## Pembuatan Prototipe Thermal Mass Flowmeter Tipe Heat Transfer untuk Pengukuran Laju Aliran Massa Udara
Ghina A. Nurdiani, Syafri Firmansyah, Farida I. Muchtadi, Faqihza Mukhlish
Program D3 Metrologi dan Instrumentasi
Fakultas Teknologi Bandung, Institut Teknologi Bandung
E-mail : ghinalmiran@gmail.com

## Abstrak
Thermal mass flowmeter sebagai alat ukur laju aliran massa mulai banyak digunakan dalam sektor industri  migas  karena  memiliki  akurasi  yang  baik  untuk  fluida  gas  dan  dapat  mengukur  secara langsung  nilai  laju  aliran  massa  tanpa  ada  hilang  energi  yang  besar.  Dalam  penelitian  ini  dibuat prototipe thermal  mass  flowmeter tipe heat  transfer sebagai  media  pembelajaran.  Dalam perancangan, material prototipe dibuat dari bahan pipa akrilik transparan sehingga prinsip kerjanya dapat diamati secara langsung. Udara dipilih sebagai fluida yang diukur karena memiliki nilai massa jenis  yang  telah  diketahui.  Laju  aliran  massa  dihitung  berdasarkan  perbedaan  temperatur  udara sebelum  dan  sesudah  dipanaskan  dengan  memperhitungkan  temperatur pemanas.  Kalibrasi  nilai laju  aliran  massa  dilakukan  dengan  cara  membandingkan  hasil  pengukuran  prototipe  dengan  nilai yang didapatkan secara teoretis. Hasil pengujian menunjukkan bahwa prototipe memiliki sensitivitas pengukuran  naik  dan  turun  masing-masing  sebesar  1,080  dan  1,084  serta  ketidakpastian pengukuran  naik  dan  turun  masing-masing  sebesar  ±  0,642  kg/jam  dan  ±  0,929  kg/jam  dengan daerah kerja pengukuran 10,157 kg/jam sampai dengan 14,845 kg/jam. Dengan input yang tetap, prototipe memiliki rata-rata akurasi dan presisi masing-masing sebesar 97,158% dan 95,092%.

## Kata Kunci: thermal mass flowmeter, temperatur, laju aliran massa, udara

## Abstract
Thermal  mass  flowmeter  provide  high  accuracy  and  less  energy  loss  in  gas  flow  measurement.  In case of research, observation are not applicable on this type of flowmeter, prototype use acrilic pipe instead of metal. Air is chosen sample to be measured because of the density is known. Mass flow calculated  based  on  heater  temperature  and  temperature  difference  between  upstream  and downstream.  Calibration  procedure  on  the  prototype  is  achieved  by  comparing  the  measurement result with theoretical calculation. The result of the test show that each measurement sensitivity on step up and step down are 1,080 and 1,084, measurement uncertainties are ± 0,642 kg/hr and ± 0,929 kg/hr at a range 10,157 kg/hr to 14,845 kg/hr. Keyword : Thermal mass flowmeter, Temperature, Mass Flow, Air

## 1 Pendahuluan
Thermal  mass  flowmeter mulai  banyak  digunakan  pada  industri  migas  karena  memiliki akurasi  yang  cukup  baik  untuk  fluida  yang  berwujud  gas,  serta  dapat  mengukur  secara langsung laju aliran massa ( mass flow rate ) dari gas yang diukur tanpa ada hilang energi yang  besar  jika  dibandingkan  dengan  instrumen  lainnya,  misalnya  pada orifice yang memiliki pressure  drop yang  besar  karena  adanya  perubahan  kecepatan  fluida  secara mendadak saat aliran melalui penghalang [1].
Thermal mass flowmeter yang dioperasikan  di  industri  biasanya  memiliki perangkat kerja yang  tertutup,  sehingga  sulit  untuk  mengetahui  cara  kerja  sistem  secara  langsung.  Oleh karena  itu,  diperlukan  sebuah  prototipe  dari thermal  mass  flowmeter yang  berfungsi sebagai  simulator  sistem  pengukuran  untuk  media  pembelajaran.  Terdapat  dua  jenis
thermal mass flowmeter , yaitu heat transfer flowmeter dan hot wire probes flowmeter [2]. Tipe yang akan dibuat pada penelitian ini adalah tipe heat transfer flowmeter karena relatif mudah  dalam  hal  perancangan.  Udara  dipilih  sebagai  fluida  yang  diukur  karena  memiliki nilai massa jenis yang telah diketahui. Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai media  pembelajaran  bagi  pihak-pihak  akademisi  yang  membutuhkan  suatu  simulasi tentang fenomena pengukuran dari thermal mass flowmeter .

## 2 Konsep Dasar

## 2.1 Laju Aliran Massa
Laju aliran massa ( ) adalah  jumlah massa dari suatu zat yang mengalir melewati suatu permukaan per satuan waktu [3]. Laju aliran massa didefinisikan sebagai:
(1)
Dari persamaan (1) akan didapatkan laju aliran massa yang melalui suatu permukaan per satuan waktu.
(2)
Dengan:
= massa jenis dari fluida (kg/m 3 )
= laju aliran fluida (m/s))
= luas permukaan yang dilalui (m 2 ) = laju aliran massa (kg/s)
Dari persamaan (2), dapat  disimpulkan bahwa laju aliran massa (W) merupakan hasil kali antara  massa  jenis  fluida  ( )  dengan  luas  permukaan  yang  dilalui  ( )  dan  nilai  dari  laju aliran  fluida .  Nilai  suatu  laju  aliran  fluida  dapat  diukur  dengan  menggunakan anemometer. Karena luas permukaan dan massa jenis fluida telah diketahui, maka dapat ditentukan nilai dari laju aliran massa secara teori (W). Nilai laju aliran massa tersebut yang akan menjadi acuan nilai benar dalam pengujian prototipe.

## 2.2 Heat Transfer Flowmeters
Heat  tranfer  flowmeter bekerja  dengan  cara  mengukur  kenaikan  temperatur  dari  fluida setelah mengalami pemanasan. Dengan begitu dapat diketahui besarnya nilai temperatur fluida  sebelum  dipanaskan  (T 1 )  dan  setelah  dipanaskan  (T 2 ).  Beda  temperatur  ( ) tersebut yang akan menjadi nilai penentu besarnya laju aliran massa dari suatu laju aliran fluida. Prinsip kerja dari heat transfer flowmeter berdasarkan persamaan (3):
(3)
Dengan :
Q
= laju aliran energi (cal/hour)
W = laju aliran massa (kg/s) C p = panas spesifik fluida (cal/kg o C)
T 1
= temperatur fluida sebelum menyerap kalor ( o C) T 2 = temperatur fluida setelah menyerap kalor ( o C)
Gambar  1 Skematis heat transfer flowmeters [2]
Persamaan  (3)  digunakan  karena  desain  dari  prototipe thermal  mass  flowmeter yang dibuat  pada  bagian  pemasangan  sensor  serupa  dengan  Gambar  1.  Namun  terdapat perbedaan pada desain heater yang digunakan, yaitu berupa pipa logam dengan diameter yang  sesuai  dengan  luas  permukaan  pipa upstream dan downstream .  Gambar  2 merupakan  gambar  referensi  dari  perancangan heater prototipe.    Desain heater berpengaruh terhadap perumusan Q yang digunakan.
Gambar  2 Desain heater yang digunakan [2]
Heater dengan desain pada gambar 2 memiliki perumusan Q seperti pada persamaan (4) berikut
(4)
Dengan:
= koefisien heat transfer
= luas permukaan pipa logam
= temperatur heater
= temperatur fluida setelah dipanaskan
Sensor  temperatur upstream dan downstream diletakkan  pada  jarak  dimana  sensor tersebut  hanya  mengukur  temperatur  fluida  yang  mengalir  sebelum  melewati  dan  sesaat
setelah melewati heater , tanpa dipengaruhi oleh panas yang berasal secara langsung dari heater.
(5)
(6)
Jika perumusan Q heater pada persamaan (4) disubtitusikan kedalam persamaan (3), akan didapatkan persamaan (5) yang merupakan perumusan  untuk laju aliran massa (W) yang sesuai dengan desain dari prototipe yang dirancang.
(7)
Dengan  nilai  h,  A,  dan  Cp  yang  konstan,  maka  nilai  tersebut  dapat  dianggap  sebagai sebuah  konstanta    karakteristik  dari  prototipe.  Namun,  konstanta  hanya  berlaku  untuk mengukur satu jenis fluida. Dalam penelitian, digunakan udara sebagai fluida yang diukur.
Dengan nilai W secara teoretis yang dapat diketahui melalui persamaan (2) dan nilai T h , T 1 , dan  T 2 yang  didapatkan  melalui  proses  pengujian  sesuai  dengan  persamaan  (7),  dibuat suatu  grafik  perbandingan  antara  kedua  nilai  tersebut.  Nilai  gradien  ( m )  dari  persamaan garis linear yang didapatkan merupakan nilai konstanta karekteristik prototipe (K). Dengan demikian, nilai laju aliran massa fluida yang diukur oleh prototipe ini akan dapat diketahui dengan menggunakan persamaan garis yang didapatkan tersebut.

## 2.3 Massa Jenis Udara
Massa  jenis  atau  densitas  adalah  ukuran  massa  setiap  satuan  volume  benda.  Semakin tinggi  massa  jenis  suatu  benda,  maka  semakin  besar  pula  massa  setiap  volumenya  [4]. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi, misalnya besi, memiliki volume yang lebih  rendah  daripada  benda  bermassa  sama  yang  memiliki  massa  jenis  lebih  rendah, misalnya udara. Udara memiliki massa jenis 1,2 kg/m 3 pada temperatur 27 °C. Nilai inilah yang akan digunakan sebagai nilai   yang akan dimasukkan kedalam persamaan (2) untuk mendapatkan nilai laju aliran massa teoretis.
3 Perancangan dan Implementasi

## 3.1 Prinsip Kerja Prototipe

## Gambar 3 Diagram blok sistem
Berikut penjelasan dari Gambar 3:
1. Fluida yang menjadi media percobaan adalah udara kering dengan densitas sebesar 1, 2  kg/m 3 pada  temperatur  27  °C. Blower merupakan  sumber  aliran  udara  yang  akan memberikan  suatu input tertentu  pada  sistem. Input aliran  dapat  diubah  dengan mengatur kecepatan dari putaran motor blower .
2. Temperatur heater diatur pada kondisi temperatur rata-rata dengan fluktuasi tertentu.
Termistor  mendeteksi  temperatur  dari heater. Tahanan  termistor  yang  berubah menyebabkan  tegangan  keluaran  dari  rangkaian  pembagi  tegangan  berubah  pula. Tegangan  keluaran  tersebut  masuk  ke  dalam input analog  dari  Arduino  Mega. Berdasarkan input tersebut Arduino Mega diprogram sedemikian rupa sehingga dapat menentukan  saatnya relay akan on atau off. Relay menyambungkan  suplai  220  V AC dengan heater pada  kondisi  awal  NC  ( Normally  Close) .  Sehingga  saat relay pada kondisi on / high maka  suplai heater akan  terputus,  sementara  saat off/low suplai heater akan  tersambung.  Dengan  demikian  temperatur  dari heater akan  stabil  pada suatu rentang.
3. Laju  aliran  udara  yang  mengalir  melalui  sistem  akan  dideteksi  temperaturnya  oleh sensor  IC  LM35  pada  kondisi  sebelum  dipanaskan  (T 1 )  dan  setelah  dipanaskan  (T 2 ). Kedua data tersebut masuk ke dalam input analog Arduino UNO. 4. Sesuai  dengan  persamaan  (7),  temperatur  dari heater (T h )  juga  digunakan  untuk menentukan nilai dari laju aliran massa dari  udara. Data temperatur heater (T h ) yang diakuisisi  oleh  Arduino  Mega  ditransferkan  ke  Arduino  UNO  dengan  cara mengkomunikasikan kedua Arduino tersebut menggunakan library Easy Trasfer (ET). 5. Nilai  dari  T 1 ,  T 2 ,  dan  T h yang  didapatkan  dimasukkan  kedalam  persamaan  linear rentang  pengukuran  prototipe  yang  telah  ditentukan  setelah  pengujian.  Arduino diprogram  secara  langsung  akan  mengkalkulasi  nilai-nilai  tersebut  sehingga menghasilkan nilai laju aliran massa udara.
6. Nilai laju aliran massa yang didapatkan ditampilkan melalui suatu tampilan LCD 2x16.

## 3.2 Desain Prototipe Thermal Mass Flowmeter
Secara  umum,  desain  dari  prototipe  terdiri  dari  pipa, heater ,  dan  sensor  temperatur. Sensor  temperatur  akan  mengukur  temperatur  udara  yang  mengalir  melalui  pipa  saat
sebelum ( upstream ) dan setelah melalui heater ( downstream ), dan temperatur dari heater yang  memberikan  panas  pada  udara.  Gambar  4  merupakan  gambar  prototipe thermal mass flowmeter tipe heat transfer yang dibuat.

## Gambar 4 Desain prototipe
Desain  ditentukan  dengan  mempertimbangkan  tujuan  dari  penelitian  ini  sebagai  media pembelajaran.  Komponen-kompenen  dipilih  melalui  proses  uji  coba  hingga  didapatkan komponen  yang  benar-benar  sesuai.  Contohnya  pada  sensor  yang  digunakan  untuk mengukur  laju  aliran  fluida,  pada  desain  awal  digunakan  termistor  MCP  9700,  namun dikarenakan  sulit  untuk  mencari  sensor  tersebut  akhirnya  dipilih  IC  LM35  yang  cukup memiliki akurasi dan linearitas yang baik dan memiliki keluaran langsung berupa tegangan. Selain  itu,  pada  konsep  awal  diinginkan  hanya  menggunakan  satu  buah  mikrokontroler untuk  semua  sistem,  tetapi  dikarenakan  hasil  yang  kurang  baik  digunakan  dua  buah mikrokontroler, satu sebagai kontrol temperatur dan satu lagi sebagai pengakuisisi data.

## 3.3 Pembuatan Prototipe
Komponen-komponen  yang  digunakan  dalam  pembuatan  prototipe  diantaranya:  pipa akrilik, heater , Arduino UNO, Arduino Mega, termistor, sensor temperatur (IC LM35), relay , catu daya, dan komponen pelengkap. Pada sub bab ini akan dijelaskan proses pembuatan prototipe  berdasarkan  beberapa  bagian,  yaitu:  selubung  prototipe,  pengontrol  temperatur heater , dan pengakuisisi data.
Selubung prototipe merupakan suatu sistem yang akan menjadi tempat mengalirnya udara yang diukur. Selubung prototipe terdiri dari pipa akrilik dan heater . Gambar 5 merupakan desain dari selubung prototipe.
Gambar 5 Selubung prototipe
Pemilihan  material  akrilik  sebagai  pipa  yang  digunakan  pada  bagian upstream dan downstream bertujuan agar cara kerja dari sistem dapat langsung diamati. Dua buah pipa
akrilik  tersebut  memiliki  ukuran  diameter  dalam  4,8  cm  dan  memiliki  panjang  masing- masing 45 cm. Pipa ini berfungsi sebagai tempat pemasangan IC LM35, satu pada bagian upstream dan  satu  lagi  pada  bagian downstream .  Pipa  disambungkan  seri  dengan  pipa logam yang telah diselubungi dengan elemen pemanas. Udara yang akan diukur laju aliran massanya  dialirkan  melalui  sistem  tersebut.  Pada  bagian  yang  akan  disambung  dengan pipa  logam  dibuat ring penghubung  agar  dapat  dipasangkan  dengan  pipa  logam  dan mencegah terjadinya kebocoran aliran udara.
Heater yang  digunakan  terbuat  dari  pipa  logam  yang  dipanaskan  oleh  suatu  elemen pemanas.  Pipa  logam  terbuat  dari  bahan stainless  steel dengan  panjang  20  cm  dan diameter  yang  sesuai  dengan  diameter  pipa  akrilik,  yaitu  4,8  cm.  Bahan stainless  steel dipilih  karena  memiliki  konduktivitas  yang  baik.  Pipa  logam  diselubungi  oleh  elemen pemanas  pada  bagian  tengah.  Elemen  pemanas  memiliki  daya  sebesar  150  W  dengan suplai  220  V . Pipa  logam  akan  terkonduksi  oleh  elemen  pemanas  yang  diatur  pada temperatur  rata-rata  dengan  fluktuasi  tertentu.  Dengan  demikian,  pipa  logam  akan memberikan panas pada fluida yang mengalir melalui proses konveksi.
Dalam perancangan, heater yang merupakan  bagian  yang akan  memberikan  panas pada udara harus dikondisikan memiliki temperatur yang konstan. Namun, heater yang memiliki suplai 220 V AC , akan terus bertambah temperaturnya jika tidak dibatasi pada suatu rentang tertentu.  Untuk  itu  dibuat  suatu  sistem  untuk  mengontrol  temperatur heater agar  stabil pada suatu rentang. Cara kerja dari sistem ini adalah dengan memutus dan menyambung suplai heater ,  sehingga heater terkondisi  pada set  point yang  telah  diatur.  Gambar  6 merupakan gambar dari rangkaian pengontrol temperatur heater yang dibuat.

## Gambar 6 Skematis rangkaian pengontrol temperatur heater

## 3.4 Akuisisi Data
Pengakuisisi data merupakan sistem yang akan mengolah keseluruhan data sensor, yaitu T 1 , T 2 , dan T h , sehingga menghasilkan nilai laju aliran massa dari udara. Pengolahan data didasarkan  pada  persamaan  (7).  Gambar  7  merupakan  skematis  dari  rangkaian pengakuisisi data.

## Gambar 7 Skematis rangkaian pengakuisisi data

## 4 Pengujian dan Analisis Data

## 4.1 Perbandingan Temperatur dengan Laju Aliran Massa Teoretis
Berdasarkan  persamaan (7), diperlukan suatu konstanta untuk mengubah nilai temperatur menjadi  nilai  laju  aliran  massa.  Untuk  mendapatkan  nilai  konstanta  tersebut,  dilakukan pengujian  dengan  cara  membandingkan  laju  aliran  massa  yang  dihitung  secara  teoretis dengan  nilai  temperatur  yang  diperoleh.  Nilai  laju  aliran  massa  teoretis  dapat  dihitung dengan  persamaan  (2). Nilai densitas udara  pada  suhu ruangan 27 o C adalah 1,2 kg/m 3 . Gambar 8 yang merupakan grafik perbandingan laju aliran massa secara teoretis terhadap .

## Gambar 8 Grafik laju aliran massa teoretis terhadap
Grafik  pada  gambar  8  memiliki  linearitas  yang  kurang  baik  dengan  ditunjukkannya koefisien  korelasi  (R)  senilai
=  0,904.  Hal  ini  dikarenakan  adanya  loncatan- loncatan nilai pada titik-titik tertentu. Hal ini dikarenakan perbedaan temperatur T1 dan T2 pada  saat  laju  aliran  udara  rendah  bernilai  sangat  kecil,  sehingga  nilai besar  dan mengakibatkan hasil pengukuran tidak linier.
Oleh  karena  itu,  ditentukan  suatu  rentang pengukuran  agar  sistem  dapat  menampilkan data  yang  linier.  Dapat  dilihat  pada  gambar  8,  sistem  memiliki  linearitas  yang  baik  pada
rentang pengukuran  7,81  kg/jam  sampai  dengan  17,9  kg/jam.  Gambar  9  menunjukkan grafik data setelah dilakukan pembatasan rentang pengukuran.
Grafik laju aliran massa teoretis terhadap TH-T2/T2-T1 (setelah dilakukan pembatasan
rentang)
Grafik pada gambar 9 menunjukkan linearitas yang sangat baik, dengan koefisien korelasi (R) =
= 0,991. Nilai gradien (m) yang diperoleh yakni 1,620 merupakan konstanta pengali  (K)  untuk  mengonversi  data  temperatur  menjadi  data  laju  aliran  massa  dengan offset =  -5,961,  sesuai  dengan  persamaan  (7).  Nilai  ini  dimasukkan  ke  dalam  program Arduino UNO sehingga data temperatur bisa diakuisisi menjadi nilai laju aliran massa.

## 4.2 Pengujian Kalibrasi
Setelah  sistem  dapat  menampilkan  laju  aliran  massa,  kemudian  dilakukan  kalibrasi dengan  anemometer  standar.  Nilai  laju  aliran  yang  didapatkan  dari  anemometer  standar terlebih dahulu dikonversi menjadi nilai laju aliran massa. Tabel 1 menunjukkan data hasil kalibrasi laju aliran massa hasil pengukuran terhadap laju aliran massa teoretis.
Tabel 1 Data hasil kalibrasi laju aliran massa (1)
W pengukuran (kg/jam) W teoretis (kg/jam) Naik Turun  Rata-rata 9,22 9,01 9,115 7,813 10,02  10,12 10,070 8,594 10,74  10,79 10,765 9,375 11,19  11,67 11,430 10,157 12,18  11,80 11,990 10,938 12,37  12,22 12,295 11,719 13,28  13,33 13,305 12,501 14,37  13,39 13,880 13,282 14,41  13,87 14,140 14,063 14,50  14,49 14,495 14,845 15,06  14,91 14,985 15,626 15,14  15,22 15,180 16,407 15,58  16,28 15,930 17,189 15,96  17,16 16,560 17,970
Data  menunjukkan  linearitas  yang  sangat  baik  dengan  nilai  koefisien  korelasi  (R) mendekati  nilai  1,  yaitu  = =  0,992.  Dari  data  yang  diperoleh,  dapat  dianalisis karakteristik  statik  dari  data  yang  diperoleh  dengan  menghitung  kesalahan  bias  dan ketidakpastian.  Tabel  2  menunjukkan  data  perhitungan  kesalahan  bias  untuk  masing- masing nilai laju aliran massa.

## Tabel 2 Data kesalahan bias
W pengukuran (kg/jam) W teoretis (kg/jam)  Bias (kg/jam) Naik Turun  Rata-rata 9.22 9.01 9.115 7.813 2.624 10.02  10.12 10.070 8.594 1.771 10.74  10.79 10.765 9.376 1.296 11.19  11.67 11.430 10.157 0.865 12.18  11.80 11.990 10.938 0.586 12.37  12.22 12.295 11.719 0.679 13.28  13.33 13.305 12.501 0.253 14.37  13.39 13.880 13.282 0.553 14.41  13.87 14.140 14.063 0.395 14.50  14.49 14.495 14.845 0.375 15.06  14.91 14.985 15.626 0.552 15.14  15.22 15.180 16.407 0.299 15.58  16.28 15.930 17.189 0.853 15.96  17.16 16.560 17.970 1.234
Berdasarkan  perhitungan  regresi  maka  akan  diketahui  nilai  variansi  dari  Wi,  m,  dan  b. Didapatkan nilai sWi = 0,387 kg/jam, dengan nilai sm dan sb masing-masing yaitu 0,022 dan 0,299. Dengan tingkat kepercayaan senilai 99, 7%, maka ketidakpastian dari masing- masing variabel Wi, m, dan b akan bernilai ± 3s. Sehingga didapatkan persamaan (8)
y = (0,687 ± 0,067)x + (4,286 ± 0,898)  (8)
dan  ketidakpastian  Wi  sebesar  ±  1,161  kg/jam.  Tentunya,  dengan  rentang yang ditentukan, nilai ketidakpastian yang didapatkan sangatlah besar, hal ini dikarenakan nilai sensitivitas  yang  didapatkan  kurang  baik,  yakni  0,687,  sedangkan  alat  ukur  yang  baik adalah  yang  memiliki  nilai  sensitivitas  mendekati  1.  Beberapa  faktor  yang  memengaruhi hasil pengukuran diantaranya:
1. Blower yang digunakan  memiliki keluaran  yang sangat  fluktuatif. Hal ini dapat dilihat pada pembacaan anemometer standar yang berfluktuasi antara 0, 7 sampai dengan 1, 1 m/s.
2. Temperatur  ruangan  pada  saat  pengujian  untuk  konstanta  karakteristik  yang mengubah  persamaan  temperatur  menjadi  nilai  laju  aliran  massa  dan  pada  saat pengujian kalibrasi berbeda, masing masing 27,5 o C dan 26,8 o C.
3. Temperatur heater memiliki nilai fluktuasi yang mencapai 6 o C. Dengan demikian, hasil pengukuran  akan  berfluktuasi  mengikuti  pembacaan  temperatur heater sehingga menghasilkan nilai yang tidak akurat.
Berdasarkan  nilai  sensitivitas  dan  nilai  bias  yang  didapatkan,  dilakukan  pengujian  ulang dengan rentang yang dipersempit menjadi 10,157 kg/jam sampai dengan 14,845 kg/jam.
Pengujian  ulang  dilakukan  setelah  nilai  gradien  dan offset pengujian  sebelumnya dimasukkan  ke  dalam script arduino  sehingga  diharapkan  nilai  laju  aliran  massa  yang terukur hampir sama dengan nilai laju aliran massa yang dihitung secara teoretis, dengan kata  lain  sensitivitasnya  mendekati  1.  Pengujian  ini  dilakukan  pada  ruangan  dengan temperatur 26,6 o C. Tabel 3 merupakan tabulasi data hasil pengujian yang dilakukan.
Tabel 3 Data hasil kalibrasi laju aliran massa (2)
Laju Aliran Massa (kg/jam) Naik Turun Teoritis 12,164 12,181 10,157 12,839 12,341 10,939 13,648 12,693 11,720 13,851 13,033 12,501 14,899 13,961 13,283 15,372 14,291 14,064 15,852 14,439 14,845
Dari  grafik  tersebut  dapat  dilihat  nilai  sensitivitas  untuk  masing-masing  pengukuran  naik dan pengukuran turun sebesar 0,794 dan 0,545 yang berarti sensitivitas setelah dilakukan kalibrasi ulang masih kurang baik. Nilai fluktuasi dari temperatur heater merupakan salah satu dari yang berpengaruh terhadap hasil pengukuran yang dilakukan. Dengan kata lain, fluktuasi temperatur heater akan mengakibatkan fluktuasi hasil pengukuran. Berdasarkan data  yang  diperoleh,  hasil  pengukuran  akan  mendekati  nilai  teoretisnya  pada  saat temperatur heater berada  pada  rentang  170 o C  sampai  dengan  172 o C.  Oleh  karena  itu, selanjutnya dilakukan pengujian ulang dengan pembatasan pembacaan hasil pengukuran nilai  laju  aliran  massa  hanya  pada  saat  temperatur heater berada  pada  rentang  170 o C sampai dengan 172 o C. Selain itu, dapat disimpulkan  pula bahwa sensitivitas pengukuran naik lebih baik daripada sensitivitas pengukuran turun. Hal ini disebabkan laju aliran energi pada saat pengukuran turun lebih lambat daripada pengukuran naik.
Berdasarkan data yang diperoleh, dilakukan kalibrasi kembali dengan mempertimbangkan kondisi  yang  mempengaruhi  hasil  pengukuran.  Tentunya,  pengujian  dilakukan  dengan memasukkan kembali nilai gradien dan offset pengujian kalibrasi sebelumnya. Temperatur heater yang  berfluktuasi  hingga  6 o C  kemudian  direduksi  menjadi  2 o C  dengan  ketentuan pembacaan laju aliran massa dilakukan pada saat temperatur heater berada pada rentang 170  sampai  dengan  172 o C,  diharapkan  data  hasil  pengukuran  lebih  stabil  dan  akurat. Pengujian  dilakukan  pada  ruangan  dengan  temperatur  26,1 o C,  sama  dengan  pengujian sebelumnya. Tabel 4 merupakan tabulasi data setelah dilakukan kalibrasi yang ketiga.
Tabel 4 Data hasil kalibrasi laju aliran massa (3) Laju Aliran Massa (kg/jam) Naik Turun Teoritis 10,19 10,09 10,15 10,88 11,18 10,93 11,99 11,24 11,72 12,85 11,83 12,50 13,83 13,45 13,28 14,46 14,10 14,06 15,06 15,32 14,84
Hasil pengujian yang dilakukan memiliki sensitivitas yang baik dengan ditunjukkannya nilai sensitivitas untuk pengukuran naik dan turun masing-masing 1,080 dan 1,084.
Berdasarkan  perhitungan  regresi  maka  akan  diketahui  nilai variansi dari  persamaan  naik dan  persamaan  turun  untuk  masing-masing  nilai  Wo,  m,  dan  b.  Didapatkan  nilai  sWo  = 0,214  kg/jam,  dengan  nilai  sm  dan  sb  masing-masing  yaitu  0,018  dan  0,241.  Dengan tingkat kepercayaan senilai 99,7%, maka ketidakpastian dari masing-masing variabel Wo, m, dan b akan bernilai ±3s. Sehingga didapatkan persamaan
y = (1,080 ± 0,054)x - (0,748 ±0,723) (9)
dan ketidakpastian Wo sebesar ± 0,642 kg/jam untuk pengukuran naik.
Untuk  pengukuran  turun,  didapatkan  nilai  sWo  =  0,309  kg/jam,  dengan  nilai  sm  dan  sb masing-masing yaitu  0,026 dan  0,348. Dengan  tingkat kepercayaan  senilai 99,7%, maka ketidakpastian  dari  masing-masing  variabel  Wo,  m,  dan  b  akan  bernilai  ±  3s.  Sehingga didapatkan  persamaan  y  =  (1,084  ±  0,078)x  -  (1,100  ±  1,046)  dan  ketidakpastian  Wo sebesar ± 0,929 kg/jam.
Dengan  nilai  sensitivitas  yang  mendekati  1  dan  ketidakpastian  yang  relatif  lebih  kecil dibandingkan  dengan  kalibrasi  yang  pertama,  maka  kondisi  yang  disyaratkan  pada pengujian kalibrasi yang ketiga ini merupakan batasan dari prototipe yang dibuat.

## 4.3 Pengujian Input Tetap
Setelah  dilakukan  pengujian  untuk  input  yang  berubah,  kemudian  dilakukan  pengujian untuk  input  tetap,  yakni  masing-masing  10  kali  pengujian  untuk  rentang 10,157  kg/jam sampai  dengan  14,845  kg/jam  dengan  perubahan  tiap  titik  sebesar    0,782  kg/jam. Pengujian  dilakukan  pada  ruangan  dengan  temperatur  26,2 o C.  Pengujian  input  tetap dilakukan untuk mengetahui nilai akurasi, presisi dan bias dari prototipe. Nilai akurasi dan presisi  akan  semakin  baik  jika  mendekati  100%,  dan  nilai  bias  akan  semakin  baik  jika mendekati nol.

## 5 Kesimpulan
1. Prototipe thermal  mass  flowmeter yang  dibuat  dapat  digunakan  sebagai  media pembelajaran  karena  menggunakan  bahan  pipa akrilik transparan,  sehingga  sistem dapat diamati secara langsung.
2. Prototipe thermal mass flowmeter yang dibuat dapat digunakan untuk mengukur laju aliran massa udara.
3. Prototipe thermal  mass  flowmeter memiliki  daerah  kerja  pengukuran  pada  rentang 10,157  kg/jam  sampai  14,845  kg/jam  dengan  pembacaan  nilai  laju  aliran  massa pada saat heater memiliki temperatur dengan rentang 170 sampai dengan 172 o C.
4. Sensitivitas  prototipe  yang  dibuat  masing-masing  untuk  pengukuran  naik  dan pengukuran  turun  adalah  1,080  dan  1,084  dengan  masing-masing offset sebesar 0,748 dan 1,100.
5. Nilai  akurasi  dan  presisi  rata-rata  dari  8  titik  pengujian  input  tetap  memiliki  nilai masing-masing 96,804% dan 95,092%.
6. Prototipe  memiliki  ketidakpastian  pengukuran  naik  sebesar  ±  0,642  kg/jam  dan ketidakpastian  pengukuran  turun  sebesar  ±  0,929  kg/jam  dengan  nilai  koefisien korelasi naik dan turun masing-masing 0,995 dan 0,979.

## 6 Daftar Pustaka
[1] Thermal Mass Flow Measurement of Fluid . Sierra Instruments, 2008
[2] Lipták,  Béla.2003. Process  Measurement  and  Analysis  4th  Editions .  London:  CRC Press.
[3] M. Potter, D. C. Wiggart. 2008. Schaum's Outlines . USA: McGraw Hill.
[4] R. W. Fox, A. T. McDonald, P. J. Pritchard, and J. C. Leylegian. 2011. Fluid Mechanics 8th Editions . USA: Wiley.