BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Monitoring dan Deteksi Lokasi Kebocoran Monitoring merupakan sebuah proses pengumpulan informasi dari penerapan suatu program termasuk mengecek apakah suatu program telah berjalan sesuai dengan rencana yang diinginkan sehingga setiap masalah yang ditemukan dapat diatasi (Foe, 2013). Sistem melakukan monitoring terhadap debit air hasil pengolahan data jumlah putaran kincir yang dikirim oleh sensor ke microcontroller. Pengolahan data dari jumlah putaran kincir menjadi data debit air menggunakan persamaan 2.1. = (2.1) Dimana : = Jumlah putaran kincir = Debit air ( / ) c = Calibration Factor yang memiliki nilai tetapan 7.5 tergantung pada jenis sensor yang digunakan Deteksi letak lokasi kebocoran dilakukan dengan membandingkan setiap debit air yang mengalir dan untuk menentukan dimana letak lokasi kebocoran arduino menggunakan persamaan mekanika fluida dan kinematika fisika. 2.1.1. Mekanika Fluida dan Kinematika Fisika Mekanika fluida merupakan sebuah cabang ilmu fisika yang membahas mengenai zat fluida dan gaya yang bekerja pada zat tersebut. Mekanika fluida terbagi lagi dalam dua kategori yaitu statika fluida dan dinamika fluida. Pada dinamika fluida terdapat persamaan untuk menghitung kecepatan aliran air (Verma, 1999). Persamaan ini dapat dilihat pada persamaan 2.2.
7 = (2.2) Dimana : = Kecepatan air ( / ) = Debit air ( / ) A = Luas penampang ( ) Kinematika fisika merupakan sebuah cabang ilmu fisika yang membahas bagaimana sebuah benda dikatakan bergerak dan bagaimana sebuah benda dikatakan diam tanpa mempersoalkan gaya penyebab gerakan. Terdapat beberapa persamaan di dalam cabang ilmu ini diantaranya pergerakan pada garis lurus, pergerakan di dalam sebuah pesawat terbang, dan pergerakan proyektil. Persamaan yang digunakan dalam menentukan letak lokasi kebocoran ini ialah pergerakan pada garis lurus yang memliki dua buah persamaan, yaitu persamaan menghitung kecepatan akhir, dan persamaan menghitung jarak (Verma, 1999). Persamaan untuk menghitung kecepatan akhir dapat dilihat pada persamaan 2.3. = + (2.3) Dimana : = Kecepatan akhir ( / ) = Kecepatan awal ( / ) = Percepatan ( / ) = Waktu ( ) Persamaan untuk menghitung jarak dapat dilihat pada persamaan 2.4. = 2 (2.4) Dimana : = Jarak ( ) = Kecepatan akhir ( / ) = Kecepatan awal ( / ) = Percepatan ( / ) 2.2. Perangkat Hardware Sistem 2.2.1. Flow Liquid Meter Sensor Flow liquid meter sensor merupakan sensor yang digunakan untuk menghitung debit air yang melaluinya. Pengukuran debit air ini menggunakan bantuan Hall Effect Sensor yang berada didalamnya. Hall effect sensor merupakan sebuah transducer,
8 dimana alat ini akan menghasilkan output berdasarkan medan magnet. Output yang dikirimkan ke microcontroller nantinya diubah sehingga diperoleh jumlah putaran kincir. Flow liquid meter sensor ini dapat mengukur kecepatan debit air mulai dari 1-30 Liter per menit dan dapat menahan tekanan air kurang dari atau sama dengan 2 Mpa (Suresh, N. et al. 2014 ). Gambar flow liquid meter sensor dapat diliat pada Gambar 2.1. Gambar 2.1. Flow Liquid Meter Sensor 2.2.2. Arduino UNO Arduino merupakan sebuah board microcontroller yang digunakan untuk berinteraksi dengan lingkungan sekitar berdasarkan program yang telah dibuat. Arduino memiliki beberapa jenis board microcontroller. Arduino yang digunakan pada penelitian ini ialah Arduino UNO. Arduino UNO adalah sebuah microcontroller berbasiskan ATmega28. Arduino jenis ini memiliki 14 pin digital Input/Output (dimana 6 diantaranya digunakan sebagai Output PWM), 6 analog input, resonator keramik 16Mhz, sebuah koneksi untuk USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset. Power yang digunakan arduino dapat melalui kabel USB yang terkoneksi dengan komputer, atau dengan adapter AC-DC, atau dengan baterai (Suresh, N. et al. 2014 ). Pemrograman Arduino menggunakan Arduino IDE yang di-install pada PC. Program ditulis pada Arduino IDE, untuk kemudian di upload kedalam Arduino dengan bantuan kabel USB yang terhubung diantara Board Arduino dan PC (Banzi dan Shiloh, 2014:p18 ). Gambar Arduino UNO dapat diliat pada Gambar 2.2. Gambar 2.2. Arduino UNO
9 2.2.3. Arduino Ethernet Shield Sebuah modul tambahan yang digunakan pada arduino untuk menghubungkan board arduino ke internet dengan bantuan RJ-45. Arduino Ethernet Shield bekerja berdasarkan Wiznet W5100 ethernet chip. Chip ini menyediakan jaringan yang mendukung TCP dan UDP (Chaudhari dan Chakraborty, 2014). Gambar Arduino Ethernet Shield dapat diliat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3. Arduino Ethernet Shield 2.3. Sensor Network 2.3.1. Pengertian sensor network Sensor network adalah sebuah jaringan komunikasi antara sensor node dan data node yang saling terhubung untuk memonitor keadaan lingkungan tertentu pada lokasi yang berbeda antara sensor dan titik akhir (end node). Sensor network umumnya digunakan dalam bidang industri dan pada area area tertentu seperti untuk memonitor tingkat pencemaran udara, peningkatan suhu di suatu wilayah, object tracking, sistem keamanan, dan kondisi lainnya (Bell, 2013). Sensor network memiliki dua media komunikasi dasar yaitu : 1. Wired Networks. Sebuah desain jaringan yang mengijinkan setiap device saling berkomunikasi satu sama lain menggunakan wire (kabel). Sensor network yang menggunakan media komunikasi ini menambahkan network hardware didalam jaringannya. Seperti pada Arduino, untuk menghubungkan antara sensor node dengan data node arduino menggunakan perangkat tambahan yaitu ethernet shield. 2. Wireless Network. Sebuah desain jaringan yang mengijinkan setiap device saling berkomunikasi satu sama lain tanpa menggunakan kabel (wireless). Sama seperti wired
10 network, wireless network juga menambahkan network hardware didalam jaringannya. Pada Arduino dengan menambahkan WiFi shield atau pada Raspberry Pi dengan menambahkan WiFi adapters. 2.3.1. Protokol HTTP Protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol) merupakan sebuah protokol komunikasi data yang digunakan untuk mengirim data dari microcontroller ke server. HTTP digunakan untuk mendistribusikan sistem informasi yang berbasis hypertext. Protokol ini merupakan protokol standar yang digunakan untuk mengakses HTML dan termasuk salah satu protokol aplikasi TCP/IP (Siregar, 2010). Protokol HTTP memiliki delapan method untuk melayani permintaan data yang dilakukan oleh client diantaranya Options, Get, Post, Head, Put, Delete, Trace, dan Connect (Fielding, et al. 1999). Pada sistem ini arduino bertindak sebagai web client, dan melakukan Post method kepada server untuk mengirimkan data dari arduino dan menyimpannya didalam database server. 2.5. Penelitian Terdahulu Tahun 2013 Rani, et al. melakukan penelitian untuk melakukan monitoring level aliran air berbasis layanan web dengan menggunakan Zigbee sebagai alat komunikasi, dan beberapa sensor seperti level sensor, water flow sensor, dan temperature sensor. Selain monitoring melalui web, pemilik sensor juga akan mendapatkan informasi penting mengenai aliran air melalui SMS ke nomor handphone pribadi si pemilik. Tahun 2014 Sadeghioon, et al. melakukan penelitian untuk mendeteksi terjadinya kebocoran dengan membandingkan perubahan diameter pipa yang diakibatkan tekanan aliran air dari dalam pipa dan perubahan suhu di sekitar pipa. FSR sensor digunakan untuk mengukur perubahan diameter pada pipa dan temperature sensor digunakan untuk mengukur suhu disekitar pipa. Pada penelitian ini mereka menggunakan pipa PVC berdiameter 40 mm dengan tekanan konstan 3 bar. Tahun 2014 Yano, et al. melakukan penelitan mengukur konsumsi untuk membandingkan penghematan dari pemakaian air keran menggunakan Wireless Sensor Network. Penelitian ini menggunakan Rfbee Sensor untuk mengumpulkan data yang diterima dari water flow rate transducer, sebagai pengirim dan sebagai penerima
11 data. Data yang dikumpulkan oleh Rfbee sensor akan dikumpulkan untuk kemudian dikirim secara Wireless kepada komputer yang terkoneksi langsung pada Rfbee sensor Tahun 2014 Suresh, et al. melakukan monitoring dan control melalui web server. Monitoring dan control ini dilakukan dengan bantuan Hall Effect Flow Sensor, Arduino, Raspberry PI, dan Solenoid Electro-Valve. Hall Effect Flow Sensor dengan bantuan arduino akan mengukur debit cairan, sementara raspberry PI akan mengontrol Solenoid Electro-Valve yang digunakan untuk menutup ataupun membuka aliran cairan yang melalui pipa. Tahun 2015 Rizwan dan paul melakukan penelitian untuk mendeteksi terjadinya kebocoran dengan memanfaatkan getaran pada dinding pipa yang diakibatkan dari hasil tumbukan antara aliran air dengan dinding pipa. Getaran ini diukur menggunakan MEMS sensor, dengan membandingkan getaran ketika aliran air normal dan getaran ketika terjadi kebocoran pada pipa. Pengujian dilakukan dengan variasi tekanan 3 bar hingga 10 bar dengan debit aliran air yang konstan 300 /h. Rangkuman penelitian terdahulu dapat dilihat pada Tabel 2.1. No. Peneliti (Tahun) 1. Rani, et al. (2013) 2. Sadeghioon, et al. (2014) 3. Yano, et al. (2014) Tabel 2.1. Penelitian Terdahulu Alat yang Keterangan digunakan Zigbee, level Melakukan penelitian untuk sensor, water flow melakukan monitoring level aliran sensor, dan air berbasis layanan web temperature sensor FSR sensor, Melakukan penilitian untuk temperature sensor, mendeteksi kebocoran dengan dan PIC16LF1827 memanfaatkan perubahan diameter microcontroller pada pipa dan perubahan suhu di lingkungan sekitar pipa Rfbee Sensor, dan Melakukan penelitian untuk water flow rate membandingkan penghematan transducer penggunaan air pada dua buah jenis keran air
12 Tabel 2.1. Penelitian Terdahulu (lanjutan) No. Peneliti Alat yang Keterangan (Tahun) digunakan 4. N. Suresh, et al. (2014) Hall Effect Flow Sensor, Arduino, Raspberry PI, dan Melakukan penelitian untuk melakukan monitoring dan mengendalikan aliran air Solenoid Electro- Valve 5. Rizwan & Paul (2015) Mems sensor accelerometer, dan ArduinoATmega28 Microcontroller Melakukan penelitian untuk mendeteksi adanya kebocoran melalui perbandingan getaran pada pipa Perbedaan penelitian yang dilakukan dengan penelitian terdahulu adalah jika penelitian terdahulu melakukan monitoring terhadap aliran air, serta mendeteksi ada tidaknya kebocoran pada pipa, maka pada penelitian ini akan ditambahkan suatu fungsi untuk mengetahui letak lokasi kebocoran yang terjadi pada pipa memanfaatkan data laju debit aliran air.