SIMULASI KEKUATAN DAYA HANTAR LISTRIK LARUTAN ELEKTROLIT

Transkripsi

1 Jurnal Manajemen Informatika dan Teknik Komputer Volume 1, Nomor 1, April 2015 SIMULASI KEKUATAN DAYA HANTAR LISTRIK LARUTAN ELEKTROLIT William Ramdhan *1, Riki Andri Yusda 2 1,2 Program Studi Teknik Komputer AMIK Royal Kisaran *1 william.ramdhan052@gmail.com Abstrak Pada bidang pendidikan sering sekali mengalami keterbatasan media pembelajaran khususnya penggunaan laboratorium di sekolah sehingga hal yang seharusnya dilakukan secara praktikal hanya dijelaskan secara teori sehingga proses pembelajaran tidak berjalan optimal. Selain itu ada pengunaan media pembelajaran bisa berdampak negatif jika tidak dilakukan dengan benar. Kedua permasalahan tersebut sering sekali terjadi pada studi mata pelajaran kimia. Pada bidang studi kima terdapat sub bab pelajaran elektrolisis, di mana di dalam pelajaran tersebut menjelaskan kekuatan daya hantar larutan. Hal ini tidak begitu jelas dipaparkan nilai dari daya hantar larutan elektrolisis tersebut baik itu didalam kelas maupun didalam laboratorium. Untuk mengatasi hal tersebut kita bisa melakukan secara komputerisasi dengan cara melakukan simulasi. Simulasi adalah suatu teknik dalam pembuatan suatu model dari system nyata sehingga prilaku system tersebut pada kondisi tertentu dapat dipelajari. Selain itu simulasi dapat dikatakan suatu metoda dalam mempelajari atau memprediksi sesuatau yang belum terjadi dengan cara meniru atau membuat model system yang dipelajari dan selanjutnya mengadakan eksperimen secara numeric dengan menggunakan komputer. Sehingga hasil yang didapat dari simulasi dapat digunakan sebagai penunjang dalam pengambilan keputusan. Hasil penelitian ini dibuatlah perangkat lunak dengan menggunakan Microsoft Visual Basic 6.0 sebuah Simulasi dengan menggunkan metoda Monte Carlo ( Bilangan random ). Dimana Setiap larutan kimia yang digunakan mempunyai hubungan antara kepekatan larutan dengan daya yang dihasilkan. Kata kunci Simulasi, Monte Carlo, Molarotas, Daya Hantar Listrik 1. PENDAHULUAN Pada bidang pendidikan sering sekali mengalami keterbatasan media pembelajaran khususnya penggunaan laboratorium di sekolah sehingga hal yang seharusnya dilakukan secara praktikal hanya dijelaskan secara teori yang dikarenakan biaya pengadaan media pembelajaran dilabotarorium, sehingga proses pembelajaran tidak berjalan optimal. Selain itu ada pengunaan media pembelajaran bisa berdampak negatif jika tidak dilakukan dengan benar. Kedua permasalahan tersebut sering sekali terjadi pada studi mata pelajaran kimia. Pada bidang studi kima terdapat sub bab pelajaran elektrolisis, di mana di dalam pelajaran tersebut menjelaskan kekuatan daya hantar larutan. Hal ini tidak begitu jelas dipaparkan nilai dari daya hantar larutan elektrolisis tersebut baik itu didalam kelas maupun didalam laboratorium. Untuk mengatasi hal tersebut kita bisa melakukan secara komputerisasi dengan cara melakukan simulasi. Simulasi adalah suatu teknik dalam pembuatan suatu model dari system nyata sehingga prilaku system tersebut pada kondisi tertentu dapat dipelajari. Selain itu simulasi dapat dikatakan suatu metoda dalam mempelajari atau memprediksi sesuatau yang belum terjadi dengan cara meniru atau membuat model system yang dipelajari dan selanjutnya mengadakan eksperimen secara numerik dengan menggunakan komputer. Sehingga hasil yang didapat dari simulasi dapat digunakan sebagai penunjang dalam pengambilan keputusan. Simulasi dengan metoda Monte Carlo yang digunakan untuk melakukan simulasi pada larutan elaktrolit dengan cara mencari sampling acak pada setiap larutan baik larutan yang bersifat asam,basa maupun garam. 2. METODE PENELITIAN 2.1 Simulasi Simulasi merupakan suatu cara menduplikasikan atau menggambarkan ciri, tampilan dan karakteristik dari sistem nyata. Ide awal dalam menggunakan simulasi adalah untuk meniru situasi dunia nyata secara sistematis, kemudian mempelajari sifat dan karakter operasionalnya dan akhirnya membuat kesimpulan dan membuat keputusan berdasarkan hasil simulasi. Dengan cara ini, sistem di dunia nyata tidak tersentuh atau dirubah sampai keuntungan atau kerugian yang akan menjadi kebijakan yang diambil dari uji coba yang dilakukan. Posisi simulasi dalam studi suatu sistem dapat dilihat pada gambar berikut: 2.2 Langkah-langkah Sistematis Simulasi 9

2 Simulasi komputer bukanlah hal yang sudah baru karena simuasi sudah untuk cukup dikenal dibergai dunia, terutama digunakan untuk memecahkan masalah yang kompleks/rumit. Sehingga di dalam pembuatan simulasi mempunyai tahapan-tahapan secara sistematis sehingga pesoalan yang kompleks tersebut dapat dipecahkan. Tahapantahapannya sebagai berikut: Menggunakan atau tidak menggunakan simulasi Didalam menentukan untuk mempergunakan atau tidak mempergunakan simulasi, maka harus suda ditantuka jawabannya. Karena apabila tidak menggunakan simulasi maka kita tidak perlu lagi menentukan cara, metode ataupun metode yang akan digunakan untuk memecahkan maslah tersebut. Namun jika kita menggunakan simulasi sebagai pemecahan masalah maka kita harus melanjutkan ketahapan berikutnya Pemodelan Formulasi Pada tahap ini yang dilakaukan adalah menentukan formulasi yang digunakan. Untuk menentukan formulasi tersebut yaitu dengan menggunakan: a. Fungsi matematis, didalam menyususn model harus diperhatikan. b. Variabel yang menentukan fungsi tersebut. c. Ada atau tidaknya konstanta yang digunakan Persiapan Pengambilan Data Dalam yahap ini yang harus diperhatikan adalah a. pengumpulan data kita harus memeperhatikan ketentuan atau aturan yang berlaku atau yang diwajibkan. b. Menguraikan data yang sudah dikumpulkan dalam bentuk statistik untuk membuat program simulasi c. Menggunakan teori analisis untuk menguraikan data yang telah dikumpulkan d. Meninjau apakah mempergunakan analisis regresi atau analisis lainnya. e. Meninjau computer time untuk simulasi ini sehingga dapat membuat rencana dengan alokasi waktu yang tepat Penulisan Program Pada tahap ini kita harus meninjau dan memperhatikan bahasa pemograman yang dipergunakan dalam simulasi. Biasanya bahasa pemograman yang digunakan adalah FortranIV, SimScript-II, Basic Verifikasi Pada tahap ini meliputi: a. Langkah verivikasi ini merupakan langkah untuk mengetahui apakah program ini benar dan sesuai dengan simulasi yang dikehendaki. b. Melakukan debugging terhadap program yang dimasukkan ke dalam komputer c. Melaksanakan perbaikan pada program simulasi yang sudah dimasukkan ke dalam komputer Validasi a. Langkah validasi merupakan langkah untuk mengawasi atau mengecek apakah model yang sudah diprogramkan itu asli, sudah sesuai dan benar. b. Mengecek model yang sudah diprogramkan apakah dapat berjalan dengan baik. c. Apakah belum memenuhi kebutuhan yang sebenarnya, maka dilakukan peninjauan kembali pada formulasi model (Modelling Formulation) untuk diubah dan diperbaiki. d. Jika telah sesuai maka akan masuk ketahap berikutnya Desain Eksperimen a. Langkah eksperimen ini dilakukan untuk menguji desain dengan menggunakan teori ekspeimental desaign. b. Bagaimana mendapatkan data input untuk dapat melaksanakan percobaan dengan baik c. Perlu juga untuk mencari nilai efektif dari percobaan tersebut, yang dikenal sebagai MOE d. Bila diperlukan, langkah ini merupakna langkah tambahan untuk melakukan percobaan guna mendapatkan ketepatan simulasi Perencanaan yang Taktis a. Langkah ini merupak bentuk studi kelayakan dari tahap desain eksperimen, yakni untuk melihat bagaimana percobaan dapat dikerjakan memalui perencanaan terarah b. Perencanaan dilakukan untuk menetukan berapa lama percobaan dapat dilakukan sehingga kita dapat menegtahui dengan tepat kapan kita akan memulai dan mengakhiri program Percobaan Dilaksanakan a. Langkah ini merupakan pelaksanaan dari percobaan yang sudah didesain b. Percobaan juga dapat dilakukan dengan menggunakan teknik penelitian kimia dan fisika dengan teori yang sudah diketahui dan dikuasai. c. Melakukan interpretasi terhadap hasil percobaan tersebut dengan tetap memungkinkan untuk dikoreksi kembali. d. Membuat laporan yang terperinci mengenai percobaan yang dilaksanakan Model Terpakai Langkah ini merupakan langkah untuk menjawab pertanyaan apakah model yang sudah di desain itu dapat memberikan hasil yang banar dan memadai sesuai yang diharapkan Dokumentasi Langkah terakhir ini merupakan langkah yang menyatakan model simulasi telah dapat diterima dan sesuai dengan yang diharapkan. 10

3 2.3 Monte Carlo Simulasi Monte Carlo adalah metoda pengambilan sampel pada mesin atau komputer dengan menggunakan bilangan-biangan acak (random number). Prinsip kerja dari Simulasi Monte Carlo adalah membangkitkan bilangan-bilangan acak atau sampel dari suatu variabel acak yang telah diketahui distribusinya. Oleh karena itu, dengan simulasi Monte Carlo seolah-olah dapat diperoleh data dari lapangan. Simulasi Monte Carlo merupakan alat rekayasa untuk menyelesaikan berbagai persoalan yang rumit ddalam bidang probabilitas dan statistika. Pada hakekatnya simulasi monte carlo merupakan suatu metode numeric sehingga membutuhkan banyak sekali iterasi dan pehitungan. Ada tiga batasan dasar yang harus diperhatikan pada simulasi Monte Carlo yaitu a. Apabila suatu persoalan sudah dapat diselesaikan atau dihitung jawabanya secara sistematis dengan tuntas maka hendaknya jangan menggunakan simulasi ini. Itu berarti apabila persoalan dapat diselesaikan dengan pro gram ataupun teori dalam operation research (quening theory, integer programming dan lainlain)simulasi ini tidak perlu digunakan lagi, kecuali perancangan-perancangan memerlukan perkiraaan. b. Apabila sebagian persoalan tersebut dapat diuraikan secara analitis dengan baik, maka penyelasiannya lebih baik dilakukan secara terpisah. Yaitu sebagian dengan cara analitis dan sebagianya dengan simulasi Monte Carlo untuk kemudian disusun kembali keseluruhannya sebagai penyelesaian akhir. Ini berarti tenik sampling dari simulasi Monte Carlo ini hanya digunakan apabila betul-betul dibutuhkan. c. Apabila mungkin maka dapat digunakan simulasian perbandingan. Kadangkala simulasi ini dibutuhkan apabila dua system dengan perbedaan-perbedaan parameter, distribusi, cara-cara pelaksanaannya. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Conteks Diagram Untuk memperjelas bentuk rancangan sistem dan mempermudah menganalisa sistem yang dirancang, harus ada gambaran lebih detail tentang elemanelaman dan hubungannya serta pembahasan disetiap ruang lingkup sistem. Salah satu media yang dapat digunakan untuk memperjelas hal tersebut adalah conteks diagram yang dapat dilihat pada gambar Data Flow Diagram Sistem yang akan dirancang menggunakan software Microsoft visual basic 6.0. Di dalam sistem tersebut daya hantar listrik yang disimulasikan berdasarkan nilai variabel volume dan massa. Maka output dari sistem tersebut adalah besaran daya yang dihantarkan oleh larutan kimia tersebut. Untuk memulai sistem simulasi tersebut, user diharuskan untuk memilih jenis atau sifat dari larutan tersebut. Setelah menentukan sifat larutan yang akan disimulasikan, maka kita akan mendapatkan beberapa jenis larutan yang memiliki sifat yang sama. Maka hal yang akan dilakukan, kita menetukan nilai input larutan tersebut yaitu nilai volume dan nilai berat (massa) larutan sehingga kita mendapatkan nilai output. Nilai volume dan berat yang berfungsi sebagai penentu nilai molaritas. Karena dari input tersebut akan menghasilkan nilai daya hantar arus listrik yang berbeda-beda. 3.3 Interface Simulasi Larutan Elektrolit Pada Gambar diatas merupakan interface simulasi, di mana dalam memulai simulasi kita diharuskan untuk memilih sifat/jenis larutan terlebih dahulu. Jika kita memilih salah satunya misalkan jenis larutan asam. Maka akan terbentuk frame baru yang berisikan larutan yang bersifat larutan. Setelah memilih salah satu larutan yang bersifat asam, Maka kita diharuskan mengisi nilai volume dan berat massa larutan tersebut dengan tujuan hasil dari volume dan berat massa larutan akan menentukan nilai molaritas larutan. Sehingga perubahan dari molaritas tersebut akan berpengaruh terhadap nilai daya hantar arus listrik. Pada saat user atau siswa menginputkan nilai volume maka secara otomatis animasi simulasi larutan kimia terjadi 11

4 3.4 Analisa Data Sistem yang dirancang akan digunakan untuk menentukan kekuatan daya hantar arus listrik dari larutan elektrolit. Dalam melakukan perancangan sistem tersebut, harus ditentukan terlebih dahulu data yang akan digunakan. Data yang akan digunakan didapat dari hasil percobaan yang dilakukan di dalam laboratorium kimia dan mengambil beberapa sampel dari larutan kimia tersebut. Di mana larutan elektrolit dikategorikan menjadi 3 golongan yaitu larutan yang bersifat asam, basa dan garam. Larutan asam yang disimulasikan terdiri atas H 2SO 4, C 3COOH, HCl, H 2C 2O 4.2H 2O, sedangkan larutan basa yang akan disimulasikan terdiri dari NH 3, NaOH, KOH, Ca(OH) 2. Untuk larutan yang bersifat garam yang akan disimulasikan terdiri dari NaCl, MgSO 4.2H 2O, KCl, dan K 2SO 4. Dari data-data sampel yang telah diambil, akan digunakan untuk membuat bilangan random sehingga simulasi monte carlo/simulasi sampling dapat dilakukan. Variabel yang digunakan adalah kuat arus, volt dari larutan yang diuji kekuatan daya hantar listriknya, daya hantar larutan elektrolit dan molaritas larutan. Analisa Data dan Hasil Pengukuran Laboratorium Larutan yang dipakai pada kondisi awal/ dijadikan sample memilki volume 4ml dengan konsentrasi 2 Molar (M). Hal ini berlaku untuk semua jenis larutan yang akan disimulasikan. Kegiatan yang dilakukan adalah melakukan pengujian terhadap 40 ml larutan dengan mengukur tegangan dan kuat arus yang dihasilkan oleh larutan sebagai larutan elektrolit. Maka larutan akan ditambah dengan aquades (air) menjadi 50 ml, 80 ml dan 100 ml. Di mana kegiatan yang dilakukan sama dengan kegiatan pada volume 40 ml dengan perlakuan yang sama. Sehingga dapat dikatakan titik sampel yang diambil untuk simulasi adalah pada 40 ml, 50 ml, 80 ml dan 100 ml HCl ( Asam Klorida ) Tabel 4.1 Hasil Pengujian Laboratorium Volume (ml) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) 40 ml ml ml ml Data sampel yang diambil sebanyak 40 ml larutan HCl dengan konsentrasi molaritas 2 Molar. Sehingga kita dapat memisahkan tabel diatas menjadi 3 tabel untuk mendapatkan bilangan random dari larutan HCl. Karena kita akan membuktikan hubungan molaritas dengan daya yang dihantarkan oleh larutan. 1. Tabel molaritas Untuk mendapatkan nilai molaritas pada setiap volume sampel maka dilakukanlah perhitungan dengan menggunakan rumus pengenceran. M1 x V1 = M2 x V ( II ) Tabel molaritas mempunyai peranan penting untuk menciptakan/mensimulasikan daya hantar larutan elektrolisis. Pada tabel 4.2 menjelaskan hubungan volume dengan molaritas. Tabel 4.2 Hubungan Volume dengan Molaritas Volume (ml) Molaritas (M) Pengujian sampel bertujuan untuk mengetahui nilai molaritas pada volume 40 ml yaitu 2M. Maka untuk mendapatkan nilai molaritas untuk setiap sampel. Maka dilakukan perhitungan dengan metoda pengenceran. Sehingga untuk mendapatkan nilai molaritas dari 50 ml adalah : M1 x V1 = M2 x V2 40 x 2 = M2 x 50 M2 = 1.6 Begitu juga halnya untuk mendapatkan nilai molaritas pada volume 80 ml dan 100 ml. Maka hal yang dilakukan selanjutnya menentukan nilai range molaritas. Untuk hal itu diambil sampel pada volume 40 ml dan 50 ml. Untuk mendapatkan range molaritas dari 40 sampai dengan 50 ml dilakukan perhitungan sebagai berikut : (Molaritas1- Molaritas 2)/jarak volume2- volume 1, sehingga kita dapat memasukkan nilainya menjadi : (2 1.6) / 10 sehingga kita mendapatkan nilai range molaritas 0,04 2. Tabel tegangan Di mana sebagai tolak ukurnya adalah nilai molaritas yang telah kita dapat pada tabel pertama. Untuk membuat tabel tegangan kita harus menghubungkan nilai molaritas dengan nilai tegangan yang telah kita dapatkan pada percobaan laboratorium seperti tabel dibawah ini. Tabel 4.3 Tabel Hubungan Molaritas dengan Tegangan Molaritas (M) Tegangan (V) Dan kita juga menentukan nilai range pada tegangan dengan menggunakan perhitungan(nilai tegangan 1- Nilai tegangan 2) / molaritas 1- molaritas 12

5 2. Maka tabel nya adalah sebagi berikut Untuk mendapatkan range tersebut kita juga mengambil sampel nilai molaritas dari valume 40 dan 50. Maka range yang didapat adalah 0,02 3. Tabel Kuat Arus Tabel selanjutnya yang digunakan adalah tabel kuat arus. Hal yang dilakukan sama dengan tabeltabel sebelumnya di mana kita menentukan range kuat arus, di mana kita masih menggunakan nilai molaritas volume 40 dan volume 50 sebagai sampel untuk menentukan range kuat arus. Maka tabel kuat arus adalah Tabel 4.4 Tabel Hubungan Molaritas dengan Kuat arus Molaritas (M) Kuat Arus (A) Sehingga didapakan range kuat arus dengan melakukan perhitungan (Nilai kuat arus 1- Nilai kuat arus 2) / molaritas 1 molaritas 2. Maka didapatkan range kuat arus = 0,00075 Dari ketiga tabel tersebut kita bisa mensimulasikan hubungan molaritas terhadap kekuatan daya hantar larutan elektrolit di mana seperti tabel berikut Untuk mendapatkan nilai tegangan, kuat arus dan bilangan random daya elektrolisis seperti tabel 4.5 maka dilakukan sebagai berikut: Pada molaritas, kita telah memiliki range yang telah kita dapatkan pada tabel molaritas. Maka untuk menghasilkan nilai molaritas diatas dapat dilakukan sebagai berikut: a. Molaritas awal adalah 2 M, sehingga 2 M merupakan titik awal kita dalam membentuk nilai molaritas yang lainnya. Maka jika kita merujuk pada tabel percobaan laboratorium dan tabel molaritas, di mana setiap menambahkan nilai volume larutan maka nilai moaritasnya berkurang. b. Pada kolom tegangan kita mendapatkan nilainilai seperti tabel diatas. Kita masih berpatokan pada molaritas 2 M yang merupakan nilai awal waktu melakukan percobaan. Maka kita akan mendapatkan nilai tegangan pada setiap molaritas seperti pada tabel tegangan, sehingga kita akan mendapatkan nilai tegangan awal yang mewakili 2M. untuk mendapatkan nilai tegangan lainnya. c. arus hal yang dilakukan masih sama dengan tahap-tahap sebelumnya. Di mana kiat berpatokan pada tabel kuat arus yang menentukan nilai awal kuat arus larutan. 13

6 d. Pada kolom daya merupakan bilangan random yang didapat dari nilai tegangan dikalika dengan nilai kuat arus. Nilai daya inilah merupakan nilai tegangan yang akan disimulasikan oleh sistem. Hal yang sama dilakukan terhadap larutan H 2SO 4, C 3COOH, H 2C 2O 4.2H 2O, NH 3 NaOH, KOH, Ca(OH) 2, NaCl, Na 2SO 4, MgSO 4.2H 2O, dan KCl. 4. KESIMPULAN 4.1 Kesimpulan Berdasarkan analisa sistem simulasi kekuatan daya hantar listrik larutan elektrolit, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan menggunakan simulasi dapat dilihat dengan jelas kekuatan daya hantar listrik. Di mana dengan konsebtrasi larutan yang berbeda maka menghasilkan daya hantar listrik larutan yang berbeda pula. 2. Pada jenis larutan yang berbeda dengan memiliki konsentrasi yang sama menghasilkan kekuatan daya hantar listrik yang berbeda. 3. Penggunaan metoda Monte Carlo pada penelitian laboratorium sangat tepat digunakan karena di dalam metoda Monte Carlo menggunakan sistem sampel untuk menentukan pola yang akan disimulasikan dan hal ini juga diterapkan di dalam laboratorium pada penggunaan larutan kimia. Selain itu hasil simulasi dapat digunakan lagi dengan menggunakan metode Monte Carlo untuk mendapatkan pola yang baru dalam penyempurnaan hasil simulasi. 4. Bahasa pemograman Microsoft Visual basic 6.0 dapat digunakan sebagai media perancangan adan pengontrol simulasi. 5. Simulasi merupakan media alternatif bagi sekolah dalam pembelajaran dan lebih khususnya media yang sangat cocok bagi sekolah yang mengalami kekurangan fasilitas laboratorium. 3. Untuk bahan-bahan berbahaya dan membutuhkan biaya yang sangat besar dapat disimulasikan agar lebih efektif. 4. Volume larutan yang akan disimulasikan sebaiknya lebih rinci sehingga akan menghasilkan simulasi yang sempurna dan memiliki data yang lebih akurat. 5. Pada animasi kekuatan daya hantar listik sebaiknya diberikan nilai agar lembih mudah dalam pembacaan kekuatan daya hantar larutan yang disimulasikan. 6. Diharapkan dalam pengembangan selanjutnya, simulasi tersebut bisa membandingkan 2 larutan secara bersamaan. Sehingga tampak dengan jelas larutan yang baik menghantarkan arus listrik. DAFTAR PUSTAKA Arifin MIftahol ( 2009 ). Simulasi Sistem Industri Graha Ilmu Kakiay.Thomas J ( 2004 ). Sistem Simulasi Andi Oktafri ( 2001 ). Aplikasi Metode Simulasi Monte Carlo Untuk Menduga Debit Aliran Sungai Vol 15 No 2 Agustus Sridadi H Bambang,M.Sc, Perkembangan Teknologi Informasi Komputer Saifudin Toha,S.si.,M.Si. Beberapa Contoh Penerapan Simulasi Monte Carlo Tirta I Made,M.Sc,Ph.D ( 2003 ). Pengantar Metode Statistika Dengan Aplikasi R Dan S + Unisi-Ilyas, Simulasi Dan Pemodelan Cahyo Winda Nur ( 2008 ). Pendekatan Simulasi Monte Carlo Untuk Pemilihan Alternatif Dengan Decision Tree Pada Nilai Outcome Yang Probabilistik, Vol 13 No 2 Desember 5. SARAN Berdasarkan dalam pembuatan sistem, ada beberapa kendala yang dihadapi dan disini akan disampaikan beberapa saran yang bermanfaat untuk mengembangkan dan menyempurnakan hasil karya berikutnya : 1. Data yang akan disimulasikan sebaiknya ditambah karena masih banyak larutan kimia yang belum disimulasikan. 2. Untuk kedepannya simulasi lebih baik menggunakan software macromedia flash sehingga memberikan daya tarik tersendiri dalam bidang pembelajaran. 14