LAPORAN MODUL 4

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

Kontrol Kualitas Air Limbah di Industri Sawit 

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. Prosedur Percobaan
2. Hardware
3. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
4. Flowchart
5. Video Demo
6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

Industri kelapa sawit merupakan salah satu sektor yang memberikan kontribusi besar terhadap perekonomian Indonesia. Namun, proses pengolahan kelapa sawit menghasilkan limbah cair dalam jumlah yang besar. Limbah cair ini mengandung bahan organik, padatan tersuspensi, serta komponen kimia lainnya yang dapat menurunkan kualitas lingkungan apabila tidak ditangani dengan baik. Oleh karena itu, sistem pengontrolan kualitas air limbah menjadi bagian penting untuk memastikan limbah yang dibuang telah berada dalam kondisi aman dan sesuai standar baku mutu.

Dalam proses pengolahan limbah, dua aspek yang sangat penting untuk dikendalikan adalah tinggi permukaan limbah dan indikasi kondisi fisik dasar limbah. Tinggi permukaan limbah harus dipantau untuk mencegah terjadinya overflow atau kelebihan kapasitas pada kolam dan bak penampungan. Sementara itu, kondisi fisik dasar limbah juga perlu memperoleh perhatian sebagai indikator awal adanya perubahan pada kualitas limbah cair.

Berdasarkan kebutuhan tersebut, dirancang sebuah sistem sederhana berbasis sensor yang mampu melakukan pemantauan dasar terhadap kualitas dan level air limbah. Sistem ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor water level untuk mendeteksi tinggi air limbah dan touch sensor sebagai indikator manual perubahan kondisi fisik limbah. Sensor water level terhubung dengan rangkaian op-amp komparator non-inverting yang akan mengaktifkan LED ketika permukaan limbah mencapai batas tertentu. Sedangkan touch sensor dikonfigurasikan menggunakan rangkaian voltage divider dengan op-amp untuk mengaktifkan buzzer sebagai alarm ketika sensor disentuh, sebagai simulasi indikator kondisi limbah yang tidak aman.

Dengan adanya sistem pemantauan berbasis sensor ini, diharapkan proses pengawasan kualitas limbah industri sawit dapat dilakukan dengan lebih mudah dan cepat melalui peringatan dini terhadap perubahan yang terjadi baik pada level maupun kondisi dasar limbah.

2. Tujuan[Kembali]

1. Mendeteksi ketinggian air limbah menggunakan water level sensor yang akan menyalakan LED ketika air mencapai batas tertentu.
2. Memberikan peringatan kondisi limbah melalui touch sensor yang akan mengaktifkan buzzer ketika sensor terpicu.
3. Menyediakan sistem peringatan dini berupa LED dan buzzer untuk membantu pemantauan dasar kualitas air limbah.
4. Mengintegrasikan kedua sensor dalam satu alat sehingga proses monitoring limbah dapat dilakukan secara otomatis dan lebih mudah.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat

        a. Breadboard

        b. Power Supply DC 5V

        c. Power Supply DC 12V

        d. Jumper

Bahan

        a. capacitive touch sensor ttp223

        b. Water Sensor

        c. Operational Amplifier tipe tl082

TL082 adalah IC penguat operasional JFET dual yang banyak dipakai dalam rangkaian analog. IC ini tersedia dalam kemasan DIP 8-pin dan SO-8. TL082 memiliki dua op-amp berpresisi yang bekerja secara independen. Setiap kanal memakai input berbasis JFET sehingga impedansi masukannya tinggi.

Rentang tegangan suplai cukup lebar sehingga cocok untuk banyak aplikasi, mulai dari rangkaian audio sampai sensor analog. Konsumsi arusnya rendah sehingga tidak membebani catu daya. Karakteristik noise yang kecil membuat sinyal tetap stabil. TL082 mampu menghasilkan arus keluaran hingga sekitar 10 mA. Nilai ini cukup untuk menggerakkan tahap berikutnya seperti transistor, buffer, atau rangkaian pengolah sinyal lainnya.

• Pin 1. Output A.
• Pin 2. Input A negatif.
• Pin 3. Input A positif.
• Pin 4. V− atau catu daya negatif.
• Pin 5. Input B positif.
• Pin 6. Input B negatif.
• Pin 7. Output B.
• Pin 8. V+ atau catu daya positif.

Cara kerja tl082

• TL082 memakai dua op amp yang bekerja terpisah dalam satu IC.
• Input JFET membuat impedansi masukannya tinggi sehingga sinyal tidak terbebani.
• IC ini membandingkan tegangan pada input positif dan negatif.
• Selisih tegangan menentukan arah dan besar sinyal output.
• Output naik ketika input positif lebih tinggi.
• Output turun ketika input negatif lebih tinggi.
• Pin 4 dan pin 8 memasok catu daya untuk operasi penguatan.
• Op amp merespons perubahan tegangan dengan cepat sehingga cocok untuk rangkaian sensor dan pengolah sinyal.
• Output dapat diteruskan ke tahap lain seperti driver atau buffer.

        d. Transistor d882l

Transistor D882  , juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

Spesifikasi:

Karakteristik:

    

        e. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). 

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 10^5 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

        f. Relay

Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetisme.

Cara Kerja:

Cara kerja relay adalah ketika kumparan elektromagnetik yang ada di dalamnya terdapat sebuah feromagnetis yang mendapatkan aliran listrik. Dengan demikian secara otomatis akan muncul  sebuah medan magnet yang sifatnya sementara namun selalu ada.

Yang mana magnet tersebut akan menarik tuas armature sehingga dapat merubah posisi dari kontak switch yang awalnya dari NC (Normally Closed) berubah menjadi NO ( Normally Open).

NO (Normally Open) adalah sebuah kondisi yang mana relay belum mendapatkan adanya tekanan dan tuas berada di posisi normal. Sedangkan NC ( Normally Closed) adalah kondisi dimana relay sudah mendapatkan adanya tegangan dengan posisi tuas menarik dan kontak tertutup.

        g. Buzzer

Buzzer adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai pengubah sinyal listrik menjadi suara. Komponen ini sering digunakan sebagai indikator bunyi pada berbagai alat elektronik, seperti alarm, timer, atau sistem peringatan.

Prinsip Kerja

Buzzer bekerja berdasarkan getaran membran logam tipis akibat adanya arus listrik. Saat tegangan diberikan, medan magnet di dalam buzzer berubah dan menyebabkan membran bergetar cepat sehingga menghasilkan suara.
Terdapat dua jenis utama buzzer:

• Buzzer Aktif → Sudah memiliki rangkaian osilator di dalamnya. Cukup diberi tegangan DC (biasanya 5V) untuk menghasilkan bunyi.
• Buzzer Pasif → Tidak memiliki osilator internal, sehingga memerlukan sinyal frekuensi AC atau PWM dari rangkaian eksternal untuk menghasilkan suara.

Kegunaan

• Indikator alarm atau peringatan.

• Penanda status sistem digital (contohnya output HIGH menghasilkan bunyi).

• Aplikasi mikrokontroler seperti Arduino untuk menghasilkan nada atau bunyi notifikasi.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

1. Rated Voltage : 12V 

2. DC Operating Voltage : 4 to 8V 

3. DC Rated Current* : ≤30mA 

4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB 

5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 

6. Tone : Continuous 

7. Operating Temperature : -25°C to +80°C 

8. Storage Temperature : -30°C to +85°C

9. Weight : 2g 

*Value applying at rated voltage (DC)

        H. LED-Red

LED (Dioda Pemancar Cahaya) adalah komponen semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika dialiri arus maju (forward bias). LED digunakan secara luas sebagai indikator, pencahayaan, dan tampilan.

Prinsip Kerja:

Ketika arus mengalir dari anoda (+) ke katoda (–), elektron dan hole bertemu di persambungan p–n dan menghasilkan energi dalam bentuk foton (cahaya).

LED hanya menyala jika diberi tegangan maju (bias forward) dan padam jika dibias terbalik (reverse bias).

Karakteristik:

• Tegangan kerja: 1,8V – 3,3V (tergantung warna)

• Arus kerja: 10–20 mA

• Diperlukan resistor pembatas arus agar LED tidak rusak.

Kegunaan:

• Sebagai indikator on/off rangkaian

• Tampilan output pada sistem digital

• Display angka atau huruf (7-segment LED)

• Pencahayaan dan dekorasi

        i. jack dc female

4. Dasar Teori [Kembali]

 

A. Komparator Non Inverting

 Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref ¹ 0 Volt baik positif maupun negatif adalah seperti gambar 

Gambar Rangkaian komparator non inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat. 

    Misalkan tegangan output VO = +Vsat seperti gambar 101 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT

Gambar 10 Rangkaian komparator non inverting saat VO = +Vsat

    Misalkan tegangan output VO = -Vsat seperti gambar 102 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT

Gambar 11 Rangkaian komparator non inverting saat V0= -Vsat

    Bentuk gelombang tegangan output VO dengan Vref - adalah seperti pada gambar 12 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 13

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan negatif

Gambar 13 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan negatif

Sehingga: 

B. Water Level Sensor

    Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Pada rangkaian ini bisa digunakan capcitor dan induktor agar switch relay tidak berpindah-pindah. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan sebaliknya.

C. Voltage Follower

Voltage Buffer

 

      Rangkaian voltage buffer berfungsi untuk mengisolasi sinyal input dari beban, menggunakan tahap penguat dengan penguatan tegangan satu (unity gain), tanpa pembalikan fasa atau polaritas, dan bertindak sebagai rangkaian ideal dengan impedansi input sangat tinggi serta impedansi output sangat rendah. Dalam konfigurasi ini, tegangan keluar (vo) sama dengan tegangan masuk (vi), yaitu

 

 

 

 

    Gambar diatas menunjukkan bahwa satu sinyal input dapat dibagi ke dua output yang terpisah. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah beban pada salah satu output tidak memengaruhi output lainnya, karena masing-masing output telah dibuffer (diisolasi). Dengan kata lain, setiap output bekerja secara independen, sehingga tidak saling mengganggu meskipun terhubung ke beban yang berbeda.

 

 

Penggunaan buffer amplifier

Bentuk Gelombang V input dan V output :

 

D. Capasitive Touch Sensor 

    Touch sensor merupakan sebuah lapisan penerima input dari luar monitor. Input dari touchscreen adalah sebuah sentuhan, maka dari itu sensornya juga merupakan sensor sentuh. Biasanya sensor sentuh berupa sebuah panel terbuat dari kaca yang permukaannya sangat responsif jika disentuh. Touch sensor ini diletakkan di permukaan paling depan dari sebuah layar touchscreen, dengan demikian area yang responsif terhadap sentuhan menutupi area pandang dari layar monitor. Maka dari itu ketika kita menyentuh permukaan layar monitornya, input juga telah diberikan oleh kita. Teknologi touch sensor yang kini banyak digunakan terdiri dari tiga macam, seperti yang telah dijelaskan di atas, yaitu Resistive touchscreen, Capasitive touchscreen, dan Surface wave touchscreen. Semua jenis sensor ini memiliki cara kerja yang sama, yaitu menangkap perubahan arus dan sinyal-sinyal listrik yang ada pada sensor tersebut, merekamnya dan mengubahnya menjadi titik-titik koordinat yang berada di atas layar, sehingga posisi tepat dari sebuah sentuhan dapat langsung diketahui dengan benar.

Cara kerja

    Mengetahui keberadaan dan lokasi suatu “sentuhan” di dalam suatu area dengan membaca titik-titik koordinat dari sumber sentuhan yang menempel pada layar. Pada kondisi ini touch sensor mengacu pada kontak atau sentuhan pada layar dengan menggunakan jari atau tangan. Teknologi ini juga bisa mengetahui sentuhan dari obyek pasif seperti stylus dan sejenisnya. Touch sensor merupakan sebuah monitor yang sensitif terhadap sentuhan dan tekanan (resistif), sehingga perangkat ini memiliki dua fungsi yaitu, sebagai perangkat output karena menampilkan informasi dan input karena menerima informasi. Data yang dihasilkan dari sentuhan ini tentunya adalah data mengenai posisi tangan kita yang menyentuh sinyal ultrasonic tersebut. Jika ini dilakukan secara kontinyu dan terdapat banyak sekali sensor gelombang ultrasonic pada media yang disentuhnya, maka jadilah sebuah perangkat touch sensor  yang dapat digunakan.

Gambar Grafik Sensor Sentuh

Dari datasheet kita lihat performance dari IC ini bisa di gunakan untuk tegangan kerja VCC baik 3.3volt ataupun 5volt DC dan memiliki prinsip capacitance. Dan kelebihan lain kita bisa setting ouput pin active high atau active low pada kondisi awal pada pin AHLB.  Digital touch sensor dapat digunakan untuk switching suatu alat atau sistem. Seperti untuk menghidupkan lampu, menghidupkan motor, menyalakan sistem keamanan, dan lain-lain.