prosiding 2012

8/17/2019 Prosiding 2012

1/232

ISBN(13) 978-979-19544-9-5

PROSIDING

Fisika Teori, Fisika Komputasi, Fisika Material,Fisika Instrumentasi & Pengukuran, Geofisika, Biofisika,Fisika Energi & Lingkungan, Fisika Nuklir & MedisPendidikan Fisika

Editor: Assaidah, Erni, dan Supardi

8/17/2019 Prosiding 2012

2/232

ISBN(13) 978-979-19544-9-5

8/17/2019 Prosiding 2012

3/232

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL FISIKA

Energi, Lingkungan, dan Teknologi Masa Depan:

Tantangan dan Peluang Ilmu Fisika

8/17/2019 Prosiding 2012

4/232

8/17/2019 Prosiding 2012

5/232

SIMETRI 2012

Prosiding

Editor: Assaidah Erni Supardi

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2012

8/17/2019 Prosiding 2012

6/232

PROSIDING

Copyright © Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, 2012

Hak cipta dilindungi undang-undang

All rights reserved

Editor:Assaidah

ErniSupardi

Desain sampul & tata letak: Tim SIMETRIDiterbitkan oleh: SIMETRI

Jl. Srijaya Negara Lrg. Jaya Sempurna No.15 Bukit Besar PalembangTelp./Fax. 0711-315321; HP. 081328740911

Email: [email protected]

x + 217 hlm.; A4 margin potong

ISBN (13) 978-979-19544-9-5

SEMINAR NASIONAL FISIKA

Energi, Lingkungan, dan Teknologi Masa Depan:

Tantangan dan Peluang Ilmu Fisika

SIMETRIPercetakan & Penerbitan

8/17/2019 Prosiding 2012

7/232

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 v

KATA PENGANTAR

uji syukur kehadirat Allah S.W.T. atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga ProsidingSeminar Nasional Fisika yang bertemakan “Energi, Lingkungan, dan Teknologi Masa Depan:

Tantangan dan Peluang Ilmu Fisika” dapat kami selesaikan. Prosiding ini merupakan kumpulanmakalah seminar yang diaadakan oleh Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya pada tanggal 4Juli 2012 di Aula Pascasarjana Universitas Sriwijaya.

Penyusunan Prosiding ini dimaksudkan agar masyarakat luas dapat mengetahui berbagai informasiterkait isi makalah yang telah dipresentasikan dan mendokumentasikan hasil seminar nasional yangterangkum dalam makalah-makalah yang disajikan dalam seminar.

Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kami sampaikan kepada para penyajidan penulis makalah, penyunting serta redaksi pelaksana yang telah berkerja keras sehingga Prosidingini dapat diterbitkan. Kami sampaikan terima kasih juga kepada Tim Editor yang telah mereviewsemua makalah sehingga kualitas isi dari makalah dapat terjaga dan dipertanggungjawabkan. Tak lupakepada semua pihak yang telah memberikan dukungan bagi terselenggaranya seminar nasional ini danatas tersusunnya prosiding ini kami ucapan terima kasih.

Akhir kata, semoga prosiding ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak khususnya dalam

rangka memajukan pendidikan di Indonesia.

Palembang , Juni 2012

P

8/17/2019 Prosiding 2012

8/232

8/17/2019 Prosiding 2012

9/232

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 vii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar .............................................................................................................................. v

Daftar Isi ........................................................................................................................................ vii

Pemintalan Elektrik ( Electrospinning ) sebagai Salah Satu Cara untuk Membuat Nanoserat

(Khairurrijal, Ade Yeti Nuryantini, Muhammad Miftahul Munir, dan Mikrajuddin Abdullah) ...... 1 Sensor Berbasis Mikrokantilever: Sensitivitas dan Mekanisme Kinerja(Ratno Nuryadi) ............................................................................................................................. 7

Penggunaan Teknologi Informasi dan Komunikasi dalam Pembelajaran Fisika(Sardianto Markos Siahaan) .......................................................................................................... 13

Aplikasi Metode Common Reflection Surface (CRS) Stack pada Data Seismik Real 2D(Dian Kumala Sari, Azhar K. Affandi, dan Erni) ............................................................................ 21

Desain Konseptual Reaktor Cepat Berpendingin Gas Berukuran Kecil,Berumur Panjang dan Berbahan Bakar Uranium Alam

( Menik Ariani, Zaki Su’ud, Abdul Waris, Khairurrijal, dan Fiber Monado) ................................. 27

Desain Konsep Reaktor Pltn Jenis Gfr 333 Mwt Berbasis Bahan Bakar Uranium Alam(Fiber Monado, Zaki Su’ud, Abdul Waris, Khairul Basar, dan Menik Ariani) ............................... 33

Estimasi Debit Aliran Permukaan DAS Musi (Sumatera Selatan) Berbasis Satelit(Sinta Berliana Sipayung dan Nani Cholianawati) ........................................................................ 38

Identifikasi Mineral Magnetik Pada Permukaan Guano Dari Goa Kelelawar Sumatera Barat(Hamdi, Muhammad Irvan, Erni dan Christopher M. Wursters) .................................................. 43

Investigasi Nilai Bias Data Global Positioning Satellite Radio Occultation terhadap DataRadiosonde di Wilayah Ekuator(Tiin Sinatra dan Noersomadi) ..................................................................................................... 48

Luminositas Bintang Berotasi pada Keadaan Kritis

(Iwan Setiawan) .............................................................................................................................. 53

Model Perhitungan Nilai Kapasitansi Individu Sel Aspergillus Niger Berbasis

Hasil Percobaan(Musaddiq Musbach, Iman Santoso, Wamid Antaboga dan Maulana) ........................................ 57

Orbit Relativistik Partikel di Bawah Pengaruh Gaya Sentral Tipe Yukawa(Suhadi, Supardi) ............................................................................................................................ 62

Pabrikasi Film PVDF dengan Roll Hot Press dan Karakterisasinya

(Ambran Hartono, Mitra Djamal, Suparno, Ramli, dan Edi Sanjaya) .......................................... 67

Pemodelan Dinamika Arus dan Gelombang Laut di Sepanjang Pantai Selatan

Kepulauan Indonesia dan Aplikasinya di Bidang Perikanan

(Iskhaq Iskandar dan Pradanto Poerwono) .................................................................................... 71

8/17/2019 Prosiding 2012

10/232

8/17/2019 Prosiding 2012

11/232

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 ix

Penerapan Lesson Study (LS) pada Mata Kuliah Gelombang Melalui Tutor Sebaya

dan Latihan Soaldi Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri(Sudirman) ...................................................................................................................................... 153

Penerapan Model Blended E-Learning pada Matakuliah Pendahuluan Fisika Zat Padat

(Ida Sriyanti) ................................................................................................................................... 158

Penerapan Model Pembelajaran Berbasis Masalah dengan Metode Eskperimenuntuk Meningkatkan Hasil Belajar Siswa(Dedy Hamdani, Zilvi Endrayani dan Connie) .............................................................................. 164

Pengaruh Metode Inkuiri Terbimbing Berbasis Laboratorium IPA terhadapPeningkatkan Hasil Belajar Siswa SMAN 5 Kota Bengkulu(Andik Purwanto dan Indra Sakti Lubis) ........................................................................................ 169

Upaya Meningkatkan Kemampuan Guru Fisika Melalui Penerapan

Contextual Teaching and Learning (CTL) di SMA Negeri 2 Muara Enim

(Giyono) .......................................................................................................................................... 173

Pengembangan Materi Ajar Termodinamika dengan Model Educational Reconstruction

di Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sriwijaya

(Leni Marlina) .................................................................................................................................. 181

Pengembangan Model Pembelajaran Problem Solving Fisika Melalui Pembelajaran

Topik Optika pada Mahasiswa Pendidikan Fisika

(Eko Swistoro Warimun) ................................................................................................................ 188

Pengembangan Model Perkuliahan Multimedia Interaktif Fisika Modern

(Teori Relativitas Khusus) di LPTK

(Hamdi Akhsan dan Ketang Wiyono) ............................................................................................ 193

Strategi Efektif Pembelajaran Fisika: Ajarkan Konsep(Muhamad Yusup) .......................................................................................................................... 200

Pengaruh Pendekatan Sains-Teknologi-Masyarakat terhadap Prestasi dan MinatBelajar Sains Siswa(Giyono) ......................................................................................................................................... 205

Peran Guru untuk Memanfaatkan Media Pembelajaran dalam Proses Pembelajaran di Sekolah

(Suwarti) .......................................................................................................................................... 214

8/17/2019 Prosiding 2012

12/232

x Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

8/17/2019 Prosiding 2012

13/232

Khairurrijal, dkk Pemintalan Elektrik (Electrospinning) …

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 1

PEMINTALAN ELEKTRIK ( ELECTROSPINNING ) SEBAGAI SALAH SATU

CARA UNTUK MEMBUAT NANOSERAT

Khairurrijal1,#

, Ade Yeti Nuryantini1, Muhammad Miftahul Munir

2, dan Mikrajuddin Abdullah

1

1 Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik,

2 Kelompok Keahlian Fisika Teoretik Energi Tinggi & Instrumentasi,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Teknologi Bandung,

Jalan Ganesa 10, Bandung 40132#E-mail: [email protected]

Abstrak

Nanomaterial berkembang sangat pesat saat ini karena ia memiliki keunggulan seperti ukuran yang

lebih ringkas, kekuatan dan keuletan yang dapat diandalkan, serta lebih reaktif. Salah satu metoda

yang digunakan untuk pembuatan nanoserat adalah teknik pemintalan elektrik (electrospinning ).

Dengan teknik ini, nanoserat yang dihasilkan memiliki diameter yang sangat kecil hingga beberapa

puluh nanometer dan penampilan mekanik yang menarik serta struktur pori dan permukaan yang dapatdikontrol. Pembuatan nanoserat dengan pemintalan elektrik dipengaruhi oleh parameter-parameter

larutan, parameter-parameter proses dan parameter-parameter lingkungan. Beberapa nanoserat telah

dibuat seperti nanoserat ITO ( Indium Tin Oxide), nanoserat fosfor yttrium aluminum garnet yang

didadah cerium (YAG:Ce3+

; Y3− xAl5O12:Ce x3+

), nanoserat zirkonium oksida yang didadah europium

(ZrO2:Eu3+

), dan nanoserat fosfor BCNO.

Kata kunci: nanoteknologi, pemintalan elektrik, nanoserat.

PENDAHULUAN

aat ini serat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Serat dimanfaatkan untuk pakaian,sepatu olah raga, alat panjat tebing, filter, alat-alat medis, alat-alat kesehatan dan lain-lain.

Seiring dengan perkembangan fungsi serat dalam kehidupan manusia, maka semakin berkembang pula cara pembuatan serat dari cara yang konvensional sampai pada cara yang modern.

Bila diameternya dalam skala nanometer, maka serat tersebut biasa disebut nanoserat(nanofiber ). Nanoserat merupakan serat berstruktur satu dimensi (1D), seperti halnya nanokawat(nanowire), nanobatang (nanorod ), nanotabung (nanotube), nanosabuk (nanobelt ). Ada berbagaicara untuk membuat nanoserat, di antaranya teknik penarikan (drawing ), teknik cetakan (template synthesis), teknik pemisahan fasa ( phase separation), teknik penyusunan ( self assembly), dan teknik pemintalan elektrik (electrospinning ) [1].

Pemintalan elektrik merupakan salah satu teknik yang mudah, serba guna dan bermanfaatuntuk membuat nanoserat yang panjang, dengan diameter yang kecil, ukurannya seragam, dan dapat

dibuat dari berbagai macam material [2].Kami sudah berhasil membuat mesin pemintal elektrik dan nanoserat dengan teknik tersebut

[2-4]. Nanoserat diaplikasikan misalnya untuk pembuatan nanoserat ITO, pembuatan nanoseratfosfor yttrium aluminum garnet yang didadah cerium (YAG:Ce

3+; Y3− xAl5O12:Ce x

3+), pembuatan

nanoserat zirkonium oksida yang didadah europium (ZrO2:Eu3+), dan pembuatan nanoserat fosfor

BCNO [5-9].Di dalam makalah ini kami akan memaparkan cara kerja teknik pemintalan elektrik,

parameter-parameter yang memengaruhi proses pembuatan nanoserat dan beberapa aplikasinya.

S

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

8/17/2019 Prosiding 2012

14/232

Pemintalan Elektrik (Electrospinning) … Khairurrijal, dkk

2 Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

CARA KERJA PEMINTALAN ELEKTRIK

Sistem pemintalan elektrik ditunjukkan dalam Gambar 1 (atas) [2], yang terdiri dari: (a). Alat penyemprot yang di dalamnya terdapat larutan awal ( precursor ) dan dilengkapi dengan jarum suntik( spinneret ). Alat penyemprot diletakkan pada pompa agar larutan terdorong keluar dari ujung jarum(nozzle), (b). Sumber tegangan tinggi, dan (c). Kolektor, yaitu tempat menampung nanoserat yangdihasilkan.

Pertama, larutan polimer dilewatkan pada sebuah nozzle. Proses penarikan larutan dari nozzle tersebut menggunakan interaksi elektrostatik karena medan listrik tinggi yang dibangkitkan oleh

sumber tegangan tinggi tersebut. Ukuran larutan yang keluar dari nozzle tersebut makin mengecilkarena penarikan elektrostatik tersebut dan kemudian mengalami proses pengeringan. Akhirnya,nanoserat dihasilkan dan ditampung pada kolektor.

PARAMETER YANG MEMENGARUHI PEMBUATAN NANOSERAT

Dalam proses pemintalan elektrik, parameter yang berpengaruh dibagi menjadi tigakelompok, yaitu parameter-parameter larutan polimer, parameter-parameter proses, dan parameter- parameter lingkungan [2].

1. Parameter-parameter Larutan PolimerParameter larutan polimer yang mempengaruhi pembuatan nanoserat dengan teknik

pemintalan elektrik adalah berat molekul dan kekentalan larutan, tegangan permukaan.

a. Berat molekul dan kekentalanBerat molekul pada polimer menggambarkan panjang dari rantai polimer, karena pada

dasarnya polimer merupakan rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulang-ulang sebagai blok-blok penyusunnya. Berat molekul ini berpengaruh langsung padakekentalan larutan karena panjang polimer akan menentukan belitan dari rantai polimer pada pelarut.Kekentalan larutan juga bisa dipengaruhi oleh konsentrasi larutan.

Shenoy, dkk [10,11] menyatakan angka belitan larutan polimer (ne) soln sebagai perbandinganantara berat molekul polimer dalam larutan M w dengan berat molekul belitan polimer ( polymerentanglement molecular weight ) Me.

Me

M n

w

soe

ln)( . (1)

Hubungan antara angka belitan (ne) soln dengan konsentrasi PVP/(air/etanol) untuk beragam berat molekul polimer dalam larutan M w telah dilaporkan oleh Munir, dkk [3]. Didapatkan bahwaangka belitan bertambah sejalan dengan peningkatan konsentrasi PVP.

Larutan dikatakan encer jika C4 (semi encer), rantai polimer pada larutan membelit satu sama lain,sehingga viskositas meningkat [12].

Pengaruh kekentalan pada pemintalan elektrik akan mempengaruhi struktur serat, sepertiyang dilaporkan oleh Munir, dkk [3]. Pada peristiwa pemintalan elektrik, larutan yang encer akanmenjadi droplet atau menghasilkan benang tetapi banyak mengandung butiran-butiran (beads),sementara larutan yang terlalu kental menyebabkan sulit untuk keluar dari jarum ( nozzle) bahkancenderung untuk mengering di ujung jarum .

b. Tegangan permukaan

Tegangan permukaan memberikan kontribusi terhadap pembentukan butiran pada benangyang dihasilkan. Seperti diketahui bahwa ketika ada setetes air jatuh di udara, tetesan biasanya

8/17/2019 Prosiding 2012

15/232



berbentuk bola. Tegangan permukaan memiliki pengaruh pada pengurangan luas permukaan per unitmassa.

Tegangan permukaan mungkin terjadi pada larutan yang keluar dari nozzle menuju kolektor.

Pemberian tegangan pada larutan dimaksudkan untuk mengurangi pengaruh tegangan permukaan.Pada larutan yang memiliki kekentalan yang tinggi, interaksi antara pelarut dan molekul polimer juga

tinggi, sehingga ketika larutan ditarik di bawah pengaruh interaksi muatan, molekul larutan akancenderung untuk menyebar dan akan mengurangi kecenderungan molekul larutan untuk berkumpul di bawah pengaruh tegangan permukaan

Gambar 1. Sistem pemintalan elektrik: konvensional (atas) dan dengan arus konstan (bawah) [2].

c. Konduktivitas larutan

Pada pemintalan elektrik nanoserat ditarik karena ada pengaruh interaksi muatan. Olehkarena itu banyaknya muatan yang terkandung pada larutan tentu akan sangat berpengaruh.Penambahan ion misalnya ion garam pada larutan akan menambah muatan. Penambahan muatan iniakan menambah gaya tarik sehingga diameter nanoserat yang dihasilkan akan semakin kecil [13].

d. Konstanta dielektrik larutanKonstanta dielektrik larutan sangat berpengaruh pada pemintalan elektrik. Larutan yang

memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dilaporkan dapat mengurangi butiran butiran pada benangdan memperkecil diameter serat yang dihasilkan. Penambahan konstanta dielektrik larutan dapatdilakukan misalnya dengan cara menambahkan N,N-dimethylformamide (DMF) [14].

2. Parameter-parameter ProsesBeberapa parameter yang mempengaruhi pemintalan elektrik sebagai berikut:

a.

Tegangan dan kuat arus listrik

8/17/2019 Prosiding 2012

16/232



Besarnya tegangan yang digunakan dalam pemintalan elektrik berperan dalam aliran larutan polimer yang bergerak menuju kolektor. Bertambah dan berkurangnya kuat arus listrik berperan pada

aliran massa larutan polimer dari ujung nozzle [15]. Studi optimasi tegangan sebagai parameter pemintalan elektrik sudah dilakukan oleh Saehana, dkk [16] dengan menggunakan teknik algoritma

genetika.

Munir, dkk [2] menemukan bahwa perubahan arus listrik ada kaitannya dengan instabilitas.Hasil eksperimennya menunjukkan bahwa penambahan tegangan yang digunakan menyebabkan perubahan bentuk jet dan berpengaruh pula pada struktur dan morfologi serat yang dihasilkan. Oleh

sebab itu Munir, dkk [2] menghasilkan sistem pemintalan elektrik dengan kuat arus yang konstan,seperti tampak pada Gambar 1 (bawah). Dengan menggunakan sistem pemintalan elektrik dengankuat arus yang konstan maka akan diperoleh jet yang stabil, nanoserat yang dihasilkan memilikidiameter seragam tanpa ada butiran [2,4]. Selain itu, diperoleh juga bahwa semakin besar kuat arus,maka diameter nanoserat semakin kecil [2].

b. Laju alirLaju alir merupakan besar kecepatan larutan yang keluar dari nozzle menuju kolektor.

Ditunjukkan bahwa laju alir berpengaruh pada kestabilan kerucut dari jet di ujung nozzle, diameter partikel, atau ukuran butiran yang dihasilkan [3].

c. SuhuSuhu memengaruhi proses penguapan dan kekentalan larutan polimer. Demir, dkk [17]

melaporkan bahwa poliuretan pada suhu yang tinggi dapat dibentuk menjadi serat dengan diameteryang seragam. Seragamnya diameter serat diakibatkan oleh kekentalan poliuretan yang rendah dandaya larut yang tinggi, sehingga poliuretan mudah untuk ditarik.

d. Kolektor

Kolektor yang digunakan pada sistem pemintalan elektrik harus terbuat dari bahan konduktorseperti alumunium foil . Hal ini dimaksudkan agar muatan pada larutan dapat segera terakumulasi diatas kolektor [18].

e. Diameter nozzle

Diameter dalam nozzle sangat berpengaruh pada diameter nanoserat yang dihasilkan pada pemintalan elektrik. Diameter nozzle yang kecil akan menghasilkan serat dengan diameter kecil pula.Tapi diameter yang kecil seringkali terjadi peristiwa penyumbatan sehingga larutan polimer sulituntuk keluar.

f. Jarak antara ujung nozzle dengan kolektorPengaruh jarak antara ujung nozzle dengan kolektor dapat dilihat pada hasil citra SEM seperti

yang dilaporkan oleh Sautter, dkk [19]. Didapatkan bahwa diameter serat akan semakin kecil jika jarak antara ujung nozzle dengan kolektor semakin jauh.

3.

Parameter LainRamakrishna, dkk [1] menyatakan bahwa kondisi ambien memengaruhi pada pembuatan

nanoserat dengan teknik pemintalan elektrik. Parameter kondisi ambien di antaranya kelembaban, jenis atmosfir dan tekanan. Sementara Subbiah, dkk [15] menyatakan bahwa faktor lingkungansekitar spinneret seperti udara dan gas di sekitar spinerret , relative humidity (RH), kondisi vakum,dan lain lain, memengaruhi pada struktur dan morfologi serat yang dihasilkan.

Parameter-parameter yang mempengaruhi pemintalan elektrik di atas sudah juga dilakukan

pengkajian lewat simulasi, seperti simulasi untuk memprediksi geometri nanoserat hasil pemintalanelektrik telah dibuat dengan menggunakan teknik beda hingga. Didapatkan bahwa ketidakstabilan pembengkokan jet berbeda meskipun kuat medan listrik sama. Karena itu, geometri serat hasil berbeda meskipun kuat medan listrik sama karena perbedaan ketidakstabilan jet [20]. Pengaruh

parameter larutan pada pemintalan elektrik seperti kekentalan, tegangan permukaan, dan moduluselastis telah dilakukan simulasinya [21]. Simulasi fabrikasi serat nano dengan metoda pemintalan

8/17/2019 Prosiding 2012

17/232



elektrik telah dibuat dengan menyelesaikan tiga persamaan dinamika jet menggunakan teknik bedahingga ( finite difference). Telah diselidiki pengaruh parameter jarak nozzle-kolektor terhadap

ketidakstabilan pembengkokan jet dan jejari serat hasil. Didapatkan bahwa jarak nozzle-kolektortersebut berpengaruh terhadap ketidakstabilan pembengkokan jet [22]. Simulasi pembuatan nanoserat

dengan teknik pemintalan elektrik menggunakan kuat arus listrik juga telah berhasil dilakukan [23].

APLIKASI NANOSERAT

Beberapa hasil penelitian terkait dengan aplikasi nanoserat sebagai berikut:

1. Pembuatan nanoserat ITO ( Indium Tin Oxide)

Munir, dkk [5] melaporkan bahwa nanoserat ITO telah berhasil dilakukan dengan diameterserat sebesar 100 nm dan merupakan konduktor yang transparan dengan nilai transmitansi optiksebesar 92%. ITO yang dihasilkan cocok untuk digunakan sebagai sel surya, sensor, dan filter.Iskandar, dkk [6] melaporkan bahwa nanoserat ITO yang dihasilkan dengan teknik pemintalanelektrik telah diaplikasikan untuk dye-sensitized solar cell (DSSC) dengan hasil efisiensi sebesar

3,97%.

2.

Pembuatan nanoserat fosfor yttrium aluminum garnet yang didadah cerium (YAG:Ce3+;Y3− xAl5O12:Ce x

3+).

Suryamas, dkk [7] telah melaporkan pembuatan nanoserat fosfor yttrium aluminum garnetyang didadah cerium (YAG:Ce

3+; Y3− xAl5O12:Ce x

3+) dengan teknik pemintalan elektrik yang diikuti

pemanasan. Morfologi nanoserat yang dihasilkan homogen dan dengan ukuran diameter sekitar 300nm. Sifat kristalitas dan intensitas fotoluminisen semakin meningkat seiring dengan kenaikan suhu pemanasan. Ukuran kristalnya berada di antara 20-55 nm.

3. Pembuatan nanoserat fosfor zirkonium oksida yang didadah europium (ZrO2:Eu3+

)Suryamas, dkk [8] juga telah melaporkan pembuatan nanoserat fosfor zirkonium oksida yang

didadah europium (ZrO2:Eu3+

). Diameter nanoserat tersebut adalah sekira 300 nm.

4.

Pembuatan nanoserat fosfor BCNOSuryamas, dkk [9] juga telah melaporkan fosfor BCNO yang diperoleh dengan teknik

pemintalan elektrik. Fosfor BCNO tersebut telah menghasilkan warna hijau dan kuning di bawahsinar ultraviolet. Nanoserat yang dihasilkan seragam, tidak ada aglomerasi, tahan terhadap panas dan

memiliki distribusi atomik yang baik.

UCAPAN TERIMA KASIH

Kegiatan penelitian ini didukung oleh Direktorat Penelitian & Pengabdian kepadaMasyarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan,melalui Hibah Penelitian Fundamental tahun 2009-2010 dan Hibah Kompetitif Penelitian Kerjasama

Internasional dalam Rangka Publikasi Internasional tahun 2009.

DAFTAR PUSTAKA

[1] S. Ramakrishna, K. Fujihara, W-E. Teo, T-C. Lim, dan Z. Ma, An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, Singapore: World Scientific, 2005.

[2] M. M. Munir, F. Iskandar, Khairurrijal, dan K. Okuyama, Review of Scientific Instruments 79, 093904

(2008).

[3] M. M. Munir, A. B. Suryamas, F. Iskandar, dan K. Okuyama, Polymer 50, 4935 – 4943 (2009).

[4] M. M. Munir, F. Iskandar, Khairurrijal, dan K. Okuyama, Review of Scientific Instruments 80, 026106

(2009).

[5] M. M. Munir, H. Widiyandari, F. Iskandar dan K. Okuyama, Nanotechnology 19, 375601 (2008).

[6]

F. Iskandar, A. B. Suryamas, M. Kawabe, M. M. Munir, K. Okuyama, T. Tarao, dan T. Nishitani, Japanese Journal of Applied Physics 49, 010213 (2009).

8/17/2019 Prosiding 2012

18/232



[7] A. B. Suryamas, M. M. Munir, F. Iskandar, dan K. Okuyama, Journal of Applied Physics 105, 06431

(2009).

[8] A. B. Suryamas, M. M. Munir, T. Ogi, C. J. Hogan, Jr., dan K. Okuyama, Japanese Journal of Applied

Physics 49, 115003 (2010).

[9] A. B. Suryamas, M. M. Munir, T. Ogi, Khairurrijal dan K. Okuyama, Journal of Materials Chemistry 21,

12629 (2011).

[10] S. L. Shenoy, W. D. Bates, H. L. Frisch, dan G. E. Wnek, Polymer 46, 3372 (2005).

[11] S. L. Shenoy, W. D. Bates, dan G. E. Wnek, Polymer 46, 8990-9004 (2005).

[12] A. Koski, K. Yim, dan S. Shivkumar, Materials Letters 58, 493 – 497 (2004).

[13] X. H. Zhong, K. S. Kim, D. F. Fang, S. F. Ran, B. S. Hsiao, dan B. Chu, Polymer 43, 4403-4412 (2002).

[14] K. H. Lee, H. Y. Kim, Y. M. Ra, dan D. R. Lee, Polymer 44, 1287-1294 (2003).

[15] T. Subbiah, G. S. Bhat, R.W. Tock, S. Parameswaran, dan S. S. Ramkumar, Journal of Applied Polymer

Science 96, 557 – 569 (2005).

[16] S. Saehana, F. Iskandar, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Otomasi, Kontrol, dan Instrumentasi 3, 47-

54 (2011).

[17]

M. M. Demir, I. Yilgor, E. Yilgor, dan B. Erman, Polymer 43, 3303-3309 (2002).

[18] R. Kessick, J. Fenn, dan G. Tepper, Polymer 45, 2981-2984 (2004).

[19] B. P. Sautter, “Continuous Polymer Nanofibers Using electrospinning”, Departement of Mechanical

Engineering University of Illinois Chicago, 2005.

[20] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi Edisi Khusus, 45-49

(2009).

[21] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi 3, 15-17 (2010).

[22] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi 2, 74-82 (2009).

[23] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, “Simulation of Fabrication of Nanofibers Using Alternating

Current Electrospinning Technique”, 3rd Asian Physics Symposium (APS 2009) (Bandung, 22 - 23 July

2009), pp. 147-150.

8/17/2019 Prosiding 2012

19/232

8/17/2019 Prosiding 2012

20/232

Sensor Berbasis Mikrokantilever … Ratno Nuryadi


frekuensi resonansi yang bergeser karena massa obyek yang melekat pada permukaanmikrokantilever.

Selama ini, berbagai pendekatan riset baik dari sisi eksperimen, teori maupun simulasi telahdilakukan dalam rangka menggali potensi mikrokantilever sensor. Makalah ini memaparkan desaindan analisa sensor berbasis mikrokantilever yang dilakukan oleh grup riset kami, khususnyasensitivitas sensor, rangkaian deteksi pada mikrokantilever piezoresistif dan mekanisme kinerja.

SENSITIVITAS SENSOR

Sensitivitas dari sensor mikrokantilever dipengaruhi oleh sifat mekaniknya sendiri. Sifat dasarmekanik mikrokantilever umumnya ditentukan oleh konstanta pegas dan frekuensi resonansi. Menuruthukum Hooke, konstanta pegas berbanding lurus dengan gaya yang dikenakan pada mikrokantileverdan berbanding terbalik dengan besar defleksi mikrokantilever. Karena itu, apabila mikrokantileverdigetarkan dengan menggunakan pembangkit sinyal, frekuensi resonansi dari mikrokantilever tersebutdapat dihitung dengan persamaan berikut [10],

(1)

di mana k adalah konstanta pegas dan m adalah massa efektif mikrokantilever. Ketika massa obyek Δm menempel pada permukaan mikrokantilever dan menyebabkan perubahan frekuensi resonansi Δf ,

maka sensitivitas sensor dapat ditentukan dengan rumus berikut,

. (2)

Besar konstanta pegas k dan massa efektif mikrokantilever m tergantung pada bentuk strukturmikrokantilever. Untuk mikrokantilever berbentuk sederhana segiempat (bentuk I), sebagaimanaterlihat pada Gambar 1, konstanta pegas dan massa efektif dapat ditulis sebagai [11],

(3)

, (4)

di mana adalah modulus Young efektif dengan , b adalah lebar mikrokantilever, h

adalah tebal mikrokantilever, L adalah panjang mikrokantilever dan f n adalah frekuensi resonansi padamode n. Konstanta pegas dan massa efektif untuk mikrokantilever berstruktur “T” dan “V” masing-masing dapat dilihat di referensi [12] dan [13].

Gambar 1. Ilustrasi struktur mikrokantilever berbentuk segiempat (bentuk I).

Gambar 2 menunjukkan hasil kalkulasi sensitivitas massa terhadap panjang mikrokantileveruntuk tiga jenis mikrokantilever (bentuk I, T dan V) ketika panjang L divariasikan. Dalam perhitungan ini, ketebalan mikrokantilever semua sama yaitu 100 nm. Pada mikrokantilever berstruktur I, lebar b sama dengan L/2. Pada mikrokantilever berstruktur T, b= L/2, w=b/3, L1=3 L/4dan L2= L/4. Pada mikrokantilever berstruktur V, b= L/2 dan w=b/6. Panjang semua mikrokantilever Ldivariasikan dari 0 sampai dengan 50 µm. Terlihat hasil bahwa mikrokantilever berbentuk V memilikisensitivitas tertinggi, disusul oleh mikrokantilever berbentuk T dan kemudian mikrokantilever berbentuk I. Hasil analisa kami, mikrokantilever dengan ukuran panjang 10 µm, lebar 5 µm danketebalan 100 nm dapat digunakan untuk mendeteksi virus tunggal dengan massa 37 attogram.

8/17/2019 Prosiding 2012

21/232

Ratno Nuryadi Sensor Berbasis Mikrokantilever …

Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012 9

I-shape

T-shape

V-shape

Length (μm)

M a s s S e n s i t i v i t y ( g / H e r t z )

MIKROKANTILEVER PIEZORESISTIF

Selama ini mikrokantilever piezoresistif dikenal memiliki kegunaan tinggi karena dapat

mengatasi kesulitan pada sistem deteksi defleksi mikrokantilever dengan metode sinar laser. Dalam penggunaan mikrokantilever piezoresistif, perubahan piezoresistansi karena defleksi mikrokantileverdapat terdeteksi dengan mudah melalui rangkaian jembatan Wheatstone [14, 15].

Sensor berbasis mikrokantilever piezoresistif mengukur perubahan piezoresistansi yangterjadi dalam mikrokantilever karena perubahan strain yang diinduksi oleh defleksi mikrokantilever.Perubahan piezoresistansi ΔR sebanding dengan strain yang ditimbulkan pada mikrokantilever,sebagaimana yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini [16],

, (5)

di mana G adalah faktor gauge piezoresistansi, R adalah resistansi piezoresistor dan s adalah strain.Faktor gage G ditentukan oleh perkalian antara piezoresistansi dan Modulus Young pada arah

strain diberikan. Koefisien piezoresistansi dari silicon kristal tunggal sifatnya tidak konstan dan

dipengaruhi oleh jenis pengotor (dopan), konsentrasi doping dan temperatur [16].

Jika suatu obyek (partikel) dengan massa Δm gram menempel pada ujung permukaankantilever, maka gaya yang diberikan sebesar F = NΔmg , di mana N adalah jumlah partikel dan g adalah gaya gravitasi. Dalam hal ini, persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi [17],

(6)

Selanjutnya akan dianalisa perubahan piezoresistansi karena jumlah partikel N yang melekat pada ujung mikrokantilever dengan menggunakan persamaan (6). Pada perhitungan ini digunakanmikrokantilever dengan ukuran 110µm×40µm×1µm, sebagaimana ukuran mikrokantilever komersialyang dibuat oleh Seiko Instrument. Mikrokantilever ini terbuat dari silikon kristal tunggal (resistivitas7.8 Ωcm, arah ). Diasumsikan bahwa nilai piezoresistansi sebelum defleksi adalah 630 Ω dan Δm=1 femtogram. Gambar 3 menunjukkan hasil perhitungan perubahan piezoresistansi ΔR dan stressσ terhadap fungsi N . Terlihat bahwa partikel dengan massa order femtogram menyebabkan nilai ΔR

dan strain s masing-masing sebesr μΩ dan beberapa puluh N/m

2

. Baik ΔR maupun stress σ meningkatseiring bertambahnya N . Hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah partikel akanmenghasilkan output sensor yang lebih besar.

Number of Particles, N

C h

a n g e o f P i e z o r e s i s t a n c e ,

Δ R

( µ Ω )

S t r e s s , σ

( N / m 2 )

40

Gambar 2. Hasil kalkulasi sensitivitas massa terhadap panjang mikrokantilever L pada 3 jenismikrokantilever (bentuk I, T dan V).

Gambar 3. Hasil kalkulasi perubahan piezoresistansi ΔR dan

stress σ terhadap fungsi jumlah partikel N yang

menempel di atas permukaan mikrokantilever

[17].

8/17/2019 Prosiding 2012

22/232



JEMBATAN WHEATSTONE

Setelah perubahan piezoresistansi diketahui, perlu dilakukan kalkulasi tegangan output dari

mikrokantilever. Perubahan piezoresistansi pada mikrokantilever biasanya diukur dengan rangkaian jembatan Wheatstone. Mikrokantilever komersial memiliki dua piezoresistansis yang tertanam dalam

mikrokantilever, sebagaimana terlihat pada Gambar 4(a). Satu dirancang untuk mendeteksi defleksimikrokantilever, sedangkan yang lainnya dirancang sebagai referensi.Rangkaian jembatan Wheatstone dibentuk dengan menggunakan dua Piezoresistor ( R1 dan

R2) dalam mikrokantilever dan dua resistor eksternal ( R3 dan R4), seperti yang ditunjukkan padaGambar. 4(b). Ketika jembatan sepenuhnya seimbang, yang diperoleh pada kondisi R1= R2, dan R3= R4, tegangan yang melintasi jembatan akan menjadi nol ( ΔV =0). Namun, perubahan resistansi pada salah satu piezoresistor akan berakibat jembatan tidak seimbang, dan memunculkan perbedaantegangan ΔV .

(a)

(b)

a

b d

c

V

Gambar 4. (a) Ilustrasi mikrokantilever piezoresistif dengan dua resistor eksternal dan (b) rangkaian jembatan

Wheatstone dibentuk dari dua piezoresistor tertanam dalam mikrokantilever dan dua resistor eksternal.

Number of Particles, N

V o l t a g e D i f f e r e n c e ,

Δ V

( µ V )

V =30 V

20 V

10 V

Gambar 5. Hasil perhitungan perbedaan tegangan ΔV dari jembatan Wheatstone terhadap jumlah partikel N

untuk tiga tegangan input yang berbeda [17].

Gambar 5 menunjukkan hasil perhitungan perbedaan tegangan ΔV terhadap N untuk tigategangan input 10 V, 20 V dan 30 V. Terlihat bahwa tegangan output dalam orde μV ditemukanketika partikel femtogram melekat pada ujung mikrokantilever. Ketika jumlah partikel N bertambah,maka bertambahlah perbedaan tegangan ΔV . Hal ini juga terlihat ketika tegangan input dinaikkanyang berakibat naiknnya tegangan.

8/17/2019 Prosiding 2012

23/232

Ratno Nuryadi Sensor Berbasis Mikrokantilever …


MEKANISME KINERJA

Pada mode operasi dinamis, umumnya mikrokantilever diletakkan di atas piezoelektrik dan

kemudian piezoelektrik diberi tegangan berbentuk fungsi sinus. Hasilnya, piezoelektrik akan bergetardengan frekuensi tertentu, dan demikian juga mikrokantilever di atasnya akan mengikutinya. Pada

kondisi demikian, model yang cocok dan mendekati sistem ini adalah kombinasi sistem pegas dan peredam [18], sebagaimana terlihat pada Gambar 6. Pada sistem pegas-peredam ini berlaku persamaan getar di bawah ini.

. (7)

Dalam rangka menyelesaikan persamaan (7) di atas diaplikasikan perhitungan metode Euler,

sehingga persamaan (7) dapat ditulis menjadi,

(8)

Dari persamaan (9) ini jika nilai k , c, m dan a1 diketahui maka jawaban akan dapat diperoleh.Simulasi dilakukan dengan memberikan parameter-parameter sebagai berikut: k =40 [N/m], c=4e-7[Pa], m=46e-12 [gram], a1=1e-6 [m], N =10000, tmin=0 [s], dan tmax=0.0001 [s]. Gambar 7menunjukkan hasil simulasi dari dua hasil, yaitu grafik dengan garis normal yang merupakan hasilFFT (Fast Furrier Transform) dari kondisi sebelum permukaan mikrokantilever ditempelkan partikel,dan grafik dengan garis putus-putus yang merupakan hasil FFT dari kondisi sesudah permukaanmikrokantilever ditempelkan partikel. Terlihat dengan jelas adanya perbedaan antara kedua grafik.Puncak frekuensi resonansi bergeser ke kiri sebesar kurang lebih 148.45-142.37=6.08 kHz karena penambahan partikel tersebut. Hasil demikian normal dan sesuai dengan teori, di mana resonansi

frekuensi akan turun ketika massa m bertambah. Demikian, penggunaan metode Euler ini dapat

menyelesaikan persamaan differensial tingkat dua dari sistem pegas-peredam dalam rangka untukmenerangkan fenomena sensing pada mikrokantilever sensor.

Gambar 6. Ilustrasi mikrokantilever dan model pergerakannya dalam sistem pegas-peredam.

Gambar 7. Hasil analisis Fast Furrier Transform (FFT)

dari kondisi sebelum (garis normal) dansesudah (garis putus-putus) partikel

menempel pada permukaan

mikrokantilever.

8/17/2019 Prosiding 2012

24/232



KESIMPULAN

Makalah ini telah memaparkan desain dan analisa sensor berbasis mikrokantilever, khususnya

sensitivitas sensor, rangkaian deteksi pada mikrokantilever piezoresistif dan mekanisme kinerja.Sensitivitas sensor ditentukan oleh konstanta pegas dan massa efektif mikrokantilever yang secara

langsung dipengaruhi oleh bentuk dan dimensi mikrokantilever. Rangkaian deteksi padamikrokantilever piezoresistif berbasis pada rangkaian jembatan Wheatstone yang meski sederhanatetapi efektif untuk mendeteksi perubahan resistansi yang sangat kecil. Sistem pegas-peredam dapat

digunakan sebagai model sederhana dalam rangka menerangkan fenomena sensing pada sensormikrokantilever.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih disampaikan kepada Kementrian Riset dan Teknologi atas dana riset insentif2011 (No. RT-2011-1042) dan 2012 (No. RT-2012-85) yang memberikan support kegiatan ini dan

kepada Sdri. Lia Aprilia dan Sdri. Winda Rianti atas diskusi yang dalam pada riset ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. R. Raiteri, M. Grattarola, H. Butt and P. Skladal, Sensors and Actuators B 79, 115-126 (2001).

1. N.V. Larvik, M.J. Sepaniak, and P.G. Datskos, Rev. Sci. Instrum. 75, 2229 – 2250 (2004).

2. R. Bashir, J. Hilt, O. Elibol, A. Gupta, N. A. Peppas, J. Appl. Phys. 81(16), 3091-3093 (2002).

3. S. Hosaka, T. Chiyoma, A. Ikeuchi, H. Okano, H. Sone, and T. Izumi, Current Appl. Phys. 6, 384-388

(2006).

5. B. Hie, H. G. Craighead and S. Krylov, J. Appl. Phys. 95 (7), 3694-3703 (2004).

6. D. Maraldo, R. Mutharasan, Sensors and actuators B 123, 474-479 (2007).

7. Y.C. Lim, A. Z. Kouzani, W. Duan, A. Kaynak, “Effects of Design Parameters on Sensitivity ofMicrocantilever Biosensors”. The 2010 IEEE/ICME International Conference on Complex Medical

Engineering, July 13-15, 2010, Gold Coast, Australia.

8. H.P. Lang, M. Hegner, and C. Gerber, “Nanomechanical cantilever array sensors”, in Springer Handbook of

Nanotechnology, 2nd ed, B. Bhushan, ed. Berlin: Springer, 2007, pp. 443-460.

9. F. M. Battiston, J. P. Ramseyer, H. P. Lang, M. K. Baller, Ch. Gerber, J. K. Gimzewski, E. Meyer, H. J.

Guntherodt, Sensors and Actuators B: Chemical 77, 122-131 (2001).

10. H. Sone, A. Ikeuchi, T. Izumi, H. Haruki, S. Hosaka, Japanese J. Appl. Phys. 45(3B), 2301-2304 (2006).

11. E. Finot, A. Passian and T. Thundat, Sensors 8, 3497-3541 (2008).

12. M. Narducci, E. Figueras, I. Gràcia, L. Fonseca, J. Santander, and C.Cané, Dans Symposium on Design,

Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS – DTIP, Italy, 2007.

13. J.E. Sader, Rev. Sci. Instrum. 66 (9), 4583-4587 (1995).

14. J. Fritz, M.K. Baller, H.P. Lang, H. Rothuizen, P. Vettiger, E. Meyer, H.J. Guntherodt, C. Gerber, J.K.

Gimzewski, Science 288 (5464), 316 – 318 (2000).

15. M. Tortonese, R.C. Barrett, C.F. Quate, Appl. Phys. Letters 62, 834-836 (1993).

16. Y. Kanda, Sensors and Actuators A: Physical 28, 83-91 (1991).

17. R. Nuryadi, Journal of Fundamental Sciences 7(2), 97-100 (2011).

18. L. Johnson, A.K. Gupta, A. Ghafoor, D. Akin, R. Bashir, R., Sensors and Actuators B : Chemical 115, 189 –

197 (2006).

8/17/2019 Prosiding 2012

25/232

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012 13

PENGGUNAAN TEKNOLOGI INFORMASI DAN KOMUNIKASI DALAM

PEMBELAJARAN FISIKA

Sardianto Markos Siahaan1,*

1Program Studi Pendidikan Fisika dan Program Magister Teknologi Pendidikan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,Universitas Sriwijaya

* [email protected]

Abstrak

Pembelajaran fisika tidak luput dari pesatnya kemajuan dibidang teknologi informasi dan komunikasi.

Berbagai penelitian yang dilakukan terkait dengan pemanfaatan teknologi informasi ini menunjukkan

meningkatnya hasil pembelajaran yang signifikan. Penggunaan teknologi informasi dan komunikasi ini

akan optimal dalam pembelajaran fisika, apabila guru dapat meningkatkan kemampuan profesionalnyasebagai pengguna produk teknologi ini. Dalam pembelajaran fisika, guru dapat memadukan

penggunaan laboratorium nyata dengan laboratorium maya (virtual) sehingga hasil belajar siswa

menjadi maksimal.

Kata kunci: teknologi informasi dan komunikasi, pembelajaran fisika

PENDAHULUAN

endidikan di Indonesia telah mengalami perkembangan dalam tiga era atau zaman. Era yang pertama dikenal dengan era pertanian, era yang kedua dikenal dengan era teknologi industri dan

era yang ketiga yakni abad 21 dikenal dengan era teknologi informasi dan komunikasi. Posisi pendidikan Indonesia saat ini berada pada transisi dari era teknologi industri ke era teknologiinformasi dan komunikasi (TIK) atau juga dikenal dengan era e-learning. (Siahaan, 2012)

Perkembangan teknologi informasi dan komunikasi (TIK) telah menyebabkan terjadinya proses perubahan dalam segala aspek kehidupan, termasuk dunia pendidikan. Kehadiran TIK dalamdunia pendidikan bukan saja sebagai mata pelajaran tetapi lebih dari itu telah melebur dalam semuamata pelajaran yakni dengan memanfaatkan TIK dalam kegiatan proses belajar mengajar. TIKsekarang ini memungkinkan terjadinya proses komunikasi yang bersifat global dari dan ke seluruh penjuru dunia sehingga batas wilayah suatu negara negara sekalipun menjadi tiada danmemungkinkan pelaksanaan pembelajaran jarak jauh yang disebut distance learning . Melalui pemanfaatan TIK, siapa saja dapat memperoleh layanan pendidikan dari institusi pendidikan manasaja. di mana saja, dan kapan saja dikehendaki. Secara khusus, pemanfaatan TIK dalam pembelajarandipercaya dapat meningkatkan kualitas pembelajaran, meningkatkan keterampilan siswa dalammemperluas akses terhadap sumber-sumber belajar, menjawab tuntutan “ICT literate” (melekteknologi informasi dan komunikasi), mengurangi biaya pendidikan, dan meningkatkan rasio biayamanfaat dalam pendidikan.

Pembelajaran fisika merupakan salah satu subsistem yang tidak luput dari arus perubahanyang disebabkan oleh kehadiran TIK yang sangat intrusif: Dengan segala atributnya, TIK menjadi halyang tidak dapat dihindarkan lagi dalam sistem pembelajaran di kelas. Beragam kemungkinanditawarkan oleh TIK untuk meningkatkan kualitas pembelajaran fisika di kelas. Di antaranya ialah (1) peningkatan dan pengembangan kemampuan profesional guru, (2) sebagai sumber belajar dalam pembelajaran, (3) sebagai alat bantu interaksi pembelajaran. dan (4 ) sebagai wadah pembelajaran,termasuk juga perubahan paradigma pembelajaran yang diakibatkan oleh pemanfatan TIK dalam

pembelajaran.

P

8/17/2019 Prosiding 2012

26/232

Penggunaan Teknologi Informasi … Sardianto


Bagaimana dampak TIK terhadap pembelajaran fisika, terutama hasil belajar fisika?Bagaimana mengoptimalkan pemanfaatan TIK dalam pembelajaran? Apa saja contoh pemanfaatanTIK dalam pembelajaran fisika? Semua itu akan dibahas dalam makalah ini.

Teknologi Informasi dan komunikasi dalam pembelajaran fisikaPenggunaan teknologi informasi dan komunikasi menjadi sebuah cara yang efektif dan efisien

dalam menyampaikan informasi. Teknologi informasi dan komunikasi memiliki potensi besar untukmeningkatkan kualitas pembelajaran, khususnya dalam menampilkan fenomena fisika. Banyak halabstrak atau imajinatif yang sulit dipikirkan siswa, dapat dipresentasikan melalui simulasi komputer.Latihan dan percobaan-percobaan virtual dapat dilakukan siswa dengan menggunakan program-

program sederhana untuk penanaman dan penguatan konsep fisika dalam memecahkan masalahsehari-hari.

Dalam pembelajaran ilmu fisika, sebagian besar memerlukan media peraga atau alat penunjang untuk memudahkan pemahaman materi tersebut terutama untuk materi yang berhubungandengan fenomena-fenomena alam. Di satu sisi, eksperimen merupakan salah satu metode yang biasadigunakan untuk memudahkan pemahaman, tetapi dalam kenyataannya metode ini terdapat beberapa

kendala diantaranya keterbatasan waktu yang tersedia, peralatan yang kurang memadai serta kurangresponnya siswa terhadap apa yang sedang dihadapi. Oleh karena itu, diperlukan pemanfaatan TIKsebagai media pembelajaran dalam bentuk media virtual atau multimedia interaktif. Dimana denganmedia virtual ini siswa bisa melakukan eksperimen untuk membuktikan suatu teori dengan mudah, jelas, dan tepat.

Penggunaan multimedia merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk

meggambarkan fenomena-fenomena fisika secara jelas atau secara visual sehingga mudah untukdiamati dan dipahami. Berbagai keterbatasan dan kesulitan dalam pembelajaran dapat diatasi denganmenggunakan multimedia. Sebagai contoh, masih banyak sekolah yang tidak memiliki osiloskop.Kalaupun ada, seringkali guru tidak menggunakannya dengan alasan takut rusak atau karena tidak ada pembangkit arus AC frekuensi rendah. Keterbatasan ini dapat di atasi dengan menggunakan

multimedia Pesona Fisika. Pada penggunaan multimedia Pesona Fisika, juga dapat dilakukan

praktikum secara virtual.Pada masa yang akan datang, arus informasi akan makin meningkat melalui jaringan internet

yang bersifat global di seluruh dunia dan menuntut siapapun untuk beradaptasi dengan kecenderunganitu kalau tidak mau ketinggalan jaman. Dengan kondisi demikian maka proses pembelajaran fisika

tidak dapat terlepas dari keberadaan komputer dan internet sebagai alat bantu utama.

PERUBAHAN PARADIGMA TENTANG PEMBELAJARANMenurut Abdullah (2009) Ada 3 hal yang harus diwujudkan untuk dapat memanfaatkan TIK

dalam memperbaiki mutu pembelajaran, yaitu (1) siswa dan guru harus memiliki akses kepadateknologi digital dan internet dalam kelas, sekolah, dan lembaga pendidikan guru, (2) harus tersedia

materi yang berkualitas, bermakna, dan dukungan kultural bagi siswa dan guru, dan (3) guru harus

memiliki pengetahuan dan ketrampilan dalam menggunakan alat-alat dan sumber-sumber digitaluntuk membantu siswa agar mencaqpai standar akademik. Sejalan dengan pesatnya perkembangan

TIK, maka telah terjadi pergeseran paradigma tentang pembelajaran baik di kelas maupun di luarkelas. Dalam pandangan tradisional di masa lalu (dan masih ada pada masa sekarang), proses

pembelajaran dipandang sebagai: (1) sesuatu yang sulit dan berat, (2) upaya mengisi kekurangansiswa, (3) satu proses transfer dan penerimaan informasi, (4) proses individual atau soliter, (5)

kegiatan yang dilakukan dengan menjabarkan materi pelajaran kepada satuan-satuan kecil danterisolasi, (6) suatu proses linear.

Pesatnya kemajuan dalam TIK telah mengakibatkan perubahan pandangan terhadap

pembelajaran, yaitu pembelajaran sebagai: (1) proses alami, (2) proses sosial, (3) proses aktif dan pasif, (4) proses linear dan atau tidak linear, (5) proses yang berlangsung integratif dan kontekstual,

(6) aktivitas yang berbasis pada model kekuatan, kecakapan, minat, dan kulktur siswa, (7) aktivitas

yang dinilai berdasarkan pemenuhan tugas, perolehan hasil, dan pemecahan masalah nyata baikindividual maupun kelompok.

8/17/2019 Prosiding 2012

27/232

Sardianto Penggunaan Teknologi Informasi …


Hal tersebut telah mengubah peran guru dan siswa dalam pembelajaran. Peran guru telah berubah dari: (1) sebagai penyampai pengetahuan, sumber utama informasi, ahli materi, dan sumbersegala jawaban, menjadi sebagai fasilitator pembelajaran, pelatih, kolaborator, navigator pengetahuan,dan mitra belajar; (2) mengendalikan dan mengarahkan semua aspek pembelajaran, menjadi lebih banyak memberikan alternatif dan tanggung jawab kepada setiap siswa dalam proses pembelajaran.Sementara itu peran siswa dalam pembelajaran telah mengalami perubahan dari: (1) penerimainformasi yang pasif menjadi partisipan aktif dalam proses pembelajaran, (2) mengungkapkankembali pengetahuan menjadi menghasilkan dan berbagai pengetahuan, (3) pembelajaran sebagaiaktiivitas individual (soliter) menjadi pembelajaran berkolaboratif dengan siswa lain.

OPTIMALISASI PENGGUNAAN TEKNOLOGI INFORMASI DAN KOMUNIKASI DALAM

PEMBELAJARAN FISIKA

Suka atau tidak suka, kehadiran TIK khususnya dalam pembelajaran fisika pada saat ini sudahtidak mungkin dihindarkan lagi. Oleh karena itu, diperlukan kesiapan untuk menerima TIK, dankemampuan untuk memanfaatkannya seoptimal mungkin. Optimalisasi pemanfaatan TIK dalam pembelajaran, memerlukan:

1.

Visi Pembelajaran – yang menjelaskan bagaimana pembelajaran seharusnya:karakteristik, proses dan paradigmanya – di masa mendatang. TIK membawa perubahan dalam berbagai aspek pembelajaran, termasuk paradigma pernbelajarannya. Apakah pembelajaran tetap berfokus pada materi dan tenaga pengajar ataukah pembelajaran yang diinginkan adalah yang berfokus pada siswa atau kompetensi? Apakah pembelajaran akan memiliki sifat fleksibel, dari sisi peserta pembelajaran serta akses? Apakah pembelajaran dipersepsikan memerlukan TIK? Dalam

hal ini, perlu ada kejelasan isi pembelajaran yang memanfaatkan TIK, sehingga TIK dapatdimanfaatkan dengan optimal.

2. Realokasi sumber daya – hal ini sangat penting karena dari waktu ke waktu penerimaan setiap lembaga pendidikan relatif tidak meningkat. Untuk memanfaatkan TIK, yangmemiliki initial cost yang sangat timggi, diperlukan keberanian pimpinan Lembaga pendidikan

untuk merealokasikan sumber daya sesuai dengan prioritas yang ditentukan. Alokasi sumberdaya

ini dapat dibuat secara bertahap dan sistematis.3. Strategi implementasi – Sesuai dengan alokasi sumberdaya yang dibuat bertahap,

maka strategi implementasi pun perlu dilakukan secara bertahap dan sistematik. Pentahapan inimenjamin bahwa langkah yang dilakukan tidak terlalu besar sehingga dapat memutarbalikkan

tradisi pembelajaran yang sekarang sudah berjalan dan banyak orang sudah merasa nyamandengan hal itu. Pentahapan juga dapat memberikan gambaran tentang keuntungan dari pemanfaatan TIK. Contoh keberhasilan pemanfaatan TIK yang kemudian dapat dimanfaatkankepada kasus-kasus lainnya, serta nilai tambah yang dapat diperoleh melalui pemanfaatan TIKadalah keterampilan tenaga pengajar dan keterampilan siswa dalam menggunakan berbagai

software.4. Infrastruktur – sarana dan prasarana menjadi sangat penting dalam upaya

pemanfaatan TIK dalam pembelajaran. Pemanfaatan TIK sangat bergantung pada kehadiran

perangkat keras pendukung, perangkat lunak, jaringan, serta sumberdaya manusia yang dapatmendukung. Jika salah satu tidak tersedia, maka pemanfaatan TIK tidak akan optimal.

5. Akses siswa kepada TIK – walaupun pemanfaatan sudah dirancang dengan sistematisdan cermat, jika siswa tidak atau belum memiliki akses terhadap TIK, maka pemanfaatan TIK

akan menjadi beban semata. Jika memungkinkan, institusi pendidikan dapat menyediakan TIKyang dapat diakses oleh siswa atau institusi pendidikan dapat menjamin bahwa siswa dapatmengakses TIK misalnya melalui penyediaan sejumlah unit komputer dan hotspot area (wifi) dilingkungan sekolah atau kampus.

6. Kesiapan tenaga pengajar – pembelajaran merupakan proses untuk knowledge

production, knowledge transmission, dan knowledge application. Sementara itu, TIK adalah alatyang dapat mempermudah dan mempercepat terjadinya proses tersebut. Oleh karena itu, guru perlumemiliki sikap dan pengetahuan yang jelas tentang TIK. TIK bukan hanya sebagai mata pelajaran,tetapi TIK juga melebur dalam setiap mata pelajaran. Peyiapan calon guru maupun yang sudahguru dimulai dari tahap penyadaran, sampai tahap adopsi dan pemanfaatan, melalui berbagai cara,

8/17/2019 Prosiding 2012

28/232



seperli: pelatihan, learning by doing , dan melanjutkan kuliah ke jenjang yang lebih tinggi.Penyiaan guru meliputi computer dan intenet literacy, pengetahuan teknis dan operasionalkomputer dan internet, keterarnpilan merancang pembelajaran berhasis TIK keterampilanmemproduksi media pembelajaran berbasis TIK, serta keterampilan mengintegrasikan TIK dalamsistem pembelajaran secara umum. Institusi pendidikan perlu melakukan penataan dalam rangkamemberikan penghargaan bagi tenaga pengajar yang telah mulai berpartisipasi dalarn pemanfaatanTIK, sebagai salah satu bentuk motivasi eksternal.

7. Kendali mutu dan penjaminan mutu – Inisiasi pembelajaran berbasis TIK perludisikapi sebagai proyek pengembangan kualitas pembelajaran. Dalam hal ini, perencanaan secarakonseptual maupun operasional merupakan syarat yang tidak dapat ditawar. Pemantauan inisiasiselama dilaksanakan juga merupakan mekanisme pengendalian mutu yang tidak dapat dihindarkan,kemudian evaluasi keberhasilan (cost-efftctiveness dan cost efficiency) menjadi mata rantai akhiruntuk menentukan sejauhmana pembelajaran berbasis TIK dapat memberikan hasil yang optimal.Perlu diyakinkan bahwa pembelajaran berbasis TIK akan memberikan hasil sesuai dengan tujuan pembelajaran yang telah ditetapkan, bukannya berkurang atau menyimpang.

8. Kolaborasi dan konsorsiurn – pembelajaran berbasis TIK tidak mungkin berdirisendiri. Kolaborasi dan pengembangan jejaring keahlian merupakan landasan dasar dari

keberhasilan pembelajaran berbasis TIK. Artinya, dituntut kerjasama dari berbagai pihak dalam beragam peran untuk dapat mengembangkan pembelajaran berbasis TIK, melaksanakannya, sertamengevaluasi serta merevisi untuk kemudian meningkatkan kualitasnya. Kedelapan strategitersebut memerlukan perencanaan dan juga sumberdaya yang tidak sedikit. Apakah kita mampudan mau melakukan semua itu? Menurut Machiavelli dalam bukunya The Prince: “There isnothing more difficult to plan, more doubful of success, nor more dangerous to manage than thecreation of a new or der of things”. Jika memang kita perlu berubah, maka kita dapatmelakukannya.

MEMADUKAN LABORATORIUM NYATA DAN MAYA DALAM PEMBELAJARAN

FISIKA

Saat ini berbagai laboratorium virtual tersedia secara off line maupun online. Beberapafenomena fisika dapat diamati di laboratorium dengan bantuan alat yang ada, tetapi juga dapat diamatilewat bantuan multimedia interaktif. Misalnya fenomena interferensi, difraksi dan polarisasigelombang.

Interferensi Gelombang

Interferensi merupakan gejala superposisi gelombang. Interferensi ada yang bersifatkonstruktif dan ada yang bersifat destruktif. Pola interferensi ini dapat diamati di dalam laboratoriumnyata, midalnya dengan menggunakan percobaan tangki riak (ripple tank ). Interferensi konstruktif

terjadi jika kedua gelombang mempunyai fasa yang sama, sedangkan interferensi destruktif terjadi jika kedua gelombang memiliki fasa yang berbeda sebesar π. Untuk menghasilkan dua gelombangyang sefasa (koheren), digunakan satu sumber gelombang yang dilewatkan pada dua celah sempit.

Kedua celah (S1 dan S2) masing-masing bertindak sebagai sumber yang koheren. Pola interferensikonstruktif – destruktif yang bergantian dapat diamati pada layar, misalnya pada alat tangki riak.

Gambar 1. Interferensi konstruktif dua gelombang harmonik

8/17/2019 Prosiding 2012

29/232

Sardianto Penggunaan Teknologi Informasi …


Gambar 2. Interferensi destruktif dua gelombang harmonik

Gambar 3. Pola interferensi sebagai akibat dari superposisi dua gelombang

Gambar 4. Interferensi celah ganda (Percobaan Young)

Berikut ini interferensi gelombang hasil pengamatan dengan menggunakan virtual physicslaboratory (Software yang digunakan adalah sofware Pesona Fisika).

Gambar 5. Interferensi gelombang air.

8/17/2019 Prosiding 2012

30/232



Gambar 6. Pola interferensi gelombang air unstuk jarak dua jelah yang berbeda

Difraksi Gelombang

Difraksi adalah peristiwa pembelokan gelombang saat melewati suatu objek (misalnya beruparintangan ataupun celah). Berdasarkan prinsip Huygen, gelombang yang melewati celah dapatdipandang sebagai terdiiri dari banyak sumber.

Gambar 7. Gelombang tidak terdifaksi dan terdifraksi

Berikut ini difraksi gelombang hasil pengamatan dengan menggunakan virtual physicslaboratory (Software yang digunakan adalah sofware Pesona Fisika).

Gambar 8. Penghalang sebagai penyebab difraksi gelombang air

Gambar 8. Gelombang mengalami difraksi ketika melewati celah.

8/17/2019 Prosiding 2012

31/232

8/17/2019 Prosiding 2012

32/232

8/17/2019 Prosiding 2012

33/232


APLIKASI METODE COMMON REFLECTION SURFACE (CRS) STACK

PADA DATA SEISMIK REAL 2D

Dian Kumala Sari

1

, Azhar K. Affandi

2

, Erni

2

1 Mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya2 Dosen Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya

* Email: [email protected]

Abstrak

Common reflection surface (CRS) stack merupakan metode baru yang proses stacking nya tidak

membutuhkan model kecepatan seperti halnya metode konvensional, melainkan bergantung kepada

tiga atribut gelombang yang menjelaskan respon refleksi kinematik medium. Tujuan dari metode CRS

yaitu mendapatkan penampang stack dan melakukan analisis komparatif pada penampang tersebut.

Proses pemilihan hasil stacking yang optimal pada metode CRS dilakukan analisa secara kualitatif. berdasarkan analisis tersebut tampak bahwa penampang stack hasil proses CRS memiliki ketajamandan kemenerusan reflektor yang lebih baik serta terdapat artefak yang lebih sedikit daripada

penampang stack hasil proses konvensional. Dan dari hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa

metode CRS mampu menghasilkan penampang dengan ketajaman dan kemenerusan refleketor yang

tinggi dari pada metode konvensional. Hal ini karene metode CRS dalam proses stackingnya

menggunakan banyak data dari pada metode konvensional

Kata kunci: seismik, CRS, stack, reflektor

PENDAHULUAN

alam hal memenuhi kebutuhan hidrokarbon untuk keperluan sehari-hari, pembangkit listrik dan berbagai keperluan industri, produsen minyak dan gas bumi di seluruh dunia dituntut untuk

dapat meningkatkan produksinya. Dalam eksplorasi hidrokarbon, gambaran atau pemetaan struktur

lapisan batuan bawah permukaan sangatlah penting untuk memudahkan dalam hal interpretasi. Untukmenghasilkan pemetaan struktur lapisan batuan yang benar, metode seismik eksplorasi masihmerupakan metode geofisika yang sangat popular, hal ini karena ketepatan dan resolusi tinggi dalammemodelkan stuktur litologi bawah permukaan. Secara garis besar metode seismik terbagi dua yaituseismik refraksi dan seismik refleksi. Namun metode yang banyak digunakan dalam bidang eksplorasi

hidrokarbon adalah metode seismik refleksi. Tujuan utama dalam seismik refleksi adalahmenghasilkan citra bawah permukaan yang semirip mungkin dengan keadaan geologi sebenarnya.Oleh karena itu, setiap tahapan prosesing data seismik memiliki peranan yang sangat penting.

Stacking telah lama di gunakan dalam pengolahan data seismik. Meskipun trend umum saatini, pengolahan data mulai bergeser kearah metode pre-stack ( time maupun depth) imaging , stacking masih merupakan tahapan yang penting dalam pengolahan data seismik, karena penampang stack merupakan intrepertasi awal dari imaging bawah permukaan.Beberapa metode baru dikembangkan

untuk memperbaiki metode stacking yang sudah dipakai selama ini, salah satunya adalah metoda stacking common reflection surface (CRS). Metoda ini merupakan pengembang an dari metodakonvensional (CMP) stack yang diperkenalkan oleh Mayne .

Pada CMP stack , trace seismik dijumlahkan berdasarkan titik midpoint yang sama, denganasumsi bahwa trace dengan titik midpoint yang sama akan memiliki titik refleksi yang sama, hal ini

berlaku untuk kasus medium homogen isotropi dengan reflektor yang planar (horizontal). Pada planar dipping reflektor , data pada CMP gather yang sama, memiliki titik refleksi yang berbeda. Halini dikenal dengan refleksi point smear. Untuk mengatasi hal ini, maka dilakukanlah koreksi DMO

(dip moveout correction).

D

8/17/2019 Prosiding 2012

34/232

8/17/2019 Prosiding 2012

35/232

Dian Kumala Sari, dkk Aplikasi Metoda CRS…


Tabel 3.1 Informasi Header data Seismik yang digunakan

Parameter Nilai

CDP 4600-5200

CDP interval 12,5 m

Jumlah sample 1750

Interval time sampling 4 ms

Stacking CRS

Pada analisis ini ditampilkan penampang pada kisaran CDP 4600 m hingga 5200 m dankisaran waktu 0 s hingga 2.8s.

a. Hasil Automatic CMP stack

(a) (b)

Gambar 2. (a) Penampang q. (b) Penampang CMP stack

Penampang q merupakan output pertama dari tahap automatic CMP stack . penampang q yang

optimum didapat dengan melakukan analisis koherensi. Penampang q yang mempunyai nilaikoherensi tertinggi maka akan disimpan sebagai q inisial yang nantinya akan digunakan untukmenghitung nilai R NIP pada tahap ZO search. Pada penampang q nilai yang diperoleh berkisar antara(0.0015) hingga (0.02).

Penampang CMP stack merupkan output kedua dari tahap automatic CMP stack. Parameteryang berpengaruh terhadap tampilan penmapang CMP stack ini yaitu traveltimeat which minoffsetapapplies (minofftime), offset aperture for traveltime (minoffsetap), traveltime at which maxoffsetapapplies (maxofftime), dan offset aperture for traveltime (maxoffsetap). Nilai input dari keempat parameter ini dilihat dari tampilan gather. Penampang yang optimum ( mempunyai kemenerusanreflektor yang paling baik) dari CMP stack ini akan digunakan sebagai input pada tahap ZO search.

b. Hasil ZO search

Penampang inisial emergence angle merupakan output pertama dari tahap ZO search. Pada penampang inisial emergence angle nilai yang diperoleh berkisar antara( -28,780 ) hingga (28,240).Penampang inisial R N merupakan output kedua dari tahap ZO search. Pada penamapang inisial R N nilai yang diperoleh berkisar antara (-1,9x104 m) hingga (1,6x104 m). Penampang inisial emergenceangle penampang inisial R N ini nantinya akan digunakan sebagai input pada tahap inisial CRS stackuntuk mendapatkan penampang inisial stack .

8/17/2019 Prosiding 2012

36/232

Aplikasi Metoda CRS… Dian Kumala Sari, dkk


(a) (b)

Gambar 3 (a) Penampang inisial emergence angle (b) Penampang inisial

c. Hasil Inisial CRS stack

(a) (b)

Gambar 4. (a) Penampang inisial R NIP (b) Penampang inisial stack

Penampang inisial R NIP merupakan output pertama pada tahap inisial CRS stack . Pada penampang inisial R NIP nilai yang diperoleh berkisar antara (66,14m) hingga (3744 m). dan penampang inisial stack merupakan output kedua pada tahap inisial CRS stack . pada penampanginisial stack ini terlihat bahwa ketajaman dan kemenerusan reflektor belum begitu optimal, sehingga perlu dilakukan optimasi .

d. Hasil optimasi CRS stackPenampang emergence angle teroptimasi merupakan output pertama dari tahap optimasi CRS

stack . Pada penampang emergence angle teroptimasi nilai yang diperoleh lebih kecil dari pada nilai

yang diperoleh penampang inisial emergence angle, nilainya yaitu berkisar antara (-28,90) hingga(27,99

0). Penampang R NIP teroptimasi merupakan output kedua dari tahap optimasi CRS stack . Pada

Penampang R NIP teroptimasi nilai yang diperoleh juga lebih kecil dari pada nilai diperoleh padaPenampang inisial R NIP , nilainya yaitu berkisar antara (65,75 m) hingga (3725 m). Penampang R N teroptimasi merupakan output ketiga dari tahap optimasi CRS stack . Pada Penampang R N teroptimasinilai yang diperoleh lebih besar dari pada Penampang inisial R N, nilainya yaitu berkisar antara (-1,1x 10

4 m) hingga (2,3 x 10

4 m). Dan penampang stack teroptimasi merupakan output terkahir yang

didapat dari tahap optimasi CRS stack . Pada penampang stack teroptimasi terlihat bahwa ketajamandan kemenerusan reflektor lebih kontinu dari pada penampang inisial stack .

8/17/2019 Prosiding 2012

37/232

Dian Kumala Sari, dkk Aplikasi Metoda CRS…


(a) (b)

(c) (d)

Gambar 5. (a) Penampang emergence angle teroptimasi (b) Penampang R NIP teroptimasi

(b) Penampang R N teroptimasi (d) Penampang stack teroptimasi

Hasil penampang emergence angle, dan penampang R N yang dihasilkan pada proses di atassangat bergantung pada satu parameter, parameter tersebut adalah parameter aperture. Hal ini

disebabkan karena pada metode CRS, proses stacking tidak hanya melibatkan trace yang berasal dariCMP yang sama saja, tetapi juga melibatkan trace dari CMP yang berdekatan. Sehingga perluditentukan seberapa banyak CMP yang berdekatan yang dapat digunakan untuk melakukan stacking.Selain itu operator stacking CRS juga harus dibatasi, agar noise yang ada pada data juga tidak ikutterjumlah. Untuk menentukan seberapa banyak CMP berdekatan yang digunakan, dan batasanoperator stacking CRS, maka perlu dilakukan pemilihan aperture yang tepat

Perbandingan Penampang Stack Metode Konvensional (CMP) dengan MetodeComm on Reflect ion Surface (CRS)

@2012 Universitas Sriwijaya AplikasiMetodeCommonReflection Surface (CRS)Stack padaData

SeismikReal2D Land

46

@2012Universitas Sriwijaya AplikasiMetodeCommonReflectionSurface(CRS)Stackpada Data

SeismikReal2D Land

47

(a) (b)

Gambar 6 (a) penampang stack metode konvensional (CMP)

(b)

penampang stack metode common reflection surface (CRS)

8/17/2019 Prosiding 2012

38/232

Aplikasi Metoda CRS… Dian Kumala Sari, dkk


Dari gambar penampang stack teroptimasi yang dihasilkan tampak bahwa hasilpenampang stack dengan menggunakan metode common reflection surface (CRS) menunjukkan ketajaman dankemenerusan reflektor yang lebih baik seperti yang ditandai dengan tanda panah, serta hanyamengandung artefak yang lebih sedikit dibanding dengan penampang stack menggunakan metodekonvensional (CMP) yang mempunyai ketajaman dan kemenerusan reflektor yang kurang baik sertalebih banyak mengandung artefak. Hal ini disebabkan karena metode common reflection surface (CRS) menggunakan lebih banyak data dibandingkan dengan metode konvensional (CMP). Metode common reflection surface (CRS tidak hanya menggunakan data yang berada pada CMP yang samasaja, tetapi juga memanfaatkan data yang berada disekitar CMP tersebut.

KESIMPULAN

1. Metode CRS stack mampu menghasilkan penampang ZO dengan kemenerusan reflektor yang

tinggi.2. Metode CRS stack memiliki citra penampang yang lebih baik (dalam hal ketajaman reflektor)

dari pada penampang stack yang menggunakan metode konvensional .

DAFTAR PUSTAKA

Hubral, P., Schleicher, J., dan Tygel, M., e, 1992, Three Dimensional Paraxila ray Properties. Part 1: Basic

Relation. Journal of Seismik Exploration 1, 265 279.

Jager, R., 1999, The Common Reflection Surface : Theory and Application , Master Thesis, Geophysical

Institute, University of Karlsruhe.

Koglin, Igno, 2001, Picking and Smoothing of Seismic Events and CRS attributes, Application for Inversion,

Geophysical Institute, University of Karlsruhe.

Mann et.al., 2001, Common Reflection Surface Stack , Workshop on Velocity Model Independent imaging for

Complex Media, 71st Annual Internet. Mtg., Society of Exploratoin Geophysicist.

8/17/2019 Prosiding 2012

39/232


DESAIN KONSEPTUAL REAKTOR CEPAT BERPENDINGIN

GAS BERUKURAN KECIL, BERUMUR PANJANG DAN

BERBAHAN BAKAR URANIUM ALAM

Menik Ariani*1,2

, Zaki Su’ud1, Abdul Waris

1, Khairurrijal

1, Fiber Monado

1,2

1 Jurusan Fisika, Institut Teknologi Bandung

Jl. Ganesha 10, Bandung 401342 Jurusan Fisika, Universitas Sriwijaya

Kampus Indralaya, Ogan Ilir, Sumatera Selatan* E-mail: [email protected]

Abstrak

Penelitian ini menyajikan desain konseptual dari Reaktor Cepat Berpendingin Gas yang berukuran kecil

dan berumur panjang. Reaktor ini memiliki kelebihan yaitu hanya memerlukan Uranium Alam dalam

siklus bahan bakarnya, tanpa perlu proses pengayaan sehingga berpengaruh pada nilai ekonomis. Tahapawal desain adalah menentukan bentuk geometri teras, nilai fraksi volume dan fraksi massa bahan

bakar, struktur cladding dan pendingin untuk menghitung parameter reaktivitas, burn-up, distribusi dayaserta perubahan densitas nuklida U238 dan Pu239. Perhitungan dilakukan menggunakan kode program

SRAC-CITATION. Kode SRAC dengan data nuklida JENDL-3.2 menghasilkan nilai makroskopik

cross section untuk delapan grup energi. Penyelesaian numerik persamaan difusi multigrup untuk

geometri teras 2-D R-Z dilakukan dengan kode CITATION. Hasil studi menunjukkan bahwa dengan

skema Modified CANDLE , total daya termal keluaran adalah 500 MWth. Reaktor dapat beroperasi

selama 100 tahun, dengan satu siklus bahan bakar 10 tahun. Investigasi lebih lanjut dilakukan dengan

membandingkan dua buah desain reaktor berukuran sama namun menggunakan Uranium alam dengan

fraksi bahan bakar yang berbeda yaitu 55% dengan 60%.

Kata kunci: reaktor, uranium, modified candle, burn-up

PENDAHULUAN

ndonesia memiliki keterbatasan sumber energi listrik dari bahan bakar fosil seperti minyak bumi,gas dan batubara. Ketidakstabilan harga membawa konsekuensi ketidakpastian suplai dan harga

energi yang dampaknya sangat luas mulai dari kehidupan industri, transportasi dan kebutuhan pokok.Di sisi lain problem pemanasan global juga mengancam kehidupan manusia dengan ancaman perubahan iklim dan polusi lingkungan. Ketersediaan energi beserta harganya yangkompetitif menjadi persyaratan untuk bertahan dan dan berkemban gnya indus tr i di Indonesia.

Energi nuklir memiliki keunggulan dari kepadatan energinya serta biaya operasinya yang

relatif murah dibandingkan dengan sistem-sistem energi lainnya terutama energi fosil.

Teknologi reaktor nuklir kini sudah semakin maju, bahkan reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir(PLTN) dengan konsep CANDLE selain akan membuat harga listrik menjadi sangat murah jugamemiliki tingkat keselamatan sangat tinggi.

Reaktor CANDLE (Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy producing reactor ) adalah sebuah konsep reaktor nuklir dimana proses pembakaran bahan bakar dapat dianalogikan dengan terbakarnya lilin [3]. Daerah pembakaran

bergerak sepanjang sumbu reaktor dengan kecepatan sebanding dengan keluaran energi. Distribusirapat atom, fluks neutron, dan rapat daya dalam daerah pembakaran tersebut tidak berubah dalam proses penjalaran tersebut. Reaktor ini tidak memerlukan proses pengayaan Uranium yang memakan

modal sangat besar, tetapi langsung dipasok oleh Uranium alam. Reaktor ini juga mampu membakarlimbah nuklir untuk menambah pasokan energinya. Selama ini limbah radioaktif menjadi sesuatu

yang dikhawatirkan oleh dunia karena selain membahayakan lingkungan juga bisa menjadi bahan

baku senjata nuklir.

I

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

8/17/2019 Prosiding 2012

40/232

Desain Konseptual Reaktor Cepat … Menik Ariani, dkk


Gas-cooled Fast Reactor (GFR) adalah reaktor cepat Generasi IV yang sedang dalam tahap pengembangan dan baru akan dikomersialkan setelah tahun 2030. Fitur GFR berupa pendingin heliumspektrum cepat dan perputaran bahan bakar tertutup. Temperatur outlet yang tinggi dari pendinginhelium memungkinkan untuk menghasilkan listrik, hidrogen atau proses panas lain dengan efisiensitinggi. Reaktor cepat berpendingin Helium pada penelitian ini menerapkan strategi CANDLE yangtelah dimodifikasi yaitu Modified CANDLE burn-up sehingga hanya memerlukan bahan bakarUranium alam dan limbah nuklir (Plutonium) [4].

TEORI

Prinsip kerja reaktor nuklir mirip dengan pembangkit listrik konvensional. Perbedaanutamanya terletak pada sumber energi dan jenis bahan bakar. Sumber energi pada pembangkit listrikkonvensional berasal dari proses pembakaran secara kimia bahan bakar fossil, sedangkan sumberenergi reaktor nuklir berasal dari reaksi fisi nuklir pada material-material fisil. Reaksi fisi nuklirtermasuk reaksi eksoterm yang menghasilkan energi, contohnya yaitu [1]:

1 235 140 94 1

0 92 54 38 02 200n U Xe Sr n MeV

Deskripsi fisis keadaan neutron (populasi, distribusi, energi, kerapatan dan fluks neutron) padateras reaktor dinyatakan oleh persamaan transport. Penyederhanaan melalui aproksimasi difusimenghasilkan persamaan difusi multigrup [1]:

( , )1. ( ) ( , ) ( ) ( , )

g

g g g tg g

r t D r r t r r t

v t

' ' '' '' 1 ' 1

( ) ( , ) ( ) ( , )G G

g

g g g sg g fg g g eff

r r t v r r t k

(1)

Dengan cross section total:ag sg tg

r r ()()(

Selama masa pengoperasian reaktor, komposisi bahan bakar akan senantiasa berubah karena

isotop-isotop fisil akan terkonsumsi (berkurang) dan dihasilkan produk fisi. Persamaan burn-up yangmenyatakan hal ini yaitu:

g

g

C

g B B A

g

g

A

Ag A A A N N N dt

dN (2)

Suku A A N adalah bagian yang hilang karena peluruhan radioaktif, sedangkan A

g

g

A

Ag

adalah

bagian yang hilang karena tangkapan neutron, B B N merupakan nuklida tambahan nuklida A akibat

peluruhan B menjadi A danC

g

g

C

g N adalah perubahan C menjadi A melalui tangkapan neutron.

Fluks neutron dan penampang lintang dari hasil perhitungan difusi multigrup digunakan untukanalisis burn-up, selanjutnya perubahan komposisi nuklida hasil dari persamaan burn-up harus

dimasukkan kembali ke dalam persamaan difusi.

DESAIN DAN PERHITUNGAN

Desain reaktor diterapkan untuk dua buah teras reaktor berdimensi sama namunmenggunakan bahan bakar dengan fraksi berbeda yaitu 55% dan 60%. Parameter desain teras reaktordisajikan pada tabel 1.

Analisis neutronik dilakukan melalui perhitungan dan penyelesaian persamaan difusi 2-Dmultigrup (8 grup) pada geometri R-Z, yang terkopel dengan persamaan burn-up. Perhitungan burn-

up meliputi 85 nuklida termasuk Uranium, Plutonium, Americium, Curium dan seterusnya. Groupconstant diperoleh dari kode SRAC dengan library JENDL-3.2 [2]. Diagram alir perhitungandisajikan pada gbr. 1. Parameter survey yang digunakan untuk analisa hasil desain meliputi: k-

effective selama 1 siklus, k-infinite, level burn-up, distribusi daya arah aksial serta distribusi nuclidedensity U238 &Pu239 selama proses burn-up 100 tahun.

8/17/2019 Prosiding 2012

41/232

Menik Ariani, dkk Desain Konseptual Reaktor Cepat …


TABEL 1. Paremeter desain reaktor

Parameter Nilai / deskripsi

Power 500 MWth Material bahan bakar Nat. U/Pu ( Nitride)

Material cladding Stainless steelMaterial pendingin HeliumFraksi (fuel:cladding:coolant) 55/60% :10% : 30/35%

Diameter pitch 1.4 cmTinggi teras aktif 300 cm

Diameter teras aktif 260 cmUmur reaktor 100 tahun

Siklus bahan bakar 10 tahun

Gambar 1. Diagram alir perhitungan

Pembagian komposisi bahan bakar pada teras diatur dengan strategi Modified CANDLE

(gambar 2). Teras dibagi menjadi 10 bagian dengan volume sama. Pada kondisi awal, Region-1 berisiUranium alam ( fresh). Setelah 1 siklus (10 th burn-up) maka bahan bakar dari Region-1 inidipindahkan ke Region-2, sedangkan bahan bakar di Region-2 dipindahkan ke Region-3, danseterusnya berlaku: bahan bakar di Region-i dipindahkan ke Region (i+1). Region terakhir yaituRegion-10 dikeluarkan dari teras.

Gbr. 2. Skema Modified CANDLE burn-up

8/17/2019 Prosiding 2012

42/232



HASIL

Hasil analisa neutronik untuk reaktor cepat berpendingin Helium yang menerapkan strategi

CANDLE yang dimodifikasi disajikan sebagai berikut.Setiap grafik menampilkan hasil perbandingan antara reaktor yang menggunakan fraksi bahan

bakar 55% dengan fraksi 60%.

Gbr 3. Nilai faktor multiplikasi efektif

Gambar 3 menunjukkan perubahan nilai faktor multiplikasi efektif sepanjang 1 siklus bahan bakar. Terlihat bahwa reaktor dengan fraksi bahan bakar 55% dan fraksi 60% keduanya dapat beroperasi selama 10 tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar karena nilai k-eff selalu di atas 1.0. Nilai k-eff > 1 disebut dengan keadaan superkritis, dimana populasi neutron terus bertambah.

Selanjutnya tiap 10 tahun pengisian ulang bahan bakar dilakukan sampai umur reaktor mencapai 100tahun.

Gambar 4. Nilai faktor multiplikasi tak hingga (infinite)

Gambar 4 menunjukkan perubahan nilai faktor multiplikasi infinite (tak hingga) sepanjangumur reaktor. Disini terjadi perubahan bahan bakar dari Uranium alam yang belum bisa secara efektifmenghasilkan daya besar, menuju bahan bakar utama yang mengandung cukup Plutonium sehinggadapat menghasilkan daya yang cukup besar.

Gbr 5. Nilai level burn-up sepanjang usia reaktor

Gambar 5 menunjukkan perubahan level burn-up sepanjang operasi reaktor . Fraksi bahan bakar 55% terlihat bergerak lebih cepat dibandingkan dengan fraksi 60%. hal ini berkaitan dengan

jumlah/bobot Uranium yang diperlukan untuk menghasilkan daya. Hasil ini berhubungan dengan

8/17/2019 Prosiding 2012

43/232

Menik Ariani, dkk Desain Konseptual Reaktor Cepat …


perubahan nilai faktor multiplikasi infinite pada gambar 4. Perbandingan jumlah bahan bakar yangdiperlukan sepanjang umur reaktor ditunjukkan pada tabel 2.

TABEL 2. Jumlah burn-up bahan bakar

Fraksi bahan bakar 55% 60%

Average burn-up (MWd/ton) 1.2x10

51.0x10

5

bahan bakar 100 th(ton)

1.52x10

2 1.79x10

2

Bahan bakar 1 tahun(ton) 1.52 1.79

Dari hasil ini terlihat bahwa penggunaan bahan bakar dengan fraksi 55% lebih ekonomis untuk

operasi reaktor berdaya 500 MWth.

Gbr 6. kerapatan atom Pu-239 sepanjang burn-up

Gbr 7. kerapatan atom U-238 sepanjang burn-up

Gambar 6 menunjukkan proses akumulasi Plutonium-239 di bahan bakar sepanjang sejarahburn-upnya dalam reaktor yaitu 100 tahun. Hal ini terkorelasi dengan gambar 7 yaitu proses pengurangan Uranium-238 yang menghasilkan Plutonium-239

8/17/2019 Prosiding 2012

44/232



Gbr 8. distribusi daya aksial selama 1 siklus bahan bakar

Pada gambar 8 ditunjukkan bahwa ada sedikit pergeseran kerapatan daya (dalam arah aksial)ke arah bahan bakar yang lebih sedikit level burn-upnya dalam 1 siklus (10 tahun) pengisian bahan

bakar.

KESIMPULAN

Konsep CANDLE yang dimodifikasi dapat diterapkan pada reaktor cepat berpendinginHelium berdaya termal kecil (500 MWth), yang berumur panjang (100 tahun) dengan siklus pengisian bahan bakar tiap 10 tahun. Reaktor jenis ini memiliki kelebihan yaitu lebih ekonomis karena hanyamemerlukan Uranium alam tanpa proses enrichment (pengayaan) dalam siklus bahan bakarnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Duderstadt, J.J., Hamilton, L.J, Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, Inc, 1976

1. Okumura, K. Kaneko and K. Tsuchihashi, SRAC95; General Purpose Neutronics Code System, JAERI- Data/Code 96-015, Japan Atomic Energy Research Institute, Japan, 1996

2. Sekimoto, H & Yan,M.Y., Design Research of Small Long Life CANDLE Fast Reactor , Annals of NuclearEnergy 35, 2007) p. 18-36

3. Su’ud, Z., Sekimoto, H., Design Study of Long-life Pb-Bi Cooled Fast Reactor with Natural Uranium as

Fuel Cycle Input using Modified CANDLE Burn-up Scheme, IJNEST Vol 5, No.4, 2010, p.347-358

8/17/2019 Prosiding 2012

45/232


DESAIN KONSEP REAKTOR PLTN JENIS GFR 333 MWT BERBASIS

BAHAN BAKAR URANIUM ALAM

Fiber Monado1,*

, Zaki Su’ud2, Abdul Waris

2, Khairul Basar

2,, Menik Ariani

1

1 Mahasiswa S3 Prodi Fisika ITB, Dosen Fisika Unsri

2 Dosen Prodi Fisika ITB

* Email: [email protected]

Abstrak

Telah dikerjakan perhitungan neutronik pada disain konsep reaktor PLTN jenis GFR 333 MWt

berbasis bahan bakar uranium alam. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan PIJ dan CITATION

pada kode SRAC. Basis bahan bakar yang digunakan adalah Uranium Alam, dengan pendinginHelium, dan SS316 sebagai cladding serta reflektornya B4C. Teras yang digunakan berupa silinder R-

Z dengan jejari radial 100 cm dan tinggi aksial 270 cm serta tebal reflektor 100 cm. Dari hasil

perhitungan diperoleh faktor multiplikasi effektif k-eff = 1.001 pada tahun kedua burnup dan terus

meningkat hingga 1.012 pada burnup tahun kesepuluh, jadi reaktor tetap dalam keadaan kritis selama

sepuluh tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar.

Kata kunci: GFR, uranium alam.

PENDAHULUAN

alam ringkasan eksekutif Indonesia Energy Outlook 2009(IEO, KESDM 2009) ada tiga skenario pengembangan energi yang meliputi: 1. Skenario dasar yaitu skenario prakiraan energi yang

merupakan kelanjutan perkembangan historis., 2. Skenario Iklim 1 yaitu skenario prakiraan energidengan intervensi kebijakan konservasi energi dan pengembangan energi terbarukan yangmempertimbangkan pengurangan emisi gas-gas rumah kaca (GRK)., 3. Skenario Iklim 2 yaituskenario prakiraan energi yang mempertimbangkan kebijakan mitigasi perubahan iklim sesuaikomitmen pemerintah untuk menurunkan emisi GRK. Implementasi skenario iklim 2 berupa upaya-upaya konservasi energi dan pengembangan energi terbarukan dengan penggunaan teknologi danenergi yang rendah emisi, antara lain berupa teknologi batubara bersih (clean coal technology) dan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Indonesia akan membangun Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN) yang diharapkan mulai beroperasi tahun 2016. Rencana ini sesuai dengan amanat UU Nomor 17 tahun 2007 Tenta

prosiding 2012

Documents