbidimeter yang berprinsip pada spektroskopi absorpsi, dan yang diukur adalah absorpsi akibat partikel yang tercampur. Turbiditas juga biasa diukur dengan turbidimeter atau nephelometer yang berprinsip pada hamburan sinar dengan peletakan detektor pada sudut 90 dari sumber sinar dan yang diukur adalah hamburan cahaya oleh campurannya [Khopkar , 1990].

Tingkat kekeruhan atau turbiditas ini ditunjukkan dengan satuan pengukuran yaitu Nephelometric Turbidity Units (NTU). Berdasarkan ketentuan dari Badan Kesehatan Dunia (WHO), batas maksimum tingkat kekeruhan air minum yang memenuhi syarat adalah 5 NTU [NN (Vol 1), 1988].

C. Hamburan Cahaya

Ada tiga tipe hamburan yang dikenal yaitu hamburan Rayleigh, hamburan Tyndall dan efek Raman. Pada tahun 1928 C.V. Raman pertama kali mengamati dan menjelaskan tentang hamburan cahaya pada zat cair. Pada efek Raman, cahaya mengalami perubahan frekuensi dan perubahan fasa pada saat cahaya tersebut melintasi suatu medium bahan. Intensitas hamburan Raman sekitar seperseribu intensitas hamburan Rayleigh pada zat cair. Efek ini dimanfaatkan pada spektroskopi Raman, yang cahayanya berasal dari sinar laser yang akan dilewatkan melalui suatu bahan dan hamburannya diteliti secara spektroskopis [Isaacs, 1997].

Tahun 1820-1893 John Tyndall mendapatkan teori bahwa sinar putih terlihat berwarna biru jika sinar tersebut mengenai partikel yang sangat kecil. Sehingga hamburan cahaya dipengaruhi oleh ukuran partikel yang dikenainya [Jenkins dan White, 1976].

Selanjutnya pada tahun 1871 Rayleigh menjelaskan tentang hamburan sinar oleh partikel kecil yang lebih kecil daripada panjang gelombang sinar yang mengenainya. Teori ini menyatakan bahwa jika semakin pendek panjang gelombang yang mengenai partikel, maka semakin banyak sinar yang dihamburkan [Falk, 1986].

Dalam penelitian ini, prinsip hamburan cahaya dimanfaatkan sebagai prinsip dasar pembuatan alat ukur kekeruhan air. Ketika berkas cahaya mengenai medium berpartikel penghambur, sebagian besar cahaya akan ditransmisikan atau diteruskan dan sebagian lagi akan dihamburkan ke segala arah secara acak oleh partikel-partikel tersebut. Peristiwa tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1. Intensitas awal

Partikel Intensitas yang

sinar

penghambur diteruskan Intensitas yang dihamburkan

Gambar 2.1 Berkas cahaya mengenai partikel penghambur [Hill, 1960]

Jika seberkas sinar/cahaya masuk ke dalam sebuah medium (air) yang berisi partikel maka sinar tersebut akan di hamburkan oleh partikel tersebut.

Sehingga jika dalam medium tersebut terdapat lebih banyak partikel maka sinar yang terhambur akan menjadi lebih banyak. Sehingga besarnya intensitas sinar yang dihamburkan dapat menjadi ukuran untuk menentukan banyaknya partikel di dalam medium. Dalam hal ini partikel dalam medium menimbulkan kekeruhan tertentu. Jadi intensitas sinar yang dihamburkan dapat menjadi ukuran untuk menentukan tingkat kekeruhan air tersebut.

Proses tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2.

Sinar dengan intensitas awal Io Sinar akan dihamburkan oleh partikel di dalam medium, dengan intensitas sebesar Is Medium berpartikel masuk

Semakin banyak partikel di dalam medium atau semakin keruh air maka semakin banyak sinar yang dihamburkan

Nilai Is Sebagai ukuran untuk menentukan tingkat kekeruhan

Kalibrasi

Gambar 2.2 Proses hamburan cahaya sebagai ukuran untuk menentukan tingkat kekeruhan medium

Peristiwa hamburan yang terjadi dan dimanfaatkan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.3 di bawah ini :

Laser

I Ip Io

Gambar 2.3 Peristiwa yang dimanfaatkan dalam penelitian pengukuran kekeruhan air

Pada gambar 2.3 dapat dilihat jika sebuah sumber sinar (laser) memancarkan sinar dengan intensitas I dan kemudian mengenai kaca pembagi berkas, maka sinar tersebut akan sebagian di transmisikan dengan intensitas sebesar Io dan sebagian lagi akan direfleksikan dengan intensitas sebesar Ip.

Berdasarkan peristiwa tersebut maka dapat dituliskan hubungan secara matematis sebagai berikut : I = Io + Ip ........................................................................... (2.1) Sinar yang ditransmisikan dengan intensitas sebesar Io akan diteruskan menuju medium berpartikel. Pada medium ini terjadi peristiwa hamburan sinar ke segala arah oleh partikel dalam medium dengan intensitas sebesar Is. Dalam hal ini partikel dalam medium menimbulkan kekeruhan tertentu. Jadi intensitas sinar yang dihamburkan (Is) tergantung pada besarnya tingkat kekeruhan air (T) dan besarnya intensitas awal sinar (Io). Secara matematis dapat ditunjukkan dengan persamaan seperti di bawah ini : Is ........................................................................... (2.2)

≈ T Io Is = n T Io ........................................................................... (2.3) Dengan n = tetapan/nilai kesebandingan

Is = n T ........................................................................... (2.4) Io

Karena Io adalah sebagian dari I, dan Ip juga sebagian dari I maka dapat dituliskan sebagai Io = α I dan Ip = β I dengan α = Koefisien transmisi dan

β = Koefisien refleksi. Sehingga persamaan (2.1) menjadi :

I = α I + β I ........................................................................... (2.5)

Dari persamaan 2.5 diatas juga bisa dituliskan hubungan lain sebagai berikut: ........................................................................... (2.6)

α + β = 1 α

Io = Ip ............................................................................ (2.7)

β Dari persamaan 2.7 diatas, maka pengukuran Io (intensitas awal sinar yang masuk ke medium) dapat dilakukan dengan pengukuran Ip (intensitas sinar yang direfleksikan oleh kaca), dengan peletakan sensor seperti pada gambar 3.1.

Dari kedua persamaan (2.4) dan (2.7) maka dapat ditunjukkan dengan hubungan matematis seperti di bawah ini :

Is = n . T

β = nT .......................................................................... (2.8)

α Karena

β, α, dan n adalah sebuah tetapan maka persamaan (2.8) menjadi :

Is = .................................................................................. (2.9) tT Ip

Dengan t = koefisien turbiditas Persamaan (2.9) diatas digunakan dalam proses pengkalibrasian yang menunjukkan hubungan Is/Ip terhadap turbiditas standar air. Dari hubungan

tersebut didapat persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan tingkat kekeruhan sampel air.

D. Sistem Penjernihan Air

Untuk konsumsi sendiri ataupun industri, air biasanya terlebih dahulu dimasukkan ke dalam suatu sistem penjernihan air yang biasanya terdiri dari berbagai tahap. Untuk keperluan rumah tangga biasanya air hanya diberi tawas. Tapi untuk keperluan industri atau instansi tertentu misal sebuah industri makanan, hasil penjernihan air harus benar-benar terjamin kebersihan dan kesehatannya. Idealnya sistem penjernihan air dilengkapi dengan adanya penyaring yang tersusun atas berbagai macam bahan, aerator, pencampur, bak pengendap, bak berisi karbon aktif serta dengan penggunaan bahan-bahan yang bisa menjernihkan air [Hammer, 1986].

Kampus III Universitas Sanata Dharma menggunakan sistem penjernihan air yang ditunjukkan pada gambar 2.4 sebagai berikut:

Sumur selatan Saringan pasir Sand filter Bak Aerasi dan

Water king pengendap

Klorin Sumur utara Saringan pasir Bak tampung bawah Karbon aktif pompa instalasi Bak tampung atas

Gambar 2.4 Diagram alir sistem penjernihan air sumur di Kampus III

Universitas Sanata Dharma [CV.Jaya Sakti, 2005] Air yang dipakai di kampus III USD diambil dari 2 sumur yaitu sumur utara berlokasi di belakang kantor sekertariat fakultas farmasi dengan kedalaman 40 m dan sumur selatan berlokasi di sebelah kolam ikan kampus dengan kedalaman 18 m. Air yang akan masuk ke sistem, sebelumnya disaring dulu dengan saringan pasir agar pasirnya tertinggal. Kemudian air sumur utara dimasukkan ke dalam water king klorin yang didalamnya terdapat klorin atau kaporit sebagai disinfektan, untuk menghilangkan kuman yang ada di dalam air.

Air dari sumur utara dan sumur selatan dicampur di dalam bak aerasi dan pengendap dengan cara menyemprotkan air dari atas dengan maksud agar air dapat bereaksi dengan udara bebas sehingga Fe (besi) yang terkandung di air dapat mengikat oksigen, dan Fe dapat mengendap di dasar bak. Pengurangan nilai turbiditas mulai terjadi pada bagian ini.

Proses berikutnya air dari bak aerasi dan pengendap dipompa dan dialirkan ke sand filter yang berisi pasir kuarsa dan pasir silica dengan maksud pasir tersebut dapat menyaring Fe yang masih ada di air. Dalam 1 kali sebulan garam akan dialirkan pada bagian antara bak aerasi dan pengendapan dengan sand filter. Pelarutan garam ini dimaksudkan untuk melepaskan Fe yang menempel pada pasir di dalam sand filter. Proses selanjutnya air yang sudah disaring dengan pasir dimasukkan ke dalam tabung berisi karbon aktif dengan maksud menyaring kaporit yang terbawa dalam air.

Air yang sudah bersih akan ditampung di bak tampung bawah yang kemudian akan dipompa menuju bak tampung atas yang ada di setiap unit gedung. Dari bak tampung atas setiap unit gedung air akan dialirkan secara langsung ke seluruh gedung di kampus III melalui keran-keran yang ada.

BAB III EKSPERIMEN A. Tempat Eksperimen Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Fisika FMIPA, Universitas Sanata Dharma. B. Alat dan Bahan

1. Susunan dan Prinsip Kerja Alat Susunan alat yang digunakan dalam penelitian ini seperti pada gambar 3.1.

Laser He-Ne Beam splitter Light sensor 1 Medium

Penghalang

Lensa Light sensor 2

Interface

Komputer

Gambar 3.1 Susunan alat 1 Untuk susunan alat seperti gambar 3.1 prinsip kerja alatnya adalah sinar laser diarahkan pada kaca pembagi berkas. Digunakan laser He-Ne sebagai sumber sinar. Setelah mengenai kaca, maka sinar tersebut akan sebagian ditransmisikan (Io) dan sebagian lagi akan direfleksikan (Ip).

Pengukuran intensitas awal sinar laser (Io) dilakukan dengan pengukuran Ip oleh light sensor 1. Sinar yang ditransmisikan (Io) akan diteruskan menuju medium berpartikel. Pada medium sinar laser akan ada yang diteruskan dan dihamburkan. Sinar yang diteruskan akan ditutupi oleh penghalang. Sinar laser terhambur disebabkan oleh adanya partikel dalam medium. Sinar laser yang terhambur ditangkap oleh lensa cembung. Sehingga bayangan sinar laser terhambur yang terjelas dapat diterima oleh light sensor 2. Intensitas sinar laser yang diterima oleh light sensor 2 dicatat sebagai Is. Semakin banyak partikel didalam medium, maka sinar laser yang terhambur akan semakin banyak dan nilai Is semakin besar.

Pada susunan alat ini, pengukuran intensitas sinar dilakukan dengan pengukuran iluminasi dengan satuan lux oleh alat light sensor yang dipakai. Alat light sensor dihubungkan ke komputer menggunakan interface. Light sensor 1 dihubungkan ke channel 1 pada interface. Light sensor 2 dihubungkan ke channel 2 pada interface. Program komputer yang dipakai untuk mengumpulkan dan menampilkan data adalah program Logger Pro 3.

2. Bahan

a. Pencucian wadah yang akan digunakan Sebelum membuat larutan standar semua wadah dicuci terlebih dahulu, kemudian dibilas dengan aquades.

b. Penyiapan pelarut Pelarut dibuat dari aquades

c. Pembuatan standar Ada 2 hal penting dalam pembuatan larutan standar yaitu penyiapan larutan induk dan pembuatan standar dengan proses pengenceran larutan induk. Untuk pembuatan standar air dengan turbiditas berbeda-beda membutuhkan larutan induk air keruh dengan turbiditas 103 NTU.

Langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan jangkauan turbiditas yang diinginkan. Langkah selanjutnya adalah proses pengenceran larutan induk. Untuk menentukan seberapa banyak larutan induk yang diambil untuk diencerkan digunakan persamaan :

1 .V 1 =T 2 .V 2 ................................................................ (3.1)

dengan T

1 = Turbiditas larutan induk

V = Volume larutan induk yang diambil untuk

diencerkan T = Turbiditas standar yang diinginkan

2 V 2 = Volume standar yang diinginkan Larutan standar dengan turbiditas 6 NTU diperoleh dari pengenceran 3 ml larutan induk dengan turbiditas 103 NTU dengan penambahan aquades hingga volumenya 50 ml. Langkah selanjutnya dengan proses yang sama, dilakukan pengenceran larutan induk sehingga mendapatkan standar air dengan turbiditas berturut-turut sebesar 12 NTU; 18 NTU; 24 NTU; 30 NTU; 36 NTU; 42 NTU; dan 49 NTU. Untuk standar air dengan turbiditas 0 (nol) digunakan aquades.

d. Pengambilan sampel Pengambilan sampel dilakukan secara berkala setiap minggunya.

Sampel diambil pada 5 tempat di kampus III Universitas Sanata Dharma sebagai berikut :

1. Sumur 1 (selatan) berlokasi di sebelah kolam ikan kampus paingan dengan kedalaman 18 m

2. Sumur 2 (utara) berlokasi di belakang Kantor Sekertariat Fakultas Farmasi dengan kedalaman 40 m

3. Instalasi ke kamar mandi hall lantai 1

4. Instalasi ke kamar mandi lantai 4 lab teknik

5. Instalasi ke kamar mandi lantai 1 samping Lab Bahasa Pengambilan sampel telah dilakukan sebanyak 22 kali selama 22 minggu. Setiap minggu pengambilan akan didapat 5 sampel air. e.

Prosedur pengisian sampel

1. Setiap sampel dari tiap bagian sistem penyaringan air dimasukkan dalam botol air mineral. Kemudian saat melakukan pengukuran, sampel dimasukkan dalam botol kaca.

2. Sebelum sampel dimasukkan dalam botol, botol dicuci dulu dengan aquades agar tidak ada partikel lain yang menempel pada botol, yang kemungkinan dapat mempengaruhi hasil pengukuran 3. Sebelum sampel air dimasukkan dalam botol, sampel air dikocok dahulu (saat masih di botol air mineral) agar partikel dalam sampel air dapat tercampur rata, setelah itu masukkan sampel dalam botol.

4. Usahakan tidak ada gelembung udara dalam botol yang sudah diisi sampel, karena gelembung udara ini bisa mempengaruhi peristiwa hamburan yang akan terjadi

5. Pengambilan data dimulai dengan sampel yang tidak begitu keruh secara fisik (dapat dilihat langsung dengan mata) dan seterusnya dengan sampel yang bertambah kekeruhannya.

6. Setiap akan mengganti sampel, botol dicuci dulu dengan sampel yang selanjutnya akan diukur. Hal ini dilakukan agar sisa-sisa air sebelumnya hilang, sehingga tidak mempengaruhi hasil pengukuran

5. Langkah Analisis data

a. Pengukuran Kalibrasi dan pengambilan data Untuk dapat menentukan tingkat kekeruhan sampel maka perlu adanya pengkalibrasian. Tujuan dari kalibrasi adalah untuk menentukan hubungan antara output dengan input pada suatu kondisi satu input divariasi dan input lain tetap konstan, sehingga input lain tidak memberikan sumbangan output. Pengkalibrasian ini dilakukan pada susunan alat yang pertama maupun pada susunan alat yang kedua.

Dari grafik kalibrasi kita bisa menentukan kemiringan atau slope atau gradien garis grafik. Kemiringan ini menunjukkan seberapa besar perubahan output untuk satu satuan perubahan input.

Pada penelitian ini dilakukan pengkalibrasian dengan pengukuran Is/Ip untuk tiap standar air dengan kekeruhan tertentu. Dari pengukuran ini dapat dibuat grafik hubungan antara Is/Ip terhadap turbiditas standar air.

Dari grafik kalibrasi ini akan didapat persamaan garis grafiknya. Proses kalibrasi ini dapat dilihat pada gambar 3.3.

Standar air dengan kekeruhan tertentu Nilai Is/Ip

Grafik kalibrasi yaitu hubungan antara Is/Ip dengan turbiditas standar

Persamaan garis grafik kalibrasi

Gambar 3.3 Proses kalibrasi

Selanjutnya dilakukan pengukuran Is/Ip untuk tiap sampel air. Untuk menentukan nilai kekeruhan (turbiditas) tiap sampel air, nilai Is/Ip yang sudah diukur dari tiap sampel air dimasukkan kedalam persamaan garis grafik kalibrasi yang didapat seperti pada gambar 3.3. Proses pengukuran tingkat kekeruhan sampel tersebut dapat dilihat pada gambar 3.4 di bawah ini :

Sampel air Nilai Is/Ip Persamaan Garis Grafik Kalibrasi Is/Ip dengan

Turbiditas Standar

Tingkat Kekeruhan Sampel air

Gambar 3.4 Proses pengukuran tingkat kekeruhan sampel air

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. HASIL Pengkalibrasian dilakukan dengan melakukan pengukuran nilai Is/Ip untuk

tiap larutan standar air dengan nilai turbiditas tertentu. Larutan standar yang diukur berjumlah 9 buah larutan standar.

Tujuan pengkalibrasian ini adalah untuk menunjukkan hubungan antara intensitas yang dihamburkan oleh partikel dalam air per satu satuan intensitas awal yang dilewatkan pada standar dengan turbiditas tertentu. Salah satu contoh pengukuran kalibrasi yang telah dilakukan dapat dilihat pada tabel 4.1. Tabel kalibrasi tersebut dinyatakan dalam grafik seperti pada gambar 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi 1

No Turbiditas standar (NTU) Is/Ip 1. 0 0,0007 ± 0,0003 2. 6 0,0034 ± 0,0002 3. 12 0,009 ± 0,001 4. 18 0,011 ± 0,0003 5. 24 0,013

± 0,001 6. 30 0,015 ± 0,001 7. 36 0,021 ± 0,001 8. 42 0,024 ± 0,001 9. 49 0,026 ± 0,001

Grafik hubungan antara Is/Ip dengan turbiditas

0.03 Is/Ip = 0,0005 T + 0,001 0.025

0.02 p /I

0.015 Is

0.01 0.005

6 Turbiditas (NTU)

Gambar 4.1 Grafik Hasil Kalibrasi 1

Kalibrasi 1 pada gambar 4.1 menghasilkan persamaan garis

= + , 0005 T , 001 Persamaan kalibrasi 1 ini akan digunakan untuk

menentukan turbiditas sampel air yang diambil pada minggu 1. Contohnya nilai Is/Ip pada tempat pengambilan sampel 1 adalah 0,001. Kemudian nilai Is/Ip ini dimasukkan ke dalam persamaan garis kalibrasi yang sudah didapat pada kalibrasi pertama (gambar 4.1), sehingga nilai turbiditas dari sampel tersebut adalah 0 NTU. Demikian seterusnya dilakukan proses yang sama untuk mendapatkan nilai turbiditas sampel air pada minggu dan tempat pengambilan sampel berikutnya.

Grafik kalibrasi yang lain dapat dilihat pada lampiran I. Data tingkat kekeruhan sampel air disajikan dalam bentuk tabel yang dapat dilihat pada lampiran II.

Tabel data pada lampiran II dinyatakan dalam bentuk grafik turbiditas air tiap tempat pengambilan sampel yang berbeda pada satu waktu yang sama, sebagai contoh seperti terlihat pada gambar 4.2.

Grafik turbiditas air terhadap tempat pengambilan sampel

5 Tempat pengambilan sampel Tu rbi di ta s ( N TU )

6 Gambar 4.2 Turbiditas Sampel Air yang Diambil pada Minggu 1

Pada gambar 4.2 ini terlihat adanya nilai kekeruhan air yang tinggi yaitu pada bagian 2 yaitu pada tempat pengambilan sampel 2 yaitu sumur utara yang berkedalaman 40 m. Grafik untuk minggu ke 2 sampai dengan minggu ke 22 dapat dilihat pada lampiran III.

Tabel data tingkat kekeruhan sampel air seperti pada lampiran II dinyatakan dalam bentuk grafik turbiditas tiap waktu yang berbeda pada satu tempat pengambilan sampel yang sama. Grafik turbiditas terhadap tempat pengambilan sampel 1, 2, 3, 4, dan 5 dapat dilihat pada gambar 4.3; 4.4; 4.5; 4.6; dan 4.7.

Grafik turbiditas air terhadap waktu pengambilan

sampel

1.6 ) U

1.4 T N

1.2 r (

0.8 as ai it

0.6 id

0.4 rb u

0.2 T

25 Waktu pengambilan sampel (minggu)

Gambar 4.3 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan

Sampel 1 atau Sumur Selatan

Grafik turbiditas air terhadap waktu pengambilan sampel

50 ) U

40 T N ( ir

30 a s a

20 it id rb

10 u T

25 Waktu pengambilan sam pel (m inggu)

Gambar 4.4 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan

Sampel 2 atau Sumur Utara

Grafik turbiditas air terhadap waktu pengambilan sampel

Gambar 4.6 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan

25 Waktu pengambilan sampel (minggu) Tu rb id it a s a ir ( N T U )

Sampel 3 atau Instalasi ke KM.Hall Lantai 1

0.5

Gambar 4.5 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan

25 Waktu pengam bilan sam pel (m inggu) T u rb id it as ai r ( N T U )

3.5

2.5

1.5

Sampel 4 atau Instalasi ke KM lantai 4 Lab.Teknik

Grafik turbiditas air terhadap waktu pengambilan sampel

4 )

3.5 TU

3 N

(

2.5 ir a

2 s a it

1.5 id

1 rb Tu

0.5

25 Waktu pengambilan sampel (minggu)

Gambar 4.7 Turbiditas Sampel Air yang Diambil di Tempat Pengambilan

Sampel 5 atau Instalasi ke KM Lantai 1 Samping Lab.Bahasa Pada gambar 4.3 terlihat tingkat kekeruhan air berkisar antara 0 NTU sampai dengan 1 NTU. Pada gambar 4.4 terlihat tingkat kekeruhan air berkisar antara 2 NTU sampai dengan 40 NTU. Pada gambar 4.5 terlihat tingkat kekeruhan air berkisar antara 0 NTU sampai dengan 3 NTU. Pada gambar 4.6 terlihat tingkat kekeruhan air berkisar antara 0 NTU sampai dengan 0 NTU sampai dengan 4 NTU. Pada gambar 4.7 terlihat tingkat kekeruhan air berkisar antara 0 NTU sampai dengan 3 NTU.

B. PEMBAHASAN

Hasil pengukuran seringkali tidak tepat. Pengukuran idealnya adalah mengukur masukan yang diinginkan. Tetapi pengukuran juga tidak pernah lepas dari adanya masukan gangguan dan masukan ubahan. Agar hasil pengukuran menjadi tepat, maka masukan gangguan itu harus dihilangkan, dengan pengaturan alat ukur.

Prinsip kerja dari turbidimeter yang digunakan dalam penelitian ini adalah sinar laser dipakai sebagai sumber cahaya. Kemudian sinar laser dilewatkan ke medium yang akan diuji. Sinar laser akan dihamburkan ke segala arah oleh partikel yang ada di dalam medium. Pengukuran intensitas awal sinar laser (Io) dilakukan dengan pengukuran intensitas sinar yang direfleksikan oleh kaca pembagi berkas (Ip). Intensitas yang dihamburkan dicatat sebagai Is. Semakin banyak partikel yang ada di dalam medium, maka sinar laser yang terhambur akan semakin banyak. Sehingga nilai dari intensitas yang terhambur per satu satuan intensitas yang masuk ke medium (Is/Ip) dapat menjadi ukuran untuk menentukan tingkat kekeruhan (T) sampel air.

Dalam suatu alat ukur pasti memiliki kesalahan pengukuran, biasanya kesalahan tersebut bersumber pada kesalahan bersistem dan kesalahan rambangan. Kesalahan bersistem lainnya adalah ketidakpastian alat yang mungkin disebabkan oleh pergeseran lensa maupun light sensor, yang diatasi dengan pembuatan alat yang diatur agar komponennya tidak mudah bergeser. Kesalahan rambangan bisa disebabkan oleh hamburan sinar yang dipengaruhi oleh keadaan partikel dalam medium, yang selalu berubah-ubah. Kesalahan ini sudah diatasi dengan melakukan pengocokan sampel air sebelum diukur, serta pengambilan data yang cepat (dalam 1 detik) sehingga tidak memberi waktu bagi partikel di dalam sampel air untuk mengendap. Pada penelitian ini alat ukur kekeruhan air yang dibuat diberi tambahan pada pemberian pelindung cahaya. Pemberian pelindung cahaya dimaksudkan untuk mengurangi adanya masukan sinar dari luar selain sinar laser.

Turbidimeter yang digunakan dalam penelitian ini bisa digunakan sebagai alat ukur kekeruhan air dengan terlebih dahulu melakukan pengkalibrasian dengan mengukur Is/Ip untuk tiap standar yang sudah dibuat dengan turbiditas tertentu. Standar yang digunakan diperoleh dengan melakukan proses pengenceran larutan induk dengan nilai turbiditas atau kekeruhan sebesar 103 NTU.

Data proses kalibrasi yang bisa dilihat pada tabel 4.1, menunjukkan hubungan antara Is/Ip dengan turbiditas. Pada tabel ini bisa dilihat bahwa semakin besar nilai turbiditas maka semakin besar juga nilai Is/Ip. Secara ideal grafik hubungan ini adalah grafik yang menunjukkan kelinearan seperti pada gambar

4.1. Setelah proses pengkalibrasian selesai, akan didapat grafik kalibrasi dan persamaannya digunakan untuk penentuan tingkat kekeruhan sampel air yang diukur. Untuk tiap sampel besaran yang diukur adalah Is/Ip. Nilai Is/Ip yang sudah didapat dari pengukuran tiap sampel dimasukkan dalam persamaan garis grafik kalibrasi, sehingga bisa diketahui nilai turbiditas tiap sampel.

Secara garis besar sistem penjernihan air yang ada di Kampus III USD bisa digambarkan seperti gambar 4.8 Sumber 1 Instalasi 1

Sistem

Instalasi 2 Sumber 2 Instalasi 3

PENGUKURAN TINGKAT KEKERUHAN AIR MENGGUNAKAN TURBIDIMETER BERDASARKAN PRINSIP HAMBURAN CAHAYA