KAJIAN TENTANG PERLAKUAN BENTUK KONFIGURASI

ELEKTRODA TERHADAP KINERJA SENSOR KONDUKTIVITAS

LISTRIK TANAH JENIS KAPASITIF

SKRIPSI

Oleh :

WAHYU OCTAVIANUS

NIM. 1011305011

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

ii

KAJIAN TENTANG PERLAKUAN BENTUK KONFIGURASI

ELEKTRODA TERHADAP KINERJA SENSOR KONDUKTIVITAS

LISTRIK TANAH JENIS KAPASITIF

SKRIPSI

Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana

Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas

Udayana

Oleh :

WAHYU OCTAVIANUS

NIM. 1011305011

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

iii

LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi ini telah mendapat persetujuan pembimbing :

Tanggal lulus :

Dosen Pembimbing II

I Putu Gede Budi Sanjaya, S.TP., MT

NIP. 19790530 200502 1 004

Dosen Pembimbing I

Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc., Ph.D

NIP. 19631113 199003 1 003

Mengesahkan :

Dekan Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas Udayana

Dr. Ir. I Dewa Gde Mayun Permana., MS

NIP. 19591107 198603 1 004

iv

Wahyu Octavianus. 1011305011. 2016. Kajian Tentang Perlakuan Bentuk

Konfigurasi Elektroda Terhadap Kinerja Sensor Konduktivitas Listrik

Tanah Jenis Kapasitif. Dibawah bimbingan Prof. Ir. I Made Anom S.

Wijaya, M.App.Sc., Ph.D. selaku pembimbing 1 dan I Putu Gede Budi

Sanjaya, S.TP., MT. selaku pembimbing 2

ABSTRAK

Pengukuran EC dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu induksi

elektromagnetik dan kontak langsung. Penelitian ini menggunakan metode kontak

langsung yaitu dengan elektroda sensor kapasitif. Tujuan dari penelitian ini adalah

untuk mengetahui hubungan antara bentuk-bentuk konfigurasi elektroda terhadap

kinerja sensor kapasitif, dan juga untuk mendapatkan perlakuan yang memberikan

kinerja terbaik. Penelitian ini dimulai dengan merancang elektroda kemudian

dilanjutkan dengan uji kerja dan uji kinerja. Perlakuan yang digunakan meliputi

perlakuan elektroda bentuk cincin (ring), bentuk rambut dan bentuk segitiga, dan

konfigurasi dari masing-masing bentuk yaitu 2, 4, 6 dan 8. Uji kinerja dilakukan

dengan menancapkan elektroda ke dalam tanah dengan kedalaman 20 cm untuk

mendapatkan frekuensi dan pada saat yang sama diambil sampel tanah untuk

dianalisis di laboratorium untuk mendapatkan nilai EC. Berdasarkan data

hubungan antara frekuensi tanah dan EC kemudian dianalisis. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa kinerja terbaik adalah konfigurasi elektroda sensor bentuk

rambut 2. Persamaan frekuensi tanah dan EC adalah EC = 0.80590 Ftanah –

4.48289 dengan nilai R2 = 0.851, RMSE = 0.066, stabilitas = 0.02 dan waktu

respon = 7.41 detik.

Kata Kunci: Konduktivitas listrik (EC), sensor kapasitif, elektroda sensor keping

sejajar, frekuensi tanah, uji kinerja.

v

Wahyu Octavianus. 1011305011. 2016. Study of Electrode Configuration

Shape on the Performance of Capasitive Type of the Soil Electric

Conductivity. Supervised by Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc.,

Ph.D. and I Putu Gede Budi Sanjaya, S.TP., MT.

ABSTRACT

The measurement of EC can be conducted in two ways, namely

electromagnetic induction and direct contact. This study using capacitive direct

contact. The aims of this study were to determine the relationship of

configurations shape each other of electrode to the measurements performance,

and to determine to treatment that has the best performance. The study was

started by designing the electrodes then continued by functional test and

performance test. The treatments used was electrodes shape of ring, hair and

triangle, and electrodes configuration of each shape was 2, 4, 6 and 8. The

electrode probe was inserting into the soil with the depth of 20 cm to get the

frequency and at the same time soil sample was collected for analyzed in the

laboratory to get the EC values. Based on those data the relationship of between

soil frequency and EC were then analyzed. The results indicated that the best

performance was hair shapes with 2 configuration. The equation of soil frequency

and EC was EC = 0.080590 F(soil) - 4.48289 with R2 = 0.851, RMSE = 0.066,

stability = 0.02 and respond time = 7.41 second.

Keyword: Electric conductivity (EC), Capacitive sensor, Parallel chip sensor

electrode, soil frequency, Performance test.

vi

RINGKASAN

Data analisa tanah sangat penting diketahui petani untuk memberikan

penanganan yang tepat terhadap lahan pertaniannya, sehingga kesuburan tanahnya

dapat tetap dipertahankan. Mengingat kebanyakan petani memerlukan hasil cepat

dan biaya yang seminimal mungkin, maka diperlukan suatu alat pengukur yang

bisa memberikan hasil secara cepat dan biaya terjangkau. Pengukuran

konduktivitas listrik (EC) tanah menjadi pengukuran yang paling sering dilakukan

untuk mengetahui keragaman kandungan tanah untuk aplikasi precision pertanian,

karena sangat mudah dilakukan dan memberikan hasil yang tepat. Terdapat dua

metode pengukuran konduktivitas listrik (EC) tanah yaitu, induksi

elektromagnetik dan kontak langsung. Penelitian ini dilakukan dengan metode

pengukuran kontak langsung, yaitu dengan menggunakan elektroda sensor

kapasitif.

Sensor jenis kapasitif memiliki prinsip dasar pengukuran berdasarkan

perubahan kapasitansi. Kapasitansi antara dua pelat ditentukan oleh tiga hal yaitu

luas penampang plat elektroda, jarak elektroda dan material dielektrik antara plat

elektroda. Mengingat adanya hubungan yang erat antara hasil pengukuran EC

dengan luas penampang dan jarak elektroda, maka penulis mengkaji tentang

bentuk dan konfigurasi elektroda sensor terhadap hasil pengukuran yang

didapatkan.

Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah studi literatur,

perancangan elektroda sensor dengan perlakuan bentuk dan jarak elektroda yang

berbeda dan menghasilkan 12 kombinasi perlakuan elektroda sensor, selanjutnya

dilakukan kontruksi elektroda sensor, uji kerja, uji kinerja, membangun

vii

persamaan pendugaan EC, dan terakhir dilakukan validasi elektroda sensor.

Parameter yang diamati dalam penelitian ini adalah tingkat presisi elektroda

sensor yang ditentukan dengan nilai koefisien determinan (R2), akurasi elektroda

sensor yang ditentukan dari nilai RMSE, stabilitas pengukuran yang ditentukan

dari standar deviasi, dan waktu respon yang ditentukan dari waktu yang

diperlukan oleh elektroda sensor untuk membaca media yang diukur.

Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa elektroda sensor bentuk

rambut dengan konfigurasi 2 memberikan hasil persamaan pendugaan EC terbaik

dengan persamaan pendugan EC = 0.080590 Ftanah – 4.48289, nilai R2 = 0.851,

dan akurasi dengan eror sebesar 0.066, stabilitas pengukuran = 0.02, dengan

waktu respon yang dibutuhkan selama 7.41 detik.

viii

RIWAYAT HIDUP

Wahyu Octavianus dilahirkan di Denpasar pada tanggal 8 Oktober 1992.

Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara pasangan Djupri dan Fietje K.

Penulis memulai pendidikan di SD N 2 Tegal Badeng Timur, Negara Bali

pada tahun 1998 dan menamatkannya pada tahun 2004, lalu melanjutkan

pendidikan di SMP N 1 Tabanan dan berhasil menamatkannya pada tahun 2007.

Tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan ke SMA N Kediri Tabanan sampai

dengan tahun 2010.

Penulis tercatat sebagai mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas Udayana pada tahun 2010 melalui jalur SNMPTN gelombang pertama

dan mengambil Program studi Teknik Pertanian (TEP). Selama menjadi

mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi intra dan ekstra kampus, diantaranya

menjabat sebagai Fungsionaris HMJ (Himpunan Mahasiswa Jurusan) Teknik

Pertanian Periode 2011-2012, Fungsionaris BLM (Badan Legislatif Mahasiswa)

Fakultas Teknologi Pertanian periode 2012-2013, Fungsionaris BEM (Badan

Eksekutif Mahasiswa) Fakultas Teknologi Pertanian Periode 2013-2014, Ketua

Agritech Ceria Fakultas Teknologi Pertanian 2012, serta aktif sebagai panitia

pelaksana dan pengarah kegiatan mahasiwa Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas Udayana. Penulis juga pernah mengikuti Praktek Kerja Lapangan di

PT. New Kuta Golf & Ocean View yang berada di kawasan Pecatu Resort,

Badung – Bali.

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus, atas

anugrah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Kajian Tentang

Perlakuan Bentuk Konfigurasi Elektroda Terhadap Kinerja Sensor Konduktivitas

Listrik Tanah Jenis Kapasitif”. Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk

memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian di

Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas

Udayana.

Keberhasilan penulis tidak hanya didasarkan atas kerja keras penulis tetapi

juga berkat dukungan serta bantuan yang penulis terima dari awal dimulainya

penelitian ini hingga akhir penulisan skripsi. Untuk itu, penulis mengucapkan

terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ir. I Dewa Gde Mayun Permana, MS. selaku Dekan Fakultas

Teknologi Pertanian, Universitas Udayana.

2. Bapak Dr. Ir. I Wayan Widia, M.SIE. selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian,

FTP Unud.

3. Bapak Prof. Ir. I Made Anom S. Wijaya, M.App.Sc., Ph.D. selaku

pembimbing I dan Bapak I Putu Gede Budi Sanjaya, S.TP., MT. sebagai

pembimbing II yang telah banyak membantu, membimbing dan mengarahkan

selama penelitian hingga penyelesaian dari skripsi ini.

4. Bapak Dr. Ir. Ida Bagus Putu Gunadnya, M.S. selaku pembimbing akademik

yang telah bersedia memberikan bimbingan dan saran selama menempuh

pendidikan.

x

5. Bapak/Ibu dosen dan staf pegawai FTP Unud yang telah membantu penulis

dalam menyelesaikan skripsi ini.

6. Kepala Laboratorium Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Rekayasa Alat di

FTP Unud yang telah memberikan izin untuk menggunakan Laboratorium.

7. Kepada Pekaseh Subak Cemagi Let Mengwi Badung yang telah memberi izin

untuk melakukan pengujian alat di Subak Cemagi Let.

8. Ayah, Ibu, kakak dan seluruh keluarga besar yang senantiasa memberikan

dukungan serta bantuan moril dan materi sehingga penelitian ini dapat

berjalan dengan lancar.

9. Sahabat tercinta Andri, Panji, Agus Sumi, Pungki, Ayu Gria, Gek Lia, Ninik,

Gus Yudha, Cynthia Wulandari, Itha Purnama dan Uning Prastiti yang selalu

ada dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.

10. Rekan-rekan FTP Unud angkatan 2010 khususnya anak TEP 2010, Diaz,

Fajar, Ayoni (alm), Rian, Icun, Disa, Vera, Parimba, Samuel, Adi, Viqtor,

Gerry dan teman-teman di FTP Angkatan 2010 sampai angkatan 2014, yang

tak bisa disebut satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya dalam

perkuliahan, membuat tugas, praktikum dan penelitian hingga akhir skripsi

ini.

11. Rekan-rekan kelas bimbingan (klabing), kak Echa, kak Anggi, kak Eka,

Wirawan, Edo, Baskara, Tebo, Aris, Ogik, dan Anik yang sudah membantu

dalam kelancaran penyelesaian skripsi ini.

Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat dipergunakan sebagai mana

mestinya sehingga dapat bermanfaat bagi banyak orang. Penulis sadar bahwa

xi

penulisan skripsi ini jauh dari sempurna, sehingga penulis berharap kritikan serta

saran-saran dari para pembaca yang bersifat membangun.

Denpasar, Mei 2016

Penulis

xii

DAFTAR ISI

Halaman

COVER ..................................................................................................... i

JUDUL ...................................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................ iii

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

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

RINGKASAN ............................................................................................ vi

RIWAYAT HIDUP ................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ............................................................................... ix

DAFTAR ISI ............................................................................................. xii

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xvi

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xvii

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

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

1.2 Perumusan Masalah .......................................................................... 4

1.3 Tujuan ............................................................................................. 4

1.4 Manfaat ............................................................................................ 4

II. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 5

2.1 Tanah................................................................................................ 5

2.2 Komponen Tanah ............................................................................. 6

2.3 Tekstur Tanah ................................................................................... 7

2.4 Konsistensi Tanah ............................................................................. 8

2.5 Konduktivitas Listrik ........................................................................ 8

2.6 Konduktivitas Listrik Tanah .............................................................. 10

2.7 Sensor ............................................................................................... 11

2.8 Persyaratan Umum Sensor ................................................................ 12

2.9 Sensing Unit ..................................................................................... 13

2.9.1 Power Supply + Regulator 5 Volt ................................................... 13

2.9.2 Rangkaian Osilator 555 .................................................................. 14

xiii

2.9.3 LCD ............................................................................................... 15

2.10 Sensor Kapasitif ................................................................................ 16

2.11 Dielektrik.......................................................................................... 18

2.12 Muatan Listrik .................................................................................. 19

2.13 Kuat Medan Listrik ........................................................................... 20

2.14 Hubungan Paralel ............................................................................. 21

2.15 Tembaga ........................................................................................... 22

2.16 Analisis Regresi ................................................................................ 22

III. METODE PENELITIAN .................................................................... 24

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 24

3.2 Alat dan Bahan ................................................................................. 24

3.2.1 Alat ................................................................................................ 24

3.2.2 Bahan ............................................................................................. 24

3.3 Metodologi ....................................................................................... 25

3.3.1 Studi Literatur ................................................................................ 26

3.3.2 Perancangan ................................................................................... 26

3.3.3 Perancangan Fungsional ................................................................. 26

3.3.3.1 Rangka Sensor ............................................................................. 26

3.3.3.2 Konfigurasi Elektroda .................................................................. 27

3.3.4 Perancangan Struktural ................................................................... 28

3.3.4.1 Rangka Sensor ............................................................................. 28

3.3.4.2 Konfigurasi Elektroda .................................................................. 29

3.4 Uji Kerja Elektroda Sensor ............................................................... 32

3.5 Uji Kinerja ........................................................................................ 32

3.5.1 Membangun Persamaan Pendugaan EC .......................................... 33

3.5.2 Validasi .......................................................................................... 33

3.6 Parameter yang Diamati .................................................................... 33

3.6.1 Presisi ............................................................................................. 34

3.6.2 Akurasi ........................................................................................... 34

3.6.3 Waktu Respon ................................................................................ 34

3.6.4 Stabilitas Pengukuran ..................................................................... 35

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 36

xiv

4.1 Elektroda Sensor ............................................................................... 36

4.2 Hubungan Frekuensi Lapangan dengan Frekuensi

Filtrat Laboratorium .......................................................................... 37

4.3 Hubungan EC dengan Frekuensi Filtrat ............................................. 42

4.4 Persamaan Pendugaan EC ................................................................. 49

4.5 Validasi ............................................................................................ 50

4.6 Waktu Respon .................................................................................. 51

4.7 Stabilitas Sensor ............................................................................... 52

V. PENUTUP .......................................................................................... 54

5.1 Kesimpulan....................................................................................... 54

5.2 Saran ................................................................................................ 54

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 55

LAMPIRAN .............................................................................................. 58

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Konduktivitas Elektrik Logam Pada Suhu Kamar ....................... 10

Tabel 2. Konstanta Dielektrik Berbagai Bahan ......................................... 19

Tabel 3. Konstanta Bahan Penghantar ...................................................... 22

Tabel 4. Persamaan yang Dihasilkan dari Hubungan

Tanah Lapangan dengan Frekuensi Filtrat .................................. 42

Tabel 5. Persamaan dan Nilai R2 Hasil Hubungan

dari Frekuensi Filtrat dengan EC ................................................ 43

Tabel 6. Luas Penampang Plat Elektroda ................................................. 49

Tabel 7. Persamaan Pendugaan EC Semua Perlakuan

Elektroda Sensor ........................................................................ 50

Tabel 8. Nilai RMSE dari Semua Perlakuan Elektroda ............................. 51

Tabel 9. Waktu Respon Pengukuran Elektroda Sensor ............................. 52

Tabel 10. Stabilitas Pengukuran Elektroda Sensor .................................... 53

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Komposisi Tanah yang Ideal (% volume) .............................. 6

Gambar 2. Segitiga Tekstur Tanah .......................................................... 7

Gambar 3. Pinout IC NE555 ................................................................... 14

Gambar 4. Konsep Sensor Kapasitif........................................................ 17

Gambar 5. Muatan Listrik yang Berpindah ............................................. 19

Gambar 6. Diagram Alir Konstruksi Sensor ............................................ 25

Gambar 7. Perancangan Rangka Sensor .................................................. 28

Gambar 8. Perancangan Elektroda Sensor ............................................... 31

Gambar 9. Komponen Lengkap Sensor ................................................... 37

Gambar 10. Grafik Hubungan Frekuensi Tanah dengan Frekuensi Filtrat

Sensor Bentuk Cincin dengan konfigurasi,

a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 .................................................. 38

Gambar 11. Grafik Hubungan Frekuensi Tanah dengan Frekuensi Filtrat

Sensor Bentuk Rambut dengan Konfigurasi,

a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ................................................... 39

Gambar 12. Grafik Hubungan Frekuensi Tanah Dengan Frekuensi Filtrat

Sensor Bentuk Segitiga dengan Konfigurasi,

a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ................................................... 40

Gambar 13. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Filtrat dengan EC Sensor Bentuk

Cincin dengan Konfigurasi, a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8........ 44

Gambar 14. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Filtrat dengan EC Sensor Bentuk

Rambut dengan Konfigurasi, a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ...... 45

Gambar 15. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Filtrat dengan EC Sensor Bentuk

Segitiga dengan Konfigurasi, a = 2, b = 4, c = 6 dan d = 8 ..... 46

Gambar 16. Medan Listrik Masing-Masing Konfigurasi ........................... 47

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Metode Analisis Konduktivitas Listrik ...................................... 58

Lampiran 2. Data Frekuensi Tanah dan Frekuensi Filtrat............................... 59

Lampiran 3. Data Frekuensi Filtrat dengan EC .............................................. 65

Lampiran 4. Data Akurasi ............................................................................. 71

Lampiran 5. Data Waktu Respon................................................................... 77

Lampiran 6. Data Stabilitas Pengukuran ........................................................ 78