OTOMATISASI SISTEM PENGOLAHAN AIR LAUT MENJADI AIR TAWAR DENGAN PRINSIP REVERSE OSMOSIS BERBASIS MIKROKONTROLER

Transkripsi

1 OOMAISASI SISEM PENGOLAHAN AIR LAU MENJADI AIR AWAR DENGAN PRINSIP REVERSE OSMOSIS BERBASIS MIKROKONROLER (Sub Judul : Sensor dan Monitoring Sistem ) Renny Rakhmawati, S. M 1 Ir.Hendik Eko HS, M 2 Zulva ri Dianti 3, Dosen Pembimbing 1 Dosen Pembimbing 2 Mahasiswa Jurusan Elektro Industri 3 Politeknik Elektronika Negeri Surabaya(PENS) Institut eknologi Sepuluh Nopember(IS), Surabaya, Indonesia zulvatd@gmail.com ABSRAK Reverse Osmosis merupakan suatu sistem pengolahan air dari yang mempunyai konsentrasi tinggi menjadi air tawar yang mempunyai konsentrasi agak rendah (encer) dikarenakan adanya tekanan osmosis. Penerapan sistem ini lebih efisien dan dapat diandalkan karena air melewati membrane semipermiabel yang kerapatannya 0,0001 mikron. eknologi ini menggunakan driver Chopper untuk mengontrol air masuk dan keluar. Visualisasinya agar kita dapat mengetahui kinerjanya secara langsung adalah dengan Mikrokontroler AMega 16. Pada teknologi ini juga terdapat sensor kadar garam (DS), sensor ph, sensor level air dan sensor tekanan. Sensor-sensor yang ada dalam teknologi ini berfungsi untuk membantu keakuratan data yang diambil. Masing-masing sensor mempunyai fungsi sendiri-sendiri yaitu untuk mengetahui kadar garam yang ada pada air baik sebelum dipompa maupun setelah dipompa, sensor ph untuk mengetahui ph air yang dihasilkan, sensor level air untuk mengetahui level air yang terdapat pada sistem dan sensor tekanan untuk mendeteksi tekanan yang dihasilkan dalam sistem. Kata Kunci : Mikrokontroler AMega 16, Reverse Osmosis, Sensor ph, Sensor DS, Sensor Level Air, Sensor ekanan 1. PENDAHULUAN Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Persediaan akan air layak pakai dirasakan semakin berkurang dan perlu adanya sebuah teknologi yang dapat mendaur ulang air menjadi air yang layak konsumsi. Air banyak digunakan oleh manusia, tidak hanya pada keperluan rumah tangga, tetapi juga untuk keperluan industri. Jika ketersediaan air layak pakai terus menurun akan membawa dampak negatif, terutama bidang kesehatan. eknologi penyaringan air dapat dilakukan secara otomatis dengan bantuan mikrokontroler dimana aplikasinya dapat kita tentukan melalui bahasa pemrograman. Proses Reverse Osmosis terdiri dari beberapa peralatan seperti pompa tekanan tinggi (Booster Pump), Katup On/Off, sensor tekanan air, DS meter (otal Dissolved Solid), ph meter, prefilter water treatment, dan filter Reverse Osmosis. Dari beberapa alat tersebut akan dikombinasi dengan mikrokontroler untuk otomatisasi sistem Reverse Osmosis. Mikrokontroler akan mengatur keseimbangan arus inlet air laut dan arus outlet air limbah. Mikrokontroler juga memonitor besarnya tekanan air yang bekerja pada sistem untuk mengetahui kualitas produk dari sistem Reverse Osmosis. Pada proyek akhir ini dijelaskan bahwa kualitas air tawar diukur dengan sensor ph dan DS meter. Kedua sensor tersebut sebagai monitoring air sebelum dan sesudah proses. Sebelum air diproses secara Reverse Osmosis terlebih dahulu air laut di ukur kadar garamnya dengan DS meter dan nantinya akan dibandingkan dengan hasil kadar garam air tawar setelah proses Reverse Osmosis. Begitu juga dengan sensor ph

2 (derajat keasaman), sensor ini juga sebagai monitoring antara air yang belum diproses dan setelah diproses. Pada sensor tekanan air, diharapkan tekanannya konstan antara Psi (pound per square inch) yang merupakan output dari pompa tekanan tinggi (Booster Pump). Setelah tekanan air pada filter terpenuhi, maka dihasilkan air tawar dengan tingkat kekeruhan yang lebih rendah dan ph yang sesuai. Air yang tidak berhasil melewati membran Reverse Osmosis akan keluar melalui Reject Valve sebagai limbah. Dari penjelasan di atas dapat diketahui beberapa target dari pembuatan proyek akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Kapasitas Booster Pump 100 PSI (pound per square inch) 2. Pressure Filter (40 50 PSI) 3. Kadar garam air tawar 20% - 30% dari DS air laut 4. Derajat Keasaman air tawar (±5%) 1.1 ujuan Pembuatan proyek akhir Otomatisasi Sistem Pengolahan Air Laut Menjadi Air awar dengan Prinsip Reverse Osmosis Berbasis Mikrokontroler, selain sebagai persyaratan penyelesaian studi Pendidikan Diploma III Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, juga mempunyai tujuan khusus yaitu membuat prototype sistem pengolahan air dengan metode reverse osmosis untuk skala rumah tangga berbasis mikrokontroler. Selain itu alat ini berfungsi untuk menghasilkan air tawar yang lebih bersih dan sehat dengan cara pengukuran ph dan kadar garam yang terkandung dalam air hasil olahan. ampilan dari prototype sistem ini adalah dengan menggunakan LCD (Liquid Crystal Displays) 16x4 1.2 BatasanMasalah Pada rincian permasalahan, maka didapat rumusan masalah pada hardware sebagai berikut : 1. Bagaimana cara mengidentifikasi tekanan air yang masuk menggunakan pressure gauge sensor? 2. Bagaimana cara menampilkan tekanan dan level air pada LCD 16x4? 3. Bagaimana cara mengatur besar kecilnya PWM (Pulse Width Modulation) untuk kecepatan motor? 4. Bagaimana cara otomatisasi sistem dengan mikrokontroler AMega16? tegangan dan PWM (Pulse Width Modulation)? 2. Perencanaan dan PembuatanAlat Pada pembuatan sistem monitoring untuk proyek akhir Sistem Pengolahan Air dengan Prinsip Reverse Osmosis ini terdapat berbagai rancangan yang tersebut dibawah ini. 2.1 Blok Diagram Konfigurasi Input Output Alamat Port A.0 Port A.1 Port A.2 Port A.3 Port A.4 Port B.0 Port B.1 Port B.2 Port B.3 Port B.4 Port B.5 Port B.6 Port B.7 Port C.0-7 Port D.0 Pin D.2 Level 1 Pin D.3 Level 2 Keterangan Sensor ekanan egangan Output Buck egangan Accu Sensor level Output egangan Charging Buzzer Input Valve Lampu Stop Output Valve Lampu Run Lampu Full Lampu Medium Lampu Low LCD Switch Accu Pin D.4 Level 3 Pin D.5 Push button start stop

3 Pin D.6 Pressure switch Port D.7 Sinyal PWM Perancangan sistem Dalam proyek akhir Sistem Pengolahan Air ini, terdapat banyak perancangan dari hardware, diantaranya adalah pembuatan sistem seperti yang tampak pada Gambar 3.2. Penulis membuat sebuah box yang ditunjukkan pada Gambar 3.3 yang didalamnya berisi semua komponen yang mendukung Sistem pengolahan Air. Dalam box juga terdapat kontrol panel sistem yang nantinya akan memudahkan user untuk mengetahui prosesnya. Reject ank Berikut Spesifikasi alat Reverse Osmosis: 1. Sediment 5 Micron Membuang partikel-partikel seperti debu, karat, tanah, dsb. 2. Sediment 1 Micron Menyaring partikel-partikel dengan ukuran lebih kecil. 3. Granular Active Carbon (GAC) Berbentuk butiran untuk menyerap zatzat berbahaya seperti: kaporit, karsinogen, detergen, insektisida dll 4. Membran Reverse Osmosis Membuang polutan polutan berbahaya sampai tingkat terkecil melalui membran berukuran 1 / micron 5. Post-Carbon Menyerap bau; mengembalikan rasa serta menghambat pertumbuhan microorganisme. 5 Pressure Gauge Faucet Product Pressure Gauge 4 Output Valve Pressure Switch Pressure Sensor 2 3 Booster Pump Output Level Sensor Perancangan Sensor ekanan Sensor tekanan pada sistem ini digunakan sebagai pembanding antara manometer atau pressure gauge dengan sensor tekanan analog yang digunakan untuk mendeteksi tekanan pada filter reverse osmosis. Selain itu, rangkaian sensor tekanan ini juga digunakan sebagai umpan balik untuk mikrokontroler. Dibawah ini merupakan gambar rangkaian sensor tekanan. Storage ank Full Medium Low Contaminated Water ank Input Valve 1 Gambar 3.3: Rangkaian Sensor egangan ada Gambar 3.3, rangkaian sensor tegangan diatas cara kerjanya adalah sebagai berikut. Rangkaian sensor ini mendapat sumber dari battery kotak 9 volt lalu masuk ke regulator tegangan IC7805 yang keluarannya adalah 5 volt dan dilanjutkan ke rangkaian jembatan wheatstone yang terdiri dari

4 4 resistor dan salah satu dari resistor tersebut untuk strain gauge. Setelah itu keluaran dari strain gauge masuk ke rangkaian op-amp untuk penguatan. Dalam hal ini yang digunakan adalah penguat noninverting. Berikut ini adalah desain dari rangkaian penguat non-inverting : R1 = R2 = R3 = 120 ohm R4 = ohm Maka : Eo = Eo = R3 R3+R1 Vin R4 R4+R2 Vin Eo = Eo = 0.01 Karena Vout op-amp 2 volt, dan Gain diinginkan menjadi 200 (yaitu 2/0.01) maka untuk mencari Rf adalah Gain = 1 + (Rf/ Rin) 200 = 1 + (Rf/ 100) Rf = ohm Rf maksimal adalah 100Kohm Dibawah ini merupakan hasil dari pengukuran sensor tekanan yang terbaca pada layar LCD No ekanan (Psi) Vout sensor (V) ekanan (LCD) %Error Perancangan Sensor Level Air Blok indikator ini terdiri dari 3 LED berwarna putih yang disusun secara vertikal. Ada 3 buah LED yang menunjukkan level air pada tangki penampungan air. Apabila level air pada tangki penampungan air dalam keadaan penuh, maka LED paling atas sendiri akan nyala, apabila air dalam keadaan separuh maka LED kedua akan nyala dan apabila air sedikit atau rendah maka LED ketiga yang akan nyala diiringi bunyi buzzer. Dari kondisi tersebut maka dapat disusun menjadi sebuah algoritma pemrograman dengan mengamati kombinasi beberapa sensor seperti tampak pada abel 3.2 berikut ini. abel 3.2: Algoritma Sensor Level Input Kondisi Air Hexa Full ON ON ON 0x38 Medium ON ON OFF 0x30 Low ON OFF OFF 0x20 Empty OFF OFF OFF 0x00 Dalam pengujian level sensor terdapat 2 buah level sensor pada sistem yaitu yang tertera pada panel sistem dan analog yang berada pada reject tank. Level sensor analog pada reject tank ini berfungsi untuk mengetahui seberapa tinggi air yang telah keluar pada tank. Apabila reject tank telah penuh dengan air maka secara otomatis sistem akan mati. Gambar dibawah ini merupakan gambar dari output level sensor yang berada pada reject tank. Sebagai actuatornya adalah potensio yang maksimal terukur pada mikrokontroler adalah 3.6 volt. Conductor Strip LV_3 LV_2 PD.4 PD.3 PD.2 GND LV_1 GND Gambar 3.4: Output Level Sensor pada Panel

5 80 meter merk HM Digital DS-3 adalah sebagai berikut : Gambar 3.5: Output Level Sensor Reject ank Kedua sensor level ini langsung dihubungkan dengan mikrokontroler sebagai pengendali sistem. 2.2 ph Meter Perencanaan ph Meter digunakan untuk mengetahui asam atau basa dari air pengujian. Dalam perencanaan ini, yang digunakan adalah ph meter digital yaitu hasil dari indikator air uji langsung tercantum pada LCD. Spesifikasi dari ph meter yang digunakan adalah sebagai berikut : Gambar 3.7: DS Meter Spesifikasi : DS Range : ppm (mg./l) emp. Range : 0 800ᵒC Akurasi : sampai dengan 2% Battery Life : 1000 jam pemakaian Dimensi : 15.5 x 3.1 x 2.3 cm Sumber : 2 x 1.5 volt (button cell batteries) 2.4 Flowchart Mulai Inisialisasi POR Void full () Void full2 () Void off () Void UP () Void DOWN () Void charge () Pb_Sts==0 SS=~SS SS=1 Valve1=1, valve2=1, L_Run=1, L_Stop=0, Inisialisasi adc Lv2==0 Lv3==0 UP() Gambar 3.6: ph Meter Spesifikasi : aster Range : ph Akurasi : sampai 0.3 ph emperature : 0 50ᵒC Battery Life : DC 4x1.5 volt Lv1==0&&Lv2==1&& Lv3==1 Lv1==0&&Lv2==0&& Lv3==1 Lv1==0&&Lv2==0&& Lv3==0 L_Low=1, buzzer=1, L_Medium=0, L_Full=0 L_Low=0, L_Medium=1, L_Full=0 L_Low=0, L_Medium=0, L_Full=1 2.3 DS Meter Dalam perancangan sistem ini, untuk menghasilkan air yang benar-benar tawar maka salah satu sensor pendeteksinya adalah menggunakan sensor DS (otal Dissolve Solid). Spesifikasi dari DS SS=0 OFF() DOWN() OCR2=0, BUZZER=0, VALVE1=0, L_Stop=1, valve2=0, L_Run=0, L_Full=0, L_Medium=0, L_Low=0, S_Aki=0 Lv1==1&&Lv2==1&& Lv3==1 Reject>20 P_Switch==0 OFF() SS=0 SS=0, buzzer=1 SS=0, buzzer=1

6 2.5 Pengujian ADC Pengujian program ini untuk perangkat antarmuka merupakan langkah awal sebelum pengujian alat secara keseluruhan. Pada bagian ini yang dilakukan adalah pengujian terhadap ADC mikrokontroler AVR AMega16 dengan menggunakan output 10 bit.dihubungkan langsung ke sensor tegangan. Sebagai masukan ADC, menggunakan Port A karena port ini mengijinkan untuk masukan analog dengan batas minimum ground dan maksimum Vreff. ADC yang dipakai adalah 5 pin. Pada ADC menggunakan tegangan referensi 5 volt. Berikut ini merupakan perhitungan dari analog ke digital. Pada saat tegangan input 1 volt, yang terbaca di ADC adalah V reff dari mikrokontroler adalah 5 volt maka untuk mencari V max adalah 5/ = Jika ingin mengkonversinya ke dalam desimal maka 2 10 =1023/ 63 =16.2. Dapat disimpulkan bahwa 1 volt mewakili 16.2 desimal. Berikut perumusan konversi ke bilangan desimal : ADC decimal = 1023 x V in 63 ujuan pengujian untuk mengaambil data melalui ADC dan ketepatan pembacaan ADC. Pada abel 4.1 nilai prosentase error maksimal adalah 13.58% dan ratarata error adalah 2.79%. Sedangkan untuk keakurasian pada ADC mikrokontroler AVR AMega16 tidak sempurna sekitar ±2 LSB. Sehingga didapatkan hasil uji ADC seperti pada tabel berikut. abel 4.1: Pengujian ADC %Error V analog Vin Vadc Decimal adc Decimal teori Kesimpulan Setelah proses pembuatan sistem dan finishing secara keseluruhan dari pengerjaan proyek akhir yang berjudul Otomatisasi Sistem Pengolahan Air Laut Menjadi Air awar dengan Prinsip Reverse Osmosis Berbasis Mikrokontroler (Sub Judul: Sensor dan Monitoring Sistem) maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Sistem Filter Reverse Osmosis ini berfungsi untuk menghasilkan air tawar dengan prosentase kadar garam sebesar 20% 30% dari DS air laut dan nilai ph sebesar Sistem ini terdiri dari 3 filter sebelum masuk ke filter reverse osmosis yang mempunyai penyaringan dan fungsi yang berbeda pada setiap filternya. 3. Pada pengujian ADC (Analog to Digital Converter) untuk rangkaian buck converter terdapat error antara pembacaan tegangan analog dan tegangan yang terbaca oleh ADC. Hal ini dapat terjadi karena pengaruh dari rangkaian sensor tegangan yang kurang akurat. 4. Pada sistem terdapat level sensor yang berfungsi sebagai parameter ketinggian air. Jika air yang akan diproses tidak memenuhi persyaratan maka akan terjadi umpan balik dari sistem yaitu buzzer atau jika level air sudah maksimal pada tempat keluaran maka sistem akan secara otomatis berhenti. 5. Pengerjaan proyek akhir ini dilengkapi dengan mikrokontroler untuk mengontrol semua sensor dan sumber

7 agar dapat dikendalikan sesuai dengan kehendak user. 4. DaftarPustaka [1] Andrianto Heri, Pemrograman Mikrokontroler AVR AMega Informatika: Bandung [2] Puspitasari Ratih, Rancang Bangun Alat Ukur Resistansi Belitan ransformator Menggunakan Injeksi Arus Berbasis Mikrokontroler (Software) PENS-IS. [3] Idaman Said, eknologi Reverse Osmosis, BAB10.pdf [4] Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika Erlangga: Jakarta