Jurnal Matematika, Sains, dan Pembelajarannya
Vol.9, No.2, Juli 2023, pp. 335~342
DOI:10.31605/saintifik.v9i2.458
ISSN 2622-8904 (online)

## Rancang Bangun Sistem Pengukuran Alkohol dan Suhu Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno dalam Pembuatan Etanol dari Tepung Sagu
Surya Ningsih, Bardan Bulaka Universitas Sembilanbelas November Kolaka e-mail: Sningsih993@gmail.com

## Abstrak
Dalam  proses  pembuatan etanol terdapat  parameter fisis  yang  penting  untuk  diukur  yakni  suhu  dan kadar alcohol. Pengukuran ini bertujuan untuk mengukur besaran fisis menjadi besaran yang terukur. Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untuk  membuat  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alcohol  pada  pembuatan  etanol  dari tepung sagu. Kegiatan ini dimulai dari rancang bangun alat ukur dengan menggunakan dua buah sensor yakni LM35 untuk sensor suhu dan MQ3 untuk sensor kadar alcohol. Kemudian pembacaan sensor ini dihubungkan ke  system  akusisi  data  menggunakan  Mikrokontroler  Arduino  Uno  dan  ditampilkan  pada  LCD.  Alat  ini kemudian diuji, sebelum diuji pada bahan terlebih dahulu dilakukakan kalibrasi. Adapun kalibrasi dilakukan dua tahap. Tahap kalibrasi yang pertama adalah membandingkan hasil pembacaan nilai suhu oleh sensor LM35 dengan alat pengukur suhu digital. Tahap kalibrasi kedua adalah membandingkan hasil pembacaan nilai presentase kadar alcohol oleh sensor MQ-3 dengan alat pengukur lain yaitu alcoholmeter. Dari hasil pengukuran  suhu  didadapatkan  selisih  rata-rata  0,4 0 C  sedangkan  untuk  pengukuran  kadar  alcohol didapatkan selisih rata-rata 0,86%. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa sensor LM35 dapat mendeteksi perubahan suhu dengan akurat dan sensor MQ-3 dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan kadar alcohol pada cairan.
Kata g kunci— Suhu, Kadar Alcohol, Sensor Lm35, Sensor Mq-3, Mikrokontroler

## 1. PENDAHULUAN
Keterkaitan Fisika dengan TIK tidak dapat disangkal, di mana Fisika merupakan dasar dari perkembangan TIK dan  TIK  juga  yang  kemudian  dengan  perkembangannya  yang  pesat  memberikan  kembali  inspirasi  pada perkembangan fisika. Dengan adanya TIK yang canggih, berbagai simulasi fisis hal-hal yang dulunya tidak dapat  dibayangkan,  dewasa  ini  dapat  direalisasikan  dengan  menggunakan  komputer  dan  divisualisasikan dengan senyata mungkin (Morris & Armada, 2006). Salah satu pemanfaatan TIK dalam fisika pada bidang intstrumentasi  khususnya  pengukuran  (Halliday,  D.,  Resnick.  R.  2014).  Dalam  fisika  untuk  mengetahui kuantitas  dari  besaran  fisis  maka  dilakukan  pengukuran.  Pengukuran  merupakan  kegiatan  yang  dilakukan untuk menentukan besaran fisis dari suatu benda atau gejala tertentu . Pengukuran menjadi salah satu aktifitas yang  selalu  dilakukan  manusia  dalam  kehidupan  setiap  hari.  Berbagai  instrumen  pengukuran  juga  telah menjadi bagian yang lekat dalam aktifitas kehidupan manusia. Dalam dunia industri, pengukuran yang presisi dibutuhkan dalam menentukan kualitas dari produk yang dihasilkan maupun dalam menjaga keberlangsungan proses industri itu sendiri (Albert & Mosey 2017).
Destilasi  adalah  teknik  untuk  memisahkan  larutan  ke  dalam  masing-masing  komponennya.  Prinsip destilasi  adalah  didasarkan  atas  perbedaan  titik  didih  komponen  zatnya.  Destilasi  dapat  digunakan  untuk memurnikan senyawa-senyawa yang mempunyai titik didih berbeda sehingga dapat dihasilkan senyawa yang memiliki kemurnian yang tinggi (Bulaka, 2016). Proses destilasi dilakukan untuk menghasilkan etanol yaitu dengan cara proses destilasi sederhana (Allo et al ., 2013). Karena prinsip destilasi didasarkan pada perbedaan titik  didih  komponen  larutannya,  maka  dalam  proses  destilasi,  suhu  menjadi  salah  satu  faktor  penentu. Pengukuran dan pengaturan suhu dalam proses destilasi, menentukan tingkat kemurnian alkohol yang akan dihasilkan dapat ditentukan dengan pengaturan suhu pada proses pemanasan bahan baku (Jenny et al ., 2015).
Tujuan  dalam  Penelitian  ini  merancang/mendesain  rangkaian  alat  ukur  alkohol  dan  suhu  berbasis mikrokontroler arduino uno. Selanjutnya melakukan pengujian alat dan membandingkan alat ukur yang lain yang mempunyai fungsi yang sama . Adapun metode penelitian yang digunakan adalah merancang alat ukur suhu dan kadar alkohol sampai dengan pengujian alat.

## 2. METODE PENELITIAN
Jenis  penelitian  ini  adalah  mendesain  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alcohol  pada  pembuatan  etanol  dari tepung sagu dilaksanakan pada bulan mei-juni 2022 di UPT Laboratorium Terpadu Universitas Sembilanbelas November Kolaka.
Penelitian  ini  dimulai  dengan  merancang  rangkaian  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alcohol.  Kemudian dilakukan pembuatan rangkaian pengkondisi sinyal untuk sensor LM35 dan sensor MQ-3. Rangkaian sensor dan  pengkondisi  sinyal  kemudian  dihubungkan  pada  system  akusisi  data  menggunakan  Arduino  uno  dan terhubung pada LCD. Kemudian alat ukur ini dilakukan pengujian pengukuran suhu dan pengukuran kadar alcohol dengan menggunakan alat ukur pembanding dan jika terdapat selisih pengukuran maka alat ukur ini dikalibrasi pada system rangkaian tersebut.
Gambar 1. Flowchart rancangan sketch program arduino IDE Alat ukur suhu dan kadar alkohol sampel
Pembuatan alat
Mulai
Inisialisasi software serial hardware
Cek modul sistem
Ambil data suhu dan kadar alkohol Auto kirim data Kirim data ke server Selesai Lampu indikator LED padam Lampu indikator LED
padam
tidak ya
Setelah  melakukan  perancangan hardware dan software dari  sistem  alat  ukur,  tahap  selanjunya dilakukan perakitan atau pembuatan alat secara permanen. Adapun contoh alat yang telah dibuat adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Alat ukur suhu dan kadar alkohol yang telah selesai dibuat

## Pengujian Alat
Kalibrasi Sensor Alat
Sebelum melakukan pengujian alat terhadap bahan, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi. Kalibrasi terdiri dari kalibrasi terhadap sensor LM35 dan sensor MQ-3. Kalibrasi dilakukan bertujuan untuk mengetahui tingkat keakurasian  sensor  sehingga  nanti  pada  saat  pembacaan  variabel  suhu  dan  kadar  alkohol  bahan  memiliki tingkat  kesalahan  atau error yang  bernilai  minimum.  Adapun  proses  kalibrasi  dilakukan  dua  tahap.  Tahap kalibrasi  yang  pertama  adalah  membandingkan  hasil  pembacaan  nilai  suhu  oleh  sensor  LM35  dengan  alat pengukur suhu digital yang dijual di pasaran. Tahap kalibrasi kedua adalah membandingkan hasil pembacaan nilai persentase kadar alkohol oleh sensor MQ-3 dengan alat pengukur nilai persentase kadar alkohol oleh alat yang dijual di pasaran.
Setelah diketahui hasil pembacaan variabel terukur oleh kedua sensor dan hasil pembacaan oleh alat yang dijual dipasaran, kemudian kedua sensor tersebut di set-up agar hasil pembacaannya sesuai dengan alat ukur  suhu  dan  kadar  alkohol  yang  dijual  di  pasaran  dengan  tingkat error yang  sangat  kecil.  Proses set-up dilakukan pada program sketch arduino IDE Pengujian Alat pada Sampel Setelah  proses  pembuatan alat  dan sketch program  arduino  IDE  serta kalibrasi  sensor dari  alat  ukur, maka tibalah proses penggunaan alat pada sampel utama yang akan diukur suhu dan kadar alkoholnya.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian pengukuran suhu dilakukan pada proses pembuatan molasses atau gula cair dari bahan baku tepung  sagu.  Tepung  sagu  dikonversi  menjadi  molasses  melalui  proses  teknik  hidrolisis  yaitu  pada  proses gelatinasi, likuifikasi, dan sakarifikasi. Pada tahap likuifikasi yaitu pencampuran tepung sagu dengan air secara merata, kemudian dipanaskan hingga menjadi bubur, penambahan enzim alfa amilase sebanyak 0,026 gram pada temperature  90 o C.  Pada  pemanasan  bubur,  tepung  akan  mengalami  gelatinasi  (mengental  seperti  jel) seiring dengan kenaikan temperatur, sampai temperatur optimum enzim bekerja memecahkan struktur tepung secara kimiawi menjadi gula kompleks (dextrin). Proses likuifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses menjadi lebih cair seperti sup. Pada tahap sakarifikasi yaitu pendinginan bubur sampai temperatur  optimum  enzim  sakarifikasi  bekerja,  penambahan  enzim  (gluko-amilase) sebanyak  0,023  gram, gluko amilase dilakukan dengan cara perhitungan yakni, 0,09 dikalikan dengan kandungan pati pada tepung

## Hasil Uji Suhu
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
29,9  39,1  50,8  59,3   70    79,3  89,7  80,7  70,5  60,3  49,9  50,2  45,3  40,2
Sensor LM35
sagu (88,31%) kemudian dikalikan dengan banyaknya tepung sagu yang digunakan. Dalam mengkonversi dan menganalisis temperatur pada tepung sagu ke molases dilakukan pada kecepatan pengadukan konstan yaitu 2050 rpm, waktu hidrolisis kurang lebih 1 jam, dan temperatur tahap sakarifikasi yakni: (40, 45, 50, 55, 60) o C Alasan pemilihan selang temperatur 40 o C - 60 o C didasarkan pada kondisi optimum gluko amilas bekerja. Jika  temperatur  pada  tahap  sakarifikasi  kurang  dari  40 o C  gluko  amilase  tidak  dapat  bekerja  dengan  baik. Sebaliknya,  jika  di  atas  temperatur  60 o C  maka  gluko  amilase  akan  rusak.  Pada  proses  pengambilan  data dilakukan dengan meletakkan Termometer dan sensor suhu  ke sampel  yang dipanaskan. Hasil pengukuran suhu sperti pada table dibawah ini.
Tabel 1. Hasil Pengujian Suhu Pada tahap Hidrolisis
No Suhu ( 0 C) Selisi h ( o C) Kadar Molase s (%) Ket Termomete r Sensor LM35 1 30,7 29,9 0,8 0,0 Proses Gelatinasi 2 40,0 39,1 0,9 0,0 3 50,0 50,8 0,8 0,0 4 60,0 59,3 0,7 0,0 5 70,0 70,0 0,0 0,7 6 80,0 79,3 0,7 1,0 7 90,0 89,7 0,3 6,0 8 80,0 80,7 0,7 7,7 Proses Likuifikasi 9 70,0 70,5 0,5 11,0 10 60,0 60,3 0,3 11,2 Proses sakarifikasi 11 55,0 49,9 0,1 11,4 12 50,0 50,2 0,2 11,6 13 45,0 45,3 0,3 12,0 14 40,0 40,2 0,2 12,6
Gambar 3. Hasil Uji Pengukuran Suhu
Dari hasil pengujian alat ukur suhu yang telah dibuat pada dua tahap yaitu pada tahap likuifikasi dan
Te rm o m eter d igi ta l

## Pengaruh Temperatur terhadap Kadar Molases pada alat ukur termometer digital
14
12
10 8 6 4 2 0 29,9  39,1  50,8  59,3     70   79,3  89,7  80,7  70,5  60,3  49,9  50,2  45,3  40,2
Temperatur

## Pengaruh suhu terhadap kadar molases pada alat ukur Sensor LM35
14
12
10
8
6 4 2 0
29,9  39,1  50,8  59,3    70    79,3  89,7  80,7  70,5  60,3  49,9  50,2  45,3  40,2
Sensor LM35
sakarifikasi didapatkan selisih rata-rata 0,4 o C. Namun dari hasil perhitungan menggunakan metode regresi menunjukkan prosentase besarnya variabilitas dalam data adalah y = 0,984 x + 1,317 dimana hubungan x adalah sensor LM35 dan Y adalah termometer, maka keeratan hubungan antara x dan y sangat kuat Yakni R 2 = 1
Dari tabel diatas dibuat grafik hubungan antara kenaikan suhu terhadap kadar molases.
Gambar 4. Pengaruh temperatur terhadap kadar molases pada alat ukur termometer digital
Gambar 5. Pengaruh temperatur terhadap kadar molases pada alat ukur termometer digital
Pada alat ukur temometer digital pada suhu 30,7 o C – 90 o C didapatkan kadar molases sebesar 6 % sedangkan  pada  sensor  LM35  pada  kadar  molases  tersebut  berada  pada  suhu  29,9 o C  -  89,7 o C.  Pada
Kad ar M o las e s Kad ar Mo las es
temperatur  90 o C  adalah temperatur  optimum  enzim  (alfa  amilase)  bekerja  memecahkan  struktur  tepung menjadi gula kompleks. Kenaikan temperatur menyebabkan energi kinetik molekul naik. Peningkatan enegi yang  cukup  bagi  molekul  reaktan  akan meningkatkan  laju  reaksi,  sehingga  semakin  tinggi  temperatur konversi  molases  yang  diperoleh  akan  semakin  tinggi  pada  temperatur  yang  tidak  melebihi  temperatur optimum  enzim  gluko-amilase  bekerja.  Pada  temperatur 90 o C  kadar  molases  naik  dengan  pesat  hal  ini disebabkan  tumbukan  antar  partikel  terjadi  dengan  sering  yang  menyebabkan  enzim  bekerja  aktif.  pada tahap sakarifikasi yaitu pada suhu 60 o C – 40 o C kadar molases makin meningkat, hal ini disebabkan karena adanya penambahan enzim gluko amilase yang membantu cepatnya reaksi.

## Hasil pengujian Kadar alkohol
Sampel  pengujian  kadar  alkohol  diambil  dari  hasil  destilasi  etanol  dari  tepung  sagu.  Kemudian Sampel  diukur dengan menggunakan alcoholmeter dan sensor MQ-3, data hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada table dibawah ini.
Tabel 2. Hasil pengujian Kadar Alkohol No Fermentasi (Hari) Alkohol yang diperoleh (mL) Kadar Alkohol Alkoholmeter (%) Kadar Alkohol Sensor MQ-3 1 3 50 2,40 3,42 2 4 50 7,20 7,80 3 5 50 9,70 11,0 4 6 50 7,20 8,20 5 7 50 7,20 8,40
Dari tabel 2. dibuat grafik sebagai berikut
Gambar 6. Pengaruh Lama Fermentasi terhadap kadar alkohol
Hasil  fermentasi  yang  diperoleh  dari  sampel  tepung  sagu  dpat  dilihat  pada  tabel  2.  Dimana  yang memiliki  kadar alkohol  yang  tinggi  yaitu  dengan  waktu  fermentasi  5  hari.  Dengan  menggunakan alkoholmeter  didapatkan  kada  alkoholnya  sebesar  9,70  %  sedangkan  pada  sensor  MQ-3  adalah  sebesar 9,70%  dengan  waktu  fermentasi  5  hari.  Hasil  fermentasi  dievaporasi  untuk  memisahkan  etanol  dari campurannya pada suhu 80 0 C. pada proses evaporasi senyawa yang menguap terlebih dahulu adalah etanol

## Pengaruh Lama Fermentasi terhadap Kadar Etanol
25 20 15 10 5 0 3
4 5 Lama Fermentasi (Hari) 6 7 Kad ar E ta n o l
karena  memiliki  titik  didih  yang  rendah  yaitu  78,3 0 C,  dibandingkan dengan pelarutnya seperti air yang memiliki titik didih 100 0 C (Ariyani, dkk.,2013).  Hasil evaporasi kemudian  dilakukan  pengukuran  kadar etanolnya dengan menggunakan alkohol meter dan sensor MQ-3.
Dari tabel 2 dapat juga dibuat grafik perbandingan antara alat pengukur kadar etanol alkoholmeter dengan sensor MQ-3. Adapun grafiknya sebagai berikut
Gambar 7. Perbandingan alat ukur kadar etanol ( alkoholmeter dan Sensor MQ-3)
Dari hasil pengujian dengan membandingkan dua alat ukur yakni menggunakan alkoholmeter dengan sensor alkohol MQ-3, menunjukkan bahwa terdapat selisih rata-rata 0,86%, namun dari hasil perhitungan menggunakan regresi menunjukkan presentase besarnya variabilitas dalam data adalah y = 0,333 + 0,846 x dimana hubungan x adalah sensor LM35 dan y adalah alkoholmeter, maka keeratan hubungan antara x dan y kuat yakni R 2 =1

## 4. KESIMPULAN
Sensor suhu LM35 dapat mendeteksi perubahan suhu pada proses pembuatan etanol yang berbahan dasar Tepung Sagu dengan akurat. Fungsi transfer sensor adalah y = 0,984 x + 1,317 dimana x adalah sensor LM35 dan Y adalah termometer, maka keeratan hubungan antara x dan y sangat kuat Yakni R 2 = 1 . Sensor MQ-3 dapat mendeteksi perubahan kadar etanol dengan fungsi transfer y=0,333 + 0,846x yakni R 2 =1.

## DAFTAR PUSTAKA
Albert,  S.,  &  Mosey,  H.I.R.  (2017).  Rancang  alat  ukur  suhu  Tanah  secara  Multi  Lateral  berbasis Mikrokontroler  untuk  pertumbuhan  Beni  Tanaman.  Jurnal  FMIPA  Unsrat,  6(2),  97-100. http://ejournal.unsrat.ac.id/index.php/jmuo.
Allo, D. K., Mamahit, D. J., & Bahrun. (2013). Rancang bangun alat ukur Temperatur Untuk mengukur selisih dua keadaan. E-Journal Teknik Elektro dan Komputer. Unsrat Manado.
Bulaka,  B.  (2016).  Rancang  Bangun  Alat  Pemantau  Pasang  Air  Laut  Melalui  Jaringan  Internet  Untuk

## Hasil Uji kadar etanol
12 10 8 6 4 2 0 1
2 3 Kadar Etanol 4 5 Kadar Etanol Alkoholmeter (%) Kadar Etanol Sensor MQ-3 Se n so r MQ -3
Kawasan Teluk Kendari. Prosiding seminar nasional Fisika (E-Journal). ITB
Halliday, D., Resnick. R. 2014. Fisika Dasar Jilid 3. Edisi-7. Erlangga. Jakarta
Jenny, D., Ridway, B., Baso, M., & Ruspita, S. (2015). Pembuatan Sistem Destilasi Untuk Menghasilkan etanol  dari  nira  aren  sebagai  bahan  bakar.  Seminar  Nasional  Tahunan  Teknik  Mesin  Indonesia. Banjarmasin.
Morris, M & Armada, H. (2006). Ethanol opportunities and questions. ATTRA.