## RANCANG BANGUN SENSOR TEKANAN BERBASIS KOIL DATAR UNTUK MENGUKUR TEKANAN HIDROSTATIS AIR BENDUNGAN RAWAN BANJIR DI WILAYAH LOMBOK NUSA TENGGARA BARAT
Islahudin 1* , Fatoni Riadi 2* , Rosdaniah 3 , Yustina Yuyun 4
1* Dosen (Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Muhammadiyah Mataram)
2 Mahasiswa (Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Muhammadiyah Mataram)
3 Mahasiswa (Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Muhammadiyah Mataram)
3 Mahasiswa (Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Muhammadiyah Mataram) Corresponding author : E-mail : (islahudin.ntb@gmail.com)
Diterima 9 Mei 2019, Disetujui 15 Mei 2019

## ABSTRAK
Penelitian  ini  tentang  rancang  bangun  sensor  tekanan  berbasis  koil  datar  untuk  mengukur  tekanan hidrostatis air bendungan rawan banjir di wilayah Lombok Nusa Tenggara Barat. Adapun tujuan khusus dari penelitian  ini  adalah  1)  membuat  rangkaian  pengolah  sinyal  dari  sensor  tekanan  berbasis  koil  datar,  2) menentukan besarnya tekanan hidrostatis pada beberapa kedalaman air di bendungan rawan banjir. Jenis penelitian ini adalah eksperimen. Metode penelitian meliputi tahapan yaitu desain elemen sensor koil datar, desain  kalibrasi  jarak,  merancang  koil  datar,  merancang  rangkaian  digital  dan  pengiriman  data.  Variabel yang  diukur  adalah  tegangan  keluaran  sensor  getaran  koil  datar.  Jarak  logam  pengganggu  terhadap  koil datar akan berubah setelah rumahan sensor dicelupkan ke dalam air dengan kedalaman h . Semakin besar kedalaman h maka logam pengganggu akan semakin mendekati elemen koil datar. Sensor koil datar diukur responnya  terhadap  perubahan  jarak  dari  logam  pengganggu,  kemudian  dicatat  hasilnya  dan  dianalisis menggunakan analisis regresi linier pada Ms. Excel. Berdasarkan hasil analisis data diperoleh hasil berupa persamaan  V out dan  P H yaitu  V out =  0.000P H –  60.60.  Persamaan  ini  merupakan  persamaan  akhir  yang menyatakan  hubungan  linier  antara  V out dan  P H .  Artinya  jika  kedalaman  diubah-ubah  secara  sembarang maka  setiap  saat  akan  diketahui  juga  nilai  tekanan  hidrostatis  yang  ditandai  dengan  adanya  perubahan tegangan keluaran pada sensor.
Kata kunci: sensor, tekanan, hidrostatis, koil datar, banjir.

## ABSTRACT
This  research  is  about  the  design  of  flat  coil-based  pressure  sensors  to  measure  hydrostatic  pressure  of flood-prone water in the Lombok region of West Nusa Tenggara. The purpose of this study is 1) to make a signal  processing  circuit  from  a  flat  coil  based  pressure  sensor,  2)  to  determine  the  amount  of  hydrostatic pressure at some depth of water in a flood-prone dam. This type of research is an experiment. The research methods include stages namely the design of flat coil sensor elements, distance calibration design, flat coil design,  digital  circuit  design  and  data  transmission.  The  measured  variable  is  the  flat  coil  vibration  sensor output voltage. The distance of the metal to the flat coil will change after the sensor housing is immersed in water with depth h. The greater the depth of h, the more metal will approach the flat coil element. The flat coil sensor  is  measured  in  response  to changes  in  distance  from the  metal, then  the  results  are  recorded  and analyzed using linear regression analysis on Ms. Excel. Based on the results of data analysis, the results are in the form of V out and P H equations, namely V out = 0.000P H - 60.60. This equation is the final equation which states the linear relationship between V out and P H . This means that if the depth is changed arbitrarily, at any time it will be known also the value of the hydrostatic pressure which is indicated by the change in the output voltage on the sensor.
Keywords: sensor, pressure, hydrostatic, flat coil, flood

## PENDAHULUAN
Indonesia  adalah  negara  kepulauan dengan  tingkat  curah  hujan  yang  tinggi  setiap tahun.  Tingginya  curah  hujan  ini  mengakibatkan wilayah  Indonesia  hampir  90%  merupakan wilayah  yang  sangat  subur.  Namun  di  sisi  lain,
tingginya curah hujan tersebut juga menyebabkan terjadinya beberapa bencana di beberapa wilayah. Bencana  yang  sering  terjadi  pada  saat  musim hujan datang yaitu tanah longsor dan banjir.
Tanah  longsor  terjadi  akibat  penebangan hutan  yang  berlebihan  pada  daerah  serapan  air
seperti  perbukitan  dan  pegunungan  sehingga pada saat terjadi hujan, air hujan sebagian besar mengalir  melalui  permukaan  tanah.  Hal  ini mengakibatkan  material  tanah  akan  ikut  hanyut dan terbawa air dari daerah yang tinggi ke daerah yang  rendah.  Adapun  bencana  banjir  sering terjadi  karena  debit  air  yang  sudah  melebihi kapasitas  sungai atau bendungan. Debit air yang melebihi  kapasitas  jika  terjadi  pada  sungai  maka akan merendam wilayah baik yang dekat dengan sungai  maupun  yang  jauh  dari  sungai.  Adapun jika  debit  air  pada  bendungan  sudah  melebihi kapasitas maka air akan meluap di sekitar rumah warga  dan  bisa  juga  mengakibatkan  tanggul penahan air pada bendungan menjadi ambles dan runtuh.
Salah satu bencana banjir akibat debit air yang  melebihi  kapasitas  telah  terjadi  beberapa waktu lalu tepatnya tanggal 25 November 2017 di wilayah  Kabupaten  Lombok  Timur  dan  Lombok Tengah, NTB. Banjir tersebut terjadi akibat  curah hujan  yang  sangat  tinggi  yang  mengakibatkan salah  dinding  penahan  air  pada  bendungan Pandan  Duri  (terbesar  di  Lombok  setelah bendungan  Batu  Jai)  ambles.  Amblesnya  dinding ini  akibat  debit  air  sangat  besar.  Akibatnya  air yang  meluap  tersebut  langsung  menyapu  rumah warga  sebanyak  tiga  kecamatan  sekaligus sehingga merusak rumah warga dan menimbulkan  beberapa korban jiwa. Oleh karena banjir  tersebut  telah  menyebabkan  kerugian materi  yang sangat besar dan korban jiwa maka diharapkan  bencana  tersebut  tidak  terulang kembali.
Amblesnya tanggul penahan air baik pada sungai  dan  bendungan  tersebut  diakibatkan  oleh ketidakmampuan konstruksi dinding dalam menahan tekanan hidrostatis air. Pada dasarnya,
perlindungan  tanggul  air  agar  tidak  ambles  atau runtuh dapat dicapai jika daya tahan tekanan oleh dinding  bendungan  lebih  besar  dari  tekanan hidrostatis  air  baik  pada  dinding  bendungan maupun pada dasar bendungan.  Salah satu cara mengetahui  besarnya  tekanan  hidrostatis  air adalah menggunakan sensor tekanan hidrostatis.
Kondisi  tersebutlah  yang  membuat peneliti  dari  tim  PKM  Mahasiswa  melakukan rancang  bangun  sensor  tekanan  berbasis  koil datar  untuk  mengukur  tekanan  hidrostatis  air bendungan rawan banjir di wilayah Lombok Nusa Tenggara  Barat.  Dengan  bantuan  perangkat lunak,  akan  diperoleh  suatu  alat  ukur  tekanan hidrostatis yang sederhana, mempunyai ketelitian tinggi dan biaya yang murah.

## METODE PENELITIAN
Tekanan Konsep  tekanan  sangat  penting  dalam mempelajari sifat fluida. Besar tekanan
didefinisikan  sebagai  gaya  tiap  satuan  luas. Persamaan tekanan ditulis sebagai berikut:
A F P 
(1)
Keterangan: P = Tekanan (N/m 2 ) A = Luas bidang tekan (m 2 ) F = Gaya (N) Satuan  tekanan  dalam  SI  adalah  N/m 2 atau disebut juga pascal , disingkat Pa. Berdasarkan perumusan di atas diperoleh bahwa  tekanan  berbanding  terbalik  dengan  luas bidang  tekan.Itulah  sebabnya  penerapan  konsep tekanan  dalam  kehidupan  sehari-hari  dapat  kita jumpai  seperti  pisau,  paku,  dan  pasak.Alat-alat tersebut  perlu  di  buat  runcing  atau  tajam  untuk memperoleh tekanan yang besar.

## Tekanan Hidrostatis
Bejana  dengan  luas  penampangnya A berisi  zat  cair  yang  massa  jenisnya ρ setinggi h sebagaimana tampak pada Gamber 1 berikut.
Gambar 1. Bejana dengan luas penampang A berisi zat cair setinggi h Berat zat cair menekan alas bejana.Besarnya gaya tekan zat cair yang dialami oleh alas bejana tiap satuan luas disebut tekanan hidrostatis . Tekanan hidrostatis oleh zat cair dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut.
    A g h A A g V A g m A W P H . . . .       P H = ρ .g.h (2)
Keterangan: P H = Tekanan Hidrostatis (Pa) ρ = Massa Jenis Fluida (kg/m 3 ) g    = Percepatan Gravitasi Bumi (m/s 2 ) h    = Kedalaman Fluida (m) Jika pada tekanan atmosfer di permukaan zat cair itu  adalah P o maka  tekanan  total  di  tempat  atau titik  yang  berada  pada  kedalaman h dapat  ditulis sebagai berikut.
P H = P o + ρ .g.h (3)

## Analisis Regresi Linier
1.  Pengertian Regresi Linier
Pengertian  regresi  secara  umum  adalah sebuah alat statistik yang memberikan penjelasan tentang  pola  hubungan  (model)  antara  dua variabel atau lebih. Dalam analisis regresi dikenal 2 jenis variabel yaitu:
1.  Variabel  Respon  disebut  juga  variabel dependen yaitu  variabel  yang  keberadaannya dipengaruhi  oleh  variabel  lainnya  dan dinotasikan dengan variabel Y .
2.  Variabel  Prediktor  disebut  juga  dengan variabel independen yaitu variabel yang bebas (tidak  dipengaruhi  oleh  variabel  lainnya)  dan dinotasikan dengan variabel X .
2.  Regresi Linier Sederhana
Analisis  regresi  sederhana  merupakan hubungan  antara  dua  variabel  yaitu  variabel bebas  ( variable independen )  dan  variabel  tak bebas ( variabel dependen ).Regresi linier sederhana digunakan untuk mendapatkan hubungan  matematis  dalam  bentuk  suatu persamaan  antara  variabel  tak  bebas  tunggal dengan  variabel  bebas  tunggal.  Regresi  linier sederhana  hanya  memiliki  satu  peubah X yang dihubungkan  dengan  satu  peubah  tidak  bebas Y .
Bentuk umum dari persamaan regresi linier untuk populasi sebagai berikut. Y = a + b X (4) Keterangan: Y = Variabel Terikat a = Konstanta/ Intercept
X = Variabel Bebas b = Koefisien Regresi
Tahapan-Tahapan Penelitian Tahap I : Desain Elemen Sensor Koil Datar Elemen  sensor  koil  datar  terbuat  dari  PCB  yang dibuat jalur-jalur sebanyak 30 lilitan berdiameter 3 cm  dengan  nilai  masing-masing  induktansi sebesar  7,8  µH.  Gambar  2  adalah  salah  satu elemen koil datar.
Gambar 2. Elemen koil datar
Tahap II : Desain Kalibrasi Jarak Untuk  keperluan  ini,  maka  dibuat  suatu  objek yang dapat mengatur jarak massa pengganggu ke koil.Mekanik ini terdiri dari mikrometer digital yang dapat diatur perubahan jaraknya dengan ketelitian 1µm,  bantalan  objek  yang  dapat  didorong  oleh mikrometer sekrup, tempat meletakkan koil datar,
dan  keseluruhan  bagian  tersebut  disatukan dengan body. Gambar  mekanik  dari  sistem  ini dapat dilihat pada Gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3 . Mekanik pengkalibrasi karakteristik stasis sensor
Cara  kerja  dari  alat  ini  adalah  dengan cara menarik atau mendorong bantalan mikrometer  sehingga  objek  dapat  menjauhi  atau mendekati  koil  datar.  Kalibrasi  dilakukan  dengan terlebih  dahulu  memberikan  jarak  terjauh  antara objek dengan koil datar sebesar 15 mm, sehingga koil datar hanya memungkinkan mendekati objek. Jarak  ini  digunakan  untuk  menentukan  daerah kerja sensor koil datar.
Tahap  III  :  Merancang Rangkaian  Pengolah Isyarat Analog Sensor Koil Datar
Rangkaian  pengolah  isyarat  analog  terdiri  dari pengolah  isyarat  sensor,  filter  dan  penguat diferensial. Blok diagram dari rangkaian pengolah isyarat  analog ini dapat dilihat pada  Gambar  4 di bawah ini.
Gambar 4 . Blok diagram rangkaian pengolah isyarat analog
Tahap  IV:  Merancang  Rangkaian  Digital  dan Pengiriman Data Pada  tahap  ini,  data  hasil  pengukuran V out berdasarkan  blok  diagram  Gambar  4  di  atas dikirim secara serial menggunakan mikrokontroler Arduino  Uno  ke  PC  (laptop)  untuk  direkam. Rekaman  data  tegangan V out kemudian  akan dikonversi  terhadap  kedalaman  zat  cair.  Pada prinsipnya,  komunikasi  serial  ialah  komunikasi dimana  pengiriman  data  dilakukan  per  bit, sehingga  lebih  lambat  dibandingkan  komunikasi
parallel  seperti  pada  port  printer  yang  mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak.
Lokasi Penelitian Penelitian  ini  telah  dilaksanakan  di Laboratorium Fisika Dasar Universitas Muhammadiyah  Mataram  dan  di  Bendungan Pandan Duri, Lombok Timur, NTB.

## Teknik Pengumpulan Data
Pada  penelitian  ini,  variabel  yang  diukur adalah  tegangan  keluaran  sensor  getaran  koil datar.  Jarak  logam  pengganggu  terhadap  koil datar  akan  berrubah  setelah  rumahan  sensor dicelupkan  ke  dalam  air  dengan  kedalaman h . Semakin  besar  kedalaman h maka  logam pengganggu akan semakin mendekati elemen koil datar.  Sensor  koil  datar  diukur  responnya terhadap perubahan jarak dari logam pengganggu, kemudian dicatat hasilnya dan dianalisis menggunakan  analisis regresi linier pada  Ms. Excel.  Adapun  diagram  rancangan  penelitian tampak  pada Gambar 5. berikut.
Gambar 5 . Blok diagram rancangan penelitian
Teknik Analisis Data Pada  penelitian  yang  dilakukan,  data sensor  berupa V out selanjutnya  dikonversi menggunakan  regresi  linier  untuk  menghitung nilai tekanan hidrostatis ( P H ). Adapun persamaan yang akan digunakan sebagai berikut.: Y = a + bX Maka diperoleh, V out ( P H ) = P o + ρ .g.h (5) Keterangan: Y = V out ( P H )  = Keluaran sensor (volt) a = P o = 1 atm X = h = Kedalaman Koil Datar (m) b = ρ .g = Konstanta(pascal/m)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kesesuaian Jenis Dan Jumlah Luaran Yang Di hasilkan
Adapun  jenis  dan  target  luaran  yang dihasilkan  adalah  produk  sensor  tekanan hidrostatis berbasis koil datar dan publikasi jurnal
OJS  ber-ISSN.  Untuk  produk  sensor  tekanan hidrostatis  berbasis  koil  datar  telah  dibuat  dan diuji  coba  baik  pada  skala  laboratorium  dan lapangan (bendungan), sedangkan untuk publikasi  sudah  disubmit  pada  jurnal  ber-ISSN (ORBITA).Dengan  demikian,  jenis  dan  target luaran  yang  dihasilkan  sudah  sesuai  dengan target luaran yang direncanakan.

## Persentase  Hasil  Terhadap  Keseluruhan
Target Kegiatan Adapun persentase hasil terhadap keseluruhan  target  kegiatan  adalah  90%  dari produk  yang  dibuat  dan  diteliti.  Produk  penelitian yang dihasilkan tampak pada Gambar 6 berikut.
(a) (b) (c) Gambar 6 .(a) Sistem sensor tekanan hidrostatis; (b) pengambilan data di bendungan Pandan Duri;
(c)  Pengambilan data skala laboratorium
Adapun  hasil  pengambilan  data  skala laboratorium  sensor  tekanan  hidrostatis  berbasis koil datar tampak pada Gambar 7 berikut.
Gambar 7 . Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Kedalaman Air
Berdasarkan  grafik  pada  Gambar  7  diperoleh bahwa semakin besar kedalaman air (h) semakin besar  juga  tegangan  keluaran  (V out )  yang dihasilkan  sensor.  Hal  ini  sesuai  dengan  konsep tekanan  hidrostatis  pada  Persamaan  (5)  di  atas yaitu  tentang  tekanan  hidrostatis  dimana  V out menunjukkan tekanan hidrostatis yang sebanding dengan  kedalaman  air.  Adapun  proses  yang terjadi  yaitu  jarak  logam  pengganggu  terhadap koil datar akan berubah jika kedalaman h berubah. Semakin  besar  kedalaman h maka  tekanan
hidrostatis  ( P H )  makin  besar.  Akibatnya  logam pengganggu akan semakin mendekati elemen koil datar  sehingga V out sensor  semakin  besar. Adapun  grafik  hubungan  Tegangan  Keluaran sensor terhadap tekanan hidrostatis tampak pada Gambar 8 berikut.
Gambar 8 .Grafik Hubungan antara Tegangan Keluaran Sensor (V out ) dan Tekanan Hidrostatis (P H )
Berdasarkan  Gambar  8  di  atas  diperoleh persamaan V out dan P H yaitu:
y = 0.000x – 60.60 (6) dengan y = V out dan x = P H maka Persamaan (4.1) dapat dibentuk menjadi: V out = 0.000P H – 60.60 (7) Persamaan (7) merupakan persamaan akhir yang menyatakan  hubungan  linier  antara  V out dan  P H . Artinya  jika  kedalaman  diubah-ubah  secara sembarang maka setiap saat akan diketahui juga nilai  tekanan  hidrostatis  yang  ditandai  dengan adanya  perubahan  tegangan  keluaran  pada sensor.

## SIMPULAN DAN SARAN
Adapun  kesimpulan  dari  penelitian  ini adalah sebagai berikut.
1.  Rangkaian  pengolah  sinyal  getaran  berbasis koil  datar  telah  dirancang  dan  dibuat  dengan menghubungkan  koil  datar  yang  terletak  pada rumahan  sensor,  bila  rumahan  sensor dicelupkan atau dimasukkan kedalam permukaan  air  maka  kedalaman  air  akan berbanding lurus dengan tekanan hidrostatisnya.  Rangkaian  ini  dapat  bekerja secara  maksimal  dan  dapat  mengukur frekuensi atau daya redam suatu kayu dengan hasil yang akurat dan lebih efisien.
2.  Sensor  tekanan  berbasis  koil  datar  dapat digunakana  untuk  menentukan  besarnya tekanan hidrostatis pada beberapa kedalaman air  di  bendungan  rawan  banjir.  Adapun persamaan yang diperoleh dari hasil eksperimen di laboratorium adalah:
V out = 0.000P H – 60.60 Persamaan    di  atas  merupakan  persamaan akhir yang menyatakan hubungan linier antara V out dan  P H .  Artinya  jika  kedalaman  diubah- ubah  secara  sembarang  maka  setiap  saat akan  diketahui  juga  nilai  tekanan  hidrostatis yang  ditandai  dengan  adanya  perubahan tegangan keluaran pada sensor.
Adapun  saran  yang  dapat  dikemukakan adalah sebagai berikut. 1.  Perlu  adanya  pengembangan  penelitian  lebih lanjut  dan  menjadikan  sensor  ini  sebagai  alat pembelajaran  dalam  mengembangkan  ilmu pengetahuan sains sehingga dapat menciptakan  teknologi  tepat  guna  berbasis sensor. 2.  Peneliti mengharapkan agar pemerintah dapat menjadikan hasil penelitian ini sebagai rujukan dalam membangun bendungan agar diperhatikan nilai hidrostatisnya. 3.  Peneliti juga mengharapkan kepada masyarakat agar informasi dari hasil penelitian ini  bisa  dijadikan  sebagai  pedoman  dan berpikir  cermat  dalam  rangka  memonitoring (system  peringatan  dini)  terhadap  terjadinya banjir  agar  terhindar  dari  korban  jiwa  dan materi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  kepada  Direktorat Jenderal  Belmawa  Kemenristekdikti    yang  telah mendanai penelitian ini melalui kegiatan Program Kreativitas  Mahasiswa  pada  skim  PKMPE  (PKM Penelitian Eksakta).

## DAFTAR RUJUKAN
Fatimah,  N.,  Islahudin,  I.,  &  Sabaryati,  J.  (2018).
SENSOR  ELASTISITAS  BERBASIS  KOIL DATAR UNTUK MENGHITUNG KONSTANTA  ELASTISITAS  BEBERAPA JENIS  KAYU  TIDAK  AWET  UNTUK BANGUNAN RUMAH SEDERHANA. ORBITA: Jurnal Kajian, Inovasi dan Aplikasi Pendidikan Fisika , 4 (1), 1-7. Fishbane,  Paul  M,  et.al.  2005. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics .New  Jersey:  Pearson  Educational Inc.
Hewitt, P.G. 2006. Conceptual Physics 10th ed. St. Petersburg: Pearson Educational EditionMicrosoft Encarta Premium 2009. Islahudin, I., & Nizaar, M. (2017). Pengembangan Sensor Koil Datar 3-D untuk Deteksi Gempa Dini  di  Wilayah  Lombok. Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi (JNTETI) , 6 (1), 84-92. Islahudin,  I.,  &  Fatimah,  N.  (2018).  RANCANG BANGUN  SENSOR  GETARAN  BERBASIS KOIL  DATAR  UNTUK  MENGANALISIS DAYA  REDAM  VIBRASI  BEBERAPA  JENIS

## KAYU  TIDAK  AWET  UNTUK  BANGUNAN
RUMAH  SEDERHANA. ORBITA: Jurnal Kajian, Inovasi dan Aplikasi Pendidikan Fisika , 4 (1), 21-27.
Serway,  R.A  &  John  W.  Jewett.  (2004). Physics for Scientists and Engineers .
ThomsonBrooks/Cole. Tipler, P.A. (1998). Fisika untuk Sains dan Teknik . Jakarta: Erlangga.