RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI MENGGUNAKAN ENERGI LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S52
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh TAUFIQURRAHMIN SIREGAR 1105052099
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerahNya telah memberikan pengetahuan dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Rancang Bangun Alat Pemanas Air Mandi
Menggunakan
Energi
Listrik
Berbasis
Mikrokontroller
AT89S52”disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik 4. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku Dosen Pembimbing 5. Ir.Isman Harianda, M.T., selaku Wali Kelas EN-6A yang telah memberikan motivasi dan nasehat kepada penulis. 6. Bapak dan Ibu staf pengajar di Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Terima kasih atas semua bimbingan, nasehat serta didikan yang di berikan kepada penulis selama dalam pengajaran. 7. Buat Ayah Saya Awaluddin Siregar, S.H. dan Ibunda Tercinta Nurhaidah Harahap, A.mk. yang telah memberikan semangat, motivasi, dukungan doa serta bantuan moril kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 8. Buat Abang Taufiqurrahman Siregar, A.md. dan Adik Saya Siti Rahmadani Siregar yang telah memberikan dukungan, doa serta motivasi kepada penulis. iv
9. Nana Rahmatina yang telah menemani dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Teman – teman seperjuangan Mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik Angkatan 2011 khususnya di kelas EN-6A terimakasih untuk semua kenangan selama berkuliah dikampus tercinta 11. Teman-teman satu Tugas Akhir yaitu Bang Jait, Bang Narto serta Bang Dedi yang selalu bersama dalam suka dan duka. 12. Semua pihak yang telah membantu penulis baik dukungan materi, semangat, dan dukungan do’anya untuk penulis. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan karena keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.
Medan, 3 September 2014 Hormat Penulis,
Taufiqurrahmin Siregar
v
DAFTAR ISI JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ........................................................................ i LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iii KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv DAFTAR ISI ........................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii DAFTAR TABEL ............................................................................................... x INTISARI ........................................................................................................... xi ABSTRACT ......................................................................................................... xii
BAB I
PENDAHULUAN ....................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ..................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah dan Penyelesaiannya ........................ 2 1.3 Tujuan Penulisan TugasAkhir ............................................ 2 1.4 Manfaat PenulisanTugasAkhir ........................................... 3 1.5 Metode Pengambilan Data .................................................. 3
BAB II
PEMANASAN AIR DENGAN ENERGI LISTRIK ................ 4 2.1 Kalor dan Energi Listrik ..................................................... 4 2.2 Jenis Pemanas Air Listrik ................................................... 5 2.2.1 Pemanas Pakai Tangki .................................................. 5 2.2.2 Pemanas Tanpa Tangki ................................................. 6 2.3 Elemen Pemanas ................................................................... 7 2.3.1 Elemen Pemanas Listrik Bentuk Dasar .................... 8 2.3.2 Elemen Pemanas Listrik Bentuk Lanjut ................... 9
vi
BAB 3
RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI ....... 13 3.1 Diagram Blok Rancangan ................................................ 13 3.2 Elemen Pemanas (Heater) ................................................ 14 3.3 Saklar Daya Elektronik .................................................... 15 3.4 Sensor Temperatur ........................................................... 16 3.5 Buffer.................................................................................. 17 3.6 Pengubah Analog Ke Digital ............................................ 18 3.7 Decoder .............................................................................. 19 3.8 Peraga Tujuh Segmen ....................................................... 21 3.9 Mikrokontroller ................................................................ 23 3.10 Catu Daya .......................................................................... 27 3.11 Pembuatan Alat ................................................................. 28
BAB IV
PENGUJIAN ALAT HASIL RANCANGAN ........................ 32 4.1 Pengujian Air Tidak Dialirkan ......................................... 32 4.2 Pengujian Air Dialirkan .................................................... 32 4.3 Pengujian Air Dialirkan .................................................... 34
BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 35 5.1 Kesimpulan .......................................................................... 35 5.2 Saran .................................................................................. 36
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 36 LAMPIRAN A. DATA SHEET SENSOR TEMPERATUR LM35 ............... 37 LAMPIRAN B. DATA SHEET TRIAC BT 136 .............................................. 43 LAMPIRAN C. DATA SHEET OCTO ISOLATOR MOC 3020M ............... 49 LAMPIRAN D. DATA SHEET ADC 0804 ...................................................... 58 LAMPIRAN E. DATA SHEET BUFFER AT89S51........................................ 75 LAMPIRAN F. RUN PROGRAM .................................................................... 106
vii
BAB 3
RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI ....... 13 3.12 Diagram Blok Rancangan ................................................ 13 3.13 Elemen Pemanas (Heater) ................................................ 14 3.14 Saklar Daya Elektronik .................................................... 15 3.15 Sensor Temperatur ........................................................... 16 3.16 Buffer.................................................................................. 17 3.17 Pengubah Analog Ke Digital ............................................ 18 3.18 Decoder .............................................................................. 19 3.19 Peraga Tujuh Segmen ....................................................... 21 3.20 Mikrokontroller ................................................................ 23 3.21 Catu Daya .......................................................................... 27 3.22 Pembuatan Alat ................................................................. 28
BAB IV
PENGUJIAN ALAT HASIL RANCANGAN ........................ 32 4.4 Pengujian Air Tidak Dialirkan ......................................... 32 4.5 Pengujian Air Dialirkan .................................................... 32 4.6 Pengujian Air Dialirkan .................................................... 34
BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 35 5.1 Kesimpulan .......................................................................... 35 5.2 Saran .................................................................................. 36
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 36 LAMPIRAN A. DATA SHEET SENSOR TEMPERATUR LM35 ............... 37 LAMPIRAN B. DATA SHEET TRIAC BT 136 .............................................. 50 LAMPIRAN C. DATA SHEET OCTO ISOLATOR MOC 3020M ............... 56 LAMPIRAN D. DATA SHEET ADC 0804 ...................................................... 65 LAMPIRAN E. DATA SHEET BUFFER AT89S51........................................ 82 LAMPIRAN F. RUN PROGRAM .................................................................... 109
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pemanas Air Listrik Pakai Tangki .............................................. 5 Gambar 2.2Pemanas Air Lisrik Tanpa Tangki .............................................. 6 Gambar 2.3Bentuk – Bentuk Elemen Pemanas ............................................... 7 Gambar 2.4Ceramic Heater ............................................................................... 8 Gambar 2.5 Quartz Heater ................................................................................ 9 Gambar 2.6Catridge Heater .............................................................................. 10 Gambar 2.7Strip Heater ..................................................................................... 10 Gambar 2.8Band dan Nozzle Heater................................................................. 11 Gambar 2.9Finned Heater.................................................................................. 12 Gambar 2.10Cast In Heater ............................................................................... 12 Gambar 3.1 Diagram Blok Rancangan Alat .................................................... 13 Gambar 3.2Elemen Pemanas dan Wadah ........................................................ 14 Gambar 3.3Simbol TRIAC ................................................................................ 15 Gambar 3.4 TRIAC BT136 ................................................................................ 15 Gambar 3.5 Penyulut TRIAC ............................................................................ 16 Gambar 3.6 Sensor Temperatur LM35DT ...................................................... 16 Gambar 3.7 Rangkaian Buffer dari Op Amp................................................... 17 Gambar 3.8 Diagram Skematik Op Amp 74LS47 ........................................... 18 Gambar 3.9 Diagram Pin ADC 0804 ................................................................. 19 Gambar 3.10 Diagram Pin Decoder IC 74LS47 ............................................... 20 Gambar 3.11 Bentuk Tampilan 7 Segmen ........................................................ 20 Gambar 3.12 Contoh Peraga 7 Segmen ............................................................ 21 Gambar 3.13 Konfigurasi Anoda Bersama dan Katoda Bersama ................. 22 Gambar 3.14 Peraga 7 Segmen Rancangan...................................................... 22 Gambar 3.15 Konfigurasi Pin (kaki) Pada Mikrokontroller AT89S52 ......... 24 Gambar 3.16 Diagram Blok AT89S52 .............................................................. 26
viii
Gambar 3.17 Rangkaian Catu Daya ................................................................. 27 Gambar 3.18 Diagram Lengkap Rancangan Alat ........................................... 28 Gambar 3.19 Pengujian Blok – Blok Pada Papan Uji ..................................... 30 Gambar 3.20 Alat Pemanas Air Mandi............................................................. 31 Gambar 4.1 Foto – Foto Pengujian ................................................................. 34
viii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Dari Dekoder 74LS47 .......................................... 21 Tabel 4.1 Hubungan Waktu Dengan Temperatur Setelan ............................. 32 Tabel 4.2 Temperatur Air Kondisi Mengalir ................................................... 33
viii
INTISARI
Dalam tugas akhir akan dirancang dan dibuat sistem pemanas air dengan pemanas listrik untuk kebutuhan mandi. Pemanasan air terjadi karena energi panas yang mengalir hasil konversi energi listrik. Sistem pemanas dirancang dengan tiga (3) pilihan temperatur awal. Sehingga setiap dapat menyesuaikan temperatur air yang diinginkan untuk mandi. Untuk mengukur temperatur air digunakan sensor LM35. Kerja sistem dikendalikan dengan mikrokontroler AT89S52. Dari hasil pengujian diperoleh waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur sesuai setelan yang dipilih adalah 70 detik, 95 detik, dan 110 detik untuk temperatur 350C, 400C, dan 450C. Temperatur air mandi akan turun menjadi 280C, 300C, dan 350C untuk setelan awal temperatur 350C, 400C, dan 450C. Kata Kunci : Elemen pemanas, Saklar daya elektronik, Sensor temperatur, Mikrokontroler
ABSTRACT
In the final project will be designed and manufactured water heating systems with electric heater for bathing. Water heating occurs because the thermal energy flows of electrical energy conversion results. The heating system is designed with three (3) initial temperature selection. So that each can adjust the desired water temperature for bathing. Used to measure the water temperature sensor LM35. Work the system is controlled by a microcontroller AT89S52. From the test results obtained by the time required to reach the temperature corresponding to the selected setting is 70 seconds, 95 seconds, and 110 seconds for the temperature of 350C, 400C, and 450C. The temperature of the bath water will drop to 280C, 300C, and 350C for the initial setting temperature of 350C, 400C, and 450C. Keywords : heating element, electronic power switch, temperature sensor, microcontroller
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah. Kemajuan teknologi, khususnya teknologi komponen membawa banyak perubahan dalam kehidupan manusia. Kemajuan teknologi yang dulunya banyak digunakan untuk mendukung jalannya proses di industri, sekarang banyak diterapkan dalam peralatan komersil untuk kebutuhan rumah tangga. Salah satu diantaranya adalah pemanas air bertenaga listrik untuk kebutuhan mandi. Pemanas air listrik kini digunakan tidak lagi hanya di hotel-hotel, tetapi kalangan rumah tangga perorangan sudah banyak yang menggunakannya. Mandi adalah kegiatan penuh untuk membersihkan tubuh dan menjaga kesehatan. Suhu air mandi tergantung dari tujuan. Musim, dan kondisi masingmasing orang. Pada umumnya, kita mandi untuk membersihkan tubuh. Jika berbicara dari segi fisiologis dan lingkungan, permukaan kulit tubuh sangatlah kotor, penuh dengan keringaat, minyak, dan debu. Atau, ingin menghilangkan stress karena pekerjaan atau masalah sehari-hari. Sehingga kita mandi untuk membersihkan tubuh atau menghilangkan stress. Mandi dengan air panas adalah yang terbaik karena keringat dan minyak dapat dihilangkan secara mudah dengan air hangat atau panas. Mandi dengan air hangat memiliki kisaran temperatur air antara 27 sampai 34 0C. Sedangkan mandi dengan air panas memiliki kisaran temperatur air antara 38 sampai 40 0C. Berapa besar temperatur yang diinginkan tergantung musim dan pribadi setiap orang.
1
Dalam tugas akhir ini akan dirancang suatu sistem pemanas air secara listrik untuk kebutuhan mandi. Bekerjanya sistem pemanas dikendalikan dengan pengendali mikro standar untuk industri dan mudah didapat di pasaran.
1.2. Masalah Dan Penyelesaian. Sistem
pemanas
air
berfungsi
untuk
memanaskan
air
dengan
menggunakan elemen pemanas bertenaga listrik. Temperatur air hasil pemanasan akan sebanding dengan jumlah energi listrik yang dipasok ke sistem dan dikonversikan menjadi energi panas. Pada sisi lain, setiap orang yang ingin mandi dengan air hangat atau air panas menginginkan temperatur air yang sesuai keinginannya. Oleh sebab itu dalam tugas akhir akan dirancang dan dibangun sistem pemanas air dengan tiga (3) pilihan temperatur awal air panas. Kerja sistem pemanas air dikendalikan dengan mikrokontroler AT89S52.
1.3. Tujuan Penulisan Tugas Akhir Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Untuk membuktikan bahwa mungkin merancang dan membuat sistem pemanas air secara listrik dengan komponen-komponen yang tersedia di pasaran. 2. Menambah wawasan bagi pembaca yang tertarik dengan sistem pemanas air secara listrik. 3. Dapat
mengetahui
prosedur
kerja
dari
pemanas
air
mandi
menggunakan energi listrik dari awal hingga akhir.
2
1.4. Manfaat Penulisan Tugas Akhir Adapun manfaat dari Laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang proses perancangan dan pembuatan sistem pemanas air secara listrik. 2.
Menambah kepustakaan Politeknik Negeri Medan
3. Membantu para pembaca yang ingin menambah pengetahuan rekayasa dan yang berniat memodifikasi alat ini.
1.5. Metoda Pengumpulan Data Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data diantaranya: 1. Studi literatur dengan mencari buku – buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan perancangan alat. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun dengan pihak- pihak yang dapat membantu menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang perancangan alat tersebut. 3. Mengunjungi berbagai situs yang berkaitan dengan sistem pemanas air di dunia maya. 4. Penelurusan ke berbagai toko untuk mencari ketersediaan komponen. 5.
Melakukan percobaan.
3
