RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR …

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR

UNTUK KEPERLUAN HIGIENE SANITASI BERBASIS

ARDUINO UNO

SKRIPSI

MUHAAMAD FAUZAN ZARKASHIE

11160970000054

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2021 M

i

LEMBAR PERSETUJUAN

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR UNTUK

KEPERLUAN HIGIENE SANITASI BERBASIS ARDUINO UNO

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Fisika

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah

Oleh:

MUHAMAD FAUZAN ZARKASHIE

NIM. 11160970000054

Menyetujui,

Pembimbing I Pembimbing II

Elvan Yuniarti, M.Si Ryan Rizaldy, M.Si

NIP. 197912272008012015 NUP. 9920113257

Mengetahui,

Ketua Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Tati Zera, M.Si

NIP. 196906082005012002

ii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN

iii

LEMBAR PERNYATAAN

iv

ABSTRAK

Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang berperan penting menyokong

kehidupan di bumi. Air untuk keperluan higiene sanitasi digunakan untuk beberapa hal,

untuk pemeliharaan kebersihan perorangan seperti mandi dan sikat gigi. Air juga untuk

keperluan mencuci bahan pangan, peralatan makan dan mencuci pakaian. Selain itu air

untuk higiene sanitasi dapat digunakan sebagai air baku air minum. Penelitian ini untuk

merancang sebuah alat pengukuran kualitas air dengan menggunakan parameter sesuai

dengan kualitas air untuk keperluan higiene sanitasi yang dikeluarkan Kementrian

Kesehatan. Parameter tersebut meliputi kekeruhan, kadar keasaman (pH), suhu dan

jumlah zat padat pada air. Alat yang dirancang menggunakan Arduino Uno sebagai

pengendali, sensor-sensor sesuai dengan parameter yaitu sensor photodioda, pH, suhu

dan TDS (Total Dissolved Solids) serta sistem output menggunakan LCD 20 x 4. Hasil

dari penelitian ini menyimpulkan bahwa sistem deteksi kualitas air berjalan dengan

baik, dengan menggunakan sensor photodioda dapat membaca masing-masing tingkat

kekeruhan berdasarkan nilai ADC (Analog Digital Converter). Sensor TDS memiliki

tingkat akurasi sebesar 93,2% dengan persentase kesalahan 6,8%, sensor pH memiliki

tingkat akurasi sebesar 97,5% dengan persentase kesalahan 2,5% dan sensor suhu

memiliki akurasi sebesar 97,84% dengan persentase kesalahan 2,16%.

Kata Kunci: Air Bersih, Air Higiene Sanitasi, Arduino Uno, Kualitas Air Bersih,

Sensor, Sensor Photodioda, sensor pH, Sensor Suhu, Sensor TDS.

v

ABSTRACT

Water is one of the essential needs that play an important role in supporting life on

earth. Water for sanitary hygiene purposes is used for several things, for the

maintenance of individual hygiene such as bathing and toothbrushes. Water is also for

the purposes of washing foodstuffs, tableware and washing clothes. In addition, water

for hygiene sanitation can be used as raw water for drinking water. This research is to

design a water quality measurement tool using parameters in accordance with water

quality for sanitary hygiene purposes issued by the Ministry of Health. These

parameters include turbidity, acidity (pH), temperature and amount of solids in water.

The tool is designed to use Arduino Uno as a controller, sensors according to the

parameters of photodiode sensors, pH, temperature and TDS (Total Dissolved Solids)

and output systems using an LCD 20 x 4. The results of this study concluded that the

water quality detection system is running well, using photodiode sensors that can read

each level of turbidity based on the value of ADC (Analog Digital Converter). The TDS

sensor has an accuracy rate of 93.2% with a 6.8% error percentage, the pH sensor has

an occurrence rate of 97.5% with a 2.5% error percentage and a temperature sensor

has an accuracy of 97.84% with a 2.16% error percentage.

Keywords: Arduino Uno, Clean Water, Clean Water Quality, Photodiode Sensor, pH

sensor, Sanitary Hygiene Water, Temperature Sensor, TDS Sensor.

vi

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji dan syukur peneliti panjatkan ke hadirat Allah SWT atas nikmat dan

karunia yang telah dilimpahkan sehingga peneliti dapat menyelesaikan laporan skripsi

ini dengan sebaik-baiknya. Shalawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada

Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan tuntunan dan petunjuk kepada umat

manusia menuju kehidupan dan peradaban, serta para keluarga dan para sahabat yang

dicintainya.

Laporan skripsi dengan judul “Rancang Bangun Sistem Pengukuran

Kualitas Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi Berbasis Arduino Uno.” ini

merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh dalam menyelesaikan jenjang Strata

1 (S1) pada Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta.

Dalam penyusunan laporan ini, peneliti telah mendapat banyak bantuan dan

bimbingan serta semangat dari berbagai pihak. Tanpa bantuan dari berbagai pihak

tersebut, tentunya proses penyusunan laporan ini akan sangat sulit untuk diselesaikan.

Oleh karena itu, peneliti ingin menyampaikan terima kasih kepada:

1. Bapak Nashrul Hakiem, M.T, Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

2. Ibu Tati Zera, M.Si. selaku Ketua Program Studi Fisika Fakultas Sains dan

Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

3. Ibu Elvan Yuniarti, M.Si. sebagai Dosen Pembimbing I dan Bapak Ryan

Rizaldy, M.Si. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan

bimbingan, arahan, dan dukungan kepada penulis selama proses

penyelesaian skripsi ini. Terima kasih banyak atas seluruh waktu, tenaga,

vii

kesediaan menjawab setiap pertanyaan penulis serta membagikan banyak

pengetahuan agar penulis bisa menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

4. Kedua orang tua peneliti, yaitu Bapak Lasijo dan Ibu Sri Hartini yang sudah

mendidik, memberikan dukungan, serta doa yang tiada henti kepada peneliti

sehingga memacu peneliti untuk memberikan yang terbaik terkait tugas

akhir ini.

5. Teman dekat peneliti, Neera Maulidia Awalina yang selalu memberikan

dukungan, membantu dalam menganalisis data, dan berperan sangat besar

dalam pembuatan skripsi ini. Semoga menjadi ladang pahala bagi beliau.

6. Sahabat-sahabat penulis di perkuliahan, Rizki Khusnul Adin dan Ridwan

Eko Laksono yang selalu muhasabahkan diri untuk selalu rendah diri dan

mengusulkan ide skripsi ini.

7. Keluarga Prodi Fisika, senior maupun junior yang telah membantu

kehidupan perkulahan peneliti. Khususnya Andri Kurniawan yang selalu

memberikan saran, dukungan, dan ilmu kepada peneliti untuk penyelesaian

tugas akhir ini.

8. Sahabat peneliti saat SMA, yaitu Mayla Rizki Arjuna dan Endras Haryo

yang telah memberikan kesenangan, dukungan, serta doa kepada peneliti

terkait penyelesaian skripsi ini.

9. Keluarga Kontrakan, yaitu Nanda Ridki Permana, Ade Kurniawan, Eka

Saputra, Ahmad Haris, Ahmad Mustadi, Ali Nurdin, Reza Rahmansyah,

Fajri Maulana dan Dwi Septian yang telah menemani peneliti dari awal

mahasiswa baru.

10. Keluarga Fisika Instrumen 2016 yang telah memotivasi penulis juga ikut

andil dalam penyelesaian skripsi ini.

11. Keluarga Himpunan Mahasiswa Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN

Syarif Hidayatullah Jakarta serta Himpunan Mahasiswa Islam Komisariat

Fakultas Sains dan Teknologi (HMI Komfastek) yang hadir mewarnai

viii

kehidupan penulis di masa perkuliahan. Yang telah memotivasi penulis

untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

12. Keluarga KKN 149 Yoko, yang selalu memberikan dukungan, doa kepada

penulis. Telah memberikan cerita singkat yang sangat berharga dan

memiliki arti nilai penting baik dalam hal kehidupan, keluarga, dan cinta.

13. Serta seluruh pihak-pihak terkait yang telah berjasa dalam proses

penyelesaian laporan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Dengan bantuan semua pihak di atas, peneliti bersyukur dan berdoa kepada

Allah SWT, semoga semua bantuan yang peneliti terima dalam proses penulisan skripsi

ini mendapatkan balasan yang setimpal di akhirat nantinya. Peneliti juga menyadari

bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, baik dari segi

bahasa, penyusunan, maupun penulisannya. Untuk itu peneliti berharap agar pembaca

dapat memaklumi atas kekurangan dalam laporan skripsi ini.

Akhir kata, peneliti berharap semoga laporan skripsi ini dapat bermanfaat bagi

penelitian selanjutnya dan bagi para pembaca pada umumnya.

Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.

Jakarta, 20 Februari 2021

M. Fauzan Zarkashie

11160970000054

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN .......................................................................................ii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................................. iii

ABSTRAK .......................................................................................................................... iv

ABSTRACT .........................................................................................................................v

KATA PENGANTAR.......................................................................................................... vi

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xiv

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

1.1. Latar Belakang...................................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................. 7

1.3. Batasan Masalah ................................................................................................... 8

1.4. Tujuan Penelitian .................................................................................................. 9

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................................................ 9

1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................................... 10

BAB II ............................................................................................................................... 12

2.1. Air Higiene Sanitasi ............................................................................................ 12

2.2. Intensitas Cahaya ................................................................................................ 15

2.3. LED (Light Emitting Diode)................................................................................ 16

2.4. Kekeruhan .......................................................................................................... 17

x

2.5. Sensor Photodioda .............................................................................................. 17

2.6. Lambert Beer ...................................................................................................... 18

2.7. Hukum Ohm ....................................................................................................... 20

2.8. Sensor pH Meter ................................................................................................. 21

2.9. Sensor Suhu DS18B20 ........................................................................................ 24

2.10. Sensor TDS Meter .............................................................................................. 26

2.11. LCD ................................................................................................................... 29

2.12. Analog Digital Converter .................................................................................... 31

2.13. Arduino Uno ....................................................................................................... 32

BAB III .............................................................................................................................. 36

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 36

3.2. Alat dan Bahan ................................................................................................... 36

3.3. Tahap Penelitian ................................................................................................. 37

3.3.1. Alur Penelitian ............................................................................................ 38

3.3.2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware).................................................. 39

3.3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................................... 43

3.4. Metode Pengambilan Data .................................................................................. 45

3.4.1. Pengujian Kalibrasi Sensor .......................................................................... 45

3.4.2. Pengujian Keakuratan Sensor ...................................................................... 47

BAB IV ............................................................................................................................. 48

4.1. Hasil Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Air ..................................... 48

4.2. Hasil Uji Kalibrasi dan Keakuratan Sensor .......................................................... 50

4.2.1. Pengujian Keakuratan Sensor Photodioda .................................................... 50

4.2.2. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor pH ........................................... 52

4.2.3. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor TDS......................................... 56

xi

4.2.4. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor Suhu ........................................ 60

4.3. Analisis Hasil Uji Alat Secara Keseluruhan Dengan Sampel ............................... 61

4.3.1. Prosedur dan Hasil Pengujian ...................................................................... 62

4.3.2. Analisis Pengujian....................................................................................... 66

BAB V ............................................................................................................................... 68

5.1. Kesimpulan......................................................................................................... 68

5.2. Saran .................................................................................................................. 70

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 71

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Status Kualitas Air Sungai Indonesia [6] ............................................... 4

Gambar 2. 1 Bagian-bagian LED [15] ..................................................................... 16

Gambar 2. 2 Photodioda .......................................................................................... 18

Gambar 2. 3 Hukum Lambert Beer [22] .................................................................. 20

Gambar 2. 4 Sensor pH meter [26] .......................................................................... 24

Gambar 2. 5 Sensor Suhu DS18B20 ........................................................................ 25

Gambar 2. 6 Sensor Analog TDS meter .................................................................. 29

Gambar 2. 7 LCD 20x4 Karakter dengan Modul I2C .............................................. 29

Gambar 2. 8 Modul I2C .......................................................................................... 31

Gambar 2. 9 Arduino Uno ....................................................................................... 33

Gambar 2. 10 Arduino IDE ..................................................................................... 35

Gambar 3. 1 Tahap Penelitian ................................................................................. 37

Gambar 3. 2 Rangkaian Sensor Photodioda [46] ..................................................... 40

Gambar 3. 3 Rangkaian Sensor Analog TDS Meter [46] ......................................... 40

Gambar 3. 4 Rangkaian Sensor pH Meter [46] ........................................................ 41

Gambar 3. 5 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 [46] ............................................... 42

Gambar 3. 6 Rangkaian Keseluruhan [46] ............................................................... 43

Gambar 3. 7 Proses Keseluruhan Kerja Sensor ........................................................ 44

Gambar 4. 1 Hasil Rancang Bangun Tampak Luar .................................................. 48

Gambar 4. 2 Hasil Rancang Bangun Tampak Dalam ............................................... 49

xiii

Gambar 4. 3 Sampel Uji dan Tampilan Display ....................................................... 52

Gambar 4. 4 pH Meter dan Cairan Pengujian .......................................................... 53

Gambar 4. 5 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan pH Meter .............................. 54

Gambar 4. 6 TDS Meter dan Cairan Pengujian ........................................................ 56

Gambar 4. 7 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan TDS Meter ............................ 58

Gambar 4. 8 Sampel Uji Suhu ................................................................................. 60

Gambar 4. 9 Grafik Hasil Uji TDS .......................................................................... 63

Gambar 4. 10 Grafik Hasil Uji pH ........................................................................... 65

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Simbol dan Satuan Cahaya [12] .............................................................. 15

Tabel 2. 2 Karakteristik pH elektroda [9] ................................................................ 23

Tabel 2. 3 Hubungan antara Celsius, Reamur dan Fahrenheit .................................. 24

Tabel 2. 4 Fungsi kaki dari LCD 20x4 karakter ....................................................... 30

Tabel 2. 5 Karakteristik Arduino Uno [43] .............................................................. 34

Tabel 3. 1 Tabel Alat dan Bahan ............................................................................. 36

Tabel 4. 1 Tingkat Kekeruhan berdasarkan nilai ADC ............................................. 51

Tabel 4. 2 Tegangan pH meter dan Sensor pH ......................................................... 53

Tabel 4. 3 Hasil Kalibrasi Sensor pH....................................................................... 55

Tabel 4. 4 Tegangan TDS meter dan Sensor TDS.................................................... 57

Tabel 4. 5 Hasil Kalibrasi Sensor TDS .................................................................... 59

Tabel 4. 6 Hasil Pengujian Sensor Suhu .................................................................. 61

Tabel 4. 7 Perbandingan TDS di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air Bersih .. 63

Tabel 4. 8 Perbandingan Tingkat Keruh di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air

Bersih ..................................................................................................................... 64

Tabel 4. 9 Perbandingan pH dengan Syarat Kualitas Air Bersih .............................. 64

Tabel 4. 10 Perbandingan Suhu Dengan Syarat Kualitas Air Bersih ........................ 65

Tabel 4. 11 Uji Keseluruhan.................................................................................... 66

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Di alam semesta ini terdapat tiga makluk yang diciptakan Allah yang paling tua.

Yaitu, “singgasana” Tuhan (‘arasy), buku rahasia kejadian (lauh mahfudh) dan air

(maa’). Disebut paling tua usianya dikarenakan ketiga makluk ini sudah tercipta

sebelum segala sesuatu diciptakan. Menurut kepercayaan agama-agama besar

(samawi), air merupakan unsur atau elemen yang terlebih dahulu diciptakan oleh

Tuhan sebelum menciptakan kehidupan yang ada di bumi dan tidak ada makluk hidup

yang melangsungkan kehidupannya tanpa adanya air[1]. Allah berfirman dalam QS.

Hud/11:7 yang berbunyi:

ض في ستة أ رأ ت وٱلأ و م شهۥ ع وهو ٱلذي خلق ٱلس ول يام وكان عرأ سن عملا لوكمأ أيكمأ أحأ ماء ليبأ ت إنكم لى ٱلأ ئن قلأ

ذا إل ت ليقولن ٱلذين كفروا إنأ ه موأ د ٱلأ عوثون من بعأ بأ بين م ر م سحأ

Terjemahnya: Dan Dia-lah yang menciptakan langit dan bumi dalam enam masa, dan

adalah singgasana-Nya (sebelum itu) di atas air, agar Dia menguji siapakah di antara

kamu yang lebih baik amalnya, dan jika kamu berkata (kepada penduduk Mekah):

"Sesungguhnya kamu akan dibangkitkan sesudah mati", niscaya orang-orang yang

kafir itu akan berkata: "Ini tidak lain hanyalah sihir yang nyata".

Kedudukan air sebagai peyangga ‘arasy Tuhan ialah fakta teologis yang

memperlihatkan betapa penting dan mulianya keberadaan air di alam wujud ini.

2

Ditambahkan lagi ketika al-Qur’an dikatakan bahwa air ialah sumber utama

kehidupan[1]. Sebagaimana firman Allah SWT dalam QS. Al-Anbiya’/21: 30 yang

berbunyi:

قا ض كانتا رتأ رأ ت وٱلأ و م أو لمأ ير ٱلذين كفروا أن أن ٱلس ء حي ماء كل شيأنا من ٱلأ هما وجعلأ ن منون ا ففتقأ أفل يؤأ

Terjemahnya: Dan apakah orang-orang kafir tidak mengetahui bahwa langit dan bumi

keduanya dahulunya menyatu, kemudian Kami pisahkan antara keduanya; dan Kami

jadikan segala sesuatu yang hidup berasal dari air; maka mengapa mereka tidak

beriman?

Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang sangat penting dalam kehidupan

makhluk hidup di bumi. Air digunakan untuk proses metabolisme bagi makluk hidup.

Pada manusia, fungsi air sebagai keperluan industri, pertanian, transportasi, dll. Di

bumi ini ada tiga sumber air yaitu air tanah, air permukaan dan air hujan. Air tanah

ialah air yang berada di dalam lapisan tanah dengan kedalaman berbeda-beda, air tanah

biasanya dimanfaatkan manusia untuk kebutuhan hidup, misalnya didapatkan melalui

sumur atau melalui pompa air [2]. Air permukaan merupakan air yang berada di atas

permukaan tanah, baik dalam kondisi mengalir maupun diam dan tidak dapat terserap

karena lapisan tanah yang sangat rapat sehingga sulit ditembus air seperti yang terdapat

pada mata air, sungai danau, lahan basah, atau laut. Sedangkan, air hujan adalah air

angkasa yang jatuh kepermukaan bumi. Dalam entitasnya tidak semua sumber air tadi

dapat dipergunakan untuk memenuhi kebutuhan kita karena dalam memenuhi

3

kebutuhan hidup kita air harus memenuhi beberapa faktor seperti secara kimia, fisika,

bakteriologi maupun radioaktif [3].

Pada Peraturan Menteri Kesehatan RI nomor 32 tahun 2017 Bab II tentang

standar baku mutu kesehatan lingkungan poin A untuk keperluan higiene sanitasi.

Standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk air higiene sanitasi meliputi beberapa

parameter fisik, biologi dan kimia. Air untuk keperluan higiene sanitasi tersebut

digunakan untuk beberapa hal, untuk pemeliharaan kebersihan perorangan seperti

mandi dan sikat gigi. Air juga untuk keperluan mencuci bahan pangan, peralatan makan

dan mencuci pakaian. Selain itu air untuk higiene sanitasi dapat digunakan sebagai air

baku air minum. [4]

Adapun standar kualitas air bersih menurut Lembaga Ilmu Pengetahuan

Indonesia (LIPI) yang disebut sebagai metrologi air. Metrologi air ini digunakan untuk

mengetahui kelayakan air untuk konsumsi, penyebab air tercemar, dan keefektifan

sistem pengolahan air. Sudah banyak dilakukan pengecekan status air layak konsumsi

dalam berbagai cara dan tahap. Metrologi ini berfokus untuk mengukur air dari berat,

suhu, letak, maupun kandungan material seperti mineral dan sifat asam air, dan juga

melihat dari sudut pandang biologi yang melihat mikroorganisme yang terkandung

dalam air. World Health Organization (WHO) juga memberikan kriteria air yang layak

minum seperti jernih, tidak berbau, tidak berasa aneh, bersuhu wajar, bersih dari

bakteri, dan mengandung sedikit jumlah mineral. Minimnya akses air bersih

merupakan permasalahan yang kompleks di Indonesia, karena ini dapat menjadi

4

pembunuh sunyi karena banyak masyarakat yang tewas dari berbagai penyakit yang

muncul karena hal ini.[5].

Gambar 1. 1 Status Kualitas Air Sungai Indonesia [6]

Gambar 1.1 di atas menjelaskan status kualitas air di Indonesia yang mulai

menurun pada tahun 2014, mayoritas sungai berstatus cemar berat. Data

memperlihatkan sebanyak 29,03% berstatus cemar sedang hingga cemar berat dan

58,06% sungai tercemar berat. Angka ini sempat turun pada 2015 menjadi 24,24%

sungai berstatus cemar sedang-cemar berat dan 42,42% sungai berstatus cemar berat.

Sayangnya, di 2016 jumlah sungai berstatus cemar berat kembali naik menjadi 55,88%

dan sebanyak 23,5% berstatus cemar sedang hingga cemar berat. Disimpulkan dari data

tersebut, sungai dengan kondisi baik semakin sulit ditemui. Tak heran, sekarang ini

5

rumah tangga lebih mengandalkan air kemasan sebagai sumber air minum yang layak,

seiring memburuknya kualitas sungai-sungai di Indonesia. [6]

Air yang berwarna keruh merupakan ciri air yang tidak sehat. Kekeruhan

merupakan sifat optik yang ditentukan adanya cahaya yang diserap dan terpancarkan

oleh larutan yang terdapat dalam air. Air dapat dikatakan keruh apabila air tersebut

terdapat muatan partikel bahan yang tersuspensi, sehingga membagikan warna atau

rupa yang berlumpur dan kotor. Air keruh yang tidak tembus pandang atau bahkan

dengan cahaya sekalipun menyatakan bahwa air tersebut mempunyai tingkat

kekeruhan yang sangat tinggi sedangkan air yang tembus pandang mempunyai

kekeruhan yang sangat rendah. Bahan-bahan yang menyebabkan kekeruhan ini antara

lain tanah liat, lumpur, pasir halus dan bahan-bahan organik[7]. Keasaman atau pH air

juga sangat berpengaruh bagi metabolisme tubuh kita dikarenakan bila air yang kita

konsumsi untuk minum dan olahan makanan memiliki pH yang rendah kebutuhan yang

ada di dalam tubuh kita tidak terpenuhi secara maksimal. Air yang baik untuk

dikonsumsi sesuai dengan Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 32 Tahun 2017

memiliki nilai pH 6,5 – 8,5. Adapun untuk suhu air sebaiknya sejuk (tidak panas)

terutama agar tidak terjadi perlarutan zat kimia yang ada khususnya pada saluran pipa

yang dapat membahayakan kesehatan. Dengan menghilangkan reaksi-reaksi biokimia

di dalam saluran/pipa, mikroorganisme pathogen tidak mudah berkembang biak dan

bila diminum air akan menghilangkan dahaga, parameter suhu untuk air higiene

sanitasi adalah suhu udara ± 3. [4]

6

Total zat padat terlarut (Total Dissolved Solids, sering disingkat dengan TDS)

adalah ukuran zat terlarut baik organik maupun non-organik misalnya garam dan

sejenisnya yang terdapat di dalam air, yang ter-ionkan atau bentuk mikrogranula (sol

koloida) yang terperangkap. TDS digunakan sebagai petunjuk karakteristik air dan

sebagai suatu parameter agregat dari adanya pengukuran yang luas pencemaran zat

kimia. Sumber utama bagi TDS dalam penerimaan air adalah sektor pertanian dan

perumahan, pencucian, kontaminasi tanah dan berasal dari sumber polusi debit air

instalasi pengolahan limbah industri[8]. Tingginya nilai zat padat atau TDS merupakan

salah satu pertimbangan dalam menentukan kualitas air untuk digunakan pada rumah

tangga. Parameter dalam pengukuran TDS dengan syarat apabila hasilnya tidak

melebihi 1.000 mg/l. [4]

Adapun beberapa penelitian sebelumnya yang sudah mengukur kelayakan air

seperti yang dilakukan Putera and Christian 2017 yang merancang suatu alat untuk

mengukur kualitas air dengan menggunakan 3 sensor (Sensor TDS, pH dan

turbidity)[9]. Pada penelitian yang mengacu Putera and Christian 2017, peneliti ingin

mengembangkan satu sensor yang mengukur suhu sesuai dengan Peraturan Kemenkes

Nomor 407 Tahun 1990 dimana suhu merupakan salah satu variabel penting apakah

air tersebut layak untuk digunakan [10]. Penelitian ini juga akan menguji kekeruhan

menggunakan sensor photodioda dengan penambahan sensor-sensor yang lainnya agar

setiap parameter kualitas air dapat diukur dan membuat alat yang semua sensor dapat

bekerja dalam hasil yang semaksimal mungkin.

7

Alat ini dapat bekerja pada setiap lingkungan dan dapat dibawa kemana saja,

dengan kelebihan tersebut setiap lingkungan maupun personal dapat mengukur

kelayakan pada air yang mereka gunakan pada kehidupan sehari-hari. Penelitian ini

juga akan memberikan manfaat kepada Pemerintah Daerah ataupun PDAM untuk

mengukur kelayakan air minum pada daerah-daerah tertentu. Dalam rancang bangun

ini berbasis sistem Arduino Uno sebagai otak dari alat yang peneliti rancang, Arduino

Uno dipercaya dapat menunjang pembuatan sistem rancang bangun dalam ranah ini

sebagaimana sudah tersedia berbagai sensor yang sesuai dengan penelitian ini,

sehingga peneliti memutuskan untuk menentukan topik penelitian “Rancang Bangun

Sistem Pengukuran Kualiatas Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi Berbasis

Arduino Uno”.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan di atas, maka dapat diperoleh

beberapa rumusan masalah, yaitu:

1. Bagaimana merancang bangun sensor photodioda, sensor pH, sensor TDS

meter dan sensor suhu DS18B20 menjadi satu bagian sehingga

menghasilkan akurasi yang diharapkan?

2. Bagaimana hasil kalibrasi dan keakuratan alat uji sensor photodioda, sensor

pH, sensor TDS meter dan sensor suhu DS18B20?

8

3. Bagaimana analisis uji alat terhadap sampel keseluruhan dari berbagai

lokasi yang peneliti tentukan dengan parameter kekeruhan, zat padat

terlarut, pH dan suhu?

1.3. Batasan Masalah

Terdapat batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Sistem ini menggunakan sistem manual berbasis Arduino Uno sebagai unit

pengendali dan menggunakan LCD sebagai display.

2. Untuk mendeteksi jumlah padatan terlarut di dalam air menggunakan

Gravity Analog TDS Sensor: SKU:SEN0244 dengan range sensor 0-1000

ppm.

3. Untuk mendeteksi tingkat keasaman (pH) di dalam air menggunakan

Analog pH Sensor: PH-4502C dengan response time ± 3 menit.

4. Untuk mengukur kekeruhan pada air menggunakan Sensor Photodioda:

Silicon.

5. Untuk mendeteksi suhu di dalam air menggunakan Sensor Suhu DS18B20

waterproof dengan Akurasi ±0.5° 𝐶 sampai -10° 𝐶.

6. Air yang digunakan ialah air untuk keperluan higiene sanitasi dengan

parameter yang diukur adalah kadar padatan terlarut, keasaman, kekeruhan

dan suhu.

9

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut :

1. Merancang bangun sebuah alat untuk menguji kualitas air berdasarkan

standar kualitas air bersih dengan parameter kekeruhan, keasaman (pH),

suhu dan zat padat terlarut.

2. Mengetahui nilai kalibrasi dan keakuratan dari alat uji masing-masing

sensor photodioda, pH, TDS dan suhu.

3. Menganalisis hasil uji kualitas air secara keseluruhan dari beberapa sampel

yang peneliti tentukan.

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai

proses pembuatan rancang bangun alat pengukur kualitas air menggunakan sensor

photodioda, sensor pH dan sensor TDS meter dalam satu prototype. Alat ini diharapkan

dapat bekerja pada setiap lingkungan dan dapat dibawa kemana saja, dengan hal itu

setiap lingkungan dapat melihat kualitas air pada daerah-daerah tertentu dan nantinya

juga akan memberikan manfaat seperti PDAM maupun personal untuk mengukur

kelayakan pada air yang mereka gunakan pada kehidupan sehari-hari. Disisi lain dapat

mengetahui karakterisasi statik dari sensor photodioda, sensor pH, sensor suhu dan

sensor TDS meter berbasis arduino uno.

10

1.6. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran ringkasan pada penyusunan skripsi ini, penulis

akan menyajikan dalam bentuk sistematika skripsi yang berisi lima bab dengan uraian

sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini berisi tentang latar belakang dari penelitian ini, kemudian

perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, hingga

sistematika penelitian.

BAB II DASAR TEORI

Pada bab ini berisi teori tentang penelitian sensor photodioda, sensor pH, sensor

suhu sensor TDS meter dan komponen pendukung lainnya, adapun informasi yang

didapat nantinya akan menjadi acuan pada saat penelitian berlangsung.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini berisi tentang langkah-langkah penelitian, waktu dan tempat

penelitian, alat dan bahan yang digunakan, tahapan peneltian, sampai dengan

perancangan dan metode analisis.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini menyajikan hasil penelitian berupa hasil perancangan pada

perangkat keras (hardware), maupun perangkat lunak (software) yang digunakan,

11

selanjutnya akan menampilkan hasil pengujian yang telah dilakukan, serta pembahasan

mengenai hasil perancangan tersebut.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian yang telah

dilakukan, dan memberikan saran untuk penelitian selanjutnya agar lebih baik lagi.

12

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Air Higiene Sanitasi

Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang sangat penting dalam

kehidupan makluk hidup di bumi. Air digunakan untuk proses metabolism bagi

makluk hidup. Pada manusia, fungsi air sebagai keperluan industri, pertanian,

transportasi, dll. Di bumi ini ada tiga sumber air yaitu air tanah, air permukaan dan

air hujan. Air tanah ialah air yang berada di dalam lapisan tanah dengan kedalaman

berbeda-beda, air tanah biasanya dimanfaatkan manusia untuk kebutuhan hidup,

misalnya didapatkan melalui sumur atau melalui pompa air. Air permukaan

merupakan air yang berada di atas permukaan tanah, baik dalam kondisi mengalir

maupun diam dan tidak dapat terserap karena lapisan tanah yang sangat rapat

sehingga sulit ditembus air seperti yang terdapat pada mata air, sungai danau, lahan

basah, atau laut. Sedangkan, air hujan adalah air angkasa yang jatuh kepermukaan

bumi. Dalam entitasnya tidak semua sumber air tadi dapat dipergunakan untuk

memenuhi kebutuhan kita karena dalam memenuhi kebutuhan hidup kita air harus

memenuhi beberapa faktor seperti secara kimia, fisika, bakteriologi maupun

radioaktif. [3]

Standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk air higiene sanitasi meliputi

beberapa parameter fisik, biologi dan kimia yang bisa berupa parameter wajib dan

parameter tambahan. Parameter wajib ialah parameter yang wajib diperiksa secara

berkala sesuai dengan peraturan perundang-undangan, sedangkan untuk parameter

tambahan hanya diharuskan untuk diperiksa apabila kondisi geohidrologi

13

mengisyaratkan adanya potensi pencemaran berkaitan dengan parameter tambahan.

Air untuk keperluan higiene sanitasi tersebut digunakan untuk beberapa hal, untuk

pemeliharaan kebersihan perorangan seperti mandi dan sikat gigi. Air juga untuk

keperluan mencuci bahan pangan, peralatan makan dan mencuci pakaian. Selain itu

air untuk higiene sanitasi dapat digunakan sebagai air baku air minum. [4]

Berdasarkan yang ditetapkan dalam Peraturan Pemerintah Nomor 66 Tahun

2014 tentang kesehatan Lingkungan, kualitas lingkungan yang sehat ditentukan

melalui pencapaian atau pemenuhan Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan

dan Persyaratan Kesehatan. Air ialah salah satu media lingkungan dan persyaratan

kesehatan. [4]

Pada Peraturan Menteri Kesehatan RI nomor 32 tahun 2017 Bab II tentang

standar baku mutu kesehatan lingkungan poin A untuk keperluan higiene sanitasi.

Standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk air higiene sanitasi meliputi

beberapa parameter fisik, biologi dan kimia. Air uuntuk keperluan higiene sanitasi

tersebut digunakan untuk beberapa hal, untuk pemeliharaan kebersihan perorangan

seperti mandi dan sikat gigi. Air juga untuk keperluan mencuci bahan pangan,

peralatan makan dan mencuci pakaian. Selain itu air untuk higiene sanitasi dapat

digunakan sebagai air baku air minum. [4]

Syarat fisik air bersih harus jernih, tidak berbau dan tidak memilik rasa.

Selain itu juga suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau 25°C, dan

apabila mengalami perbedaan maka batas yang diperbolehkan ialah 25° ± 3°C.

Selain itu syarat fisik memiliki ciri sebagai berikut [10]:

14

a. Bau

Bau air bisa memberi pertunjuk akan kualitas air yang digunakan. Air yang

memiliki bau tidak akan digunakan atau bahkan tidak disukai oleh masyarakat.

b. Rasa

Air yang bersih biasanya tidak memberikan rasa atau rasanya tawar. Air yang tidak

tawar dapat disimpulkan air tersebut kehadiran berbagai zat yang dapat

membahayakan kesehatan.

c. Warna

Air sebaiknya tidak berwarna supaya untuk dapat mencegah keracunan dari zat

kimia maupun mikroorganisme yang berwarna. Warna juga bisa disebabkan adanya

zat taannin dan asam humat yang tercipta secara ilmiah pada air rawa, berwarna

kekuningan muda yang menyerupai air urin, oleh karena itu masyarakat tidak mau

menggunakannya. Selain itu, zat organik ini bila terkena khlor dapat membentuk

senyawa yang lainnya berupa khloroform yang beracun, dan air berwarna pun dapat

berasal dari air limbah buangan industri.

d. Suhu

Suhu air sebaiknya sejuk atau tidak panas terutama agar tidak terjaduinya pelarutan

zat kimia yang ada pada saluran atau pipa yang bisa membahayakan kesehatan yang

bisa menghambat reaksi-reaksi biokimia di dalam saluran atau pipa,

mikroorganisme pathogen tidak mudah berkembak biak dan bila suhu air sejuk

dapat menghilangkan dahaga.

15

e. Jumlah zat padat terlarut

Jumlah Zat Padat Terlarut (TDS) biasanya terdiri dari zat organik, garam anorganik

dan gas terlarut. Bila TDS bertambah maka keadaan akan naik disetiap keadaan

tertentu.

f. Kekeruhan

Kekeruhan air disebabkan oleh zat padat yang tersuspensi, baik yang memiliki sifat

anorganik maupun yang organik. Zat organik, biasanya berasal dari lapukan

lapukan batu dan logam, sedangkan yang organik dapat tercipta dari lapukan

tanaman ata hewan. Limbah pabrik industri juga merupakan sumber kekeruhan.

2.2. Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya bisa dipergunakan untuk menghitung atau mengukur daya

yang telah dihasilkan dari sumber cahaya pada arah tertentu per satuan sudut.

Intensitas cahaya ini bernilai konstan, kuat penerangan cahaya (iluminasi) adalah

fluks cahaya yang dikeluarkan oleh sumber cahaya suatu bidang. [11]

Tabel 2. 1 Simbol dan Satuan Cahaya [12]

Kesatuan Simbol Satuan Simbol

satuan

Kuat cahaya (intensitas cahaya)

I Lilin (candela, candlepower) cd

Arus cahaya,yaitu jumlah

banyak cahaya (Q) per satuan waktu (t):

ϕ = Q/t

ϕ

Lumen

lm

Arus cahaya yang datang per-

satuan luas permukaan E = Q/A

E Lux lx

Arus cahaya yang pergi per-

satuan luas permukaan IL =

I/A

IL cd/m² cd/m²

16

2.3. LED (Light Emitting Diode)

LED (Light Emitting Diode) sebuah komponen yang dapat menghasilkan

keluaran cahaya. Struktur LED sama halnya dengan diode, tetapi perbedaan di

dapatkan bahwa electron yang melalui sambungan P-N dapat melepaskan energi

panas serta energi cahaya. LED terbentuk supaya lebih mudah jika menghasilkan

cahaya. Untuk mendapatkan energi cahaya terhadap semikonduktor, doping yang

digunakan adalah gallium, arsenic serta phosphorus. Doping yang berbeda

membuat warna cahaya yang diciptakan berbeda juga. Saat ini, warna yang sering

digunakan adalah warna LED yang mengeluarkan cahaya merah, kuning dan hijau.

Dan warna yang dibutuhkan untuk komponen alat ini menggunakan LED berwarna

biru untuk menyesuaikan ke warna sampel (air).[13]

Pada umumnya semua warna cahaya dapat dihasilkan, tapi akan tidak

efisien dan mahal. Dalam menentukan LED, selain warna cahaya yang dihasilkan

perlu dilihat juga adalah tegangan, arus maksimum yang bekerja dan dispasi daya

dari LED-nya. Chasing LED mempunyai bentuk yang beragam-ragam jenisnya,

ada yang berbentuk segi empat, bulat seperti bola dan juga berbentuk lonjong yang

biasa dipakai pada umumnya. [14]

Gambar 2. 1 Bagian-bagian LED [15]

17

2.4. Kekeruhan

Air yang berwarna keruh merupakan ciri air yang tidak sehat. Kekeruhan

merupakan sifat optik yang ditentukan adanya cahaya yang diserap dan

terpancarkan oleh larutan yang terdapat dalam air. Air yang dikatakan keruh karena

air tersebut terdapat berlebihnya larutan partikel bahan yang tersuspensi, sehingga

memberikan warna atau rupa yang terdapat berlumpur dan kotor. Air keruh yang

tidak tembus pandang atau bahkan dengan cahaya sekalipun menyatakan bahwa air

tersebut mempunyai tingkat kekeruhan yang sangat tinggi sedangkan air yang

tembus pandang mempunyai kekeruhan yang sangat rendah. Bahan-bahan yang

menyebabkan kekeruhan ini antara lain tanah liat, lumpur, pasir halus dan bahan-

bahan organik. [7]

Padatan tersuspensi berkolerasi positif dengan kekeruhan. Semakin tinggi

nilai padatan tersuspensi, semakin tinggi nilai kekeruhan. Akan tetapi, tingginya

TDS (Total Dissolved Solids) tidak selalu diikuti dengan tingginya kekeruhan.

Besarnya nilai kekeruhan memperngaruhi dan mempersulit usaha penyaringan

dalam mengurangi efektivitas desinfeksi pada proses penjernihan air. [16]

2.5. Sensor Photodioda

Photodioda merupakan jenis dioda atau dioda foto yang memiliki resistansi

yang bisa berubah-ubah akkibat terpaparnya sinar cahaya yang terkirimkan atau

ditransmitter oleh LED (Light Emitting Diode). Resistansi oleh photodioda

menerima intensitas cahaya yang diterima, semakin besar dan banyaknya cahaya

yang diterima maka semakin kecil resistansi yang didapatkan dari photodioda dan

begitu juga sebaliknya jika semakin kecil atau rendah intensitas cahaya yang

18

diterima oleh sensor photodioda maka juga semakin besar nilai resistansi yang di

dapat. [17]

Gambar 2. 2 Photodioda

Pada umumnya sensor photodioda sama seperti sensor LDR (Light

Dependent Resistor), yaitu memindahkan besaran cahaya yang diterima sensor

menjadi perubahan konduktansi. Photodioda terdiri dari bahan semikonduktor.

Photodioda yang digunakan pada rangkaian elektronika ialah photodioda dengan

bahan silicon (Si) dan gallium arsenide (GaAs), dsb. Termasuk juga indium

antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide

(PBS). [18]

2.6. Lambert Beer

Hukum Lambert-Beer (Beer’s law) adalah hubungan linearitas antara

absorban dengan konsentrasi larutan analit [19]. Menurut hukum Lambert, serapan

(A) berbanding lurus dengan ketebalan lapisan (b) yang disinari. Lambert (1760)

pun menyelidiki hubungan antara intensitas cahaya yang bermula sebelum

melewati sampel (Io) dan intensitas cahaya yang ditrasmisikan ketika melewati

sampel (l) terhadap tebal media. Disamping itu, Beer (1852) merberikan pendapat

19

tentang suatu hukum yang menjukkan terkaitan hubungan antara I dan Io terhadap

kepekatan (c). Gabungan dari kedua hukum ini dikenal sebagai hukum Lambert-

beer yang menyatakan: ”Bila suatu cahaya monokromator melalui suatu media

yang transparan, maka bertambah atau turunnya intensitas cahaya yang di teruskan

sebanding dengan ketebalan dan kepekatan media”.[20].

𝐴 = 𝜀 𝑏 𝑐 (1.2)

A : Absorbansi

b : panjang lintasan (cm)

ℰ : absortivitas /tetapan serapan (L/mol cm)

c : konsentrasi dari zat yang mengabsorpsi (mol/L)

Nilai suatu absorbansi dan absortivitas akan tergantung pada panjang

gelombang. Jika I adalah intensitas cahaya setelah melewati sampel dan Io adalah

besarnya intensitas cahaya yang terdeteksi pada saat konsentrasi dari bahan yang

menyerap bernilai nol, fraksi cahaya yang ditrasmisikan (T) dirumuskan sebagai

[21]:

𝑇 = 𝐼

𝐼𝑜= 10−𝐴 = 10−𝜀𝑏𝑐 (2.2)

Nilai absorbansi (A) dirumuskan dengan:

𝐴 = −𝑙𝑜𝑔10𝑇 = 𝑙𝑜𝑔10 𝐼𝑜

𝐼 (3.2)

20

Persamaan untuk menghitung transmitansi (T):

𝑇 = 𝐼

𝐼𝑜𝑥100%

(4.2)

Absorbance (A) = Jumlah Intensitas Cahaya yang Terserap

Transmittance = Jumlah Intensitas Cahaya yang Menembus

I = Intensitas Cahaya Akhir

Io = Intensitas Cahaya awal

Gambar 2. 3 Hukum Lambert Beer [22]

2.7. Hukum Ohm

Pada tahun abad ke 18 hingga abad ke 19 (1787-1854 M) seorang fisikawan

yang bernama George Simon Ohm mengungkapkan bahwa hubungan antara arus

listrik (I) yang mengaliri suatu rangkaian dengan tegangan yang telah terpasang di

dalam rangkaian (V). Hubungan antara tegangan dan arus listrik didapatkan dari

eksperimen yang dikenal dengan Hukum Ohm [23].

21

Hukum Ohm menyatakan ”untuk suatu konduktor pada suhu tidak berubah,

perbandingan antara perbedaan potensial ΔV antara dua titik dari konduktor dengan

arus listrik (I) yang mengaliri lewat konduktor tersebut adalah tetap.” atau ”Arus

yang bergerak pada kawat sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik

dengan tegangan yang berada dalam rangkaian tersebut”.[24].

𝑉 = 𝐼 𝑥 𝑅 (5.2)

Keterangan:

V : Tegangan (Volt)

I : Arus (Ampere)

R : Hambatan (Ohm)

2.8. Sensor pH Meter

pH adalah istilah yang sering digunakan sebagai intensitas keadaan larutan

asam ataupun basa dan juga menyatakan konsentrasi ion 𝐻+. Dalam penggunaan

kualitas air, pH merupakan salah satu faktor yang akan mempengaruhi aktivitas

pengolahan yang dilakukan. Sebagai sifat keasaman dan kebasaan air yang dilihat

dengan nilai pH yang didapat, yang diartikan sebagai logaritma dari konsetrasi ion

hydrogen dalam mole perliter. Air murni pada suhu 24°C dipadukan dengan ion-

ion 𝑂𝐻− masing – masing mempunyai kandungan 10-7 mol per liternya, dengan

itu pH air murni mempunyai nilai 7 [25].

Air yang mempunyai pH di atas 7 bersifat basa dan pH di bawah 7 bersifat

asam. Nilai pH air diukur menggunakan potensiometer, yang mengukur potensi

listrik yang sudah dihidupkan dengan ion-ion 𝑂𝐻+ atau dengan benda atau bahan

22

yang dicelupkan sebagai penunjuk warna contohnya methyl orange atau

phenolphthalein [25]. Air yang baik untuk digunakan dalam keseharian sesuai

dengan Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 32 Tahun 2017 memiliki nilai pH

6,5 – 8,5 [4].

Sensor pH adalah alat yang digunakan untuk mengetahui nilai keasaaman

atau alkalinitas dari cairan. Umumnya sensor pH meter itu terdiri dari probe yang

digunakan untuk pengukuran khusus seperti elektroda yang terhubung langsung ke

dalam meteran elektronik yang mengukur dan mendapatkan nilai pH. [9]

Sensor pH yang digunakan adalah Analog pH meter Detector Sensor Probe

Modul Arduino PH-4502C. Di sinilah sensor pH meter, yang dirancang khusus

untuk kontroler Arduino dan memiliki built-in yang sederhana, mudah dan praktis

koneksi dan fitur. Ini mempunyai LED yang fungsinya menjadi indikator Power,

BNC konektor dan PH antarmuka sensor. Untuk menjalankan sensor, hanya

menghubungkan sensor pH dengan konektor BNC dan pasang antarmuka PH ke

port input analog yang terdapat di kontroler Arduino. [9]

Probe atau elektroda menjadi bagian penting dalam struktur sensor pH meter,

elektroda merupakan batang seperti struktur yang terbuat dari kaca. Pada bagian

bawah elektroda ini terdapat bohlam, bohlam tersebut bagian sensitive dari probe

yang di dalamnya berisikan sensor. [25]

23

Tabel 2. 2 Karakteristik pH elektroda [9]

Voltage (mV) pH value Voltage (mV) pH value

414,12 0,00 -414,12 14,00

356,96 1,00 -356,96 13,00

295,80 2,00 -295,80 12,00

236,64 3,00 -236,64 11,00

177,48 4,00 -177,48 10,00

118,32 5,00 -118,32 9,00

59,16 6,00 -59,16 8,00

0,00 7,00 0,00 7,00

Output dari pH elektroda milivolt dan nilai pH hubungan ditunjukkan sebagai

berikut (25°C):

1. Heating Voltage : 5 ± 0.2 V (AC DC)

2. Working Current : 5 – 10 mA

3. Concentration Range : 0 – 14 pH

4. Temperature Range : 0 – 80 °C

5. Response Time : ≤ 1 min

6. Humidity : 95 % RH (nominal humidity 65% RH)

7. Module Size : 42mm x 32mm x 20mm

8. Output : Analog voltage signal output

9. BNC Interface

10. Gain Potensiometer

11. Liquid PH 0-14 Value Detect Test Sensor Module

24

Gambar 2. 4 Sensor pH meter [26]

2.9. Sensor Suhu DS18B20

Arah perpindahan energi panas akan selalu dari benda yang panas ke benda

lebih dingin. Tidak pernah panas yang menuju dari benda dingin ke panas. Besaran

yang menyatakan suatu panas atau dinginnya suatu benda terhadap suatu ukuran

dinamakan suhu. Panas atau dinginnya suatu benda dan ruangan dapat diukur

menggunakan thermometer, yaitu: thermometer celcius, reamur dan farhrenheit.

Pada thermometer celcius air mencapai titik beku pada skala 0 dan titik didih di

skala 80. Sedangkan thermometer farhrenheit titi beku pada skala 32 dan titik didih

berada titik 212 [27].

Hubungan antara ketiga alat ukur thermometer celcius, reamur dan

fahreinheit adalah:

Tabel 2. 3 Hubungan antara Celsius, Reamur dan Fahrenheit

Celcius Reamur Fahrenheit

Celcius 4

5 𝐶

9

5 𝐶 + 32

Reamur 5

4 𝑅

9

4 𝑅 + 32

Fahrenheit 5

9(𝐹 − 32)

4

9 (𝐹 − 32)

25

Pada umumnya sensor suhu memiliki tingkat ukur yang akurasinya yang

rendah namun memakan biaya yang tinggi. Sensor suhu DS18B20 yang

mempunyai tahan air (waterproof) sangat tepat digunakan untuk mengetahui suhu

pada tempat yang sulit maupun basah. Dikarenakan output data dari sensor ini

adalah data digital, maka tidak perlu cemas terhadap degradasi data saat

menggunakan untuk jarak yang jauh sekalipun. DS18B20 ini tersedia 9 bit sampai

12 bit yang bisa dijadikan konfigurasi data [28].

Setiap sensor DS18B20 mempunyai silicon serial number yang sangat unik,

maka dari itu beberapa sensor DS18B20 dapat dipasang kedalam 1 bus, oleh karena

ini sensor dapat membaca suhu di berbagai tempat. Diliat dari datasheet sensor ini

bisa membaca suhu mencapai 125°C, akan tetapi penutup dari kabel PVC

menyarankan untuk tidak melebihi untuk penggunaan 100°C [29].

Gambar 2. 5 Sensor Suhu DS18B20

Spesifikasi dari sensor suhu DS18B20:

1. Tegangan 3.0 V – 5.5 V

2. Akurasi ±0.5° 𝐶 sampai -10° 𝐶

3. Batas temperature -55 sampai 125° 𝐶

4. Tersedia 9 – 12 bit untuk konfigurasi data

26

5. Menggunakan 1 kabel interface dan 1 digital pin untuk komunikasi

6. Data hingga 64 bit

7. Wangtu tunggu 750ms

8. Jika melebihi batas suhu ada peringatan (alarm system)

2.10. Sensor TDS Meter

TDS (Total Dissolved Solids) merupakan total larutan padat yang berada di

dalam air. Di dalam air mengandung partikel yang terlarut di dalamnya yang tidak

bisa dilihat oleh mata, dapat berupa padatan (seperti kandungan logam-logam besi,

tembaga, aluminium, dll), atau juga partikel non padatan contohnya seperti

mikroorganisme [30].

Zat padat merupakan materi pengotor setelah dipanaskan dan dikeringkan

pada suhu didih air. Materi pengotor yang tertinggal dalam proses dipanaskan pada

suhu tersebut adalah materi yang ada dalam air dan tidak dapat menguap pada suhu

titik didih. Ukuran zat padat dinyatakan pada mg/l atau g/l, persentase berat (kg zat

padat/kg larutan) dan persentase volume (dm³ zat padat/ liter larutan) TDS [30].

Jumlah dan awal materi terlarut dan tidak terlarut di dalam air ini bervariasi.

Di air minum sendiri materi zat padat berupa garam anorganik, sedikit materi

organik dan gas yang terlarut. Total zat padat yang terlarut di dalam air ini sekitar

20 hingga 1000 mg/l. Sedangkan di dalam ekosistem perairan yang dihuni oleh ikan

dapat dimaklumi tingkat TDS mencapai 1000 mg/l. Zat padat terlarut ini bisa

membunuh ikan secara langsung, membuat penyakit dan juga menurunkan

27

pertumbuhan ikan serta perubahan pola tingkah dan menurunnya reproduksi pada

ikan [31].

Zat padat yang terlarut termasuk kedalam parameter fisik dimana

konsentrasi atau jumlahnya kedalam air besih ini sudah ditetapkan dalam Peraturan

Menteri Kesehatan RI No. 37 tahun 2017 tentang standar baku mutu kesehatan

lingkungan dan persyaratan kesehatan air untuk keperluan higiene sanitasi.

Tingginya nilai zat padat atau TDS merupakan salah satu pertimbangan dalam

menentukan kualitas air untuk digunakan pada rumah tangga. Parameter dalam

pengukuran TDS dengan syarat apabila hasilnya tidak melebihi 1.000 mg/l. [4]

Masing – masing air mengandung partikel zat padat terlarut yang tidak

terlihat oleh mata, dapat berupa partikel padatan (kandungan logam-logam besi,

alumunium, tembaga, dan lain-lain) dan juga terdapat partikel non padatan seperti

mikroorganisme dan lain-lain. Salah satu untuk mengukur zat terlarut pada air ini

disebut TDS Meter. Alat ini dapat mengukur berapa zat padat yang terlarut dalam

air dalam satuan ppm (mg/l) yang nanti output-nya berupa digital. [32]

Kategori air menurut total zat padat yang terlarut di dalam air (TDS) adalah

sebagai berikut:

1. >100 ppm : air minum yang mengandung mineral

2. 10 – 100 ppm : air minum

3. 1 – 10 ppm : air murni

4. 0 ppm : aquades (air organik)

28

Sensor TDS yang digunakan adalah Gravity: Analog TDS Sensor/Meter for

Arduino pabrikan dari DFRobot. Sensor ini merupakan sensor cukup akurat

Arduino yang dipergunakan untuk mengukur zat terlarut dalam air (TDS). TDS

merupakan kandungan konsentrasi objek yang solid yang terlarut di air. Semakin

tinggi kandungan TDS nya maka semakin keruh dan banyak zat padat yang terdapat

di air, begitupun sebaliknya. Semakin rendah kandungan TDS nya maka semakin

jernih dan baik air tersebut. Dengan Analog TDS Sensor/Meter for Arduino, Anda

bisa membuat sendiri TDS meter di rumah menggunkan Arduino atau

mikrokontroler sejenis. Sensor ini mendukung input tegangan antara 3.3 – 5.5V,

serta output tegangan analog yang dihasilkan berkisar pada 0 - 2.3V. Sangat

berguna untuk di menentukan kualitas air, hidroponik, dsb. Dengan spesifikasi

seperti berikut:

1. Input Voltage : 3.3 ~ 5.5V

2. Output Voltage : 0 ~ 2.3V

3. Working Current : 3 ~ 6mA

4. TDS Measurement Range : 0 ~ 1000ppm

5. TDS Measurement Accuracy : ± 10% F.S. (25 ℃)

6. Module Size : 42 * 32mm

7. Module Interface : PH2.0-3P

8. Electrode Interface : XH2.54-2P

29

Gambar 2. 6 Sensor Analog TDS meter

2.11. LCD

LCD (Liquid Crystal Display) merupakan perangkat yang fungsinya untuk

media penampil dengan menggunakan kristal cair sebagai media penampil utama.

LCD sudah sering digunakan untuk berbagai aplikasian seperti media elektronik

televisi, kalkulator atau bahkan layar komputer. [33].

Gambar 2. 7 LCD 20x4 Karakter dengan Modul I2C

LCD yang dipakai untuk media penampil ialah LCD berukuran 20x4

karakter dengan menambahkan chip module I2C fungsinya untuk mempermudah

pengguna dalam meangakses LCD dan juga untuk tidak memakai kabel terlalu

banyak nantinya di rangkaian LCD untuk menghemat pin arduino yang akan

digunakan. Dengan memakai modul I2C hanya menggunakan 4 pin arduino, pin

yang digunakan adalah pin SCL, pin SDA, pin VCC dan pin GND. [34]

30

LCD terbuat dari lapisan kombinasi organik antara lapisan kaca bening

dengan menggunakan elekhtroda tembus pandang indium oksida dalam wujud

tampilan segmen-segmen serta lapisan elektroda di lapisan belakang LCD.

Bilamana elektroda LCD dinyalakan dengan sumber tegangan dari arduino,

molekul-molekulorganik yang berda di dalam LCD dapat menyesesuaikan diri

dengan elektroda dari segmen. Lapisan LCD ini bertumpuk dan berlapis serta

memiliki polizer cahaya vertikal depan serta polizer cahaya horizontal belakang

yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang direfleksikan tersebut tidak bisa

melewati molekul yang sudah menyesuaikan diri serta segmen yag diaktifkan

terlihat menjadi lebih redup dan akan menampilkan karakter yang diinginkan [35].

Berikut ialah detail-detail untuk setiap kaki-kaki LCD 20x4 karakter untuk

menyambungkan ke board arduino:

Tabel 2. 4 Fungsi kaki dari LCD 20x4 karakter

Pin No Simbol Details

1 GND Ground

2 Vcc Supply Voltage +5V

3 Vo Contrast adjustment

4 RS 0 -> Control input, 1-> Data Input

5 R/W Read/ Write

6 E Enable

7 to 14 D0 to D7 Data

15 VB1 Backlight +5V

16 VB0 Backlight ground

Inter Integrated Circuit yang biasa disebut modul I2C merupakan standar

komunikasi serial dua arah dengan memakai dua buah prosedur yang dirangkai

khusus untuk pengontrollan IC. Secara umumnya system I2C itu terstruktur atas

31

dua saluran utama, saluran SCL (serial clock) dan saluran SDA (serial data) yang

mengangkut informasi data antara I2C dengan system pengontrolnya [36].

Instrumen yang menghubungkan dengan I2C ini bisa difungsikan sebagai

master atau slave. Master ialah instrumen yang melakukan transfer pada data

dengan membangun sinyal stop dan membangkitkan sinyal clock. Instrumen slave

adalah instrumen yang telah memiliki alamat oleh master [37].

Beberapa kondisi saat melakukan proses pengiriman data pada I2C bus,

yaitu pengiriman data hanya bisa dilakukan saat dilakukan ketika bus tidak dalam

kondisi sibuk, lalu pada saat proses pengiriman data dalam keadaan pin SDA

mencapai stabil selama pin SCL ini dalam keadaan tinggi [38].

Gambar 2. 8 Modul I2C

2.12. Analog Digital Converter

Analog To Digital Converter (ADC) merupakan mengonversikan input

analog menjadi kode-kode digital. Pada umumnya ADC dipakai sebagai

penghubung antara sensor yang terlalu banyak analog dengan sistem komputer

misalnya sensor suhu, cahaya, tekanan dan sebagainya, lalu diukur menggunakan

32

sistem digital. ADC ini mempunyai 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling

dan resolusi [39].

Kecepatan sampling pada ADC berartikan “seberapa sering sinyal analog

dapat dikonversikan ke dalam sinyal digital pada beberapa waktu tertentu”.

Kecepatan sampling pada umumnya dinyatakan ke dalam sample per second (SPS).

Resolusi ADC menyatakan “ketelitian dalam nilai konversi ADC”. Sebuah

ADC 8 bit mempunyai output 8 bit data digital, ini menerangkan sinyal input

didapatkan 255 (2𝑛 – 1) nilai terlepas. ADC 12 bit output dari data digital,

menerangkan bahwa di dalam 4096 nilai terlepas. Dari permisallan data diatas ADC

12 bit akan menyalurkan tingkat akurasi pada nilai hasil konversi lebih baik

daripada ADC 8 bit [40].

2.13. Arduino Uno

Arduino Uno ialah sebuah platform elektronika open source yang

berdasarkan fleksibilitas mudah digunakan untuk sistem kendali. Alat ini

ditunjukan untuk seniman, desainer dan orang yang tertrik untuk menciptakan ide

atau inovasi terbaik dalam objek yang interaktif. Arduino Uno sangat mudah

digunakan tanpa konfigurasi apapun, Arduino Uno sudah dapat langsung digunakan

dengan menyambungkan ke sebuah daya atau computer melalui kabel USB juga

akan mengalirkan arus DC sebesar 5 volt untuk Arduino.[41]

Arduino Uno merupakan mikrokontroler berbentuk board yang menjadi

dasar ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital/output (6 pin di antaranya

dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, terdapat osilator Kristal

33

16 MHz, koneksi USB untuk menghubungkan ke PC/Laptop, terdapat juga power

jack, ICSP header serta tombol reset. Arduino Uno mengandung semua yang

diperlukan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkan ke perangkat

seperti PC/Laptop dengan kabel USB atau mempersiapkan dengan adaptor AC ke

DC atau juga dapat memakai baterai untuk menjalankan Arduino Uno. Persetiap 14

pin digital dari Arduino Uno bisa digunakan untuk input dan output,

mengaplikasikan fungsi pinMode(), digitalWrite() serta digitalRead().

Pengaplikasiannya semua fungsi pada tegangan 5 Volt. Masing-masing pin bisa

memberikan dan menerima suatu arus maksimum 40 mA serta memiliki sebuah

resistor pull-up (terpisah secara default) berkisar 20-50 kOhm [42].

Gambar 2. 9 Arduino Uno

34

Tabel 2. 5 Karakteristik Arduino Uno [43]

Microkontroler ATMega328p

Tegangan Operasi 5V

Tegangan Input (disarankan) 7-12 V

Tegangan Input (batas) 6-20 V

Pin I/O 14 (6 output PWM)

PWM Digital I/O 6

Pin Input Analog 6

Arus DC Pin I/O 20 Ma

Arus DC 3,3 V 50 Ma

Memori Flash 32 KB (Atmega328p)

0,5 KB bootloader

SRAM 2 KB (Atmega328p)

EEPROM 1 KB (Atmega328p)

Kecepatan 16 MHz

LED_BUILTIN 13

Panjang 68,6 mm

Lebar 53,4 mm

Berat 25 g

Arduino Uno bisa diprogram dengan menggunakan software yang tersedia

free dan dapat di download di web official arduino serta dapat digunakan bagi

bermacam platform sistem operasi komputer seperti Mac, Windows serta Linux. Di

board Arduino Uno terdapat ATMega328 yang bertujuan untuk kita tidak perlu lagi

memasukkan file baru kedalam ATMega328 supaya bisa memakai program

hardware eksternal [44].

Bahasa pemograman arduino pada umunya menggunakan Bahasa

pemograman C/C++ dan terhubung dengan AVR Libc dan terhubung menggunakan

fungsi yang sudah ada pada AVR Libc [45].

35

Gambar 2. 10 Arduino IDE

36

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian “Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Air Untuk Keperluan

Higiene Sanitasi Berbasis Arduino Uno” ini mulai dilaksanakan selama bulan terhitung

dari September 2020 – Februari 2021, yang bertempat di Laboratorium Fisika, Pusat

Laboratorium Terpadu Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta, Ir. H.

Juanda No.95, Ciputat, Cempaka Putih, Kota Tangerang Selatan, 15412.

3.2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Tabel 3. 1 Tabel Alat dan Bahan

No Alat dan Bahan Jumlah No Alat dan Bahan Jumlah

1 Laptop 1 Unit 10 Module I2C 1 Buah

2 Arduino UNO 1 Buah 11 Papan PCB 1 Buah

3 Silicon PIN Photodioda DIP-2 1 Buah 12 Cuvette Kaca 1 Buah

4 LED Biru 1 Buah 13 Kabel Jumper Secukupnya

5 Analog TDS Sensor Meter 1 Buah 14 Arduino IDE 1 Buah

6 Sensor pH (PH-4502C) 1 Buah 15 Fritzing 1 Buah

7 Sensor Suhu DS18B20 1 Buah 16 Push Button Switch 5 Buah

8 Resistor 4K7 2 Buah 17 Header Female Secukupnya

9 LCD 20x4 1 Buah 18 Sensor Shield Arduino 1 Buah

37

3.3. Tahap Penelitian

Tahap penelitian ini terdiri dari tahap persiapan, perancangan perangkat keras

(hardware), perancangan perangkat lunak (software), kalibrasi dan uji keakuratan

masing-masing sensor, pengujian alat, analisa data dan kesimpulan. Adapun tahapan-

tahapan keseluruhan dapat diliat dari gambar berikut ini:

Gambar 3. 1 Tahap Penelitian

38

3.3.1. Alur Penelitian

Adapun penjelasan tahap dan alur penelitian yang dilakukan sebagai berikut:

1. Tahapan Persiapan

Pada tahapan persiapan ini, peneliti melakukan studi literatur dengan

mencari teori atau landasan berfikir dari beberapa buku, jurnal ilmiah dan tugas

akhir yang sejenis atau topik serta masalah penelitian yang dilakukan.

2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Pada tahapan perancangan hardware, dilakukan penggabungan antara

komponen-komponen perangkat keras seperti sensor photodioda, LED, cuvette

kaca, sensor pH, sensor TDS, sensor suhu DS18B20, LCD, Arduino Uno, kabel

jumper, box. Sehingga dapat berfungsi dalam mendeteksi dan menampilkan

hasil pengukuran air untuk keperluan higiene sanitasi.

3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Pada tahapan perancangan software, dilakukan pembuatan sebuah program

pada Arduino IDE agar perangkat keras dapat berfungsi dalam mendeteksi dan

menampilkan hasil pengujian seperti yang diinginkan.

39

4. Kalibrasi dan Uji Keakuratan Masing-masing Sensor

Kalibrasi dan Uji Keakuratan Masing-masing Sensor (photodioda, pH, TDS

dan suhu) berfungsi untuk menganalis karakter sensor dan keakuratan sensor

yang digunakan. Dengan mengkalibrasi dan uji keakuratan dengan alat yang

sudah diproduksi oleh pabrik.

5. Pengujian Alat

Tahapan pengujian alat untuk mengetahui kinerja hasil rancang bangun

yang dapat bekerja dengan beberapa sampel yang dipilih dari berbagai lokasi.

6. Kesimpulan

Pada tahapan akhir ini, dilakukan penarikan kesimpulan setelah

mendapatkan beberapa hasil untuk pembuatan rancang bangun, kalibrasi dan

uji keakuratan serta uji alat secara keseluruhan.

3.3.2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Pada proses perancangan perangkat keras menggunakan beberapa komponen

perangkat keras yang akan saling terhubung untuk dapat berjalan dengan baik, yaitu

mengunakan Arduino UNO untuk menjalankan proses pada pembacaan sensor

photodioda, sensor TDS, sensor pH dan sensor suhu untuk menguji kualitas air.

Memakai push button switch untuk membaca sensor photodioda dan pembacaan empat

sensor sekaligus (sensor photodioda, sensor pH, sensor TDS dan juga sensor suhu),

40

kemudian menggunakan LCD 20x4 untuk memberikan data digital pada layar LCD.

Masing-masing mempunyai rangkaian sebelum disatukan semua komponen menjadi

satu alat, berikut masing-masing rangkaian dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 3. 2 Rangkaian Sensor Photodioda [46]

Pada Gambar 3.2 adalah rangkaian sensor photodioda dimana kaki photodioda

minus dikoneksikan ke ground pada arduino uno, sedangkan kaki positif di koneksikan

ke resistor yang mempunyai hambatan 4700 ohm dan dari kaki resistor dikoneksikan

pada arduino uno tengangan input 5 volt dan Analog 0 (A0). Dari rangkaian ini

didapatkan pembacaan untuk penyerapan cahaya berupa volt.

Gambar 3. 3 Rangkaian Sensor Analog TDS Meter [46]

41

Pada Gambar 3.3 adalah rangkaian sensor analog TDS Meter, di dalam modul

sensor analog TDS meter terdapat tiga koneksi yaitu minus, positif dan analog yang

dimana akan di koneksikan ke board arduino uno. Setelah rangkaian tersebut

didapatkan pembacaan nilai TDS berupa ppm.

Gambar 3. 4 Rangkaian Sensor pH Meter [46]

Pada Gambar 3.4 adalah rangkaian sensor pH Meter, di dalam modul sensor Ph

meter terdapat tiga koneksi yaitu minus, positif dan analog yang dimana akan di

koneksikan ke board arduino uno. Setelah rangkaian tersebut didapatkan pembacaan

nilai keasaman berupa pH.

42

Gambar 3. 5 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 [46]

Pada Gambar 3.5 adalah rangkaian suhu DS18B20 dimana terdapat tiga kaki

dalam komponen probe sensor, kabel berwarna hitam berartikan kaki tersebut akan

dikoneksikan ke ground arduino uno, kabel berwarna putih dikoneksikan ke kaki

digital 2 serta resistor yang mempunyai hambatan 4700 ohm yang juga dikoneksikan

ke tegangan input 5 volt dan kabel berwarna merah langsug dikoneksikan ke resistor

dan juga tegangan input 5 volt. Setelah rangkaian ini didapatkan pembacaan nilai suhu

berupa celcius dan farhrenheit.

43

Gambar 3. 6 Rangkaian Keseluruhan [46]

3.3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Pada proses perancangan perangkat lunak (software) menggunakan komponen

perangkat lunak yang saling terhubung untuk dapat berjalan dengan baik, maka proses

ini dapat menggunakan sebuah perangkat lunak Arduino IDE untuk membaca dan

mengendalikan komponen yang terhubung kepada mikrokontroler untuk membaca

masing-masing sensor, yaitu sensor photodioda, sensor pH, sensor TDS dan sensor

suhu. Setelah itu pembacaan display diatur dengan push button. Berikut ini adalah

proses diagram alir dari sistem kerja perangkat lunak yang dirancang untuk

menjalankan perangkat ini.

44

Gambar 3. 7 Proses Keseluruhan Kerja Sensor

45

3.4. Metode Pengambilan Data

Pada metode pengambilan data pada “Rancang Bangun Sistem Pengukuran

Kualiatas Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi Berbasis Arduino Uno” ini diperoleh

dengan cara melakukan beberapa tahapan pengujian.

3.4.1. Pengujian Kalibrasi Sensor

Tahapan pertama yaitu dengan cara kalibrasi alat dengan alat keluaran pabrik,

lalu tiap-tiap sensor diatur dalam Arduino IDE untuk keluaran tegangan.

1. Regresi Linear dan Standar Deviasi

Metode Perhitungan regresi linear digunakan agar dapat memprediksi nilai

error yang terjadi jika dilakukan pengukura selanjutnya. Berikut merupakan rumus

regresi linear dan standar deviasi[9]:

𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑅𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ 𝑦 = 𝑏𝑥 + 𝑎

𝑥 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 (𝑝𝐻)

𝑦 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑠 (𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟)

𝑎 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎

𝑏 = 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖

46

𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ:

𝑎 = (∑𝑦)(∑𝑥2) − (∑𝑥)(∑𝑥𝑦)

𝑛(∑𝑥2) − (∑𝑥)2

(1.3)

𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ:

𝑏 = 𝑛(∑𝑥𝑦) − (∑𝑥)(∑𝑦)

𝑛(∑𝑥2) − (∑𝑥)2

(2.3)

𝑅𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖:

𝑠 = √𝑛∑𝑖=1

𝑛 𝑥12 − (∑𝑖=1

𝑛 𝑥1)²

𝑛(𝑛 − 1) (3.3)

𝑠 = 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖 (𝑠𝑖𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢)

𝑥𝑖 = 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑥 𝑘𝑒 − 𝑖

𝑛 = 𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙

47

2. Rata-rata

Rata-rata adalah nilai atau hasil pembagian dari jumlah data yang diambil atau

diukur dengan banyaknya pengambilan data atau banyaknya pengukuran.

(��) = ∑𝑋𝑖

𝑛 (4.3)

�� = 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟

∑𝑋𝑖 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟

𝑛 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑑𝑎𝑡𝑎

3.4.2. Pengujian Keakuratan Sensor

Setelah mendapatkan regresi linear masuk ke tahapan kedua. Tahapan kedua,

yaitu pengujian keakuratan tiap-tiap sensor dengan beberapa sampel pilihan masing-

masing-masing sensor. Menghitung paramater kesalahan untuk mendapatkan nilai

akurasi sensor dengan rumus sebagai berikut[47]:

% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = | 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 |

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 𝑥 100

(5.3)

48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dan pembahasan akan diuraikan tentang hasil kinerja setiap sensor (sensor

photodioda, sensor pH, sensor TDS dan sensor suhu) terhadap berbagai sample air

diliat dari karekterisasi setiap sensor yang digunakan. Adapun hasil dan pembahasan

karakterisasi setiap sensor terhadap sample dari berbagai air akan dijelaskan lebih

detail dalam sub bab di bawah ini.

4.1. Hasil Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Air

Hasil Rancang Bangun Hardware

Telah berhasil dibuat sistem pengukuran kualitas air dengan menggunakan

empat buah sensor untuk melakukan proses pembacaan, yaitu sensor photodioda,

sensor pH, sensor DS18B20 dan sensor TDS. Dengan tambahan beberapa push button

dan LCD 20x4. Seperti yang ditunjukan dalam gambar 4.1 di bawah ini :

Gambar 4. 1 Hasil Rancang Bangun Tampak Luar

49

Gambar 4. 2 Hasil Rancang Bangun Tampak Dalam

Prinsip kerja dari sistem pengukuran kualitas air adalah sudah menyiapkan

berbagai sampel atau bahan uji, sensor photodioda dengan menangkap cahaya dari led

berwarna biru dengan melewati cuvette kaca bening yang telah berisi air uji yang

sinarnya di tangkap oleh sensor dengan tujuan untuk mengetahui tingkat kekeruhan air

uji, sensor pH dengan memasukkan probe sensor ke dalam air uji dengan tujuan untuk

mengukur kadar keasaman pada air uji, sensor suhu dengan memasukkan probe sensor

ke dalam air uji dengan tujuan untuk mengukur suhu pada air uji, terakhir sensor TDS

dengan memasukkan probe TDS dan probe suhu ke dalam air uji secara bersamaan

dengan tujuan untuk mengukur zat padat yang terlarut di dalam air uji.

Hasil Rancang Bangun Software

Perancangan software berfungsi sebagai perintah untuk menentukan kerja dari

masing-masing sensor. Ada lima proses yang terdapat dalam progam ini, yaitu:

50

Pertama; proses pembacaan push button untuk membuat submenu di layar LCD

20x4. Kedua; proses pembacaan pada sensor TDS. Sensor TDS dilakukan kalibrasi

terlebih dahulu untuk menentukan tingkat akurasi yang sesuai dengan alat ukur yang

ada. Ketiga; proses pembacaan pada sensor pH. Sensor pH dilakukan kalibrasi

terlebih dahulu untuk menentukan tingkat akurasi yang sesuai dengan alat ukur yang

ada. Keempat; proses pembacaan pada sensor photodioda untuk menerima keluaran

cahaya yang didapatkan sensor untuk menjadi acuan membuat tingkat kekeruhan.

Kelima; proses pembacaan sensor suhu untuk probe suhu dapat mengukur suhu

dalam air.

4.2. Hasil Uji Kalibrasi dan Keakuratan Sensor

Setelah berhasil merancang bangun sistem pengukuran kualitas air, selanjutnya

melakukan proses uji kalibrasi dan karakterisasi sensor terhadap sampel yang telah

disiapkan peneliti. Uji tahapan kalibrasi dan karakterisasi sensor ini dengan

menggunakan alat ukur keluaran pabrik terkhusus untuk sensor pH, TDS dan suhu.

4.2.1. Pengujian Keakuratan Sensor Photodioda

Dengan menggunakan sensor photodioda, peneliti tidak melakukan kalibrasi

dikarenakan keterbatasan dengan status pandemi Covid-19 yang mewajibkan sensor

photodioda untuk dikalibrasi oleh alat Turbidity Meter yang berada di PDAM, oleh

karena itu peneliti untuk menentukan pengukuran kekeruhan peneliti membuat tingkat

kekeruhan berdasarkan nilai Analog to Digital Converter (ADC) dari sensor

51

photodioda. Sistem pengujian dirancang dengan membuat sebuah ruang tabung dengan

peneliti membuat wadah uji menggunakan limbah kaca. Dengan pmenggunakan

sumber cahaya dari led dengan tegangan input sebesar 5 volt yang mengalir pada sensor

photodioda. Tabung tersebut berwarna hitam dan di lakukan diruang terbuka. Serta

diharapkan agar kondisi lingkungan untuk setiap pengukuran selalu sama. Berikut

merupakan hasil pengukuran yang dilakukan dengan membuat beberapa case untuk

ketentuan:

Tabel 4. 1 Tingkat Kekeruhan berdasarkan nilai ADC

No Tingkat Kekeruhan Nilai adc

1. Bening >155

2. Sedikit Keruh >120

3. Lumayan Keruh >90

4. Keruh >50

5. Sangat Keruh >5

Berdasarkan pada tabel 4.1 tingkat kekeruhan untuk bening didapatkan jika

nilai adc lebih dari 155, untuk sedikit keruh jika nilai adc lebih dari 120, untuk lumayan

keruh nilai adc lebih dari 90, untuk keruh nilai adc lebih dari 50 dan untuk sangat keruh

nilai adc lebih dari 5.

52

Gambar 4. 3 Sampel Uji dan Tampilan Display

4.2.2. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor pH

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui respon terhadap sensor pH terhadap

perubahan pH pada air. Respon dari sensor yang diketahui adalah nilai tegangan sensor

terhadap pH. Sensor pH dihubungkan dengan Arduino Uno untuk menampilkan nilai

analog dan tegangan dari sensor melalui serial monitor yang terdapat pada Arduino

IDE. Sedangkan aalat ukur yang dipakai untuk mengetahui nilai pH dalam air adalah

pH meter keluaran pabrik berjenis PH-009(I)A. Dalam pengujiannya terdapat 9 jenis

sampel yang berbeda-beda. Cairain tersebut ialah terdiri dari larutan asam

menggunakan phosphoric acid dan larutan basanya menggunakan NaOH, kemudian

sampel diukur menggunakan alat pH jenis PH-009(I)A.

53

Gambar 4. 4 pH Meter dan Cairan Pengujian

Adapun hasil kalibrasi sebagai berikut:

Tabel 4. 2 Tegangan pH meter dan Sensor pH

pH air (pH) Tegangan Sensor (volt)

2,1 3,46

3,1 3,26

4,01 3,03

5,2 2,97

7,15 2,85

9,37 2,26

9,75 2,13

10,26 2,02

10,9 1,91

Setelah mendapatkan data pengukuran, dilakukan analisis regresi linear agar

mendapatkan grafik hubungan terhadap voltase dari pH. Kemudian, memasukkan nilai

pH dan tegangan sensor sehingga mendapatkan y = -0,16967x + 3,820237. Sehingga

mendapatkan grafik tabel seperti di bawah ini:

54

Gambar 4. 5 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan pH Meter

Dari hasil pengujian hubungan tegangan sensor dan pH meter pada gambar,

maka dapat disimpulkan bahwa semakin bertambahnya pH pada sampel maka nilai

tegangan yang terbaca oleh sensor apabila pH menunjukan asam, tegangan akan

semakin bertambah. Begitu sebaliknya jika pH menjukan basa maka tegangan akan

semakin berkurang. Adapun nilai regresi linear yang didapat dari kalibrasi sensor pH

sebesar y = -0,16967x + 3,820237, dimana y adalah tegangan sensor (voltage) dan x

adalah pH. Nilai regresi ini menunhukan hubungan antara pH dengan nilai tegangan

sensor (voltage). Nilai koefisien regresi linear (R²) adalah 0,9692.

Pengujian kalibrasi ini dilakukan agar dapat mengetahui tingkat keakuratan dari

sensor pH setelah mengonversi nilai tegangan sensor menjadi pH melalui hasil regresi

linear yang didapat pada pengujian karakteristik sensor. Nilai yang dihasilkan sensor

y = -0.1697x + 3.8202R² = 0.9692

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 2 4 6 8 10 12

Tega

nga

n (v

)

pH (pH)

55

akan dibandingkan dengan nilai dari pH meter keluaran pabrik. Bahan uji yang

digunakan adalah untuk cairan asamnya terbuat dari campuran aquades dicampur

phosphoric acid dan untuk basanya terbuat dari campuran aquades dan NaOH,

selanjutnya peneliti melakukan percobaan sebanyak lima kali untuk mengetahui rata-

rata sensor pH dengan durasi waktu sensor stabil ± 3 menit disetiap percobaan. Adapun

hasil pengujian sebagai berikut:

Tabel 4. 3 Hasil Kalibrasi Sensor pH

No.

Bahan

Durasi

Waktu

Stabil (menit)

Rata-rata

Sensor

(pH)

PH-

009(I)A

(pH)

Standar

Deviasi

Persentase

Kesalahan (%)

1. phosphoric acid ± 3 2,08 2,1 0,021 0,9

2. phosphoric acid ± 3 2,7 2,8 0,007 3,5

3. phosphoric acid ± 3 3,93 4,0 0,013 1,75

4. phosphoric acid ± 3 6,25 6,5 0,027 3,8

5. NaOH ± 3 7,53 7,8 0,011 3,4

6. NaoH ± 3 9,65 9,8 0,022 1,5

7. NaOH ± 3 10,1 10,4 0,176 2,7

8. NaOH ± 3 11,2 11,5 0,187 2,6

Rata-rata Standar Deviasi 0,058

Rata-rata Persentase Kesalahan 2,5

Akurasi Alat (100 % - Persentase Kesalahan) 97,5

Pada proses kalibrasi dari sensor pH, terlebih dahulu untuk menentukan jenis

sampel untuk uji, selanjutnya dilakukan pengukuran sensor dimulai dengan larutan

asam lalu ke basa dan dilakukan pengukuran menggunakan pH meter setelahnya. Hasil

dari kedelapan pengukuran cairan phosphoric acid dan NaOH yang keduanya di

tambah aquades didapatkan rata-rata persentase kesalahan sebesar 2,5% dan nilai

akurasi alat 97,5%. Rata-rata standar deviasi 0,058 seperti terlihat pada tabel 4.3.

56

Adanya persentase kesalahan ini disebabkan oleh sensitivitas sensor, pH acuan dan

konversi ADC.

4.2.3. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor TDS

Pengujian ini dilakukan untuk memahami respon sensor analog TDS meter

terhadap perubahan TDS yang terdapat di dalam air. Respon dari sensor yang dimaksud

adalah nilai tegangan sensor (voltage) terhadap TDS dengan satuan ppm. Sensor

terlebih dahulu dihubungkan dengan Arduino Uno agar dapat menampilkan nilai

analog dan tegangan sensor melalui serial monitor di dalam Arduino IDE. Dan alat

ukur yang dipakai adalah alat ukur TDS meter keluaran pabrik jenis TDS-3. Dalam

pengujiannya digunakan sampel yang berbeda-beda memamakai 3 jenis dengan nilai

yang berbeda-beda (aquades, larutan basa amoniak serta larutan asam asetat beberapa

tetes di dalam air), kemudian sampel tersebut diukur menggunakan TDS-3.

Gambar 4. 6 TDS Meter dan Cairan Pengujian

57

Adapun hasil pengujian kalibrasi sebagai berikut:

Tabel 4. 4 Tegangan TDS meter dan Sensor TDS

TDS air (ppm) Tegangan Sensor (volt)

0 0

20 0.04

68 0.18

142 0.39

197 0.52

292 0.77

322 0.85

414 1.2

500 1.53

561 1.68

Setelah mendapatkan data pengukuran dari sensor TDS, dilakukan analisis

regresi linear untuk mengetahui hubungan tegangan terhadap perubahan TDS.

Kemudian memasukkan nilai TDS dan tegangan sensor sehingga mendapatkan hasil y

= 0,003x – 0,0417. Sehingga mendapatkan grafik tabel seperti di bawah ini:

58

Gambar 4. 7 Grafik Hubungan Tegangan Sensor dan TDS Meter

Dari hasil pengujian hubungan tegangan sensor dan TDS meter pada gambar

4.8, maka dapat disimpulkan bahwa semakin bertambahnya TDS didalam air maka

nilai tegangan yang terbaca oleh sensor makin bertambah. Adapun nilai regresi linear

yang didapat dari kalibrasi sensor pH sebesar y = 0,003x – 0,0417. Dimana y adalah

tegangan sensor (voltage) dan x adalah TDS (ppm). Nilai regresi ini menunhukan

hubungan antara TDS dengan nilai tegangan sensor (voltage). Nilai koefisien regresi

linear (R²) adalah 0,994.

Pengujian kalibrasi ini dilakukan supaya dapat mengetahui tingkat keakuratan

dari sensor analog TDS meter setelah mengonversi nilai tegangan sensor menjadi ppm

melalui hasil regresi linear yang didapat pada pengujian karakteristik sensor. Nilai yang

dihasilkan sensor akan dibandingkan dengan nilai dari TDS meter keluaran pabrik.

y = 0.003x - 0.0417R² = 0.994

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 100 200 300 400 500 600

Tega

nga

n (v

)

TDS (ppm)

59

Bahan uji yang digunakan adalah aquades, air mineral ditambahkan larutan cuka dapur,

selanjutnya peneliti melakukan percobaan sebanyak lima kali untuk mengetahui rata-

rata sensor TDS dengan durasi waktu sensor stabil ± 5 detik disetiap percobaan

Adapun hasil pengujian sebagai berikut:

Tabel 4. 5 Hasil Kalibrasi Sensor TDS

No. Durasi Waktu

Stabil (detik) Rata-rata

Sensor (ppm) TDS-3

(ppm)

Standar

Deviasi

Persentase

Kesalahan (%)

1. ± 5 0 0 0 0

2.. ± 5 16,4 18 2,302 8,8

3. ± 5 21,4 24 2,073 10,8

4. ± 5 30,8 34 1,643 9,4

5. ± 5 39,2 45 1,303 12,8

6. ± 5 43,4 49 2,966 11,4

7. ± 5 69,2 72 0,447 3,8

8. ± 5 140,2 146 0,447 3,9

9. ± 5 206,4 208 0,547 0,7




Pada proses uji kalibrasi dari sensor TDS, terlebih dahulu untuk mentukan jenis

sampel untuk uji, selanjutnya dilakukan pengukuran TDS meter dimulai dengan air

mineral ditambah dengan cuka dapur. Selanjutnya, dilakukan pengukuran

menggunakan sensor TDS setelahnya. Hasil dari kedelapan pengukuran cairan air

mineral ditambahkan dengan cuka dapur didapatkan rata-rata persentase kesalahan

sebesar 6,8% dan nilai akurasi alat 93,2%. Rata-rata standar deviasi 1,303 seperti

terlihat pada tabel 4.5. Adanya persentase kesalahan ini disebabkan oleh sensitivitas

sensor, TDS meter acuan, letak mineral di dalam air dan konversi ADC.

60

4.2.4. Pengujian Kalibrasi dan Keakuratan Sensor Suhu

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui respon terhadap sensor suhu

terhadap perubahan suhu di dalam air. Pengujian sensor suhu ini menggunakan suhu

air bermacam-macam sampel seperti air panas, air dengan suhu normal dan air dengan

suhu dingin.

Gambar 4. 8 Sampel Uji Suhu

Pada Gambar diatas peneliti membandingkan nilai suhu dari sensor DS18B20

dengan TDS meter (TDS-3) yang mempunyai pembacaan suhu pada alatnya.

Selanjutnya peneliti melakukan percobaan sebanyak lima kali untuk mengetahui rata-

rata sensor suhu dengan durasi waktu sensor stabil ± 15 detik disetiap percobaan

Adapun hasil pengujian sebagai berikut:

61

Tabel 4. 6 Hasil Kalibrasi Sensor Suhu

No. Durasi

Waktu Stabil

(detik)

Rata-rata

Sensor (suhu °C) TDS-3

(suhu °C)

Standar

Deviasi

Persentase

Kesalahan (%)

1. ± 15 26,6 28 1,140175 5,5

2.. ± 15 36,4 36 0,894427 1,1

3. ± 15 53,8 54 1,30384 0,3

4. ± 15 62,2 62 0,83666 0,3

5. ± 15 23,2 23 1,30384 0,8

6. ± 15 20,6 22 1,516575 6,3

7. ± 15 18,2 18 1,30384 1,1

8. ± 15 30,4 31 1,140175 1,9




Pada proses uji kalibrasi dari sensor suhu, terlebih dahulu untuk mentukan jenis

sampel untuk uji, selanjutnya dilakukan pengukuran suhu dengan TDS meter dimulai

dengan air dingin, air normal dan air panas. Selanjutnya, dilakukan pengukuran

menggunakan sensor suhu setelahnya. Hasil dari kedelapan pengukuran didapatkan

rata-rata persentase kesalahan sebesar 2,16% dan nilai akurasi alat 97,84%. Rata-rata

standar deviasi 1,1799. Adanya persentase kesalahan ini disebabkan oleh sensitivitas

sensor, TDS meter acuan, letak probe di dalam air dan konversi ADC.

4.3. Analisis Hasil Uji Alat Secara Keseluruhan Dengan Sampel

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem secara keseluruhatelah

bekerja sesuai dengan rancangan. Pengujian ini peneliti menggunakan sampel yang

sumber airnya dekat dengan rumah peneliti, beberapa sungai dan beberapa air dari

PDAM setempat.

62

4.3.1. Prosedur dan Hasil Pengujian

Adapun Masing-masing lokasi pengambilan sampel antara lain adalah sebagai

berikut:

1. Jonggol, Jawa Barat

2. Cimande, Jawa Barat

3. Cikarang, Jababeka I, Jawa Barat

4. Cikarang, Jababeka II, Jawa Barat

5. Sungai Cimande, Jawa Barat

6. Limbah Pabrik Kimia, Cikarang, Jawa Barat

Perbandingan hasil parameter TDS, kekeruhan dan pH yang didapat dengan syarat

kualitas air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Nomor: 32 tahun 2017 [4]

sebagai berikut:

63

Tabel 4. 7 Perbandingan TDS di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air Bersih

Lokasi TDS (ppm) Kadar Maksimum yang

diperbolehkan (ppm) Keterangan

1. 110 1000 Memenuhi syarat






Gambar 4. 9 Grafik Hasil Uji TDS

Dari hasil pengujian terlihat bahwa TDS semua sampel dari berbagai lokasi

memenuhi syarat air bersih berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Nomor 32 tahun

2017 [4] dikarenakan masih berada di bawah kadar maksimum yang diperbolehkan

(1000 ppm).

11047

163 13443

348

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 6

TDS

(pp

m)

Lokasi

TDS (ppm) Kadar Maksimum TDS (ppm)

64

Pada penelitian Tingkat Kekeruhan peneliti menggukan tingkat keruh

berdasarkan nilai masing-masing ADC yang di dapatkan pada uji keakuratan sensor

dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4. 8 Perbandingan Tingkat Keruh di setiap Lokasi dengan Syarat Kualitas Air

Bersih

Lokasi Tingkat Keruh Keterangan

1. Bening Memenuhi syarat




5. Lumayan Keruh Tidak memenuhi syarat

6. Keruh Tidak memenuhi syarat

Dari hasil terlihat bahwa air pada lokasi lima dan enam tidak memenuhi syarat

berdasarkan tabel 4.1 yang peneliti buat setelah uji keakuratan sensor pada nilai adc

yang didapatkan.

Tabel 4. 9 Perbandingan pH dengan Syarat Kualitas Air Bersih

Lokasi pH Kadar Maksimum yang diperbolehkan Keterangan

1 6,63 6,5-8,5 Memenuhi syarat

2 7,41 6,5-8,5 Memenuhi syarat

3 6,33 6,5-8,5 Tidak memenuhi syarat




65

Gambar 4. 10 Grafik Hasil Uji pH

Dari hasil pengujian terlihat bahwa pH air dari berbagai lokasi masih ada

beberapa lokasi yang tidak memenuhi syarat air bersih berdasarkan Peraturan Menteri

Kesehatan Nomor 32 tahun 2017 [4] dikarenakan masih berada di antara kadar

maksimum dan minimum yang diperbolehkan (6,5 – 8,5).

Tabel 4. 10 Perbandingan Suhu Dengan Syarat Kualitas Air Bersih

Lokasi Suhu dalam air (°C) Suhu Maksimum yang

diperbolehkan (°C) Keterangan

1 25,56 25 ± 3 Memenuhi syarat






0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5 6

pH

Lokasi

pH kadar minimum kadar maksimum

66

Dari hasil pengujian terlihat Suhu di semua lokasi uji memenuhi syarat air

bersih menurut Peraturan Kemenkes Nomor 32 Tahun 2017 [4], suhu air bersih

sebaiknya sama dengan suhu udara atau 25°C, dan apabila mengalami perbedaan maka

batas yang diperbolehkan ialah 25° ± 3°C.

4.3.2. Analisis Pengujian

Tabel 4. 11 Uji Keseluruhan

Lokasi Kekeruhan TDS pH Suhu

1 Bening 110 ppm 6,63 25,56 °C

2 Bening 47 ppm 7,41 25,25 °C

3 Bening 163 ppm 6,33 25,50 °C

4 Bening 134 ppm 6,45 25,69 °C

5 Lumayan Keruh 43 ppm 6,37 25,25 °C

6 Keruh 348 ppm 5,95 25,31 °C

Dari hasil pengujian alat secara keseluruhan seperti yang terlihat pada tabel

4.10 dapat disimpulkan bahwa alat telah bekerja dalam mengukur TDS, kekeruhan, pH

dan suhu dari berbagai sampel uji. Hasil pengukuran di enam lokasi menunjukan TDS

berkisar antara 43 ppm sampai 348 ppm, kekeruhan lokasi lima dan enam tidak

memenuhi syarat, pH tertinggi ada di lokasi 2 dan terendah di lokasi 6 dan suhu

memiliki range yang sama berkisar 25°C. Dari beberapa wilayah ada parameter yang

tidak memenuhi syarat ini dikarenakan peneliti mengambil sampel uji dari berbagai

daerah yang memiliki air yang beragam ada yang lokasi nya sebagai limbah pabri dan

ada juga lokasi masih digunakan untuk mandi, cuci dan kakus. Dapat disimpulkan dari

parameter TDS semua lokasi memenuhi syarat. Untuk parameter kekeruhan lokasi lima

67

dan enam tidak memenuhi berdasarkan uji coba keakuratan sensor pada tabel 4.1.

Untuk pH lokasi yang tidak memenuhi syarat minimum pH 6,5 dan pH maksimum pH

8,5 adalah lokasi tiga, empat, lima dan enam. Dan parameter suhu semua lokasi

memenuhi syarat, suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau 25°C, dan

apabila mengalami perbedaan maka batas yang diperbolehkan ialah 25° ± 3°C. [4]

68

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan sistem pengukuran kekeruhan, kadar keasaman (pH), suhu dan

jumlah zat padat terlarut dalam air berbasis Arduino Uno, maka dapat ditarik

kesimpulan sebagai berikut:

1. Telah berhasil merancang dan membangun Sistem Pengukuran Kekeruhan,

Kadar Keasaman (pH), Suhu dan Jumlah Zat Padat Terlarut Dalam Air

menggunakan sensor photodioda, Analog pH Sensor PH-4502C, Sensor Suhu

DS18B20 Waterproof dan Gravity Analog TDS Sensor SKU:SEN0244.

2. Keakuratan dan kalibrasi masing-masing sensor terkhusus untuk sensor

photodioda didapatkan setelah menganalisis tingkat kekeruhan menggunakan

sensor photodioda dengan berbagai tingkatan menggunakan sumber nilai ADC

dari masing-masing tiap sampel uji yang didapatkan nilai ADC > 155

dikategori bening, nilai ADC > 120 dikategorikan sedikit keruh, nilai

ADC >90 dikategorikan lumayan keruh, nilai ADC >50 dikategorikan keruh

dan nilai ADC >5 dikategorikan sangat keruh. Sensor TDS memiliki tingkat

akurasi sebesar 93,2% dengan persentase kesalahan 6,8%, sensor pH memiliki

tingkat akursasi sebesar 97,5% dengan persentase kesalahan 2,5% dan sensor

suhu memiliki akurasi sebesar 97,84% dengan persentase kesalahan 2,16%.

69

3. Dari hasil pengujian alat secara keseluruhan didapatkan bahwa alat telah

bekerja dalam mengukur TDS, kekeruhan, pH dan suhu dari berbagai sampel

uji. Hasil pengukuran di enam lokasi menunjukan TDS berkisar antara 43 ppm

sampai 348 ppm dengan semua lokasi memenuhi parameter TDS yaitu tidak

melebihi 1000 ppm. Hasil pengukuran kekeruhan lokasi 5 dan 6 tidak

memenuhi syarat dengan parameter yang dibuat menggunakan Analog Digital

Converter (ADC). Hasil pengukuran pH hanya lokasi 1 dan 2 yang memenuhi

standar kualitas air yaitu 6,5 pH – 8,5 pH. Dan untuk hasil pengukuran suhu

semua lokasi memenuhi standar parameter air bersih yaitu suhu udara ± 3° C.

70

5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dibuat, maka disarankan peneliti selanjutnya

agar dapat mengembangkan sistem pengukuran kualitas air yaitu sebagai berikut:

1. Penambahan sensor-sensor lain agar setiap parameter kualitas air dapat diukur

seperti sensor bau, warna, logam dan lain-lain

2. Menggunakan alat kalibrasi pabrik yang mempunyai sertifikat atas kalibrasian

tersebut agar nilai keakuratan sensor dapat dikurangi.

3. Menggunakan komponen tambahan untuk membuat data keluaran sensor lebih

akurat dan tidak mengalami ketidakstabilan dalam pengukuran seperti

menambahkan komponen penguat ADC ADS1115.

71

DAFTAR PUSTAKA

[1] H. Haddade, “Air Perspektif Al-Qur’an Dan Sains,” J. Tafsere, vol. 4, no. 2, p.

23, 2016.

[2] A. Renaldo, “Analisis Kualitas Air Pemandian Di Desa Ulak Bandung

Kecamatan Muara Sahung Kabupaten Kaur Provinsi Bengkulu,” UIN Raden

Intan Lampung, 2019.

[3] S. Bahri and K. Fikriyah, “Prototype Monitoring Penggunaan dan Kualitas Air

Berbasis Web Menggunakan Rasberry Pi,” eLEKTUM, vol. 15, no. 2, 2018.

[4] Menteri Kesehatan Republik Indonesia, “Peraturan Menteri Kesehatan

Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2017 Tentang Standar Baku Mutu

Kesehatan Lingkungan Dan Persyaratan Kesehatan Air Untuk Keperluan

Higiene Sanitasi, Kolam Renang, Solus Per Aqua dan Pemandian Umum,”

Peratur. Menteri Kesehat. Republik Indones., pp. 1–20, 2017.

[5] LIPI, “LIPI Menetapkan Standar Kualitas Air,” lipi.go.id, 2017.

http://lipi.go.id/lipimedia/lipi-menetapkan-standar-kualitas-air/19053 (accessed

Jan. 22, 2021).

[6] S. Gerintya, “Bagaimana Mutu dan Akses Air Bersih di Indonesia?,” tirto.id,

2018. https://tirto.id/bagaimana-mutu-dan-akses-air-bersih-di-indonesia-cGrk

(accessed Jan. 22, 2020).

[7] M. Kautsar, R. R. Isnanto, and E. D. Widianto, “Sistem Monitoring Digital

72

Penggunaan dan Kualitas Kekeruhan Air PDAM Berbasis Mikrokontroler

ATMega328 Menggunakan Sensor Aliran Air dan Sensor Fotodiode,” J.

Teknol. dan Sist. Komput., vol. 3, no. 1, pp. 79–86, 2016, doi:

10.14710/JTSISKOM.3.1.2015.79-86.

[8] T. T. Pairunan, O. Mellolo, and L. Nathaniel, “Desain Sistim Monitoring

Jumlah Zat Padat Terlarut Dalam Limbah Cairan Industri Tepung Kelapa

Provinsi Sulawesi utara,” pp. 64–70, 2019.

[9] G. A. Putera and D. Christian, “Perancangan Alat Ukur Kadar Padatan

Terlarut, Kekeruhan dan pH Air Menggunakan Arduino Uno,” Skripsi Dep.

Tek. Elektro Fak. Tek. Unhas, 2017.

[10] R. I. Depkes, “Peraturan Menteri Kesehatan RI No 416/Menkes/Per/IX/1990,”

Jakart a, 1990.

[11] W. C. Hidayat, “Audit Intensitas Cahaya dan Suhu Udara Kereta Api

Penumpang Jarak Tanjungkarang-Kertapati Sesuai Standar Pelayanan

Minimum (SPM) Angkutan Orang dan Peluang Penghematan Biaya

Pembangkitan Listrik,” 2018.

[12] P. Satwiko, “Fisika Bangunan 2,” 2004.

[13] S. Supatmi, “Dioda,” 2010.

[14] A. Fadly, “Membuat Visual Animasi Tentang Fungsi Komponen-komponen

73

Elektonika Analog dengan Menggunakan Aplikasi Uniity 3D dan After

Effect.” Politeknik Negeri Sriwijaya, 2019.

[15] Mobilefish, “Arduino,” mobilefish.com.

https://www.mobilefish.com/developer/arduino/arduino.html.

[16] Juju, “Parameter Fisika-Kimia-Biologi Penentu Kualitas Air,”

jujubandung.wordpress.com, 2012.

https://jujubandung.wordpress.com/2012/06/08/parameter-fisika-kimia-

biologi-penentu-kualitas-air-2/ (accessed Jan. 23, 2021).

[17] Y. P. Pratama, “Aplikasi Sensor Photodioda Sebagai Input Penggerak Motor

Pada Coconut Milk Auto Machine.” Politeknik Negeri Sriwijaya, 2015.

[18] M. A. Katra Trisandi, “Rancang Bangun Sistem Parkir Valet otomatis

Menggunakan Robot line Follower.” universitas islam negri alauddin

makassar, 2018.

[19] D. Dachriyanus, “Analisis Struktur Senyawa Organik Secara Spektroskopi,”

Padang Lemb. Pengemb. Teknol. Inf. dan Komun. Univ. Andalas, 2004.

[20] R. S. Khandpur, Handbook of analytical instruments. McGraw-Hill Education,

1989.

[21] W. Jefriyanto, M. M. Shein, A. Rajak, and M. Djamal, “Rancang Bangun

Kalorimeter Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” Bandung ITB, 2017.

74

[22] A. K. Njifenju, “Gouttes et films liquides en aérodynamique automobile.”

Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2010.

[23] H. Ponto, Dasar Teknik Listrik. Deepublish, 2018.

[24] P. A. Tipler, “Fisika untuk Sains dan Teknik edisi ketiga jilid 1,” Jakarta:

Erlangga, 2001.

[25] Z. B. Hasanuddin et al., “Perancangan pengukuran kadar kepadatan terlarut,

kekeruhan dan ph air dengan menggunakan arduino,” vol. 4, no. November,

pp. 5–9, 2018.

[26] Baboon, “pH Sensor Module V1.1 for Uno R3 board mega2560 AVR 51 pH

shield Rechargeable,” baboon.co.in, 2015. http://www.baboon.co.in/ph-sensor-

module-v1-1-for-uno-r3-board-mega2560-avr-51-ph-shield-rechargeable/

(accessed Jan. 23, 2021).

[27] T. Sugiyarto and E. Ismawati, Ilmu Pengetahuan Alam. Grasindo, 2008.

[28] F. Ramdani, “Perancangan Sistem Magnetik Stirrer Berbasis Android.”

Universitas Komputer Indonesia, 2018.

[29] S. Alam, A. Alauddin, M. A. Kadir, and E. Elihami, “Sistem Otomatis

Sirkulasi Udara Pada Tambak Udang,” Jutkel J. Telekomun. Kendali dan List.,

vol. 2, no. 1, pp. 1–10, 2020.

[30] M. Martani and E. Endarko, “Perancangan dan Pembuatan Sensor TDS Pada

75

Proses Pengendapan CaCO3 Dalam Air Dengan Metode Pelucutan Elektron

dan Medan Magnet,” Berk. Fis., vol. 17, no. 3, pp. 99–108.

[31] E. N. Sihombing, “Keanekaragaman Dan Distribusi Ikan Serta Hubungannya

Dengan Kualitas Air Danau Siais Kabupaten Tapanuli Selatan.” 2011.

[32] A. Saputra, S. T. Umifadlilah, and M. Eng, “Pengukur Kadar Keasaman dan

Kekeruhan Air Berbasis Arduino.” Universitas Muhammadiyah Surakarta,

2016.

[33] Y. Mandari and T. Pangaribowo, “Rancang Bangun Sistem Robot Penyortir

Benda Padat Berdasarkan Warna Berbasis Arduino,” J. Teknol. Elektro, vol. 7,

no. 2, 2016.

[34] B. H. Wibowo, “Rancang bangun sistem pengatur suhu dan kelembapan

otomatis pada penetas telur berbasis arduino.” Universitas 17 Agustus 1945,

2018.

[35] F. Ariska, “Rancang Bangun Alat Pendeteksi Kualitas air,” Politeknik Negeri

Sriwijaya, 2019.

[36] B. A. Laksana, “TA: Rancang Bangun Otomasi Temporary Bogie dan

Traverser pada PT. Industri Kereta Api (Persero) Berbasis Arduino Uno.”

Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya, 2017.

[37] J. H. Islam, “TA: Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gas CO, CO2 dan SO2

76

Sebagai Informasi Pencemaran Udara.” STIKOM Surabaya, 2013.

[38] T. Y. Sulistiyono, “Komparasi Sistem Komunikasi Serial Multipoint Pada

Robot Management Sampah Menggunakan I2C Dan SPI,” J. Mhs. TEUB, vol.

2, no. 3, 2014.

[39] F. W. Kurniyanto and N. F. Madina, “Purwarupa KWH Meter Digital yang

dilengkapi Data Logger sebagai Alat Bantu melakukan Audit Energi.” Institut

Technology Sepuluh Nopember, 2015.

[40] A. Mulyana and S. S. Nurdin, “Perancangan Alat Uji Kebisingan Knalpot

Sepeda Motor Berbasis Mikrokontroler PIC16F877A,” Komputika J. Sist.

Komput., vol. 1, no. 2, 2012.

[41] L. Mawaddah, “Rancang bangun automatic human blood type detector

menggunakan sensor cahaya BH1750 berdasarkan sifat optik dengan metode

ABO.” Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah …, 2020.

[42] M. S. Ramadhan, “Sistem Kontrol Tingkat Kekeruhan pada Aquarium

Menggunakan Arduino Uno.” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2018.

[43] Components101, “Arduino Uno,” coomponents101.com, 2018.

https://components101.com/microcontrollers/arduino-uno (accessed Jan. 23,

2021).

77

[44] F. Djuandi, “Pengenalan arduino,” E-book. www. tobuku, pp. 1–24, 2011.

[45] A. A. Choir, “Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi,” Skripsi

pada Inst. Pertan. Bogor, 2012.

[46] Fritzing, “Fritzing,” fritzing.org, 2019. https://fritzing.org/.

[47] Greelane, “Ini Adalah Cara Menghitung Persen Kesalahan,” greelane.com,

2020. https://www.greelane.com/id/sains-teknologi-matematika/ilmu/how-to-

calculate-percent-error-609584/ (accessed Feb. 08, 2020).

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR …

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KUALITAS AIR …