PERANCANGAN ALAT DETEKSI LETAK KEBOCORAN PIPA PVC MENGGUNAKAN SENSOR FLOWMETER MODEL FS300A BERBASIS TCP/IP. (Skripsi) Oleh. Duwi Hariyanto

Transkripsi

1 PERANCANGAN ALAT DETEKSI LETAK KEBOCORAN PIPA PVC MENGGUNAKAN SENSOR FLOWMETER MODEL FS300A BERBASIS TCP/IP (Skripsi) Oleh Duwi Hariyanto JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG 2016

2 ABSTRAK PERANCANGAN ALAT DETEKSI LETAK KEBOCORAN PIPA PVC MENGGUNAKAN SENSOR FLOWMETER MODEL FS300A BERBASIS TCP/IP Oleh Duwi Hariyanto Kebocoran jaringan pipa air dapat menyebabkan kerugian finansial yang besar bagi pihak pengguna sistem perpipaan. PDAM umumnya menggunakan metode manual untuk mendeteksi letak kebocoran pipa, seperti dengan melihat secara kasat mata jika terjadi genangan air yang berada diatas jaringan pipa. Penelitian bertujuan untuk menghasilkan metode guna merancang alat yang dapat mendeteksi letak kebocoran pipa secara cepat dan akurat. Metode dilakukan dengan menggunakan dua buah sensor flowmeter yang ditempatkan sebelum dan sesudah titik kebocoran pipa untuk merekam data selisih debit air masuk dan keluar (ΔQ). Data hasil ditransmisikan ke komputer menggunakan jaringan berbasis TCP/IP. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin kecil nilai selisih debit air masuk dan keluar (ΔQ) maka akan semakin jauh letak kebocoran pipa (X). Penurunan besar diameter lubang bocor (D) sebesar 43% mengakibatkan penurunan nilai selisih debit air masuk dan keluar (ΔQ) sebesar 21%. Berdasarkan hasil tersebut disimpulkan bahwa alat deteksi letak kebocoran pipa menggunakan teknologi sensor flowmeter dapat membedakan letak titik kebocoran pada pipa air secara akurat dan efektif. Kata kunci: kebocoran, debit air, sensor flowmeter, TCP/IP, WIZ110SR i

3 ABSTRACT DESIGN OF DEVICE FOR DETECTING PIPELINE LEAK LOCATION USE WATER FLOW SENSOR FS300A AND TCP/IP By Duwi Hariyanto Pipeline leaks can cause major financial losses for the users of pipeline system. PDAM generally uses manual methods to detect leak location, such as by looking puddle above the pipeline. The research proposed to produce a method to design device that can detect pipeline leak location quickly and accurately. The method use water flow sensors that are placed before and after the leak. The water flow sensors are used to record data of the difference between incoming and outgoing water flow (ΔQ). The data are transmitted to a computer using a network based on TCP/IP. The results showed that the smaller value of the difference between incoming and outgoing water flow (ΔQ), the farther distance leak location (X). If diameter hole (D) had decreased by 43%, the value of the difference between incoming and outgoing water flow (ΔQ) would have decreased by 21%. Based on these results, the device for detecting pipeline leak location with technology water flow sensor can distinguish pipeline leak location accurately and effectively. Keywords: leak, water flow, water flow sensor, TCP/IP, WIZ110SR ii

4 PERANCANGAN ALAT DETEKSI LETAK KEBOCORAN PIPA PVC MENGGUNAKAN SENSOR FLOWMETER MODEL FS300A BERBASIS TCP/IP Oleh DUWI HARIYANTO Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS Pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR lampung 2016 iii

5 Judul Skripsi Nama Mahasiswa : Perancangan Alat Deteksi Letak Kebocoran Pipa PVC Menggunakan Sensor Flowmeter Model FS300A Berbasis TCP/IP : Duwi Hariyanto Nomor Pokok Mahasiswa : Jurusan Fakultas : Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. Drs. Amir Supriyanto, M.Si. NIP NIP Ketua Jurusan Fisika FMIPA Dr. Yanti Yulianti, S.Si., M.Si. NIP iv

6 MENGESAHKAN 1. Tim Penguji Ketua : Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T.... Sekretaris : Drs. Amir Supriyanto, M.Si.... Penguji Bukan Pembimbing : Prof. Dr. Warsito, S.Si., D.E.A Dekan Fakultas Matematikan dan Ilmu Pengetahuan Alam Prof. Dr. Warsito, S.Si., D.E.A. NIP Tanggal Lulus Ujian Skripsi : v

7 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini terdapat karya yang pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya tidak ada karya atau pendapat ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka. Selain itu, saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri. Apabila pernyataan ini tidak benar, maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku. Bandarlampung, 25 April 2016 Duwi Hariyanto NPM vi

8 Penulis bernama lengkap Duwi Hariyanto. Laki-laki yang dilahirkan di Bandarlampung pada tanggal 8 Juli 1994 menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD N 5 Sumberejo Kemiling Bandar Lampung pada tahun 2006, Sekolah Menengah Pertama di SMP N 14 Bandar Lampung pada tahun 2009, Sekolah Menengah Atas di SMA N 14 Bandar Lampung pada tahun Duwi Hariyanto, terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung melalui SNMPTN UNDANGAN tahun Penulis merupakan mahasiswa penerima bantuan biaya pendidikan Bidik Misi angkatan Selama menempuh pendidikan, pernah menjadi Koordinator Asisten Praktikum Fisika Dasar I, Pemrograman Komputer, Elektronika Dasar I dan II, dan Fisika Eksperimen. Penulis pernah aktif dalam kegiatan organisasi seperti menjadi anggota Bidang Sains dan Teknologi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) Jurusan Fisika FMIPA Unila periode , dan Ketua Umum Physics Instrument Club (PIC) Jurusan Fisika FMIPA Unila periode Prestasi yang pernah diraih penulis adalah Peringkat 1 Olimpiade Sains Nasional (OSN) Pertamina Fisika Tingkat Provinsi tahun 2013, Peringkat 2 OSN Pertamina Fisika Tingkat Provinsi tahun 2015, Peringkat 3 Mahasiswa Berprestasi FMIPA Unila tahun 2015, Peserta Olimpiade Nasional MIPA Perguruan Tinggi Tahap II tahun 2014 dan 2015, dan Ketua Tim Penelitian penerima hibah Program Kreatifitas Mahasiswa-Penelitian (PKM-P) tahun vii

9 PERSEMBAHAN Dari hati yang terdalam, skripsi ini sepenuhnya aku persembahkan untuk Kedua orang tuaku, Rosidi dan Ilham Turiha Orangtua terbaik sepanjang masa yang senantiasa mendoakan dan memotivasi untuk kesuksesanku My Sister and My Brother Ika Hawiji, S.Pd. dan Trio Herwansyah Keluarga Besarku yang selalu mendukung untuk kesuksesanku My Zing, Fatia Ulfah Partner terbaik yang selalu menjadi motivasiku untuk menjadi yang terbaik Universitas Lampung Almamaterku tercinta viii

10 MOTTO Alloh will rise up, to suitable ranks and degrees, those of you who believe and who have been granted knowledge (Q.S. Al-Mujadalah: 11) And remember! Your Lord caused to be declared (publicly): If ye are grateful, I will add more (favours) unto you; but if ye show ingratitude, truly My punishment is terrible indeed (Q.S. Ibrahim: 7) Is there any reward for good other than good (Q.S. Ar-Rahman: 60) Ikhtiar, do a, tawakal Hasil itu penting, namun parameter sukses itu dinilai dari proses ix

11 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Alloh SWT yang telah memberikan kemurahan, hidayah, dan karunia-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul Perancangan Alat Deteksi Letak Kebocoran Pipa PVC Menggunakan Sensor Flowmeter Model FS300A Berbasis TCP/IP. Skripsi ini menyajikan metode perancangan alat deteksi letak kebocoran pipa berdasarkan analisis debit air menggunakan dua buah sensor flowmeter yang ditempatkan sebelum dan sesudah titik kebocoran. Sensor flowmeter digunakan untuk merekam data selisih debit air sebelum dan sesudah titik kebocoran. Data hasil ditransmisikan ke komputer menggunakan jaringan berbasis TCP/IP untuk mendeteksi letak kebocoran pipa secara efisien dan akurat. Penulis menyadari bahwa penyajian skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak demi perbaikan dan penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat menjadi rujukan untuk penelitian berikutnya agar lebih sempurna dan dapat memperkaya khasanah ilmu pengetahuan. Bandar Lampung, 15 April 2016 Penulis, Duwi Hariyanto x

12 SANWACANA Puji syukur kehadirat Alloh SWT Yang Maha Kuasa lagi Maha Berkehendak, atas segala limpahan rahmat, taufik serta hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah direncanakan. Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada baginda Rosululloh Muhammad SAW beserta seluruh keluarga dan sahabatnya yang tanpa perjuangan beliau penulis mungkin masih terjerat tali kebodohan. Dalam menyusun skripsi ini penulis tidak pernah lepas dari bantuan semua pihak. Oleh karena itu penulis ucapkan terima kasih kepada. 1. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi (Ditjen Dikti) melalui programnya, yaitu bantuan biaya pendidikan BIDIK MISI, penulis dapat menyelesaikan pendidikan S1 di Universitas Lampung. 2. Kedua orang tua tercinta yang selalu memberikan doa, kasih sayang dan pengorbanan dengan ikhlas sampai saat ini. 3. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. selaku pembimbing 1 yang telah memberikan ilmu, motivasi, dan bimbingan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian dan skripsi ini. 4. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. selaku pembimbing akademik dan pembimbing 2 yang telah memberikan ilmu, motivasi, bimbingan dan arahannya kepada penulis dalam menjalani proses perkuliahan dan skripsi. xi

13 5. Bapak Prof. Dr. Warsito, S.Si., D.E.A. selaku penguji dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam Universitas Lampung yang telah memberikan ilmu, waktu, dan bimbingannya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. 6. Ibu Dr.Yanti Yulianti, M.Si. sebagai Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam Universitas Lampung. 7. Bapak Arif Surtono, M.Si., M.Eng. sebagai Sekretaris Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam Universitas Lampung. 8. Fatia Ulfah as my zing, yang memberi semangat dan motivasi penulis dalam menyelesaikan perkulihan, memenangkan perlombaan, dan penyusunan skripsi ini. 9. Teman-teman 9 BIT, Ma sum, Jovi, Kuswanto, Irsan, Giri, Iqbal, Randha, Tri, dan teman-teman yang lainnya fisika 2012 yang belum disebutkan satu persatu yang telah berbagi keceriaan, kebersamaan, kebahagiaan, dan kisah hidup yang penulis dapatkan selama kuliah. 10. Kakak-kakak dan adik-adik Kak Fat hul Bari, Kak Sammy, Mbak Nawira, Agung, Arta, Yulian adik-adik HIMAFI, dan PIC Fisika FMIPA Unila tercinta yang memberikan kepercayaan diri kepada penulis serta telah sangat membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini. Semoga Alloh SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-nya, serta mencatat kebaikan kita menjadi suatu nilai ibadah, Amin. xii

14 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN MENGESAHKAN... PERNYATAAN... ii iii iv v vi RIWAYAT HIDUP... vii PERSEMBAHAN... viii MOTTO... KATA PENGANTAR... SANWACANA... ix x xi DAFTAR ISI... xiii DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xviii I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 4 C. Tujuan Penelitian... 5 D. Manfaat Penelitian... 5 E. Batasan Penelitian II. TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Terkait... 7 xiii

15 B. Persamaan Kontinuitas C. Persamaan Bernoulli D. Metode Pengukuran Debit Air E. Aliran Laminar dan Turbulen F. Water Flow Sensor ¾ Inchi G. Aturan TCP/IP Routing H. WIZ110SR I. Mikrokontroler ATmega J. Real-Time Clock (RTC) DS K. Karakteristik Alat Ukur III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian B. Alat dan Bahan C. Prosedur Penelitian IV. PEMBAHASAN A. Pengujian Water Flow Sensor B. Pengujian Rangkaian dan Program Mikrokontroler C. Pengujian Sensor dan Mikrokontroler D. Pengujian Letak Kebocoran Pipa E. Analisis Data V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

16 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1 Sketsa Pengujian Kebocoran Pipa dengan DPT Hasil Analisis Beda Tekanan (a) Upstream (b) Downstream Skema Underground Wireless Sensor Network (UWSN) untuk Sistem Monitoring Pipa Skema Sensor Tekanan Menggunakan Teknologi FSR Sistem Pengujian Deteksi Kebocoran Pipa dengan FSR Penurunan Tekanan yang Disebabkan oleh Kebocoran Pipa Sistem Monitoring dan Deteksi Kebocoran Gas Berbasis TCP/IP Sistem untuk Memodelkan secara Matematis Letak Kebocoran Pipa Grafik Perbandingan antara Prediksi Lokasi Lubang Relatif (Xc/L) dengan Lokasi Lubang Relatif Sebenarnya (X/L) Pemodelan Aliran Tunak Masuk, dan Keluar Sebuah Tangki Fluida dalam Aliran Laminar Melewati Pipa yang Tertutup Aliran Melalui Sebuah Lubang Bebas Skema Aliran dalam Pipa Bentuk Fisik Water Flow Sensor Model FS300A G3/ Grafik Debit Air Terhadap Keluaran Sensor Flow Meter Berupa Frekuensi Aturan Dasar Routing Aturan Dasar Routing WIZ110SR xv

17 2.19 Konfigurasi Pin ATmega Register TIMSK Register TCCR1B Register TCNT Rangkaian RTC Diagram Alir Penelitian Model Sistem Pengambilan Data Rangkaian Catu Daya Rangkaian RTC Rangkaian Komunikasi Serial menggunakan RS Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler Diagram Alir Program Mikrokontroler ATmega Tampilan Software WIZ110SR Configuration Tool Sketsa Pengujian Water Flow Sensor Sketsa Pengujian Rangkaian dan Program Mikrokontroler Sketsa Pengujian Sensor dan Mikrokontroler Grafik Hubungan Debit yang Dideteksi Terhadap Letak Titik Kebocoran Pipa X Hubungan Frekuensi Keluaran Sensor 1 dan Debit Air Hubungan Frekuensi Keluaran Sensor 2 dan Debit Air Rangkaian Akuisisi Data Grafik Fungsi Kalibrasi Mikrokontroler Grafik Fungsi Kalibrasi Mikrokontroler Grafik Linieritas Pembecaan Frekuensi Mikrokontroler Grafik Linieritas Pembecaan Frekuensi Mikrokontroler xvi

18 4.8 Grafik Respon Sensor dan Mikrokontroler Kenaikan Debit Air yang Dideteksi Sensor 1 dengan Diameter Lubang Bocor 21 mm Penurunan Debit Air yang Dideteksi Sensor 2 dengan Diameter Lubang Bocor 21 mm Grafik Hubungan Selisih Debit Air Masuk dan Debit Air Keluar Terhadap Letak Kebocoran Pipa dengan Diameter Lubang Bocor 21 mm Kenaikan Debit Air yang Dideteksi Sensor 1 dengan Diameter Lubang Bocor 12 mm Penurunan Debit Air yang Dideteksi Sensor 2 dengan Diameter Lubang Bocor 12 mm Grafik Hubungan Selisih Debit Air Masuk dan Debit Air Keluar Terhadap Letak Kebocoran Pipa dengan Diameter Lubang Bocor 12 mm Kenaikan Debit Air yang Dideteksi Sensor 1 dengan Diameter Lubang Bocor 8 mm Penurunan Debit Air yang Dideteksi Sensor 2 dengan Diameter Lubang Bocor 8 mm Grafik Hubungan Selisih Debit Air Masuk dan Debit Air Keluar Terhadap Letak Kebocoran Pipa dengan Diameter Lubang Bocor 21 dan 12 mm xvii

19 DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2.1 Densitas, Viskositas Kinematika dan Viskositas Dinamika Air Skala Clock Timer/Counter Rancangan Data Pengujian Water Flow Sensor Rancangan Data Pengujian Rangkaian dan Program Mikrokontroler Rancangan Data Pengujian Sensor dan Mikrokontroler Rancangan Data Pengujian Letak Kebocoran Pipa Hasil Pengujian Water Flow Sensor Hasil Pengujian Water Flow Sensor Hasil Pengukuran Frekuensi Menggunakan Mikrokontroler 1 Sebelum Dikalibrasi Hasil Pengukuran Frekuensi Menggunakan Mikrokontroler 2 Sebelum Dikalibrasi Hasil Pengujian Sensor 1 dan Mikrokontroler Hasil Pengujian Sensor 2 dan Mikrokontroler Hasil Rata-Rata Debit Air Pipa Bocor 21 mm yang Dideteksi Sensor 1 dan Sensor Hasil Rata-Rata Debit Air Pipa Bocor 12 mm yang Dideteksi Sensor 1 dan Sensor Hasil Rata-Rata Debit Air Pipa Bocor 8 mm yang Dideteksi Sensor 1 dan Sensor Perbandingan Hasil Perhitungan Menggunakan Persamaan (4.6) dan (4.14) pada Kasus Kebocoran dengan Diameter Lubang 21 mm xviii

20 4.11 Perbandingan Hasil Perhitungan Menggunakan Persamaan (4.7) dan (4.13) pada Kasus Kebocoran dengan Diameter Lubang 12 mm xix

21 1 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Jaringan pipa merupakan sarana transportasi fluida-fluida penting seperti air minyak, dan gas. Kebocoran jaringan pipa dapat menyebabkan kerugian finansial yang besar bagi pihak pengguna sistem perpipaan, seperti PDAM Way Rilau Bandarlampung. Berdasarkan data PDAM Way Rilau Bandarlampung bulan Februari 2015 didapatkan bahwa tingkat kebocoran pada proses distribusi sebesar 39,3%. Hal ini dapat dilihat dari perbedaan antara jumlah air bersih yang didistribusikan oleh PDAM Way Rilau Bandarlampung dengan jumlah air yang terjual kepada pelanggan. Total kapasitas produksi PDAM Way Rilau Bandarlampung sebesar m 3 dengan jumlah air yang didistribusikan sebesar m 3. Sedangkan jumlah air yang dijual kepada pelanggan hanya sebesar m 3, jadi kehilangan air mencapai 39,3% yaitu sebesar m 3 (PDAM Way Rilau Bandarlampung, Februari 2015). Angka kebocoran ini melebihi batas pada kriteria desain yang ditetapkan oleh Dirjen Cipta Karya tahun 1988 sebesar 15-30%. Tingkat kebocoran tersebut terdiri dari kebocoran fisik dan nonfisik. Kebocoran fisik adalah kebocoran yang disebabkan oleh bocornya pipa dan

22 2 perlengkapannya. Sedangkan kebocoran nonfisik adalah kebocoran yang disebabkan oleh pencurian air, sambungan liar, pembacaan meter yang tidak benar, dan akurasi meter yang rendah. Dalam mendeteksi kebocoran pipa, PDAM umumnya masih menggunakan sistem manual, yaitu dengan melihat secara kasat mata jika terjadi genangan air yang berada diatas saluran pipa PDAM, atau dari laporan masyarakat tentang adanya kebocoran atau tidak mengalirnya air di rumah mereka sedangkan menurut data distribusi pasokan air cukup tersedia. Dari laporan tersebut ditindaklanjuti dengan turun ke lapangan secara langsung untuk melihat kondisi di lapangan. Akan tetapi cara ini merupakan cara yang memakan waktu yang lama, karena suatu jaringan pipa bisa saja mencakup area yang cukup luas dan kompleks. Di era kemajuan teknologi ini, bukan hal yang tidak mungkin sistem deteksi kebocoran pipa dilakukan secara cepat dan otomatis. Hal ini didukung dengan teori-teori fisika dan penelitian-penelitian terkait yang telah dilakukan. Santoso, dkk. (2013) melakukan pengujian deteksi kebocoran pipa menggunakan teknologi Differential Pressure Transducer (DPT) yang ditempatkan sebelum dan sesudah titik kebocoran untuk merekam beda tekanan. DPT dihubungkan dengan peralatan pengkondisi sinyal dan ADC yang menghasilkan data beda tekanan. Dari penelitian tersebut diperoleh bahwa pada kondisi pipa bocor menghasilkan beda tekanan lebih tinggi dibandingkan kondisi pipa tidak bocor. Sadeghioon, et al. (2014) melakukan pengujian dengan mengembangkan jaringan sensor wireless bawah tanah (Underground Wireless Sensor

23 3 Network/UWSN) berbasis Force Sensitive Resistor (FSR) untuk memantau kebocoran pipa menggunakan jaringan nirkabel. Prinsip pengujian ini hampir sama dengan penelitian Santoso, dkk. tersebut diatas, perbedaannya pada deteksi beda tekanan sebelum dan sesudah titik kebocoran digunakan teknologi Force Sensitive Resistor (FSR) dan pemantauan kondisi kebocoran pipa menggunakan jaringan nirkabel. Penelitian dengan objek fluida berbeda yaitu gas dilakukan oleh Kirom, dkk. (2013) dengan memonitoring kebocoran gas berbasis TCP/IP. Dalam hal ini, sistem deteksi kebocoran gas dikombinasikan dengan jaringan berbasis TCP/IP yang menghasilkan sistem monitoring secara terpusat sehingga menambah efisiensi dan kecepatan transimisi data. Secara umum metode jaringan berbasis TCP/IP hampir sama dengan metode jaringan nirkabel, perbedaannya jaringan berbasis TCP/IP menggunakan kabel Unshielded Twisted Pair (UTP) sebagai media transmisi data, sedangkan jaringan nirkabel tanpa menggunakan kabel apapun. Kelebihan metode jaringan berbasis TCP/IP dibanding metode jaringan nirkabel terletak pada biaya pengujian yang lebih murah. Kemudian dalam teori fisika mengenai persamaan kontinuitas untuk aliran tak mampu-mampat, jika tidak terjadi akumulasi penambahan maupun pengurangan fluida dalam suatu volume (wadah), laju aliran fluida yang masuk ke dalam volume tersebut harus sama dengan laju aliran yang keluar dari volume (Munson, dan Young, 2004). Oleh sebab itu, jika terjadi suatu kebocoran dalam sistem distribusi fluida maka akan terjadi perbedaan antara debit fluida masuk, dan debit fluida keluar.

24 4 Baghdadi dan Mansy (1988) melakukan pemodelan secara matematis dan pengujian eksperimental untuk menentukan letak kebocoran pipa. Pengujian eksperimental dilakukan dengan menggunakan pipa PVC yang permukaannya halus dengan panjang 12 m dan diameter dalam 26 mm, tiga buah orifice meter untuk mengukur debit air masuk, dan tabung pitot untuk mengukur debit air keluar. Titik kebocoran berada pada jarak X dari alat ukur debit air masuk. Berdasarkan hal yang dilakukannya tersebut diperoleh bahwa letak kebocoran pipa merupakan fungsi dari debit fluida masuk dan debit fluida keluar pada pipa. Berdasarkan hal yang disajikan diatas, penulis melakukan suatu inovasi dengan menggunakan dua buah sensor flowmeter yang ditempatkan sebelum dan sesudah titik kebocoran pipa untuk merekam perbedaan debit air. Dalam hal ini, sensor flowmeter dihubungkan dengan pengkondisi sinyal dan ADC yang menghasilkan data beda debit air, kemudian hasil tersebut ditransmisikan ke komputer menggunakan jaringan berbasis TCP/IP untuk mendeteksi letak kebocoran pipa. B. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian adalah: 1 bagaimana pengaruh selisih debit air masuk dan keluar terhadap letak kebocoran pipa? 2 bagaimana pengaruh besar lubang kebocoran terhadap letak kebocoran pipa?

25 5 3 bagaimana kelebihan dan kekurangan sensor flowmeter model FS300A yang diaplikasikan pada alat deteksi letak kebocoran pipa PVC berbasis TCP/IP?. C. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian adalah: 1 mengetahui pengaruh selisih debit air masuk dan keluar terhadap letak kebocoran pipa; 2 mengetahui pengaruh besar lubang kebocoran terhadap letak kebocoran pipa; 3 mengetahui kelebihan dan kekurangan sensor flowmeter model FS300A yang diaplikasikan pada alat deteksi letak kebocoran pipa PVC berbasis TCP/IP. D. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian adalah untuk merealisasikan alat yang dapat mendeteksi letak kebocoran pipa secara cepat dan akurat menggunakan sensor flowmeter dan transmisi data berbasis TCP/IP yang berguna untuk mengoptimalkan sistem deteksi letak kebocoran pipa agar tidak terjadi kerugian finansial yang besar akibat kehilangan produk fluida.

26 6 E. Batasan Penelitian Batasan masalah penelitian adalah sebagai berikut. 1. Pipa yang digunakan yaitu pipa PVC berukuran ¾ inchi. 2. Pipa diletakkan dengan sudut kemiringan sebesar 1º. 3. Sensor flowmeter yang digunakan yaitu sensor flowmeter model FS300A dengan jangkauan pengukuran 1 sampai 60 liter/menit. 4. Sensor flowmeter berjumlah dua buah dan ditempatkan sebelum dan sesudah titik kebocoran pipa. 5. Akuisisi data berbasis mikrokontroler ATmega 16 yang diintegrasikan dengan WIZ110SR sebagai komunikasi berbasis TCP/IP ke komputer. 6. Kebocoran buatan dilakukan dengan menggunakan lubang berdiameter 21 mm, 12 mm, dan 8 mm. 7. Kebocoran buatan hanya satu titik pada jarak yang diukur dari sensor flowmeter sesudah titik kebocoran.

27 7 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Terkait 1. Deteksi Kebocoran Pipa Menggunakan Prinsip Beda Tekanan Penelitian terkait deteksi kebocoran pipa dilakukan oleh Santoso, dkk. (2013) yang menggunakan teknologi Differential Pressure Transducer (DPT) yang ditempatkan sebelum dan sesudah titik kebocoran untuk merekam beda tekanan. DPT dihubungkan dengan peralatan pengkondisi sinyal dan ADC yang menghasilkan data beda tekanan. Gambar 2.1 menunjukkan sketsa pengujian yang dilakukan. Gambar 2.1 Sketsa Pengujian Deteksi Kebocoran Pipa dengan DPT (Santoso, dkk., 2013). Jarak pengukuran kebocoran adalah 600 mm dan kebocoran buatan dilakukan dengan menggunakan solenoid valve. Dalam penelitian tersebut, pengolahan data menggunakan program Matlab untuk memperoleh grafik beda tekanan dalam rangkaian waktu, mean, probability density function

28 8 (PDF), autocorrelation, dan power spectral density (PSD). Gambar 2.2 berikut menunjukkan hasil analisis beda tekanan upstream dan downstream. (a) (b) Gambar 2.2 Hasil Analisis Beda Tekanan (a) Upstream (b) Downstream (Santoso, dkk., 2013). Pada upstream, kondisi bocor tidak menghasilkan perubahan beda tekanan. Pada downstream, kondisi bocor menghasilkan beda tekanan lebih tinggi apabila dibandingkan dengan kondisi tidak bocor. Hal ini diakibatkan perubahan tekanan pada titik kebocoran (menjadi tekanan atmosfer). Berdasarkan hasil tersebut diperoleh bahwa pada kondisi pipa bocor menghasilkan beda tekanan lebih tinggi dibandingkan kondisi pipa tidak bocor. Sadeghioon, et al. (2014) melakukan pengujian dengan mengembangkan jaringan sensor wireless bawah tanah (Underground Wireless Sensor Network/UWSN) berbasis Force Sensitive Resistor (FSR) untuk memantau kebocoran pipa menggunakan jaringan nirkabel. Prinsip pengujian ini hampir sama dengan penelitian Santoso, dkk. tersebut diatas, perbedaannya

29 9 pada deteksi beda tekanan sebelum dan sesudah titik kebocoran digunakan teknologi Force Sensitive Resistor (FSR) dan pemantauan kondisi kebocoran pipa menggunakan jaringan nirkabel. Gambar 2.3 Skema Underground Wireless Sensor Network (UWSN) untuk Sistem Monitoring Pipa (Sadeghioon, et al., 2014). Gambar 2.3 menggambarkan skema umum dari UWSN untuk monitoring pipa. Dalam UWSN setiap titik berkomunikasi dengan kedua titik di depan dan belakangnya melalui sinyal gelombang radio. Untuk setiap 4-5 titik (hingga maksimum 10 titik) ada titik master yang memiliki kemampuan untuk berkomunikasi dengan seluruh titik sensor melalui transmisi gelombang radio. Selain itu, titik master ini mampu untuk terhubung ke internet dan mengirimkan data yang diterima dari titik ke awan. Data di awan kemudian dapat diakses melalui perangkat yang berbeda dengan konektivitas internet. Gambar 2.4 Skema Sensor Tekanan Menggunakan Teknologi FSR (Sadeghioon, et al., 2014).

30 10 Gambar 2.4 menunjukkan skema sensor tekanan menggunakan FSR. Sensor FSR dilekatkan pada bagian luar pipa dengan menggunakan klip yang modulus Youngnya lebih besar dari pipa. Prinsip kerja sensor tersebut, yaitu tekanan pada pipa menyebabkan gaya kontak antara pipa dan klip. Gaya kontak ini kemudian diukur dengan sensor FSR, selanjutnya perubahan tekanan internal relatif dihitung dari gaya ini menggunakan Persamaan 2.1 berikut: =... (2.1) dalam hal ini P (Pa) adalah tekanan internal pipa, r p (m) adalah jari-jari pipa, r j (m) adalah jari-jari klip, E p (Pa) adalah modulus Young dari pipa, E j (Pa) adalah modulus Young dari klip, t p (m) dan t j (m) adalah ketebalan pipa dan klip masing-masing. Gaya kontak pada sensor Fc (N) kemudian dapat dihitung dari Persamaan 2.2, di mana A s (m 2 ) adalah daerah sensor dan K adalah konstanta antara 0 dan 1 yang menunjukkan fraksi kontak tekanan yang diterapkan ke sensor. =... (2.2) Dari Persamaan 2.1 dan 2.2 dapat disimpulkan bahwa perubahan tekanan akan menyebabkan perubahan gaya kontak pada sensor. Hal ini akan mengakibatkan perubahan resistansi FSR. Perubahan resistansi tersebut kemudian diukur dan diubah menjadi sinyal analog (tegangan) melalui pembagi tegangan.

31 11 Gambar 2.5 Sistem Pengujian Deteksi Kebocoran Pipa dengan FSR (Sadeghioon, et al., 2014) Gambar 2.5 menunjukkan sistem pengujian deteksi kebocoran pipa berbentuk U yang dibuat dari pipa PVC berdiameter 40 mm dengan letak kebocoran berada di tengah. Kelima sensor FSR dilekatkan pada bagian pipa PVC dengan interval jarak sebesar 2 m. Sensor 1, 2, dan 3 diletakkan sebelum kebocoran, sedangkan sensor 4 dan 5 diletakkan setelah kebocoran. Air mengalir pada sistem dengan bantuan pompa air yang mampu memberikan tekanan sampai dengan 3 bar. Gambar 2.6 Penurunan Tekanan yang Disebabkan oleh Kebocoran Pipa (Sadeghioon, et al., 2014) Gambar 2.6 menunjukkan penurunan tekanan yang disebabkan oleh kebocoran. Tekanan yang dideteksi sensor 4 dan 5 yang berada pada titik setelah kebocoran berbeda dengan tekanan sensor 1, 2, dan 3 yang berada

32 12 pada titik sebelum kebocoran. Dari hasil tersebut dapat ditentukan perkiraan letak kebocoran pipa, yaitu di suatu tempat diantara sensor 3 dan Deteksi Kebocoran Fluida Berbasis TCP/IP Penelitian dengan objek fluida berbeda yaitu gas dilakukan oleh Kirom, dkk. (2013) dengan memonitoring kebocoran gas berbasis TCP/IP. Dalam hal ini, sistem deteksi kebocoran gas dikombinasikan dengan jaringan berbasis TCP/IP yang menghasilkan sistem monitoring secara terpusat sehingga menambah efisiensi dan kecepatan transimisi data. Gambar 2.7 Sistem Monitoring dan Deteksi Kebocoran Gas Berbasis TCP/IP (Kirom, dkk. 2013). Gambar 2.7 menunjukkan sistem monitoring kebocoran gas secara keseluruhan berbasis TCP/IP. Untuk mentransmisikan data dari mikrokontroler ke komputer dalam penelitian tersebut digunakan modul wiznet WIZ110SR sebagai perangkat pengubah protokol. Dalam hal ini, data dari sensor terlebih dahulu diolah pada ADC mikrokontroler, kemudian data hasil pengolahan dikirim melalui serial mikrokontroler dan diubah menjadi data TCP/IP oleh modul wiznet WIZ110SR. Dari penelitian ini,

33 13 diperoleh sistem monitoring yang dapat merespon kebocoran gas serta menanganinya dengan keberhasilan 100%, dan transfer data melalui modul wiznet WIZ110SR berjalan baik dengan error sebesar 0%. 3. Pemodelan Matematika Letak Kebocoran Pipa Baghdadi dan Mansy (1988) melakukan pemodelan secara matematis dan pengujian eksperimental untuk menentukan letak kebocoran pipa. Pengujian eksperimental dilakukan dengan menggunakan pipa PVC yang permukaannya halus dengan panjang 12 m dan diameter dalam 26 mm, tiga buah orifice meter untuk mengukur debit air masuk, dan tabung pitot untuk mengukur debit air keluar. Titik kebocoran berada pada jarak X dari alat ukur debit air masuk. Gambar 2.8 Sistem untuk Memodelkan secara Matematis Letak Kebocoran Pipa (Baghdadi dan Mansy, 1988). Gambar 2.8 menunjukkan sistem yang dipertimbangkan untuk memodelkan secara matematika letak kebocoran pipa dalam penelitiannya. Berikut dijabarkan variabel-variabel yang mempengaruhi pada kasus tersebut.

34 14 a. Pada bagian masuk Q 1 = debit masuk ke pipa h 1 = ketinggian statis pada bagian masuk. b. Pada bagian keluar Q 2 = debit keluar dari pipa h 2 = ketinggian statis pada bagian keluar. c. Di lokasi lubang Q x = debit semburan dari lubang h x1 = ketinggian statis bagian hulu dari lokasi lubang h x2 = ketinggian statis bagian hilir dari lokasi lubang (c d A x )* = debit luasan efektif melewati lubang (hasil kali dari luasan sebenarnya dari lubang A x dan koefisien debit c d ) X = letak kebocoran diukur dari bagian masuk. Variabel E pada Gambar 2.8 menunjukkan total energi per unit berat, yaitu jumlah ketinggian statis dan ketinggian dinamis: = h +... (2.3) dalam hal ini, i sama dengan 1 pada bagian masukan, 2 pada bagian keluaran, X 1 sebelum lubang, dan X 2 setelah lubang. Dari daftar variabel tersebut, diketahui terdapat sembilan variabel. Jika salah satu diukur baik debit ataupun tekanan pada bagian masuk dan bagian keluar pipa, maka diperlukan lima persamaan berikut untuk memecahkan masalah penentuan letak kebocoran pipa. 1. Persamaan kontinuitas =... (2.4)

35 15 2. Kerugian akibat gesekan di bagian pipa sepanjang X, dari hulu ke lubang dapat dinyatakan dalam persamaan h h = =... (2.5) dalam hal ini, A merupakan luas penampang melingkar pipa berdiameter D dan panjang L. f 1 = faktor gesekan yang sesuai debit berkecepatan v 1 g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) k = resistansi hidrolik per satuan panjang 3. Kerugian akibat gesekan di bagian pipa sepanjang L-X, dari lubang ke hilir yang dinyatakan dalam persamaan h h = = ( )... (2.6) dalam hal ini, faktor f 2 merupakan gesekan yang berhubungan dengan debit berkecepatan v 2, dan k 2 merupakan resistensi hidrolik per unit panjangnya. 4. Debit melewati lubang yang diperoleh dari persamaan yang menggambarkan aliran melewati lubang Q = c A 2gE... (2.7). 5. Akhirnya, dengan menerapkan keseimbangan energi secara keseluruhan pada sistem di bawah pertimbangan, energi keseluruhan hilang pada lubang H adalah = ( ) ( )... (2.8). Persamaan di atas berlaku untuk aliran mampat, hal ini menampilkan fakta bahwa energi hilang total pada lubang sama dengan energi total

36 16 dikurangi jumlah energi luar total ditambah energi hilang total dalam bagian pipa sebelum dan setelah lubang. Setelah manipulasi aljabar kita mendapatkan =... (2.9) ketika aliran ini menyembur ke atmosfer, maka = ( )... (2.10) dalam hal ini =... (2.11) adalah kecepatan fluida muncul dari lubang. Subtitusi Vx dalam bentuk debit per unit aliran luasan efektif melalui lubang, menunjukkan bahwa = 1 2 ( ) ( ) = ( )... (2.12). Menyamakan dua ekspresi untuk H, mengungkapkan E x1 dan E x2 dalam hal jumlah yang sesuai ketinggian statis dan dinamis, dan yang menunjukkan konstan 1/2gA 2 oleh B, diperoleh h h = ( )[( ) (2 + ) + ( ) ] h h = ( )... (2.13) dalam hal ini, = ( ) (2 + ) + ( )... (2.14). Aturan-aturan dari persamaan yang menggambarkan fenomena fisik kasus yang diselidiki telah diturunkan. Selanjutnya, mencari ekspresi yang memungkinkan untuk memprediksi lokasi kebocoran dalam bentuk besaran

37 17 yang diukur pada bagian masukan dan bagian keluaran pipa, terutama h 1, Q 1, h 2, dan Q 2. Untuk mencapai tujuan ini, dapat disubtitusikan dalam persamaan (2.13) nilai-nilai h x1 dan h x2 dari persamaan (2.5) dan (2.6), sehingga diperoleh persamaan letak kebocoran pipa yaitu = ( ) ( )... (2.15) dalam hal ini, Xc adalah nilai X hasil perhitungan (m), L adalah panjang pipa total (m), h 1 adalah ketinggian statis alat ukur sebelum titik kebocoran (m), h 2 adalah ketinggian statis alat ukur setelah titik kebocoran (m), k 1 adalah resistansi hidrolik per satuan panjang sebelum titik kebocoran (s 2 /m 6 ), k 2 adalah resistansi hidrolik per satuan panjang setelah titik kebocoran (s 2 /m 6 ), Q 1 adalah debit masuk ke pipa (m 3 /s), Q 2 adalah debit keluar dari pipa (m 3 /s), dan λ adalah konstanta yang diperoleh dari Persamaan 2.14 (m). Gambar 2.9 Grafik Perbandingan antara Prediksi Lokasi Lubang Relatif (X c /L) dengan Lokasi Lubang Relatif Sebenarnya (X/L) (Baghdadi dan Mansy, 1988). Gambar 2.9 menunjukkan hasil perbandingan antara lokasi lubang relatif perhitungan dan lokasi lubang relatif sebenarnya. Kedekatan hasil antara

38 18 letak lubang yang sebenarnya dan letak lubang yang diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2.15 menegaskan keabsahan formulasi matematika tersebut. B. Persamaan Kontinuitas Suatu fluida yang sedang mengalir melalui suatu volume yang tetap (misalnya sebuah tangki) yang mempunyai satu sisi masuk, dan satu sisi keluar seperti yang ditunjukkan Gambar 2.10 berikut. Gambar 2.10 Pemodelan Aliran Tunak Masuk, dan Keluar Sebuah Tangki (Munson dan Young, 2004). Jika alirannya tunak sehingga tidak terjadi akumulasi tambahan fluida dalam volume tersebut, laju aliran fluida yang masuk ke dalam volume harus sama dengan laju aliran yang keluar dari volume (karena kalau tidak massa-nya tidak kekal). Laju aliran massa dari sebuah sisi keluar, m (slug/s atau kg/s), diberikan oleh m = ρq, dimana Q (ft 3 /s atau m 3 /s) adalah laju aliran volume. Jika luas sisi keluar A dan fluida mengalir melintasi luas ini (tegak lurus/normal terhadap luas) dengan kecepatan rata-rata v, maka volume dari fluida yang melintasi sisi keluar ini dalam selang waktu adalah, yang artinya sama dengan sebuah volume dengan panjang dan luas penampangnya A. Jadi

39 19 laju aliran volume (volume per satuan waktu) adalah Q = va. Sehingga, m = ρva. Untuk massa yang kekal, laju aliran masuk harus sama dengan laju aliran keluar. Jika sisi masuk ditandai dengan (1), dan sisi keluar (2), maka m 1 = m 2. Jadi kekalan massa membutuhkan: ρ 1 v 1 A 1 = ρ 2 v 2 A 2... (2.16). Jika kerapatan tetap konstan, maka ρ 1 = ρ 2, dan persamaan di atas menjadi persamaan kontinuitas untuk aliran tak mampu-mampat A 1 v 1 = A 2 v 2, atau Q 1 = Q 2... (2.17). Sebagai contoh, jika luas aliran sisi keluar separuh dari luas aliran sisi masuk, maka kecepatan di sisi keluar adalah dua kali dari kecepatan masuk, hal ini karena v 2 = A 1 v 1 /A 2 = 2 v 1 (Munson dan Young, 2004). C. Persamaan Bernoulli Aliran dari suatu segmen fluida ideal yang melewati pipa tidak beraturan dalam selang waktu Δt ditunjukkan Gambar 2.11 berikut. Gambar 2.11 Fluida dalam Aliran Laminar Melewati Pipa yang Tertutup (Serway dan Jewett, 2009).

40 20 Pada awal selang waktu tersebut, segmen dari fluida terdiri atas bagian yang diarsir (bagian 1) di sebelah kiri dan bagian yang tidak diarsir. Selama selang waktu tersebut, ujung sebelah kirinya bergerak ke kanan sejauh jarak Δx 1, yang merupakan panjang dari bagian yang diarsir di sebelah kiri. Sedangkan ujung sebelah kanannya bergerak ke kanan sejauh jarak Δx 2, yang merupakan panjang dari bagian abu-abu yang diarsir (bagian 2) di bagian kanan atas Gambar Oleh karena itu, pada akhir dari selang waktu tersebut, segmen fluida terdiri dari bagian yang tidak diarsir dan bagian abu-abu yang diarsir di sebelah kanan atas. Usaha total yang dilakukan pada sistem oleh fluida di luar segmen sama dengan perubahan energi mekanik sistem W = ΔK + ΔU. Dengan melakukan subtitusi untuk setiap suku dalam persamaan ini, diperoleh: (P 1 P 2 ) V = ½ m v 2 2 ½ mv mgy 2 mgy 1... (2.18). Jika setiap sukunya dibagi dengan volume bagian V dan mengingat bahwa ρ=m/v, maka persamaan ini akan menjadi: P 1 + ½ ρv 2 1 +ρgy 1 = P 2 + ½ ρ v ρgy 2... (2.19). Persamaan 2.18 merupakan persamaan Bernoulii sebagaimana dapat diterapkan pada fluida ideal. Persamaan ini juga dapat ditulis: P + ½ ρv 2 +ρgy = konstan... (2.20). Persamaan ini menunjukkan bahwa tekanan fluida berkurang ketika kelajuan fluida bertambah. Selain itu, tekanan juga berkurang ketika ketinggiannya bertambah (Serway dan Jewett, 2009).

41 21 D. Metode Pengukuran Debit Air Dalam pengukuran debit air secara tidak langsung digunakan beberapa alat pengukur yang dapat menunjukkan ketersediaan air pengairan bagi penyaluran melalui jaringan-jaringan yang telah ada atau telah dibangun. Dalam hal ini salah satu alat pengukur yang telah biasa digunakan yaitu tangki terbuka. Aliran zat cair dari sebuah lubang bundar pada sisi sebuah tangki terbuka diduga dengan menuliskan persamaan Bernoulli dari sebuah titik pada permukaan bebas ke pancaran yang sempit, di mana garis-garis arus sejajar dari titik 1 hingga titik 2 dalam Gambar 2.12 berikut. Gambar 2.12 Aliran Melalui Sebuah Lubang Bebas (Olson, 1993). Kecepatan di titik 1 pada hakikatnya nol, dan tekanan pada 1 dan 2 adalah tekanan atmosfer. Jadi persamaan Bernoulli dalam hal ini, adalah: = +... (2.21) sehingga dan = 2 h... (2.22) = 2 h... (2.23). Sehingga ekspresi sederhana untuk laju aliran sesungguhnya adalah:

42 22 = 2 h... (2.24) dalam hal ini, A 0 sebagai luas lubang pancar, dan Cd adalah koefisien debit, yang bergantung pada kontraksi pancaran dari lubang pancar ke potongan 2 (Olson, 1993). E. Aliran Laminar dan Turbulen Osborne Reynolds telah melakukan beberapa percobaan untuk menentukan kriteria aliran laminar dan turbulen. Reynolds menemukan bahwa aliran selalu menjadi laminar, jika kecepatan alirannya diturunkan sedemikian rupa sehingga bilangan Reynolds lebih kecil dari 2300 (Re < 2300). Begitupula dikatakan alirannya turbulen, pada saat bilangan Reynolds lebih besar dari 4000 (Re > 4000). Dan jika bilangan Reynolds berada diantara 2300 dan 4000 (2300 < Re <4000) maka aliran tersebut adalah aliran yang berada pada daerah transisi. Gambar 2.13 Skema Aliran dalam Pipa (Streeter, 1988). Untuk menganalisis kedua jenis aliran ini diberikan parameter tak berdimensi yang dikenal dengan nama bilangan Reynolds sebagai berikut: =... (2.25) dengan Re sebagai bilangan Reynolds, v sebagai kecepatan fluida (m/s), D = diameter pipa (m), dan υ = viskositas kinematika fluida (m 2 /s) (White, 1986).

43 23 Aliran fluida dalam pipa yang berbentuk lingkaran terbagi menjadi dua, yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Karakteristik antara kedua aliran tersebut berbeda beda dari segi kecepatan, debit dan massa jenisnya. Bilangan Reynolds dapat mendefinisikan kedua aliran campuran air-udara tersebut dengan persamaan berikut: = =... (2.26). Pola aliran pada pipa horizontal, ada efek kekuatan gravitasi untuk menggantikan cairan yang lebih berat mendekati pipa bagian bawah. Bentuk lain dari pola aliran dapat bertambah karena efek ini, dimana aliran tersebut dibagi menjadi dua lapisan (Biksono, 2006). Tabel 2.1 menunjukkan densitas, viskositas kinematika dan viskositas dinamika air pada rentang suhu 0ºC sampai 100ºC. Tabel 2.1 Densitas, Viskositas Kinematika dan Viskositas Dinamika Air (Munson dan Young, 2004). Suhu (ºC) Densitas (kg/m 3 ) Viskositas Kinematika (m 2 /s) Viskositas Dinamika (N s/m 2 ) x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 10-4 Perbedaan karakteristik antara aliran laminar dan turbulen juga terdapat pada persamaan faktor gesekan pipa (f). Aliran laminar memiliki nilai faktor gesekan

44 24 yang tidak bergantung pada tingkat kekerasan pipa dan diameter pipa. Faktor gesekan pipa (f) pada aliran laminar yaitu: =... (2.27) dalam hal ini Re merupakan bilangan Reynolds kurang dari 2000 (Re < 2000). Aliran turbulen memiliki nilai faktor gesekan pipa yang bergantung pada tingkat kekerasan pipa dan diameter pipa sehingga perumusannya menjadi lebih komplek. Pada pipa halus, faktor gesekan yang dirumuskan Blasius yaitu: =..... (2.28) dalam hal ini Re merupakan bilangan Reynolds kurang dari 10 5 (Re < 10 5 ) (Munson dan Young, 2004). F. Water Flow Sensor ¾ Inchi Water flow sensor terdiri dari badan katup plastik, rotor air, dan sensor efek hall. Keunggulan sensor flowmeter berbasis sensor effect hall yaitu sistem deteksinya non-kontak sehingga tahan lama dan keluarannya berupa sinyal digital sehingga mudah diproses dan kebal terhadap noise (Sood, et al., 2013). Berikut bentuk fisik water flow sensor G3/4 model FS300A. Gambar 2.14 Bentuk Fisik Water Flow Sensor Model FS300A G3/4 (

45 25 Ketika air mengalir melalui rotor, rotor berputar. Perubahan kecepatan air mengalir dengan tingkat debit berbeda-beda. Keluaran sensor efek hall berupa sinyal pulsa. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan satu sinyal (SIG) selain jalur 5V DC dan Ground. Spesifikasi water flow sensor model FS300A G3/4 adalah sebagai berikut. a. Bekerja pada tegangan 5V DC-24VDC. b. Arus maksimum yaitu 15 ma pada tegangan 5V DC. c. Rentang pengukuran debit 0,5 ~ 60 Liter/menit. d. Suhu Pengoperasian 0 C ~ 80 C. e. Operasi kelembaban 35% ~ 90%RH. f. Tekanan air 2.0 Mpa. g. Karakteristik keluaran seperti berikut. Gambar 2.15 Grafik Debit Air Terhadap Keluaran Sensor Flow Meter Berupa Frekuensi ( Prinsip kerja water flow sensor adalah dengan memanfaatkan fenomena efek hall. Efek hall ini didasarkan pada efek medan magnet terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais efek hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus

46 26 arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial hall. Potensial hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais. Proses pengkonversian berlangsung dalam sensor. Adanya fluida yang mengalir pada sensor mengakibatkan rotor pada sensor berputar. Putaran pada rotor akan menimbulkan medan magnet pada kumparan yang terdapat pada water flow sensor. Medan magnet tersebut yang akan dikonversikan oleh efek hall menjadi pulsa (Siregar, dkk., 2013). G. Aturan TCP/IP Routing TCP/IP adalah serangkaian protokol dimana setiap protokol melakukan sebagian dari keseluruhan tugas komunikasi jaringan. Sebuah IP router (atau gateway) pada prinsipnya adalah sebuah host TCP/IP yang dilengkapi dengan dua atau lebih koneksi jaringan. Sebuah router dapat berupa komputer yang khusus atau sebuah host workstation yang dikonfigurasikan agar melakukan routing. Gambar 2.16 Aturan Dasar Routing 1 (Heywood, 1996).

47 27 Berikut beberapa aturan dasar routing, saat subnetting tidak digunakan, dua host yang terhubung ke segmen jaringan yang sama dapat berkomunikasi langsung hanya jika mereka memiliki netid yang sama. Dalam Gambar 2.16 host A dan B dapat berkomunikasi langsung, tetapi baik A maupun B tidak dapat berkomunikasi dengan C, karena mereka memiliki netid yang berbeda (diasumsikan subnet mask setidaknya ). Gambar 2.17 Aturan Dasar Routing 2 (Heywood, 1996). Saat subnetting dipergunakan, maka dua host yang terhubung ke segmen jaringan yang sama dapat berkomunikasi hanya jika baik netid maupun subnetid-nya sesuai. Bila netid atau subnetid berbeda, sebuah router harus dipasang. Dalam Gambar 2.17, host A dan B dapat berkomunikasi secara langsung, C memiliki netid yang sama dengan A dan B, tetapi C memiliki subnetid yang berbeda. Dengan demikian, C tidak dapat berkomunikasi secara langsung dengan A dan B. Disimpulkan dari ilustrasi Gambar 2.16 dan 2.17 host pada segmen jaringan yang sama tidak harus memiliki network id yang sama. Walaupun host ini mengakses kabel yang sama, tetapi router IP diperlukan agar mereka dapat berkomunikasi (Heywood, 1996).

48 28 H. WIZ110SR WIZ110SR merupakan modul gateway yang mengubah protokol RS-232 ke dalam protokol TCP/IP. Sehingga dimungkinkan melakukan pengukuran, pengelolaan, dan pengendalian perangkat melalui jaringan berbasis ethernet dan TCP/IP dengan menghubungkan peralatan yang ada dengan serial RS-232. Dengan kata lain,wiz110sr merupakan sebuah protokol pengubah data serial dari piranti ke dalam protokol TCP/IP dan sebaliknya. Gambar 2.18 WIZ110SR (Wiznet Co, 2008). Fitur utama yang dimiliki WIZ110SR adalah sebagai berikut. a. Koneksi langsung ke serial. b. Menyediakan Firmware yang terbaharui. c. Sistem stabil dan handal dengan menggunakan chip W5100. d. Mendukung PPPoE Connection. e. Mendukung konfigurasi serial. f. Mendukung password untuk keamanan. g. 10/100 Ethernet dan max 230 Kbps Serial Interface. Ketika data diterima dari port serial, itu dikirim ke W5100 oleh MCU dan data dikirim dari port ethernet, maka data diterima oleh penyangga internal W5100,

49 29 dan dikirim ke port serial oleh MCU. MCU dapat dikonfigurasi oleh pengguna menggunakan software WIZ110SR configurasi tools (Wiznet Co, 2008). I. Mikrokontroler ATmega Fitur ATmega 16 Berikut ini beberapa fitur yang dimiliki oleh ATmega 16. a. 131 macam instruksi, yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock. b. 32 x 8-bit register serba guna. c. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz. d. 16 Kbyte Flash Memori yang memiliki fasilitas In-System Programming. e. 512 Byte internal EEPROM. f. 1 Kbyte internal SRAM. g. 2 buah timer/counter 8-bit dan 1 buah timer/counter 16-bit. h. 4 channel output PWM. i. 8 channel ADC 10-bit. j. Serial USART. k. Master/Slave SPI serial interface. l. Two-wire serial interface (Atmel Co, 2010). 2. Konfigurasi Pin Konfigurasi pin ATmega16 dengan kemasan 40 pin Dual In-Line Package (DIP) dapat dilihat pada Gambar 2.19 berikut.

50 30 Gambar 2.19 Konfigurasi Pin ATmega16 (Atmel Co, 2010). 3. Timer/counter ATmega 16 ATmega 16 memiliki tiga modul timer yang terdiri dari dua buah timer/counter 8-bit, dan satu buah timer/counter 16-bit. Berikut beberapa register yang digunakan untuk mengatur mode dan cara kerja timer/counter. a. Timer/counterInterrupt Mask Register (TIMSK) Gambar 2.20 Register TIMSK (Atmel Co, 2010). 1. Bit 7-OCIE2 digunakan untuk mengaktifkan interupsi output compare matchtimer/counter Bit 6-TOIE2 digunakan untuk mengaktifkan interupsi overflowtimer/counter Bit 5-TICIE1 digunakan untuk mengaktifkan interupsi input capturetimer/counter1.

51 31 4. Bit 4-OCIE1A digunakan untuk mengaktifkan interupsi output compare A matchtimer/counter Bit 3-OCIE1B digunakan untuk mengaktifkan interupsi output compare B match timer/counter Bit 2-TOIE1 digunakan untuk mengaktifkan interupsi overflowtimer/counter Bit 1-OCIE0 digunakan untuk mengaktifkan interupsi output compare matchtimer/counter Bit 0-TOIE0 digunakan untuk mengaktifkan interupsi overflowtimer/counter 0. b. Timer/counter1 Control Register B (TCCR1B) Gambar 2.21 Register TCCR1B (Atmel Co, 2010). 1. Bit 7-ICNC1 digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan filter pada pin ICP1. Jika ICNC1 diset 1 maka berarti fungsi filter pada pin ICP1 diaktifkan. 2. Bit 6-ICES1 digunakan untuk mengatur pemicu kejadian input capture. Jika ICES1 bernilai 0 maka input capture terpicu oleh transisi turun pada pin ICP1 sedangkan jika bernilai 1 maka input capture terpicu oleh transisi naik pada pin ICP1. 3. Bit 4 dan 3-WGM13 dan WGM12 digunakan untuk menentukan mode kerja timer/counter 1.

52 32 4. Bit 2, 1, dan 0-CS12, CS11, dan CS10 berfungsi untuk mengatur skala sumber clock yang akan digunakan oleh timer/counter 1 seperti dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut. Tabel 2.2 Skala Clock Timer/Counter (Bejo, 2008). CS12 CS11 CS10 Deskripsi Tidak ada clock, timer/counter berhenti Skala clock = 1 (Clocktimer = clock osilator) Skala clock = 8 (Clocktimer = 1/8 clock osilator) Skala clock = 64 (Clocktimer = 1/64 clock osilator) Skala clock = 256 (Clocktimer = 1/256 clock osilator) Skala clock = 1024 (Clocktimer = 1/1024 clock osilator) Sumber clock eksternal pada pin T0, Clock pada transisi turun Sumber clock eksternal pada pin T0, Clock pada transisi naik. c. Timer/counterRegister 1 (TCNT1H dan TCNT1L) Gambar 2.22 Register TCNT1 (Atmel Co, 2010). Register TCNT1H dan TCNT1L berfungsi untuk menyimpan data cacahan timer/counter 1. Gabungan register TCN1H dan TCNT1L atau sering disebut TCNT1 memiliki ukuran 16-bit sehingga dapat melakukan cacahan dari 0x0000-0xFFFF atau (Bejo, 2008). J. Real-Time Clock (RTC) DS1307 IC RTC DS1307 merupakan IC serial RTC tegangan rendah dengan format waktu dan kalender yang lengkap. Format waktu atau kalender tersebut