## Rancang-bangun Alat Ukur Kadar Pati Ubi Kayu Menggunakan Loadcell dan Arduino Berdasarkan Metode Spesific Gravity

## Prima Aprilliana, Amir Supriyanto, dan Arif Surtono
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung Jl. SoemantriBrojonegoro No. 1 Gedong Meneng Bandar Lampung 35145
Intisari: Telah direalisasikan alat yang ukur kadar pati ubi kayu secara digital berdasarkan metode spesific grav- ity. Alat dirancang menggunakan sensor massa loadcell, Analog to Digital Converter (ADC) HX711, pengolah data Arduino UNO, serta penampil data LCD dan personal computer. Prinsip alat ini menggunakan metode spesific gravity, yaitu mengukur perbedaan massa ubi kayu di udara dan di air.  Kadar pati ubi kayu dihitung dengan menggunakan persamaan kadar pati Sungzikaw oleh mikrokontroler Arduino dan ditampilkan pada LCD. Hasil pengujian menunjukkan alat mampu mengukur kadar pati ubi kayu dengan kapasitas maksimum 2,2 kg dan persentase kesalahan rata-rata sebesar 1,4515%.
Kata kunci: kadar pati, loadcell , arduino uno
Abstract: It has been realized an instrument for measuring cassava starch content digitally based specific gravi- ty  method.  The  instrument  is  designed  using  loadcell  as  mass  sensor,  Analog  to  Digital  Converter  (ADC) HX711, Arduino Uno as data processor, LCD, and personal computer.  The principles of this instrument is us- ing specific gravity method, which are based on differences of cassava mass in the air and in the water. Cassa- va  starch  content  calculated  using  Sungzikaw  equation  by  microcontroller  Arduino  and  displayed  on  LCD. The result showed that the instrument capable measure cassava starch content with maximum capacity of 2,2 kg and average error percentage of 1,4515%.
Keywords: cassava starch, loadcell, arduino uno
Email: primaaprilliana@gmail.com, arif.surtono@fmipa.unila.ac.id

## 1 PENDAHULUAN
bi kayu merupakan tanaman tropis yang memi- liki  daya  adaptasi  cukup  tinggi,  baik  terhadap iklim  maupun  jenis  lahan  yang  kurang  subur (Wargiono,  1996).  Berdasarkan  perkembangan  tek- nologi, ubi kayu dijadikan bahan dasar pada industri makanan  seperti  sumber  utama  pembuatan  pati. Pemanenan ubi kayu yang tepat akan menghasilkan tapioka  dengan  kualitas  yang  baik  dan  kadar  pati yang  tinggi.    Waktu  panen  yang  terlalu  cepat  akan merugikan  karena  kandungan  kadar  pati  ubi  kayu masih rendah menyebabkan kualitas ubi kayu men- jadi  kurang  baik.  Ubi  kayu  merupakan  salah  satu jenis  umbi-umbian  yang  diduga  juga  mempunyai pola  hubungan  antara  tingkat  ketuaan,  kekerasan, dan  kandungan  pati  (Asnawi,  2003).  Umumnya dengan bertambahnya umur tanaman umbi-umbian akan  semakin  keras  teksturnya  karena  kandungan pati  yang  semakin  meningkat.  Akan  tetapi  apabila terlalu  tua  kandungan  seratnya  bertambah  sedang- kan  kandungan  pati  menurun  (Ishaq  et  al.,  2009). Waktu panen ubi kayu bervariasi tergantung varietas dan  kegunaannya,    umumnya  berkisar  antara  9-12
bulan (Suwarto, 2017). Rendahnya produktivitas ubi kayu  di  Provinsi  Lampung  disebabkan  antara  lain oleh  keterbatasan  penguasaan  teknologi  industri, keterbatasan  modal  usaha  tani,  manajemen  budi- daya yang belum efisien, serta tidak adanya jaminan pasar  yang  menyebabkan  lemahnya  insentif  harga yang diterima  petani akibat dari posisi tawar petani terhadap pabrik yang sangat rendah (Zakaria, 1997).
Pati  adalah  karbohidrat  (C 6 H 12 O 6 )  yang  terdiri atas  amilosa  dan  amilopektin.  Amilosa  merupakan bagian dari pati yang dapat larut dalam  air, namun Amilopektin  tidak  dapat  larut  dalam  air  (Herawati, 2011).  Pengukuran  kadar  pati  biasa  dilakukan  den- gan menggunakan beberapa metode yang berbeda- beda.  Pertama,  menggunakan  metode  oven.  Untuk mendapatkan nilai kadar pati pada proses oven, di- hitung secara manual dengan menggunakan metode dry metter, yaitu persentase perbandingan berat aw- al  sebelum  dioven  dan  akhir  setelah  dioven  yang masing-masing  data  berat  dikurangi  dengan  berat wadah  yang  digunakan  untuk  meletakkan  sampel ubi  kayu.  Kelemahan  dari  metode  ini  memerlukan banyak waktu dalam proses mendapatkan kadar pati serta tidak dapat dioperasikan di lapangan (Eniwati,
U
2014).  Kedua,  menggunakan  metode  kering,  yaitu mengukur  kekerasan  menggunakan  penetrometer. Kelemahan  dari  metode  ini  yaitu  sulitnya  kemam- puan  masuknya  jarum  penetrometer  kedalam  ubi kayu yang dikarenakan kerapatan antar granula pa- da ubi kayu tinggi, sehingga penggunaan alat ini sulit dilakukan pada umur panen ubi kayu yang semakin tua (Sabatini dkk, 2007).
Pada  penelitian  ini  dirancang  sebuah  alat  ukur kadar pati ubi kayu berbasis digital dengan menggu- nakan loadcell dan Arduino sebagai komponen uta- ma. Kadar pati diukur menggunakan metode spesific gravity .    Metode specific  gravity merupakan  suatu metode  yang  dilakukan  berdasarkan  perbedaan massa  ubi  kayu  di  udara  dan  di  air.    Penelitian  ini dilakukan  seiring  dengan  kemajuan  teknologi  yang membawa perubahan pada peralatan yang dulunya bekerja secara  analog  mulai dikembangkan  dengan teknik  digital.  Pada  penelitian  ini, loadcell berfungsi untuk mengukur massa sampel. Sedangkan Arduino sebagai  prosesor  yang  menghitung  nilai  kadar  pati dan  menampilkannya  secara  digital  pada  sebuah LCD  (Liquid  Crystal  Display).    Alat  pengukur  kadar pati  ini  didasari  atas  pemikiran  untuk  menciptakan sebuah alat ukur kadar pati ubi kayu yang memberi- kan hasil pengukuran dengan cepat dan mudah un- tuk dioperasikan di lapangan.

## 2 METODE PENELITIAN
Alat  dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah  sensor loadcell sebagai  pengukuran  massa ubi kayu, HX711 sebagai Analog to Digital Converter (ADC),  Arduino  UNO  sebagai  sistem  kontrol  dan pengendali  sistem  instrumentasi  pengukuran, Per- sonal  Computer (PC)  untuk  merancang  dan  men- download program  Arduino,  dan  LCD  sebagai  pe- nampil data.

## Perangkat Keras (Hardware)
Perangkat  keras  alat  ini  terdiri  dari  sensor loadcell, ADC HX711, Arduino Uno, LCD dan PC . Sensor load- cell memiliki 4 buah kabel yaitu merah sebagai pow- er suplay, hitam sebagai ground, putih dan hijau se- bagai  masukan  data  sensor  (Kusrianto  dan  Aditya, 2016).  Kemudian  sensor loadcell dihubungkan  den- gan  HX711,  yaitu  modul analog  to  digital  converter (ADC)  dengan  kepresisian 24-bit yang  didesain  un- tuk  sensor  timbangan  digital  dan  aplikasi industrial control yang  terkoneksi  dengan  sensor  jembatan atau  sensor  model  jembatan wheatstone (Kusrianto dan  Aditya,  2016).  Keluaran  dari  HX711  menjadi masukan  ke  Arduino  UNO.  Data  berupa  massa  ubi kayu di udara, massa  ubi kayu di  dalam air, spesific
gravity, dan  kadar  pati  ubi  kayu  akan  ditampilkan pada PC dan LCD. Diagram blok alat ukur kadar pati diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Blok Alat Ukur Kadar Pati Realisasi  alat  pada  penelitian  ini  terdiri  dari  unit masukan  yaitu  rangkaian loadcell dan  HX711  yang terhubung dengan Arduino, rangkaian push button, dan  rangkaian  penampil  data.  Rangkaian  keseluru- han  ditunjukkan  pada  Gambar  2.    Pada  rangkaian penampil  data  digunakan  LCD  16  x  2  dan  potensi- ometer  sebagai  pengatur  intensitas  cahaya  pada LCD.
Gambar 2. Skema Rangkaian Keseluruhan
Gambar 3. Racangan Alat Ukur Kadar Pati Ubi Kayu.
Perancangan  alat  secara  keseluruhan  seperti  pa- da  Gambar  3.  Perangkat  keras  ini  terdiri  dari  don- grak (1), bak berisi air (2), keranjang (3), loadcell (4) sebagai  pendeteksi  massa,  HX711(5)  sebagai  ADC, Arduino  dan  LCD  (6),  dan personal  computer(PC) (7).

## Perangkat Lunak
Pada penelitian ini digunakan mikrokontroler Ardui- no  UNO  untuk  membaca  input  dari loadcell ,  mem- proses input tersebut dan menghasilkan output akhir berupa  nilai  kadar  pati  ubi  kayu.    Diagram  alir  pe- rangkat  lunak  yang  diupload  ke  dalam  Arduino UNO seperti Gambar 4.
Gambar 4. Flowchart Program Alat Ukur Kadar Pati

## Menggunakan Arduino Uno

## Kadar Pati Ubi Kayu
Proses  pengambilan  data  pada  penelitian  ini  yaitu dengan menyiapkan ubi kayu yang sudah bersih dari sisa-sisa tanah yang menempel pada ubi kayu. Mele- takkan ubi kayu ke dalam keranjang ketika di udara untuk  mendapatkan  nilai  massa  ubi  di  udara.  Den- gan menggunakan dongkrak,  angkat bak  air hingga keranjang berisi ubi kayu masuk ke dalam air secara keseluruhan  hingga  air  kembali  tenang  untuk  men- dapatkan nilai massa ubi di dalam air. Terakhir yaitu Arduino  akan  memproses  untuk  mendapatkan  nilai kadar  pati  ubi  kayu  yang  akan  ditampilkan  pada LCD  dan PC. Nilai  kadar  pati  didapatkan  berdasar-
kan perhitungan menggunakan metode spesific grav- ity dan kadar pati dihitung menggunakan persamaan kadar pati Sungzikaw (Sungzikaw, 2008):
𝑆𝐺 = 𝑀𝑎 𝑀𝑎 −𝑀𝑤 (1) 𝐾𝑝 (%) = 𝑆𝐺−1,00906 0,004845 (2)
Ma = Massa Ubi Kayu di udara (kg);  Mw = Massa Ubi  Kayu  di  air  (kg);    SG  = Spesific  Gravity ;    Kp  = Kadar pati.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN

## Rangkaian Alat Lengkap
Tampilan rangkaian alat ukur dapat ditunjukkan pa- da Gambar 5 dan 6.
Gambar 5. Detail Alat Ukur Kadar Pati
Gambar 6. Detail Isi Kotak Komponen Alat ukur kadar pati ubi kayu dibuat dengan pan- jang 40 cm, lebar 40 cm, tinggi 80 cm, dan diameter keranjang  17  cm.  Kotak  komponen  dibuat  dengan Panjang 20 cm, lebar 20 cm, dan tinggi 6 cm. Tampi- lan kadar pati pada LCD dan PC dapat dilihat pada Gambar 7 dan 8.
Gambar 7. Tampilan Hasil di LCD
Gambar 8. Tampilan Hasil di PC (b)

## Kalibrasi Loadcell
Ketelitian alat ukur merupakan kemampuan dari alat ukur  untuk  memberikan  indikasi  pendekatan  terha- dap harga sebenarnya  dari objek yang diukur. Kali- brasi  dilakukan  dengan  cara  membandingkan  hasil pengukuran massa benda oleh alat ukur dengan alat ukur  massa  standar  yang  telah  terkalibrasi.  Persen- tase  kesalahan  pengukuran  alat  dihitung  sebagai berikut:
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 𝑚  𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛 −𝑚   𝑎𝑙𝑎𝑡 𝑚  𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛 × 100% (3)
Nilai  hasil  kalibrasi  pengukuran  massa  alat  den- gan pengukuran timbangan digital  dapat dilihat pa- da Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Kalibrasi Pengukuran Massa Alat
Pengukuran Massa (kg) Penyimpangan pengukuran (kg) % Kesalahan M acuan Alat ukur 0.000 0.000 0.000 0.000 0.050 0.050 0.000 0.000 0.100 0.100 0.000 0.000 0.200 0.200 0.000 0.000 0.500 0.493 0.007 1.400 0.600 0.598 0.002 0.333 0.700 0.694 0.006 0.857 0.800 0.788 0.012 1.500 0.900 0.890 0.010 1.111 1.000 0.985 0.015 1.500 1.050 1.036 0.014 1.333 1.200 1.185 0.015 1.250 1.500 1.483 0.017 1.133 1.700 1.679 0.021 1.235 1.750 1.727 0.023 1.314
2.000 1.976 0.024 1.200 2.200 2.169 0.031 1.409
Dari  data  pada  Tabel  1  didapatkan  persentase kesalahan rata-rata kalibrasi pengukuran massa den- gan loadcell yaitu 0,916%.

## Hasil Pengukuran Kadar Pati
Hasil pengukuran kadar pati ubi kayu menggunakan alat ukur dapat dilihat pada Tabel 2, sedangkan hasil pengukuran  kadar  pati  manual  dapat  dilihat  pada Tabel 3.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Alat Ukur Kadar Pati Ubi Kayu dengan Massa 2,2 kg Je- nis m di udara (Kg) m di air (Kg) SG Kp (%) Kp ±∆Kp A 2.200 0.183  1.090  17.031  17.031 ±0.002 B 2.202 0.086  1.040 6.504 6.5040 ±0.002 C 2.201 0.212  1.110  20.161  20.161 ±0.003
Tabel 3. Hasil Pengukuran Kadar Pati Ubi Kayu Manual dengan Massa 2,2 kg Je- nis   m (gr) m + air 250cc (gr) Vol. (cm 3 ) SG Pati Larutan (%) m pati larutan Kp ubi kayu (%) A 1878 2069 1937 1.0681 16.7500 324.4475  17.2762 B 1869 2064 2057 1.0034 6.0000 123.4200  6.6035 C 1862 2110 1953 1.0804 19.5000 380.8350  20.4530
Pada Tabel 2 dan Tabel 3  merupakan hasil pen- gukuran  kadar  pati  ubi  kayu.  Perbandingan  hasil pengukuran kadar pati yang dihasilkan tidak berbe- da jauh.

## Analisis Hasil Pegukuran Alat
Analisis hasil pengukuran dilakukan dengan menghi- tung besar persentase error yang dihasilkan oleh alat ukur kadar pati ubi kayu dengan acuan hasil pengu- kuran  kadar  pati  secara  manual.  Persentase error pembacaan  alat  dengan  massa  2,2  kg  dapat  dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Persentase error Pengukuran Kadar Pati Ubi Kayu
dengan Massa 2,2 kg Jenis Kp Alat (%) Kp Manual (%) %error A 17.0310 17.2762 1.4194 B 6.5040 6.60350 1.5072 C 20.1610 20.4530 1.4277 Rata-rata 1.4515
Hasil  pengukuran  kadar  pati  ubi  kayu  dengan massa  2,2  kg    cukup  baik  karena  nilai  kadar  pati yang  dihasilkan  alat  ukur  kadar  pati  tidak  berbeda jauh dari nilai kadar pati yang dihasilkan secara ma-
nual,  sehingga  persentase  kesalahan  pengukuran kadar  pati  yang  dihasilkan  kecil.  Persentase  kesala- han  rata-rata  alat  ukur  kadar  pati  ubi  kayu  yaitu 1,4515%.

## 4 SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan, disimpulkan metode spesific gravity dapat diaplikasi- kan pada alat ukur kadar pati ubi kayu secara digital dengan  menggunakan  Arduino  UNO.    Persentase kesalahan  rata-rata  alat  ukur  kadar  pati  yaitu 1,4515%. Loadcell dan  Arduino  dapat  digunakan sebagai  komponen  utama  dalam  rancang  bangun alat ukur kadar pati ubi kayu. Hasil pengukuran ka- dar  pati  ubi  kayu  menggunakan  perbandingan  dari hasil pengukuran kadar pati menggunakan alat ukur kadar pati dengan pengukuran secara manual tidak berbeda  jauh,  sehingga  persentase  kesalahan  pen- gukuran kadar pati yang dihasilkan kecil.

## REFERENSI _____________________________
[1] Wargiono, 1996, Bertanam Ubi-ubian , Penebar Swadaya, Jakarta
[2] Asnawi, R, 2003, Analisis Fungsi Produksi Usaha Tani Ubi Kayu dan Industri Tepung Tapioka Rakyat di Provinsi Lampung. Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Lampung, Jurnal Pengkajian dan Pengembangan Teknologi Pertanian ,vol. 6 , hal. 131-
140
[3] Ishaq, S., Rathore, H. A., Majeed, S., Awan, S., Zulfiqar, S., & Shah, A, 2009, The Studies on the Physico-Chemical and Organoleptic Characteristics of
Apricot ( Prunus armeniaca L .) Produced in Rawalakot , Azad Jammu and Kashmir During Storage. Pakistan Journal of Nutrition , vol 8 (6), hal 856 – 860
[4] Suwarto,  dan Elizabet S, 2017, Manajemen Panen dan Pasca Panen Ubi Kayu (Manihot esculenta Crantz) untuk Bahan Baku Industri Tapioka di Lampung, Jurnal Bul.Agrohorti , vol 5 (3), hal 400 – 409
[5] Zakaria, W. A, 1997, Analisis Penawaran dan Permintaan Produk Ubikayu di Provinsi Lampung , Tesis, Program Pascasarjana IPB, Bogor
[6] Herawati, H, 2011, Potensi pengembangan produk pati tahan cerna sebagai pangan fungsional, Jurnal Litbang Pertanian , vol 30 (4), hal 31 – 39
[7] Eniwati, 2014, Pengaruh Umur Pakai Pisau Pada Mesin Pemarut Singkong Terhadap Kadar Pati Yang Tertinggal Di Dalam Onggok Yang Dihasilkan Dari Industri Tepung Tapioka Rakyat, Skripsi, Universitas Lampung, Bandar Lampung
[8] Sabatini, Maya Ratna., Siti Nurjanah,  dan Susilawati, 2007, Prediksi Kadar Pati Ubi Kayu (Manihot Esculenta) Pada Berbagai Umur Panen Menggunakan Penetrometer, Jurnal Teknologi Dan Industri Hasil Pertanian , vol 12 (2), hal 65 – 73
[9] Kusrianto, M. dan Aditya S, 2016, Rancang bangun timbangan digital terintegrasi informasi BMI dengan keluaran suara berbasis Arduino Mega 2560, Jurnal Teknoin , vol 22 (4), hal 269 – 275
[10] Sungzikaw, S, 2008, Measurements of Starch Content of Cassava, Workshop on Metrology in Food Safety, Agricultural Products and Product Safety, Hangzhou, PR China
______________________________________________