## PERANCANGAN DAN KONTRUKSI PENGENDALI  PH, TEMPERATUR DAN KECEPATAN MOTOR PADA KOAGULATOR

## Nugroho Trisanyoto
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Teknofisika nuklir, Batan trisanyotonugroho@yahoo.co.id
Abstrak -  Telah  dilakukan  perancangan  dan  konstruksi  pengendali  Ph,  temperatur  dan kecepatan  motor.    Untuk  sensor  pH  dengan  menggunakan  dua  buah  solenoide  sebagai saklar  yang  dihubungkan  dengan  asam  atau  basa,    temperatur    menggunakan    pemanas dengan  sensor LM 35  dengan metode on-off ,  sedangkan    kecepatan  motor  dengan cara mengatur lebar pulsa atau Pulse Width Modulation (PWM) . Tujuan  dari pembuatan alat ini adalah  untuk  mengoptimalkan  kerja alat dan  memudahkan  operator dalam bekerja. Alat terdiri  dari  sensor  sensor  pH,  sensor    temperatur  LM  35,  motor  DC  12  Volt  sebagai pengaduk dan dua buah solenoide. Sebagai pusat kendali digunakan mikrokontrol ATMega 16, baik sebagai kendali  pemanas,  kendali pH  maupun  kecepatan  putaran  motor. Hasil pengujian pengendalian pH 7dengan waktu stabil 0,7 jam.  Nilai pengendalian Temperatur yang  dapat  dicapai adalah    30  °C  sampai    dengan  90  °C  dengan  toleransi  sebesar ±  2  °C dan  lebar pulsa 70 % optimum  ( PWM).
Kata kunci : Sensor temperatur LM 35, selenoide valve , motor DC, metode on-off
Abstract -  Has  done  the  design  and  construction  of  controllers  Ph,  temperature  and motor  speed.  For  the  pH  sensor  uses  two  solenoide  as  a  switch  that  is  connected  with acid or alkali, using a heater with a temperature sensor LM 35 by the method of on-off, while the motor speed by adjusting the pulse width or Pulse Width Modulation (PWM). The purpose of this tool is to optimize the work tools and allows an operator in the work. Tool consists of sensor pH sensor, temperature sensor LM 35, 12 Volt DC motor as the stirrer  and  two  solenoide. As  a  control  center  used microcontroll  AT  Mega  16,  both  as control of the heating, control of pH and speed of rotation of the motor.  The test results pH control 7 dengan time 0,7 hourss. Temperature control value that can be achieved is 30 ° C to 90 ° C with a tolerance of ± 2 ° C and 70% optimum pulse width (PWM).
Keywords : temperature sensor LM 35, selenoide valve, DC motor, method of on-off

## PENDAHULUAN
Era  modernisasi  ikut  berimbas terhadap  modernisasi  alat.  Teknologi telah  berkembang  dengan  sangat  pesat. Peralatan  yang  dulunya  digerakkan manual oleh manusia kini mulai terotomatisasi,  banyak  peralatan  pada saat  ini  dibuat  dengan  menggunakan otomatisasi.  Mulai  dari  alat-alat  industri besar  hingga  sektor  lain  yang  lebih  kecil telah  menggunakan  otomatisasi,  karena dengan  otomatisasi  pekerjaan-pekerjaan yang  dilakukan  akan  menjadi  lebih
mudah,  effisien  dan  lebih  produktif. Proses otomatisasi mesin dikenal dengan istilah  sistem  kontrol  atau  ada  juga  yang menyebut  sistem  pengendalian.  Sistem pengendalian  ini  erat  kaitannya  dengan mengefisiensikan  dan  mengoptimalkan kerja  mesin  agar  mampu  diatur  sesuai dengan apa yang
diharapkan.
Pengendalian  yang  dapat  menggantikan kerja  manusia  dapat  menghemat  biaya dan  tenaga.  Peralatan  –  peralatan  seperti pada  industri  maupun  lab  kimia  yang menggunakan  pemanas,  pengaduk  dan
peralatan  yang  memerlukan  ph  yang konstan  membutuhkan  suatu  sistem kontrol  yang  dapat  mengoptimalkan kerjanya  dan  memudahkan  operator dalam bekerja.
Koagulator  adalah  merupakan alat  pemisah  yang  berfungsi  untuk mencampur  secara  cepat  antara  partikel koloid  tersuspensi  dengan  partikel  lain yang  terlarut  sehingga  tercipta  larutan yang  homogen,  sedangkan  pengertian koagulasi  merupakan  proses  dimana terjadi  penggumpalan  partikel  koloid karena penambahan bahan kimia sehingga partikel-partikel tersebut bersifat  netral  dan  membentuk  endapan karena adanya gaya gravitasi (1) . Koagulasi  akan  membuat  partikel  koloid yang  semula  stabil  menjadi  tidak  stabil karena  adanya  penambahan  bahan  kimia dan  proses  pengadukan,  ada  tiga  faktor yang  menentukan  keberhasilan  proses koagulasi  yaitu  :  jenis  bahan  kimia  yang ditambahkan,  dosis  pembubuhan  bahan kimia, dan pengadukan dari bahan kimia. Bahan  kimia  yang  dipakai  pada  proses koagulasi  ini  disebut  koagulan,  koagulan berfungsi untuk mendestabilisasi parttikel koloid tersuspensi dan mempercepat  laju  pembentukan  flok-
flok. Koagulasi dibagi menjadi dua yaitu koagulasi  secara  fisika  dan  koagulasi secara  kimia.  Kemudian  fungsi  dari proses  ini  antara  lain  adalah  mengurangi kekeruhan,  mengurangi  warna,  rasa  dan bau, dan juga mengurangi bakteri-bakteri patogen dalam partikel koloid (1)

## LANDASAN TEORI
Pada  penelitian  ini  digunakan mikrokontroler ATMega16 yang didukung  oleh  rangkaian  minimum sistem  untuk  melaksanakan  fungsinya sebagai    pusat  control  dari  keseluruhan alat yang dibuat. Pada rangkaian ini akan ditanamkan  program.  Program  inilah yang  nantinya  akan  mengerjakan  apa yang  menjadi    tujuan  dari  penelitian  ini. Error!  Reference  source  not  found. adalah skema minsys ATMega16 (2)
MIKROKONTROLER PortC 0...7 LCD PortA 1 Sensor LM 35 PortA 2 Sensor pH PortB 0...3
Push Button Up, Down, Ok, dan Cancel PortD 6&7 Relay solenoid asam & basa PortD 5 Driver Motor PortD 4 Relay Pemanas

## Gambar 1 Blok diagram mikrokontrol

## Pengendalian  “On-Off”
Pengendalian on-off hanya  bekerja  pada dua  posisi,  yaitu  posisi  “ on ”  dan  posisi “ off ”.  Pada  pengendalian on-off, kontrol tidak  akan  pernah  bekerja  di  daerah  0 sampai  100%.  Karena  kerjanya  yang on- off ,  hasil  pengendalian  pengendali on-off menyebabkan proses variable yang bergelombang,  tidak  pernah  konstan. Perubahan  proses  variabel  akan  seirama dengan  proses final  control  element. Besarnya fluktuasi process variable
ditentukan  oleh  dimana controller “on” dan titik dimana “off ”(3) (Gunterus, 1997)

## Sensor temperatur.
Temperatur  dikenal  sebagai  ukuran panas atau dinginnya suatu benda. Secara lebih tepat, temperatur merupakan ukuran energi kinetik molekuler internal rata-rata sebuah  benda.  Definisi  dan  penentuan temperatur  merupakan  suatu  hal  yang sulit.  Sebagai  contoh,  cukup  sulit  untuk mendefinisikan temperatur agar termometer  yang  berbeda  akan  saling sesuai  dalam  pengukuran  temperatur suatu  zat  (Tripler,  1998).    Sensor  LM35 bekerja  dengan  mengubah  besaran  suhu menjadi  besaran  tegangan.  Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan  100°C  setara  dengan  1 volt.  Sensor  ini  mempunyai  pemanasan diri (self  heating) kurang  dari  0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal.
IC  LM  35  sebagai  sensor temperatur  yang  teliti  dan  terkemas dalam  bentuk Integrated  Circuit (IC), dimana  output  tegangan  keluaran  sangat linear  terhadap  perubahan  temperatur. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran  fisis  temperatur  ke  besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar  10  mV  /°C  yang  berarti  bahwa kenaikan  temperatur  1°  C  maka  akan terjadi  kenaikan  tegangan  sebesar  10 mV (4) (National  Semiconductor,  2000). Gambar  2.    adalah  betuk  fisik  dari  LM 35.
Gambar 2. Bentuk Fisik LM 35 (4)

## Sensor pH
Karena  konsentrasi  ion  H+  dan  OH- dalam  larutan  air  sangat  sulit  di  ukur, biokimiawan Denmark  Soren  Sorensen pada  tahun  1909  mengajukan  cara pengukuran  yang  lebih  prakstis,  yang disebut  pH (5) .  Karena  larutan  pH  pada dasarnya  hanyalah  suatu  cara  untuk menyatakan  konsentrasi  ion  hidrogen, larutan  asam  dan  basa  pada  25  °C  dapat didefiniskan  berdasarkan  nilai  pH-nya, seperti berikut [5]
Larutan asam:  [H+] > 1,0x10 -7 M. pH < 7
Larutan basa:   [H+] < 1,0x10 -7 M. pH > 7
Larutan netral: [H+] = 1,0x10 -7 M. pH = 7
Agar pH dapat diukur maka digunakanlah pH meter. Di dalam alat pH
meterseperti  pada  Gambar  3.    terdapat sensor  pH.  Sensor  pH  bekerja  dengan merubah  besaran  yang  terdeteksi  pada cairan  kimia  menjadi    besaran    listrik untuk kemudian ditampilkan pada lcd.
Gambar 3. PH meter analog
Pulse Width Modulation (PWM).
Pulse  Width  Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan  dengan  pulsa  dalam  suatu perioda,  untuk  mendapatkan  tegangan rata-rata  yang  berbeda.  Beberapa  contoh aplikasi  PWM  adalah  pemodulasian  data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau  tegangan  yang  masuk  ke  beban, regulator  tegangan,  audio  effect  dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. Aplikasi  PWM  berbasis  mikrokontroler biasanya  berupa  pengendalian  kecepatan motor  DC,  pengendalian  motor  servo, pengaturan  nyala  terang  LED  dan  lain sebagainya. Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan
frekuensi  dasar  yang  tetap,  namun memiliki  lebar  pulsa  yang  bervariasi( 6) . Lebar  Pulsa  PWM  berbanding  lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, Sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty  cycle bervariasi  (antara  0% hingga  100%).  Seperti  terlihat  pada Gambar 4.

## Gambar 4. Pulsa PWM

## Solenoide valve
Solenoid  valve  adalah  katup yang  digerakan  oleh  energi  listrik,
mempunyai kumparan sebagai penggeraknya  yang  berfungsi  untuk menggerakan piston yang dapat digerakan  oleh  arus  AC  maupun  DC,
solenoid  valve atau  katup  ( valve ) solenoida    mempunyai  lubang  keluaran, lubang  masukan  dan  lubang exhaust , lubang  masukan,  berfungsi  sebagai terminal  /  tempat  cairan  masuk  atau supply ,  lalu  lubang  keluaran,  berfungsi sebagai  terminal  atau  tempat  cairan keluar  yang  dihubungkan  ke  beban, sedangkan  lubang exhaust ,  berfungsi sebagai  saluran  untuk  mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah  posisi  ketika solenoid  valve bekerja. Error!  Reference  source  not found. .  adalah  gambar  dari solenoide valve (7) (Sutopo, 2012).
Gambar 5.  Solenoide

## PERANCANGAN DAN
KONSTRUKSI :

## Perancangan Perangkat Keras
Tujuan penelitian ini adalah  perancangan pengendalian    pH,  temperatur  dan kecepatan  putaran  motor  pada  tabung koagulator. Set  point pH  adalah  besaran yang ditentukan yang akan diterjemahkan oleh  mikrokontrol  melalui  aktuator  serta sensor  sebagai  umpan  balik,    untuk mencapai  batasan  yang  telah  ditentukan. Adapun  blok  diagram  elektronik    seperti pada Gambar 6. Sensor pH Sensor Suhu Input Motor Signal Conditioning Signal conditioning ADC Mikrokontroler Solenoide Asam/Basa Penampil Relay Pemanas Driver Motor DC
Gambar 6. Blok diagram sistem pengendali pH.

## Konstruksi alat
Gambar  7.  Adalah  merupakan pengaduk  kimia  atau  koagulator,  akan mengendalikan  temperatur  dan  pH  yang dinginkan,  temperatur  dapat  diatur  dari dari  30 0 C  sampai  dengan  90 0 C. Selanjutnya  kendali  pH  cairan  dari  pH  3 sampai  dengan  pH  10,  serta  motor  dc sebagai  pengaduk  cairan.  Mikrokontrol sebagai  pengendali  dari  semua  perintah alat  lewat  tombol  tombol  sebagai perintah.  Untuk  sensor  pH  dengan menggunakan dua buah solenoide sebagai saklar yang dihubungkan dengan asam  atau  basa.  Pengendali  ini  akan digunakan pada tabung  koagulator.
Gambar 7. Skema  alat  koagulator  yang dibuat.
SOLENOID VALVE SOLENOID VALVE E-1 KRAN AIR MOTOR DC PANEL CONTROL ASAM BASA pH METER PEMANAS LM35 Gambar 7. Gambar alat koagulator.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1.Pengujian Sensor temperatur
Sebelum pengukuran dimulai
maka dilakukan uji banding  antara LM 35  sebagai  sensor  dengan    multimeter sanwa  PC520M      dianggap  sebagai kalibrator    dengan    tampilan  digital. Hasil  ukur  dari  masing  masing  alat tersebut dapat  dibaca serta  dilihat pada Gambar 8.
0 20 40 60 80 100 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 Te m pe ra tur ( C ) waktu (menit) Perbandingan  LM 35 dengan Multi meter PC 520 LM 35 (°C) Sanwa PC 520M (°C)
Gambar 8.  Grafik perbandingan temperatur pada LM 35, multimeter sanwa PC520M 0 20 40 60 80 100 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 Te m pe ra tur ( C ) waktu (menit) Perbandingan  LM 35 dengan Multi meter PC 520 LM 35 (°C) Sanwa PC 520M (°C)
Gambar . terlihat keluaran dari sensor temperatur LM35 menunjukan hasil yang hapir  sama  dengan  thermokopel  pada sanwa multimeter. Hal tersebut menunjukan  bahwa  pembacaan  yang dilakukan  oleh  sensor  LM35  sesuai dengan  temperatur  yang  sebenarnya dengan kesalahan sebesar 5°C.

## 2.Pengujian  Kestabilan  Pengendalian temperatur
Pengujian  kestabilan  ini  dilakukan dengan cara mengamati proses pengendalian dengan mencatat suhu yang tertampil  pada saat proses  pengendalian berlangsung.  Langkah pengujian:
a.  Atur  temperatur    yang  diinginkan dengan mengatur set poin b.  Catat waktu perubahan temperatur
Pengujian  dilakukan  pada    set  point 40  °C,    Lama  pengambilan  data setelah  mencapai  titik  point  yang diinginkan adalah 20 menit.
Kestabilan pengendalian temperatur dapat  dilihat  pada  Gambar  9.  Dari pengujian  yang  dilakukan  didapatkan hasil  pengendalian  yang  stabil  dengan toleransi  ±  2  °C.      Sebagai  contoh  pada pengendalian suhu 40 0 C selama 20 menit hasilnya  dapat  dilihat  pada  Gambar  9. Dari  hasil  tersebut  kemudian  dilakukan
konversi  di  dalam    program  sehingga temperatur dapat dibaca secara digital.
0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 Te m p er a tu r Waktu (Menit)
Gambar 9. Set temperatur 40 0 C

## 3.Pengukuran dengan Sensor pH
Pada  pengukuran    sensor  pH  ini dilakukan  dengan  membaca  pH  cairan yang  terbaca  pada  pH  meter  analog kemudian dibandingkan dengan pembacaan Analog  To  Digital  Converter (ADC).  Selanjutnya  data  yang  didapat diolah sehingga diperoleh suatu pembacaan  pH  secara  digital.  pH  yang dapat  diukur  hanya  dalam  rentang    pH  3 sampai dengan pH 10, hal ini dikarenakan  karena  spesifikasi  yang dimiliki  oleh  sensor  pH  yang  digunakan hanya  mampu  mengukur  pH  dengan rentang tersebut.
Langkah pengukuran :
a.  Atur output dari diferensial  amplifier agar  tegangan  keluaran  pada  saat  pH tertinggi  (pH  10)  adalah  0,  untuk pembacaan tegangan maka output dari differential  amplifier dihubungkan  ke multimeter.  Hal  ini  dilakukan  agar mikrokontroler  tidak  mendapatkan tegangan negatif.
b.Catat pembacaan pH dan ADC dari pH
3 sampai pH 10.
Tabel 1 Perbandingan pH dengan adc ADC pH 330 10 360 9,0 390 8,0 410 7,0 450 6,0
500 5,0 560 4,0
Data dalam Tabel 1  tersebut kemudian dilakukan konversi di dalam perangkat lunak  sehingga pH dapat dibaca secara digital.

## 4. Pengujian pengendalian
Pengendalian  pH  dari  3  sampai dengan pH10. Hasil yang diperoleh pada tabel  2,    nilai  pH  3  terdapat    nilai    yang beberda  yaitu  2,8,    yang  berarti  terdapat toleransi  0,2.  Ini  merupakan  toleransi yang  terbesar  diantara  hasil  yang diperoleh sedangkan untuk Ph 10 dengan toleransi 0,1.
Tabel  1 hasil uji  pengendalian pH
5. Pengujian Kestabilan pengendalian

## pH
Pengujian dilakukan dengan memperhatikan  perubahan  pH  terhadap waktu  dan  set  point  yang  diinginkan. Program yang dibuat untuk mengendalikan pH dibuat dengan rentang histerisis +/- 0,1, sehingga jika pH sudah mencapai  +/-  0,1  dari  pH    yang diinginkan maka selenoid  pH tidak akan menambahkan  cairan  asam/basa  lagi. Pada    saat    pengujian    pH  diatur  untuk tetap  konstan  pada  pH  7  yang  dimulai dari pH 4.
Langkah pengujian:
a.Atur  pH  yang  diinginkan  dengan mengatur set  point pH  (pada  saat
Set poin pH pH setelah dikendalikan Toleransi 3,0 2,8 -0,2 4,0 4,1 0,1 5,0 5,0 0,0 6,0 5,9 -0,1 7,0 7,1 0,1 8,0 8,1 0,1 9,0 9,0 0,0 10 9,9 -0,1
pengujian set  point diatur  pada  pH
7).
b.Catat waktu dan pembacaan pH.
Pengendalian  pH  pada set point pH  7 yang  dimulai  dari  ph  4.  Dilakukan pengambilan data setiap 6 menit serta diperoleh Gambar 6.
0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 pH Waktu (Jam) Gambar 6. pH 7
Gambar  6.  Adalah  pengaturan  pH  7 selanjutnya  adalah  set  point  pada  pH  7 yang  dimulai  dari  pH  4  maka  selenoide yang  bekerja  adalah  yang  berhubungan dengan asam.

## 6.  Pengujian  Pengaturan  Kecepa t an Motor
Dari  teori  tentang  PWM  yang  telah dipaparkan  sebelumnya  tentang  variasi nilai PWM yaitu “resolusi adalah jumlah variasi  perubahan  nilai  dalam  PWM tersebut.  Misalkan  suatu  PWM  memiliki resolusi  8  bit  berarti  PWM  ini  memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 2 8 = 256 variasi mulai dari 0– 255 perubahan nilai yang  mewakili duty  cycle 0  –  100% dari keluaran  PWM  tersebut (6) .  Dalam pembuatan  alat  ini  penulis  memakai PWM  dengan  resolusi  10  bit,  berarti PWM  ini  memiliki  nilai  variasi  2 10 = 1024,  dengan  variasi  dari 0  –  1023  yang mewakili duty  cycle 0–100%.    PWM diuji  tidak  dari  range  0%  sampai  100% karena  dibutuhkan  arus  yang  besar  pada saat duty cycle PWM dibawah 70% yaitu dapat  mencapai  lebih  dari  5 A.  Jika  arus lebih dari 5A  melewati rangkaian driver motor,  maka  rangkaian  tersebut  akan
rusak,  karena  trafo  yang  digunakan mempunyai  spesifikasi  hingga  5A  saja. dengan  memvariasikan  PWM,  semakin besar  PWM  semakin  besar  pula  RPM yang dihasilkan.

## KESIMPULAN
Telah berhasil dirancang dan dikonstruksi    sistem  pengendali  pH, Temperatur  dengan  sonsor  LM  35  dan pengaturan  putaran  motor    dengan PWM  .    Dengan    metode on-off pH dapat  dikendalikan  dari  3  sampai dengan  pH  10.    Dari  pengukuran  pH dengan set  poin t  pH7  diperoleh    waktu stabil  0,7  jam.  Sedangkan  pengauturan kecepatan  motor  dengan  PWM  pada angka  70  %  dengan  arus  5  A.  Untuk pengendalian  suhu    30 0 C  mulai  stabil dibutuhkan waktu 5 menit.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Nur fajri arifiani Jurnal PRESIPITASI Vol. 3      No.2 September 2007, ISSN 1907-187X [2] Atmel. (2010). 8 bit AVR Microcontroller  with  16k  Bytes in-System  Programable  Flash (1 ed.). Amerika: Atmel.
[3] F.  Gunterus,  Filsafah  Dasar  Sistem Pengendalian  Proses,  Jakarta:  PT. Media Elex Computindo, 1997.
[4]  National Semiconductor,  “LM35 Precision Centigrade Temperatur Sensors,” Texas Instruments, 2005. [5]  R.  Chang,  Kimia  Dasar  :  Konsep- konsep Inti, Jakarta: Penerbit Erlangga, 2005. [6]  M. Z. Andri, “Pulse Width Modulation  (PWM),”  25  November 2013. [Online]. Available: http://andri_mz.staff.ipb.ac.id/pulse- width-modulation-pwm/.  [Diakses  5 Juli 2014].
[7]          Sutopo  teori  tentang  Solenoide tahun 2012 ss