SISTEM PEMANAS AIR MEMANFAATKAN PEMBUANGAN PANAS AC SPLIT

SISTEM PEMANAS AIR MEMANFAATKAN PEMBUANGAN PANAS AC SPLIT

Oleh Thomas Sonny Arianto NIM : 612005060

Skripsi Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Ijazah Sarjana Teknik Elektro FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA

Februari 2012

SISTEM PEMANAS AIR MEMANFAATKAN PEMBUANGAN PANAS AC SPLIT

Oleh : Thomas Sonny Arianto NIM : 612005060

Skripsi ini telah diterima dan disahkan sebagai salah satu persyaratan guna mencapai SARJANA TEKNIK ELEKTRO Dalam KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA

Disahkan Oleh :

Pembimbing I

Pembimbing II

Daniel Santoso, M.S.

Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.

Tanggal …………….

Tanggal………………………

SISTEM PEMANAS AIR MEMANFAATKAN PEMBUANGAN PANAS AC SPLIT

Thomas Sonny Arianto NIM : 612005060

Fakultas Teknik Elektro dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana 2011

Pembimbing : Daniel Santoso, M.S. Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.

INTISARI

Iklim Indonesia cukup panas dengan adanya pemanasan global, banyak perumahan ataupun apartemen dilengkapi dengan pendingin ruangan (AC) dan panas yang dihasilkan pada sistem AC tersebut terbuang begitu saja. Energi panas tersebut dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air. Dengan memanfaatkan energi panas tersebut, maka penulis merancang suatu sistem pemanas air dimana energi pemanas, memanfaatkan energi panas yang terbuang dari AC split 1PK. Sistem pemanas dapat memanaskan 75 liter air dalam waktu ±3 jam mencapai suhu 650 C dan dapat mengurangi konsumsi listrik AC 5% setahun. Sistem pemanas ini juga dapat menyimpan panas layaknya thermos sekitar 2 hari, memiliki indikator suhu, indikator air, pengisian air secara otomatis dan pengaman tekanan. i

KATA PENGANTAR

Dengan segenap hati, puji dan syukur penulis haturkan kehadapan Tuhan Yesus Kristus di surga, Sang Juru selamat setiap pribadi yaitu Allah Bapa, Putra dan Roh Kudus oleh kasih setia di dalam ketritunggalan Allah, penulis dimampukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Pada akhirnya pencapaian ini merupakan langkah awal dari penulis untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan. Meskipun dengan tertatih-tatih, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul : SISTEM PEMANAS AIR MEMANFAATKAN PEMBUANGAN PANAS AC SPLIT Skripsi ini merupakan salah satu syarat kurikulum yang berlaku di Fakultas Teknik Elektro dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga yang bertujuan menerapkan teori yang diperoleh selama kuliah dalam aplikasi nyata dan untuk menambah wawasan penulis agar siap dalam dunia kerja yang sesungguhnya. Dalam penyusunan skripsi, penulis menyadari akan adanya kekurangan kekurangan karena keterbatasan kemampuan yang dimiliki penulis, sehingga tanpa adanya dorongan dan bimbingan serta pengarahan dari berbagai pihak yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini maka sulit bagi penulis untuk menyelesaikannya. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyatakan rasa terima kasih kepada pihak yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu :

ii

1. Engkong Soeboer yang tak henti-hentinya memberikan dukungan melalui doa serta menemani dan mendukung pengerjaan alat di Jepara. 2. Emak Watt, Ik Henny dan Deni yang menghibur tak kala di Jepara serta memberikan dukungan moril yang sangat berarti. 3. Daniel Santoso, M.S. selaku pembimbing utama tugas akhir yang telah memberikan waktu, perhatian, dan arahan dalam mengerjakan tugas akhir ini. 4. Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. selaku pembimbing kedua tugas akhir yang telah membimbing penulis dalam pembuatan tugas akhir. 5. Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Deddy Susilo, S.T. selaku penguji dalam ujian awal maupun ujian lanjut sehingga tugas akhir dapat diujikan. 6. Dr. Iwan Setyawan selaku koordinator konsentrasi teknik instrumentasi dan kontrol sehingga tugas akhir dapat dilaksanakan. 7. Papah Warsono, Mamah Nanik, Iyas dan Yoyo yang tak henti-hentinya memberikan dukungan melalui doa, serta moril pengharapan yang sangat berarti. 8. Estya Kusuma Sari yang telah memberi semangat penuh, dukungan, nasehat, kasih, dan sayangnya. 9. Seluruh tenaga pengajar Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro UKSW yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan Staf administrasi dan laboran yang telah membantu selama mengikuti perkuliahan di UKSW. 10. Piping yang telah bantuin koreksi penulisan, anak–anak Margosari III no 104 & 106 (Eko, Luis, Bejat, Angger, Oong, Sam, Said, Panjul, Ponco, Danus, Dion, Heru dan Bapak kost Hansend) yang memberi semangat, membantu, menemani,

iii

mengganggu, dan canda tawa susah maupun senang sebagai tetangga terdekat yang menemani hidup sehari–hari di kos. Trims Guy’s. 11. Teman–teman LAB–XT dari Mas Suset, Joko dan Bajuri yang telah lulus duluan serta Ipank, Wawan, P.Dhe, Mas Sitok, Mas Sembir, Bayu, Koh Mummy, Ebe, Arie, Jimmy, Obow, Widji, Noven, Suryo, Iwan, Jan, DK, Mas Wid, Ardi, BH dan Daniel Kristianto a.k.a Bos Dancuk; yang telah menemani hari demi hari lembur di Lab. 12. Nino, yang selalu mencairkan suasana–suasana stres di kos. 13. Seluruh rekan mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro UKSW yang telah menjadi teman seperjuangan selama kuliah. 14. Semua pihak yang belum sempat penulis cantumkan satu per satu yang sudah memberikan bantuan dalam kelancaran penyelesaian pembuatan alat dan penulisan skripsi ini.

Seperti asas resiprositas, skripsi ini hanyalah melanjutkan implementasi yang telah ditemukan sejak awal. Penulis pun berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang berkecimpung di bidang ilmiah implementasi pendingin ruangan. Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi pembaca. Tuhan Memberkati.

Salatiga, Januari 2012

Penulis

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN INTISARI ........................................................................................... ................ i KATA PENGANTAR .................................................................................... ii DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR TABEL .......................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... x

BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1. Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2. Spesifikasi Skripsi ........................................................................ 5 1.3. Batasan Masalah .......................................................................... 6 1.4. Sistematika Penulisan Skripsi ...................................................... 7

BAB II. LANDASAN TEORI ........................................................................ 9 2.1. Kalor ............................................................................................ 9 2.2. Air Conditioner (AC) .................................................................. 13 2.2.1. Kompresor ....................................................................... 17 2.2.2. Kondensor ........................................................................ 19 2.2.3. Pipa Kapilair .................................................................... 20 2.2.4. Evaporator ....................................................................... 20

v

2.2.5. Kipas Motor ..................................................................... 21 2.3. Tempat Pemanas Air ................................................................... 22 2.4. Mikrokontroler ATmega8535 ..................................................... 23 2.4.1. ADC ( Analog to Digital Converter ) ............................... 26 2.5. LM35DZ .................................................................................... 30 2.6. LM324 ....................................................................................... 30 2.7. Float Switch ............................................................................... 31 2.8. 7segment dan LED ...................................................................... 32 2.9. ULN2803 ................................................................................... 32 2.10. Katup Elektronik ...................................................................... 33 2.11. Relay ........................................................................................ 34 2.12. MPX5500DP ............................................................................ 34

BAB III. PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM …………………….36 3.1. Cara Kerja Alat ........................................................................ 37 3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ............................. 38 3.2.1. Perancangan Catu Daya .................................................. 39 3.2.2. Perancangan Tabung Pemanas Air ................................. 41 3.2.3. Perancangan Modul Pengontrol ...................................... 47 3.2.4. Perancangan Modul Indikator Suhu ................................ 50 3.2.5. Perancangan Modul Ketinggian Air ............................... 51 3.2.6. Perancangan Modul Display ........................................... 52 3.2.7. Perancangan Modul Katup ............................................. 53

vi

3.2.8. Perancangan Modul Pengaman Tekanan ........................ 55 3.3. Perancangan Perangkat Lunak ................................................. 56 3.3.1. Indikator Panas, Suhu Air Dalam Tabung ........................ 57 3.3.2. Indikator Ketinggian Air Dalam Tabung Serta Pengisian Air Otomatis .................................................................. 58 3.3.3. Pengaman Suhu Yang Berlebih Dalam Tabung ............... 59 3.3.4. Pengaman Tekanan Lebih dari 4 bar Dalam Tabung ........ 59

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS ..................................................... 61 4.1. Pengujian Tiap Modul ............................................................. 61 4.1.1. Pengujian Catu Daya ...................................................... 62 4.1.2. Pengujian Modul Pengontrol .......................................... 62 4.1.3. Pengujian Modul Indikator Suhu .................................... 63 4.1.4. Pengujian Modul Ketinggian Air ..................................... 65 4.1.5. Pengujian Modul Display ................................................ 66 4.1.6. Pengujian Modul Katup ................................................... 66 4.1.7. Pengujian Modul Pengaman Tekanan............................... 67 4.2. Pengujian Sistem ..................................................................... 69 4.2.1. Pengujian Sistem Pengisian Air Serta Indikator Ketinggian Air ............................................................... 69 4.2.2. Pengujian Sistem Pemanas Air Serta Indikator Display ... 71 4.2.3. Pengujian Penyimpanan Panas Air Sekitar 2 Hari ........... 79 4.2.4. Pengujian Pengaman Tekanan Gas ................................... 80

vii

4.2.5. Pengujian Penghematan Listrik AC Pada Bagian Blower Kondensor .......................................................... 82 4.2.6. Pengujian Kinerja Sistem AC Yang Dimanfaatkan Untuk Pemanas Air ........................................................ 84

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN PENGEMBANGAN ...................... 87 5.1. Kesimpulan .............................................................................. 87 5.2. Saran Pengembangan ............................................................... 89

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 90

LAMPIRAN A Pedoman Pemasangan dan Penggunaan LAMPIRAN B Coding Sistem LAMPIRAN C Dokumentasi Alat LAMPIRAN D Lembar Data Komponen (Data Sheet)

viii

DAFTAR TABEL

TABEL

HALAMAN

1.1. Perbandingan Alat ACWH Dengan Alat Yang Akan Dirancang ............... 5 2.1. Perbedaan Seri AVR Berdasarkan Jumlah Memori ................................. 23 2.2. Pemilihan Tegangan Referensi ADC ...................................................... 26 2.3. Konfigurasi Clock ADC ......................................................................... 28 2.4. Pemilihan Sumber Picu ADC ................................................................. 29 3.1. Konduktivitas Termal Bahan Yang Digunakan ....................................... 46 3.2. Konfigurasi Pin–Pin Mikrokontroler ...................................................... 50 3.3. Konverter Decimal ke Hexadecimal ........................................................ 52 4.1. Hasil Pengujian Regulator Tegangan …………………………………….62 4.2. Perbandingan LM35DZ Dengan Thermometer Air Raksa ……………….64 4.3. Hasil Pengujian Pemanas Air ……………………………………………..73 4.4. Hasil Pengujian Pemanas Air ……………………………………………..74 4.5. Pengujian Penyimpanan Panas Air Selama 2 Hari ………………………..80 4.6. Pengujian Pengaman Tekanan Gas ………………………………………..81 4.7. Pengujian Kinerja Sistem AC Saat Terjadi Overload ……………………..85 4.8. Pengujian Kinerja Sistem AC Saat Tidak Terjadi Overload ……………....85

ix

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR

HALAMAN

1.1. Tabung Pemanas Air pada Wika ............................................................... 4 2.1. AC Window ........................................................................................... 13 2.2. AC Split ................................................................................................. 14 2.3. AC Sentral ............................................................................................. 14 2.4. AC Floor Standing ................................................................................. 15 2.5. Sistem Air Conditioner ........................................................................... 17 2.6. Kompresor Torak ................................................................................... 18 2.7. Kondensor .............................................................................................. 20 2.8. Pipa Kapilair .......................................................................................... 20 2.9. Evaporator ............................................................................................. 21 2.10. Kipas Motor ......................................................................................... 22 2.11. Pin ATmega8535 ................................................................................. 25 2.12. Register ADMUX ................................................................................ 26 2.13. Format Data ADC dengan ADLAR = 0 ................................................ 27 2.14. Format Data ADC dengan ADLAR = 1 ................................................ 27 2.15. Register ADCSRA ............................................................................... 27 2.16. Register SFIOR .................................................................................... 28 2.17. PIN LM35DZ Tampak Bawah ............................................................. 30 2.18. PIN LM324 Tampak Atas .................................................................... 31 2.19. Float Switch ......................................................................................... 31

x

2.20. 7Segment .............................................................................................. 32 2.21. Pin Data 7segment ................................................................................ 32 2.22. Pin Koneksi IC ULN2803 .................................................................... 33 2.23. Elektronik Valve .................................................................................. 33 2.24. Relay .................................................................................................... 34 2.25. MPX5500DP dan Pin-Pin MPX5500DP ............................................... 35 3.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan ......................................................... 37 3.2. Skema Untai Catu Daya ......................................................................... 39 3.3. AC Split ................................................................................................. 41 3.4. Pemanfaatan Dari AC Split ...................................................................... 42 3.5. Tabung Pemanas Air Bagian Dalam ....................................................... 43 3.6. Heat Exchanger ..................................................................................... 44 3.7. Penggunaan Isolator ............................................................................... 46 3.8. Tabung Pemanas Air .............................................................................. 47 3.9. Untai Osilator ATMega8535 .................................................................. 48 3.10. Rangkaian Modul Pengontrol ............................................................... 49 3.11. Untai LM35DZ dan Buffer ................................................................... 51 3.12. Rangkaian Modul Ketinggian Air ......................................................... 51 3.13. Rangkaian Modul Display .................................................................... 53 3.14. Rangkaian Modul Katup ....................................................................... 54 3.15. Rangkaian Modul Pengaman Tekanan .................................................. 55 3.16. Diagram Alir Realisasi Perangkat Lunak Sistem ................................... 56 3.17. Subrutin Diagram Alir Indikator Panas, Suhu Air Dalam Tabung ......... 57

xi

3.18. Subrutin Diagram Alir Indikator Ketinggian Air Dalam Tabung Serta Pengisian Air Otomatis ........................................................................ 58 3.19. Subrutin Diagram Alir Pengaman Suhu Yang Berlebih Dalam Tabung ...59 3.20. Subrutin Diagram Alir Pengaman Tekanan Lebih dari 4bar Dalam Tabung ................................................................................................. 60 4.1. Diagram Alir Pengujian Tiap Port Mikrokontroler ................................. 63 4.2. Peletakan Sensor dan Thermometer Air Raksa ....................................... 64 4.3. Kondisi Pengapung Pada Float Switch ................................................... 65 4.4. Pengujian 7segment ................................................................................ 66 4.5. Kondisi–Kondisi Pada Katup Elektronik ................................................. 67 4.6. Pengujian Sensor MPX5500DP .............................................................. 68 4.7. Tegangan Keluaran Sensor MPX5500DP Saat 4bar ................................ 68 4.8. Proses Saat Float Switch di Bawah Level Low ........................................ 70 4.9. Proses Saat Float Switch di Level Low .................................................... 70 4.10. Proses Saat Float Switch di Level Medium ............................................ 70 4.11. Proses Saat Float Switch di Level Full .................................................. 71 4.12. Sistem Pemanas Air ............................................................................. 72 4.13. Persamaan Thermometer Air Raksa dan Indikator Suhu ....................... 73 4.14. Grafik Hasil Pengujian Waktu Terhadap Arus Kerja AC Dari Tabel 4.3 ...................................................................................... 76 4.15. Grafik Hasil Pengujian Waktu Terhadap Arus Kerja AC Dari Tabel 4.4 ...................................................................................... 77 4.16. Grafik Hasil Pengujian Waktu Terhadap Suhu Dari Tabel 4.3 .............. 78

xii

4.17. Grafik Hasil Pengujian Waktu Terhadap Suhu Dari Tabel 4.4 ............... 78 4.18. Hasil Pengujian Pengaman Tekanan Gas .............................................. 81 4.19. Hasil Pengujian Kinerja Sistem AC Yang Dimanfaatkan Untuk Pemanas Air ......................................................................................... 84

xiii