TUGAS AKHIR PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT KONTROL SUHU EVAPORATOR PADA LEMARI ES SATU PINTU
Oleh: PUTU DHARMA SANJAYA 0605031032
JURUSAN D3 TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA SINGARAJA 2010
BAB III METODOLOGI
3.1. Perancangan Alat Adapun langkah-langkah dalam melaksanakan perancangan alat adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini:
Gambar 3.1 Flowchart pembuatan rangkaian kontrol suhu
Flowchart di atas merupakan gambaran mengenai tahapan demi tahapan dalam melaksanakan proses pembuatan rangkaian kontrol suhu evaporator yang dimulai dari awal hingga akhir sebagai berikut : 56
1. Tahap pertama yang dilakukan adalah melakukan pengumpulan data tentang teori yang berkaitan dengan alat yang akan dibuat. Hal ini dilakukan agar memudahkan dalam tehnik perhitungan, penentuan nilai-nilai komponen dan pengenalan-pengenalan karakteristik komponen yang akan dipakai 2. Tahap kedua yaitu pengumpulan bahan alat ini merupakan persiapan pengumpulan bahan-bahan awal sebelum merancang dan pembuatan kontrol suhu evaporator. Agar nantinya tidak menghambat dalam pembuatan alat selanjutnya. 3. Tahap ketiga yaitu melakukan rancangan desain rangkaian beserta nilai-nilai komponen yang terpasang berdasarkan hasil perhitungan yang didapat juga perancangan kontruksi alat kontrol suhu evaporator dan perancangan kontruksi intalasi kabel instalasi ke kontrol suhu serta perancangan kontruksi penempatan sensor LM35DZ di evaporator. 4. Tahap keempat yaitu melakukan persiapan pembuatan alat dengan mengecek skema alat yang sudah disiapkan. 5. Tahap
kelima
yaitu
melakukan
pengumpulan
komponen-komponen
elektronika yang akan dipakai dalam menyusun rangkaian yang telah ditentuan berdasrakan hasil perancangan.. Apabila komponen yang dibutuhkan tidak tersedia dalam ranncangan maka pada blok yang memakai komponen tersebut dilakukan proses modifikasi atau penggantian komponen yang baru dan memiliki fungsi yang sama. Jika semua komponen semua komponen tersedia di pasaran maka dapat dilanjutkan pada tahap berikutnya.
6. Tahap keenam memasang komponen-komponen pada breadboard serta mengatur tata letak komponen yang digunakan agar kelihatan rapi dan memperhitungkan jalur pengkabelan supaya kelihatan tidak saling menyilang. 7. Tahap ketujuh yaitu meninjau kembali rangkaian yang sudah dirakit apakah nilai komponen-komponen yang digunakan sudah sesuai dengan rancangan pada gambar serta jalur-jalur pengkabelannya. Selanjutnya pengujian rangkaian dilakukan. Apabila terjadi kesalahan (rangkaian tidak bisa bekerja) maka dalam proses ini dilakukan pemeriksaan rangkaian yang dimulai dari nilai komponen, jalur pengkabelan, dan penyolderannya. Jika tidak terjadi kesalahan dalam tahap ini, maka dapat dilakukan proses berikutnya. 8. Tahap kedelapan yaitu melakukan proses perancangan jalur pola PCB, pada proses ini terdiri dari beberapa pertimbangan : Ø Yang dilakukan ialah menentukan tata letak komponen agar kelihatan rapi. Ø Memperhitungkan jalur rangkaian agar tidak kelihatan saling menyilang. Ø Menyesuaikan ukuran rancangan gambar pola PCB dengan lembar pertinak lapis tembaga. Bila pertimbangan-pertimbangan di atas sudah terpenuhi, selanjutnya membuat pola PCB. Untuk mendapat hasil gambar yang lebih bagus, maka penulis menggunakan suatu program pada komputer dengan
program
diptrace. 9. Tahap kesembilan yaitu dilakukan proses perakitan rangkaian pada pola PCB. Yang dilakukan ialah meletakkan komponen-komponen yang dibutuhkan sesuai dengan nilai dan gambar rancangan, setelah itu dilanjutkan dengan menyolder kaki-kaki komponen. Kaki komponen yang telah disolder dipotong
agar kelihan rapi. Proses ini merupakan proses akhir
untuk membuat
rangkaian pola PCB permanen. 10. Tahap kesepuluh yaitu proses pengujian alat, alat yang sudah selesai dirakit ditinjau kembali dari nilai-nilai komponen, jalur pengkabelannya, dan tata letaknya. Bila sudah terpenuhi maka dilanjutkan dengan pengujian rangkaian. 11. Selanjutnya pemasangan rangkaian kontrol suhu evaporator pada cassing alat. Setelah tahapan-tahapan yang dilakukan diatas selesai dan alat sudah bekerja dengan normal sesuai dengan yang diharapakan maka selajutnya menuju proses tahapan akhir yaitu pembuatan laporan tugas akhir. 3.1.1 Perancangan dan Pembuatan Konstruksi dan Desain Alat Dalam perancangan dan pembuatan konstruksi dan desain alat kontrol suhu evaporator agar dalam pembuatannya dapat berjalan dengan baik dan lancar maka susunan perancangan mengikuti tahapan-tahapan berikut ini. dengan spesifikasi lemari es :
v Merek
: Uchida, Model VR-123.
v Volt
: 220 Volt
v Cycle
: 50 Hz
v Watt
: 68 watt
v Refrigeran : R134A v Ampere
: 0,85A
Tahapan-tahapan pembuatan konstruksi dan desain alat dapat dijelaskan dengan tahapan-tahapan di bawah ini : 1. Perancangan Konstruksi Elemen Panas di Evaporator 2. Perancangan Konstruksi Instalasi Kabel Kontrol 3. Perancangan Kontruksi Penyangga IC Sensor LM35 4. Perancangan casing alat 3.1.1.1 Perancangan Konstruksi Elemen Panas di Evaporator Perancangan kontruksi elemen pemanas pada gamabar 3.2 dibuat sedemikian rupa yang dimana elemen pemanas berbentuk persegi yang dilapsi aluminium dipasang atau ditempel pada permukaan evaporator secara horizontal. Agar pemasangan kuat dan tahan terhadap air, elemen pemanas dilapisi plester aluminium, pemasangan elemen pemanas di tempel pada posisi tengah-tengah dan pinggiran depan karena posisi inilah yang tepat untuk mencairkan bunga es yang menempel pada permukaan evaporator
Gambar 3.2 pemasangan elemen pemanas pada evaporator dilihat dari bawah
3.1.1.2 Perancangan Konstruksi Instalasi ke Kabel Kontrol Perancangan instalasi kabel kontrol dipasang disamping kanan body lemari es dapat dilihat pada gambar 3.3 yang dibungkus selang plastik bening agar keliatan rapi dan mencengah kerusakan akibat kabel terjepit tembok, digigit hewan, maupun yang disebabkan oleh manusia. Untuk instalasi kabel catu daya dipakai kabel serabut yang ukuran sedang dengan kabel warna merah berkutub positif dan kabel warna hitam berkutub negatif. Untuk kabel listrik elemen pemanas dipakai kabel serabut ukuran 1,5cm.Sedangkan Kabel output dari LM35 dipakai kabel pita berjumlah 3 kabel dengan dilapisi selang plastik kecil.
Kabel disambung pada kabel AC lemari es
Gambar 3.3 Konstruksi Instalasi ke kabel kontrol suhu evaporator
3.1.1.3 Perancangan Kontruksi Penyangga IC Sensor LM35 Untuk perancangan penyangga IC sensor LM35 dipakai pelat aluminium yang dibuat segi empat dengan tumpuan pelat aluminium yang ditempel. Fungsi dari aluminium yang dibentuk segi empat ini untuk sebagai pembatas antara es dan LM 35. karena LM tidak tahan terhadap air. Sehingga
LM 35 hanya mensensor suhu di sekitar evaporator. Untuk kontruksi antara pelat dengan LM 35 dapat dilihat pada gambar 3.4
10cm 5cm Gambar 3.4 Konstruksi Kontruksi Penyangga IC Sensor LM35
3.1.1.4 Perancangan casing alat kontrol dan catu daya Perancangan casing rangkaian kontrol menggunakan kotak besi yang sering dipakai untuk box trafo 2 ampere yang dapat dilihat pada gambar 3.5 Karena bentuknya yang pas dengan ukuran PCB rangkaian kontrol suhu evaporator dan catu daya. Cassing sudah terdapat lubang kabel sehingga keliahatan rapi. Pemasangan casing kontrol suhu evaporator dipasang diatas body lemari es. Dan sebagai pengaman dari terjadi konslet antara PCB dengan body diperlukan baut yang diisi pada lubang baut yang dirangkai sesuai kotak. Untuk pendinginan rangkaian dipasang kipas angin ukuran kecil yang menempel pada cassing. Dalam casing terdapat rangkaian catu daya, trafo 1 ampere, rangkaian kontrol suhu evaporator.
6,8cm
9,8 cm
13,8 cm
Gambar 3.5 Konstruksi casing alat kontrol dan catu daya
3.1.2 Perancangan dan Pembuatan Rangkaian Dalam pembuatan dan perancangan alat rangkaian kontrol suhu evaporator dalam pengontrolan elemen pemanas secara close loop dibuat rangkaian saklar suhu ON/OFF. Agar dalam pembuatannya
teratur dan sesuai dengan yang
diharapkan maka dikerjakan sesuai dengan tahapan-tahapan berikut ini : 1. Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan ( Vref ) 2. Perancangan Rangkaian Sensor Suhu ( Vin ) 3. Perancangan Rangkaian Penyangga/Buffer 4. Perancangan Rangkaian Penguat Selisih/Komparator 5. Perancangan Rangkaian Driver Relay 6. Perancangan Rangkaian Catu Daya 12V DC
Kalau digambarkan secara keseluruhan sesuai dengan tahapan-tahapan di atas maka dapat dilihat pada Gambar 3.6 di bawah ini.
Gambar 3.6. Blok Rangkaian Kontrol Suhu Evaporator
Dari Gambar 3.6 di atas dapat dijelaskan bahwa terdapat dua masukan yang akan memasuki komparator yaitu pembagi tegangan dan sinyal fedback dari sensor suhu. Dalam rangkaian komparator terdapat istilah tegangan referensi (Vref) dan tegangan input ( Vin ) atau tegangan masukan. Pembagi tegangan sebagai tegangan referensi ( Vref ) dan sinyal feedback dari sensor suhu LM35 DZ sebagai tegangan input-an ( Vin ). Besarnya tegangan input-an dapat berubah-ubah sejalan dengan berubahnya suhu yang disensor oleh LM35 DZ. Dengan adanya dua masukan yang menuju komparator, maka komparator akan merespon dan akan bekerja untuk memproses dua masukan tersebut untuk melakukan proses perbandingan dengan hasil error. Error dapat berpolaritas negatif ( - ) atau berpolaritas positif ( + ) untuk mengakibatkan transistor sebagai saklar berada pada titik saturasi/jenuh error yang dirancang. Hasil dari perbandingan/error selanjutnya masuk ke blok rangkaian transistor yang membuat transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sehingga
berpengaruh nanti terhadap sensitifitas kinerja rangkaian kontrol ON/OFF. Selanjutnya output LM358 dengan polaritas positif (+) sebesar 0,77 V akan membuat transistor yang difungsikan sebagai switching mencapai titik saturasi/jenuh. Akibat dari titik saturasi transistor tersebut relay yang difungsikan sebagai saklar akan aktif, arus yang mengalir ke elemen pemanas akan memutus/berhenti menghasilkan panas. Selanjutnya apabila Vref lebih kecil dari Vin LM35 DZ, Vout dari rangkaian penguat selisih/komparator akan berpotensial negatif yaitu sebesar -0,77 V. Transistor yang difungsikan sebagai switching tidak mencapai titik saturasi, relay akan terbuka kontakknya elemen pemanas akan terlaliri arus listrik kembali dan bekerja menghasilkan panas Dalam perancangan alat kontrol suhu evaporator udara terdapat satu rangkaian penguat selisih/komparator dangan satu Vinput-an. digunakan untuk kontrol ON/OFF elemen pemanas. Pensaklaran elemen pemanas sesuai dengan set-point yang telah ditentukan dari sebuah relay dengan sebuah transistor A1015 yaitu Q1 yang mengontak relay. Prinsif kerja untuk menggerakkan transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sama dengan kontrol ON/OFF elemen pemanas. Penguat selisih/komparator dengan error sebesar 0,77 V akan mengakibatkan transistor mencapai titik saturasi.
3.1.2.1 Blok Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan ( Vref ) Dalam perancangan tegangan referensi yang presisi dapat dilihat pada Gambar 3.7 di bawah ini
Gambar 3.7 Pembagi Tegangan Sebagai Tegangan Referensi
Dari Gambar 3.7 di atas untuk memperoleh tegangan referensi yang presisi digunakan TL431 sesuai dengan datasheet (+2.5V precision voltage reference) berfungsi sebagai regulator dengan output +2.5V. alasan digunakannya TL431 ini adalah agar nantinya tegangan maksimal output-nya tidak melebihi tegangan +2,5 V sehingga membandingkan dengan tagangan output LM35 DZ tidak terlalu jauh. Trimpot 2.2K (VR1) dan R3 1.2K membentuk rangkaian pembagi tegangan yang akan menentukan harga tegangan refrensi (Vref) 0V/0ºC - 1,62V/162ºC. R4 ditentukan nilainya sebesar 1K. R4 ini digunakan untuk membatasi arus langsung melalui IC TL431 sesuai dengan datasheet. Melalui persamaan ( 2-4 ) maka dapat diperoleh Vout maksimal dari pembagi tegangan adalah sebesar :
Vout = Vin x
R2 R1 + R 2
= 2.5 V x
2.2 KW 1.2 KW + 2.2 KW
= 2.5 V x 0.647 = 1.617 V
3.1.2.2 Blok Perancangan Rangkaian Sensor Suhu LM35 DZ Sebagai sensor temperatur digunakan IC LM35 DZ yang telah dikalibrasi langsung dalam oC. Tegangan keluarannya (VOut) akan mengalami perubahan 10 mV untuk setiap perubahan temperatur 1ºC. Memenuhi persamaan (2-10) dengan T adalah temperatur yang dideteksi dalam derajat cecius. Untuk memurnikan Vout LM35 DZ maka dipasang pada pin 1 dan pin 2 sebuah kapasitor milar (C1) 0,1μF. Persamaan untuk memperoleh hasil perhitungan dapat menggunakan persamaan di bawah ini :
Vout = 10mV . T Misal pada suhu 30ºC, output dari LM35 DZ pada pin 2 dapat dihitung sebesar :
Vout = 10mV x 30 = 300mV atau 0,30V
Dan misalnya pada suhu 10ºC, maka output keluarannya :
Vout = 10mV x 10 = 100mV atau 0,1V
Gambar 3.8. Rangkaian Sensor Suhu LM35 DZ
3.1.2.3 Blok Perancangan Rangkaian Penyangga/Buffer Penyangga mempunyai penguatan hampir satu dan impedansi masukan yang sangat tinggi dengan keluaran impedansi rendah sehingga penyangga ini hanya menyajikan beban ringan kepada rangkaian peka. Penyangga ini akan menerima input-an/masukan dari rangkaian pembagi tegangan yang menjadi tegangan referensi mewakili suhu. Dalam rangkaian ini digunakan IC LM358 yang memiliki dua buah rangkaian Op-Amp.
Gambar 3.9. Konfigurasi Masing-Masing Op-Amp Pada LM358
Tujuan dari penyangga ini adalah agar tegangan tidak drop/turun karena pembebanan oleh blok rangkaian berikutnya yaitu pada rangkaian pembagi tegangan dan memberikan arus pendorong yang cukup bagi beban. Tegangan keluarannya adalah sama dengan masukan. Penyangga ini mempunyai umpan balik negatif 100% karena keluarannya disambungkan kembali langsung dengan masukan yang membalikkan.. Rangkaian buffer dapat dilihat pada Gambar 3.10 Op-Amp IC LM358 di bawah.
Gambar 3.10. Rangkaian Penyangga/Buffer
Sesuai dengan persamaan (2-12) yang menyatakan bahwa tegangan keluaran dari rangkaian penyangga adalah sama besar dengan tegangan masuakan
Vout = Vin Misal Vin yang masuk ke rangkaian buffer dari pembagi tegangan Vref adalah sebesar 0,16V maka Vout yang keluar dari rangkaian buffer adalah sebesar 0,16V juga.
Vout
=
Vin
0,16V = 0,16 V
3.1.2.4 Blok Perancangan Rangkaian Penguat Selisih/Komparator Rangkaian penguat selisih ini bertujuan untuk membandingkan kedua masukan (V1) output dari sensor suhu LM35 DZ dan (V2) output dari rangkaian pembagi tegangan. Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian penguat selisih
. Gambar 3.11. Rangkaian Penguat Selisih/Komparator
Rangkaian penguat selisih berfungsi membandingkan kedua masukan VRef dan VLM35 DZ yang terlihat pada Gambar 3.11 di atas. Misalkan tegangan masukan VLM35 DZ 0,122 V dan masukan Vref diberi tegangan acuan/referensi lebih tinggi dari 0,122V, yaitu 0,126V maka keluaran dari penguat selisih berpotensial negatif (-). Sedangkan apabila masuakan dari VLM35 DZ tegangannya 0,128V dan masukan VRef diberi tegangan lebih rendah dari 0,128 V, yaitu 0,126V maka keluaran dari penguat selisih berpotensial positif (+). Jika masuakan dari keduanya sama (VRef = VLM35DZ) keluaran tegangan dari penguat selisih adalah 0V. Keluaran/error dari penguat selisih dirancang agar mampu menggerakkan transistor sebagai saklar adalah sebesar 0,77 V
Tegangan keluaran dari penguat selisih/komparator dapat dihitung dengan persamaan (2-11), yaitu : Apabila, Vref
= 0,126 V
VLM35 DZ = 0,128 V
(
VOut = Vin LM 35 DZ
- Vref
) RR
2 1
= ( 0,128V - 0,126 V )
4700 KW 100 KW
= 0.02 . 47 = 0,94 V Polaritasn ya positif (+ )
Apabila, Vref
= 0,126V
VLM35 DZ = 0,126V
VOut = ( Vin LM 35 DZ - Vref
)R
= ( 0,126 V - 0,126 V ) = 0 ,00 . 47 = 0V
Apabila, Vref
= 0,126 V
VLM35 DZ = 0,122V
2
R1 470 KW 100 KW
VOut = ( Vin LM 35 DZ - Vref
)R
= ( 0,122V - 0,126 V )
2
R1 4700 KW 100 KW
= - 0,04 . 47 = - 1,88 V Polaritasnya negatif (-)
3.1.2.5 Blok Perancangan Rangkaian Driver Relay Rangkaian saklar elektronik akan memproses keluaran/error dari komparator, membuat transistor mencapai titik saturasi adalah sebesar 0,77V. Tegangan sebesar 0,77V yang nantinya masuk ke kaki basis dan mengakibatkan transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi.. Blok rangkaian saklar elektronik mendapat sumber tegangan dari catu daya berupa tegangan dan arus searah. Saat transistor sebagai saklar, maka transistor mengalirkan dan menghentikan arus secara elektronik. Yang mengendalikan arus itu mengalir atau berhenti adalah kaki basis. Apabila basis mendapat tegangan ≥ 0,77V
maka basis aktif dan
mengalirkan arus melalui kaki kolektor menuju kaki emitor. Rangkaian driver relay (penggerak relay) terdiri dari satu buah transistor, transistor difingsikan sebagai swicth yang bekerja untuk mengaktifkan relay
Gambar 3.12. Rangkaian Penggerak Relay
Apabila basis transistor diberikan tegangan ≥ -0,77V maka arus mengalir melalui kaki basis dan membuat transistor aktif. Karena aktif, maka mengalir arus IE = IB + IC menuju negatif dan membuat relay aktif. Kalau relay aktif, maka dari kondisi kontaknya terbuka kemudian tuas kontaknya ditarik dan menutup sehingga arus terputus atau mengalir ke beban. Pada Gambar 3.12 di atas relay dipasang pada kaki kolektor transistor, sehingga besarnya arus kolektor (IC) sama dengan arus relay (IRelay) (IC = IRelay). Relay tersebut memiliki resistansi sebesar 400Ω dan nilai tegangannya sebesar 12V. Dengan demikian besarnya IRelay dapat dicari dengan persamaan (2-9) berikut.
Diketahui : Resistansi Relay (Ohm) = 400Ω Tegangan Relay
= 12V
IC
= I relay
I relay =
V relay R relay
I relay =
12V = 30mA 400W
Dari persamaan diatas didapat nilai IRelay sebesar 30mA. Agar mampu mengantarkan arus sebesar 30mA, maka IC harus ≥ IRelay. Untuk itu transistor yang digunakan sebagai penggerak relay yaitu transistor dengan tipeA1015, sebab kemampuan maksimum hantar arus (IC) dari transistor tersebut adalah -150mA, sehingga transistor aman untuk megantarkan arus relay sebesar 30mA Di samping itu, dengan mengamati supply relay bekerja pada tegangan nominal 12V dengan tegangan sumber 12V, maka :
VCC = VRe lay + VCE
Jadi dari persamaan (2.21) untuk mendapat tegangan relay nominal 12V dengan sumber tegangan 12V dalam keadaan saturasi, maka VCE harus sama dengan nol. Kondisi VCE = 0 adalah menyatakan transistor dalam kondisi konduksi/menghantar (ON). Sehingga untuk membuat tansistor mengantar, maka dibutuhkan arus basis (IB) yang dapat ditentukan dengan persamaan (2-8).berikut ini.
IB =
IC b dc
Diketahui : βdc transistorA1015 = 50 Karena, IC = IR
IC = 30 mA
Maka,
IB
30mA = 30mA 30
Setelah nilai arus basis (IB) diketahui, maka dapat ditentukan tahanan basis yang dipasang pada transistor tersebut adalah
VS = V resistor + VBE 12 V = I resistor x R + 0,7 V
® I resistor = I B
12 V - 0,7 V = 0,6 mA . R R=
12 V - 0,7 V = 18,83 KW 0,6 mA
Karena dipasaran tidak ada nilai resistor yang sesuai dengan perhitungan maka digunakan resistor 10KΩ dan karena beban inductor bersifat induktif, maka diperlukan dioda. Kegunaan dioda tersebut adalah untuk menghubung singkat
tegangan induksi yang biasanya muncul disaat saklar dalam keadaan off, sehingga dapat menghindarkan kerusakan pada transistor. Relay 12V dengan tahanan sebesar 400Ω di paralel dengan dioda rectifier 1N4002.
3.1.2.6 Blok Perancangan Rangkaian Catu Daya 12V DC Rangkaian catu daya berfungsi untuk memberikan daya kepada masingmasing rangkaian sehingga sistem beroprasi secara normal. Rangkaian catu daya bermacam-macam tergantung dari tingkat kestabilan yang diinginkan dan tegangan keluaran yang dibutuhkan untuk mengoprasikan suatu rangkaian. Dengan menggunakan IC Regulator (IC penstabil tegangan) maka bentuk dari rangkaian catu yang dibuat akan sederhana, murah dan tegangan keluaran yang dihasilkan akan tetap konstan trgantung dari IC regulator yang dipilih dan digunakan. Gambar 3.14 di bawah ini menunjukkan rancangan catu daya 12V
Gambar 3.13 Rangkaian Catu Daya12V DC
Prinsip kerja dari rangkaian catu daya DC di atas adalah tegangan PLN 220 volt AC diturunkan (step down) terlebih dahulu menjadi tegangan rendah dengan bantuan trafo penurun tegangan sehingga menjadi 12V AC, karena
rangkaian membutuhkan tegangan searah maka gelombang tegangan keluaran dari trafo skunder disearahkan dengan penggunaan dioda jembatan penyearah. Bentuk gelombang yang disearahkan tersebut masih belum merupakan gelombang tegangan DC murni sehingga pemasangan kapasitor elektrolit (C1) 2200μF 25V secara paralel tersebut membantu menyaring tegangan yang masuk sehingga dapat menghasilkan gelombang DC yang konstan. Karena
rangkaian
disupply
oleh
tegangan 12V DC. Maka terminal keluaran pada capasitor (C1) dihubungkan dengan IC regulator 7812. Untuk meningkatkan kestabilan tegangan keluaran maka pada keluaran IC regulator ditambahkan dengan kapasitor (C2) 1000 μF 16V.
3.2 Cara kerja rangkaian kontrol suhu evaporator pada lemari es satu pintu Secara terinci prinsif kerja rangkaian kontrol suhu evaporator pada lemari es satu pintu dimulai saat suhu 300C dalam jarak maksimal 5cm dari sumber dingin terukur oleh sensor LM 35 DZ pada suhu tertentu. Suhu pada jarak maksimal 5cm disensor oleh LM35 DZ yang disuplai daya +12V diberi dari rangkaian kontrol pemanas . Dengan disensornya suhu oleh sensor suhu LM 35 DZ maka dari pin ke-2 dari sensor suhu LM35 DZ
sebagai Vout/tegangan
keluaran akan mengalami perubahan 10 mV untuk setiap perubahan temperatur 1ºC. Memenuhi persamaan ( 2-3 ) dengan T adalah temperatur yang dideteksi dalam derajat celcius. Untuk memurnikan Vout LM35 DZ maka dipasang pada pin 1 dan pin 2 sebuah kapasitor milar (C1) 0,1μF. Misal saat suhu yang disensor oleh sensor suhu LM35 DZ adalah sebesar 12,6ºC maka Vout dari pin ke-2 sensor suhu LM35 DZ adalah sebesar 0,128 V menurut pengukuran, sedangkan menurut
perhitungan adalah sebesar 0,126 V hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu pengkalibrasian alat yang tidak tepat dan nilai komponen yang digunakan memiliki toleransi yang cukup besar. Vout dari sensor suhu LM35 DZ ini akan menjadi Vin dalam rangkaian penguat selisih/komparator nantinya. Untuk tegangan referensi agar menghasilkan tegangan yang presisi digunakan TL431 sesuai dengan datasheet (+2.5V precision voltage reference) berfungsi sebagai regulator dengan output +2.5V. Alasan digunakannya TL431 ini adalah agar nantinya tegangan maksimal output-nya tidak melebihi tegangan +2,5 V sehingga membandingkan dengan tagangan output LM35 DZ tidak terlalu jauh. Trimpot 2.2K (VR1) dan R3 1.2K membentuk rangkaian pembagi tegangan yang akan menentukan harga tegangan refrensi (Vref) 0V - 1,62V. R4 ditentukan nilainya sebesar 1K. R4 ini digunakan untuk membatasi arus langsung melalui IC TL431 sesuai dengan datasheet. Melalui persamaan ( 2-7 ) dalam perhitungan maka dapat diperoleh Vout maksimal dari pembagi tegangan adalah sebesar 1,617 V apabila dinyatakan dalam temperatur maka tegangan maksimal 1,617 V menyatakan suhu 160ºC. Sebelum digunakan sebagai tegangan referensi (Vref) Vout dari pembagi tegangan tadi masuk ke rangkaian penyangga/buffer. Tujuan dari penyangga/buffer ini adalah agar tegangan tidak drop/turun karena pembebanan pada blok rangkaian sebelumya yaitu pada rangkaian pembagi tegangan.. Penyangga ini mempunyai umpan balik negatif 100% karena keluarannya
disambungkan
kembali
langsung
dengan
masukan
yang
membalikkan sehingga tegangan keluarannya adalah sama dengan masukan. Output dari rangkaian penyangga yaitu pada pin ke-7 akan menjadi Vref dalam rangkaian penguat selisih nantinya. Rangkaian penguat selisih/komparator pada
IC LM358 pada Op-Amp A akan pelakukan perbadingan terhadap V1 dan V2 yang masuk ke dalam kedua input-annya. Dalam perancangan rangkaian ini Vout dari rangkaian penyangga (Vref) terhubung dengan masukan membalik/ inverting (+) pada komparator, sedangkan untuk Vout dari LM35 DZ (Vin) terhubung dengan masukan tak membalik/ non inverting (-) pada rangkaian penguat selisih/komparator.
Rangkaian
penguat
selisih/komparator
membandingkan kedua masukan VRef dan VLM35
DZ
berfungsi
sehingga timbul error dari
perbandingan tersebut. Error ini dapat berpotensial negatif atau positif, misalkan tegangan masukan VLM35DZ
0,122V dan masukan VRef
diberi tegangan
acuan/referensi lebih tinggi dari 0,122V, yaitu 0,126 V maka keluaran dari penguat selisih berpotensial negatif ( - ). Sedangkan apabila masukan dari VLM35 DZ
tegangannya 0,128 V dan masukan VRef diberi tegangan lebih rendah dari
0,128V, yaitu 0,126V maka keluaran dari penguat selisih berpotensial positif ( + ). Jika masuakan dari keduanya sama (VRef = VLM35DZ) keluaran tegangan dari penguat selisih adalah 0V. Hasil dari perbandingan/error selanjutnya masuk ke blok rangkaian transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sehingga berpengaruh nanti terhadap sensitifitas kinerja rangkaian kontrol ON/OFF. Pada saat mencapai 0,77 V akan membuat transistor yang difungsikan sebagai switching tidak mencapai titik saturasi/jenuh. Akibat dari titik saturasi transistor tersebut relay yang difungsikan sebagai saklar bergerak dan arus yang mengalir ke elemen pemanas akan menyambung sehingga elemen pemanas hidup menghasilkan panas Dalam perancangan kontrol suhu evapaporator keseluruhan akan terdapat satu rangkaian penguat selisih/komparator dangan satu Vinput-an. diantaranya
digunakan untuk kontrol ON/OFF elemen pemanas. Pensaklaran elemen pemanas sesuai dengan set-point yang telah ditentukan merupakan satu buah relay dengan satu buah transistor A1015 yaitu Q1 yang mengontak satu buah relay. Untuk menggerakkan transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sama dengan kontrol ON/OFF elemen pemanas, penguat selisih/komparator dengan error sebesar 0,77V akan mengakibatkan transistor mencapai titik saturasi dan elemen pemanas akan dalam keadaan off. Error tersebut merupakan hasil perbandingan terhadap Vin LM35 DZ dengan Vref tetapan yang diberikan sebesar 0,126V mewakili suhu 12,6ºC.
3.3
Lokasi Penelitian Sebelumnya penulis melakukan pembuatan kontrol otomatis, sebagai
langkah awal melakukan survey lemari es satu pintu yang menggunakan kontrol manual. Tempat yang dijadikan survey yaitu bengkel perbaikan lemari es di kota singaraja. Dalam melakukan tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat control suhu evaporator ini dilakukan di Lab Jurusan Teknik Elektro Universitas Pendidikan Ganesha. Perancangan dan pembuatan rangkaian kontrol suhu evaporator ini dibuat , dikerjakan serta dilakukan pengujian alat di Work Shop Jurusan D-3 Teknik Elektro UNDIKSHA Singaraja.
3.4
Subyek Penelitian Subyek yang akan dijadikan sebagai bahan penelitian yang dibutuhkan
dalam pembuatan Tugas Akhir adalah beruapa kontrol suhu evaporator. Dilakukan
pengontrolan
terhadap
pensaklaran
elemen
pemanas
dalam
menghasilkan panas dalam evaporator secara close loop . Subyek penelitian yang dilakukan yaitu pada kontrol suhu evaporator, khususnya pada rangkaian kontrolnya saja dan pengembangan kelistrikan lemari es satu pintu..
3.5
Instrumen Penelitian Adapun peralatan yang digunakan saat melakukan penelitian dapat dilihat
pada Tabel 3.1 Tabel 3.1 Nama dan Jumlah Instrumen yang Digunakan dalam Proses Penelitian No
Nama Alat
Jumlah
Fungsi
1
Termometer digital
1 buah
Mengukur besaran suhu yang terbaca dari udara dingin lemari es
2
Multitester Digital
3 buah
Mengukur besaran tegangan yang terdapat pada titik-titik pengukuran
3
Multitester Analog
1 buah
Mengukur besaran tegangan yang terdapat pada titik-titik pengukuran
4
Kalkulator
1 buah
Membantu dalam proses perhitungan
5
Stopwacth
1 buah
Membantu dalam proses pengukuran waktu
Sedangkan peralatan-peralatan dan bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan alat kontrol suhu evaporator ini dapat dilihat pada tabel 3.2 dan Tabel 3.3 sebagai berikut :
Tabel 3.2. Daftar Nama dan Fungsi Peralatan Pembuatan Alat No
Nama Alat
Fungsi
Jumlah
1
Soder listrik
Untuk mematri pemasangan komponen
1 buah
2
Ragum
Untuk penjepit dan pemipih benda kerja
1 buah
3
Gergaji besi
Untuk Memotong benda kerja
1 buah
4
Bor dan mata Untuk membuat lubang atau rongga bor
6
Kikir (pipih, persegi )
7
Meteran penggaris
8
Cutter
Untuk memotong benda kerja
1 buah
9
Tang (kombinasi, cucut, potong )
Untuk memotong, mengerat benda kerja
3 buah
10
Obeng (-) (+)
Untuk Pengerat baut
2 buah
11
Lem tembak
Untuk mengelem benda kerja
1 Buah
1 buah
Besi Untuk membuat rata permukaan benda bulat, kerja
3 buah
dan Untuk mengukur panjang atau lebar benda kerja
1 buah
Tabel 3.3. Daftar Nama Bahan-bahan Pembuatan Alat No
Nama Bahan
Jumlah/Ukuran
1
Pipa PVC
1m
2
Kipas angin kecil
1 Buah
3
Elemen Pemanas
1 Buah
4
Palster Aluminium Penambal seng.
5
Cassing Plat
6m 1buah
6
Kaleng Cat
1 buah
8
Kabel tis
3 buah
9
Kabel AC serabut
Secukupnya
10
Timah
Secukupnya
11
Komponen-komponen elektronika daya (dalam rangkaian terlampir)
Secukupnya
12
Baut mur
Secukupnya
13
Lem plastik
Secukupnya
14
Baut ulir
Secukupnya
15
Kabel kecil
Secukupnya
16
Cuk AC
Secukupnya
17
Kabel 3 jenis
Secukupnya
18
Doubletip
Secukupnya
19
Papan PCB dan pelarut
Secukupnya
20
Soket Kabel
3.6
1 buah
Pengumpulan Data 1. Apabila hasil perancangan dan pembuatan telah sesuai dengan tahapan-tahapan yang ditetapkan sebelumya maka, rangkaian kontrol evaporator pada lemari es dilakukan pengujian perblok. Dilakukan pencatatan dan pengumpulan data, yaitu melakukan pengukuranpengukuran
tegangan
dari
tiap-tiap
blok
rangkaian
dengan
menggunakan alat ukur multitester digital. Apabila hasil pengujian rangkaian perblok rangkaian kontrol telah sesuai dengan yang ditentukan melaui perancangan perhitungan sebelumnya maka proses
uji alat secara keseluruhan dilakukan. Data-data yang diambil dari pengumpulan data untuk pengujian alat meliputi besaran tegangan pada titik-titik pengujian, waktu yang diperlukan untuk mencapai derajad suatu suhu, suhu yang dihasilkan oleh lemari es dalam waktu tertentu serta kondisi elemen pemanas dalam suhu tertentu. Setelah diperoleh data melalui pengukuran-pengukuran dan pengamatan maka data yang didapat kemudian dilakukan analisa data.
3.7
Analisa Data Data-data yang diambil dalam pengumpulan data sebelumnya terdiri dari
data hasil pengamatan dan pengukuran pada setiap rancangan, baik dari rancangan konstruksi dan desain maupun data-data tentang pengujian rangkaian kontrol elemen pemanas pada setiap blok rangkaian penunjang. Apabila telah sesuai dengan perancangan sebelumya dengan batas toleransi yang ditetapkan maka dilakukan pengujian alat secara keseluruhan. Pengujian alat secara keseluruhan dimulai dengan memberikan set-point sebesar 0,126V. Waktu pencapain suatu titik suhu, kondisi dari elemen pemanas tercatat dalam sebuah tabel yang disajikan secara jelas. Untuk melengkapi dan memperjelas dalam pembacaan tabel maka dibuat suatu grafik hubungan antara suhu dengan waktu yang diperlukan untuk mencapai suatu titik suhu dalam pengujian alat. Selanjutnya dilakukan pembahasan melalui tabel dan grafik yang dibuat.
