PERANCANGAN SISTEM PENGENDALI TEMPERATUR AIR BERDASARKAN PRINSIP SHUTDOWN VALVE PADA KOMPOR GAS TUGAS AKHIR
Oleh : Wahyu Rahman NPM : 12321017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WIJAYA PUTRA 2013
PERANCANGAN SISTEM PENGENDALI TEMPERATUR AIR BERDASARKAN PRINSIP SHUTDOWN VALVE PADA KOMPOR GAS TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Universitas Wijaya Putra Surabaya
Oleh : Wahyu Rahman NPM : 12321017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WIJAYA PUTRA 2013
HALAMAN PERSETUJUAN
NAMA
: Wahyu Rahman
NPM
: 12321017
FAKULTAS
: TEKNIK
PROGRAM STUDI
: TEKNIK MESIN
JUDUL
: PERANCANGAN SISTEM PENGENDALI TEMPERATUR AIR BERDASARKAN PRINSIP SHUTDOWN VALVE PADA KOMPOR GAS
DISETUJUI DAN DITERIMA Oleh : PEMBIMBING
(Slamet Riyadi, ST., MT)
LEMBAR PENGESAHAN Telah diterima dan disetujui oleh tim penguji Tugas Akhir serta dinyatakan LULUS. Dengan demikian Tugas Akhir ini dinyatakan sah untuk melengkapi syarat-syarat mencapai gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Universitas Wijaya Putra Surabaya.
Surabaya,.................2013
Tim Penguji Tugas Akhir : 1. Ketua
: Slamet Riyadi., ST., MT
(..............................)
2. Penguji
: 1. .............................
(..............................)
2..............................
(..............................)
ABSTRAK
Memasak air merupakan hal mudah dan sering kita alami dalam seharihari. Hal ini lebih sering di alami oleh ibu rumah tangga. Memasak air akan menjadi masalah jika di tinggal terlalu lama oleh para ibu atau yang lain untuk melaksanakan kegiatan diluar dapur sehingga terlambat untuk mamatikan kompor, dampak dari kelalaian ini akan berdampak merugikan dikalangan ibuibu, seperti halnya volume air yang dimasak akan berkurang banyak atau bahkan sampai habis hingga dapat merusak alat masak, besar kecilnya volume yang berkurang akan berbanding lurus dengan berapa lama waktu tidak segera mematikan kompor. Prinsip kerja alat ini, bekerja melalui sensor. Saat suhu tercapai, sensor akan mengirim sinyal ke controller. Controller akan mengendalikan actuator sehingga katup pengaman (shutdown valve) dapat bekerja. Sistem ini dapat pula dilengkapi dengan alarm sehingga pengguna dapat mengetahui bahwa pekerjaannya telah selesai. Di awal proses berjalan kondisi katup pengaman dalam keadaan terbuka (normally open). Dengan adanya sistem ini diharapkan ibu-ibu dapat melakukan aktifitas yang lain secara bersamaan tanpa terganggu harus mematikan kompor saat air telah mendidih. Kata kunci : sensor suhu, controller, solenoid valve, actuator, buzzer
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena hanya atas limpahan rahmat & karuniaNya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tak terhingga kepada : 1. Orang tua, istri, keluarga besar yang selalu mendukung dan mendorong semangat untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bpk Slamet Riyadi, ST, MT selaku Dosen Pembimbing dan Dekan Fakultas Teknik Universitas Wijaya Putra Surabaya yang telah memberikan kesempatan dan membantu kelancaran dalam penulisan Tugas Akhir ini. 3. Semua pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, sehingga sangat diharapkan saran dan masukan yang dapat mendukung penyempurnaan penulisan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap bahwa tugas akhir ini dapat bermanfaat dan berguna bagi kita semua.
Surabaya, 8 Juli 2013 Penulis
ii
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR TIM PENGUJI ABSTRAK ………………………………………………………………………………………………………….… i KATA PENGANTAR ………………………………………………………………………………………….... ii DAFTAR ISI ……………………………………………………………………………………………………….. iii DAFTAR GAMBAR …..…………….…………………………………………………………………………… v DAFTAR DIAGRAM ….……………………………………………………………………………………….. vi DAFTAR TABEL …………………………………………………………………………………………..……. vii DAFTAR GRAFIK ………………………………………………………………………………………..….… viii DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………………………………………….. ix BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Masalah …………………………………………………………….. 1
1.2
Perumusan Masalah ..………………………………………………………………… 3
1.3
Batasan Masalah ………….....………………………………………………………… 3
1.4
Tujuan Penelitian ………………………………………………………………………. 3
1.5
Manfaat Penelitian …..……………………………………………………………….. 4
1.6
Sistematika penulisan.……………………………………………………………….. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Sistem Pengendalian …………………………………………………………………. 6
iii
2.2
Metoda Pengaturan .…………………………………………………………………. 7 2.2.1 Kontrol ON-OFF (Kontrol Dua posisi) …..…………………………. 7
2.3
Sensor ..……………………………………………………………………………………. 10 2.3.1 Sensor Suhu ..……………………………………………………………….. 11
2.4
Temperature Control ……………………..………………………………………… 13
2.5
Actuator …..……………………………………………………………………………… 14
2.6
Buzzer …………………………………………………….……………………………….. 17
2.7
Saklar …………………………………………………….………………………………... 17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1
Studi Literatur .………………………………………………………………………… 19
3.2
Perancangan Sistem ……………………………………………………..…………. 19
3.3
Function Test …………………………………………………………………………… 21
3.4
Pengolahan Data ……………………………………………………………………… 21
3.5
Penyusunan & Penuisan Laporan …………………………………………….. 21
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1
Data Penelitian ………………………………………………………………………… 22
4.2
Pengujian Rangkaian Catu Daya ………………………………………………. 24
4.3
Pengujian Sensor, Kontroller dan Rangkaian ………………………….… 27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan …………………………………………………..…………………………. 34
5.2
Saran ……………………………………………………………………………………….. 34
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………………………………………… 35
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram blok …..…………………………………………………………………………….. 2 Gambar 2.1 Unsur-unsur sistem kendali .………………………………………………………..… 6 Gambar 2.2 Diagram blok …..……………………………………………………………………………. 7 Gambar 2.3 Kontroller beroperasi otomatis ..……………………………………………………. 8 Gambar 2.4 Diagram blok controller on-off…..…………………………………………………… 8 Gambar 2.5 Katup elektomagnet .….………………………………………………………………… 9 Gambar 2.6 Kurva tinggi versus t untuk sistem ……………………………………………….. 10 Gambar 2.7 Simbol Relay …..………………………………………………………………………..…. 15 Gambar 2.8 Konstruksi pada relay …..……………………………………………………………… 15 Gambar 2.9 Selenoid Valve ..…………………………………………………………………………… 16 Gambar 3.2 Diagram blok sistem ….………………………………………………………………….19 Gambar 3.3 Ilustrasi alat .…..…………………………………………………………………………… 20
v
DAFTAR DIAGRAM
Diagram 3.1 Alir Penelitian ……………………………………………………………………………… 18
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel data power supply +12 volt ……………………………………………………. 25 Tabel 4.2 Tabel data error power suppy +12 volt ……………………………………………. 26 Tabel 4.3 Tabel pengujian akurasi temperature ……………………………………………… 27 Tabel 4.4 Tabel hasil pengujian presisi di 37°C …..……………………………………………. 28 Tabel 4.5 Tabel hasil pengujian presisi di 60°C …..……………………………………………. 29 Tabel 4.6 Tabel hasil pengujian presisi di 100°C …….……………………………………….. 30 Tabel 4.7 Tabel hasil pengujian error …...……………………………………………………...... 30 Tabel 4.8 Tabel data respon pengendalian ………..……………………………………………. 32
vii
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik data power supply +12 volt ………………………………………………….. 25 Grafik 4.2 Grafik data error power supply +12 volt …………………………………………. 26 Grafik 4.3 Grafik hasil pengujian akurasi temperature ………………………..……..….. 28 Grafik 4.4 Grafik hasil pengujian presisi di 37°C ……………………………………….……… 28 Grafik 4.5 Grafik hasil pengujian presisi di 60°C ……………………………………….…….. 29 Grafik 4.6 Grafik hasil pengujian presisi di 100°C ……..…………………………………….. 30 Grafik 4.7 Grafik hasil error di 35°C ……………………….……………………………………….. 31 Grafik 4.8 Grafik hasil error di 55°C ……………………….……………………………………….. 31 Grafik 4.9 Grafik hasil error di 85°C ……………………….……………………………………….. 32 Grafik 4.10 Grafik respon pengendalian .……………….……………………………………….. 32
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Process Flow Diagram. Lampiran 2 Pengujian kepresisian dan pengujian sistem kendali. Lampiran 3 Trial alat dan solenoid valve Lampiran 4 Thermostat Lampiran 5 Jurnal Lampiran 6 Lembar konsultasi tugas akhir
ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Masalah Memasak air merupakan hal mudah dan sering kita alami dalam sehari-hari. Hal ini lebih sering di alami oleh ibu-ibu rumah tangga. Memasak air akan menjadi masalah jika di tinggal terlalu lama oleh para ibu atau yang lain untuk melaksanakan kegiatan diluar dapur sehingga terlambat untuk mamatikan kompor, dampak dari kelalaian ini akan berdampak merugikan dikalangan ibu-ibu, seperti halnya volume air yang dimasak akan berkurang banyak atau bahkan sampai habis hingga dapat merusak alat masak, besar kecilnya volume yang berkurang akan berbanding lurus dengan berapa lama waktu tidak segera mematikan kompor. Dampak lain dari kelalain tidak segera mematikan kompor adalah secara tidak sadar kebutuhan ibu-ibu untuk memasak akan bertambah untuk tiap bulannya karena banyak bahan bakar / gas yang terbuang siasia dan hal ini sedikit banyak akan mempengaruhi cash flow dari keuangan ibu-ibu. Untuk mengatasi permasalahan yang dihadapi ibu-ibu diatas adalah dengan membuat sistem otomatisasi atau kendali kontrol saat proses
1
memasak air. Sistem ini akan menerapkan sistem kerja shutdown valve (katup pengaman). Sistem kendali ini menerapkan sistem kendali terbuka atau lebih dikenal dengan open loop diagram. Di bawah ini adalah diagram blok yang akan digunakan perencanaan alat tugas akhir ini. Alarm
Set Point
+
Controller
Relay
Selenoid valve
Sistem
Sensor Gambar 1.1 Diagram blok
Prinsip kerja alat ini, bekerja melalui sensor. Saat suhu tercapai, sensor akan mengirim sinyal ke controller. Controller akan mengendalikan actuator sehingga katup pengaman (shutdown valve) dapat bekerja. Sistem ini dapat pula dilengkapi dengan alarm sehingga pengguna dapat mengetahui bahwa pekerjaannya telah selesai. Di awal proses berjalan kondisi katup pengaman dalam keadaan terbuka (normally open). Dengan adanya sistem ini diharapkan ibu-ibu dapat melakukan aktifitas lain secara bersamaan tanpa terganggu harus mematikan kompor saat air telah mendidih.
2
1.2.
Perumusan Masalah Secara umum penelitian ini bertujuan untuk otomatisasi saat memasak air, saat suhu air sudah mendidih tidak perlu mematikan kompor secara manual. Terkait dengan masalah diatas maka penelitian ini mempunyai tujuan khusus sebagai berikut : 1.2.1 Bagaimana temperature dapat bekerja untuk mematikan kompor. 1.2.2 Bagaimana alat bisa bekerja untuk mematikan kompor.
1.3.
Batasan Masalah Dalam melakukan pembuatan alat mematikan kompor secara otomatis saat memasak air ini, kami memiliki beberapa batasan masalah, diantaranya sebagai berikut : 1.3.1 Menentukan temperatur sebagai sensor memasak. 1.3.2 Alat yang digunakan memiliki nilai ekonomis.
1.4.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.4.1 Mengetahui cara kerja dari temperature 1.4.2 Mengetahui cara kerja dari alat untuk mematikan kompor secara otomatis.
1.5.
Manfaat Penelitian Manfaat yang bisa diperoleh dari penelitian ini adalah :
3
1.5.1 Mengetahui cara kerja dari alat yang menggunakan cara kerja otomatis/instrumen. 1.5.2 Menghemat bahan bakar gas lpg karena waktu yang dibutuhkan untuk memasak air lebih optimum. 1.5.3 Waktu memasak air sesuai dengan kebutuhan sehingga terhindar dari kerusakan panci dan sejenisnya karena lupa mematikan kompor. 1.5.4 Hemat waktu sehingga setelah menyalakan kompor dapat ditinggal untuk mengerjakan pekerjaan yang lain tanpa khawatir lupa untuk mematikan kompor. 1.6.
Sistematika Penulisan Sistematika penyusunan di tugas akhir ini sangat dibutuhkan sehngga dapat mempermudah dalam pembahasan. Secara umum sistematika penulisan di tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Bab I Pendahuluan : Bab ini berisi uraian mengenai : latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup, metode pendekatan, sistematika penulisan. Bab II Landasan Teori : Bab ini berisi uraian mengenai : latar belakang teori yang di jadikan permasalahan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
4
Bab III Metode Penelitian : Bab ini berisi uraian mengenai : membahas cara melakukan penelitian mengenai proses perancangan sistem kendali. Bab IV Penyajian Data dan Analisa : Bab ini berisi mengenai : membahas tentang pengumpulan data dan pengolahan data hasil pengamatan yang sesuai dengan ada di lapangan Bab V Kesimpulan dan Saran : Bab ini berisi uraian mengenai : pemecahan masalah dan saransaran perbaikan yang di harapkan dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca.
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sistem Pengendalian Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (parameter) sehingga berada pada suatu harga range tertentu. Istilah lain sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrolan (Pakpahan, 1988). Sistem kontrol memiliki 3 unsur yaitu input, proses dan output. Input pada umumnya berupa sinyal dar sebuah transducer, yaitu alat yang dapat merubah besaran fisik menjadi besaran listrik. Untuk proses dapat berupa rangkaian kendali yang menggunakan peralatan yang dirangkai secara listrik atau berupa suatu sistem kendali yang dapat di program. Input
PROSES
Output
Gambar 2.1 Unsur-unsur sistem kendali
Sistem kontrol dibagi menjadi 2 yaitu sistem kendali terbuka dan sistem kendali tertutup. Dalam tugas akhir ini sistem yang digunakan adalah sistem kendali terbuka. Dimana
proses pengendaliannya
mempengaruhi output yang dihasilkan. Sistem ini juga dikenal sebagai control sekuensial. Di sistem ini beberapa operasi dilakukan secara
6
otomatis langkah demi langkah sesuai dengan urutan yang telah ditentukan. Gangguan
Peralatan Kendali
Setting
Sistem yang dikendalikan
Output
Gambar 2.2 Diagram blok sistem kendali terbuka
Secara umum sistem kontrol dikenal dengan sistem kontrol manual dan sistem kontrol otomatis. Sistem kontrol manual adalah sistem yang sepenuhnya tergantung pada kemampuan manusia untuk memperoleh hasil kinerja seperti di inginkan. Sistem ini kebalikan dari sistem kontrol otomatis. 2.2. Metoda Pengaturan Metoda pengaturan atau aksi control dasar yang biasa digunakan pada controller analog industri : aksi control dua posisi atau on-off, proposional (P), Integral (I), proposional di tambah integral (PI), proposional ditambah turunan (derivative) (PD) dan proposional ditambah integral ditambah turunan (PID). Sistem pengaturan yang terbaik untuk tugas akhir ini menggunakan aksi control dua posisi atau on-off. 2.2.1 Kontrol ON-OFF (Kontrol Dua Posisi) Di sistem control dua posisi, elemen pembangkitnya memiliki posisi
tertentu yaitu on dan off. Kontrol ini banyak digunakan dan
7
tidak mahal. Ambil sinyal keluaran dan controller u(t) tetap pada salah satu nilai maksimum atau minimum tergantung apakah sinyal pembangkit kesalahan positif atau negative, sehingga : u (t) = U1
untuk e(t) > 0
= U2
untuk e(t) < 0
dengan U1 dan U2 konstan. Nilai minimum U2 biasanya nol atau – U1. Kontroller pneumatic proposional dengan penguatan yang sangat tinggi beraksi sebagai controller dua posisi dan kadang kadang disebut kontroler pneumatic dua posisi.
Gambar 2.3 Kontroler beroperasi otomatis
Gambar 2.4 (a) Diagram blok kontroler on-off; (b) diagram blok kontroler on-off dengan jurang diferensials
8
Gambar 2.4 (a) dan (b) menunjukkan diagram blok kontroler dua posisi. Daerah dengan sinyal pembangkit kesalahan yang digerakkan sebelum terjadi switching disebut jurang diferensial. Jurang diferensial ditunjukkan pada Gambar 2.4(b). Suatu jurang diferensial menyebabkan keluaran kontroler u(t) tetap pada nilai awal sampai sinyal pembangkit kesalahan telah bergerak mendekati nilai nol. Dalam beberapa kasus jurang diferensial terjadi sebagai akibat adanya penghalang yang tidak dikehendaki dan gerakan yang hilang, sering juga hal ini dimaksudkan untuk mencegah operasi yang berulang-ulang dan mekanisme on-off. Tinjau sistem kontrol tingkat cairan pada Gambar 2.5(a) dengan katup elektromagnet seperti pada Gambar 2.5(b) digunakan untuk mengontrol laju aliran masuk. Katup ini bisa dalam posisi terbuka atau tertutup. Dengan sistem kontrol dua posisi ini, laju aliran masuk dapat positif, tetap, atau nol.
Gambar 2.5 (a) Sistem tingkat cairan, (b) katup electromagnet
Seperti pada Gambar 2.6, sinyal keluaran secara terusmenerus bergerak antara dua batas yang diperlukan untuk membuat elemen pembangkit bergerak dari satu posisi ke posisi
9
lainnya. Perhatikan bahwa kurva keluaran berikut mengikuti satu dan dua kurva eksponensial, satu berhubungan dengan kurva pengisian dan satu kurva pengosongan. Osilasi keluaran antara dua batas merupakan karakteristik tanggapan khusus dari sistem kontrol dua posisi.
Gambar 2.6 Kurva tinggi h(t) versus t untuk sistem
Dari Gambar 2.6, diketahui bahwa amplitudo osilasi keluaran dapat
direduksi
dengan
mengurangi
jurang
diferensial.
Pengurangan jurang diferensial menambah nilai penghubung on-off per menit dan mengurangi waktu hidup komponen. Besaran jurang diferensial harus ditentukan dari pengamatan seperti ketepatan yang diperlukan dan waktu hidup komponennya. 2.3. Sensor Pengertian dari sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Sensor merupakan jenis transducer yang digunakan untuk mengubah variasi, magnetis, panas, sinar
10
dan kimia menjadi tegangan / arus listrik. Sensor merupakan elemen yang bertugas memonitor keadaan objek yang dikendalikan. Sensor merupakan elemen yang bertugas memonitor keadaan objek yang dikendalikan dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses. 2.3.1. Sensor Suhu Dalam tugas akhir ini sensor yang digunakan adalah sensor suhu. Suhu menyatakan panas atau dinginnya sesuatu. Semakin panas suatu benda semakin tinggi suhunya (Sears dan Zemansky, 1991:354). Pada tahun 1821 ahli fisika Jerman, Estonian Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa suatu konduktor apapun (misalnya metal) akan menghasilkan suatu tegangan (voltage) ketika diberikan gradient thermal. Peristiwa ini di kenal sebagai efek Seebeck atau efek termoelektrik. Ada beberapa macam sensor suhu yang biasa digunakan, untuk tugas akhir ini menggunakan dari jenis thermocouple. Kelebihan dari thermocouple adalah : •
Biaya pengadaan awal rendah
•
Tidak ada bagian yang bergerak
•
Range pengukuran lebar (0O F - 5000 O F)
•
Respon waktu singkat / pendek
•
Repeatability cukup baik.
11
Thermocouple adalah dua logam yang didekatkan yang apabila
terpapar
oleh
kalor
dengan
suhu
tertentu
akan
menghasilkan beda potensial. Perubahan suhu dapat memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap proses. Thermocouple merupakan jenis logam yang berbeda disatukan salah satu ujungnya dan ujung tersebut dipanaskan maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung yang lain, hal ini diakibatkan oleh kecepatan gerak elektron dari dua material yang berbeda daya hantar panas sehingga mengakibatkan beda potensial. Thermocouple dibangun berdasarkan Asas Seebeck. Ada beberapa tipe thermocouple dan tergantung dari penggunaannya, yaitu : a. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy) Termokopel ini lebih murah dan lebih umum. Rentang suhu −200 °C hingga 1200 °C b. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy) Lebih cocok digunakan pada suhu rendah. Output yang besar 68 µV/°C. c. Tipe J (Iron / Constantan) Rentangnya −40 °C hingga 750 °C.
12
2.4. Temperature Control Temperature control adalah alat yang dapat mengukur atau mengontrol besarnya suhu yang terdapat pada suatu benda, bidang atau ruang, untuk diproses lebih lanjut. Keluaran dari temperature control dapat kita hubungkan ke perangkat listrik lainnya seperti relay, magnetic contactor, solenoid valve dll sesuai dengan keperluannya. Besarnya nilai suhu yang diukur akan ditampilkan pada display yang terdapat pada temperature control lalu dibandingkan dengan nilai suhu yang diinginkan atau set point. Input atau masukan pada umumnya menggunakan sensor temperature berupa thermocouple, dihubungkan langsung ke terminal input dari temperature control atau bisa juga masukan berupa signal tegangan atau arus yang berasal dari perangkat lain seperti transducer dll, besarnya nilai arus signal antara 4 – 20 ma. Output atau keluaran dari temperature control dapat berupa signal arus (analog) at berupa kontak relay yang siap dihubungkan dengan perangkat control yang lainnya. Cara kerja temperature control pada umumnya mempunyai set point atau batasan nilai suhu yang akan kita masukan kedalam parameter didalamnya. Ketika nilai suhu benda (nilai aktual) yang diukur melebihi set point beberapa derajat maka outputnya akan bekerja.
13
2.5. Actuator Actuator bisa disebut dengan penggerak, sedangkan pengertiannya adalah elemen atau alat yang merubah energi dari energi listrik ke energi mekanik. Fungsi dari alat ini adalah sebagai proses lanjutan dari keluaran suatu proses olah data yang dihasilkan oleh suatu sensor atau controller. Berikut adalah beberapa tipe actuator dan prinsip kerjanya seperti : a. Relay Owen Bishop (2004:55) menyatakan relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah kumparan tengah rendah yang dililitkan pada sebuah inti, terdapat sebuah armature sebuah besi yang akan tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati kumparan. Armatur ini terpasang pada sebuah tuas pegas. Ketika armatur tertarik menuju ini, kontak jalur bersama akan merubah posisinya dari kontak normal tertutup ke kontak normal terbuka. Sedangkan Rusmadi, Dedy (1999 : 64) menyatakan bahwa relay adalah sebuah saklar elektromagnetik yang prinsip kerjanya menggunakan asas kumparan listrik. Prinsip kerja dari relay adalah sebagai berikut. Sebuah kumparan yang berintikan sebuah lempengan ini. besi lunak yang apabila dialiri listrik, maka lempengan besi lunak tersebut akan menjadi magnet.
14
Magnet tersebut menarik atau menolak pegas kontak sebuah alat penghubung dan akibatnya akan terjadi kontak dan lepas kontak dari alat penghubung tersebut. Fungsi dari relay adalah untuk menghubungkan dan memutuskan suatu hubungan rangkaian. Rangkaian relay pada umumnya digambarkan dengan bentuk simbol seperti pada gambar di bawah.
Gambar 2.7 Simbol Relay (Sumber : Rusmadi, Dedi, 1999: 64)
Gambar 2.8 Konstruksi pada relay (Sumber : Owen Bishop, Dasar-dasar Elektronika, 2004: 55)
b. Selenoid Adalah peralatan yang dipakai untuk mengkonversi signal elektrik atau arus listrik menjadi gerak liniear mekanik. Selenoid
15
dibuat dari kumparan dan inti besi yang dapat digerakkan. Kekuatan menarik dan mendorong ditentukan oleh jumlah lilitan pada kumparan. Sentakan dari solenoid adalah sangat penting. Sentakan kecil akan dihasilkan tingkat operasi yang tinggi, dan daya yang dibutuhkan juga lebih sedikit (Rahanda Abdillah Kurniawan, 2012. Mesin Pembuat Kopi Berbasis Mikrokontroler). Sistem control menggunakan katup lebih kompleks membutuhkan control otomatis berdasarkan input eksternal (misalnya, mengatur mengalir melalui pipa ke set point berubah) membutuhkan aktuator. Sebuah aktuator akan stroke katup tergantung pada input dan set up, sehingga katup yang akan diposisikan secara akurat,
dan memungkinkan kontrol atas
berbagai persyaratan (Rahanda Abdillah Kurniawan, 2012. Mesin Pembuat Kopi Berbasis Mikrokontroler).
Gambar 2.9 Selenoid Valve (Sumber : Rahanda Abdillah Kurniawan, 2012. Mesin Pembuat Kopi Berbasis Mikrokontroler)
16
2.6.
Buzzer Buzzer adalah suatu alat yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi sinyal suara. Pada umumnya buzzer digunakan untuk alarm, karena penggunaanya cukup mudah yaitu dengan memberikan tegangan input maka buzzer akan mengeluarkan bunyi. Frekuensi suara yang di keluarkan oleh buzzer yaitu antara 1-5 KHz. (Albert Paul, Prinsip-prinsip Elektronika, 1989 hal:134)
2.7.
Saklar Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutus jaringan listrik atau untuk menghubungkannya. Pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Saklar digunakan untuk jaringan listrik arus kuat dan digunakan juga untuk elektronik arus lemah. Saklar terdiri dari dua bilah logam yang menempel pada suatu tangkaian dan bisa terhubung atau terpisah sesuai dengan keadaan sambung (on) atau putus (off) dalam rangkaian itu. Saklar ini digunakan untuk memutus dan mengaktifkan alarm saat akan mulai sistem dan dimatikan saat sistem telah selesai.
17
BAB III METODELOGI PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan untuk di tugas akhir ini terbagi dalam beberapa tahap, detil dari tahapan-tahapan tersebut akan di uraikan dalam diagram alir penelitian seperti dibawah ini : Mulai
Studi Literatur
Perancangan Sistem
No Function Test Yes Pengolahan Data
Penyusunan dan Penulisan laporan
Selesai Diagram 3.1 Alir penelitian
18
3.1. Studi Literatur Studi literatur adalah mempelajari hal-hal yang terkait dengan pemahaman secara teoritis sistem pengendalian, ataupun proses yang dilakukan di peneltian ini. Sebelum kita melakukan perancangan sistem terlebih dahulu kita menentukan spesifikasi alat yang akan direncanakan adalah sebagai berikut : a. Sensor suhu dapat bekerja pada suhu 0°C sampai 100°C. b. Controller dapat bekerja pada suhu 0°C sampai 100°C, respon ON – OFF. c. Selenoid valve sesuai dengan output dari controller. 3.2. Perancangan Sistem Data yang kita dapat dilanjutkan dengan perancangan sistem pengendalian sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Perancangan sistem akan di tunjukkan dengan diagram blok sistem seperti di bawah ini : Alarm Set Point
+
Controller
Relay
Selenoid
-
Sensor Gambar 3.2 Diagram blok sistem
19
Sistem
Prinsip kerja alat ini, bekerja melalui sensor suhu. Pada saat suhu tercapai berdasarkan set point yang telah ditentukan, sensor suhu akan mengeluarkan output yang berupa tegangan dan mengirim sinyal ke controller. Setelah mendapat masukan dari sensor suhu maka Controller akan memberi perintah atau mengendalikan actuator, relay, dan solenoid valve sehingga shutdown valve dapat bekerja. Sistem ini dapat pula dilengkapi dengan alarm sehingga pengguna dapat mengetahui bahwa pekerjaannya telah selesai. Di awal proses berjalan, kondisi katup pengaman dalam keadaan terbuka (normally open). Ilustrasi dari perancangan alat pengendali seperti dibawah ini :
Gambar 3.3 Ilustrasi alat
20
3.3. Function Test Pengambilan data-data terhadap semua alat yang terkait dalam sistem yang di rencanakan seperti pengambilan data temperatur atau sensor suhu, dan keseluruhan sistem. 3.4. Pengolahan Data Data data yang telah diambil akan dibandingkan dengan semua teori yang telah diperoleh saat kuliah. 3.5. Penyusunan & Penulisan Laporan Tahap akhir dari tugas akhir ini adalah melakukan penyusunan dan penulisan laporan.
21
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pada bab ini akan menjelaskan beberapa hal mengenai pengujian dan hasilnya pada tiap blok seperti halnya sensor ataupun catu dayanya. 4.1
Data Penelitian Penentuan sensor di sistem ini adalah menggunakan sensor yang langsung kontak dengan air, dengan harapan saat air mendidih maka suhu yang di terima sensor adalah akurat dan lebih dinamis jika digunakan untuk memasak dengan tempat air yang berbeda-beda. Berbeda dengan jika menggunakan sensor yang di tempel, jika ini digunakan maka perlu adanya perhitungan heat transfer setiap kita menggunakan tempat yang berbeda karena pengaruh dari tebal material, kondisi tempat masak berkerak atau tidak. Dalam sistem kendali ini tidak menggunakan pressure/tekanan sebagai sebagai sensor karena secara pemakainnya juga tidak efektif karena tidak semua tempat untuk memasak menggunakan tutup. Penggunaan sensor suhu air yang langsung kontak dengan air mendidih dipilih karena lebih menguntungkan pemakaiannya, karena kita tinggal menggunakannya tanpa harus mengitung heat transfer dan tanpa harus memikirkan lagi tempat memasak harus ditutup rapat jika menggunakan pressure. Standar titik didih air 100 °C dapat digunakan sebagai set point dalam sistem ini. Pengujian alat ini dilakukan setelah melalui proses perancangan dan pembuatan alat. Salah satu tujuan dari dilakukan pengujian adalah
22
kita dapat mengetahui karakteristik dari suatu alat. Berikut ini untuk mencari rumus dari ralat mutlak ( ∆ ), ralat nisbi (I) dan keseksamaan (K), yaitu : •
Ralat Mutlak ( ∆ ) Σ(x − X )2 n ( n − 1)
•
1/ 2
………………………………….…(4.1)
Ralat Nisbi (I) ∆ × 100% ……………………………………………..(4.2) X
•
Keseksamaan (K)
100% − I
…………………………………………….(4.3)
Dimana :
•
x
= Data yang sebenarnya (s)
X
= Data rata-rata (s)
N
= Banyaknya data
Error Error adalah hasil pengukuran dikurangi dengan nilai sebenarnya. Error = nilai terukur – nilai sebenarnya. Error =
A− B B
x100% ………………………………………… (4.4)
Dimana A = Pengukuran alat B = Pengukuran yang sebenarnya
23
•
Akurasi Akurasi adalah perbedaan masksimum antara penunjukan alat dengan harga sebenarnya. Akurasi = 1 -
Yn − Xn ……………………………………….(4.5) Yn
Dimana Yn = nilai yang sebenarnya (expected value) Xn = nilai yang terukur •
Presisi Kepresisian suatu alat menunjukkan kemampuan dari alat ukur untuk menampilkan ulang suatu hasil pembacaan, untuk akurasi tertentu, yaitu :
Kepresisian = 1 -
Xn − Xn ……………………………..…(4.6) Xn
Dimana Xn = harga terukur
Xn = harga rata - rata
4.2
Pengujian Rangkaian Catu Daya Pengujian catu daya 12 volt dilakukan pengujian dengan cara memberikan masukan tegangan AC secara konstan, dilakukan dengan cara memberi masukan tegangan AC secara konstan, kemudian output tegangan dapat diukur dengan menggunakan avometer. Data diambil dengan melihat nilai yang tertera pada AVO meter kemudian dicatat.
24
Kemudian steker dicabut dari stop kontak, biarkan data turun sampai 0 volt, setelah itu data sudah bisa diambil lagi. No
Input AC
Data I
Data II
Data III
1
12
12.01
12.01
12.01
2
12
12.03
12.01
12.02
3
12
12.02
12.02
12.03
4
12
12.01
12.01
12.01
5
12
12.01
12.03
12.01
Rata – rata
12.016
Tabel 4.1 Tabel data power supply +12 volt
Grafik data power supply +12 volt 12.035 12.03
Volt
12.025 12.02 Data 1
12.015
Data 2
12.01
Data 3
12.005 12 1
2
3
4
5
Pengambilan data
Grafik 4.1 Grafik data power supply +12 volt
Setelah didapatkan hasil pengukuran untuk menganalisa kelayakan maka dilakukan ralat pengukuran.
25
No
Vout ( x )
x- x
[x- x ]2
1
12.01
-0.006
0.000036
2
12.03
-0.014
0.000196
3
12.02
-0.004
0.000016
4
12.01
-0.006
0.000036
5
12.01
-0,006
0.000036
Σ [ x- x ]2 = 0.00032
x = 12.016
Tabel 4.2 Data error power supply +12 volt
Data error power supply +12 volt 0.002 0 -0.002 -0.004 -0.006 -0.008 -0.01 -0.012 -0.014 -0.016
x-x' (x-x')^2
12.01
12.03
12.02
12.01
12.01
Volt Out (x)
Grafik 4.2 Grafik data error power supply +12 volt
Ralat mutak
= ∆ =
=
∑ (x − x)
2
n(n − 1) 0.00032 5(5 − 1)
= 0.004 Volt
26
Ralat nisbi
= I = ∆ × 100 0 0 v = 0.004
12.016
× 100 0 0
= 0.033% Keseksamaan = K = 100% - I = 100% - 0.022 % = 99.96 % 4.3
Pengujian Temperatur Sensor, Kontroller dan Rangkaian Berikut ini merupakan hasil dari pengujian yang telah dilakukan, setelah pengujian maka akan dapat diketahui error, presisi dan akurasi dari alat tersebut. No
Set Point (°C)
Suhu Aktual (°C)
1
35
36
2
40
41
3
45
46
4
50
51
5
55
56
6
60
61
7
65
66
8
70
71
9
75
76
10
80
81
Tabel 4.3 Hasil pengujian akurasi temperature Berdasarkan pengujian akurasi dari sensor sesuai harapan dimana nilainya diatas 90%, dibawah ini adalah grafik dari pengujian akurasi sensor.
27
Grafik 4.3 Hasil pengujian akurasi temperature
Berikut adalah data untuk pengujian kepresisian dari temperature. Set Suhu Presisi Point Aktual (%) (°C) (°C) X1 37 38 0.97 X2 37 38 0.97 X3 37 39 0.94 Tabel 4.4 Hasil pengujian presisi di 37°C
Data Sample
Grafik Hasil pengujian presisi di 37°C Temperatur/Suhu (°C)
39.5 39 38.5 38 37.5
Set point
37
Suhu aktual
36.5 36 X1
X2
X3
Pengambilan Data
Grafik 4.4 Hasil pengujian presisi di 37°C
28
Hasil pengujian presisi sensor pada temperature 37°C adalah alat / sensor memiluiki kepresisian yang bagus dan sesuai dengan harapan dimana secara prosentasi dari tiga kali pengambilan data adalah rata-rata diatas 96%. Berikut adalah data pengujian presisi di temperature 60° C, data akan di tunjukkan melalui table dan grafik dibawah ini: Set Suhu Presisi Point Aktual (%) (°C) (°C) X1 60 61 0.97 X2 60 62 0.94 X3 60 61 0.97 Tabel 4.5 Hasil pengujian presisi di 60°C
Data Sample
Grafik hasil pengujian presisi di 60°C
Temperatur/Suhu (°C)
62.5 62 61.5 61 60.5
Set point
60
Suhu aktual
59.5 59 X1
X2
X3
Pengambilan Data
Grafik 4.5 Hasil pengujian presisi di 60°C
Berikut adalah data pengujian presisi di temperature 100° C, data akan di tunjukkan melalui table dan grafik dibawah ini
29
Set Suhu Presisi Point Aktual (%) (°C) (°C) X1 100 101 0.97 X2 100 101 0.97 X3 100 102 0.94 Tabel 4.6 Hasil pengujian presisi di 100°C Data Sample
Grafik hasil pengujian presisi di 100° C
Temperatur/Suhu (°C)
102.5 102 101.5 101 100.5
Set point
100
Suhu aktual
99.5 99 X1
X2
X3
Pengambilan Data
Grafik 4.6 Hasil pengujian presisi di 100°C
Hasil pengujian presisi di temperature 100°C dengan hasil yang tidak jauh berbeda dengan pengujian di temperature 37°C dan di 60°C. Secara keseluruhan kepresisian sensor diatas 95% . Untuk temperature terendah, sensor ini bekerja di temperature ruangan. Berikut adalah data untuk pengujian error. Set Point
Aktual Aktual Error Atas Bawah 34 37 3 35 54 57 3 55 84 87 3 85 3 Error rata – rata Tabel 4.7 Hasil pengujian error
30
Tabel diatas merupakan data error yang diambil di tiap suhu 35°C, 55°C dan di 85°C. Hasil dari pengujian adalah pada tiap set point tertentu pasti memiliki nilai batas bawah dan batas atas, dan error untuk alat ini adalah 3. Dibawah ini akan di tampilkan masing-masing grafik sesuai pengambilan data. Grafik Hasil pengujian error di 35° C Temperatur/Suhu (°C)
38 37 36 35
Set point
34
Batas bawah
33
Batas atas
32 t1
t2
t3
Pengambilan Data / (t)
Grafik 4.7 Hasil error di 35°C
Grafik Hasil pengujian error di 55°C Temperatur/Suhu (°C)
58 57 56 55
Set point
54
Batas bawah
53
Batas atas
52 t1
t2
t3
Pengambilan Data / (t)
Grafik 4.8 Hasil error di 55°C
31
Grafik hasil pengujian error di 85°C Temperatur/Suhu (°C)
88 87 86 85
Set point
84
Batas bawah
83
Batas atas
82 t1
t2
t3
Pengambilan Data / (t)
Grafik 4.9 Hasil error di 85°C
Pengujian sistem alat secara keseluruhan adalah sebagai berikut : Data pengujian diambil pada set point 55°C. Time Off/Mati On/Nyala 0 √ 2 √ 3 √ 4 √ Tabel 4.8 Data respon pengendalian
Grafik 4.10 Grafik respon pengendalian
Data dan grafik diatas merupakan respon yang terjadi di sistem perancangan ini. Dari setting point yang telah ditentukan dengan t
32
(waktu) sistem akan nyala dan setelah samapai pada t2 sistem akan mati. Respon ini lebih dikenal dengan respon ON-OFF. Nilai setting point secara actual dipengaruhi oleh beberapa hal seperti nilai error, akurasi dan presisi sehingga akan ada nilai batas bawah dan batas atas.
33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian maka dapat diambil bebberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Sistem kendali ini termasuk dalam sistem kendali terbuka (open loop system) dan dengan respon ON/OFF. 2. Sistem kendali termasuk komponen didalamnya ini berkerja sesuai dengan setting point, dengan mempertimbangkan karakteristik alat seperti akurasi, error,dan presisi.
5.2
Saran Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, temperature controller dapat dikembangkan dengan sesuai dengan fungsi dan tujuan. Hal tersebut diatas dapat dilakukan untuk penelitian lebih lanjut dengan pilihan
merubah
respos
controller
seperti
propotional
mengembangkan dengan sistem tertutup (close loop).
34
atau
DAFTAR PUSTAKA
1. Dr. AA, 2008. Plant Operation. 2. Paul W. Murril, 2007. Fundamentals of Process Control Theory third edition. 3. Pakpahan,1988. Sistem Pengontrolan. 4. Owen Bishop, 2004: 55 Dasar-dasar Elektronika. 5. Rusmadi, Dedy, 1999: 64 6. Farid Samsu H, Luluk Masruroh, 2008. Perancangan dan Pembuatan Otomatisasi
Pada
Alat
Pengering
Sale
Pisang
Berbasis
Mikrokontroler Renesas R8C/13. 7. Rahanda Abdillah Kurniawan, 2012. Mesin Pembuat Kopi Berbasis Mikrokontroler. 8. Aspen Technology, 2009. Piping and Instrument Drawings.
35
LAMPIRAN 1 PROCESS FLOW DIAGRAM
Process Flow Diagram Keterangan :
Temperature sensors
Temperature controller
Shutdown valve
Sinyal elektrik
LAMPIRAN 2
Pengujian kepresisian
Pengujian sistem kendali
LAMPIRAN 3
Trial alat
Selenoid valve
Keterangan Selenoid Valve : 1. Valve Body
2. Terminal masukan (Inlet Port)
3. Terminal keluaran (Outlet Port) 4. Koil / koil solenoid 5. Kumparan gulungan
6. Kabel suplai tegangan
7. Plunger
8. Spring
9. Lubang / exhaust
LAMPIRAN 4
Thermostat & detail bulb sensor
Kompressor kontak on
Temperatur naik, cairan didalam sensing bulb menjadi gas
Kompressor kontak off
Temperatur turun, gas didalam sensing bulb menjadi cair
PENDETEKSI DAN PENGAMAN KEBOCORAN GAS LPG ( BUTANA ) BERBASIS MIKROKONTROLLER MELALUI SMS SEBAGAI MEDIA INFORMASI Bony M. Farid1, Hendik Eko Hadi S2, Renny Rakhmawati2 Mahasiswa Teknik Elektro Industri1, Dosen Elektro Industri PENS-ITS2 Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114 Email:
[email protected]
ABSTRAK LPG merupakan salah satu program konversi pemerintah yang menjadi barang kebutuhan rumah tangga modern saat ini. Walau demikian, kewaspadaan saat menggunakan LPG tetap tidak boleh dilupakan. Salah satu resiko penggunaan LPG adalah terjadinya kebocoran pada tabung atau instalasi gas. Dimana banyak terjadi ledakan atau kebakaran yang mengakibatkan korban jiwa maupun luka-luka. Penyebab meledaknya tabung gas LPG itu karena kebocoran pada selang atau pada regulatornya yang tidak terpasang dengan baik. Dari pengembangan dan penyempurnaan Pada Proyek Akhir kakak senior lulusan PENS –ITS tahun 2009 lalu dibuat miniatur lemari tabung gas LPG dan alat yang mampu mendeteksi dan mengamankan kebocoran gas LPG menggunakan sensor gas LPG. Sehingga saat sensor mendeteksi gas LPG maka sistem mengaktifkan buzzer dan lampu indikator serta menutup solenoid valve guna menghentikan aliran gas LPG yang bocor. Selain itu, alat ini juga dilengkapi display LCD untuk memberi informasi kebocoran gas LPG atau sebagai pantauan agar dapat selalu diamati oleh pengguna. Selain itu, sebagai pengembangan sistem ini juga dihubungkan dengan handphone, untuk memberi informasi bahwa kondisi gas telah berbahaya kepada pihak terkait. Hasilnya adalah alat ini mampu mengirim informasi berupa SMS ke pihak terkait, menutupnya solenoid valve pada katup mulut tabung gas LPG, berputarnya kipas dan berbunyinya buzzer ketika ruang lemari terakumulasi gas LPG yang berbahaya dan mematikannya jika kondisi lemari sudah tidak aman oleh gas. Demikian alat ini dapat membuat pencegahan dan penanganan dini pada keamanan ruang dapur terhadap tabung gas LPG.
Kata kunci : sensor gas LPG, solenoid valve, LCD, buzzer, lampu indikator dan SMS .
ABSTRACT LPG conversion is one of the government programs which became the modern household items at this time. However, attention when applying LPG remains should not be forgotten. One risk of using LPG is the occurrence of leaks in tubing or gas installations. That could make an explosion or fire which is resulting in fatalities or injuries. The explosion of LPG gas cylinders is because of leaks in the hose or the regulators that are not installed properly. From development and improvement of senior PENS-ITS Final Project who graduates in 2009 ago and then made a miniature table box of LPG gas cylinders and equipment that capable of detecting and securing LPG gas leaks using LPG gas sensor. So when the sensor detects the leaks of LPG gas, system will activates a buzzer and indicator lights and close the solenoid valve to stop the flow of it. In addition, this tool also features an LCD display to give information of LPG gas leak or as a parameter to be always observed by the user. Moreover, as the development, this system also connected with phones, to provide information as a warning to the user when leaks happen. The result is this tool are capable to sending information in the form of SMS (Messages) to the user, then closed solenoid valve at the valve mouth of LPG gas cylinders, turning the fan and buzzer sound when table box space are accumulates dangerous LPG gas and turn it off if the conditions of table box are unsafe by the gas. Similarly, these tools can make prevention and early treatment on the security of the kitchen room from the leak of LPG gas cylinders.
Keywords: LPG gas sensor, solenoid valve, LCD, buzzer, indicator lights and SMS.
1
MESIN PEMBUAT KOPI BERBASIS MIKROKONTROLER Rahanda Abdillah Kurniawan#1, Mochammad Rochmad#2 , Eru Puspita#3 #
Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Kampus PENS-ITS Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia Tel : +62 (31) 594 7280; Fax : +62 (31) 594 6114 1
[email protected]
berbasis mikrokontroler ini dirancang untuk mengatasi kebutuhan masyarakat akan kopi dengan proses penyajian yang efisien. Input pada alat ini adalah berupa kopi cair, krim cair dan gula cair dimana bahan-bahan ini dapat diolah menjadi beberapa jenis minuman yang dapat dipilih dengan bahan dasar kopi. Mesin ini ditujukan untuk penggunaan pada perkantoran, tempat praktek dokter, coffee shop, mini market dan pasar swalayan. Mesin pembuat kopi berbasis mikrokontroler ini merupakan sebuah mesin yang dibuat untuk memudahkan manusia dalam pembuatan kopi dalam kondisi panas. Mesin ini dapat berjalan sendiri atau secara otomatis dengan hanya menekan tombol pilihan menu kopi yang dinginkan, beberapa saat kemudian kopi telah siap dan pintu otomatis akan terbuka dan konsumen dapat menikmati kopi pilihannya. Pada umumnya kalau membuat kopi kita harus menyiapkan serbuk kopi, air panas, gula, krim, sendok, dan gelas serta es untuk kopi yang dingin. Setelah itu kita menuangkan serbuk kopi, gula dan creamer kedalam gelas dan memasak air. Setelah air mendidih, baru kita tuangkan air panas kedalam gelas kemudian diaduk sampai merata. Dengan mesin ini kita dapat memilih banyaknya gula yang kita inginkan sesuai selera kita dan kopi tersedia dalam kondisi panas.
Abstrak Kopi merupakan salah satu minuman yang diminati oleh hampir semua golongan masyarakat. Namun dalam penyajiannya masih dilakukan secara manual sehingga memerlukan waktu yang lama. Disamping itu, penyajian kopi secara manual harus memperkirakan banyaknya kopi, krim, dan gula yang digunakan dalam secangkir kopi. Untuk mempermudah dalam penyajian kopi dapat dilakukan dengan cara membuat peralatan yang mampu menyediakan kopi secara otomatis. Untuk automasi alat yang mampu membuat kopi diperlukan suatu sistem kontrol. Dalam hal ini menggunakan mikrokontroler untuk mengatur otomatisasi mesin pembuat kopi. Mikrokontroler digunakan untuk mengatur membuka dan menutupnya solenoid valve, mengatur lama putaran screw conveyor, mengatur motor yang digunakan sebagai pengaduk dan mengatur motor pada pintu otomatis yang akan terbuka jika proses pembuatan kopi telah selesai. Sedangkan kerja dari sensor limit switch sendiri pada saat awal proses, yaitu pada saat pemutar gelas menyentuh limit switch dan pemutar gelas berhenti. Dengan adanya alat pembuat kopi secara otomatis ini diharapkan untuk memudahkan penikmat kopi dalam melakukan pemilihan menu kopi, krim dan gula yang dinginkan. Karena pada mesin ini memberikan berbagai macam pilihan takaran gula, kopi dan krim yang dapat dipilih. Rata-rata pembuatan minuman kopi memerlukan waktu 2 menit 27 detik untuk 3 sendok kopi. Sedangkan untuk 2 sendok kopi memerlukan waktu 2 menit 26 detik.
1.2 Tujuan Membuat mesin yang dapat membuat minuman kopi secara otomatis. 1.3 Rumusan Masalah 1. Bagaimana mengatur solenoid valve agar dapat bekerja sesuai dengan keinginan. 2. Bagaimana cara menuangkan bahan-bahan agar dapat sesuai dengan yang dibutuhkan.
Kata kunci : Mikrokontroler, solenoid valve, motor dc, limit switch, screw conveyor.
1. Pendahuluan
1.4 Batasan Masalah 1. Semua bahan ( kopi, gula, dan krim ) dalam bentuk serbuk. 2. Semua bahan ( kopi, gula, krim, dan air ) yang ada pada tempat bahan telah dipersiapkan terlebih dahulu.
1.1 Latar Belakang Minuman kopi diminati oleh hampir semua golongan masyarakat. Seiring tingginya kesibukan masyarakat, segala sesuatu dituntut serba instan dan efisien. Mesin pembuat kopi
1
3. 4. 5. 6.
Tidak ada sistem pembayaran pada sistem. Hanya menyajikan kopi dalam kondisi panas. Alat ini hanya bisa membuat 1 porsi dalam 1 kali proses kerjanya. Gelas yang tersedia dalam mesin hanya 10 gelas.
2.2 Sensor Limit switch Limit switch adalah salah satu jenis sensor yang ada di dunia industri yang berfungsi untuk mendeteksi gerakan dari bagian mesin yang bergerak seperti cylinder dan lain-lain, pada saat tuas atau bisa juga disebut cam mengenai atau menekan bagian kepala dari limit switch maka sensor ini langsung bekerja sehingga kontak-kontak yang ada pada bagian dalamnya akan ikut bekerja pula, pada saat sensor bekerja bisa langsung dihubungkan keperangkat atau komponen lain seperti solenoid valve atau lampu indikator. ada berbagai tipe dan ukuran pada sensor ini namun secara prinsip kerja adalah sama persis. Bagian kepala dari limit switch ini bisa ditekan kekiri dan kekanan dengan sudut tertentu misalnya 45 derajat maka dia sudah akan bekerja, sedangkan dibagian dalamnya terdapat micro switch yang berfungsi meneruskan gerakan yang diberikan oleh kepala limit switch di bagian luar, sehingga pada saat tertekan micro switch langsung kontak. Didalamnya ada kontak Normally Open dan Normally Close
2. Dasar Teori 2.1 Solenoid Valve Solenoid adalah peralatan yang dipakai untuk mengkonversi signal elektrik atau arus listrik menjadi gerak linear mekanik. Solenoid dibuat dari kumparan dan inti besi yang dapat digerakkan. Kekuatan menarik dan mendorong ditentukan oleh jumlah lilitan pada kumparan. Sentakan dari solenoid adalah sangat penting. Sentakan kecil akan dihasilkan tingkat operasi yang tinggi, dan daya yang dibutuhkan juga lebih sedikit [8]. Pipa katup, seperti keran untuk panas dan dingin air keran adalah jenis yang paling terlihat katup. Katup lain dijumpai pada setiap hari termasuk katup kontrol gas di kompor, katup kecil dipasang ke mesin cuci dan mesin pencuci piring, dan perangkat keamanan dipasang untuk sistem air panas. Katup dapat dioperasikan secara manual, baik oleh tangan roda, tuas atau pedal. Katup mungkin juga otomatis, didorong oleh perubahan tekanan, temperatur, atau aliran. Perubahan ini dapat bertindak atas sebuah diafragma atau piston yang pada gilirannya mengaktifkan katup. Contoh dari jenis katup ditemukan biasanya adalah katup pengaman dipasang untuk system air panas atau boiler. Sistem kontrol menggunakan katup lebih kompleks membutuhkan kontrol otomatis berdasarkan input eksternal (misalnya, mengatur mengalir melalui pipa ke set point berubah) membutuhkan aktuator. Sebuah aktuator akan stroke katup tergantung pada input dan set-up, sehingga katup yang akan diposisikan secara akurat, dan memungkinkan kontrol atas berbagai persyaratan [4].
2.3 Mikrokontroler Mikrokontroler pada umunya digunakan unutk membuat suatu sistem dimana pada sisi input dan output dapat dikendalikan atau dikontrol. Mikrokontroler yang sering digunakan kebanyakan orang adalah mikrokontroler buatan pewrusahaan Atmel seperti Atmega, yang mana mudah dipelajari dan diimplementasikan. Pada kasus ini , Mikrokontroler Atmega 16 bertindak sebagai perantara antara input dan output yakni sebagai pengendali atau pengatur sistem. 2.4 Liquid Crystal Display ( LCD ) LCD yang digunakan adalah LCD 16 x 2. Setelah kita memberikan input tegangan output tertentu, maka angka tersebut akan dieksekusi sebagai besar dari sudut penyulutan yang dikirimkan ke mikrokontroler. Interface antara LCD dengan ATMega 16 sangatlah mudah jika dibandingkan dengan mikrokontroler keluarga MCS51. Karena dengan ATMega 16 ini hanya membutuhkan 7 I/O sebagai kontroler LCD [8]. 2.5 Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri [3].
Gambar 1. Solenoid Valve
2
Sebelum terhubung dengan beban dipasang ic regulator LMXX terlebih dahulu yaitu LM7812, LM 7805, dan LM7805. Penggunaan ic regulator dapat menjaga kestabilan dan nilai maksimal dari tipe LM tersebut. Sehingga jika output filter melebihi dari nilai yang diinginkan maka LM akan membatasi sampai besar tegangan sesuai rating ic. Berikut ini gambar rangkaian catu daya dapat dilihat pada gambar 3.9 di bawah ini :
2.6 Relay Relay adalah sebuah saklar elekronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya. Relay terdiri dari 3 bagian utama, yaitu: 1. 2. 3.
Koil : lilitan dari relay Common : bagian yang tersambung dengan Normally Close (dalam keadaan normal) Kontak : terdiri dari Normally Close dan Normally Open
NC ( Normally Closed ) merupakan saklar dari relay yang dalam keadaan normal ( relay tidak diberi tegangan ) terhubung dengan common. Sedangkan NO (Normally Open) merupakan saklar dari relay yang dalam keadaan normal ( relay tidak diberi tegangan ) tidak terhubung dengan common.
3.1.2 Rangkaian Motor DC Untuk menjalankan sebuah motor DC dibutuhkan masing-masing satu buah driver yang terdiri dari resistor yang bernilai 560K,menggunakan transistor TIP 31 dan menggunakan TIP 32. Rangkaian driver mempunyai fungsi sebagai saklar. Cara kerja rangkaian driver adalah sebagai berikut. Rangkaian driver motor DC mendapat input logic 1 dari mikrokontroler, sehingga transistor sebagai saklar mendapatkan arus dari mikro untuk menghidupkan dan mematikan transistor tersebut. Apabila transistor mendapat logika 1 atau arus yang mengalir kedalam kaki basis cukup untuk mengaktifkan transistor, maka transistor berfungsi sebagai saklar tertutup dan arus akan mengaktifkan motor DC. Ketika rangkaian driver mendapat inputan high atau 1 maka rangkaian driver berfungsi sebagai saklar ON, sehingga motor akan bekerja, dan ketika mendapat inputan low atau 0 maka rangkaian driver berfungsi sebagai saklar OFF dan motor akan berhenti bergerak.
Gambar 2. Relay 12 volt
3. Perancangan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak 3.1 Perancangan Perangkat keras 3.1.1 Power Supply Rangkaian catu daya berfungsi untuk mensuplai sumber daya yang dibutuhkan pada semua rangkaian pada sistem ini, yang dituntut untuk memberikan tegangan output yang konstan terhadap perubahan pada beban. Catu daya yang digunakan adalah catu daya 12 volt DC, 9 volt DC dan 5 volt DC.
3.1.3 Rangkaian Driver AC Rangkain MOC3021 digunakan sebagai driver beban AC yang mampu dilewati 450V AC. Rangkaian ini terdiri dari komponen optocopler dengan nomor seri MOC3021 dan komponen Triac dengan nomor seri BT12 dan sebuah resistor yang akan di pasang pada kaki gate Triac. MOC3021 merupakan OptoTriac, kita menggunakan device ini agar rangkaian control (microcontroller, led, keypad, lcd dan lain lain) terisolasi dengan rangkaian power. Jadi saat rangkaian power meleduk, rangkaian kontrol tetap aman. BTA12, TRIAC dengan kemampuan beban maximum 12 A. Saat Logic dari micro berlogika “High” , arus akan mengalir dari pin
Rangkaian power suplai 12 Vdc dibutuhkan untuk mensuplai tegangan yang dibutuhkan untuk motor pada pintu otomatis dan motor yang ada pada pemutar gelas. Sedangkan pada catu daya 9 volt DC digunakan untuk mensuplai tiga motor pada screw conveyor dan motor pengadukdan dan pada catu daya 5 volt DC digunakan untuk mensuplai minimum sistem.
3
Perancangan software digambarkan oleh sistem algoritma pada gambar flowchart di atas. Dimulai dari menekan tombol pilihan menu yaitu kopi, gula, dan krim. Pemilihan menu ini bisa dipilih sesuai selera masing – masing. Setelah pemilihan menu, motor DC pada screw conveyor akan berputar sesuai dengan pemilihan menu yang diinginkan. Kemudian pemanas atau heater akan aktif selama beberapa menit lalu mati atau tidak aktif sesuai dengan apa yang telah diprogramkan pada mikrokontroller dan solenoid valve otomatis akan aktif atau katupnya akan terbuka. Proses selanjutnya adalah Motor DC pada pengaduk akan aktif selam beberaapa detik. Setelah proses pengadukan selesai solenoid valve aktif ataau katupnya terbuka. Campuran cairan olahan minuman kopi ini mengisi gelas yang sudah tersedia ketika proses awal mulai, setelah gelas yang sudah tersedia sudah diisi oleh minuman kopi maka pintu akan terbuka secara otomatis. Pintu ini terbuka hanya pada saat proses keseluruhan sudah selesai, jika proses belum selesai pintu ini tidak akan terbuka.
mikro melewati R560 ohm kemudian ke LED (menyala) kemudian menuju MOC3021. Ini menyebabkan MOC3021 “ON”. Saat MOC 3021 “ON”, maka TRIAC BTA12 akan ikut “ON”. Arus 220 AC akan melewati TRIAC dan menuju LOAD / BEBAN AC. Sehingga beban aktif. Sebaliknya, saat Logic dari micro “Low”, maka arus dari tidak masuk ke MOC3020. Ini menyebabakan MOC3021 “OFF” , BTA 12 juga akan “OFF”. Saat BTA12 berubah dari ON ke OFF, tegangan yang masih ada di BTA12 akan menimbulkan “spike” (loncatan tegangan). Spike jika pada relay berupa loncatan bunga api. Spike ini akan memperpendek umur BTA 12. Maka, rangkaian ini dilengkapi dengan kombinasi R1 dan C. Kombinasi R1 dan C ini disebut rangkaian snubber. R2 digunakan untuk membuang muatan tegangan yang ada di kapasitor saat BTA12 “OFF” . Jika R2 tidak di pasang, saat BTA12 “OFF”. kapasitor akan terus menerus menyimpan muatan.
3.2 Perancanagan Perangkat Lunak
4. Pengujian Alat dan Analisa Pengujian sistem secara keseluruhan ini dilakukan dengan mengaktifkan seluruh sistem dan mengujinya menggunakan semua bahan. Sebelum melakukan pengujian dengan bahan, terlebih dahulu menguji apakah alat sudah bekerja dengan benar sesuai dengan program yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan cara menghitung waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan satu gelas dari tiap jenis minuman yang disediakan. Volume air yang digunakan pada tiap gelasnya adalah 100 ml. Tabel 4.1 Data Pengujian dengan 3 Sendok Kopi
Gambar 3. Flowchart Mesin Pembuat Kopi berbasis Mikrokontroler
Percobaan
Krim (sendok)
Gula (sendok)
Waktu (menit)
1
3
4
2,31
2
3
1
2,28
3
1
4
2,3
4
1
1
2,26
5
1
0
2,25
6
0
1
2,25
7
0
0
2,24
Berdasarkan data dari tabel diatas, rata – rata waktu yang dibutuhkan untuk membuat
4
segelas kopi dengan bahan dasar 3 sendok serbuk kopi adalah : Waktu
gelas dibuat lebih sistematis agar dapat mengeluarkan gelas setiap saat ada pemesan gelas langsung dapat tersedia dan bentuk keseluruhan mesin dibuat seminimalis mungkin agar dapat ditempatkan dimana saja.
2,31 2,28 2,3 2,26 2,25 2,25 2,24 2,27 7
Tabel 4.2 Data Pengujian dengan 2 Sendok Kopi Percobaan
Krim (sendok)
Gula (sendok)
Waktu (detik)
1
3
4
2,3
2
3
1
2,26
3
1
4
2,28
4
1
1
2,25
5
1
0
2,24
6
0
1
2,24
7
0
0
2,22
6. Daftar Pustaka [1]Budiharto, Widodo. 2007.” Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR AT MEGA 16”. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. [2]
[3]Budi Stevie Tanujaya,”Mesin Pembuat Kopi Otomati”,universitas kristen petra.2009. [4] Ahmad Ridwan,”Rancang Bangun Mesin Penyaji juice berbasis Mikrokontroler (software)”,PENS-ITS,2010.
Berdasarkan data dari tabel diatas, rata – rata waktu yang dibutuhkan untuk membuat segelas kopi dengan bahan dasar 2 sendok serbuk kopi adalah : Waktu
[5] Irwan Prastiyono,”Rancang Bangun Mesin Penyedia juice berbasis Mikrokontroler (hardware)”,PENS-ITS,2010.
2,3 2,26 2,28 2,25 2,24 2,24 2,22 2,26 7
5. Penutup
[6]
http://otosensing.blogspot.com/2010/09limitswitch. diakses pada 1 Juni 2011
[7]
http://design-net.com/motorola/moc3021.pdf diakses pada 6 Juni 2011
5.1 Kesimpulan
[8] http://id.wikipedia.org/wiki/Kopi diakses pada 24 Juli 2011
Berdasarkan data pengujian alat yang telah diperoleh maka dapat diambil kesimpulan bahwa : 1.
2.
Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, Penerbit ITB,Remote Progamable Valve Menggunakan Motor DC.2006.
[9]
Air yang keluar dari solenoid valve membutuhkan tekanan yang lebih agar air yang keluar dari solenoid valve bisa maksimal. Lama waktu yang dibutuhkan solenoid rata – rata 12 detik. Cara untuk mengeluarkan komposisi yang ada dengan cara mendorong screw conveyor dengan motor dc. Untuk kopi membutuhkan waktu 3,1 detik dan 1,8 detik. Untuk krim membutuhkan waktu 2,6 detik dan 1,3 detik. Sedangkan untuk gula memerlukan waktu 4,6 detik dan 1,4 detik.
5.2 Saran Dari uji coba yang telah dilakukan, ditemukan beberapa masukan atau saran agar mesin ini dapat berkembang menjadi peralatan yang lebih sempurna. Sistem otomatisasi pada
5
http://www.resepkomplit.com/tips-membuatkopi.html diakses pada 4 Juni 2011
