SISTEM PENGUKUR MOLARITAS LARUTAN DENGAN
SISTEM PENGUKUR MOLARITAS LARUTAN
DENGAN METODE TITRASI ASAM BASA
BERBASIS KOMPUTER
Oleh :
Sujono
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Budi Luhur
e-mail : [email protected]
Abstract
Titration is one of the most popular methode to find molarity of the
unknown liquid. This methode was done by adding titran to the unknown liquid
that was mixed with the indicator liquid step by step. This step must be stop
when the colour of unknown liquid was cange. Molarity of the unknown liquid is
linear by proprtion of titran and unknown liquid. How many titran was added is
identically with the molarity of the unknown liquid. In this paper will discus how
to do titration methode automatically with the system that was conntrolled by
computer. LDR is used to sense the colour cange of unknown liquid. LDR will
provide the analog signal. This signal will covert to digital signal by ADC 0804.
PPI8225 is used as interface of the system . Software Borland Delphi 6 is used
to program of the computer so the system can be controlled correctly.
Key word: Titration, Molarit, ADC
1. Pendahuluan
Dalam
metode
titrasi
asam-basa,
larutan
uji
(larutan
standar)
ditambahkan sedikit demi sedikit ( secara eksternal ), biasanya dari dalam
buret, dalam bentuk larutan yang konsentrasinya diketahui. Penambahan
larutan standar ini diteruskan sampai telah dicapai kesetaraan secara kimia
dengan larutan yang diuji. Untuk mengetahui kapan penambahan larutan
standar itu harus dihentikan, digunakan suatu zat yang biasanya berupa
larutan, yang disebut larutan indikator yang ditambahkan dalam larutan yang
diuji sebelum penetesan larutan uji dilakukan. Larutan indikator ini menanggapi
munculnya kelebihan larutan uji dengan perubahan warna. Perubahan warna
ini dapat atau tidak dapat tepat pada titik kesetaraan ( ekuivalensi ). Titik dalam
32
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
titrasi asam-basa pada saat indikator berubah warna disebut titik akhir. Tentu
saja diinginkan agar titik akhir ini sedekat mungkin ke titik kesetaraan. Dengan
memilih indikator untuk menghimpitkan kedua titik itu (atau mengkoreksi selisih
diantara keduanya) merupakan salah satu aspek penting dari analisis titrasi
asam-basa. Umumnya larutan uji adalah larutan standar elektrolit kuat, seperti
natrium hidroksida dan asam klorida
[1]
. Jadi apabila larutan yang diuji bersifat
basa maka digunakan larutan uji ( larutan standar ) asam, dalam hal ini asam
klorida, begitu pula sebaliknya.
2. Penentuan Molaritas Dengan Titrasi Asam-Basa
Analisa perhitungan molaritas larutan dilakukan pada saat sudah terjadi
kesetaraan dan proses penetesan larutan penguji dihentikan. Secara
sederhana perhitungan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan kimia sebagai berikut :
n1 =
gram1
Mr1
.......................................................................................(1)
dimana :
= mol zat uji ( mol )
n1
gram1 = massa senyawa zat uji ( gram )
Mr1
= massa molekul relatif zat uji
M1 =
n1
V1
...........................................................................................(2)
dimana :
M1
n1
= molaritas zat uji ( mol / ml )
= mol zat uji ( mol )
V1 = volume zat uji ( ml )
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
33
n2 =
gram2
...................................................................................... (3)
Mr2
dimana :
n2
= mol zat yang diuji ( mol )
Gram2 = massa senyawa zat yang diuji ( gram )
Mr2
= massa molekul relatif zat yang diuji
M2 =
n2
.......................................................................................... (4)
V2
dimana :
M2
= molaritas zat yang diuji ( mol / Mr )
n2
= mol zat yang diuji ( mol )
V2
= Volume zat yang diuji ( ml )
Atau dicari dengan rumus :
M 2 xV2 = M 1 xV1 ............................................................................... (5)
M2 =
M 1 xV1
V2
.................................................................................... (6)
Keterangan :
M1
= molaritas zat uji yang telah diketahui nilai konsentrasinya ( mol / ml )
V1
= volume zat uji yang diteteskan sampai terjadi perubahan warna ( ml )
M2
= molaritas zat yang diuji ( mol / ml )
V2
= volume zat yang diuji ( ml )
3. Diagram Kotak Sistem Pengukur Molaritas Berbasis Komputer
Blok diagram sistem yang dirancang adalah seperti pada gambar 1.
Rangkaian sensor perubahan warna yang tersusun dari LDR akan
menghasilkan sinyal analog yang selanjutnya akan dikonversi menjadi digital
oleh ADC. Keluaran digital dari ADC tersebut selanjutnya akan dikirim masuk
34
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
ke komputer melalui kartu antar muka PPI8255. Data tersebut selanjutnya
akan dioleh oleh komputer untuk menentukan perhitungan nilai konsentrasi.
PC
PPI 8255
Rangkaian Kemudi
Motor DC
Motor DC penggerak
Pengaduk Larutan
Rangkaian Kemudi
Motor DC
Motor DC posisi
naik turun pengaduk
Rangkaian Kemudi
Motor DC
Motor DC pembuka
valve tabung titrasi
Rangkaian Relay
Lampu TL
Rangkaian ADC
Sensor LDR
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Pengukur Molaritas Berbasis Komputer
4. Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras meliputi rangkaian elektronika dari sistem
yang ditempatkan di luar personal computer (PC). Perancangan ini terdiri atas
perancangan rangkaian elektronika dan perancangan rangka alat secara
keseluruhan.
4.1. Kartu Antarmuka PPI 8255
Untuk dapat melakukan komunikasi data dari komputer ke sistem alat
yang dikendalikan atau sebaliknya dari alat yang dikendalikan menuju
komputer, diperlukan interface sebagai penghubung antara komputer dengan
alat yang dikendalikan, dalam hal ini adalah IC PPI 8255. Untuk dapat aktif
beroperasi pada lokasi alamat yang diinginkan diperlukan suatu sistem
pengalamatan pada IC PPI dengan mengirimkan alamat yang sesuai, maka
masing-masing port pada IC PPI ini dapat diakses baik sebagai input-output.
Antar muka PPI 8255 mempunyai 4 lokasi alamat. Lokasi alamat tersebut
adalah untuk 3 buah port masukan dan keluaran, yaitu port A, port B, port C
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
35
dan 1 untuk register kata kendali (CWR=Control Word Regyster). Penentuan
alamat ini didasarkan pada kombinasi pin pemilih alamat yang digunakan yaitu
pin A0 – A9 seperti yang ditunjukkan dalam tabel 1.
Tabel 1. Kombinasi Pin Pemilih Alamat
Address Port
EQU
Ket.
( HEX)
200
PORT A
I/O Port
201
PORT B
I/O Port
202
PORT C
I/O Port
203
CWR
Register Kata Kendali
Selanjutnya akan dipilih mode operasi PPI 8255 untuk menentukan
masing-masing port yang digunakan agar beroperasi sesuai dengan
keperluan. Cara yang dilakukan adalah dengan mengisi register kata kendali
dari PPI dengan kata kendali yang diinginkan. Kata kendali yang diisikan
adalah bilangan dalam bentuk heksadesimal atau kombinasi bilangan biner
yang disisipkan dalam struktur program yang ditulis. Kata kendali yang
digunakan pada PPI 8255 adalah 98H atau 1001 1000 biner. Hal ini berarti
PPI 8255 diprogram untuk menggunakan mode 0 yang merupakan mode
input-output, sehingga port-port yang digunakan berfungsi sebagai masukan
dan keluaran biasa. Berdasarkan format tersebut, maka port A dan port C
upper digunakan sebagai masukan (input) sedangkan port B dan port C lower
digunakan sebagai output.
4.2. Rangkaian Kendali Motor Listrik Arus Searah
Rangkaian kendali yang digunakan adalah rangkaian DC chopper 4
kuadrant sebagaimana pada gambar 2.
36
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
C1
VCC
R9
1K
Q2
470uF
R5
1K
Q1
TIP42
R6
1K
Q6
CON2
R8
R4
1K
1
2
TIP42
Q5
9014
1K
9014
R3
1K
Q3
TIP41
Q4
TIP41
Q7
TIP41
R7
1K
Q8
9014
R1
1K
Input 1 / Port 0.0
D3D1
IN4148
R2
1K
D2
IN4148
Input 2 / Port 0.1
IN4148
Gambar 2. Rangkaian kendali motor dua arah putaran
Rangkaian kendali ini dapat digunakan untuk mengendalikan motor arus
searah dengan dua arah putaran. Rangkaian kendali motor arus searah yang
digunakan ada tiga buah, yang masing-masing digunakan sebagai rangkaian
kendali pada motor penurun pengaduk, motor pengaduk dan motor pembuka
valve titrasi yang masing-masing menggunakan rangkaian kendali yang sama
satu dengan lainnya.
Ketika rangkaian kendali motor ini mendapatkan masukan dari port b
diberikan logika 1 (high) dan port b1 diberikan logika 0 (low)
maka Q2, Q3,
Q6 dan Q7 akan bekerja sehingga terminal 1 yang terhubung ke motor akan
menjadi ground dan terminal 2 yang juga terhubung ke motor akan menjadi VS
(12 volt). Dengan demikian maka motor akan berputar. Selanjutnya ketika
rangkaian kendali ini mendapatkan masukan dari pengendali mikro, yaitu port
bo diberikan logika 1 (high) dan port b1 diberikan logika 1 (high) maka Q1, Q4,
Q5, Q7 dan Q8 akan bekerja sehingga terminal 1 yang terhubung ke motor
akan menjadi VS (12 volt) ground dan terminal 2 yang juga terhubung ke motor
akan menjadi ground. Dengan demikian maka motor akan berputar berbalik
arah.
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
37
Tabel 2. Tabel kebenaran rangkaian kendali
motor arus searah
INPUT
OUTPUT
Motor
1
2
1
2
0
0
0
0
tidak berputar
0
1
0
0
tidak berputar
1
0
0
12 V
berputar
1
1
12 V
0
berbalik arah
4.3. Sensor Pembatas
Sensor pembatas yang digunakan berupa saklar batas (limit switch).
Sensor pembatas ini digunakan untuk membatasi pergerakan dari motor
pengaduk pada saat naik turun dan motor pembuka valve titrasi pada saat
posisi buka dan posisi off. Ketika saat saklar batas belum diaktifkan atau
ditekan maka tegangan keluaran VOUT ≅ VCC ≅ 5 volt. Akan tetapi pada saat
saklar batas tersebut diaktifkan atau ditekan maka VOUT ≅ 0 volt.
VCC
R
1K
Vout
NO
Gambar 3. Rangkaian saklar batas
4.4. Sensor LDR
Sensor Light Dependent Resistor (LDR) sebagai pengkonversi besaran
intensitas cahaya yang sampai setelah melewati larutan yang diuji yang
kemudian diinputkan ke rangkaian ADC. Sebagai sumber cahaya digunakan
lampu TL( tube lamp ) yang relatif cukup terang. Komputer memegang
peranan yang paling besar sebagai pengendali proses dari semua kegiatan
yang dilakukan dan pengolahan data. Data yang dimaksud adalah nilai
38
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
konsentrasi larutan uji (dalam molaritas), banyaknya volume per tetesan
larutan uji dan volume larutan yang diuji yang ditetapkan. Untuk rangkaian
elektronik dari rangkaian sensor Light Dependent Resistor dapat dilihat pada
gambar 4.
Tetesan
Larutan Penguji
+5V
Rvar = 10KOhm
Larutan
Yang
Diuji
LDR
V
0V
Gambar 4. Rangkaian Pembaca Perubahan Warna Larutan
4.5. Analog To Digital Converter ( ADC )
Analog To Digital Converter ( ADC ) berfungsi untuk mengkonversikan
data analog menjadi data digital, hal ini diperlukan karena alat ini memproses
sinyal analog dari sensor yang kontinyu supaya bisa diproses dan diolah oleh
komputer sebagai pengendali utama. Rangkaian ini menggunakan IC ADC
0804.
Gambar 5. Rangkaian ADC 0804
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
39
4.6. Rancangan Konstruksi Mekanik
Dalam pembuatan alat pengukur konsentrasi metode asam basa
dibutuhkan unit
pendukung
yang
membuat
alat
ini
dapat
berfungsi
sebagaimana mestinya. Unit pendukung ini terdiri dari : rangka alat, tiang
penyangga pengaduk, tiang penyangga gelas pencampur, lampu TL, tiang
penyangga tabung larutan titrasi asam basa
Gambar 6. Alat Pengukur Konsentrasi Larutan Metode Titrasi Asam Basa
4.7. Perangkat Lunak (Software)
Dalam pembuatan alat pengukur konsentrasi larutan metode titrasi asam
basa ini digunakan perangkat lunak Delphi 6.0. Dalam proses mendesign
program tampilan Delphi 6.0 ini, dibagi dalam beberapa form yaitu: Form
Utama, Form Program, Form Test Port PPI 8255. Secara garis besar diagram
alir dari perangkat lunak yang dirancang adalah seperti gambar 7.
40
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
Gambar 7. Diagram Alir Perangkat Lunak
5. Pengujian dan Analisa
Pengujian dilakukan dengan melakukan test terhadap kinerja rangkaianrangkaian perangkat keras pendukung sistem. Hal ini dilakukan untuk
mengetahui
kesiapan
perangkat
pendukung
sistem
tersebut
sebelum
diaplikasikan pada pengujian sistem secara keseluruhan agar sesuai dengan
yang diharapkan.
5.1. Pengujian Rangkaian ADC 0804
Pada pengujian ini, masukan sinyal analog yang diberikan berasal dari
keluaran rangkaian sensor LDR berupa tegangan, yang diumpankan
kemasukan ADC 0804. Rangkaian ADC 0804 akan mengubah masukan
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
41
analog 0-5 volt menjadi keluaran digital dari 00000000 (00H) sampai dengan
11111111(FFH). Data hasil pengujian rangkaian ADC 0804 disajikan dalam
bentuk grafik seperti pada gambar 8.
Grafik Hubungan Input Analog & Output Digital ADC 0804
0.34
0.32
0.32
0.30
0.30
0.28
0.28
0.26
0.26
0.24
Analog ( Volt )
0.24
0.22
0.22
0.2
0.20
0.18
0.18
0.16
0.16
0.14
0.14
0.12
0.12
0.1
0.10
0.08
0.08
0.06
0.06
0.04
0.04
0.02
0.02
0.00
0.00
00H
01H
02H
03H
04H
05H
06H
07H
08H
09H
0AH
0BH
0CH
0DH
0EH
0FH
10H
Digital ( Heksadesimal )
Gambar 8. Grafik Hubungan Masukan Analog Dan Keluaran Digital
Hasil Pengujian ADC 0804
Berdasarkan data hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat disimpulkan
bahwa pada ADC 0804, masukan analog yang diberikan berbanding lurus
dengan keluaran digital yang dihasilkan. Untuk setiap kenaikan tegangan
masukan analog sebesar ± 0,02 volt terjadi kenaikan satu bit pada keluaran
digital yang dihasilkan.
5.2. Pengujian Rangkaian sensor cahaya
Rangkaian sensor ini memanfaatkan LDR sebagai sensor cahaya.
Pengujian menggunakan lampu TL 25 Watt dengan ketinggian 29 Cm dan
jarak
LDR dengan lampu TL yaitu 46 Cm. Multitester dihubungkan ke
rangkaian inputan dan keluaran dari Sensor LDR .
42
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
Gambar 9. Pengujian Pada Rangkaian Sensor Perubahan Warna
Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor LDR
Sensor LDR Diberi Inputan
5 Volt-DC
Hasil Pengujian
Tegangan Keluaran (Volt)
Tidak Terkena
Terkena
Cahaya
Cahaya
0,20
4,25
5.3. Pengujian Konsentrasi Larutan Asam-Basa
Pengujian terhadap selang waktu dilakukan untuk mendapatkan selang
waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh sistem untuk melakukan proses
pengukuran konsentrasi larutan.
Tabel 4. Hasil Pengujian Konsentrasi Larutan Asam-Basa
M2
V1
Larutan Yang Diuji
Indi-kator
Titrasi
Warna
(Mol)
(mL)
HCL
PP/TB
NaOH
Merah
0.102
51
HCL
PP/TB
NaOH
Merah
0.096
48
HCL
PP/TB
NaOH
Merah
0.106
53
NaOH
PP/M
HCL
0.104
52
NaOH
PP/M
HCL
0.102
51
NaOH
PP/M
HCL
0.108
54
Keterangan :
V1
= Volume Larutan Penguji
M1 = 0.1 Mol (Molaritas Larutan Penguji)
V2
= 50 mL (Volume Larutan yang diuji)
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
43
M2 = Molaritas Larutan yang diuji
PP/M = Fenolftalein / Berwarna merah dalam larutan yang diuji
PP/TB =
Fenolftalein / tak berwarna (bening ) dalam larutan yang diuji
V1
= IxT
I
= Banyaknya proses penetesan
T
= 3 mL (Volume/tetes)
Larutan yang dilakukan uji coba yaitu HCl 0.1 M dan NaOH 0.1 M
Indikator warna yang digunakan : Fenolftalein
5.5. Analisa Pengujian
Dari tabel diatas hasil pengujian sistem secara keseluruhan didapat tabel
prosentase kesalahan pengukuran sebagai berikut :
% Kesalahan = M 2 S − M 2 P X 100% .................................................... (7)
M 2S
Keterangan :
• M2S = Molaritas Sebenarnya Larutan Yang Diuji
• M2P = Molaritas Hasil Pengukuran Larutan Yang Diuji
Tabel 5. Tabel Prosentase Kesalahan Hasil Pengukuran Molaritas
M2 (Molar)
%
M2 (Molar)
No
Sebenarnya Pengukuran Kesalahan
1
0.1
0.102
2
2
0.1
0.096
4
3
0.1
0.106
6
4
0.1
0.104
4
5
0.1
0.102
2
6
0.1
0.108
8
Dari tabel 5 dapat ditentukan besarnya rata-rata % kesalahan dari
pengukuran molaritas dengan menggunakan alat yang dibuat adalah sebesar
4.3 %. Timbulnya Kesalahan pengukuran hingga mencapai 4.3 % dikarenakan
: 1. Pemberian Larutan Indikator Fenolftalein yang kurang tepat dan 2. Motor
44
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
Pembuka Valve larutan penguji yang tidak stabil mengakibatkan volume
larutan penguji ( V1 ) yang diteteskan berubah-ubah.
6. Kesimpulan
Setelah melakukan pengamatan dan pengujian terhadap rancangan
yang dibuat, baik rancangan hardware maupun rancangan software, ditarik
beberapa kesimpulan antara lain :
1.
Pada sistem ini menggunakan PPI 8255 sebagai antar muka, yang
mempunyai port A, port B dan port C, dimana ketiga port tersebut dapat
diatur sebagai port masukan atau keluaran.
2.
LDR ( Light Dependent Resistor ) sangat peka terhadap perubahan
intensitas cahaya sehingga besar kecilnya intensitas cahaya yang
dihasilkan dari lampu TL(Tube Lamp) dapat mempengaruhi besar kecilnya
tegangan yang dihasilkan oleh sensor LDR.
3.
Pada pengujian terhadap selang waktu dilakukan 3 kali pengukuran
didapatkan selang waktu rata-rata 269 detik untuk menyelesaikan titrasi.
4.
Pada pengujian terhadap pengukuran dilakukan 3 kali proses pengukuran
konsentrasi HCl dan NaOH dengan menggunakan cairan indikator (
fenolftalein ), didapat prosentase kesalahan rata-rata 4.39 %.
5.
Untuk setiap kenaikkan tegangan masukan analog yang dihasilkan dari
Sensor LDR sebesar ±0.02 Volt terjadi kenaikan satu bit pada keluaran
digital yang dihasilkan dari rangkaian ADC ( Analog To Digital Converter )
0804.
Referensi :
[1]. Drs. Michael Purba, KIMIA 2000 untuk SMU Kelas 2 Jilid 2A, Erlangga
tahun 1995.
[2]. Frank D. Petruzella, Elektronika Industri, Penerbit Andi tahun 2000.
[3]. Widodo Budiharto, S.Si ,M.Kom, & Sigit Firmansyah, Elektronika Digital
dan Mikroprosesor, Andi tahun 2005.
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
45
[4]. Muhammad Supriadi, Pemrograman IC PPI 8255 Menggunakan DELPHI,
Andi tahun 2004.
[5]. Ir. Inge Martina, 36 Jam Belajar Komputer Delphi 5.0, Elek Media
Komputindo tahun 1998.
[6]. Albert Paul Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronika, edisi kedua,
Erlangga tahun 1996.
46
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
DENGAN METODE TITRASI ASAM BASA
BERBASIS KOMPUTER
Oleh :
Sujono
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Budi Luhur
e-mail : [email protected]
Abstract
Titration is one of the most popular methode to find molarity of the
unknown liquid. This methode was done by adding titran to the unknown liquid
that was mixed with the indicator liquid step by step. This step must be stop
when the colour of unknown liquid was cange. Molarity of the unknown liquid is
linear by proprtion of titran and unknown liquid. How many titran was added is
identically with the molarity of the unknown liquid. In this paper will discus how
to do titration methode automatically with the system that was conntrolled by
computer. LDR is used to sense the colour cange of unknown liquid. LDR will
provide the analog signal. This signal will covert to digital signal by ADC 0804.
PPI8225 is used as interface of the system . Software Borland Delphi 6 is used
to program of the computer so the system can be controlled correctly.
Key word: Titration, Molarit, ADC
1. Pendahuluan
Dalam
metode
titrasi
asam-basa,
larutan
uji
(larutan
standar)
ditambahkan sedikit demi sedikit ( secara eksternal ), biasanya dari dalam
buret, dalam bentuk larutan yang konsentrasinya diketahui. Penambahan
larutan standar ini diteruskan sampai telah dicapai kesetaraan secara kimia
dengan larutan yang diuji. Untuk mengetahui kapan penambahan larutan
standar itu harus dihentikan, digunakan suatu zat yang biasanya berupa
larutan, yang disebut larutan indikator yang ditambahkan dalam larutan yang
diuji sebelum penetesan larutan uji dilakukan. Larutan indikator ini menanggapi
munculnya kelebihan larutan uji dengan perubahan warna. Perubahan warna
ini dapat atau tidak dapat tepat pada titik kesetaraan ( ekuivalensi ). Titik dalam
32
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
titrasi asam-basa pada saat indikator berubah warna disebut titik akhir. Tentu
saja diinginkan agar titik akhir ini sedekat mungkin ke titik kesetaraan. Dengan
memilih indikator untuk menghimpitkan kedua titik itu (atau mengkoreksi selisih
diantara keduanya) merupakan salah satu aspek penting dari analisis titrasi
asam-basa. Umumnya larutan uji adalah larutan standar elektrolit kuat, seperti
natrium hidroksida dan asam klorida
[1]
. Jadi apabila larutan yang diuji bersifat
basa maka digunakan larutan uji ( larutan standar ) asam, dalam hal ini asam
klorida, begitu pula sebaliknya.
2. Penentuan Molaritas Dengan Titrasi Asam-Basa
Analisa perhitungan molaritas larutan dilakukan pada saat sudah terjadi
kesetaraan dan proses penetesan larutan penguji dihentikan. Secara
sederhana perhitungan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan kimia sebagai berikut :
n1 =
gram1
Mr1
.......................................................................................(1)
dimana :
= mol zat uji ( mol )
n1
gram1 = massa senyawa zat uji ( gram )
Mr1
= massa molekul relatif zat uji
M1 =
n1
V1
...........................................................................................(2)
dimana :
M1
n1
= molaritas zat uji ( mol / ml )
= mol zat uji ( mol )
V1 = volume zat uji ( ml )
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
33
n2 =
gram2
...................................................................................... (3)
Mr2
dimana :
n2
= mol zat yang diuji ( mol )
Gram2 = massa senyawa zat yang diuji ( gram )
Mr2
= massa molekul relatif zat yang diuji
M2 =
n2
.......................................................................................... (4)
V2
dimana :
M2
= molaritas zat yang diuji ( mol / Mr )
n2
= mol zat yang diuji ( mol )
V2
= Volume zat yang diuji ( ml )
Atau dicari dengan rumus :
M 2 xV2 = M 1 xV1 ............................................................................... (5)
M2 =
M 1 xV1
V2
.................................................................................... (6)
Keterangan :
M1
= molaritas zat uji yang telah diketahui nilai konsentrasinya ( mol / ml )
V1
= volume zat uji yang diteteskan sampai terjadi perubahan warna ( ml )
M2
= molaritas zat yang diuji ( mol / ml )
V2
= volume zat yang diuji ( ml )
3. Diagram Kotak Sistem Pengukur Molaritas Berbasis Komputer
Blok diagram sistem yang dirancang adalah seperti pada gambar 1.
Rangkaian sensor perubahan warna yang tersusun dari LDR akan
menghasilkan sinyal analog yang selanjutnya akan dikonversi menjadi digital
oleh ADC. Keluaran digital dari ADC tersebut selanjutnya akan dikirim masuk
34
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
ke komputer melalui kartu antar muka PPI8255. Data tersebut selanjutnya
akan dioleh oleh komputer untuk menentukan perhitungan nilai konsentrasi.
PC
PPI 8255
Rangkaian Kemudi
Motor DC
Motor DC penggerak
Pengaduk Larutan
Rangkaian Kemudi
Motor DC
Motor DC posisi
naik turun pengaduk
Rangkaian Kemudi
Motor DC
Motor DC pembuka
valve tabung titrasi
Rangkaian Relay
Lampu TL
Rangkaian ADC
Sensor LDR
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Pengukur Molaritas Berbasis Komputer
4. Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras meliputi rangkaian elektronika dari sistem
yang ditempatkan di luar personal computer (PC). Perancangan ini terdiri atas
perancangan rangkaian elektronika dan perancangan rangka alat secara
keseluruhan.
4.1. Kartu Antarmuka PPI 8255
Untuk dapat melakukan komunikasi data dari komputer ke sistem alat
yang dikendalikan atau sebaliknya dari alat yang dikendalikan menuju
komputer, diperlukan interface sebagai penghubung antara komputer dengan
alat yang dikendalikan, dalam hal ini adalah IC PPI 8255. Untuk dapat aktif
beroperasi pada lokasi alamat yang diinginkan diperlukan suatu sistem
pengalamatan pada IC PPI dengan mengirimkan alamat yang sesuai, maka
masing-masing port pada IC PPI ini dapat diakses baik sebagai input-output.
Antar muka PPI 8255 mempunyai 4 lokasi alamat. Lokasi alamat tersebut
adalah untuk 3 buah port masukan dan keluaran, yaitu port A, port B, port C
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
35
dan 1 untuk register kata kendali (CWR=Control Word Regyster). Penentuan
alamat ini didasarkan pada kombinasi pin pemilih alamat yang digunakan yaitu
pin A0 – A9 seperti yang ditunjukkan dalam tabel 1.
Tabel 1. Kombinasi Pin Pemilih Alamat
Address Port
EQU
Ket.
( HEX)
200
PORT A
I/O Port
201
PORT B
I/O Port
202
PORT C
I/O Port
203
CWR
Register Kata Kendali
Selanjutnya akan dipilih mode operasi PPI 8255 untuk menentukan
masing-masing port yang digunakan agar beroperasi sesuai dengan
keperluan. Cara yang dilakukan adalah dengan mengisi register kata kendali
dari PPI dengan kata kendali yang diinginkan. Kata kendali yang diisikan
adalah bilangan dalam bentuk heksadesimal atau kombinasi bilangan biner
yang disisipkan dalam struktur program yang ditulis. Kata kendali yang
digunakan pada PPI 8255 adalah 98H atau 1001 1000 biner. Hal ini berarti
PPI 8255 diprogram untuk menggunakan mode 0 yang merupakan mode
input-output, sehingga port-port yang digunakan berfungsi sebagai masukan
dan keluaran biasa. Berdasarkan format tersebut, maka port A dan port C
upper digunakan sebagai masukan (input) sedangkan port B dan port C lower
digunakan sebagai output.
4.2. Rangkaian Kendali Motor Listrik Arus Searah
Rangkaian kendali yang digunakan adalah rangkaian DC chopper 4
kuadrant sebagaimana pada gambar 2.
36
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
C1
VCC
R9
1K
Q2
470uF
R5
1K
Q1
TIP42
R6
1K
Q6
CON2
R8
R4
1K
1
2
TIP42
Q5
9014
1K
9014
R3
1K
Q3
TIP41
Q4
TIP41
Q7
TIP41
R7
1K
Q8
9014
R1
1K
Input 1 / Port 0.0
D3D1
IN4148
R2
1K
D2
IN4148
Input 2 / Port 0.1
IN4148
Gambar 2. Rangkaian kendali motor dua arah putaran
Rangkaian kendali ini dapat digunakan untuk mengendalikan motor arus
searah dengan dua arah putaran. Rangkaian kendali motor arus searah yang
digunakan ada tiga buah, yang masing-masing digunakan sebagai rangkaian
kendali pada motor penurun pengaduk, motor pengaduk dan motor pembuka
valve titrasi yang masing-masing menggunakan rangkaian kendali yang sama
satu dengan lainnya.
Ketika rangkaian kendali motor ini mendapatkan masukan dari port b
diberikan logika 1 (high) dan port b1 diberikan logika 0 (low)
maka Q2, Q3,
Q6 dan Q7 akan bekerja sehingga terminal 1 yang terhubung ke motor akan
menjadi ground dan terminal 2 yang juga terhubung ke motor akan menjadi VS
(12 volt). Dengan demikian maka motor akan berputar. Selanjutnya ketika
rangkaian kendali ini mendapatkan masukan dari pengendali mikro, yaitu port
bo diberikan logika 1 (high) dan port b1 diberikan logika 1 (high) maka Q1, Q4,
Q5, Q7 dan Q8 akan bekerja sehingga terminal 1 yang terhubung ke motor
akan menjadi VS (12 volt) ground dan terminal 2 yang juga terhubung ke motor
akan menjadi ground. Dengan demikian maka motor akan berputar berbalik
arah.
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
37
Tabel 2. Tabel kebenaran rangkaian kendali
motor arus searah
INPUT
OUTPUT
Motor
1
2
1
2
0
0
0
0
tidak berputar
0
1
0
0
tidak berputar
1
0
0
12 V
berputar
1
1
12 V
0
berbalik arah
4.3. Sensor Pembatas
Sensor pembatas yang digunakan berupa saklar batas (limit switch).
Sensor pembatas ini digunakan untuk membatasi pergerakan dari motor
pengaduk pada saat naik turun dan motor pembuka valve titrasi pada saat
posisi buka dan posisi off. Ketika saat saklar batas belum diaktifkan atau
ditekan maka tegangan keluaran VOUT ≅ VCC ≅ 5 volt. Akan tetapi pada saat
saklar batas tersebut diaktifkan atau ditekan maka VOUT ≅ 0 volt.
VCC
R
1K
Vout
NO
Gambar 3. Rangkaian saklar batas
4.4. Sensor LDR
Sensor Light Dependent Resistor (LDR) sebagai pengkonversi besaran
intensitas cahaya yang sampai setelah melewati larutan yang diuji yang
kemudian diinputkan ke rangkaian ADC. Sebagai sumber cahaya digunakan
lampu TL( tube lamp ) yang relatif cukup terang. Komputer memegang
peranan yang paling besar sebagai pengendali proses dari semua kegiatan
yang dilakukan dan pengolahan data. Data yang dimaksud adalah nilai
38
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
konsentrasi larutan uji (dalam molaritas), banyaknya volume per tetesan
larutan uji dan volume larutan yang diuji yang ditetapkan. Untuk rangkaian
elektronik dari rangkaian sensor Light Dependent Resistor dapat dilihat pada
gambar 4.
Tetesan
Larutan Penguji
+5V
Rvar = 10KOhm
Larutan
Yang
Diuji
LDR
V
0V
Gambar 4. Rangkaian Pembaca Perubahan Warna Larutan
4.5. Analog To Digital Converter ( ADC )
Analog To Digital Converter ( ADC ) berfungsi untuk mengkonversikan
data analog menjadi data digital, hal ini diperlukan karena alat ini memproses
sinyal analog dari sensor yang kontinyu supaya bisa diproses dan diolah oleh
komputer sebagai pengendali utama. Rangkaian ini menggunakan IC ADC
0804.
Gambar 5. Rangkaian ADC 0804
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
39
4.6. Rancangan Konstruksi Mekanik
Dalam pembuatan alat pengukur konsentrasi metode asam basa
dibutuhkan unit
pendukung
yang
membuat
alat
ini
dapat
berfungsi
sebagaimana mestinya. Unit pendukung ini terdiri dari : rangka alat, tiang
penyangga pengaduk, tiang penyangga gelas pencampur, lampu TL, tiang
penyangga tabung larutan titrasi asam basa
Gambar 6. Alat Pengukur Konsentrasi Larutan Metode Titrasi Asam Basa
4.7. Perangkat Lunak (Software)
Dalam pembuatan alat pengukur konsentrasi larutan metode titrasi asam
basa ini digunakan perangkat lunak Delphi 6.0. Dalam proses mendesign
program tampilan Delphi 6.0 ini, dibagi dalam beberapa form yaitu: Form
Utama, Form Program, Form Test Port PPI 8255. Secara garis besar diagram
alir dari perangkat lunak yang dirancang adalah seperti gambar 7.
40
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
Gambar 7. Diagram Alir Perangkat Lunak
5. Pengujian dan Analisa
Pengujian dilakukan dengan melakukan test terhadap kinerja rangkaianrangkaian perangkat keras pendukung sistem. Hal ini dilakukan untuk
mengetahui
kesiapan
perangkat
pendukung
sistem
tersebut
sebelum
diaplikasikan pada pengujian sistem secara keseluruhan agar sesuai dengan
yang diharapkan.
5.1. Pengujian Rangkaian ADC 0804
Pada pengujian ini, masukan sinyal analog yang diberikan berasal dari
keluaran rangkaian sensor LDR berupa tegangan, yang diumpankan
kemasukan ADC 0804. Rangkaian ADC 0804 akan mengubah masukan
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
41
analog 0-5 volt menjadi keluaran digital dari 00000000 (00H) sampai dengan
11111111(FFH). Data hasil pengujian rangkaian ADC 0804 disajikan dalam
bentuk grafik seperti pada gambar 8.
Grafik Hubungan Input Analog & Output Digital ADC 0804
0.34
0.32
0.32
0.30
0.30
0.28
0.28
0.26
0.26
0.24
Analog ( Volt )
0.24
0.22
0.22
0.2
0.20
0.18
0.18
0.16
0.16
0.14
0.14
0.12
0.12
0.1
0.10
0.08
0.08
0.06
0.06
0.04
0.04
0.02
0.02
0.00
0.00
00H
01H
02H
03H
04H
05H
06H
07H
08H
09H
0AH
0BH
0CH
0DH
0EH
0FH
10H
Digital ( Heksadesimal )
Gambar 8. Grafik Hubungan Masukan Analog Dan Keluaran Digital
Hasil Pengujian ADC 0804
Berdasarkan data hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat disimpulkan
bahwa pada ADC 0804, masukan analog yang diberikan berbanding lurus
dengan keluaran digital yang dihasilkan. Untuk setiap kenaikan tegangan
masukan analog sebesar ± 0,02 volt terjadi kenaikan satu bit pada keluaran
digital yang dihasilkan.
5.2. Pengujian Rangkaian sensor cahaya
Rangkaian sensor ini memanfaatkan LDR sebagai sensor cahaya.
Pengujian menggunakan lampu TL 25 Watt dengan ketinggian 29 Cm dan
jarak
LDR dengan lampu TL yaitu 46 Cm. Multitester dihubungkan ke
rangkaian inputan dan keluaran dari Sensor LDR .
42
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
Gambar 9. Pengujian Pada Rangkaian Sensor Perubahan Warna
Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor LDR
Sensor LDR Diberi Inputan
5 Volt-DC
Hasil Pengujian
Tegangan Keluaran (Volt)
Tidak Terkena
Terkena
Cahaya
Cahaya
0,20
4,25
5.3. Pengujian Konsentrasi Larutan Asam-Basa
Pengujian terhadap selang waktu dilakukan untuk mendapatkan selang
waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh sistem untuk melakukan proses
pengukuran konsentrasi larutan.
Tabel 4. Hasil Pengujian Konsentrasi Larutan Asam-Basa
M2
V1
Larutan Yang Diuji
Indi-kator
Titrasi
Warna
(Mol)
(mL)
HCL
PP/TB
NaOH
Merah
0.102
51
HCL
PP/TB
NaOH
Merah
0.096
48
HCL
PP/TB
NaOH
Merah
0.106
53
NaOH
PP/M
HCL
0.104
52
NaOH
PP/M
HCL
0.102
51
NaOH
PP/M
HCL
0.108
54
Keterangan :
V1
= Volume Larutan Penguji
M1 = 0.1 Mol (Molaritas Larutan Penguji)
V2
= 50 mL (Volume Larutan yang diuji)
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
43
M2 = Molaritas Larutan yang diuji
PP/M = Fenolftalein / Berwarna merah dalam larutan yang diuji
PP/TB =
Fenolftalein / tak berwarna (bening ) dalam larutan yang diuji
V1
= IxT
I
= Banyaknya proses penetesan
T
= 3 mL (Volume/tetes)
Larutan yang dilakukan uji coba yaitu HCl 0.1 M dan NaOH 0.1 M
Indikator warna yang digunakan : Fenolftalein
5.5. Analisa Pengujian
Dari tabel diatas hasil pengujian sistem secara keseluruhan didapat tabel
prosentase kesalahan pengukuran sebagai berikut :
% Kesalahan = M 2 S − M 2 P X 100% .................................................... (7)
M 2S
Keterangan :
• M2S = Molaritas Sebenarnya Larutan Yang Diuji
• M2P = Molaritas Hasil Pengukuran Larutan Yang Diuji
Tabel 5. Tabel Prosentase Kesalahan Hasil Pengukuran Molaritas
M2 (Molar)
%
M2 (Molar)
No
Sebenarnya Pengukuran Kesalahan
1
0.1
0.102
2
2
0.1
0.096
4
3
0.1
0.106
6
4
0.1
0.104
4
5
0.1
0.102
2
6
0.1
0.108
8
Dari tabel 5 dapat ditentukan besarnya rata-rata % kesalahan dari
pengukuran molaritas dengan menggunakan alat yang dibuat adalah sebesar
4.3 %. Timbulnya Kesalahan pengukuran hingga mencapai 4.3 % dikarenakan
: 1. Pemberian Larutan Indikator Fenolftalein yang kurang tepat dan 2. Motor
44
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
Pembuka Valve larutan penguji yang tidak stabil mengakibatkan volume
larutan penguji ( V1 ) yang diteteskan berubah-ubah.
6. Kesimpulan
Setelah melakukan pengamatan dan pengujian terhadap rancangan
yang dibuat, baik rancangan hardware maupun rancangan software, ditarik
beberapa kesimpulan antara lain :
1.
Pada sistem ini menggunakan PPI 8255 sebagai antar muka, yang
mempunyai port A, port B dan port C, dimana ketiga port tersebut dapat
diatur sebagai port masukan atau keluaran.
2.
LDR ( Light Dependent Resistor ) sangat peka terhadap perubahan
intensitas cahaya sehingga besar kecilnya intensitas cahaya yang
dihasilkan dari lampu TL(Tube Lamp) dapat mempengaruhi besar kecilnya
tegangan yang dihasilkan oleh sensor LDR.
3.
Pada pengujian terhadap selang waktu dilakukan 3 kali pengukuran
didapatkan selang waktu rata-rata 269 detik untuk menyelesaikan titrasi.
4.
Pada pengujian terhadap pengukuran dilakukan 3 kali proses pengukuran
konsentrasi HCl dan NaOH dengan menggunakan cairan indikator (
fenolftalein ), didapat prosentase kesalahan rata-rata 4.39 %.
5.
Untuk setiap kenaikkan tegangan masukan analog yang dihasilkan dari
Sensor LDR sebesar ±0.02 Volt terjadi kenaikan satu bit pada keluaran
digital yang dihasilkan dari rangkaian ADC ( Analog To Digital Converter )
0804.
Referensi :
[1]. Drs. Michael Purba, KIMIA 2000 untuk SMU Kelas 2 Jilid 2A, Erlangga
tahun 1995.
[2]. Frank D. Petruzella, Elektronika Industri, Penerbit Andi tahun 2000.
[3]. Widodo Budiharto, S.Si ,M.Kom, & Sigit Firmansyah, Elektronika Digital
dan Mikroprosesor, Andi tahun 2005.
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer
45
[4]. Muhammad Supriadi, Pemrograman IC PPI 8255 Menggunakan DELPHI,
Andi tahun 2004.
[5]. Ir. Inge Martina, 36 Jam Belajar Komputer Delphi 5.0, Elek Media
Komputindo tahun 1998.
[6]. Albert Paul Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronika, edisi kedua,
Erlangga tahun 1996.
46
Sistem Pengukur Molaritas Larutan Dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer