SISTEM PENGUJI KUALITAS AIR MINUM BERDASARKAN NILAI

KONDUKTIVITAS DAN PH SERTA PENGATUR OTOMATIS PADA

PENGISIAN AIR MINUM ISI ULANG (AMIU)

Oleh

Aditya Dwi Herlambang

NIM : 612009005

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Februari 2015

i

INTISARI

Pada Skripsi ini dirancang dan direalisasi suatu sistem penguji kualitas air minum isi

ulang berdasarkan Nilai Konduktivitas dan pH serta pengatur otomatis apakah memerlukan

proses Reverse Osmosis atau tidak.

Dalam perancangan, alat terdiri dari mikrokontroler sebagai pengatur solenoid valve

yang terhubung langsung pada saluran proses pengujian air. Terdapat sepasang elektroda

sebagai pengukur konduktivitas air, sensor pH sebagai pengukur pH air dan sensor suhu

untuk mengukur suhu air. Untuk mengetahui besarnya TDS dalam air, digunakan

penghasil gelombang kotak AC dan diteruskan kepada dua resistor yang dipasang seri

bersama dengan elektroda yang akan masuk ke dalam air. Untuk mengetahui besarnya pH

dalam air, digunakan dua buah penguat, Penguat pertama dari sensor untuk membaca

tegangan atau nilai yang didapat dari air yang diukur, sedangkan rangkaian kedua

digunakan sebagai pembanding untuk nilai yang didapat dari sensor. Semua hasil

pengolahan data dari sensor akan menentukan apakah diperlukan proses Reverse Osmosis

atau tidak. Jika dibutuhkan, air keluaran dari alat ini akan dibawa menuju saluran Reverse

Osmosis, jika tidak dibutuhkan, air keluaran dari alat ini akan dibawa menuju saluran Ultra

Violet.

Alat yang direalisasikan mempunyai jangkauan pengukuran besar TDS air dari 0 ppm

sampai 200 ppm, besar pH 0-14 dan dapat membaca suhu air. Alat yang direalisasikan

memiliki dua menu pilihan, yaitu pengujian 1x dan pengujian berkala. Pengukur TDS

memiliki ralat pengukuran maksimum 1,7% dari alat pembanding TDS-3 keluaran HM

Digital. Alat yang dirancang menggunakan LCD karakter sebagai penampil menu utama

dan keluaran hasil pengukuran.

Kata kunci: air minum, TDS (Total Dissolved Solids)

ii

ABSTRACT

In this thesis designed and realized a system of drinking water quality testers

rechargeable based Conductivity and pH value as well as an automatic regulator requires a

process of reverse osmosis or not.

In the design, the tool consists of a microcontroller as a regulator solenoid valve is

connected directly to the drain water testing process. There is a pair of electrodes as a

measure water conductivity, pH sensors as measuring the pH of water and temperature

sensors to measure the temperature of the water. To determine the amount of TDS in

water, producing a square wave AC is used and passed on to the two resistors in series with

the electrodes that will go into the water. To determine the magnitude of the pH in the

water, use two amplifiers, the first amplifier of the sensor to read the voltage or the value

derived from the measured water, while the second circuit is used as a comparison to the

value obtained from the sensor. All of the data processing of the sensor will determine

whether the reverse osmosis process is required or not. If it is needed, the water output of

this tool will be brought into line Reverse Osmosis, if it is not needed, the water output of

this tool will be brought into line Ultra Violet.

Tools that have realized a large measurement range of 0 ppm TDS water to 200

ppm, pH 0-14 large and can read the temperature of the water. Realized tool has two menu

choices: 1x testing and periodic testing. TDS has corrected measurement measuring

maximum 1.7% of the comparator output HM TDS-3 Digital. Tools designed to use as a

character LCD viewer main menu and output measurement results.

Keywords: drinking water, Total Dissolved Solids

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Bunda Maria dan Yesus Kristus atas segala

rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta

penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika

dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai

pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Bunda Maria dan Yesus atas semua berkat yang tak terkira sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Papa, Mama, adek, kakak serta keluarga besar penulis, terima kasih atas semua

dukungan doa, semangat, nasihat, materi, yang sudah diberikan kepada penulis.

3. Bapak Daniel Santoso, Bapak Deddy Susilo sebagai pembimbing I dan

pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan dan solusi selama

mengerjakan skripsi ini.

4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, yang turut andil dalam proses

pengerjaan skripsi ini.

5. Orang-orang terkasih yang selalu ada untuk saling mendoakan, membantu dan

mendorong penulis, Tria, Martino, Johny, Yonatan, Vita, Andre, Yosua, Dion,

Tiara, Aksa, Wikan, Vita, Anel, Yuli, Nisa, Rudy, Alvian, terimakasih sudah

menemani dan memberi support yang sangat besar kepada penulis.

6. Teman-teman angkatanku 2009 yang lainnya, terima kasih banyak atas semua

pengalaman kuliah, susah sedih bersama selama di FTEK.

7. Teman2 komunitas Emmanuel: Ian, Frans, Ci Vinda, Una, Lana, Ci Gritta, Eve

(EO), Icha, yang selalu memberi semangat serta memberikan bantuan doa untuk

penulis.

8. Terima kasih juga untuk Maam Yeti, yang sudah , memberikan segala macam

bekal dalam kelas yang sudah saya ikuti selama perkuliahan, dorongan,

semangat, nasihatnya, serta rumah kedua selama masih menjadi murid di YEC.

9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil dalam

proses pengerjaan skripsi ini.

iv

10. Dosen-dosen pengajar, laboran, Mbak Rista, Mbak Dita dan Mbak Yolanda

terimakasih atas bantuannya.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu

penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi

ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, Januari 2015

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI ........................................................................................... i

ABSTRACT ...................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix

DAFTAR ISTILAH .......................................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1

1.1. Tujuan ...................................................................................... 1

1.2. Latar Belakang Permasalahan ................................................... 1

1.3. Spesifikasi Alat ........................................................................ 2

1.4. Sistematika Penulisan ............................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................... 4

2.1. Elektrolit .................................................................................. 4

2.1.1. Daya Hantar Listrik (Konduktivitas) ............................... 4

2.1.2. Keasaman Air (pH) ........................................................ 6

2.1.3. Hubungan Konduktivitas, Pergerakan Ion dan Temperatur 7

2.1.4. Hubungan Keasaman Air dan Temperatur ...................... 7

2.2. Arduino Mega 2560 .................................................................. 8

2.3. Sensor Suhu IC (Integrated Circuit) LM35 ............................... 11

2.4. IC (Integrated Circuit) PC817 .................................................. 11

2.5. IC (Integrated Circuit) ULN2803 ............................................. 12

2.6. Relay ....................................................................................... 13

2.7. LCD (Liquid Crystal Display) Karakter 20x4 .......................... 14

2.8. Scanning Keypad 4x4 ............................................................. 15

vi

BAB III PERANCANGAN ALAT ............................................................... 16

3.1. Gambaran Sistem ..................................................................... 16

3.2. Perancangan Dan Realisasi Perangkat Keras ............................. 18

3.2.1. Perangkat Elektronik....................................................... 18

3.2.2. Pengendali Utama ........................................................... 18

3.2.3. Board Mikrokontroler ..................................................... 19

3.2.4. Catu Daya ...................................................................... 23

3.2.5. Pengkondisi sinyal Sensor Konduktivitas ........................ 24

3.2.6. Pengkondisi sinyal Sensor pH ......................................... 30

3.2.7. Perancangan Tempat Pengujian Air ................................ 31

3.2.8. Solenoid Valve ................................................................ 31

3.2.9. Pompa Air Baku ............................................................. 32

3.2.10. Pompa Air Akuades ...................................................... 32

3.3. Perancangan Perangkat Lunak .................................................. 32

3.3.1. Diagram Alir Keseluruhan Alat ...................................... 33

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ....................................................... 35

4.1. Pengujian Sensor Konduktivitas, pH, dan Suhu ........................ 35

4.1.1. Pembuatan Larutan Uji ................................................... 35

4.1.2. Pengujian Sensor Konduktivitas...................................... 37

4.1.3. Pengujian Sensor pH ....................................................... 40

4.1.4. Pengujian Sensor Suhu ................................................... 41

4.2. Hasil Pengujian Sistem ............................................................ 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 44

5.1. Kesimpulan .............................................................................. 44

5.2. Saran Pengembangan ................................................................ 45

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 46

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega2560 .................. 9

Gambar 2.2. Konfigurasi pin Sensor Suhu IC LM35 ....................................... 11

Gambar 2.3. Konfigurasi pin IC PC817........................................................... 12

Gambar 2.4. Konfigurasi IC ULN2803 ........................................................... 13

Gambar 2.5. Bentuk dan simbol relay ............................................................. 14

Gambar 2.6. Scanning Keypad 4x4 ................................................................. 15

Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Sistem yang Dirancang .................... 16

Gambar 3.2. Gambaran Keseluruhan Sistem yang Dirancang .......................... 17

Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Elektronik .................................................... 18

Gambar 3.4. Realisasi Pengendali Utama ........................................................ 19

Gambar 3.5. Skema board mikrokontroler Arduino Mega 2560 ...................... 20

Gambar 3.6. Board mikrokontroler Arduino Mega 2560 ................................. 21

Gambar 3.7. Rangkaian Driver Relay .............................................................. 22

Gambar 3.8. Realisasi Rangkaian Driver Relay ............................................... 22

Gambar 3.9. Realisasi LCD ............................................................................ 23

Gambar 3.10. Realisasi Keypad ........................................................................ 23

Gambar 3.11. Rangkaian Catu daya +5V dan -5V ............................................. 24

Gambar 3.12. Realisasi Rangkaian Catu daya +5V dan -5V .............................. 24

Gambar 3.13. Skematik Pembagi Tegangan ...................................................... 25

viii

Gambar 3.14. Realisasi Sensor Konduktivitas ................................................... 26

Gambar 3.15. Skematik Penghasil Tegangan Dua Arah (AC) Dengan

Frekuensi 150Khz ....................................................................... 27

Gambar 3.16. Rangkaian Komparator ............................................................... 28

Gambar 3.17. Rangkaian Realisasi Pengkondisi Sinyal Sensor Konduktivitas ... 25

Gambar 3.18. Rangkaian Pengkondisi Sinyal untuk pH .................................... 30

Gambar 3.19. Realisasi Rangkaian Pengkondisi Sinyal untuk pH...................... 30

Gambar 3.20a Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Depan ................................. 31

Gambar 3.20b Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Samping Kiri....................... 31

Gambar 3.20c Maket Yang Sudah Dibuat Tampak Samping Kanan ................... 31

Gambar 3.21. Solenoid Valve Dalam Sistem ..................................................... 32

Gambar 3.22. Diagram Alir Keseluruhan Alat .................................................. 33

Gambar 4.1. Grafik Tegangan ∆V Terhadap Perubahan TDS Air .................... 39

Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Pembacaan TDS Alat Sendiri Dengan

Pembanding TDS Meter HM Digital TDS-3................................. 40

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Jarak ukur konduktivitas optimal dari elektroda dari 3 nilai Cell

Constant yang berbeda .................................................................... 5

Tabel 2.2. Klasifikasi air berdasarkan harga DHL ............................................ 6

Tabel 2.3. Konfigurasi pin LCD karakter 20x4 ................................................ 14

Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin/port Arduino Mega2560 ..................... 19

Tabel 4.1. Besar Nilai TDS Terhitung Dari Hasil Pelarutan Air Murni Dengan

Nacl ................................................................................................ 36

Tabel 4.2. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Beban Resistor Fisik Pada

V12 .................................................................................................. 37

Tabel 4.3. Pengujian TDS Dengan Menggunakan Sensor Konduktivitas

Buatan Sendiri................................................................................. 38

Tabel 4.4. Hasil Pembacaan TDS-Alat Sendiri Dan Pembanding Dengan

TDS-3 ............................................................................................. 39

Tabel 4.5. Hasil Pembacaan Sensor Dan Pembanding Dengan Ph Meter

Lutron PH-201 ................................................................................ 41

Tabel 4.6. Hasil Pembacaan Sensor Suhu Air Dan Udara, Serta Diberikan

Pembanding Dengan TDS-3 ............................................................ 41

Tabel 4.7. Perbandingan TDS Tanpa Terkompensasi Suhu Dan Yang

Terkompensasi ................................................................................ 42

Tabel 4.8. Hasil Pengujian Air dan Langkah Akhir yang Dilakukan Sistem ..... 43

x

DAFTAR ISTILAH

AC Alternating Current

COM Common

DC Direct Current

IC Integrated Circuit

NC Normally Closed

NO Normally Open

Op-Amp Operational Amplifier

TDS Total Dissolved Solids

LCD Liquid Crystal Display

DHL Daya Hantar Listrik

mV mili Volt