Sistem Penguji Kualitas Air Minum Berdasarkan Nilai Konduktivitas

BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada Bab empat ini berisi mengenai hasil pengukuran alat yang dirancang beserta
perbandingan terhadap hasil dari pengukuran oleh alat pembanding dan analisa dari alat
yang dirancang. Tujuan dari Bab ini untuk menjelaskan keberhasilan yang dicapai dalam
pengukuran dan menunjukkan spesifikasi yang berhasil dicapai dari alat yang telah dibuat.
4.1.
Pengujian Sensor Konduktivitas, pH, dan Suhu
4.1.1.
Pembuatan Larutan Uji
Kadar garam yang terlarut dalam air dapat diukur dengan mengukur resistansi
elektrik dan Total Dissolved Solids-nya. Dipergunakan sampel air dengan rentang nilai dari
0 ppm sampai dengan 200 ppm. Pembuatan Sampel air menggunakan bahan air murni yang
bernilai 0 ppm dan dicampurkan dengan bubuk garam NaCl dengan perbandingan tertentu.
Digunakan NaCl, karena NaCl adalah sifat garam dengan elektrolit kuat yang mudah larut
dalam air serta untuk mendapatkannya juga lebih mudah. Senyawa yang dimiliki zat
elektrolit kuat lebih mudah untuk terurai menjadi ion dan kemudian mengion sempurna.
NaCl tersusun dari molekul-molekul dwi kutub yang jika diberikan tegangan dua arah,
molekul akan terpisah menjadi ion Na+ dan ion Cl- . Dengan pemberian tegangan dua arah
dan digunakan frekuensi sekian kilo-hertz, ion-ion ini akan relatif pada tempat nya bersama
dengan molekul-molekul air. Sehingga dapat kita hitung berapa besar resistansi elektrik dan
Total Dissolved Solids-nya.
Ditentukan TDS air sampel yang diinginkan yaitu, 0 ppm, 20 ppm, 60 ppm, 100
ppm, 140 ppm, 180 ppm, dan 200 ppm. Dalam penyampuran air murni dengan garam NaCl
menggunakan perbandingan :
Nilai TDS air (ppm) =
Maka perhitungannya adalah sebagai berikut:

Sampel air 20 ppm
35
(4.1)

Sampel air 60 ppm

Sampel air 100 ppm

Sampel air 140 ppm

Sampel air 180 ppm

Sampel air 200 ppm
Hasil pelarutan air murni dengan NaCl di dapat ditunjukkan pada tabel 4.1.
Pembacaan besar TDS dari pelarutan air dibantu oleh TDS meter TDS-3 merk HM Digital.
36
Tabel 4.1. Besar Nilai TDS Terhitung Dari Hasil Pelarutan Air
Murni Dengan Nacl
4.1.2.
TDS air yang diinginkan (ppm)
TDS hasil pelarutan (ppm)
20
20
60
61
100
102
140
142
180
181
200
200
Pengujian Sensor Konduktivitas
Keluaran sensor konduktivitas dengan rangkaian pengkondisi sinyal didapat
dengan melaksanakan pengujian. Pengujian sensor konduktivitas dengan rangkaian
pengkondisi sinyal ini dibagi menjadi 2, yaitu pengujian TDS dengan pemberian beban
resistor fisik pada V12 , kemudian pengujian TDS dengan sensor konduktivitas buatan dan
dilakukan dalam larutan uji, serta akan diberikan perbandingannya dengan pembacaan TDS
meter TDS-03 merek HM Digital.
Dalam skematik pembagi tegangan (Gambar 3.13) terlihat bahwa dengan tiga
buah hambatan yang mendapat catu tegangan dua arah dengan jenis rangkaian seri, maka
total tegangan sumber akan terbagi kepada masing-masing hambatan sesuai dengan beban
hambatan tersebut, dimana nilai tegangan yang terbagi dipengaruhi besarnya perbandingan
nilai pada masing-masing hambatan. Besaran arus yang melewati sensor dapat diketahui
dengan menambahkan dua buah resistor secara seri pada masing-masing ujung probe
sensor (Rs1 dan Rs2). Berdasarkan gambar 4.1, VHL tersambung dengan rangkaian
sebelumnya pengkondisi sinyal , dan Rv12 merupakan hambatan yang dimiliki oleh air
sampel.
Pada bagian pertama, beban Rv12 ini akan digantikan dengan resistor fisik untuk
mendapatkan besar TDS yang terukur dan tertampil dalam LCD karakter, hasilnya
ditunjukkan pada Tabel 4.2.
37
Tabel 4.2. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Beban Resistor
Fisik Pada V12
No
VHL (v)
V12 (v)
∆V = VHL-V12 (mV)
1
4,04
4,01
30
270
3.4
1 ppm
2
3,81
3,57
240
30
33,3
20 ppm
3
3,66
3,28
380
17,4
57,47
61 ppm
4
3,55
3,08
470
13
76,92
99 ppm
5
3,47
2,91
560
10,3
95,23
141 ppm
6
3,35
2,68
670
8
121,95
178 ppm
7
3,28
2,55
730
6,9
144,92
200 ppm
R (k ohm) G (µ mho)
TDSt
Besar TDS yang akan dihasilkan, tergantung dari besar hambatan (R) yang
terukur pada sensor. Pada Tabel 4.2, besar hambatan (R) dapat di bandingkan dengan
melakukan perhitungan sebagai berikut ini.
Diambil sampel nomor 1 pada tabel 4.2, di dapat besar VHL = 4,04 v dan V12 =
4,01 v , Rs1 dan Rs2 masing-masing sebesar 1 Kohm, sehingga dapat dihitung besar
hambatan R secara perhitungan. Besar hambatan R terhitung dengan persamaan 3.5 :
R = V12 x (Rs1+Rs2) / (VHL - V12)
R = 4,01 x ( 1K + 1K ) / ( 4,04 – 4,01 )
R = 8020 / 0,03
R = 267,3 KΩ
Hasil perhitungan menunjukkan kedekatan hambatan R hasil perhitungan sebesar
267,3 KΩ dengan hasil pembacaan pada mikrokontroler sebesar 270 KΩ.
Kemudian pada bagian kedua, beban Rv12 dipasangkan dengan sensor
konduktivitas buatan sendiri dan besar TDS yang terukur akan tertampil dalam LCD
karakter. Hasilnya ditunjukkan pada Tabel 4.3.
38
Tabel 4.3. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Sensor
Konduktivitas Buatan Sendiri
No
VHL (v)
V12 (v)
∆V = VHL-V12 (mV)
1
4,06
4,03
30
268
3.4
0 ppm
2
3,84
3,61
230
31
33.3
20 ppm
3
3,69
3,30
390
16,9
57.8
60 ppm
4
3,58
3,10
480
12,9
77.5
102 ppm
5
3,48
2,90
580
10
96.2
140 ppm
6
3,40
2,76
640
8,6
117.6
179 ppm
7
3,30
2,55
750
6,8
142.9
201 ppm
R (k ohm) G (µ mho)
Volt (V)
TDS (ppm)
Gambar 4.1. Grafik Tegangan ∆V Terhadap Perubahan TDS Air
39
TDSt
Dari tabel 4.3 , didapat hubungan antara TDS, Conductance (G), ∆V, dan juga
dapat dihubungkan dengan besar arus (I) yang dapat terhantar melalui media air. Ketika
besar TDS semakin besar, besar conductance akan semakin besar, ∆V juga semakin besar.
Dari hubungan d atas, terlihat bahwa semakin tinggi TDS air, maka daya hantar listriknya
semakin besar, sehingga besar arus listrik Noya juga semakin besar.
Tabel 4.4 diberikan perbandingan hasil TDS terukur pada sensor TDS buatan
sendiri dengan alat pembanding TDS meter TDS-03 merek HM Digital.
Tabel 4.4. Hasil pembacaan TDS-alat sendiri dan pembanding dengan TDS-3
No
Air yang di Uji
hasil pelarutan
TDSt alat sendiri
TDS-3
Ralat %
1
0
0 ppm
0 ppm
0%
2
20
20 ppm
20 ppm
0%
3
61
60 ppm
62 ppm
-1,67 %
4
102
101 ppm
102 ppm
-0,99 %
5
142
140 ppm
142 ppm
-1,43 %
6
181
179 ppm
180 ppm
-1,12 %
7
200
201 ppm
198 ppm
0,5 %
40
TDS (ppm)
TDS (ppm)
Gambar 4.2. Grafik perbandingan pembacaan TDS alat sendiri
dengan pembanding TDS meter HM Digital TDS-3
Hasil ini menunjukkan tingkat linearitas antara alat sendiri dengan TDS-3.
Kalibrasi TDS-3 terhadap larutan tertentu dilakukan dengan memutar sebuat resistor
variabel. Akibatnya penguatannya berubah. Pada alat sendiri, kalibrasi dapat dilakukan
dengan memberi factor pengali sesuai dengan hasil perbandingan yang didapatkan.
4.1.3.
Pengujian sensor pH
Sensor pH dengan rangkaian pengkondisi sinyal digunakan sebagai pengatur
nilai pH dengan cara melaksanakan kalibrasi dengan 2 jenis larutan yang dikenal dengan
larutan buffer yaitu dengan nilai pH 4,0 dan pH 7,0. Cara pengukuran pH dan tegangan
keluaran sensor pH adalah dengan cara menghubungkan probe sensor dengan input
rangkaian pengkondisi sinyal, selanjutnya keluaran dari rangkaian masuk ke
mikrokontroler. Hasil kalibrasi pH dapat ditunjukkan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5. Hasil pembacaan sensor dan pembanding dengan pH
meter Lutron PH-201
41
adc
Lutron PH-201
4.1.4.
Keluaran Sensor pH dalam sistem ini
Hasil pembacaan (pH)
Hasil pembacaan (pH)
Tegangan keluaran
4,03
4,03
2,41 v
6,65
6,67
3,04 v
7,09
7,09
3,15 v
Pengujian sensor suhu
Sensor suhu pada sistem ini digunakan sebagai pembaca suhu air yang diuji,
salah satu parameter dalam pengujian kualitas air, dan sekaligus sebagai elemen
compensator dalam pengukuran konduktivitas, karena konduktivitas bergantung dengan
suhu. Pengujian sensor suhu diambil 8 kali pada jam yang berbeda untuk melihat perbedaan
suhu yang didapat. Hasil pembacaan sensor suhu dan keluaran tegangan yang dihasilkan
dengan pembanding sensor suhu pada TDS-3.
Tabel 4.6. Hasil pembacaan sensor suhu air dan udara, serta diberikan
pembanding dengan TDS-3
Udara
No
Waktu
uji
TDS-3
(oC)
Air
Sensor yang dibuat
Vout
Suhu actual
(mV)
(oC)
TDS-3
(oC)
Sensor yang dibuat
Vout
Suhu actual
(mV)
(oC)
1
07.00
25.1
251
25,1
24.7
246
24.6
2
09.00
26.8
267
26,7
26.4
265
26.5
3
11.00
27.7
278
27.8
27.6
276
27.6
4
14.00
29.3
293
29.3
29.1
290
29.0
5
16.00
28.0
281
28.1
27.8
278
27.8
6
18.00
26.9
268
26.8
26.7
267
26.7
7
20.00
26.2
262
26.2
25.8
259
25.9
8
22.00
25.4
254
25.4
25.1
252
25.2
42
Sebagai pengkompensasi suhu dalam pengukuran besar TDS, besar keluaran
tegangan sensor suhu kemudian diolah dengan persamaan 2.6, sehingga keluaran TDS
yang ditampilkan sudah terkompensasi dengan suhu. Pada Tabel 4.6 menunjukkan
perbandingan hasil TDS alat sendiri yang tanpa terkompensasi dengan suhu dengan yang
sudah terkompensasi. (suhu pada saat pengujian 26,4oC pukul 9.00 pagi)
Tabel 4.7. Perbandingan TDS Tanpa Terkompensasi Suhu Dan
Yang Terkompensasi.
Air yang di Uji
TDSt tanpa
TDSt
hasil pelarutan
kompensasi suhu
terkompensasi
1
0 ppm
0 ppm
0 ppm
0%
2
20 ppm
19 ppm
20 ppm
0%
3
61 ppm
58 ppm
60 ppm
-1,64 %
4
102 ppm
98 ppm
101 ppm
-0,98 %
5
142 ppm
136 ppm
140 ppm
-1,41 %
6
181 ppm
174 ppm
179 ppm
-1,10 %
7
200 ppm
195 ppm
201 ppm
0,50 %
No
4.2.
Ralat %
Hasil pengujian Sistem
Dalam pengujian, sistem akan melakukan urutan-urutan seperti pembilasan ruang
uji, kemudian dilanjutkan pengisian air baku menuju ruang uji. Air baku yang sudah terisi ke
dalam ruang uji akan dilakukan pengujian. Pengujian meliputi pengujian besar TDS air, pH
air dan suhu air. Setelah pengujian selesai, air pengujian akan dibuang keluar, dan hasil
pengujian akan menentukan apakah air baku tersebut sesuai dengan parameter pengujian
dalam sistem ini.
Pada pengujian sistem ini, air akan dianggap memenuhi parameter jika hasilnya
meliputi TDS dalam rentang 0-200 ppm, pH dalam rentang 6,5-8,5 serta suhu air yang tidak
43
melebihi 3oC dari suhu kamar, yaitu dalam rentang 23oC – 26oC . Dalam tabel 4.8 akan
ditunjukkan empat kondisi hasil pengujian air dan langkah akhir yang dilakukan sistem.
Tabel 4.8. Hasil pengujian air dan langkah akhir yang dilakukan sistem.
No
Parameter yang Teruji
Langkah Sistem
TDS (ppm)
pH
Suhu
1
0 – 200
6,5 – 8,5
23oC – 26oC
Menuju keluaran UV
2
0 - 200
<6,5 atau >8,5
23oC – 26oC
Stop
3
0 - 200
6,5 – 8,5
<23oC atau >26oC
Stop
4
> 200
6,5 – 8,5
23oC – 26oC
Menuju keluaran RO
44