SISTEM PENGUJI KUALITAS AIR MINUM BERDASARKAN NILAI KONDUKTIVITAS DAN PH SERTA PENGATUR OTOMATIS PADA PENGISIAN AIR MINUM ISI ULANG (AMIU) Oleh Aditya Dwi Herlambang NIM : 612009005 Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Februari 2015
INTISARI Pada Skripsi ini dirancang dan direalisasi suatu sistem penguji kualitas air minum isi ulang berdasarkan Nilai Konduktivitas dan ph serta pengatur otomatis apakah memerlukan proses Reverse Osmosis atau tidak. Dalam perancangan, alat terdiri dari mikrokontroler sebagai pengatur solenoid valve yang terhubung langsung pada saluran proses pengujian air. Terdapat sepasang elektroda sebagai pengukur konduktivitas air, sensor ph sebagai pengukur ph air dan sensor suhu untuk mengukur suhu air. Untuk mengetahui besarnya TDS dalam air, digunakan penghasil gelombang kotak AC dan diteruskan kepada dua resistor yang dipasang seri bersama dengan elektroda yang akan masuk ke dalam air. Untuk mengetahui besarnya ph dalam air, digunakan dua buah penguat, Penguat pertama dari sensor untuk membaca tegangan atau nilai yang didapat dari air yang diukur, sedangkan rangkaian kedua digunakan sebagai pembanding untuk nilai yang didapat dari sensor. Semua hasil pengolahan data dari sensor akan menentukan apakah diperlukan proses Reverse Osmosis atau tidak. Jika dibutuhkan, air keluaran dari alat ini akan dibawa menuju saluran Reverse Osmosis, jika tidak dibutuhkan, air keluaran dari alat ini akan dibawa menuju saluran Ultra Violet. Alat yang direalisasikan mempunyai jangkauan pengukuran besar TDS air dari 0 ppm sampai 200 ppm, besar ph 0-14 dan dapat membaca suhu air. Alat yang direalisasikan memiliki dua menu pilihan, yaitu pengujian 1x dan pengujian berkala. Pengukur TDS memiliki ralat pengukuran maksimum 1,7% dari alat pembanding TDS-3 keluaran HM Digital. Alat yang dirancang menggunakan LCD karakter sebagai penampil menu utama dan keluaran hasil pengukuran. Kata kunci: air minum, TDS (Total Dissolved Solids) i
ABSTRACT In this thesis designed and realized a system of drinking water quality testers rechargeable based Conductivity and ph value as well as an automatic regulator requires a process of reverse osmosis or not. In the design, the tool consists of a microcontroller as a regulator solenoid valve is connected directly to the drain water testing process. There is a pair of electrodes as a measure water conductivity, ph sensors as measuring the ph of water and temperature sensors to measure the temperature of the water. To determine the amount of TDS in water, producing a square wave AC is used and passed on to the two resistors in series with the electrodes that will go into the water. To determine the magnitude of the ph in the water, use two amplifiers, the first amplifier of the sensor to read the voltage or the value derived from the measured water, while the second circuit is used as a comparison to the value obtained from the sensor. All of the data processing of the sensor will determine whether the reverse osmosis process is required or not. If it is needed, the water output of this tool will be brought into line Reverse Osmosis, if it is not needed, the water output of this tool will be brought into line Ultra Violet. Tools that have realized a large measurement range of 0 ppm TDS water to 200 ppm, ph 0-14 large and can read the temperature of the water. Realized tool has two menu choices: 1x testing and periodic testing. TDS has corrected measurement measuring maximum 1.7% of the comparator output HM TDS-3 Digital. Tools designed to use as a character LCD viewer main menu and output measurement results. Keywords: drinking water, Total Dissolved Solids ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Bunda Maria dan Yesus Kristus atas segala rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Bunda Maria dan Yesus atas semua berkat yang tak terkira sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Papa, Mama, adek, kakak serta keluarga besar penulis, terima kasih atas semua dukungan doa, semangat, nasihat, materi, yang sudah diberikan kepada penulis. 3. Bapak Daniel Santoso, Bapak Deddy Susilo sebagai pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan dan solusi selama mengerjakan skripsi ini. 4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, yang turut andil dalam proses pengerjaan skripsi ini. 5. Orang-orang terkasih yang selalu ada untuk saling mendoakan, membantu dan mendorong penulis, Tria, Martino, Johny, Yonatan, Vita, Andre, Yosua, Dion, Tiara, Aksa, Wikan, Vita, Anel, Yuli, Nisa, Rudy, Alvian, terimakasih sudah menemani dan memberi support yang sangat besar kepada penulis. 6. Teman-teman angkatanku 2009 yang lainnya, terima kasih banyak atas semua pengalaman kuliah, susah sedih bersama selama di FTEK. 7. Teman2 komunitas Emmanuel: Ian, Frans, Ci Vinda, Una, Lana, Ci Gritta, Eve (EO), Icha, yang selalu memberi semangat serta memberikan bantuan doa untuk penulis. 8. Terima kasih juga untuk Maam Yeti, yang sudah, memberikan segala macam bekal dalam kelas yang sudah saya ikuti selama perkuliahan, dorongan, semangat, nasihatnya, serta rumah kedua selama masih menjadi murid di YEC. 9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil dalam proses pengerjaan skripsi ini. iii
10. Dosen-dosen pengajar, laboran, Mbak Rista, Mbak Dita dan Mbak Yolanda terimakasih atas bantuannya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, Januari 2015 Penulis iv
DAFTAR ISI INTISARI... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR ISTILAH... i ii iii v vii ix x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Tujuan... 1 1.2. Latar Belakang Permasalahan... 1 1.3. Spesifikasi Alat... 2 1.4. Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 4 2.1. Elektrolit... 4 2.1.1. Daya Hantar Listrik (Konduktivitas)... 4 2.1.2. Keasaman Air (ph)... 6 2.1.3. Hubungan Konduktivitas, Pergerakan Ion dan Temperatur 7 2.1.4. Hubungan Keasaman Air dan Temperatur... 7 2.2. Arduino Mega 2560... 8 2.3. Sensor Suhu IC (Integrated Circuit) LM35... 11 2.4. IC (Integrated Circuit) PC817... 11 2.5. IC (Integrated Circuit) ULN2803... 12 2.6. Relay... 13 2.7. LCD (Liquid Crystal Display) Karakter 20x4... 14 2.8. Scanning Keypad 4x4... 15 v
BAB III PERANCANGAN ALAT... 16 3.1. Gambaran Sistem... 16 3.2. Perancangan Dan Realisasi Perangkat Keras... 18 3.2.1. Perangkat Elektronik... 18 3.2.2. Pengendali Utama... 18 3.2.3. Board Mikrokontroler... 19 3.2.4. Catu Daya... 23 3.2.5. Pengkondisi sinyal Sensor Konduktivitas... 24 3.2.6. Pengkondisi sinyal Sensor ph... 30 3.2.7. Perancangan Tempat Pengujian Air... 31 3.2.8. Solenoid Valve... 31 3.2.9. Pompa Air Baku... 32 3.2.10. Pompa Air Akuades... 32 3.3. Perancangan Perangkat Lunak... 32 3.3.1. Diagram Alir Keseluruhan Alat... 33 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA... 35 4.1. Pengujian Sensor Konduktivitas, ph, dan Suhu... 35 4.1.1. Pembuatan Larutan Uji... 35 4.1.2. Pengujian Sensor Konduktivitas... 37 4.1.3. Pengujian Sensor ph... 40 4.1.4. Pengujian Sensor Suhu... 41 4.2. Hasil Pengujian Sistem... 43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 44 5.1. Kesimpulan... 44 5.2. Saran Pengembangan... 45 DAFTAR PUSTAKA... 46 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega2560... 9 Gambar 2.2. Konfigurasi pin Sensor Suhu IC LM35... 11 Gambar 2.3. Konfigurasi pin IC PC817... 12 Gambar 2.4. Konfigurasi IC ULN2803... 13 Gambar 2.5. Bentuk dan simbol relay... 14 Gambar 2.6. Scanning Keypad 4x4... 15 Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Sistem yang Dirancang... 16 Gambar 3.2. Gambaran Keseluruhan Sistem yang Dirancang... 17 Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Elektronik... 18 Gambar 3.4. Realisasi Pengendali Utama... 19 Gambar 3.5. Skema board mikrokontroler Arduino Mega 2560... 20 Gambar 3.6. Board mikrokontroler Arduino Mega 2560... 21 Gambar 3.7. Rangkaian Driver Relay... 22 Gambar 3.8. Realisasi Rangkaian Driver Relay... 22 Gambar 3.9. Realisasi LCD... 23 Gambar 3.10. Realisasi Keypad... 23 Gambar 3.11. Rangkaian Catu daya +5V dan -5V... 24 Gambar 3.12. Realisasi Rangkaian Catu daya +5V dan -5V... 24 Gambar 3.13. Skematik Pembagi Tegangan... 25 vii
Gambar 3.14. Realisasi Sensor Konduktivitas... 26 Gambar 3.15. Skematik Penghasil Tegangan Dua Arah (AC) Dengan Frekuensi 150Khz... 27 Gambar 3.16. Rangkaian Komparator... 28 Gambar 3.17. Rangkaian Realisasi Pengkondisi Sinyal Sensor Konduktivitas... 25 Gambar 3.18. Rangkaian Pengkondisi Sinyal untuk ph... 30 Gambar 3.19. Realisasi Rangkaian Pengkondisi Sinyal untuk ph... 30 Gambar 3.20a Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Depan... 31 Gambar 3.20b Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Samping Kiri... 31 Gambar 3.20c Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Samping Kanan... 31 Gambar 3.21. Solenoid Valve Dalam Sistem... 32 Gambar 3.22. Diagram Alir Keseluruhan Alat... 33 Gambar 4.1. Grafik Tegangan V Terhadap Perubahan TDS Air... 39 Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Pembacaan TDS Alat Sendiri Dengan Pembanding TDS Meter HM Digital TDS-3... 40 viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Jarak ukur konduktivitas optimal dari elektroda dari 3 nilai Cell Constant yang berbeda... 5 Tabel 2.2. Klasifikasi air berdasarkan harga DHL... 6 Tabel 2.3. Konfigurasi pin LCD karakter 20x4... 14 Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin/port Arduino Mega2560... 19 Tabel 4.1. Besar Nilai TDS Terhitung Dari Hasil Pelarutan Air Murni Dengan Nacl... 36 Tabel 4.2. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Beban Resistor Fisik Pada V12... 37 Tabel 4.3. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Sensor Konduktivitas Buatan Sendiri... 38 Tabel 4.4. Hasil Pembacaan TDS-Alat Sendiri Dan Pembanding Dengan TDS-3... 39 Tabel 4.5. Hasil Pembacaan Sensor Dan Pembanding Dengan Ph Meter Lutron PH-201... 41 Tabel 4.6. Hasil Pembacaan Sensor Suhu Air Dan Udara, Serta Diberikan Pembanding Dengan TDS-3... 41 Tabel 4.7. Perbandingan TDS Tanpa Terkompensasi Suhu Dan Yang Terkompensasi... 42 Tabel 4.8. Hasil Pengujian Air dan Langkah Akhir yang Dilakukan Sistem... 43 ix
DAFTAR ISTILAH AC COM DC IC NC NO Op-Amp TDS LCD DHL mv Alternating Current Common Direct Current Integrated Circuit Normally Closed Normally Open Operational Amplifier Total Dissolved Solids Liquid Crystal Display Daya Hantar Listrik mili Volt x