Upload
tranliem
View
259
Download
16
Embed Size (px)
Citation preview
KAJIAN TENTANG PERLAKUAN BENTUK KONFIGURASI
ELEKTRODA TERHADAP KINERJA SENSOR KONDUKTIVITAS
LISTRIK TANAH JENIS KAPASITIF
SKRIPSI
Oleh :
WAHYU OCTAVIANUS
NIM. 1011305011
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
2016
ii
KAJIAN TENTANG PERLAKUAN BENTUK KONFIGURASI
ELEKTRODA TERHADAP KINERJA SENSOR KONDUKTIVITAS
LISTRIK TANAH JENIS KAPASITIF
SKRIPSI
Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana
Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas
Udayana
Oleh :
WAHYU OCTAVIANUS
NIM. 1011305011
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
2016
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Skripsi ini telah mendapat persetujuan pembimbing :
Tanggal lulus :
Dosen Pembimbing II
I Putu Gede Budi Sanjaya, S.TP., MT
NIP. 19790530 200502 1 004
Dosen Pembimbing I
Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc., Ph.D
NIP. 19631113 199003 1 003
Mengesahkan :
Dekan Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Udayana
Dr. Ir. I Dewa Gde Mayun Permana., MS
NIP. 19591107 198603 1 004
iv
Wahyu Octavianus. 1011305011. 2016. Kajian Tentang Perlakuan Bentuk
Konfigurasi Elektroda Terhadap Kinerja Sensor Konduktivitas Listrik
Tanah Jenis Kapasitif. Dibawah bimbingan Prof. Ir. I Made Anom S.
Wijaya, M.App.Sc., Ph.D. selaku pembimbing 1 dan I Putu Gede Budi
Sanjaya, S.TP., MT. selaku pembimbing 2
ABSTRAK
Pengukuran EC dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu induksi
elektromagnetik dan kontak langsung. Penelitian ini menggunakan metode kontak
langsung yaitu dengan elektroda sensor kapasitif. Tujuan dari penelitian ini adalah
untuk mengetahui hubungan antara bentuk-bentuk konfigurasi elektroda terhadap
kinerja sensor kapasitif, dan juga untuk mendapatkan perlakuan yang memberikan
kinerja terbaik. Penelitian ini dimulai dengan merancang elektroda kemudian
dilanjutkan dengan uji kerja dan uji kinerja. Perlakuan yang digunakan meliputi
perlakuan elektroda bentuk cincin (ring), bentuk rambut dan bentuk segitiga, dan
konfigurasi dari masing-masing bentuk yaitu 2, 4, 6 dan 8. Uji kinerja dilakukan
dengan menancapkan elektroda ke dalam tanah dengan kedalaman 20 cm untuk
mendapatkan frekuensi dan pada saat yang sama diambil sampel tanah untuk
dianalisis di laboratorium untuk mendapatkan nilai EC. Berdasarkan data
hubungan antara frekuensi tanah dan EC kemudian dianalisis. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kinerja terbaik adalah konfigurasi elektroda sensor bentuk
rambut 2. Persamaan frekuensi tanah dan EC adalah EC = 0.80590 Ftanah –
4.48289 dengan nilai R2 = 0.851, RMSE = 0.066, stabilitas = 0.02 dan waktu
respon = 7.41 detik.
Kata Kunci: Konduktivitas listrik (EC), sensor kapasitif, elektroda sensor keping
sejajar, frekuensi tanah, uji kinerja.
v
Wahyu Octavianus. 1011305011. 2016. Study of Electrode Configuration
Shape on the Performance of Capasitive Type of the Soil Electric
Conductivity. Supervised by Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc.,
Ph.D. and I Putu Gede Budi Sanjaya, S.TP., MT.
ABSTRACT
The measurement of EC can be conducted in two ways, namely
electromagnetic induction and direct contact. This study using capacitive direct
contact. The aims of this study were to determine the relationship of
configurations shape each other of electrode to the measurements performance,
and to determine to treatment that has the best performance. The study was
started by designing the electrodes then continued by functional test and
performance test. The treatments used was electrodes shape of ring, hair and
triangle, and electrodes configuration of each shape was 2, 4, 6 and 8. The
electrode probe was inserting into the soil with the depth of 20 cm to get the
frequency and at the same time soil sample was collected for analyzed in the
laboratory to get the EC values. Based on those data the relationship of between
soil frequency and EC were then analyzed. The results indicated that the best
performance was hair shapes with 2 configuration. The equation of soil frequency
and EC was EC = 0.080590 F(soil) - 4.48289 with R2 = 0.851, RMSE = 0.066,
stability = 0.02 and respond time = 7.41 second.
Keyword: Electric conductivity (EC), Capacitive sensor, Parallel chip sensor
electrode, soil frequency, Performance test.
vi
RINGKASAN
Data analisa tanah sangat penting diketahui petani untuk memberikan
penanganan yang tepat terhadap lahan pertaniannya, sehingga kesuburan tanahnya
dapat tetap dipertahankan. Mengingat kebanyakan petani memerlukan hasil cepat
dan biaya yang seminimal mungkin, maka diperlukan suatu alat pengukur yang
bisa memberikan hasil secara cepat dan biaya terjangkau. Pengukuran
konduktivitas listrik (EC) tanah menjadi pengukuran yang paling sering dilakukan
untuk mengetahui keragaman kandungan tanah untuk aplikasi precision pertanian,
karena sangat mudah dilakukan dan memberikan hasil yang tepat. Terdapat dua
metode pengukuran konduktivitas listrik (EC) tanah yaitu, induksi
elektromagnetik dan kontak langsung. Penelitian ini dilakukan dengan metode
pengukuran kontak langsung, yaitu dengan menggunakan elektroda sensor
kapasitif.
Sensor jenis kapasitif memiliki prinsip dasar pengukuran berdasarkan
perubahan kapasitansi. Kapasitansi antara dua pelat ditentukan oleh tiga hal yaitu
luas penampang plat elektroda, jarak elektroda dan material dielektrik antara plat
elektroda. Mengingat adanya hubungan yang erat antara hasil pengukuran EC
dengan luas penampang dan jarak elektroda, maka penulis mengkaji tentang
bentuk dan konfigurasi elektroda sensor terhadap hasil pengukuran yang
didapatkan.
Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah studi literatur,
perancangan elektroda sensor dengan perlakuan bentuk dan jarak elektroda yang
berbeda dan menghasilkan 12 kombinasi perlakuan elektroda sensor, selanjutnya
dilakukan kontruksi elektroda sensor, uji kerja, uji kinerja, membangun
vii
persamaan pendugaan EC, dan terakhir dilakukan validasi elektroda sensor.
Parameter yang diamati dalam penelitian ini adalah tingkat presisi elektroda
sensor yang ditentukan dengan nilai koefisien determinan (R2), akurasi elektroda
sensor yang ditentukan dari nilai RMSE, stabilitas pengukuran yang ditentukan
dari standar deviasi, dan waktu respon yang ditentukan dari waktu yang
diperlukan oleh elektroda sensor untuk membaca media yang diukur.
Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa elektroda sensor bentuk
rambut dengan konfigurasi 2 memberikan hasil persamaan pendugaan EC terbaik
dengan persamaan pendugan EC = 0.080590 Ftanah – 4.48289, nilai R2 = 0.851,
dan akurasi dengan eror sebesar 0.066, stabilitas pengukuran = 0.02, dengan
waktu respon yang dibutuhkan selama 7.41 detik.
viii
RIWAYAT HIDUP
Wahyu Octavianus dilahirkan di Denpasar pada tanggal 8 Oktober 1992.
Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara pasangan Djupri dan Fietje K.
Penulis memulai pendidikan di SD N 2 Tegal Badeng Timur, Negara Bali
pada tahun 1998 dan menamatkannya pada tahun 2004, lalu melanjutkan
pendidikan di SMP N 1 Tabanan dan berhasil menamatkannya pada tahun 2007.
Tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan ke SMA N Kediri Tabanan sampai
dengan tahun 2010.
Penulis tercatat sebagai mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Udayana pada tahun 2010 melalui jalur SNMPTN gelombang pertama
dan mengambil Program studi Teknik Pertanian (TEP). Selama menjadi
mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi intra dan ekstra kampus, diantaranya
menjabat sebagai Fungsionaris HMJ (Himpunan Mahasiswa Jurusan) Teknik
Pertanian Periode 2011-2012, Fungsionaris BLM (Badan Legislatif Mahasiswa)
Fakultas Teknologi Pertanian periode 2012-2013, Fungsionaris BEM (Badan
Eksekutif Mahasiswa) Fakultas Teknologi Pertanian Periode 2013-2014, Ketua
Agritech Ceria Fakultas Teknologi Pertanian 2012, serta aktif sebagai panitia
pelaksana dan pengarah kegiatan mahasiwa Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Udayana. Penulis juga pernah mengikuti Praktek Kerja Lapangan di
PT. New Kuta Golf & Ocean View yang berada di kawasan Pecatu Resort,
Badung – Bali.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus, atas
anugrah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Kajian Tentang
Perlakuan Bentuk Konfigurasi Elektroda Terhadap Kinerja Sensor Konduktivitas
Listrik Tanah Jenis Kapasitif”. Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk
memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian di
Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas
Udayana.
Keberhasilan penulis tidak hanya didasarkan atas kerja keras penulis tetapi
juga berkat dukungan serta bantuan yang penulis terima dari awal dimulainya
penelitian ini hingga akhir penulisan skripsi. Untuk itu, penulis mengucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir. I Dewa Gde Mayun Permana, MS. selaku Dekan Fakultas
Teknologi Pertanian, Universitas Udayana.
2. Bapak Dr. Ir. I Wayan Widia, M.SIE. selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian,
FTP Unud.
3. Bapak Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc., Ph.D. selaku
pembimbing I dan Bapak I Putu Gede Budi Sanjaya, S.TP., MT. sebagai
pembimbing II yang telah banyak membantu, membimbing dan mengarahkan
selama penelitian hingga penyelesaian dari skripsi ini.
4. Bapak Dr. Ir. Ida Bagus Putu Gunadnya, M.S. selaku pembimbing akademik
yang telah bersedia memberikan bimbingan dan saran selama menempuh
pendidikan.
x
5. Bapak/Ibu dosen dan staf pegawai FTP Unud yang telah membantu penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Kepala Laboratorium Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Rekayasa Alat di
FTP Unud yang telah memberikan izin untuk menggunakan Laboratorium.
7. Kepada Pekaseh Subak Cemagi Let Mengwi Badung yang telah memberi izin
untuk melakukan pengujian alat di Subak Cemagi Let.
8. Ayah, Ibu, kakak dan seluruh keluarga besar yang senantiasa memberikan
dukungan serta bantuan moril dan materi sehingga penelitian ini dapat
berjalan dengan lancar.
9. Sahabat tercinta Andri, Panji, Agus Sumi, Pungki, Ayu Gria, Gek Lia, Ninik,
Gus Yudha, Cynthia Wulandari, Itha Purnama dan Uning Prastiti yang selalu
ada dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.
10. Rekan-rekan FTP Unud angkatan 2010 khususnya anak TEP 2010, Diaz,
Fajar, Ayoni (alm), Rian, Icun, Disa, Vera, Parimba, Samuel, Adi, Viqtor,
Gerry dan teman-teman di FTP Angkatan 2010 sampai angkatan 2014, yang
tak bisa disebut satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya dalam
perkuliahan, membuat tugas, praktikum dan penelitian hingga akhir skripsi
ini.
11. Rekan-rekan kelas bimbingan (klabing), kak Echa, kak Anggi, kak Eka,
Wirawan, Edo, Baskara, Tebo, Aris, Ogik, dan Anik yang sudah membantu
dalam kelancaran penyelesaian skripsi ini.
Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat dipergunakan sebagai mana
mestinya sehingga dapat bermanfaat bagi banyak orang. Penulis sadar bahwa
xi
penulisan skripsi ini jauh dari sempurna, sehingga penulis berharap kritikan serta
saran-saran dari para pembaca yang bersifat membangun.
Denpasar, Mei 2016
Penulis
xii
DAFTAR ISI
Halaman
COVER ..................................................................................................... i
JUDUL ...................................................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................ iii
ABSTRAK ................................................................................................ iv
ABSTRACT .............................................................................................. v
RINGKASAN ............................................................................................ vi
RIWAYAT HIDUP ................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ............................................................................... ix
DAFTAR ISI ............................................................................................. xii
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xv
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xvi
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xvii
I. PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang.................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah .......................................................................... 4
1.3 Tujuan ............................................................................................. 4
1.4 Manfaat ............................................................................................ 4
II. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 5
2.1 Tanah................................................................................................ 5
2.2 Komponen Tanah ............................................................................. 6
2.3 Tekstur Tanah ................................................................................... 7
2.4 Konsistensi Tanah ............................................................................. 8
2.5 Konduktivitas Listrik ........................................................................ 8
2.6 Konduktivitas Listrik Tanah .............................................................. 10
2.7 Sensor ............................................................................................... 11
2.8 Persyaratan Umum Sensor ................................................................ 12
2.9 Sensing Unit ..................................................................................... 13
2.9.1 Power Supply + Regulator 5 Volt ................................................... 13
2.9.2 Rangkaian Osilator 555 .................................................................. 14
xiii
2.9.3 LCD ............................................................................................... 15
2.10 Sensor Kapasitif ................................................................................ 16
2.11 Dielektrik.......................................................................................... 18
2.12 Muatan Listrik .................................................................................. 19
2.13 Kuat Medan Listrik ........................................................................... 20
2.14 Hubungan Paralel ............................................................................. 21
2.15 Tembaga ........................................................................................... 22
2.16 Analisis Regresi ................................................................................ 22
III. METODE PENELITIAN .................................................................... 24
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 24
3.2 Alat dan Bahan ................................................................................. 24
3.2.1 Alat ................................................................................................ 24
3.2.2 Bahan ............................................................................................. 24
3.3 Metodologi ....................................................................................... 25
3.3.1 Studi Literatur ................................................................................ 26
3.3.2 Perancangan ................................................................................... 26
3.3.3 Perancangan Fungsional ................................................................. 26
3.3.3.1 Rangka Sensor ............................................................................. 26
3.3.3.2 Konfigurasi Elektroda .................................................................. 27
3.3.4 Perancangan Struktural ................................................................... 28
3.3.4.1 Rangka Sensor ............................................................................. 28
3.3.4.2 Konfigurasi Elektroda .................................................................. 29
3.4 Uji Kerja Elektroda Sensor ............................................................... 32
3.5 Uji Kinerja ........................................................................................ 32
3.5.1 Membangun Persamaan Pendugaan EC .......................................... 33
3.5.2 Validasi .......................................................................................... 33
3.6 Parameter yang Diamati .................................................................... 33
3.6.1 Presisi ............................................................................................. 34
3.6.2 Akurasi ........................................................................................... 34
3.6.3 Waktu Respon ................................................................................ 34
3.6.4 Stabilitas Pengukuran ..................................................................... 35
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 36
xiv
4.1 Elektroda Sensor ............................................................................... 36
4.2 Hubungan Frekuensi Lapangan dengan Frekuensi
Filtrat Laboratorium .......................................................................... 37
4.3 Hubungan EC dengan Frekuensi Filtrat ............................................. 42
4.4 Persamaan Pendugaan EC ................................................................. 49
4.5 Validasi ............................................................................................ 50
4.6 Waktu Respon .................................................................................. 51
4.7 Stabilitas Sensor ............................................................................... 52
V. PENUTUP .......................................................................................... 54
5.1 Kesimpulan....................................................................................... 54
5.2 Saran ................................................................................................ 54
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 55
LAMPIRAN .............................................................................................. 58
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Konduktivitas Elektrik Logam Pada Suhu Kamar ....................... 10
Tabel 2. Konstanta Dielektrik Berbagai Bahan ......................................... 19
Tabel 3. Konstanta Bahan Penghantar ...................................................... 22
Tabel 4. Persamaan yang Dihasilkan dari Hubungan
Tanah Lapangan dengan Frekuensi Filtrat .................................. 42
Tabel 5. Persamaan dan Nilai R2 Hasil Hubungan
dari Frekuensi Filtrat dengan EC ................................................ 43
Tabel 6. Luas Penampang Plat Elektroda ................................................. 49
Tabel 7. Persamaan Pendugaan EC Semua Perlakuan
Elektroda Sensor ........................................................................ 50
Tabel 8. Nilai RMSE dari Semua Perlakuan Elektroda ............................. 51
Tabel 9. Waktu Respon Pengukuran Elektroda Sensor ............................. 52
Tabel 10. Stabilitas Pengukuran Elektroda Sensor .................................... 53
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Komposisi Tanah yang Ideal (% volume) .............................. 6
Gambar 2. Segitiga Tekstur Tanah .......................................................... 7
Gambar 3. Pinout IC NE555 ................................................................... 14
Gambar 4. Konsep Sensor Kapasitif........................................................ 17
Gambar 5. Muatan Listrik yang Berpindah ............................................. 19
Gambar 6. Diagram Alir Konstruksi Sensor ............................................ 25
Gambar 7. Perancangan Rangka Sensor .................................................. 28
Gambar 8. Perancangan Elektroda Sensor ............................................... 31
Gambar 9. Komponen Lengkap Sensor ................................................... 37
Gambar 10. Grafik Hubungan Frekuensi Tanah dengan Frekuensi Filtrat
Sensor Bentuk Cincin dengan konfigurasi,
a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 .................................................. 38
Gambar 11. Grafik Hubungan Frekuensi Tanah dengan Frekuensi Filtrat
Sensor Bentuk Rambut dengan Konfigurasi,
a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ................................................... 39
Gambar 12. Grafik Hubungan Frekuensi Tanah Dengan Frekuensi Filtrat
Sensor Bentuk Segitiga dengan Konfigurasi,
a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ................................................... 40
Gambar 13. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Filtrat dengan EC Sensor Bentuk
Cincin dengan Konfigurasi, a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8........ 44
Gambar 14. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Filtrat dengan EC Sensor Bentuk
Rambut dengan Konfigurasi, a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ...... 45
Gambar 15. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Filtrat dengan EC Sensor Bentuk
Segitiga dengan Konfigurasi, a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ..... 46
Gambar 16. Medan Listrik Masing-Masing Konfigurasi ........................... 47
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Metode Analisis Konduktivitas Listrik ...................................... 58
Lampiran 2. Data Frekuensi Tanah dan Frekuensi Filtrat............................... 59
Lampiran 3. Data Frekuensi Filtrat dengan EC .............................................. 65
Lampiran 4. Data Akurasi ............................................................................. 71
Lampiran 5. Data Waktu Respon................................................................... 77
Lampiran 6. Data Stabilitas Pengukuran ........................................................ 78