Design of Detection Device for Cu Contaminated WaterUsing Induction Principle
Frida Agung Rakhmadi 1 , Astika Rusma Dewi 2 , Ahmad Farid Azizi 2
1 Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Kalijaga
2 Alumnus Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Kalijaga agungfrida@yahoo.co.id ; astika_fisika09@yahoo.co.id ; zee31_10@yahoo.com
Received 22-01-2015, Revised 1-04 -2015 , Accepted 8-04 -2015 , Published 30-04-2015

## ABSTRACT
The  research  on  detection  device  design  of  Cu  contaminated  water  using induction  principle  has  been  done.  The  purpose  of  this  research  is  to  create  a detection  device  of  Cu  contaminated  water  using  induction  principle, characterize  the  precision  of  core  sensor  on  detection  device,  characterize  the stability  of  detection  device,  and  implement  the  detection  device  to  Cu contaminated water. This research was conducted in four phases: manufacturing of detection device, characterization of core sensor precision, characterization of detection  devices  stability,  and  implementation  of  detection  device  to  Cu contaminated  water.  The  results  showed  that  the  detection  device  of  Cu contaminated water using induction principle has been successfully made. The precision of core sensor was 99.96%, while the stability of detection device was the  60th  second  after  turn-on.  The  success  rate  of  detection  device implementation on Cu contaminated water was 100.00%.
Key Words: detection, Cu, induction.

## ABSTRAK
Penelitian pembuatan sistem deteksi air terkontaminasi logam Cu menggunakan prinsip  induksi  telah  dilakukan.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  membuat  alat deteksi  air  tercemar  logam  Cu  menggunakan  prinsip  induksi,  karakterisasi presisi  sensor  inti  pada  alat  deteksi,  karakterisasi  stabilitas  alat  deteksi,  dan mengimplementasikan alat deteksi pada air terkontaminasi logam Cu. Penelitian ni  dilakukan  melalui  empat  tahapan:  membuat  alat  deteksi,  mengkarakterisasi kepresisian  sensor  inti,  mengkarakterisasi  kestabilan  alat  deteksi,  dan mengimplementasikan  alat  deteksi  pada  air  terkonatminasi  logam  Cu.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa alat deteksi air tercemar logam Cu menggunakan prinsip  induksi  telah  berhasi  dibuat.  Kepresisian  sensor  inti  adalah  99,96%, kestabilan  alat  deteksi  adalah  60  detik  setelah  dinyalakan.  Kesuksesan implementasi alat detekdi pada air tercemar adalah 100,00%.
Kata kunci: deteksi, Cu, induksi

## PENDAHULUAN
Air merupakan bagian dari kehidupan kita. Air telah kita manfaatkan untuk keperluan rumah tangga, perikanan, dan lain-lain. Mengingat besarnya manfaat air dalam kehidupan kita, maka perhatian terhadap air harus senantiasa kita lakukan. Salah satu bentuk perhatian yang dapat kita  lakukan  adalah  menjaga  air  dari  zat-zat  pencemar  (polutan)  karena  dapat  menurunkan kualitas air. Polutan  air  berasal dari berbagai  aktifitas kehidupan, salah satunya berasal  dari logam.
Salah satu bentuk perhatian terhadap air dapat kita lakukan dengan cara memantau kondisi air tersebut.  Aktifitas  pemantauan  tersebut  dapat  diperingan  dengan  bantuan  alat  yang  dapat memberikan  informasi  tentang  keadaan  air  tersebut.  Alat  bantu  tersebut  biasanya  dikenal dengan nama alat deteksi pencemaran air.
Alat deteksi pencemaran air telah banyak dikembangkan. Pengembangan alat deteksi tersebut berdasarkan  pada  parameter  kualitas  air,  yaitu  parameter  fisis,  parameter  kimia,  parameter mikrobiologi, dan parameter radioaktifitas [1] . Parameter fisika meliputi bau, jumlah zat padat terlarut,  kekeruhan,  rasa,  suhu,  dan  warna.  Parameter  kimia  meliputi  kimia  organik  dan anorganik.  Parameter mikrobiologi  meliputi: kuman-kuman parasitik,  bakteri  dan virus, dan JPT coli/100ml air. Parameter radioaktifitas meliputi sinar alpha dan sinar beta.
Parameter kimia anorganik diantaranya adalah logam berat seperti Cu [2] . Pendeteksian logam Cu  dalam  air  selama  ini  dilakukan  menggunakan Atomic  Absorption  Spectroscopy (AAS) [3,4,5,6,7,8,9,10] .  AAS  merupakan  teknik  analisis  untuk  menentukan  unsur-unsur  dalam bahan secara kualitatif dan kuantitatif [11] . Kelebihan AAS adalah sensitifitasnya tinngi, mudah dalam  penggunaannya,  cepat,  dan  tidak  memerlukan  sampel  dalam  jumlah  banyak [12] . Akan tetapi  AAS  mahal  harganya  dan  biaya  operasionalnya  tinggi [13] serta  tidak  portabel.  Oleh karenanya,  perlu  dikembangkan  alat  deteksi  air  tercemar  logam  Cu  yang  beayanya  relatif murah  dan  bersifat  portabel.  Alat  tersebut  dapat  dibuat  menggunakan  prinsip  induksi. Kelebihan  alat  deteksi  air  tercemar  logam  Cu  menggunakan  prinsip  induksi  adalah  beaya pembuatannya relatif murah dan dapat didesain portabel. Selain itu, deteksi berbasis prinsip induksi merupakan deteksi yang tidak merusak ( nondestructive testing ) [14] .

## METODE PENELITIAN

## Pembuatan alat deteksi
Pembuatan alat deteksi didasarkan pada skema sebagaimana diperlihatkan oleh Gambar 1.
Sumber AC Trafo Step-Down Sensor Inti Penyearah ADC Mikroprosesor PIO (Peripheral Input Output) LCD Switch Regulator Mikrokontroler Gambar 1. Blok diagram alat deteksi deteksi air tercemar logam menggunakan prinsip induksi.
Gambar  1  menunjukkan  bahwa  tegangan  AC  220V  diturunkan  melalui  transformator  step down  menjadi  6VAC  untuk  diumpankan  ke  rangkaian  sensor  inti.  Adanya  tegangan  yang masuk  pada  sensor  inti  menimbulkan  induktansi  pada  sekitar  kumparan  dan  menginduksi kumparan  pasangannya.  Dengan  perbandingan  jumlah  lilitan  yang  sama  antara  kumparan primer  dan  sekunder  mengakibatkan  besarnya  tegangan  masukan  sama  dengan  tegangan keluaran.
Syarat pembacaan ADC pada mikrokontroller harus diberikan tegangan masukan DC, sehingga tegangan  keluaran  dari  kumparan  sekunder  sensor  inti  harus  disearahkan  terlebih  dahulu. Penyearahan dilakukan oleh sebuah dioda  yang dipasang dengan panjar maju, dengan ujung katodanya masuk pada pin ADC mikrokontroller.
ADC  memproses  tegangan  yang  masuk  dengan  cara  membandingkan  dengan  tegangan referensi pada mikrokontroller. Pengolahan data ADC menghasilkan sebuah data-data digital yang akan diolah oleh mikroprosesor. Pengolahan data dilakukan oleh mikroprosesor dengan tujuan  untuk  mendapatkan  data-data  pembacaan  tegangan  yang  akurat.  Data-data  hasil pengolahan  mikroprosesor  akan  ditampilkan  pada  LCD  atau  indikator  LED.  Proses  kerja seperti diatas terus menerus dilakukan sampai dengan sumber power dimatikan.
Perangkat  lunak  alat  deteksi  air  tercemar  logam  menggunakan  prinsip  induksi  dibuat berdasarkan diagram alir Gambar 2.
Start Power On Inisialisasi Sensor Inti Pembacaan Sensor (ADC) Pengolahan Data pada Mikrokontroler Tampilan Informasi
Gambar 2. Diagram alir perangkat lunak alat deteksi air tercemar logam menggunakan prinsip induksi.

## Karakterisasi sensor inti dan alat deteksi air tercemar logam Cu
Sensor inti pada alat deteksi air tercemar logam menggunakan prinsip induksi dikarakterisasi kepresisiannya  saat  belum  diisi  sampel.  Sementara  itu,  alat  deteksi  dikarakterisasi kestabilannya setelah dihidupkan.

## Implementasi Alat Deteksi
Alat deteksi air tercemar logam menggunakan prinsip induksi akan diimplementasikan untuk mendeteksi  air  tercemar  logam  Cu.  Implementasi  alat  deteksi  dilakukan  dengan  tahapan sebagai berikut.
Menyiapkan sampel latih.
Sampel latih berupa air tercemar logam Cu dengan konsentrasi 2,5 ppm (mg/L), 3 ppm (mg/L), 4  ppm  (mg/L),  dan  5  ppm  (mg/L).  Batasan  maksimal  air  tercemar  logam  Cu  yang diperbolehkan adalah 2 ppm [15] .
Mengolah data sampel latih.
Data sampel air tercemar logam Cu dengan konsentrasi 2,5 ppm (mg/L), 3 ppm (mg/L), 4 ppm (mg/L), dan 5 ppm (mg/L) diolah dengan cara menghitung rata-ratanya.
Memasukkan data sampel latih ke alat deteksi.
Hasil rata-rata data sampel air normal tercemar logam Cu dengan konsentrasi 2,5 ppm (mg/L), 3 ppm (mg/L), 4 ppm (mg/L), dan 5 ppm (mg/L) dimasukkan ke dalam alat deteksi melalui program yang dibuat dengan bahasa C (CodeVision AVR).
Menyiapkan sampel uji.
Sampel uji berupa air tercemar logam Cu dengan konsentrasi 2,5 ppm (mg/L), 3 ppm (mg/L), 4 ppm (mg/L), dan 5 ppm (mg/L).
Mengimplementasikan alat deteksi pada sampel uji.
Saat  sistem  diujikan  pada  air  tercemar  logam  Cu  dengan  konsentrasi  2,5  ppm  (mg/L) seharusnya  sistem  menunjukkan  informasi  “NORMAL”  pada  layar  LCD.  Jika  sistem menampilkan  tulisan  “NORMAL”  pada  layar  LCD,  maka  diberikan  tanda  “√”  pada  kolom NORMAL. Namun, jika sistem menampilkan tulisan “TERCEMAR” pada layar LCD, maka diberikan tanda “√” pada kolom TERCEMAR.
Selanjutnya,  hasil  pengujian  dihitung  prosentase  keberhasilannya  dengan  rumus  sebagai berikut.
100% 10 jumlahbenar
PersentaseKeberhasilan x  Persamaan (1)
Persentesase  keberhasilan  tersebut  menunjukkan  tingkat  keberhasilan  alat  deteksi  dalam mengenali  sampel  uji  air  tercemar  logam  Cu  dengan  konsentrasi  2,5  ppm  (mg/L),  4  ppm (mg/L), dan 5 ppm (mg/L).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pembuatan Alat Deteksi
Alat deteksi air tercemar logam menggunakan prinsip induksi yang telah dibuat diperlihatkan oleh Gambar 4.
Gambar 4. Alat deteksi air tercemar logam Cu menggunakan prinsip induksi
Dalam proses pembuatan alat deteksi air tercemar logam Cu ini digunakan prinsip induksi yang mana kawat dililitkan secara solenoid. Jika ada arus yang mengalir dalam kawat tersebut, maka akan  menghasilkan  medan  magnet  yang  arahnya  sesuai  dengan  kaidah  tangan  kanan  dari medan magnet tersebut. Jika ada objek-objek logam di sekitarnya, maka nilai induksinya akan berubah [14] .
Pembuatan  alat  ini  diawali  dengan  melilitkan  kawat  pada  bagian  luar  toples  yang  bersifat insulator.  Lilitan  ini  berjumlah  sekitar  ±  1170  lilitan  dengan  diameter  kawat  0,15  mm  yang menggunakan prinsip kawat ganda untuk setiap putaran lilitan pada toples. Setelah itu, kawat dialiri arus yang bersumber dari tranformator dengan nilai tegangan yang digunakan sebesar 0- 12 Volt. Dari sumber tegangan ini, akan terbaca nilai induksi sebuah objek yang diukur. Nilai tersebut selanjutnya diolah dalam otak sistem yakni mikrokontroler. Hasilnya ditampilkan pada LCD. Dari LCD inilah pengamat dapat mengetahui seberapa besar nilai induksi dari objek yang diukur.

## Karakterisasi Sensor Inti dan Alat Deteksi
Kepresisian  sensor  sebesar  99,86  %.  Nilai  tersebut  diperoleh  melalui  perhitungan. Kepresisian  ini  menunjukkan  bahwa  dalam  pengujian  berulang-ulang  dari  sensor, keluaran yang dihasilkan dari satu data ke data yang lain memiliki kedekatan hasil atau nilai. Oleh karena itu sensor inti yang digunakan pada alat deteksi ini termasuk ke dalam kategori baik.
LCD Sensor Inti Mikrokontroler (dla (
Adapun kestabilan alat deteksi, ditunjukkan oleh Gambar 5.
Gambar 5. Grafik kestabilan alat deteksi
Gambar  5  menunjukkan  bahwa  alat  deteksi  yang  dibuat  stabil  pada  detik  ke-60  atau menit pertama setelah alat deteksi dihidupkan. Oleh karena alat deteksi menunjukkan kestabilan yang baik setelah 60 detik dihidupkan atau menit pertama, maka alat deteksi dapat digunakan setelah detik ke-60 atau mulai menit kedua.

## Implementasi Alat Deteksi
Hasil implementasi alat deteksi pada sampel latih disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil implementasi alat deteksi pada sampel latih No  Kadar Larutan (ppm) Output Sensor Inti 1 2,5 31 2 3,0 30 3 4,0 30 4 5,0 29
Tabel  1  menunjukkan  bahwa  output  sensor  inti  berbanding  terbalik  dengan  inputnya  atau semakin besar kadar larutannya maka semakin kecil input sensor inti. Hal tersebut dikarenakan logam Cu bersifat diamagnetik [14] .
Adapun  implementasi  alat  deteksi  diperoleh  keberhasilan  100%.  Angka  tersebut  diperoleh karena semua sampel uji dapat dikenali dengan benar oleh alat deteksi. Keberhasilan tersebut dikarenakan karakteristik induksi air tercemar logam Cu yang diperbolehkan berbeda dengan air  tercemar  logam  Cu  yang  tidak  diperbolehkan  dimana  air  tercemar  logam  Cu  dengan konsentrasi larutan 3, 4, dan 5 ppm mempunyai nilai induksi lebih besar daripada air tercemar logam Cu dengan konsentrasi 2,5 ppm. Dengan demikian, alat deteksi air tercemar logam Cu menggunakan prinsip induksi ini dapat digunakan sebagai alternatif alat deteksi air tercemar logam Cu selain alat-alat deteksi  yang telah ada. Hal tersebut merupakan sumbangsih fisika dalam ikut menjaga lingkungan.

## KESIMPULAN
Alat deteksi air tercemar logam Cu menggunakan prinsip induksi telah berhasil dibuat. Sensor inti pada alat deteksi air tercemar logam Cu menggunakan prinsip induksi yang telah dibuat mempunyai tingkat kepresisisian 99,86%. Alat deteksi  air tercemar logam Cu menggunakan prinsip induksi memiliki kestabilan pada menit pertama atau detik ke-60 saat alat dihidupkan. Implementasi alat deteksi air tercemar logam Cu menggunakan prinsip induksi pada sampel uji memiliki tingkat keberhasilan sebesar 100%.
0 5 10 15 60 12 0 18 0 24 0 30 0 36 0 42 0 48 0 54 0 60 0 Tegan gan (v) Waktu (s)

## DAFTAR PUSTAKA
1 Anonim. 2010. Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia nomor 492/MENKES/PER/IV/2010  tentang  Peryaratan  Kualitas  Air  Minum.  Kementrian Kesehatan Republik Indonesia. Jakarta.
2 Tarigan, Z.  Edward dan Rozak, A. 2003. Kandungan Logam Berat Pb, Cd, Cu, Zn, dan Ni dalam Air Laut dan Sedimen di Muara Sungai Membramo Papua dalam Kaitannya dengan Kepentingan Budidaya Perikanan. Makara Sains , Vol. 7, No. 3.
3 Amin, B. Afriyani, E. dan Saputra, M.A. 2011. Distribusi Spasial Logam Pb dan Cu pada Sedimen dan Air Laut Permukaan di Perairan Tanjung Buton Kabupaten Siak Provinsi Riau. Jurnal Teknobiologi , Vol. II, No. 1.
4 Arifin, B. Deswati dan Loekman, U. 2012. Analisis Kandungan Logam Cd, Cu, Cr, dan Pb dalam  Air  Laut  di  Sekitar  Perairan  Bungus  Teluk  Kabung  Kota  Padang. Jurnal  Teknik Lingkungan UNAND , Vol. 9, No. 2.
5 Azhar, H. Widowati, I. dan Suprijanto, J. 2012. Studi Kandungan Logam Berat Pb, Cu, Cd, Cr pada Kerang Simping (Amusium peluronectes), Air dan Sedimen di Perairan Wedung, Demak  serta  Analisis Maximum  Tolerable  Intake pada  Manusia. Journal  of  Marine Research , Vol. 1, No. 2.
6 Damaianto, B. dan Masduqi, A. Indeks Pencemaran Air Laut Pantai Utara Kabupaten Tuban dengan Parameter Logam. Jurnal TEKNIK POMITS , Vol. 3, No. 1.
7 Kariada, N.T.M.  dan  Irsadi,  A. 2014. Peranan Magrove sebagai  Biofilter  PencemaranAir Wilayah  Tambak  Bandeng  Tapak,  Semarang. Jurnal  Manusia  dan  Lingkungan ,  Vol.  21, No. 2.
8 Khairia, K. 2014. Analisis Kadar Tembaga (Cu) dan Seng (Zn) dalam Air Minum Isi Ulang Kemasan Galon di Kecamatan Lima Kaum Kabupaten Tanah Datar. Jurnal Sainstek , Vol. VI, No. 2.
9 Lestari  dan  Budianto,  F.  2013.  Konsentrasi  hg,  Cd,  Cu,  Pb,  dan  Zn  dalam  Sedimen  di Perairan Gresik. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan , Vol. 5, No. 1.
10 Sagala,  S.L.  Brawananto,  R.  Kuswardani,  A.R.T.D.  dan  Pranowo,  W.S.  2014.  Distribusi Logam Berat di Perairan Natuna. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan , Vol. 6, No. 2.
11 Farrukh, M.A. 2011.  R.A. Atomic Absortion Spectroscopy . Rijeka: InTech.
12 Supriyanto, C. Samin dan Kamal, Z. 2007. Analisis Cemaran Logam Berat Pb, Cu dan Cd pada Ikan Air Tawar dengan Metode Spektrometri Nyala Serapan Atom (SSA). Prosiding Seminar Nasional III SDM Teknologi Nuklir . Yogyakarta, Hal. 147-152.
13 Kristianingrum, S. 2007. Modifikasi Metode Analisis Spesiasi Merkuri Dalam Lingkungan Perairan. Prosiding  Seminar  Nasional  Penelitian,  Pendidikan  dan  Penerapan  MIPA . Yogyakarta, Hal. 72-75.
14 Herlier, C. 2003. Handbook of Nondestructive Evaluation . New York: McGraw-Hill.
15 Kusnaedi. 2010. Mengolah Air Kotor Untuk Air Minum . Jakarta: Penebar Swadaya.