PENGATURAN LAJU KAVITASI ULTRASONIK UNTUK MENGATUR KELEMBABAN RUANGAN BERBASIS PID Ultrasonic Cavitation Rate Settings to Adjust Indoor Humidity Based On PID
Pembimbing: 1. Dr. Muhammad Rivai S.T., M.T. 2. Ir. Harris Pirngadi, M.T.
Monika Putri Dewi 2207100143
KUALITAS UDARA DALAM RUANGAN
Parameter Kualitas Udara:
Kelembapan Suhu ruangan Polutan Pollen Bakteri dan Spora
Pengaruh Kualitas Udara: Kenyamanan lingkungan Kesehatan penghuni Produktivitas kerja penghuni
MEMPERBAIKI KUALITAS UDARA RUANGAN
Suhu Air Conditioner Heater
Kelembaban
Humidifier Exhaust Fan
Polutan, Pollen, Bakteri dan Jamur Ionizer Ozonizer
PERUMUSAN MASALAH a. Mengambil data suhu dan kelembaban ruangan secara digital dengan sensor SHT11 yang menggunakan koneksi two-wire b. Menentukan daya yang tepat untuk menghasilkan laju kavitasi yang cocok dari aktuator untuk kondisi suhu dan kelembaban di dalam ruangan bersuhu kamar yaitu sekitar 25ºC c. Mengatur daya aktuator pengkavitasi air minum mineral “Aqua” yang memanfaatkan pemancar ultrasonik dengan kontroler PID d. Membuat pembangkit tegangan DC yang dapat diatur hingga 24 Volt yang memiliki daya hingga 12 Watt dengan digital to analog converter untuk supply aktuator “Kris” Ultrasonic Aroma Diffuser.
TUJUAN TUGAS AKHIR INI Perbaikan kualitas udara dengan pengaturan kelembaban ruangan yang ideal sesuai dengan kebutuhan manusia. Agar respon lebih tepat maka diperlukan metode PID dalam mengatur daya transmitter ultrasonik untuk menyesuaikan laju kavitasi dengan kelembaban dan suhu ruangan saat itu.
METODOLOGI
Studi literatur (Jurnal, Datasheet, Textbook)
Prinsip dasar kelembaban udara Prinsip dasar ultrasonik Prinsip dasar kavitasi Prinsip kerja aktuator “Kris” Ultrasonic Aroma Diffuser Prinsip kerja sensor suhu dan kelembaban SHT11 Prinsip kerja mikrokontroler ATmega16a Prinsip kerja digital to analog converter Prinsip kerja pulse width modulator Prinsip kerja kontroler PID
Pengumpulan data (Daya Transduser Ultrasonik) Perancangan sistem Hardware (sensor, mikrokontroler, LCD, exhaust fan, aktuator pengavitasi ultrasonik, DAC, driver PWM, supply daya) Software (pengolahan data, kontrol PID, penampilan data, interaksi dengan transduser ultrasonik dan exhaust fan)
Pengujian alat dan analisa data (sistem sensor, mikrokontroler, display, transduser) Penyusunan laporan tugas akhir
RELEVANSI Diharapkan akan memberikan manfaat pada pengguna sistem penyejuk ruangan dengan membantu mengatur kelembaban ruangan secara otomatis Manfaat aplikasi pengembangan rancangan adalah tingkat kelembaban udara ruangan dapat terjaga sehingga seseorang yang berada dalam ruangan diharapkan akan merasa nyaman dan sejuk. Diharapkan dapat dilakukan pengaturan daya yang tepat agar didapatkan laju penguapan sesuai dengan yang diinginkan pengguna dan pembuat digital humidifier
KELEMBABAN Jumlah uap air di udara Udara lembab (humid air) ≠ "udara basah" (moist air) melainkan campuran uap air dan unsur-unsur lain dari udara, dan kelembaban didefinisikan dalam hal kadar air campuran ini, yang disebut kelembaban absolut. Kelembaban relatif yang tinggi mengurangi efektivitas berkeringat dalam pendinginan tubuh dengan mengurangi laju penguapan air dari kulit.
KELEMBABAN MUTLAK (ABSOLUT) Kelembaban mutlak berdasarkan panas adalah massa air dalam satuan volume udara. Unit paling umum adalah gram per meter kubik, meskipun setiap unit massa dan setiap satuan volume dapat digunakan. Kelembaban mutlak berdasarkan volume adalah massa uap air terlarut, mw, per meter kubik dari total udara lembab, Vnet.
Absolute Humidity
…………….(1)
Kelembaban mutlak berkisar dari 0 gram per meter kubik di udara kering sampai 30 gram per meter kubik (0,03 ons per kaki kubik) ketika uap jenuh pada 30°C Kelembaban absolut berubah seiring dengan perubahan tekanan udara Grafik kelembaban dalam g/kg atau kg/kg
KELEMBABAN RELATIF
Rasio dari tekanan parsial uap air (campuran gas udara dan uap air) dengan tekanan uap air jenuh pada suhu tertentu. Jumlah uap air di udara pada temperatur tertentu dibandingkan dengan uap air maksimum udara bisa menahan tanpa kondensasi, pada suhu tertentu. Kelembaban relatif dinyatakan sebagai persentase dan dihitung dengan cara berikut:
………………………………(2)
Dimana = tekanan parsial uap air dalam campuran gas p(H2O) p*(H2O) = saturasi uap tekanan air pada suhu campuran gas Φ = campuran gas kelembaban relatif sedang dipertimbangkan
PENGUKURAN KELEMBABAN
Perangkat pengukur kelembaban disebut
hygrometer atau psychrometer
Humidistat digunakan untuk mengatur kelembaban gedung dengan dehumidifier Pengukuran kelembaban berhubungan dengan termometer dan termostat untuk kontrol suhu Jarak jauh satelit
KENYAMANAN MANUSIA
Amerika Serikat Environmental Protection Agency mengutip Standar ASHRAE 55-1992, Kondisi Lingkungan termal untuk Hunian Manusia, yang merekomendasikan menjaga kelembaban relatif antara 30 dan 60%. Keputusan Menteri Kesehatan RI No. 261 Tahun 1998 Tanggal 27 Februari 1998 merekomendasikan kelembaban relatif 40% sampai 60% Manusia mengontrol suhu tubuh mereka terutama oleh berkeringat dan menggigil Pada kelembaban tinggi, berkeringat kurang efektif, dan kita merasa hangat Kelembaban terlalu tinggi kesulitan bernapas, kecemasan Pada kelembaban rendah, risiko peningkatan perdarahan dari hidung, terutama selama musim dingin Penyejuk udara bekerja dengan mengurangi kelembaban di musim panas Di musim dingin, pemanas udara dapat menurunkan kelembaban dalam ruangan di bawah 30%, menyebabkan ketidaknyamanan seperti kulit kering dan tingkat rasa haus berlebihan kelembaban relatif.
KAVITASI Pembentukan dan ledakan cepat dari rongga dalam cairan – yaitu zona bebas-cairan yang kecil (gelembung) – yang merupakan akibat dari gaya yang bekerja pada cairan Biasanya terjadi bila cairan dikenai perubahan tekanan yang cepat yang menyebabkan pembentukan rongga yang tekanannya relatif rendah Proses fisiknya mirip dengan pendidihan
KAVITASI VS MENDIDIH Perbedaannya adalah jalur termodinamika yang mendahului pembentukan uap Mendidih tekanan uap lokal dari cairan naik di atas sekitarnya dan hadir energi yang cukup untuk menyebabkan perubahan fase gas Kavitasi tekanan uap lokal turun cukup jauh di bawah tekanan uap jenuh, nilai diberikan oleh kekuatan tarik cairan pada suhu tertentu
RANCANG BANGUN ALAT Driver Pulse Width Modulator Sistem minimum
mikrokontroler AVR
Digital to analog converter
LCD
Sensor suhu dan kelembaban digital SHT 11
Uap air hasil kavitasi
Exhaust Fan
Exhaust Fan
Aktuator UAD Kris
SENSOR SUHU DAN KELEMBABAN SHT 11
Sensor SHT 11 tergolong dalam digital capasitive humidity sensor. Tipe SHT adalah chip tunggal modul multi sensor kelembaban relative dan suhu- yang memiliki sebuah output terkalibrasi. Penerapan proses CMOS industri dengan mikro-mesin yang telah dipatenkan (teknologi CMOSensÆ) menjamin kehandalan tertinggi dan stabilitas jangka panjang yang sangat baik. Perangkat ini mencakup elemen pendeteksi dari polimer kapasitif untuk kelembaban relative dan sebuah sensor suhu celah pita. Keduanya digabungkan dengan sempurna ke analog to digital converter 14-bit dan rangkaian antarmuka pada chip yang sama.
PROTOKOL DAN SEKUENS PENGUKURAN SHT 11
