BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

Sebelum membahas dan menguraikan cara kerja dan fungsi rancangan pada AHU (Air Handling Unit), penulis terlebih dahulu akan mengulas beberapa teori dasar dan pengenalan terhadap beberapa komponen terutama bagian-bagian yang secara umum diketahui sebagai komponen utama prinsip kerja mesin AHU yaitu: 2.1

Teori Tentang Penyegar Udara Sentral Komponen Mesin Penyegar Udara Sentral : 2.1.1 Mesin Refrigerasi : Kompresor, Kondensor, Evaporator, Klep Ekspansi (Expantion Valve), Sistem Pengontrolan 2.1.2 Sirkulasi Air Dingin : Sistem Pipa Air, Pompa Air, Tangki Expansi 2.1.3 Distribusi Udara : Air Handling Unit, Saluran Udara

2.1.1 Mesin Refrigerasi Mesin refrigerasi adalah suatu

rangkaian peralatan yang digunakan untuk

membuat siklus refrigerasi, dimana uap refrigeran bertekanan rendah dan bertemperatur rendah yang di uapkan didalam evaporator diisap masuk kedalam kompresor melalui eliminator (untuk memisahkan refrigeran yang ada dalam fasa cair dari uap refrigeran). Selanjutnya uap refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang diperoleh dari proses kompresi dimasukkan kedalam kondensor, uap refrigeran tersebut kemudaian diembunkan dengan jalan memberikan pendinginan pada pipa kondensor.

5 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Refrigeran cair yang diperoleh dari pendinginan tersebut tekanannya diturunkan melalui expansion valve dan selanjutnya didistribusikan merata kedalam evaporator, didalam evaporator refrigeran menguap karena menyerap kalor dari media yang didinginkan, kemudian uap refrigeran tersebut mengalir kembali kedalam kompresor1. 1) Kompresor Kompresor adalah bagian yang terpenting dari room air conditioner. Pada manusia kompresor dapat diumpamakan sebagai jantung, yang memompa darah ke seluruh tubuh kita, sedangkan kompresor memompa bahan pendingin ke seluruh sistem. Gunanya adalah untuk menghisap gas tekanan rendah dan suhu rendah dari evaporator dan kemudian menekan / memampatkan gas tersebut, sehingga menjadi gas dengan tekanan dan suhu tinggi, lalu dialirkan ke kondensor2. Jadi fungsi kerja kompresor adalah untuk : a.)

Menurunkan tekanan di evaporator, sehingga bahan pendingin cair di evaporator dapat mendidih / menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap lebih banyak panas dari sekitarnya.

b.)

Menghisap gas bahan pendingin dari evaporator, lalu menaikkan tekanan dan suhu gas bahan pendingin tersebut, dan mengalirkannya ke

1 2

Wiranto Arismunandar, Heizo Saito, Penyegaran Udara, Jakarta, P.T. Pradnya Paramita, 1981, h.98 Handoko.K, Room Air Conditioner, Jakarta, P.T.Ichtiar Baru, 1979, h.42


kondensor, sehingga gas tersebut dapat mengembun dan memberikan panasnya pada medium yang mendinginkan kondensor. Penggolongan kompresor menurut konstruksi : o

Jenis Semi Hermetik

o

Jenis Hermetik

Kompresor hermetik mempunyi motor listrik sebagai tenaga pengerak, dimana motor dan kompresor berada dalam satu rumah tertutup rapat. Motor listrik satu phase untuk kompresor hermetik harus mempunyai starting kopel (starting torque) yang kuat dan efisiensi kerja yang baik 3. Pada mesin penyegar udara sentral York jenis Chiller menggunakan kompresor jenis torak (resiproketing) dengan type open type yaitu bagian kompresornya sendiri dan digerakkan oleh motor listrik pakai penghubung suatu as yang berkopel. Keuntungannya adalah apabila salah satu ada gangguan maka tidak akan saling mempengaruhi, dan mudah dibongkar dan dipasang.

3

Handoko.K, Room Air Conditioner, Jakarta, P.T.Ichtiar Baru, 1979, h.88


Gambar 2.1 Motor dan Kompresor Jenis Torak (Sumber : Handoko.K, Room Air Conditioner, Jakarta, P.T.Ichtiar Baru, 1979, hal 40) 2)

Kondensor Kondensor adalah suatu alat untuk merubah bahan pendingin dari bentuk gas menjadi cair. Bahan pendingin dari kompresor dengan suhu dan tekanan tinggi, panasnya keluar melaluhi permukaan rusuk-rusuk kondensor ke udara. Sebagai akibat dari kehilangan panas, bahan pendingin gas mulamula didinginkan menjadi gas jenuh, kemudian mengembun menjadi gas cair. Pada room air conditioner yang sedang jalan, semua bagian dari pipapipa kondensor akan terasa panas yang merata4. Pada umumnya media pendingin yang di pakai pada kondensor adalah air, udara dan campuran keduanya.

4

Ibid, h.48


Kondensor dibagi dalam tiga jenis menurut cara pendinginannya : a.)

Kondensor berpendingin udara (air cooled).

b.)

Kondensor berpendingin air (water cooled).

c.)

Kondensor berpendingi campuran, yang disebut evaporative. .

3) Evaporator Evaporator adalah suatu alat dimana bahan pendingin menguap dari cair menjadi gas. Melaluhi perpindahan panas dari ruangan disekitarnya kedalam sistem, panas tersebut lalu dibawa ke kompresor dan dikeluarkan lagi oleh kondensor. Evaporator sering juga disebut : Cooling Coil, Boiler dan lain-lain, tergantung dari bentuknya. Karena keperluan dari evaporator yang sangat berbeda-beda, maka evaporator dibuat dalam bermacam-macam bentuk, ukuran dan perencanaan. Evaporator dapat juga dibagi dalam beberapa golongan dari : konstruksinya, cara kerjanya, aliran bahan pendingin, macam pengontrolan bahan pendingin dan pemakaiannya 5. Evaporator dari cara kerjanya dapat dibagi dua : a.) Evaporator kering (Dry or Direct Evaporator), hanya terdiri dari pipapipa saja. b.) Evaporator banjir (Flooded Evaporator), terdiri dari tabung dan pipa. Dari konstruksinya evaporator dapat dibagi beberapa type : a.) Pipa dengan rusuk-rusuk (Finned) b.) Pipa saja (Bare Tube) 5

Ibid, h.50


c.) Permukaan pelat (Plate Surface) d.) Tabung dengan pipa (Shell and Tube) Tabung dengan pipa (shell and tube chiller)

mempunyai efisiensi

pendinginan yang tinggi, tidak membutuhkan tempat yang luas, lebih mudah dalam perawatanya, dan mudah disesuaikan dengan aplikasi semua tipe pendingin cairan. Dengan alasan tersebut, tipe shell and tube chiller paling banyak digunakan. Konstruksi dari chiller tipe shell and tube adalah terdiri dari tabung rangka silinder yang didalamnya

terdapat pipa-pipa lurus dan disusun paralel.

Untuk chiller yang beroperasi berdasarkan dry expansion, referigerant dialirkan pada pipa-pipa, sedangkan cairannya disirkulasikan pada rangka tabung (gambar.2.2a).

(a) Evaporator Kering (Dry or Direct Evaporator) Sedangkan pada chiller yang beroperasi berdasarkan flooded, cairan yang didinginkan disirkulasikan melaluhi pipa-pipa paralel dan referigerant terisi dalam rangka. Level cairan referigerant didalam rangka dijaga oleh flood control (gambar.2.3b). Dalam kasus lain, cairan yang sudah didinginkan


didalam chiller disirkulasikan melaluhi pipa yang dihubungkan dengan pompa, biasanya menggunakan jenis pompa setrifugal6.

(b) Evaporator Basah (Flooded Evaporator) Gambar 2.2. Tipe Evaporator. a) Evaporator Kering; b) Evaporator Basah (Sumber : Prinsiple of Referigation, Roy.J Dossat,1981, hal.263) 4) Klep Ekspansi (Expantion Valve) Ada dua macam klep ekspansi: a.) Automatik expantion Valve b.) Thermostatic Expantion Valve Thermostatic Expantion Valve lebih baik dan lebih banyak dipakai. Gunanya untuk menurunkan cairan dari tekanan tinggi menjadi tekanan rendah sebelum masuk ke evaporator, sambil mempertahankan tekanan evaporator (evaporator pressure atau suction pressure) dalam batas-batas yang ditentukan dengan mengalirkan cairan bahan pendingin dalam jumlah

6

Roy.J Dossat, Prinsiple of Referigation Second Edition SI Fersion, USA, 1981, h.263


tertentu (sama banyak dengan bahan pendingin yang dipompa / dihisap oleh compressor) kedalam evaporator7. 5) Sistem Kontrol Pengontrolan sistem penyegaran udara ditujukan untuk mengatur kerja mesin supaya dapat melayani perubahan baban kalor, sehingga dapat mempertahankan kondisi ruangan pada tingkat pada keadaan yang diinginkan.Tingkat keadaan tersebut dinyatakan dengan temperatur dan kelembapan relatif. Dengan demikian pengontrolan tersebut mencangkup menghentikan atau menjalankan mesin jika suatu tingkat keadaan ruangan sudah tercapai. Di samping itu, secara otomatik menghentikan kerja mesin dalam keadaan darurat8. Rangkaian listrik yang digunakan terdiri dari dua rangkaian. Rangkaian utama (rangkaian daya) melayani kebutuhan daya listrik untuk menjalankan motor listrik dan pemanas; rangkaian yang kedua adalah rangkaian operasi (rangkaian kontrol), digunakan untuk menjalankan dan menghentikan kerja mesin atau peralatan. Sebuah contoh rangkaian listrik mesin penyegar udara dapat dilihat pada gambar.2.3.

7 8

Handoko.K, Room Air Conditioner, Jakarta, P.T.Ichtiar Baru, 1979, h.56 Wiranto Aris munandar, Heizo Saito, Penyegaran Udara, Jakarta, Pradnya Paramita, 1995, h.223


Start / Stop

Termostat Motor Kipas Udara

Operasi Sumber Daya Kompresor

Inter lock Kompresor tidak bekerja selama kipas udara tidak bekerja

Rangkaian Proteksi Beban melebihi batas Kepanasan Tekanan melebihi batas kekurangan air pendingin Garis tebal : Rangkaian utama Garis tipis : Rangkaian kerja

Gambar.2.3. Rangkaian Listrik Penyegar Udara (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Aris munandar, Heizo Saito, hal.223) Dalam rangkaian kontrol, terdapat rangkaian pelindung yang berfungsi melindungi mesin penyegar apabila pada suatu saat ada pada kondisi kerja yang kritis. Pengaman-pengaman

elektris yang terdapat pada mesin

penyegar udara : a). Overload Motor Protector (Pengaman Motor) Pada mesin penyegar udara, pemasangan pengaman beban berlebih pada umumnya adalah sebuah sekering untuk melindungi motor. Sekering ini harus cukup kuat untuk menerima arus start yang terjadi saat pertama kali motor berputar sehingga sekering ini terlalu besar untuk ukuran arus yang melewatinya dan pada saat operasi normal arus yang melewati sekering ini besar sehingga menimbulkan panas yang besar dan terbakar, untuk menghindari hal ini dibuatlah pengaman beban berlebih dari bimetal yang bekerja dan memutuskan kontak apabila panas yang melewatinya besar dan 13 http://digilib.mercubuana.ac.id/

berlanjut, setelah kondisinya cukup dingin maka kontak secara otomatis akan terhubung kembali9. b). Saklar Tekanan Saklar tekanan mendeteksi perubahan tekanan dan menutup atau membuka titik kontak dari saklar. Dengan cara demikian, pengontrolan tekanan dapat dilakukan secara otomatik. Beberapa jenis saklar tekanan adalah sebagai berikut :  Saklar pemutus tekanan tinggi  Saklar pemutus tekanan rendah  Saklar pemutus tekanan tinggi dan tekanan rendah  Saklar perbedaan tekanan  Saklar tekanan minyak pelumas Fungsi dan cara kerja : Saklar tekanan terdiri dari dua bagian utama, yaitu sensor tekanan (bellows) dan saklar. Bellows berexpansi atau berkontraksi sesuai dengan tekanan gas refrigerant, dan menggerakkan tuas saklar. Dengan cara demikian titik kontak saklar akan terbuka atau tertutup10. Sebagai contoh, saklar pemutus tekanan tinggi ditetapkan membuka (OFF) pada tekanan 16 kg/cm2. Jika perbedaan antaratekanan kerjanya ditetapkan 12 kg/ cm2, maka kontak saklar akan bekerja sebagai berikut. Pada tekanan rendah, kompresor akan bekerja (pada kondisi ON). 9

Handoko.K, Room Air Conditioner, Jakarta, P.T.Ichtiar Baru, 1979, h.75 Wiranto Aris munandar, Heizo Saito, Penyegaran Udara, Jakarta, Pradnya Paramita, 1995, h.236

10


Apabila tekanannya naik terlalu tinggi, sampai P = 16 cm 2, maka kontak saklar akan membuka dan kompresor berhenti bekerja. Dengan demikian tekanan akan turun, sampai P = 14 kg/cm2, dan kontak akan menutup sehingga kompresor akan bekerja kembali. c). Thermostat Fungsinya hampir sama dengan pengaman beban lebih yang mendeteksi suhu, hanya saja thermostat ini digunakan untuk :  Membatasi agar ruangan jangan terlalu dingin.  Mengatur lamanya kompresor berhenti.  Menghentikan dan menjalankan kembali kompresor secara otomatis. Pada ujung pipa kapilair dari pengatur suhu biasanya terdiri dari sebuah bulb atau power element (ujung pipa ersebut dililit agar diameternya menjadi lebih besar), sehingga dapat lebih baik mengukur suhu udara dari ruangan. Ujung yang lain dari pipa kapilair tersebut berhubungan dengan membran (diaphragma) atau bellow, yang dapat menyusut dan mengembang apabila cairan didalam pipa tekanannya berkurang atau bertambah11.

11

Handoko.K, Room Air Conditioner, Jakarta, P.T.Ichtiar Baru, 1979, h.72


d). Interlocking Control Sistim pendinginan pada mesin penyegar udara sentral paling tidak menggunakan 3 buah motor, yaitu : Motor Kompresor, Kondensor Motor Fan, Evaporator Motor (Water Pump). Three Phase Power

Fused Disconnect or Circuit Breaker

Manual Off-On Switch Contactor

Cycling Control

Over Current Protector

MOTOR

MOTOR FAN

Compresor

Condensor

MOTOR PUMP Evaporator HI - LOW Pressure Control

Gambar.2.4. Interlocking Control Circuit (Sumber : Prinsiple of Referigation, Roy.J Dossat,1981, hal.582) Desain yang bagus menghendaki kontrol motor yang bisa interlock (saling mengunci), bahwa motor kompresor tidak dapat beroperasi kalau evaporator motor dan Kondensor Motor Fan belum beroperasi12. Satu atau lebih metode yang bisa di gunakan untuk interlock diilustrasikan pada gambar II.4

12

Roy.J Dossat, Prinsiple of Referigation Second Edition SI Fersion, USA, 1981, h.581


2.1.2

Sirkulasi Air Dingin Air yang sudah didinginkan didalam chiller didistribusikan melalui pipa distribusi menuju mesin pengelolah udara / AHU (Air Handling Unit), kemudian air tersebut dialirkan kembali menuju chiller dengan menggunakan tenaga pompa air. 1). Sistem Pipa Air Sistem pipa dari instalasi penyegaran udara dapat meliputi pipa air dingin yang menghubungkan evaporator mesin refrigerasi dengan pompa air dan koil pendinginan udara dari penyegar udara. seperti yang terlihat pada gambar II.5(b). Pipa air yang digunakan dapat dibagi menjadi dua jenis. Satu diantaranya adalah jenis satu aliran (once through type), dimana air sumur air kota masuk kedalam pipa air pendingin, misalnya pada penyegar udara jenis paket, dan setelah dipergunakan langsung dibuang keluar. Jenis yang kedua adalah jenis sirkulasi (recirculating), dimana air pendingin yang telah dipergunakan tidak dibuang melainkan disirkulasikan kembali13. Jika pada suatu sistem pipa terdapat banyak penukar kalor, penyegar udara, unit koil kipas udara, atau unit induksi, dalam penyusunan seperti terlihat pada gambar II.5(a).

13

Wiranto Aris munandar, Heizo Saito, Penyegaran Udara, Jakarta, Pradnya Paramita, 1995, h.220


a. Sistem Pipa Kembali Langsung Supply

Return

Gate Valve Flang or Union (Note 1)

Evaporator

Gate Valve Strainer

Gauge

Circulating Pump

Drain Valve (Gate Valve)

Thermometer Remove Well And Bushing to Blow Out Tubes

Notes : 1. Flange or union is lokated to allow cooler head removal

b. Instalasi Pipa Air Gambar.2.5. Sistem Pemipaan (Sumber : Hand Book of Air Conditioning Design, hal.3-35) 2). Pompa Air Pompa air adalah mesin yang berfungsi mengalirkan fluida / cairan melaluhi pipa dari satu tempat ke tempat yang lain. Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan per satu satuan waktu dan tinggi energi angkat. Faktor tersebut menyatakan kemampuan pompa untuk menaikkan fluida dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih


tinggi, serta untuk mengatasi tahanan aliran dalam pipa. Pompa memberikan energi kinetik dan energi tekanan pada fluida. Jenis pompa yang banyak digunakan untuk mengalirkan air adalah pompa setrifugal14. Sebagai mesin penggerak pompa digunakan motor listrik.

Gambar.2.6. Pompa Sentrifugal dan Motor Listriknya (Sumber : Prinsiple of Referigation, Roy.J Dossat, 1981, hal.372) 3). Tangki Expansi Sistem pipa air dengan rangkaian tertutup di isi air pada temperatur normal, dimana air tersebut disirkulasikan setelah melaksanakan fungsi mendinginkan atau memanaskan. Sebelum dan sesudah mulai beroperasi, atau apabila terjadi perubahan temperatur, air yang ada di dalam pipa itupun akan berexpansi atau berkontraksi. Air yang berexpansi atau berkontraksi itu dapat menyebabkan, berturutturut, kenaikan atu penurunan tekanan. Tentu saja hal tersebut akan menyebabkan timbulnya gangguan operasional. Oleh karena itu diperlukanya 14



tangki expansi untuk menampung kemungkinan expansi dan kontraksi tersebut diatas15. Tangki Ekspansi Minimum 1 m

Komponen dari sistem pipa pada tingkat yang paling tinggi

Pompa Air

Gambar.2.7. Lokasi Tangki Expansi Dalam Sistem Pipa (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Aris munandar, Heizo Saito,1995, hal.222) 2.1.3

Teori Tentang AHU

Terjadinya sirkulasi udara didalam ruangan dikarenakan adanya unit pengelolah udara yang menghisap udara didalam ruangan masuk ke unit koil pendingin dan kemudian dikeluarkan kembali kedalam ruangan tersebut. Udara segar yang dimasukkan melaluhi lubang isap bertemperatur, bertekanan rendah (dalam hal pendinginan) dan berbeda dengan temperatur dan kelembaman udara ruangan. Udara yang terisap masuk melalui lubang isap berangsurangsur berkurang kecepatannya pada waktu menjauhi lubang isap. Apabila ingin diketahui distribusi ruangan, biasanya pemeriksaan terhadap gerakan udara dari lubang keluar dan lubang isap dilakukan secara terpisah16. Unit/sistem yang mengatur tata udara ini disebut AHU (Air Handling Unit). Di sebut “unit”, karena AHU terdiri dari beberapa alat yang masing-masing memiliki fungsi yang berbeda. Pada dasarnya AHU terdiri dari : 15 16

Ibid, h.220 Ibid, h.179


Gambar.2.8. Vertical Air Handling Unit (Sumber : Handbook of Air Conditioning and Refrigeration, Shan K. Wang,2001,hal 724) 1) Cooling coil. Cooling coil (sering pula disebut dengan istilah evaporator) berfungsi untuk mengontrol suhu (temperature) dan kelembaban relatif (Relative Humidity/RH) udara yang akan didistribusikan

ke

ruangan

produksi.

Hal

ini

dimaksudkan

agar

dapat

dihasilkan output udara, sesuai dengan spesifikasi ruangan yang telah ditetapkan. Proses pendinginan udara sendiri dilakukan dengan mengalirkan udara yang berasal dari campuran udara balik (return air) dan udara luar (fresh air) melalui kisi-kisi (coil) evaporator yang bersuhu rendah. Proses tersebut menyebabkan terjadinya kontak antara udara dan permukaan kisi evaporator yang akan menghasilkan udara dengan suhu yang lebih rendah. Proses ini juga akan menyebabkan kalor yang berada dalam uap air yang yang terdapat di dalam udara ikut berpindah ke kisi evaporator, sehingga uap air akan mengalami kondensasi. Hal ini menyebabkan kelembaban udara yang keluar dari evaporator juga akan berkurang. Evaporator harus dirancang sedemikian rupa sehingga kisi-kisinya memiliki


luas permukaan kontak yang luas, sehingga proses penyerapan panas dari udara di dalam evaporator dapat berlangsung dengan efektif. 2) Blower Blower adalah bagian dari AHU yang berfungsi untuk menggerakkan udara di sepanjang sistem distribusi udara yang terhubung dengannya. Blower yang digunakan dalam AHU berupa blower radial yang memiliki kisi-kisi penggerak udara yang terhubung dengan motor penggerak blower. Motor ini berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Energi gerak inilah yang kemudian disalurkan ke kisi-kisi penggerak udara hingga kemudian dapat menggerakkan udara. Blower ini dapat di atur agar selalu menghasilkan frekuensi perputaran yang tetap, hingga akan selalu menghasilkan output udara dengan debit yang tetap. Dengan adanya debit udara yang tetap tersebut maka tekanan dan pola aliraran udara yang masuk ke dalam ruang produksi dapat dikontrol.

Gambar.2.9. Kipas Sentrifugal (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker Wilbert F., Jones Jerold .W, Hara Supratman, hal,114)


Daya yang diperlukan untuk menaikkan tekanan diturunkan dari rumus sebagai berikut 17: wʃv dp

…………………………(1)

dengan w = laju aliran massa, kg/det v = volume spesifik, m3/kg Perubahan volume spesifik hanya sedikit, karena perubahan tekanan absolute di dalam kipas kecil, sehingga v dapat dikeluarkan dari integral, yang menghasilkan daya ideal yang dibutuhkan untuk menaikkan tekanan, Daya untuk menaikkan tekanan = Q( p2-p1) W ……………………..(2) Dengan

Q

= Laju alir Volume, m3/det

P2-P1 = Kenaikkan Tekanan, Pa Oleh karena daya yang diperlukan untuk membangkitkan energi kinetik udara adalah wV2/2 maka penggabungan dua besaran daya tersebut adalah : Dayaideal = Q( p2-p1) +

W …………………………….(3)

Efisiensi kipas didefinisikan sebagai perbandingan antara daya ideal dan daya nyata Efisiensi

=

………………………………….(4)

Rumus diatas digunakkan untuk mencari efisiensi kipas

17

Stoecker Wilbert F., Jones Jerold .W, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, diterjemahkan oleh Hara Supratman, Jakarta Erlangga, 1982 Hal 113


Gambar.2.10. Karakteristik prestasi kipas sentrifugal bersudu, diametr dan lebar roda 270mm, dimensi saluran keluar 0,517 x 0,289m (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker Wilbert F., Jones Jerold .W, Hara Supratman, hal,115) 3) Penyaring Udara (filter) Filter merupakan bagian dari AHU yang berfungsi 18untuk mengendalikan dan mengontrol jumlah partikel dan mikroorganisme (partikel asing) yang mengkontaminasi udara yang masuk ke dalam ruang produksi. Filter, biasanya ditempatkan di dalam rumah filter (filter house) yang didesain agar mudah untuk dibersihkan dan/atau diganti. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemasangan filter ini adalah penempatan posisi filter harus diatur sehingga

dapat

membuat

seluruh

udara

yang

akan

didistribusikan

tersebut

melewati filter terlebih dahulu. Filter yang digunakan untuk AHU dibagi menjadi beberapa jenis/tipe, tergantung efisiensinya, yaitu (a) pre-filter (efisiensi penyaringan: 35%); (b) medium filter (efisiensi penyaringan: 95%); dan (c) High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter (efisiensi penyaringan: 99,997%). Hal penting yang perlu diperhatikan dalam

18

Shan K. Wang, Handbook of Air Conditioning and Refrigeration, New York: McGraw-Hill 2001,hal 710


pemasangan filter ini adalah posisi penempatan filter harus diatur berdasarkan jenis dan efisiensi penyaringan filter yang akan menentukan kualitas udara yang dihasilkan.

Gambar.2.11. Jenis penyaring udara (filter), (a) panel filter; (b) pleated filter; (c) extended surface (bag type); (d ) rotary filter; (e) automatic renewable rolling filter. (Sumber : Handbook of Air Conditioning and Refrigeration, Shan K. Wang,2001,hal 711) 4) Ducting. Ducting adalah bagian dari AHU yang berfungsi sebagai saluran tertutup tempat mengalirnya udara. Secara umum, ductingmerupakan sebuah sistem saluran udara tertutup yang menghubungkan blower dengan ruangan produksi, yang terdiri dari saluran udara yang masuk (ducting supply) dan saluran udara yang keluar dari ruangan produksi dan masuk kembali ke AHU (ducting return). Ducting harus didesain sedemikian rupa sehingga dapat mendistribusikan udara ke seluruh ruangan produksi yang membutuhkan, dengan


hambatan udara yang sekecil mungkin. Desainducting yang tidak tepat akan mengakibatkan hambatan udara yang besar sehingga akan menyebabkan inefisiensi energi yang cukup besar. Ducting juga harus didesain agar memiliki insulator di sekeliling permukaannya, yang berfungsi untuk menahan penetrasi panas dari udara luar yang memiliki suhu yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan suhu di dalam ducting. 5) Dumper Dumper adalah bagian dari ducting AHU yang berfungsi untuk mengatur jumlah (debit) udara yang dipindahkan ke dalam ruangan produksi. Besar kecilnya debit udara yang dipindahkan dapat diatur sesuai dengan pengaturan tertentu pada dumper. Hal ini amat berguna terutama untuk mengatur besarnya debit udara yang sesuai dengan ukuran ruangan yang akan menerima distribusi udara tersebut. Sistem Kerja AHU untuk Ruang “Grey Area” Supply udara yang akan disalurkan ke dalam ruang produksi berasal dari 2 (dua) sumber, yaitu (1) berasal dari udara yang disirkulasi kembali (sebanyak 80%) , dan (2) berasal dari udara bebas (sebanyak 20%). Supply udara tersebut kemudian melewati filter yang terdapat di dalam filter house, yang terdiri dari pre-filter yang memiliki efisiensi penyaringan sebesar 35% dan medium filter yang memiliki efisiensi penyaringan sebesar 95%. Selanjutnya supply udara ini melewati cooling coil (evaporator) yang akan menurunkan suhu (t) dan kelembaban relatif (RH) udara. Kemudian udara di pompa dengan menggunakan static

pressure

fan (blower)

ke

dalam

ruang

produksi

melalui

ducting (saluran udara). Jumlah udara yang masuk ke dalam ruang produksi diatur dengan menggunakan volume dumper. Selanjutnya udara disirkulasi kembali ke AHU, demikian seterusnya. 26 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Ada dua jenis unit pengelola udara, yaitu jenis vertikal dan jenis horizontal (lihat gambar.2.8a-b). Koil Kipas udara

Saringan udara

Motor

(a). Unit pengelola udara jenis horizontal Motor

Kipas udara Saringan udara

Koil

(b). Unit pengelola udara jenis vertical Gambar 2.12. Unit Pengelolah Udara (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Aris munandar, Heizo Saito,1995, hal.87)


Ada beberapa cara pendistribusian udara pada saluran udara yaitu19: a. sistim single zone Jenis ini adalah yang paling banyak digunakan pada unit pengolah udara karena kesederhanaannya dan ukurannya yang tidak terlalu besar. Komponen utamanya yaitu: peredam (damper), penyaring (filter), kipas (fan), koil (coil). Koil pemanas dapat disediakan oleh uap panas, air panas, gas atau listrik. Pendinginan dapat dihasilkan dengan cara menambahkan air dingin atau koil ekspansi langsung, atau menggunakan kombinasi dari pemanasan dan pendinginan koil air. Dasar sistim single zone pada gambar II.9 dikembangkan dengan berbagai cara untuk keperluan sendiri. Sebagai contoh, peredam udara luar dapat dibuat bercabang sampai bagian minimum (untuk ventilasi) dan bagian maksimum.

Gambar 2.13. Sistem Single Zone (Sumber : Heating Ventilating & Air Conditioning Table Of Content , Hal.5-23)

19



b. sistim multi zone Unit ini biasanya terdiri atas empat bagian dasar: peredam (damper), penyaring (filter), kipas (fan), dan koil (coil). Perbedaannya dengan unit single zone adalah bahwa sistim ini memiliki bagian yang terpisah antara koil pemanas dengan koil pendingin, dan pemanas atau pendingin tersedia setiap saat (gambar II.10). daerah yang lain memuat dua peredam (damper) jadi udara yang mnuju daerah tersebut dapat dipilih melewati koil pemanas, koil pendingin atau campuran keduanya.

Gambar 2.14. Sistem Multi Zone (Sumber : Heating Ventilating & Air Conditioning Table Of Content , hal.5-24 ) Tekanan di dalam saluran pipa pelat logam yang biasa digunakan pada kebanyakan sistim AC sangat kecil. Tekanan normal dapat mencapai antara 0,15 sampai 0,3 psi. tekanan yang rendah ini tidak dapat diukur dengan alat ukur tekanan tipe pipa Bourdon biasa. Jenis alat ukur yang digunakan untuk mengukur tekanan yang kecil ini memanfaatkan ketinggian air sebagai indikator. Alat ukur yang menggunakan tingginya air untuk mengukur tekanan disebut manometer. Ada tiga jenis manometer yaitu dapat dilihat pada gambar sebagai berikut:


Gambar 2.15.a. U-tube Manometer

Gambar 2.15.b. Well Type Manometer


Gambar 2.15.c. Inclined Manometer (Sumber : Heating Ventilating & Air Conditioning Table Of Content , hal.3-5) Manometer digunakan terutama untuk pengukuran tekanan kecepatan jatuh melewati saringan (lihat gambar II.12 ). Salah satu tabung statis ditempatkan pada hulu dari saringan dan tabung statis yang lain ditempatkan pada hilir. Dengan saringan sudah dipindahkan dari rak saringan (saringan tidak terpasang), pembacaan manometer sama dengan nol. Jika tidak harus dikalibrasi menuju nol segera. Ketika saringan yang bersih sudah terpasang, maka manometer akan membaca suatu tegangan jatuh.

Gambar 2.16. Pengukuran dengan menggunakan manometer (Sumber : Heating Ventilating & Air Conditioning Table Of Content , hal.5-7) 31 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Jika tekanan jatuh pada saringan yang baru dalah 0,4 dalam satuan inci ukuran air, filter seharusnya dibersihkan atau diganti ketika tekanan jatuh mencapai 0,8 dalam satuan inci. 2.2 Aliran Fluida 2.2.1

Distribusi Kecepatan

Distribusi kecepatan adalah distribusi aliran dalam jalur udara antara jarak aliran terhadap permukaan jalur udara 20. Dalam hal ini persamaan penurunan tekanan di dalam saluran persegi tersebut sangat diperlukan. Bentuk persamaan ini adalah sebagai berikut : …………………(5) Rumus diatas digunakan untuk mencari diameter ekivalen dimana Deq = Diameter ekivalen a

= panjang

b

= lebar

sehingga untuk menentukan kecepatan aliran udara dapat dicari dengan rumus :

Dimana : V = kecepatan aliran (m/s) Q = Debit aliran (m3/s) A = Luas penampang (m) 20

Wilbert F Stoecker., Refrigerasi dan Pengkondisian Udara , diterjemahkan oleh Ir. Supratman Hara, Jakarta: Erlangga 1982 hal,115


2.2.2

Prinsip Bernoulli Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow)21. a) Aliran tak-termampatkan Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut : ………(6) Di mana : V = kecepatan fluida (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = ketinggian relative (m) p = tekanan fluida (pa) ρ = densitas fluida (kg/m3) = massa/ Vol Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

21

-

Aliran bersifat tunak (steady state)

-

Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Ibid. hal 22-23


b) Aliran Termampatkan Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara,

gas

alam,

dll.

Persamaan

Bernoulli

untuk

aliran

termampatkan adalah sebagai berikut: = konstan ……….(7) Di mana : = Energi potensial gravitasi per satuan massa ; jika gravitasi konstan maka Φ = g.h = entalpi fluida per satuan massa catatan :

=

+

, dimana

adalah energi termodinamika per

satuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik 2.3 Sensor Fototransistor 2.3.1 Laser Istilah laser adalah singkatan dari light amplification by stimulated emmision of radiation (penguatan sinar dengan emisi radiasi yang dirangsang). Laser merupakan pancaran energi gelombang–gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dari proses emisi gelombang elektromagnetik sebagai hasil stimulasi terhadap material yang bermuatan. Laser semikonduktor adalah suatu laser jenis padat yang khusus, dimana kerja laser terjadi di dalam sambungan dioda semikonduktor dari jenis yang sama seperti yang digunakan untuk LED. 34 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Bila arus melalui sambungan, cahaya akan dipancarkan dengan emisi spontan pada suatu frekuensi atau panjang gelombang, yang ditentukan oleh celah jalur energi dari bahan semikonduktor tersebut. Pada suatu tingkat arus kritis yang telah dilampaui, populasi pembawa minoritas pada kedua sisi sambungan mencapai tingkat tertentu dimana foton mulai bertumbukan dengan pembawa minoritas. Hal ini akan menyebabkan pembawa menjadi tidak stabil, sehingga pembawa akan berkombinasi dengan pembawa dari jenis yang berlawanan pada tingkat yang lebih tinggi. Proses ini akan menyebabkan terlepasnya dua foton dengan tingkat energi yang sama, dan terbentuklah sinar laser. Efek laser dari dioda semikonduktor dapat ditingkatkan dengan menempatkan suatu permukaan yang memantulkan pada setiap ujung dari daerah sambungan. 22 2.3.2

Resistor Resistor berasal dari to resist yang berarti menahan, resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi menahan arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian, dibuat dari bahan yang daya tahan hantarnya rendah, diantaranya karbon, kawat nikelin dan lain-lain. Resistan listrik satuannya ohm dengan ketentuan sebagai berikut :jika arus satu ampere mengalir melalui rangkaian yang mempunyai resistansi satu ohm maka beda potensial pada ujung – ujung rangkaian adalah satu volt. Dalam perhitungan besar arus yang mengalir melalui tahanan berlaku ohm adalah:

22

Albert Paul Malvino,PH.D.,E.E. Prinsip-Prinsip Elektronika. Salemba teknika, Jakarta, 2003 h.89.


I 

Keterangan :

E R

……….. (7)

I = Besar arus yang mengalir ( amper ) R = Besar tahanan ( Ohm ) E = Beda potensial ( Volt ) Jenis resistor tergantung dari bahan apa resistor itu dibuat, seperti : resistor karbon, wire wound resistor, film resistor dan lain-lain. Berdasarkan fungsi resistror terdiri dari resistor tetap dan resistor geser yang nilai tahanannya dapat dirubah-ubah ( variable resistor ). Pada gambar II.13 dibawah ini dapat dilihat penggambaran bentuk fisik dan simbol dari tahanan . R

R

Gambar 2.17 Simbol untuk Resistor (Sumber: Prinsip-prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino,PH.D,E.E.2003, hal.16) 2.3.3

Dioda

Terbuat dari bahan semikonduktor (silicon jenis N dan P) yang tersambung. Komponen ini dapat dialiri arus secara relative lebih mudah dalam satu arah serta sangat sukar dalam arah kebalikannya. Dioda terdiri dari dua terminal yang disebut anode (terminal +) dan katoda (terminal-). D

Gambar 2.18. Simbol Dioda (Sumber: Prinsip-prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino,PH.D,E.E.2003, hal.49)


Jika terminal anoda diberi tegangan lebih positif terhadap katoda dikatakan terhubung terhubung maju ( forward bias ) dan dalam kondisi ini arus akan dialirkan dengan mudah. Bila kebalikannya yaitu terminal katoda lebih positif dari terminal anoda dikatakan terhubung terbalik ( reverse bias ) maka arus akan sukar dilewati hingga pada batas tegangan tertentu hingga dioda tidak mampu menahan arus. Dengan adanya prinsip tersebut maka dioda dapat digunakan sebagai berikut 2:  penyearah arus dan tegangan listrik  pengaman arus dan tegangan listrik  pemblokir arus dan tegangan listrik Hampir setiap rangkaian elektronika, untuk mendapatkan arus searah digunakan dioda sebagai penyearah jika sumber tegangannya diambil dari arus bolak-balik. 2.3.4

Kapasitor Kapasitor adalah suatu komponen pasif yang terdiri dari dua keping konduktor yang dilapisi oleh penyekat yang disebut dielektrik. Nama dari kapasitor diambil dari dielektriknya seperti kapasitor elektrolit, karena dielektriknya menggunakan larutan elektrolit. C

CV

(a)

(b)

Gambar 2.19. Simbol Sirkit untuk Kapasitor Non elektrolitis yang tetap (a) dan yang Variabel (b) (Sumber: Prinsip-prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino,PH.D,E.E.2003, hal.28)


Kapasitor menyimpan muatan pada media elektriknya. Bila elektron terpisah dari masing-masing permukaan penghantar maka akan terdapat muatan pada dielektrik. Hal ini terjadi akibat muatan positif kehilangan elektron dan muatan negative mendapat elektron.  Pengisian kapasitor Adalah masuknya muatan listrik kedalam kapasitor, sehingga kapasitor bermuatan.

Gambar 2.20. a. Rangkaian Pengisian kapasitor b. Grafik Pengisian kapasitor (Sumber: Prinsip-prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino,PH.D,E.E.2003, hal.33) Dengan menutupnya saklar S1 maka arus mengalir memasuki kapasitor. Tegangan yang ada dikapasitor naik perlahan hingga sama besar dengan sumber tegangannya (Vs). dapat dilihat bahwa arus pengisian maksimum terjadi pada saat awal pengisian dan terus menurun sampai tegangan kapasitor sama dengan tegangan sumber.  Pengosongan kapasitor Terjadi bila catu daya dilepas dan dilakukan hubungan singkat pada kapsitor maka kapasitor akan membuang muatannya. Proses pengosongan hampir sama dengan pengisian kapasitor dengan cara membuka S1 dan menutup S2, maka arus mengalir dari salah satu sisi kapasitor yang mengandung muatan, dan


kembali kesisi yang lain. Ketika Vc turun sampai nol, arus juga nol. Hal ini dapat dilihat pada gambar II.17.

Gambar 2.21. a. Rangkaian Pengosongan kapasitor b. Grafik Pengosongan kapasitor (Sumber : Prinsip-prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino,PH.D,E.E.2003, hal.33) Waktu pengisian dan pengosongan Waktu yang dibutuhkan dipengaruhi oleh nilai resistansi dan kapasitansi yang dihubungkan antara resistor dan kapasitor yang dihubung secara seri. Rumus waktu konstan yang dibutuhkan23 : T = R .C Keterangan : T = Waktu konstan ( detik ) R = nilai resitansi ( ohm ) C = nilai kapasitansi ( farad )

23

Albert Paul Malvino,PH.D.,E.E. Prinsip-Prinsip Elektronika. Salemba teknika, Jakarta, 2003, hal.33


2.3.5

Catu Daya Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini disajikan prinsip rangkaian catu daya (power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada catu daya yang teregulasi. Penyearah (rectifier) Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 2.17 berikut ini. Transformator diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.

Gambar 2.22. Rangkaian Penyearah Sederhana (Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal 98) 40 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif ke beban RL. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar II.18.

Gambar 2.23. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh (Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal 100) Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai common ground.. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar.

Gambar 2.24. Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang dengan Filter C (Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal 113) 41 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Gambar 2.24 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar II.20 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor.

Gambar 2.25 Bentuk Gelombang dengan Filter Kapasitor Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal 115) Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus I yang mengalir ke beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple paling kecil. Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar II.18. Bisa juga dengan 42 http://digilib.mercubuana.ac.id/

menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar II.21 berikut ini.

Gambar 2.26 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Filter C (Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal 118) Sebagai contoh, dalam mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh. C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF. Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor.


2.3.6

Sensor Sensor yang akan dipakai adalah sensor cahaya menggunakan komponen phototransistror, phototransistor dibuat dari bahan yang sama seperti transistor biasa yaitu dari bahan semi konduktor kristal silicon atau germanium yang disusun tiga lapis , kecuali pada bagian atas nya terdapat jendela untuk sensor cahaya, terdapat dua macam yaitu Jenis PNP dan NPN. Dimana lapisan yang terletak ditengah disebut basis dan kedua sisi yang mengapitnya disebut kolektor dan emiter. photodiode berfungsi sebagai penerima cahaya. Photodioda inilah yang tahanannya dapat berubah-ubah tergantung dari intensitas pantulan cahaya dari LED yang mengenainya

Gambar 2.27. panjang gelombang yang dihasilkan oleh bahan photodioda yang berbeda terhadap pengliatan mata (Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal 121) 1.) Phototransistor sebagai saklar Phototransistor sebagai saklar digunakan untuk menyatakan dua keadaan, yaitu tinggi dan rendah. Pada rangkaian terintergrasi digital untuk menyatakan logika 1 dan prinsipnya memakai transistor sebagai saklar. Phototransistor dapat difungsikan sebagai saklar apabila phototransistor bekerja pada dua daerah operasi yaitu daerah saturation dan daerah cut off.


2.) Saturation region ( daerah saturasi ) Terjadi ketika operasi phototransistor didaerah jenuh kedua sambungan emitter – basis mendapat arah tegangan maju (forward bias), sehingga arus basis naik, kenaikan arus basis akan menyebabkan arus kolektor naik terus hingga titik jenuh, dimana arus kolektor tidak dapat naik lagi tegangan antara basis - emitter di sebut tegangan saturasi. a.) Cut off region ( daerah terpotong ) Operasi transistor dalam keadaan cut off menyebabkan transistor dalam kondisi terputus. Hubungan basis- emitter dan hubungan kolektor basis memperoleh arah tegangan mundur ( reverse bias ). Sehingga transistor menjadi padam ( tidak menghantar ). b.) Rangkaian saklar jenuh saklar phototransistor Gambar dibawah memperlihatkan rangkaian yang berfungsi sebagai sensor

cahaya

dimana

penguatan

tegangan

pada

phototransistor

berdasarkan intensitas cahaya yang diterima oleh phototransistor, apabila cahaya mengenai phototransistor maka phototransistor

menghantarkan

arus listrik ( conduct ), disebut keadaan ON dan sebalknya apabila phototransistor tidak mendapat cahaya maka phototransistor dikatakan dalam keadaan off atau tidak menghantarkan arus listrik.


Gambar 2.28. Sensor Phototransistor (Sumber: Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, hal.146) 2.3.7

Transistor Transistor dibuat dari bahan semi konduktor kristal silicon atau germanium yang disusun tiga lapis sehingga membentuk struktur PNP dan NPN, yang terbagi atas tiga bagian yaitu basis, kolektor dan emitor. Cara yang digunakan dalam pemberian tegangan trehadap transistor ada dua yakni forward bias (tegangan maju) dan reverse bias (tegangan mundur).

a. PNP

b. NPN

Gambar 2.29. Lambang Transistor (Sumber : Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003, h. 103 Yang dimaksud forward bias adalah: -

untuk transistor NPN kaki basis mendapat tegangan positif dari pada tegangan yang diberikan pada emitter.


-

untuk transistor PNP kaki basis mendapat tegangan negatif, sedangkan kaki emitter mendapat tegangan positif

Yang dimaksud reverse bias adalah -

untuk transistor NPN kaki basis mendapat tegangan positif, sedangkan kaki kolektor mendapat tegangan lebih positif

-

untuk transistor PNP kaki basis mendapat tegangan negatif, sedangkan kaki kolektor mendapat tegangan lebih negatif

1.) Transistor sebagai saklar Untuk mengoperasikan transistor sebagai saklar, transistor dioperasikan pada salah satu dari titik sumbat ( cut off ), jika transistor berada dalam keadaan kodisi saturasi, transistor tersebut seperti sebuah saklar yang tertutup dari kolektor ke emitter, jika transistor cut off, transistor seperti sebuah saklar yang terbuka. Dapat dilihat seperti gambar sebagai berikut:

Gambar 2.30. Transistor sebagai Saklar Saklar transistor yang akan dibuat sebaiknya didesain bekerja pada kondisi saturation. Saturation berarti arus basis diatur sehingga transistor berada pada daerah saturasi pada semuaharga dari 47 http://digilib.mercubuana.ac.id/

 dc. Untuk keadaan

temperature dan arus yang paling jelek, hampir semua transistor silicon sinyal kecil mempunyai  dc lebuh besar dari 10 . karena itu suatu pedoman desain untuk saturation adalah membuat agar arus basis sebesar kira kira 1/10 dari arus kolektor. Ini menjamin saturation pada semua kondisi kerja. Contoh pengunaan saklar transistor pada rangkaian penggerak relay: Kontak A dan B dari relai K1 adalah NO saat V1 = 0, saat V1 positif transistor saturasi K1 mendapat suplai ( energized), medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan relai membuat kontak A dan B tertutup. Dioda D1 digunakan untuk melindungi transistor saat tegangan input dilepaskan, saat transistor cut off, medan magnet kumparan terputus sehingga menimbulkan lonjakan negative yang besar (high negative voltage spike) yang dapat transistor. Lonjakan tegangan membuat D1 conduct dan memotong tegangan kolektor pada level aman. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam membuat saklar transistor 24: a.) memperhatikan beban b.) menentukan tegangan suplai c.) memilih transistor yang sesuai rating arus kolektor tegangan breakdown sekurang-kurangnya dua kali lebih besar dari karakteristik operasi.

24

Prinsip – Prinsip Elektronika, Albert Paul Malvino, 2003. Hal 104-108


d.) menentukan resistor droping jika tegangan suplai lebih besar dari tegangan yang dibutuhkan oleh beban maka perlu penambahan resistor droping (Rs) yang dipasang seri beban resistor.

Rs 

Vcc * VL * VC saturation Ic

e.) menentukan tegangan output jika rangkaian mempunay shunt load ( RL ), besar tegangan outpit (Vo) adalah: RL Vo  Vcc Rc  RL Jika tanpa shunt load Vo = Vcc

f.) menentukan nilai resistor beban Besar resistor kolektor dapat (Rc) adalah:

Rc 

RL (Vcc  Vo ) Vo

Besar arus kolektor dapat dihitung dengan rumus: Ic 

Vcc  VCE ( sat) Rc

Karena VCE (sat) mendekati nol maka dapat diabaikan g.) menentukan arus basis IB 

Ic Hfe


h.) menentukan resistor basis

RB 

V1  VBE In

Dimana VBE adalah tegangan drop dibasis emitter yang besarnya sekitar 0,7 v untuk transistor dari bahan silicon dan 0,3 volt untuk transistor dari bahan germanium. 2.4 Teori tentang relai Pada dasarnya relai terdiri dari sebuah lilitan kawat (kumparan, koil) yang terlilit pada sustu inti dari besi lunak. Apabila kumparan dilalui arus listrik, maka besi lunak berubah menjadi magnet. Magnet tersebut menarik atau menolak suatu lidah (pegas) dan akibat dari tarikan atau tolakan magnet adalah terjadinya kontak atau melepas kontak. Apabila kumparan dilalui arus, maka inti menjadi magnet. Inti ini menarik jangkar sehingga kontak antara B dan A terputus (terbuka), kontak antara B dan C menutup. Semua kontak terpakai terisolasi dari rangkaian kumparan.

Gambar 2.31. Salah satu bentuk konstruksi relay (Sumber : Sirkit Arus Searah, h. 5-64) 50 http://digilib.mercubuana.ac.id/

2.4.1 Relai Berdasarkan Susunan Kontaknya Berdasarkan susunan kontaknya relai dapat dibedakan menjadi empat jenis yaitu: 1.)

Normal terbuka (normaly open/NO) Relai normal terbuka adalah relai yang kontak-kontaknya tertutup bila relai diberi tegangan. Dalam keadaan relai tidak diberi energi, maka kontakkontaknya berada pada posisi terbuka.

2.)

Normal tertutup (normally closed/ NC) Relai normal tertutup adalah relai yang kontak-kontaknya akan terbuka apabila relai diberi energi, sedangkan dalam keadaan tidak diberi energi kontak-kontaknya berada pada posisi tertutup.

3.) Tukar sambung (change over/ CO) Relai tukar sambung adalah relai yang mempunyai kontak tengah yang normalnya tertutup, jika diberi energi kontaknya melepasnya diri dari dari posisi ini dan membuat kontak dengan posisi yang lain. 4.)

Dua kutub (bi-polar) Relai dua kutub adalah relai yang mempunyai dua kumparan dan mempunyai dua kondisi kerja. Jika tidak diberi arus, maka kontak B bebas, tidak mengontak kemana-mana. Kalau ada arus lewat kumparan I, kontak B mengontak kepada kontak A. Kalau ada arus lewat kumparan II, maka B mengontak kepada C.


(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.32. (a) Relai Normal Terbuka (NO) (b) Relai Normal Tertutup (NC) (c) Relai Tukar Sambung (CO) (d) Relai Dua Kutup (Bipolar) (Sumber: Sirkit Satu Searah, 1981) 2.4.2

Relai Berdasarkan Jumlah Kontaknya Relai berdasarkan jumlah kontaknya (banyaknya susunan dari kombinasi

kontak-kontaknya), dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu 25: 1)

Relai SPST (Single Pole Single Throw) Relai SPST mempunyai sebuah kontak dan hanya dihubungkan ke satu posisi hubungan saja.

2)

Relai SPDT (Single Pole Double Throw) Relai SPDT mempunyai sebuah kontak dengan dua posisi hubungan. Pada kondisi awal kontak terhubung ke satu posisi. Jika relai diberi energi, maka kontak akan membuka dan terhubung ke posisi lain.

25

Wasito S, Sirkit Arus Searah. Jakarta, 1981 PT. Karya Utama, h.60


3)

Relai DPST (Double Pole Single Trow) Relai DPST mempunyai dua buah buah kontak yang digerakan secara bersamaan terbuka atau tertutup dan masing-masing kontak mempunyai satu posisi hubungan.

4)

Relai DPDT (Double Pole Double Trow) Relai DPDT mempunyai dua buah kontak ditengah yang digerakan secara bersamaan. Masing-masing kontak mempunyai dua posisi hubungan. Pada kondisi awal masing-masing kontak terhubung pada satu posisi. Jika diberi satu energi, kontak akan membuka dari kondisi awal dan secara bersamaan terhubung ke posisi lain.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.33. Konfigurasi Kontak-Kontak Relai (a) Kontak Relai SPST (b) Kontak Relai SPDT (c) Kontak Relai DPST (d) Kontak Relai DPDT (Sumber: Sirkit Satu Searah, 1981)


2.4.3

Sifat-Sifat Relai

1) Perlawanan kumparannya. Besarnya perlawanan ini ditentukan oleh tebal kawat yang dipakai dan banyaknya lilitan. 2) Kuat arus yang diperlukan guna mengerjakan relai. Besar arus diberikan oleh pabrik. Relai dengan perlawanan kecil memerlukan arus besar, relai dengan perlawanan besar akan memerlukan arus yang lebih kecil. 3) Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan relai. Dari persamaan V = IxR, maka bisa disimpulkan tegangan ini sampai dengan kuat arus kali perlawanan relai. 4) Daya yang diperlukan untuk mengaktifkan relai. Daya tersebut sama dengan tegangan kali arus. 5) Banyaknya jumlah kontak. Jangkar dapat melepas atau menutup lebih dari satu kontak sekaligus. Oleh karena itu relai yang dijual dipasaran ada yang membuka atau menutup satu kontak saja, ada juga yang membuka atau menutup kontak sekaligus. Jarak antar kontak menentukan tingginya tegangan maksimum yang boleh berada diantara kontak itu.


2.5

Buzzer. Buzzer adalah komponen elektronika yang bekerja mengeluarkan bunyi saat mendapat tegangan dc yang sesuai dengan karakteristiknya. Komponen buzzer terdiri dari coil dan magnet tetap, magnet ini memberikan medan magnet yang kuat dan coil diletakkan dalam daerah medan magnet. Arus yang mengalir berubah-ubah pada coil menyebabkan medan magnet yang berubah-ubah juga disekitar coil, medan magnet ini lalu akan mempengaruhi medan magnet tetap. Sehingga coil tersebut terhubung dengan suatu lapisan getar, saat coil bergetar maka lapisan ini juga bergetar sehingga udara sekitar ikut bergetar, dan hal ini akan menghasilkan suara. Besarnya tegangan dc tergantung dari karakteristik buzzer tersebut.

Gambar 2.34. Buzzer (Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Buzzer)


2.6

Kayu Balsa Kayu balsa adalah kayu dari pohon balsa, tumbuhan asli dari Amerika Selatan, Ochroma pyramidale26. Saat ini produsen terbesar kayu balsa berasal dari Equador, Papua Nugini, dan Indonesia. Di pasar, kayu balsa dibagi atas tiga jenis berdasarkan kepadatannya, yaitu Light < 120 kg/m 3, Medium 120-180 kg/m3, dan Heavy >180 kg/m3. Balsa light biasanya digunakan untuk hobby dan aeromodelling, medium untuk kebutuhan komposit industri, sementara heavy sebagai subtitusi kayu keras dengan harga yang lebih murah dan penggunaan lebih luas. Kayu balsa untuk aeromodelling dipilih karena beratnya yang ringan, walaupun ada bagian-bagian tertentu dari pesawat balsa yang butuh struktur lebih kuat. Selain aeromodelling, kayu balsa juga banyak digunakan untuk membuat boat Radio Control dengan cara dilapisi resin atau coating sehingga tahan air dan lebih kuat. Saat ini para pengrajin banyak yang melirik lembaran kayu balsa karena sifatnya yang lentur dan mudah dikerjakan. Produknya berfariasi untuk box, gantungan kunci,undangan, ukiran, dan lainnya

26

D.V. Doyle, J.T. Drow and R.S. McBurney. Elastic Properties Of Wood, United States, 1962 h.75


Gambar 2.35. Kayu balsa (Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Kayu_balsa) Berat kayu. Berat suatu jenis kayu tergantung dari jumlah zat kayu yang tersusun, ronggarongga sel atau jumlah pori-pori, kadar air dan zat ekstraktif. Berat suatu kayu tergantung dari berat jenisnya.

Kelas berat Kayu Berat Jenis Contoh sangat berat > 0,90 kayu giam, balau Berat 0,75 – 0,90 Kulim Agak berat 0,60 – 0,75 Bintangur Ringan < 0,60 balsa, pinus Kekerasan kayu berhubungan dengan berat dan berat jenis kayu. Contoh kayu yang sangat keras : balau, giam, kayu besi, dll. Kayu keras, yaitu kulim, pilang, dll. Kayu sedang, yaitu : mahoni, meranti, dll. Kayu lunak, yaitu : pinus, balsa. 57 http://digilib.mercubuana.ac.id/

Kepadatan/kerapatan kayu, kepadatan kayu yaitu perbandingan antara berat kering oven dengan isi (volume) dari sepotong kayu. Kepadatan kayu mempengaruhi kekuatan kayu. Kepadatan kayu tergantung dari banyaknya dinding sel pada tiap satuan isi. Makin banyak selnya, dinding selnya banyak sehingga kepadatannya tinggi maka kekuatannya juga tinggi. Contoh : kayu gubal susunan selnya masih renggang sehingga kekuatannya lebih rendah dibandingkan kayu teras. Sifat mengembang dan menyusut Kayu akan mengembang bila kadar airnya naik dan menyusut bila kadar airnya berkurang. Besarnya pengembangan dan penyusutan tidak sama pada semua arah. Rata-rata besarnya pengembangan dan penyusutan pada arah tangensial : 4-14%, arah radial : 2 â€“ 8 %, arah axial : 0,1 â€“ 0,2 %. Sifat mekanik kayu meliputi : -

Kuat tarik, yaitu kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha menarik kayu itu. Kuat tarik kayu sejajar serat lebih besar dibandingkan kuat tarik tegak lurus serat.

-

Kuat tekan, yaitu kemampuan kayu dalam menahan beban tekan. Kuat tekan sejajar serat biasanya lebih besar dari kuat tekan tegak lurus serat.

-

Kuat geser, yaitu kemampuan kayu dalam menahan beban geser. Kuat geser sejajar serat biasanya lebih kecil dari kuat geser tegak lurus serat.

-

Kuat Lentur, yaitu kemampuan kayu dalam menahan beban lentur.

-

Kuat belah, yaitu kemampuan kayu dalam menahan beban yang berusaha membelah kayu.


2.7

Saklar Adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah.

Gambar 2.36. Saklar Toggle (Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Toggle_swicth) Secara sederhana, saklar terdiri dari dua bilah logam yang menempel pada suatu rangkaian, dan bisa terhubung atau terpisah sesuai dengan keadaan sambung (on) atau putus (off) dalam rangkaian itu. Material kontak sambungan umumnya dipilih agar tahan terhadap korosi. Kalau logam yang dipakai terbuat dari bahan oksida biasa, maka saklar akan sering tidak bekerja. Untuk mengurangi efek korosi ini, paling tidak logam kontaknya harus disepuh dengan logam anti korosi dan anti karat. Pada dasarnya saklar tombol bisa diaplikasikan untuk sensormekanik, karena alat ini bisa dipakai pada mikrokontroller untuk pengaturan rangkaian pengontrolan.


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents