Rancang Bangun dan Realisasi Alat Ukur Gradien Termal ...

Original Article

Journal of Science and Applicative Technology vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 1

Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx

e-ISSN: 2581-0545 - https://journal.itera.ac.id/index.php/jsat/

Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology. Content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International Licence. Any further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the title of the work, journal citation and DOI. Published under licence by Journal of Science and Aplicative Technology (JSAT).

Received 00th January 20xx Accepted 00th Febuary 20xx Published 00th March 20xx

DOI: 10.35472/x0xx0000

Rancang Bangun dan Realisasi Alat Ukur Gradien Termal Berbasis Arduino Menggunakan Sensor Suhu DS18B20

Windah Junianti Rambe *1, Karyanto 2, Risky Martin Antosia 3, I Gade Boy Darmawan4

a Teknik Geofisika, Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia 35365

b Teknik Geofisika, Universitas Lampung, Bandar Lampung, Indonesia 35145

*CorrespondingE-mail:[email protected]

Abstract: A study entitled The Design of Arduino-based Thermal Gradient Measuring Instrument using the DS18B20

Temperature Sensor with the aim of determining the distribution of subsurface temperature anomalies around the location of

the Way Ratai geothermal manifestation, Pesawaran, Lampung. Data acquisition was carried out using an Arduino-based

DS18B20 temperature sensor which provides breadth and practicality in measuring temperature because it uses a portable

device design for several measurement points within 1 km carried out at 74 points at a depth of 50 cm, 100 cm, 150 cm. From

the measurement results, it is obtained that the temperature distribution in each is different from the 3 sensors. The recorded

sensor values varied, the lowest temperature was 17 ° C and the highest was 56 ° C.

Keywords: Arduino, Temperature Sensor DS18B20, Thermal Gradient.

Abstrak: Telah dilakukan penelitian yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Gradien Termal berbasis Arduino menggunakan

Sensor Suhu DS18B20 dengan tujuan untuk menentukan sebaran anomali temperatur bawah permukaan disekitar lokasi

manifestasi panasbumi Way Ratai, Pesawaran, Lampung. Akuisisi data dilakukan menggunakan sensor suhu DS18B20 berbasis

Arduino yang memberikan keluasan dan kepraktisan dalam pengukuran temperatur karena menggunkan desain alat portable

untuk beberapa titik pengukuran yang berjarak 1 km dilakukan di 74 titik pada kedalaman 50 cm, 100 cm, 150 cm. Dari hasil

pengukuran didapatkan sebaran temperatur pada tiap kedalam yang berbeda dari 3 sensor. Nilai sensor yang terekam bervariasi,

suhu yang rendah terekam sebesar 17°C dan yang tertinggi sebesar 56°C.

Kata kunci: Arduino, sensor suhu DS18B20, gradien termal.

Pendahuluan

Mengingat energi panas bumi di Indonesia yang berpotensi

cukup besar, maka diperlukan adanya eksplorasi untuk

memaksimalkan pengembangan dan pemanfaatan energi

panas bumi tersebut. Untuk memastikan manifestasi

panasbumi di permukaan daerah panasbumi dalam hal ini

diperlukan pengukuran gradien termal, maka perlu adanya

sebuah rancang bangun dan realisasi untuk mengukur

gradien termal tanah di daerah manifestasi secara realtime.

Sensor DS18B20 merupakan komponen sensor temperatur

yang memiliki kemampuan tahan air (waterproof). Sensor

ini menggunakan keluaran secara serial yang disebut 1-wire

bus. Bila beberapa sensor DS18B20 digunakan, maka

sensor-sensor ini dapat dihubungkan ke 1- wire bus melalui

hubungan multi-drop. Koneksi multi-drop akan memberikan

solusi yang baik untuk mengurangi kekomplekan

pengkabelan dari sensor-sensor yang digunakan. Sensor

DS18S20 dapat melakukan pembacaan temperatur dari -55

°C sampai +125 °C dengan resolusi 9 bit hingga 12 bit [2].

Open Access

https://journal.itera.ac.id/index.php/jsat/

https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

mailto:[email protected]

Original Article Journal of Science and Applicative Technology

2 | Journal of Science and Applicative Technology , vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx e-ISSN: 2581-0545

Title of Manuscript

Windah rambe et al., Journal of Science and Applicative Technology vol. x (xx), 20xx, pp. x- x

Gradien termal diukur pada sisi pengirim dan dikirimkan ke

sebuah memori card pada main unit sebagai sisi penerima.

Dengan desain portable sehingga lebih mudah digunakan

saat akuisisi di lapangan dan lebih terjangkau biayanya. Pada

kedalaman 1 meter merupakan pengukuran yang mudah dan

cepat untuk menentukan anomali panas. Apabila disekitar

batuan tersebut terdapat sumber panas, maka panas akan

dirambatkan melalui batuan (secara konduksi) dan melalui

fluida (secara konveksi).

Arduino Mega2560

Arduino adalah suatu papan elektronik berbasis

microcontroller yang berisi suatu rangkaian elektronik

memiliki suatu chip IC (integrated circuit) yang dapat

diprogram dengan komputer melalui Arduino IDE dan

memiliki sifat open source. Tujuan dari rangkaian elektronik

pada microcontroller Arduino ini adalah untuk membaca

input, melakukan proses dan menghasilkan proses sesuai

dengan input program yang telah dimasukkan ke dalam

microcontroller berdasarkan proses dalam rangkaian

elektronik [3].

Sensor Suhu DS18B20 (Waterproof)

Sensor suhu DS18B20 merupakan komponen sensor suhu

yang memiliki kemampuan tahan air (waterproof). Sensor

ini sangat cocok digunakan untuk mengukur suhu pada

tempat yang basah dan sulit untuk dijangkau. Keluaran

sensor ini berupa data digital sehingga tidak perlu khawatir

terhadap degradasi data saat digunakan pada jarak yang

jauh. Terdapat 9 bit hingga 12 bit data yang dapat

dikonfigurasi. Sensor DS18B20 dapat dipasang dalam satu

bus karena setiap sensor ini memiliki silicon serial number

yang unik sehingga memungkinkan sensor ini dapat

melakukan pembacaan di berbagai titik. Pada data sheet,

Batas suhu sensor ini dapat mengukur -55o

C hingga

125o

C, namun disarankan tidak melakukan pengukuran

melebihi 100o

C pada saat sensor dengan penutup kabel dari

PVC [4].

Gradien Termal

Gradien termal merupakan perubahan suhu terhadap jarak

atau kedalaman dimana suhu bumi bertambah besar secara

konstan selaras dengan bertambahnya kedalaman pada

sistem panasbumi [7]. Secara umum, setiap penurunan 1 km

kedalaman ke perut bumi maka temperatur akan naik sebesar

25-30°C. Jadi semakin jauh kedalam perut bumi suhu batuan

akan makin tinggi. Bila suhu di permukaan bumi adalah

27°C maka untuk kedalaman 100 m suhu bisa mencapai

sekitar 29,5°C. Untuk kedalaman 100 km suhu dapat

mencapai 52-60°C pertambahan panas tersebut dikenal

sebagai gradient geothermal. Untuk tempat-tempat tertentu

di sekitar daerah vulkanik gradient thermal dapat lebih besar

lagi variasinya 1-5°C /100 meter [8]. Gradien temperatur

ditentukan sesuai teori Klemme (1972) dan Harsono (1993),

dengan persamaan:

𝜕𝑇

𝜕𝑍 =

(𝑇𝑓−𝑇𝑚)

𝐷 × 100 (2.1)

Gradien ini diperlukan untuk melihat pola perubahan

temperatur pada suatu lokasi, salah satunya adalah di

lapangan panasbumi Way Ratai. Pada penelitian ini

pengukuran temperatur umumnya dilakukan dengan

membuat lubang hingga kedalaman 1-2 meter. Temperatur

di permukaan dan pada kedalaman 50 cm, 100 cm, dan 150

cm diukur dengan menggunakan sensor suhu DS18B20. Dari

data tersebut dapat dihitung besarnya gradien termal pada

suatu titik pengamatan. Untuk mendapatkan gambaran

mengenai temperatur di suatu daerah secara menyeluruh

perlu dilakukan pengukuran dibeberapa tempat. Dari data

yang diperoleh kemudian dibuat peta temperatur. Parameter

tersebut harus dipantau secara realtime untuk mengetahui

perubahan suhu tanah pada area panasbumi.

Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain dapat

melalui gelombang elektromagnetik (radiasi), gerakan

material yang panas (konveksi), dan interaksi antara material

berbeda suhu (konduksi) [9]. Panas yang berada dalam bumi

dapat naik dan menerobos ke permukaan bumi sebagai

akibat dari proses konveksi dan konduksi. Perpindahan

panas secara konduksi adalah transport panas melalui

material oleh karena adanya interaksi atomik/molekul

penyusun material tersebut dalam mantel. Pada medium

homogen, kondiktivitas termal suatu bahan k diasumsikan

seragam, sedangkan panas jenis c dan densitas ρ tidak

bergantung pada suhu maka persamaan umum konduksi

panas tiga dimensi dapat ditulis:

∂2𝑇

∂𝑥2 +∂2𝑇

∂𝑦2 +∂2𝑇

∂𝑧2 +𝑞

𝑘=

1

𝜅(

∂𝑇

∂𝑡) (2.4)

Apabila suhu eksternal merupakan suatu osilasi panas dalam

bentuk T0sinωt yang berada pada permukaan bidang (y = 0),

dan suatu medium half space dengan difusitas panas κ secara

matematik dapat dirumuskan:

𝑇𝑦 = 𝑇0 exp (−𝑦 (𝜔

κ)

1/2

) 𝑠𝑖𝑛 (ωt − y (𝜔

κ)

1/2

) (2.5)

berdasarkan persamaan (2.5) besarnya kedalaman penetrasi

atau skin depth (m) adalah:

𝛿𝜔 = (2κ

𝜔)

1/2

(2.6)

Journal of Science and Applicative Technology Original Article

Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology J. Sci. Appl. Tech. vol. xx (xx), 20xx, pp. xx-xx | 3 Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia


Pada sistem dominasi konduksi kebanyakan panas merambat

dari sumber panas (magma) di dalam bumi menuju ke

permukaan secara konduksi hingga kebatuan kerak bumi,

menyebabkan bumi mempunyai gradien suhu, tetapi aliran

panas ini bervariasi dari tempat satu ke tempat lain di

permukaan bumi dan bergantung pada konduktivitas batuan.

Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara

konduksi dikemukakan oleh ilmuwan Prancis J.B.J Fourier.

Hubungan ini menyatakan bahwa laju aliran panas dengan

cara konduksi dalam suatu bahan sama dengan hasil kali dari

tiga buah besaran yaitu:

a. Konduktivitas termal bahan (k);

b. Luas penampang melalui mana panas mengalir

dengan cara konduksi, yang harus diukur secara tegak

lurus terhadap arah aliran panas (A);

c. Gradien suhu pada penampang tersebut yaitu laju

perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran

panas arah sumbu z (∂T

∂Z).

Hukum fourier untuk perpindahan panas konduksi dapat

dituliskan sebagai berikut :

qk = -kA 𝜕𝑇

𝜕𝑍 (2.7)

Mengingat Hukum Kedua Termodinamika bahwa

konduktivitas panas akan mengalir secara otomatis dari titik

yang suhunya lebih tinggi menuju ke titik yang suhunya

rendah, maka aliran konduksi panas q adalah positif jika

gradien suhu berharga negatif. Selain itu arah kenaikan jarak

z merupakan arah aliran konduksi panas positif, seperti pada

gambar 2.5

Gambar 2.5 Arah aliran konduksi panas [9].

Jika gradien suhu 𝜕𝑇

𝜕𝑍 = 1, maka besarnya konduktivitas panas

suatu bahan merupakan jumlah energi panas yang mengalir

pada suatu bahan tiap satuan luas. Suatu bahan yang

memiliki nilai konduktivitas panas besar merupakan

penghantar yang baik dan sering disebut konduktor panas,

sebaliknya suatu bahan yang memiliki nilai konduktivitas

panas kecil merupakan penghantar panas yang kurang baik

dan disebut isolator.

Tanah Hangat (Warm Ground)

Adanya sumber daya panasbumi di bawah permukaan dapat

ditunjukan antara lain dari adanya tanah yang mempunyai

temperatur lebih tinggi dari temperatur disekitarnya. Hal ini

terjadi karena adanya perpindahan panas secara konduksi

dari batuan bawah permukaan ke batuan permukaan.

Berdasarkan pada besarnya gradient thermal, Armstead

(1983) mengklasifikasikan area di bumi sebagai berikut [10]:

1. Area tidak panas (non-thermal area)

Suatu area diklasifikasikan sebagai area tidak panas

apabila gradient thermal di area tersebut sekitar 10-

40°C/km.

2. Area panas (thermal area)

Area panas dibedakan menjadi dua, yaitu:

a. Area semi thermal, yaitu area yang mempunyai

gradient thermal sekitar 70-80°C/km;

b. Area hyperthermal, yaitu area yang mempunyai

gradient thermal sangat tinggi sehingga besarnya

tidak lagi dinyatakan dalam °C/km tetapi dalam

°C/cm.

Tanah hangat umumnya terjadi di atas tempat terdapatmya

sumber daya panasbumi atau di daerah sekitarnya di mana

terdapat manifestasi panasbumi lainnya yang memancarkan

panas lebih kuat, misalnya di sekitar daerah dimana ada uap

panas keluar dari tanah atau steaming ground, atau di daerah

sekitar kolam air panas. Pertumbuhan tumbuh-tumbuhan

umumnya tidak terganggu, kecuali bila besarnya gradien

termal lebih besar dari 25-30°C/km.

Adanya tanah hangat dapat diketahui dengan mengukur

gradien termal hingga kedalaman 1-2 meter. Pengukuran

temperatur umumnya dilakukan dengan membuat lubang

hingga kedalaman 1-2 meter.

Permukaan Tanah Beruap (Steaming Ground)

Di beberapa daerah terdapat tempat-tempat di mana uap

panas (steam) nampak keluar dari permukaan tanah. Jenis

manifestasi panasbumi ini disebut steaming ground.

Diperkirakan uap panas tersebut berasal dari suatu lapisan

tipis dekat permukaan yang mengandung air panas yang

mempunyai temperatur sama atau lebih besar dari titik

didihnya (boiling point) [11]. Besarnya temperatur di

permukaan sangat tergantung dari laju aliran uap (steam

flux). Elder (1996) mengelompokan steaming ground

berdasarkan pada besarnya laju aliran panas seperti

diperlihatkan pada tabel 2.1.

http://lp3.itera.ac.id/

https://www.itera.ac.id/



Title of Manuscript


Tabel 2.1 Steaming Ground [11].

Tingkat Kekuatan Laju Aliran

Panas (J/s.m2)

Sangat Kuat 500-5000

Kuat 50-500

Lemah <50

Umumnya intensitas panas di daerah steaming ground

diperkirakan dari besarnya gradient thermal. Pemetaan

temperatur dilakukan dengan cara membagi daerah tersebut

menjadi sejumlah blok berukuran sama, di mana jarak antara

satu tempat pengukuran ke tempat lainnya (titik pusat blok)

berjarak sekitar 20 meter. Untuk mengukur temperatur dapat

digunakan bimetallic strip type thermometer.

Metodologi Penelitian

Melakukan studi literatur yang berkaitan dengan penelitian

sebagai rujukan tinjauan pustaka, diantaranya mengenai

gradien termal, Arduino Mega2560, dan sensor suhu

DS18B20.

Tahapan Penelitian

Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut:

1. Merumuskan masalah

Menemukan masalah dan mengumpulkannya dalam

sebuah draft rumusan masalah.

2. Melakukan studi literatur

Mencari literatur-literatur yang berkaitan dengan

penelitian sebagai rujukan dasar teori.

3. Merancang sistem

Melakukan perancangan terhadap perangkat keras

dan lunak mengadopsi model modified waterfall.

Adapun tahapan-tahapan dari model modified

waterfall adalah :

a. Analisa Kebutuhan. Melakukan analisa

kebutuhan alat ukur gradien termal berbasis

arduino menggunakan sensor DS18B20;

b. Perancangan. Merancang perangkat keras dan

lunak untuk alat ukur gradien termal sesuai

dengan hasil dari analisa kebutuhan;

c. Implementasi. Mengimplementasikan perangkat

keras dan lunak pada sisi pengiriman dan

penerima data gradien termal berbasis arduino;

d. Pengujian/ Validasi. Alat ukur gradien termal

menggunakan sensor suhu DS18B20 diujikan

pada area panasbumi Way Ratai;

e. Pemeliharaan. Melakukan pemeliharaan pada

alat ukur gradien termal menggunakan sensor

suhu DS18B20 pada Area panas bumi Way

Ratai.

4. Menyimpulkan hasil penelitian dan memberikan

saran terhadap penelitian yang dilakukan selanjutnya.

Design / Perancangan

1. Perancangan perangkat elektronik

Perancangan perangkat elektronik terdiri dari

rangkaian komponen berupa sensor DS18B20,

microcontroller Arduino Mega 2560, RTC, LCD Display dan

sistem power. Kebutuhan daya eksternal pada rangkaian ini

adalah 7V-12V. Sebagai sumber listrik dapat digunakan

baterai atau aliran listrik AC dengan adaptor. Layar LCD

yang digunakan sebagai penampil status pengukuran berupa

layar LCD Oled 128 x 64 SPI 0.96 inch White dengan wire

I2C untuk transfer data. SD card berupa memory card

sebagai penyimpanan data yang telah diukur atau data logger

menggunakan modul SD Card dengan wire SPI sebagai

transfer data. RTC berfungsi sebagai informasi status waktu

secara langsung pada saat pengukuran dengan waktu yang

telah di set di awal. RTC menggunakan baterai CMOS

sebagai energi utama saat tidak disambungkan dengan

sumber tegangan. Berikut simulasi perancangan elektronik

yang dilakukan pada software proteus.

Gambar 3.2 Simulasi Perancangan perangkat elektronik di

Proteus.

Untuk mengetahui board Arduino apakah dapat bekerja

dengan normal, pertama melakukan test pin LED. Yaitu

mengatur kedipan lampu LED melalui Arduino IDE. Jika

interval hidupnya lampu sesuai dengan yang telah di

program maka board Arduino siap digunakan. Kemudian

menghubungkan pin RTC yaitu pin SDA, SCL, VCC, dan

GND.

FILE NAME: DATE:

PAGE:

GradienSuhuPCB.pdsprj04/09/2020

B C D E F G H J K

H:\Proteus Gradien Suhu\GradienSuhuPCB.pdsprjPATH: 1 of 1

DESIGN TITLE: GradienSuhu

BS[0..2]

D[0

..7]

D0

BS

1

D1

D2

BS

2

BS

0

GN

D1

,30

C2P

2

C2

N3

C1P

4

C1

N5

VB

AT

6

VS

S8

VD

D9

CS

13

RE

S1

4

D/C

15

R/W

16

E/R

D1

7

IRE

F2

6

VC

OM

H2

7

VC

C2

8

VLS

S2

9

D[0

..7]

BS

[0..2]

LCD1

OL

ED

_S

DA

OL

ED

_S

CL

OL

ED

_R

ES

S3_DQ

OL

ED

_S

CL

OL

ED

_S

DA

CS

MO

SI

MIS

O

SC

K

SD Card

CS

DI

DO

CLK

MIC

RO

SD

TX0 RXD

RTS

TXD

CTS

TX0

CS

MIS

O

MO

SI

SC

K

DS

_S

DA

DS

_S

CL

DS_SCL

DS_SDA SDA17

RST6

INT/SQW5

32KHz3

VBAT16

SCL18/20

RTC

DS3232

28.0DQ

2VCC

3

GND1

SENSOR3

DS18B20

+5V

S3_DQ

R1

4.7k

OLED_RES

10k

10k

10k

B22

B23

B24

B22

B23

B24

B25

10k

B25

29.0DQ

2VCC

3

GND1

SENSOR2

DS18B20

31.0DQ

2VCC

3

GND1

SENSOR1

DS18B20

S2_DQ

S1_DQ

S2_DQ

S1_DQ

PW

MC

OM

UN

ICA

TIO

N

DIGITAL

AN

AL

OG

IN

AT

ME

GA

2560

16A

U 1

126

mic

roc

on

trola

nd

os

.blo

gs

po

t.co

m

TX0

TX3

TX2

TX1

SDA

SCL

RX0

RX3

RX2

RX1

PD0/SCL/INT021

PD1/SDA/INT120

PD2/RXD1/INT219

PD3/TXD1/INT318

PH0/RXD217

PH1/TXD216

PJ0/RXD3/PCINT915

PJ1/TXD3/PCINT1014

PE0/RXD0/PCINT80

PE1/TXD0/PDO1

PE4/OC3B/INT42

PE5/OC3C/INT53

PG5/OC0B4

PE3/OC3A/AIN15

PH3/OC4A6

PH4/OC4B7

PH5/OC4C8

PH6/OC2B9

PB4/OC2A/PCINT410

PB5/OC1A/PCINT511

PB6/OC1B/PCINT612

PB7/OC0A/OC1C/PCINT713

AREF

PA

0/A

D0

22

PA

1/A

D1

23

PA

2/A

D2

24

PA

3/A

D3

25

PA

4/A

D4

26

PA

5/A

D5

27

PA

6/A

D6

28

PA

7/A

D7

29

PC

6/A

14

31

PC

5/A

13

32

PC

4/A

12

33

PC

3/A

113

4P

C2

/A10

35

PC

1/A

93

6P

C0

/A8

37

PD

7/T

03

8P

G2

/ALE

39

PG

1/R

D4

0P

G0/W

R4

1P

L7

42

PL6

43

PL

5/O

C5C

44

PL

4/O

C5B

45

PL

3/O

C5A

46

PL

2/T

54

7P

L1

/IC

P5

48

PL

0/I

CP

44

9P

B3

/MIS

O/P

CIN

T3

50

PB

2/M

OS

I/P

CIN

T2

51

PB

1/S

CK

/PC

INT1

52

PB

0/S

S/P

CIN

T0

53

PK7/ADC15/PCINT23A15






PK1/ADC9/PCINT17A9

PK0/ADC8/PCINT16A8

PF7/ADC7/TDIA7

PF6/ADC6/TDOA6

PF5/ADC5/TMSA5

PF4/ADC4/TCKA4

PF3/ADC3A3

PF2/ADC2A2

PF1/ADC1A1

PF0/ADC0A0

RESET

PC

7/A

15

30

DUINO1ARDUINO MEGA2560 R3

R6

4.7k

R7

4.7k




Gambar 3.4 Urutan Sistem Kerja Alat dan Program.

Pada perancangan sistem program ini, alat yang dibuat

bertujuan untuk mendeteksi gradient thermal terhadap suhu

permukaan panas bumi dibaca melalui sensor suhu DS18B20

berdasarkan domain waktu bersamaan dengan bekerjanya

komponen RTC sebagai pemberi informasi waktu (clock)

dan kemudian hasil pembacaan langsung disimpan kedalam

SD Card melalui modul SD Card dan ditampilkan ke LCD

dengan modul LCD. Pengaturan program pertama, yaitu

pengecekan sambungan masing-masing perangkat apakah

dapat bekerja dengan baik mulai dari RTC, Memory Card

dan sensor DS18B20. Jika terdapat komponen yang tidak

tersambung atau tidak terbaca, maka konfigurasi sistem akan

mengulang terus (reboot) hingga komponen tersambung

dengan baik. Kemudian pengambilan data dari sensor yang

dilakukan terus menerus dalam domain waktu. Untuk

sampling waktu pengukuran dapat diatur pada program

dalam satuan millisecond.

Gambar 3.5 Flowchart Validasi Hasil Pengukuran.

Tabel 3.5 Kalibrasi alat dengan thermometer infrared

Termo 1 Sensor 1 Termo 2 Sensor 2 Termo 3 Sensor 3

X1 °C Y1°C X2 °C Y2 °C X3 °C Y3 °C

45, 39 37, 09 40, 35 32, 15 35, 37 28, 12

45, 74 37, 86 40, 63 32, 79 35, 82 28, 79

46, 17 38, 46 41, 22 33, 38 36, 18 29, 41

47, 09 39, 10 42, 01 34, 02 37, 05 30, 09

47, 44 39, 64 42, 45 34, 72 37, 53 30, 89

48, 05 40, 12 43, 01 35, 28 38, 09 31, 17

49, 19 41, 07 44, 17 36, 02 39, 15 32, 13

49, 80 41, 89 44, 82 36, 85 39, 74 32, 83

50, 17 42, 19 45, 09 37, 10 40, 15 33, 17

50, 83 42, 90 45, 98 37, 89 40, 95 33, 98

Kemudian dilakukan metode least square regresion untuk

mendapatkan kurva regresi linier suhu.

Gambar 3.6 Kurva Regresi 1 Pengukuran Termometer

infrared dan sensor suhu DS18B20.





Title of Manuscript






Berdasarkan kurva regresi linier didapatkan persamaan

regresi linier sebagai berikut:

Suhu sensor 1 dengan suhu termometer y= 0.2576x + 67,988

Suhu sensor 2 dengan suhu termometer y= 0,2285x + 67,225

Suhu sensor 3 dengan suhu termometer y= 0,2187x + 81,789

Dari persamaan diatas kemudian dilakukan faktor kalibrasi

pada script arduino untuk mengetahui nilai deviasi dari

perbandingan termometer dengan sensor suhu DS18B20

dari tabel 3.5 dapat dilihat selisih antara nilai suhu

termometer dengan sensor suhu DS18B20 adalah 8,3°C

terjadinya perbedaan selisih yang besar dikarenakan

termometer infrared tersebut dapat mengukur uap dari suhu

panas atau dingin. Setiap pergantian sensor perlu dilakukan

kalibrasi ulang untuk mengetahui perubahan deviasi pada ke

tiga sensor .

Prosedur Penelitian Di Lapangan

Penelitian ini dilakukan untuk menentukan sebaran anomali

panasbumi menggunakan sensor suhu DS18B20. Lokasi

penelitian terletak di lapangan manifestasi panasbumi Way

Ratai, Kecamatan Padang Cermin, Kabupaten Pesawaran,

Provinsi Lampung. Secara geografis, kabupaten Pesawaran

terletak pada koordinat 5,12°-5,84°LS dan 104,92°-105,34°BT. Pengukuran gradient thermal di lapangan

panasbumi Way Ratai dilakukan sebanyak 103 titik yang

tersebar di seluruh manifestasi permukaan panasbumi

dengan jarak antara titik 1 km. Pengukuran yang dilakukan

meliputi pengukuran suhu sensor 1, suhu sensor 2 dan suhu

sensor 3 pada kedalaman 50 cm, 100 cm dan 150 cm pada

manifestasi dan permukaan, serta pengukuran gradient

thermal. Sebaran titik pengukuran di manifestasi panasbumi

Way Ratai ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Gambar 3.9 Desain Akuisisi Gradien Panas Way Ratai.

Gambar 3.10 Diagram Alir Tahapan Penelitian.

y = 0,9816x - 7,1611

30

32

34

36

38

40

40 42 44 46 48

Perbandingan Termometer Vs Sensor (2)

y = 1,0038x - 8,1397

363738394041424344

44 46 48 50 52

Perbandingan Termometer Vs Sensor

(3)




Adapun prosedur pengukuran gradien thermal adalah

sebagai berikut:

1. Mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan

(kelengkapan alat, quality control alat);

2. Sesampainya di titik lokasi akuisisi pengukuran,

dilakukan pengkondisian tempat (keadaan geologi,

pemeriksaan topografi, dan keamanan titik lokasi

pengukuran);

3. Mempersiapakan alat bor dengan cara memasangnya

secara bertahap, mulai dari mata bor, besi dan

pemutar bor;

4. Setelah pemasangan bor, dilakukan pengeboran

sampai pada kedalaman yang telah ditentukan (1,5

m);

5. Angkat Bor yang telah digunakan, kemudian

mempersiapkan sensor untuk dimasukkan kedalam

lubang bor;

6. Sensor dimasukkan kedalam lubang bor, kemudian

dipersiapakan pengukuran dengan menghubungkan

sensor, main unit dengan power source;

7. Sebelum dilakukan pengukuran sensor harus

memasuki tahap kalibrasi agar suhu yang terekam

pada pengukuran stabil;

8. Setelah stabil, Pengukuran dilakukan hingga

didapatkan nilai gradien termal yang muncul pada

monitor pada main unit;

9. Setelah dilakukan pengukuran simpan alat, kemudian

dilanjutkan ke titik akuisisi selanjutnya.

Hasil dan Pembahasan

Hasil Perancangan

Proses rancang bangun dimulai dari menyatukan semua

konfigurasi pin sesuai tabel kemudian menyusun rencana

peletakan masing-masing komponen dalam suatu wadah

berukuran 13 cm x 6 cm x 5 cm terbuat dari mika plastik.

Untuk perencanaannya, tubuh alat sebagai wadah komponen

sensor DS18B20 terbuat dari stainless steel ukuran 150 cm

dengan diameter 1,6 cm dan ketebalan 0,2 cm yang cukup

untuk dapat menahan panas dan desain bagian sensor dilapisi

menggunakan silicon agar dapat menahan air masuk

kedalam komponen.

Gambar 4.1 Hasil fisis Perancangan Alat.

Keterangan dari gambar diatas berupa, Main unit yakni

Arduino Mega25600 yang diintegrasikan dengan komputer

melalui program Arduino IDE yang dirancang agar dapat

memogramkan pengukuran dan perhitungan gradien termal.

Main unit dilengkapi tombol dengan 4 tombol utama, 2

lubang konektor yang pertama berfungsi sebagai

penghubung Main unit dengan power source dan lainnya

sebagai penghubung Main Unit dengan sensor. Untuk power

source dapat menggunakan Power Bank atau Laptop.

Sementara sensor yang digunakan adalah sensor suhu

DS18B20 memiliki 2 komponen utama yaitu sensor dan

batang sensor. Pada bagian atas sensor terdapat konektor

yang berfungsi menghubungkan sensor dengan Main unit,

sedangkan batang sensor yang terbuat dari Stainless Steel

diberi lubang untuk letek daripada sensor, yang berfungsi

sebagai tiang penyangga sensor saat pengukuran mulai dari

pemasangan, kalibrasi, hingga selesainya pengukuran. Untuk

desain batangan sensor dibuat portable agar mempermudah

saat dibawa ke lapangan. Kabel konektor pada gambar 4.1

berfungsi sebagai kabel penghubung power source dan Main

unit.

Untuk output yang dihasilkan dari pada pengukuran

merupakan nilai dari masing-masing suhu pada sensor secara

digital dan nilai daripada gradient thermal dari ketiga suhu

yang terukur pada pengukuran. Data yang terekam akan

disimpan secara otomatis pada SD card dalam bentuk file

.csv. masing-masing suhu rata-rata setiap sensor yang

terekam akan diintegrasikan oleh main unit sehingga

menghasilkan nilai gradient thermal. Untuk output

pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.1 sebagai berikut:





Title of Manuscript


Tabel 4.1 Data suhu pada alat.

Analisa Pengolahan Data

Dapat dilihat dari gambar diatas, da terdiri dari nama titik

pengukuran, zona UTM, koordinat (X,Y), altitude (Elevasi),

Suhu gradient thermal, suhu masing-masing sensor dan rata-

rata suhu pengukuran. Data ini akan digunakan pada

pengolahan data untuk mendapatkan pemetaan nilai

pesebaran gradient thermal data yang digunakan pada

pemetaan gradient thermal adalah data X,Y, dan nilai

gradient thermal namun, jika kita ingin melihat pesebaran

nilai suhu pada masing-masing sensor, tinggal mengganti

parameter gradient thermal menjadi nilai sensor suhu yang

terdapat pada data. Masing-masing sensor merupakan

reresentasi nilai suhu pada perekaman data dimana jaraknya

masing-masing 0,5 m. Sensor 1 berjarak 0,5 m dari dasar

lubang , sensor 2 berjarak 1 m, dan sensor 3 berjarak 1,5 m

dari dasar lubang. setelah didapatkan nilai

pengukuran,dilakukan pengolahan data untuk menghasilkan

pemetaan data dengan menggunakan software surfer, yang

fungsinya adalah memetakan hasil data yang

divisualisasikan dengan topografi (kontur). Adapun hasil

penelitian yang dilakukan berupa hasil pengukuran data

RAW pada titik pengukuran dan pemetaan data yang

ditampilkan sebagai berikut:

Gambar 4.2 Peta suhu sensor 1.



Gambar 4.5 Peta gradien termal.

Berdasarkan sebaran melalui kontur diatas dapat

disimpulkan bahwa rentang nilai gradien yang terekam pada

data bervariasi dengan nilai yang terendah-5°C/m dan yang

tertinggi 17°C/m. Perbedaan warna persebaran pada kontur

menunjukan perbedaan suhu gradien pada titik pengukuran.

Nilai gradien rendah yang terukur pada pengukuran memiliki

penurunan suhu, karena pada daerah pengukuran merupakan

daerah tepi sungai, daerah persawahaan, daerah dataran

tinggi yang memiliki kandungan air yang lebih dari pada

daerah lainnya, sementara nilai gradien tinggi diindikasikan

daerah tersebut merupakan daerah manifestasi panasbumi

yang suhunya tinggi. Nilai sensor yang terekam bervariasi,

suhu yang rendah terekam sebesar 17°C dan yang tertinggi

sebesar 45°C.

Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah:

1. Perancangan sistem dibagi menjadi dua bagian yaitu:

perancangan perangkat keras dan perancangan

perangkat lunak mengunakan penerapan rekayasa

perangkat lunak dengan model modified waterfall;

2. Kinerja sistem maksimal saat diimplementasikan di

Way ratai dikarenakan batasan yang diukur hanya

pada kedalaman 50 cm, 100 cm, 150 cm dan masih

dipermukaan saja, tetapi untuk proses kalibrasi

dengan studi kasus strika selisih dari nilai termometer

dengan sensor DS18B20 nilainya 8°C ;

3. Sistem mampu menjalankan fungsinya dengan

estimasi data yang masuk ke memori card. Nilai

Name zona utm X Y Altitude (m) Gradien Thermal (C/m) Sensor 1 (Celcius) Sensor 2 (Celcius) Sensor 3(Celcius)

BR010 48 507546 9380747 78 -0,49 32,49 32,85 32,97

BR016 48 508545 9383728 281 -1,49 26,47 23,72 27,96

BR03 48 509537 9386693 569 -1,84 24,77 17,44 26,61

BR05 48 507529 9385684 405 -1,84 28,15 26,06 29,99

BR06 48 507534 9384640 293 -2,17 28,57 25,71 30,74

BR1 48 507652 9386664 566 -1,49 26,47 23,72 27,96

BR100 48 517497 9382717 21 0,02 31,29 29,93 31,27

BR13 48 508625 9380716 93 -0,03 33,94 28,29 33,97

BR14 48 508565 9381659 135 -2,17 28,57 25,71 30,74

BR15 48 508576 9382715 178 -1,84 28,15 26,06 29,99




gradient thermal di dearah manifestasi bervariasi

dengan nilai yang terendah -5 °C/m dan yang

tertinggi 17°C/m.

Saran

Adapun saran untuk penelitian ini adalah :

1. Diperlukan pengukuran ulang setelah dikalibrasi

dengan termometer digital.

2. Memperdalam kedalaman pengambilan data

temperatur agar data tidak terpengaruh oleh kondisi

permukaan tanah.

Daftar Pustaka

[1] “Introduction to Arduino Mega 2560 Rev 3,” 14

Januari2019, https://store.arduino.cc/usa/arduino-

mega-2560-rev3

[2] S. Reza, “Estimasi Suhu Bawah Permukaan dan

Kedalaman Reservoir Panas Bumi Tiris Berdasarkan

Data Gradien Termal” Universitas Jember : Jember,

2014.

[3] I. S. Ghumelar, “Rancang Bangun Sistem Monitoring

Gradien Temperatur Tanah pada Area Gunung Anak

Krakatau Berbasis Single Board Computer

BCM2835”Universitas Lampung: Lampung, 2017.

[4] H. K. Gupta, “Geothermal Energy:An Alternative

Resourcefor The 21st Century,” Elsevier : first edition,

2007.

[5] “Introduction to Arduino Mega 2560 Rev 3.” 14

Januari 2019, https://store.arduino.cc/usa/arduino-

mega-2560-rev3.

[6] Meyliana, “Pengaruh keyakinan diri terhadap transaksi

online, kepercayaankonsumen, dan pengurangan

ketidakpastian pada implementasi ecommerce,” p.10,

Universitas Binus : Jakarta, 2012.

[7] H.Kristanto, “Konsep database management system, in

Konsep & perancangan database, 2nd ed.,” pp.8-9,

Yogyakarta: Andi, 1994.

[8] J.Simarmata, “Pengantar rekayasa perangkat lunak, in

Rekayasa perangkat lunak,” Ed. I, p.10, Yogyakarta:

Andi, 2010.

[9] P.V. Sharma, “Environmental and Engineering

Geophysics,” Cambridge University : Press,United

Kingdom, 1997.

[10] H. Noviar, W. Asriningrum, M. Hartuti, and Y. Rijono,

“Pengukuran suhu permukaan lahan untuk prediksi

letusan gunung api,” Jumac, vol.3,hal.26-35, Juni 2006.

[11] H. A. Dharmawan, “ Perancangan Sistem Pengukur

Temperatur Spatial pada Kedalaman Tertentu dari

Permukaan Tanah Menggunakan CAN Bus dan 1-Wire

Bus,” Universitas Brawijaya : Malang, 2013.

[12] N. Akhyar, “Rancang bangun alat penstabil suhu

minyak kelapa sawitberbasis mikrokontroller atmega

8,” Universitas Sumatera Utara : Medan, 2014.

[13] J. Simarmata, “Pengantar rekayasa perangkat lunak in

Rekayasa perangkat lunak,” Ed. I, p.10, Yogyakarta :

Andi, 2010.

[14] J. Xiong, “ The popular lifecycle/process models with

existing software engineering paradigm” p.33, New

York: Springer, 2011.

[15] I. Sommerville, “Introduction to software engineering,”

in Software engineering, Boston: Pearson, 9th ed.,

2011, p.30.



https://store.arduino.cc/usa/arduino-mega-2560-rev3




Rancang Bangun dan Realisasi Alat Ukur Gradien Termal ...

Documents

Transcript of Rancang Bangun dan Realisasi Alat Ukur Gradien Termal ...