OTOMATISASI KERAN DISPENSER MENGGUNAKAN SENSOR INFRA RED
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh:
ANDRI MICHAEL SEMBIRING GUNAWAN ADMAR PANJAITAN REJEKI PAKPAHAN
(1105051004) (1105051020) (1105051034)
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan bimbingan-Nya yang selalu menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan penulisan Laporan Tugas Akhir ini. Adapun Laporan Tugas Akhir yang berjudul “OTOMATISASI KERAN DISPENSER MENGGUNAKAN SENSOR INFRA RED”. Ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat bagi penulis untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Banyak kendala dan masalah yang dihadapi penulis dalam menyelesaikan laporan ini, namun atas bantuan dan pertolongan dari berbagai pihak, maka laporan ini dapat diselesaikan. Sudah selayaknya penulis mengucapkan rasa berterima kasih kepada : 1. M. Syahrudin, S.T, M.T, Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T, M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Ir. Abdul Razak, M.T, Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. 4. Ir. Roket Angkasa M.T, Dosen pembimbing penulis yang telah membantu penulis dengan memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan laporan ini. 5. Rihat Sebayang, S.T, M.T Kepala Laboratorium Teknik Konversi Energi Mekanik yang telah memberikan izin untuk meminjamkan alat. 6. Ir. Suprapto, Dosen wali EN-6B. 7. Seluruh staf pengajar Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. 8. Teman - teman yang ada di Energi khususnya EN-6B. 9. Buat seluruh keluargaku terimakasih atas dukungan dan doanya.
10. Secara khusus dengan tulus hati dan dengan rasa penuh hormat penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada Bapakku Halashon Pakpahan dan Mamaku Manta Sihombing kalianlah yang terbaik dalam hidupku. Buat Abang dan adikku tercinta ( Hombar M.R Pakpahan S.T, Simon Pakpahan, Diana Pakpahan, Imelda Pakpahan, Boston Pakpahan, Tumpal Pakpahan ) terimakasih dukungan dan doanya selama ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Tugas akhir ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki dari segi penyajian, bentuk maupun isinya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan laporan ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua yang membacanya.
Medan, 30 Agustus 2014 Hormat penulis,
Rejeki Pakpahan NIM : 1105051034
DAFTAR ISI
HALAMAN SPESIFIKASI TUGAS AKHIR. ................................................................ i LEMBAR PERSETUJUAN. ....................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN . ...................................................................... iii KATA PENGANTAR . ............................................................................... iv DAFTAR ISI . .............................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR. .................................................................................. ix DAFTAR TABEL. ...................................................................................... xi INTISARI. .................................................................................................. xii ABSTRACT. .............................................................................................. xiii
BAB I PENDAHULUAN…………………………………………...........1 A. Latar Belakang. .................................................................... 1 B. Tujuan Tugas Akhir. ............................................................ 2 C. Batasan Masalah................................................................... 2 D. Manfaat Tugas Akhir. .......................................................... 3 E. Metode Penulisan. ................................................................ 3 F. Sistematika Penulisan. .......................................................... 5 BAB II DASAR TEORI……………………………………………...........6 A. Dispenser Konvensional. ..................................................... 6 B. Inframerah. ........................................................................... 7 1. Perkembangan Awal Inframerah.......................... 9 2. Pengertian Inframerah. ....................................... 11
3. Teori Kerja Inframerah. ..................................... 13 4. Karakteristik Inframerah. .................................. .14 5. Sumber Inframerah............................................ .15 6. Jenis – jenis Inframerah ..................................... 16 7. Kegunaan Inframerah dalam Kehidupan. .......... 17 C. Transformator. .................................................................... 22 1. Sejarah Transformator........................................ 22 2. Prinsip Dasar Transformer. ................................ 23 3. Spesifikasi Teknis Transformator. ..................... 23 4. Prinsip Kerja. ..................................................... 24 5. Rugi – rugi Pada Transformer. ........................... 25 a. Rugi Arus Pusar (eddy current). ............ 25 b. Rugi Hysterisis. ...................................... 26 c. Rugi Tembaga. ....................................... 28 6. Efisiensi Transformer. ........................................ 29 D. Relay. ................................................................................. 29 1. Prinsip Kerja dan Simbol. .................................. 30 2. Jenis – jenis Relay. ............................................. 31 E. Solenoid Valve. .................................................................. 32 F. Dioda. ................................................................................. 33 BAB III PEMBAHASAN…………………………………………..........37 A. Alat dan Bahan Perancangan. ............................................ 37 B. Sistematika Kerja Alat. ...................................................... 39 C. Cara Kerja Inframerah........................................................ 40 D. Cara Kerja Rangkaian. ....................................................... 41 E. Gambar Pengujian Alat. ..................................................... 43
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN DATA PENGUJIAN...................45 A. Hasil Pengujian. ................................................................. 45 B. Analisa Pengujian............................................................... 46
BAB V PENUTUP…………………………………………………........49 A. Kesimpulan. ....................................................................... 49 B. Saran ................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Dispenser Konvensional............................................................ 6 Gambar 2.2. Cakupan warna yang memiliki gelombang terpanjang. .......... 11 Gambar 2.3. Gelombang Elektromagnetik................................................... 12 Gambar 2.4. Gelombang Sinus. ................................................................... 13 Gambar 2.5. Pancaran radiasi Inframerah pada tubuh manusia. .................. 15 Gambar 2.6. Warna dan keterangan suhu. ................................................... 16 Gambar 2.7. Tampilan sebuah rumah dari pendeteksi panas (Inframerah). 19 Gambar 2.8. Transfer rate komunikasi inframerah. ..................................... 20 Gambar 2.9. Transformasi Energi. ............................................................... 22 Gambar 2.10. Rangkaian Transformer.. ....................................................... 24 Gambar 2.11. Arus pusar yang berputar pada material inti.......................... 26 Gambar 2.12. Grafik hysterisis Iex terhadap Φ. .......................................... 27 Gambar 2.13. Relay yang tersedia di pasaran. ............................................. 30 Gambar 2.14. Skema relay elektromagnetik. ............................................... 30 Gambar 2.15. Rangkaian dan simbol logika Relay. ..................................... 31 Gambar 2.16. Gambar Simbol Dioda Beserta letak Anode dan Cathode. ... 33 Gambar 3.1. Solenoid Valve. ....................................................................... 37 Gambar 3.2. Sensor Infra Red Adjustable. .................................................. 37 Gambar 3.3. Transformator Step Down 3 A. ............................................... 38 Gambar 3.4. Dioda. ...................................................................................... 38 Gambar 3.5. Relay ....................................................................................... 38
Gambar 3.6. Alur Kerja Sistem Keran Dispenser Otomatis. ....................... 39 Gambar 3.7. Gambar Rangkaian Perangkat Keras Secara Keseluruhan. ..... 42 Gambar 3.8. Tampilan Depan Alat. ............................................................. 43 Gambar 3.9. Tampilan Belakang Alat.......................................................... 43 Gambar 3.10. Tampilan Komponen - Komponen Alat. ............................... 44 Gambar 3.11. Pengujian Alat Berdasarkan Material. .................................. 44 Gambar 3.12. Pengujian Alat Berdasarkan Warna. ..................................... 45
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil pengujian Gelas berdasarkan Material/Bahan. .................. 46 Tabel 4.2. Hasil pengujian Gelas berdasarkan Warna. ................................ 46 Tabel 4.3. Data-data hasil pengukuran tegangan. ........................................ 47
INTISARI Dispenser merupakan alat pemanas air yang diciptakan untuk memanaskan air minum. Perkembangan teknologi sekarang telah mengubah keran dispenser manual menjadi otomatis sehingga menambah keunggulannya. Dispenser otomatis ini dirancang agar penggunaannya semakin mudah. Dipenser ini memiliki konstruksi sederhana, yaitu memiliki sensor infra merah. Kerja sensor infra merah ini, pada saat gelombang inframerah dipotong oleh gelas atau wadah maka sensor akan mengirimkan sinyal tegangan ke relay sehingga coil pada relay akan terjadi fluks magnet. Kontaktor relay NO akan tertarik oleh coil sehingga akan menjadi NC dan solenoid mengalirkan air. Pada saat gelas hampir penuh gelombang inframerah akan dipantulkan melalui media air pada gelas dan akan mengenai fotodioda pada sensor sehingga memberikan arus balik (reverse) pada rangkaian dan akan menutup keran solenoid. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa sensor infra merah tidak dapat mendeteksi gelas yang berbahan material bening / tanpa warna dan gelas berbahan stainless stell. Kata kunci : air, otomatis, sensor infra merah
ABSTRACT Dispenser is created water heater to heat water. Technological developments have now changed manually tap into the automatic dispenser so increased his lead. Automatic Dispenser is designed to use more easily. Dipenser has a simple construction, which has infrared sensors. Work infrared sensors, when a wave infrared cut by glass or container, the sensor sends a voltage signal to the relay so that the relay coil in the magnetic flux will occur. NO relay contactor will be attracted by the coil so it will be NC and solenoid drain the water. By the time the glass is almost full infrared waves will be reflected through the medium of water on the glass and on the will of the photodiode sensors that provide backflow (reverse) on the circuit and will shut the faucet solenoid. From the experimental results showed that the infrared sensors can not detect a material made of clear glass / glass without color and made from stainless steel. Keywords: water, automatic, infrared sensors,
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Air merupakan kebutuhan utama manusia karena sekitar 70 % tubuh manusia terdiri dari air. Secara tradisional, masyarakat memenuhi kebutuhan air minumnya dengan cara merebus air hingga mendidih, kemudian menempatkannya di dalam teko atau semacamnya. Bagi masyarakat perkotaan yang sibuk banyak diantaranya beralih ke penggunaan galon dan dispenser sebagai tempat penyimpan dan pengambilan air minum. Selain lebih praktis, penyimpanan air di dalam galon dan dispenser dianggap lebih higenis dan dapat menyediakan air dalam kondisi panas, biasa (netral) dan dingin. Meskipun dianggap lebih mudah dan praktis penggunaan dispenser masih menyisakan beberapa keterbatasan, antara lain, pengguna masih harus mengeluarkan energi untuk menekan keran. Dispenser otomatis dapat dibuat dengan menggunakan sensor Infra Red Adjustable. Sensor Infra Red Adjustable ini dimanfaatkan untuk mendeteksi keberadaan (ada atau tidak adanya) cangkir di bawah keran. Tegangan keluaran Infra Red Adjustable digunakan untuk menggerakkan keran Solenoid Valve yang akan membuka. Selenoid akan menutup katup keran selama ± 1 detik. Dengan demikian, pengguna (users) cukup menyorongkan cangkir ke bawah keran, lalu air minum akan mengucur dan kemudian berhenti ketika cangkir di tarik kembali. Dengan metode ini pengguna tidak perlu lagi mengeluarkan energi untuk menekan keran agar air keluar dari dispenser. Penggunaan dispenser semakin dipermudah dengan adanya otomatisasi buka tutup keran dispenser. Dalam penelitian sebelumnya mengenai otomatisasi proses buka tutup kran dispenser yang dilakukan oleh Afrilian Sahal Mansur pada tahun 2011, dirancang dispenser yang dapat mengeluarkan air dengan volume serta suhu air secara tepat sesuai pilihan pengguna. Dispenser otomatis semacam ini banyak digunakan pada restoran berskala besar maupun restoran cepat saji di seluruh dunia. Kelemahan dispenser ini salah satunya gelas yang dapat diisi hanya gelas dengan volume-volume tertentu
umumnya dengan pembeda ukuran gelas : kecil, sedang, besar dan sangat besar. Penggunaan dispenser otomatis semacam itu tentunya kurang fleksibel untuk diaplikasikan pada penjual minuman atau restoran berskala kecil-menengah maupun rumah tangga karena gelas yang digunakan memiliki banyak variasi bentuk dan ukuran. Untuk mengatasi kelemahan dispenser manual tersebut, penelitian ini membahas perancangan dispenser pengisi gelas otomatis menggunakan sensor ultrasonik dan sensor posisi resistif yang mempermudah penyediaan air minum dalam gelas dan mengurangi resiko air tumpah. Dispenser yang dirancang menggunakan catu daya 220 VAC dengan keluaran berupa air suhu ruang dan air panas bersuhu 80°C. Dispenser dapat mengisi gelas berbagai ukuran dengan batasan tinggi gelas 4-17 cm. Proses pengisian air suhu ruang dilakukan dengan meletakkan gelas di bawah keran, sementara untuk pengisian air panas dengan meletakkan gelas di bawah keran lalu menekan tombol air panas.
B. Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan umum tugas akhir ini adalah memberikan kesempatan kepada mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan untuk memperluas wawasan mengenai masalah yang terjadi pada bidang-bidang tertentu dan dapat membandingkan materi yang diperoleh selama perkuliahan dengan keadaan sebenarnya. Adapun tujuan khusus dari penulisan laporan ini adalah : 1. Untuk mengaplikasikan dispenser manual ke otomatis 2. Untuk mengefisienkan dan memudahkan sistem penyimpanan air. 3. Otomatisasi hanya diterapkan pada keran air dingin saja.
C. Batasan Masalah Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis memfokuskan pada kajian dan analisa sebagai berikut: 1. Penulis tidak membahas dan memaparkan tentang perhitungan panas yang dihasilkan heater pada dispenser.
2. Penulis tidak membahas tentang perhitungan sistem kelistrikan karena hanya digunakan untuk mengetahui kemampuan sensor saja. 3. Penulis tidak membahas tentang perhitungan kelistrikan yang dihasilkan Transformator Step Down 4. Sensor yang digunakan adalah Sensor Infrared Adjustable
D. Manfaat Tugas Akhir Pembuatan Otomatisasi dispenser ini dibuat agar dapat memudahkan masyarakat dalam pengkomsumsian air minum dari dispenser dan nantinya dapat diterapkan dalam aplikasi lainnya. Manfaat Perancangan Otomatisasi Keran Dispenser menggunakan Sensor Infra Red Adjustable ini adalah : 1. Terciptanya sebuah teknologi baru dalam pengotomatisasian pada aplikasi lainnya. 2. Memberikan kemudahan pada masyarakat dalam pengkomsumsian air minum. 3. Memberikan pengalaman kepada mahasiswa dalam membuat dan terlibat dalam proyek ilmiah.
E. Metode Penulisan Metode Penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Metode Penyusunan Akademis a. Metode Bimbingan Metode ini bertujuan untuk mendapatkan pengarahan dari Dosen Pembimbing dalam penyusunan sistematik laporan tugas akhir dan bentuk yang baik serta koreksi dan masukan materi selama proses pembuatan dan penyusunan tugas akhir.
b. Studi Kepustakaan Metode ini digunakan untuk memperoleh informasi yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang dapat diambil dari literatur dan digunakan sebagai referensi. 2. Metode Pelaksanaan Program Dalam perancangan alat “Perancangan Otomatisasi Keran Dispenser menggunakan Sensor Infra Red Adjustable”, penulis menerapkan beberapa metode pelaksanaan penelitian, yaitu: a. Rancangan Konseptual Rancangan konseptual adalah suatu rancangan awal yang berupa gambar sketsa dasar perancangan yang didasarkan pada pemahaman konsep-konsep otomatisasi untuk memecahkan masalah. Tahap ini didahului dengan identifikasi masalah yang dihadapi, kemudian menumbuhkan struktur fungsi dari masing-masing blok komponennya dan akhirnya menentukan cara yang paling tepat dan efektif. b. Rancangan Tata Letak Gambar-gambar sketsa rangka dan rangkaian mekanik yang sudah jadi kemudian dianalisa untuk menentukan tata letak sensor yang terbaik agar alat tersebut dapat bekerja dengan efektif. c. Rancangan Detail Tahap pembuatan rancangan detail yang sebelumnya dilakukan optimalisasi konsep dasar, tata letak dan bentuk, penyiapan daftar komponen gambar
dan dokumen produksi. Dan terakhir yaitu penyiapan
kerja
disertai
dengan
bahan
komponen
yang
sudah
diperhitungkan keamanannya berdasarkan kekuatan bahan. d. Persiapan Alat dan Bahan Proses ini dimulai setelah selesainya rancangan detail. Alat-alat dan bahan yang diperlukan disiapkan secara keseluruhan, sehingga proses pembuatan prototipe terlaksana secara sempurna.
e. Pembuatan Alat Persiapan yang telah direncanakan dilaksanakan sesuai rancangan yang dibuat, kemudian membuat rangka komponen, merakit semua komponen lalu diuji kinerja. Bila dalam proses ini ada suatu kesalahan atau kekurangan pada alat, maka akan dilakukan perbaikan sampai alat ini dapat berfungsi dengan baik. f. Pengujian Alat Perancangan Otomatisasi Keran Dispenser menggunakan Sensor Infra Red Adjustable diuji pada waktu dan tempat tertentu.
F. Sistematika Penyusunan Untuk memperoleh gambaran tentang isi dari tugas akhir ini maka akan dikemukakan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang Latar Belakang, Tujuan Penulisan Tugas Akhir, Batasan Masalah, Manfaat Tugas Akhir, Metodologi dan Sistematika Penyusunan. BAB II TEORI DASAR Berisi tentang pendekatan teoritis baik yang bersumber dari acuan pustaka maupun analisis penulis sendiri, dan disertai pertimbangan pemilihan bahan. BAB III PEMBAHASAN Berisi tentang Alat dan Bahan Perancangan, Langkah-Langkah Perancangan, Cara Kerja Rangkaian dan Gambar Hasil Perancangan. BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Berisi tentang penjelasan berkaitan dengan objek setelah melaksanakan pengujian. BAB V PENUTUP Berisi kesimpulan dan saran.
