Copyright © 2020, JPLP, e ISSN 2654-251X
Rancang Bangun Aplikasi Jam Tangan Pranata Laboratorium Pendidikan dengan Kemampuan Waterpas Tiga Dimensi untuk Mengatur Sambungan Modul Uji Pembebanan Motor
Mochammad Darwis a , Aris Eko Saputro b
a Departemen Tehnik Elektro, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya E-mail : mdarwis@staff.pens.ac.id
b Departemen Tehnik Elektro, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya E-mail : aris_eko@staff.pens.ac.id
Received: 7 th July 2020; Revised: 14 th July 2020; Accepted: 29 th July 2010;
Available online: 8 th August  2020; Published regularly: July 2020

## Abstract
When  testing  the  loading of an  electric  machine,  we  often  experience  problems  in  finding  a  tool  to  see  the precision of the connection between the shaft of an electric machine. Shaft connections that are not straight and not right in the middle can damage  the shaft of the  rotating  engine and the engine being rotated. This research is the development of previous research that uses Android phone as a tool. By reading the value of the orientation sensor on an android phone, we can measure the angle of rotation on the x, y and z axes. The Watpasdroid application will display  the  value  on  each  axis.  This  application  has  also  been  used  in  the  Electric  Driving  Laboratory  at  the Surabaya State Electronic Polytechnic (PENS), to check the connection (coupling) between an electric motor and a magnetic load (dynamo meter). The size of a cellphone that is still too large is sometimes  become a problem  if the surface being measured is narrow. So we uses a wristband-shaped watch module that already has a gyro sensor and can be programmed according to our need. The size is almost 1/12 of ordinary cellphones. The M5Stick-C module is used to compare the gyro reading value displayed by the wristband. To test the quality of motor joint which  flatness checks have been assisted by using a wristband, a thermal observation camera is used. This application, does not rule  out,  can  be  used  in  other  laboratories  for  the  purpose  of  checking  the  plane  levelness  or  equality  in  two dimensions or three dimensions.
Key Words : Smart Wristband, shaft connection, orientation sensor, waterpas, gyro sensor

## Abstrak
Pada  saat  menguji  pembebanan  sebuah  mesin  listrik,  kita  sering  mengalami  kendala  dalam  mencari  alat untuk melihat kepresisian sambungan antar poros sebuah mesin listrik. Sambungan poros yang tidak lurus dan tidak tepat tengah dapat merusak poros mesin pemutar maupun mesin yang diputar. Penelitian ini adalah pengembangan penelitian  sebelumnya  yang  menggunakan  ponsel  android  sebagai  alat  bantu.  Dengan  membaca  nilai  sensor orientasi  di  ponsel  android,  kita  bisa  mengukur  berapa  sudut  putar  pada  sumbu  x,  y dan  z.  Aplikasi  Watpasdroid akan  menampilkan  nilai  pada  tiap  sumbu.  Aplikasi  ini  juga  sudah  digunakan  pada  laboratorium  Pengemudian Elektrik  di  Politeknik  Elektronika  Negeri  Surabaya  (PENS),  untuk  memeriksa  sambungan  (kopel)  antara  motor listrik  dengan  beban  magnetis  (dinamo  meter).  Ukuran  ponsel  yang  masih  terlalu  besar  kadang  menjadi  kendala jika bidang yang diukur berukuran sempit. Sehingga digunakan modul jam tangan berbentuk wristband yang sudah memiliki  sensor  gyro  dan  dapat  diprogram  sesuai  keinginan  kita.  Ukurannya  hampir  1/12  dari  ponsel  biasa. Digunakan modul M5Stick-C untuk membandingkan nilai hasil pembacaan gyro yang ditampilkan  oleh wristband.
Untuk menguji kualitas sambungan  motor yang pemeriksaan kerataannya sudah dibantu menggunakan wristband, digunakan kamera pengamatan thermal. Aplikasi ini, tidak menutup kemungkinan, bisa dipakai pada laboratorium lain untuk kepentingan memeriksa kerataan atau kesetaraan bidang secara dua dimensi atau tiga dimensi.
Kata Kunci : Smart Wristband, sambungan poros, sensor orientasi, waterpas, sensor gyro

## PENDAHULUAN
Seorang pranata laboratorium yang berkecimpung dalam bidang teknik aplikasi mesin listrik sering mengalami  mengalami  kendala  dalam  mencari  alat  untuk  melihat  kepresisian  sambungan  antar  poros sebuah  mesin  listrik  dengan  peralatan  yang  lain.  Terutama  pada  saat  melakukan  bongkar  pasang  mesin listrik untuk menguji pembebanan pada mesin listrik.  Gambar 2. adalah contoh mekanisme mesin listrik yang  membutuhkan  kepresisian  sambungan,  yang  digunakan  di  laboratorium  pengemudian  elektrik  di kampus Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS).
Sambungan  poros  yang  tidak  lurus  dan  tidak  tepat  tengah  akan  merusak  poros  mesin  pemutar maupun  mesin  yang  diputar.  Dampak  lainnya  adalah  peningkatan  suhu  peralatan  dan  konsumsi  daya listrik  yang  besar.  Water  pas  atau  penggaris  yang  biasa  dipakai,  hanya  mengukur  kerataan  bidang  pada satu bidang saja dan biasanya bidang horisontal. Meskipun saat ini ada waterpas yang terdiri dari dua atau tiga tabung zat cair seperti gambar 3., tetapi tingkat kepresisian pengukurannya rendah. Modul laser shaft alignment  (gambar  4.)  yang  memiliki  tingkat  kepresisiannya  tinggi,  harganya  sangat  mahal. Pengadaannya di laboratorium mengalami kendala dalam hal biaya.
Pranata Laboratorium harus memenuhi Pengembangan Profesi melalui pembuatan karya ilmiah dan teknlogi tepat guna. Hal ini mendorong penciptaan alat bantu baru untuk membantu kerja PLP, penelitian dosen  dan  tugas  akhir  mahasiswa.  Kita  harus  bisa  menciptakan  peralatan  dengan  harga  terjangkau  dan menyempurnakan  peralatan  yang  ada,  mendekati  fungsi  dan  hasil  dari  peralatan  yang  lebih  mahal  dan lebih presisi.

## Gambar  1.  Pengembangan  hasil  penelitian  sebelumnya  menggunakan  sensor  yang  digabungkan  dengan  aplikasi android (kiri) Waterpas digital menggunakan Smart Wristband (kanan)
Pada  penelitian  sebelumnya,  digunakan  sebuah  ponsel  android  dan  sebuah  aplikasi  yang dijalankan  padanya.  Aplikasinya  dinamakan  WatPasDroid.  Ini  merupakan  aplikasi  sederhana  berbasis android yang dikembangkan untuk membantu kelancaran tugas pranata laboratorium dalam hal mengukur tingkat kepresisian sambungan motor listrik. Dengan sifatnya yang mobile (bisa digunakan kapan saja dan dimana saja) dan tanpa tambahan peralatan atau sensor yang lain. Dengan membaca nilai sensor orientasi di ponsel android, kita bisa mengukur berapa sudut putar pada sumbu x, y dan z. Tingkat kepresisian yang
tinggi  dan  kesederhanaan menjadi  nilai  tambah  aplikasi  Watpasdroid.  Tidak  perlu  menambah  perangkat lain. Ponsel Android cukup diletakkan pada bidang yang akan diukur.Watpasdroid sudah digunakan pada laboratorium Pengemudian Elektrik di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS), untuk memeriksa sambungan (kopel) antara motor listrik dengan beban magnetis (dinamo meter).
Gambar 2. Modul motor dan generator (kiri) Modul uji pembebanan motor (kanan)
Gambar 3. Modul waterpas yang menggunakan zat cair (kiri) Modul waterpas digital (kanan)
Gambar 4. Modul Laser Shaft Alignmnet
Gambar 5. Seorang operator menggunakan Modul Laser Shaft Alignment
Namun,  ukuran  ponsel  yang  masih  terlalu  besar  kadang  menjadi  kendala  jika  bidang  yang  diukur berukuran  sempit.  Sehingga  digunakan  modul  jam  tangan  berbentuk  wristband  yang  sudah  memiliki sensor  gyro  dan  dapat  diprogram  sesuai  keinginan  kita.  Ukurannya  hampir  1/12  dari  ponsel  biasa. Digunakan  modul  M5Stick-C  untuk  membandingkan  nilai  hasil  pembacaan  gyro  yang  ditampilkan  oleh
wristband.  Untuk  menguji  kualitas  sambungan  motor  yang  pemeriksaan  kerataannya  sudah  dibantu menggunakan wristband, digunakan kamera pengamatan thermal. Sama seperti penelitian sebelumnya.

## BAHAN DAN METODE

## Lokasi Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium  Pengemudian  Elektrik,  Politeknik  Elektronika  Negeri Surabaya.

## Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : Modul Lilygo T-Wristband, Program Arduino IDE versi 1.8, Modul M5Stick-C dan kamera thermal imaging HT-02.
Gambar 6.  Lilygo T-Wristband (versi dengan sensor 9-axis MPU9250) (kiri) dan  baterai dan sistem pengisiannya melalui port USB (kanan)
Gambar 7. IC sensor 9-axis LSM9ds1

## Gambar 8.  IC Touch TTP223
Layar  pada  T-Wristband  bukanlah  layar  sentuh,  jadi  untuk  pengendali  tampilan  atau  jalannya program  dibutuhkan  sebuah  tombol.  T-Wristband  hanya  dilengkapi  sebuah  tombol  kapastif  yang dibangun  dari  IC  TTP223  seperti  pada  gambar  8.    Seperti  layaknya  Wristband  pada  umumnya,  T- Wristband sudah dilengkapi dengan RTC (Real Time Clock) untuk menampilkan jam dan tanggal.

## Tahapan Penelitian
Penelitian  ini  terdiri  dari  beberapa  tahapan  yaitu  mulai  memahami  karakteristik  dari  sensor orientasi  LSM9ds1  sampai  dapat  membandingkan  data  orientasi  sumbu  saat  ini.  Setelah  mempelajari literatur  dan  materi-materi  yang  tersedia,  dimulailah  perencanaan  dan  pembuatan  aplikasi.  Inti  dari aplikasi  ini  adalah  pembacaan  sensor  orientasi  yang  secara  default,  sudah  terpasang  pada  modul  T- Wristband.  Cara  kerja  dan  parameter  sensor  orientasi,  hampir  sama  dengan  sensro  gyro  yang  terdapat pada pesawat terbang.
Gambar 9. Sensor gyro pada pesawat terbang
Dalam sensor gyro, terdapat istilah parameter Roll, Yaw dan Pitch sebagai parameter orientasi di sumbu X, Z dan Y (gambar 9.). Ada beberapa kesalahan penyambungan poros yang dapat terjadi, seperti yang ditunjukkan pada gambar 10 an 11.
Gambar 10. Kesalahan alignment (pelurusan) poros secara vertikal  (dilihat dari sisi samping) (sumber:  A Practical Guide to Shaft Alignment)
Gambar 11. Kesalahan alignment (pelurusan) poros secara horisontal
(dilihat dari sisi atas)
Ada dua masalah pelurusan, jika dilihat dari orientasinya. Yaitu kesalahan pelurusan poros secara vertikal  (gambar  10.)  dan  kesalahan  pelurusan  secara  horisontal  (gambar  11.).  Terkadang,  hanya  terjadi masalah pelurusan di salah satu orientasi. Tetapi tidak menutup kemungkinan, terjadi masalah pelurusan di kedua orientasi.

## Gambar 12. Titik Uji Kerataan pada sebuah motor listrik (nampak atas)
Untuk penelitian kali ini, pelurusan poros diatur dengan mengukur kerataan tumpuan motor pada landasannya. Ada 4 (empat) titik uji yang akan diukur, seperti yang terlihat pada gambar 13. Keempat titik tersebut, harus mempunyai nilai orientasi yang sama. Jika ada nilai orientasi yang tidak sama, akan diatur dengan  mengencangkan  atau  mengendorkan  baut  penghubung  dan  atau  memberi  lempengan  penyangga tambahan.
Gambar 13. Pengaturan baut penghubung landasan motor listrik
Untuk  dapat  diprogram,  modul  T-Wristband  harus  dilepas  dari  strap  (gelang  karetnya)  dan dibuka.  Kemudian  dipasang  kabel  pipih  kecil  yang  menghubungkan  modul  programmer  dengan  PCB utama T-Wristband (gambar 14).
Gambar 14.  Proses Membongkar Lilygo T-Wristband agar dapat diprogram
Setelah itu, langkah selanjutnya adalah membuat program di Arduino IDE versi 1.8 (Gambar 15) dan dicompile dan didownloadkan ke modul T-Wristband (Gambar 16.). Hasil tampilan nilai dari sensor orientasi  harus  kita  kalibrasi  menggunakan  perangkat  standar  atau  perangkat  lain  yang  sudah distandarisasi. Pada penelitian ini digunakan modul Mstick-C yang memiliki display, sensor orientasi dan ukuran yang hampir sama (gambar 17.).
Gambar 15. Setting Device Manager (kiri) program Arduino IDE (kanan)
Gambar 16. Pemrograman Lilygo T-Wristband
MStick-C  memiliki  sensor  orientasi  dengan  jenis  Senodia  6-axis  attitude  sensor  dengan seri  SH200Q  (yang  terbaru  menggunakan  seri  MPU6886).  SH200Q  (MPU6886)  didalamnya memiliki gyroskop 3 sumbu dan akselerometer 3 sumbu.
Gambar 17. Modul MStick-C (kiri) dan perbandingan ukuran dengan T-Wristband (kanan)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
T-Wristband  dapat  diprogram  untuk  menampilkan  layar  awal  dengan  lambang  institusi,  tampilan jam dengan tanggalnya dan mode sensor orientasi sumbu seperti gambar  18. Jika akan digunakan untuk melakukan  pengukuran  orientasi  bidang  pada  tiga  sumbu,  dapat  dilepas  dari  strap  atau  gelang  karetnya dan diletakkan di permukaannya seperti gambar 19.
Hasil  perbandingan  nilai  pengukuran  sensor  orientasi  pada  T-Wristband  dengan  Mstick-C  dapat dilihat  hasilnya  pada Tabel  1.  Hasilnya  hampir  menunjukkan  nilai  yang  sama  (hanya  berbeda  satu  digit dibelakang koma). Hal ini berari bahwa T-Wristband dapat digunakan untuk melakukan pengukuran.
Gambar 18. Tampilan T-Wristband
Gambar 19. Modul inti T-Wristband dilepaskan dan digunakan sebagai waterpas digital 3 dimensi
Copyright © 2020, JPLP, e ISSN 2654-251X
Gambar 20. Tampilan gyroscope pada modul Mstick-C
Gambar 21. Beberapa kombinasi uji posisi untuk pengambilan data pengukuran
Tabel 1. Hasil Perbandingan pembacaan gyrocope
Posisi Ke- Nama Alat Nilai X (Roll) Nilai Y (Pitch) Nilai Z (Yaw) 1 T-Wristband 0.0 1.2 18.2 MStick-C 0.0 0.9 17.5 2 T-Wristband 0.0 0.2 -17.7 MStick-C 0.0 0.2 -17.6 3 T-Wristband 0.0 1.2 46.0 MStick-C 0.0 0.7 46.2 4 T-Wristband 23.0 1.2 -1.7 MStick-C 22.6 1.1 -1.2 5 T-Wristband -15.4 1.2 -19.0 MStick-C -15.3 0.7 -18.6 6 T-Wristband 1.3 -13.7 34.8 MStick-C 1.8 -13.6 35.2 7 T-Wristband 2.3 12.8 26.5 MStick-C 2.7 12.7 27.0
Gambar 22. Modul Uji Pembebanan Motor di Laboratorium

## Pengemudian Elektrik di kampus PENS Surabaya
Untuk  melihat  sejauh  mana  kefektifan  pengaturan  pelurusan  sambungan  yang  sudah  kita  buat, kita  dapat  menggunakan  alat  thermal  vision.  Pada  penelitian  kali  ini  menggunakan  kamera  thermal sebagai  standar  pengukuran.  HT-02  adalah  kamera  pencitraan  inframerah  dengan  layar  LCD  berwarna berukuran  2.4  inci.Sebuah  kamera  pencitraan  termal  yang  menggabungkan  fungsi  pengukuran  suhu permukaan danpencitraan termal secara real-time. Kamera ini digunakan sebagai acuan standar dari hasil tangkapan  pemetaan  suhu  inframerah  yang  nantinya  dapat  menjadi  acuan  hasil  dari  alat  yang  kita  buat pada penelitian. Sambungan yang baik tidak akan menimbulkan suhu yang tinggi pada peralatan.
Modul  motor  listrik  kita  jalankan  dan  diamati.  Jika  terjadi  pemanasan  berlebih  di  sambungan maupun motor listrik (nampak warna yang lebih cerah, cenderung oranye muda mendekati putih), maka dipastikan  sambungan  yang  terjadi  kurang  baik  (kurang  lurus).  Lihat  gambar  24.  sebelah  kanan.  Jika sambungan  berwarna  gelap  (ungu),  maka  sambungan  yang  terjadi  adalah  baik,  karena  tidak  terjadi pemancaran kalor yang berlebihan.
Gambar 23. Kamera Thermal HT-02 dan contoh tes data thermalnya
Gambar 24. Hasil Thermal Vision pada sambungan yang diluruskan dengan baik (kiri) dan yang tidak baik (kanan) dilihat dari samping
Gambar 25. Hasil Thermal Vision pada sambungan motor (dilihat dari atas)

## KESIMPULAN
Dengan  menggunakan  T-Wristband  sebagai  aplikasi  pengganti  aplikasi  WatPasDroid  yang  sudah dibuat sebelumnya, akan membuka pengembangan alat penguji kepresisian sambungan poros mesin listrik menggunakan  media  baru  yang  dapat  digunakan  dimana  saja  dan  kapan  saja.  Aplikasi  ini  juga  dapat dikembangkan  lebih  lanjut  untuk  menyesuaikan  tugas  dan  kebutuhan  tiap  laboratorium  dan  tugas  tiap pranata laboratorium yang berbeda. Menggunakan T-Wristband ddikembangkan dengan program Arduino IDE yang mudah dan memakan waktu yang singkat.
Banyak cara untuk mengembangkan aplikasi ini. Aplikasi ini dapat juga dikembangkan tergantung dari  jenis  laboratorium  yang  menggunakannya.  Berbagai  metode  pengujian  yang  lain,  dapat dikembangkan dan diujikan, agar  mendapat hasil pengukuran yang lebih baik.Salah satu pengembangan lebih lanjutnya adalah penggunaannya untuk mengukur kerataan permukaan bangunan di teknik sipil.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terimakasih  disampaikan  kepada  Kepala  Laboratorium  Pengemudian  Listrik  di  Politeknik Elektronika Negeri Surabaya atas fasilitas laboratorium dan peralatannya.

## DAFTAR PUSTAKA
Asep Rachmat ST. MT., Ade Ruhama ST., Perancangan dan Pembuatan  Alat Uji Motor Listrik Induksi AC  3  Fasa  Menggunakan  Dinamometer Tali  (Rope Brake  Dynamometer), Jurnal J-ENSITEC  01, 2014, Fakultas Teknik, Universitas Majalengka
Lijesh  K.P.,  Harish  Hirani,  A  Comparative  Study  on  Shaft  Alignment  Systems  (SAS),  International Journal of Current Engineering and Technology Vol.5, No.2, April 2015, Mechanical Engineering Department, Indian Institute of Technology, Delhi, New Delhi, India
Mochammad Darwis, Aplikasi Waterpas Tiga Dimensi berbasis Android (Watpasdroid) di Laboratorium Pengemudian  Elektrik,  Program  Studi  Teknik  Elektro  Industri,  Politeknik  Elektronika  Negeri Surabaya, JIPEL UINSUKA Yogyakarta 2016.
Mu  Li,  Wang  Xinwei,  The  Design  and  Develop  of  A  Laser  Shaft  Alignment  Instrument  Based  on  The Two Dimensional PSD, International Journal of Intelligent Engineering & Systems, Department of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, LiaoNing Shenyang, China
Pruftechnik Ltd.(2002) A Practical Guide to Shaft Alignment , Edisi ke 4, Ludeca Inc.
Shofan Syukri, Analisis Penyimpangan Batas toleransi alignment poros motor listrik dan Positive Pump di PT.  Indolakto  Purwosari,  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin,  06  Agustus  2015,  Jurusan  Teknik  Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Malang, Malang.