PENGONTROLAN BEDA TEKANAN UDARA DENGAN VARIASI BUKAAN DAMPER DAN KECEPATAN FAN BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO MEGA 2560 PADA MODEL RUANG OPERASI AIR PRESSURE DIFFERENCE CONTROLLING BY VARIATING THE DAMPER OPENING AND FAN SPEED BASED ON ARDUINO MEGA 2560
MICROCONTROLLER ON OPERATING ROOM
Laporan Tugas Akhir
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Pendingin dan Tata Udara
disusun oleh: Luthfi Merdiandani
091611077
NIM
JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2012
ABSTRAK
Pengontrolan tekanan udara secara otomatis merupakan hal yang penting diterapkan di ruang operasi untuk menghindari adanya kontaminasi bakteri antara luar ruangan dengan dalam ruangan dengan nilai beda tekanan minimal 12 Pa lebih tinggi dari tekanan lingkungan. Pengontrolan tekanan udara ruangan dilakukan dengan mengatur debit udara masuk dan keluar ruangan. Model ruang operasi yang dibuat, dirancang untuk dapat mengontrol beda tekanan udara dengan cara mengatur bukaan damper dan kecepatan fan agar dapat menghasilkan nilai beda tekanan ruangan yang lebih stabil. Alat kontrol yang digunakan adalah mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang dilengkapi dengan shield Control Motor DC, LCD, dan SD Card Arduino. Sensor tekanan menggunakan BMP085 dan penggerak damper menggunakan motor servo. Hasil akhir yang didapat adalah set point nilai beda tekanan udara dapat dikontrol sesuai dengan perubahan tekanan lingkungan dengan beda tekanan udara antara 12 – 25 Pa dan tekanan udara ruangan dapat diatur antara 92174 – 92185 Pa dengan nilai beda tekanan antara 54 – 15 Pa atau rata- rata sebesar 32,56 Pa lebih tinggi dari tekanan udara lingkungan.
Kata kunci: pengontrolan tekanan udara, ruang operasi, beda tekanan, bukaan damper, kecepatan fan, Arduino Mega 2560, BMP085, shield Arduino.
ABSTRACT
Controlling the air pressure automatically which is applied in the operating room is important to avoid the contamination of bacteria between outdoors and indoors with air pressure difference of 12 Pa above atmospheric air pressure around the room. Controlling the air pressure in the room can be done by regulating the air flow in and out of the room. The operating room model that was made, designed to control the air pressure difference between by combining the aperture damper settings and fan speed in order to generate the room pressure difference to be more constant .The controller which is used in this project is Arduino2560 that is equipped with a DC Motor Control, LCD, and SD Card Shield Arduino. Pressure sensor is BMP085 and the damper is moved by servo motor. The set point of air pressure difference can be controlled by using ambient pressure change with range between 12 – 25 Pa and room air pressure can be controlled by using range of 92174 – 92185 Pa with average pressure difference is about 32,56 Pa which higher than ambient air pressure.
Key word: controlling air pressure, operating room, difference air pressure, aperture damper, fan speed, Arduino Mega 2560, BMP085, Shield Arduino
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmaanirrohiim
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena atas berkah dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“Pengontrolan Beda Tekanan Udara Dengan Variasi Bukaan Damper dan
Kecepatan Fan Berbasis Mikrokontroler Arduino Mega 2560 pada Model Ruang
Operasi” yang merupakan salah satu persyaratan kelulusan di Jurusan Teknik
Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung.
Dalam proses pembuatan Tugas Akhir ini penulis sering mengalami masalah dan hambatan. Meskipun demikian, penulis benar-benar berusaha semaksimal mungkin untuk dapat menyelesaikannya dengan sebaik-baiknya.
Penulis menyadari bahwa dari awal sampai akhir pembuatan laporan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Keluarga besar yang selalu mendoakan, memotivasi, serta member dukungan kepada penulis.
2. Edmond Murad, ST. selaku pembimbing 1 dan Bapak Muhammad Arman, ST., Spsi. selaku pembimbing 2 yang telah membimbing dan memberi masukan selama pembuatan alat dan laporan Tugas Akhir.
3. Ary Surjanto, ST., MT. Selaku Ketua Program Studi Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung.
4. Ade Suryatman Margana, ST., M.Eng. selaku Kepala Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung.
5. Seluruh Dosen,staf teknisi dan instruktur di laboratorium Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang telah banyak membantu, membimbing, serta memberikan informasi yang berguna bagi penulis.
6. Seluruh rekan- rekan mahasiswa Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang tanpa henti memberikan dorongan, semangat, dan bantuan baik moril maupun materil.
Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi penulis khususnya, dan menambah wawasan bagi pembaca pada umumnya. Kritik dan saran yang membangun penulis harapkan untuk penyempurnaan Laporan Tugas Akhir ini. Terima kasih.
Bandung, 24 Juni 2012 Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
ABSTRAK ... iii
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Maksud dan Tujuan... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Metoda Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Mikrokontroler ... 5 2.1.1 Arduino ... 7 2.1.2 Shield Arduino ... 8 2.1.3 Sensor BMP085 ... 11 2.1.4 Motor Servo ... 11 2.1.5 Fan DC ... 13
2.1.6 Bahasa Pemrograman Arduino ... 15
2.2 Clean Room ... 16
2.2.1 Klasifikasi Clean Room ... 16
2.2.2 Aliran Udara Clean Room ... 17
2.3 Ruang Operasi ... 20
2.4 Hubungan Tekanan dan Ventilasi ... 22
2.4.1 Pengontrolan Tekanan Udara ... 24
BAB III RANCANGAN SISTEM ... 25
3.1 Cara Kerja Sistem ... 25
3.2 Rancangan Kontrol ... 26
3.2.1 Rangkaian Kelistrikan ... 27
3.2.2 Bahasa Pemrograman ... 29
3.3 Rancangan Model Ruang Operasi ... 32
3.3.1 Konstruksi Model ... 34
3.3.2 Material yang Digunakan ... 37
BAB IV INTEGRASI DAN UJI COBA SISTEM ... 38
4.1 Integrasi Sistem ... 38
4.1.1 Uji Coba Kontrol ... 38
4.1.2 Uuji Coba Sistem ... 41
4.2 Analisis Uji Coba Sistem ... 43
BAB V PENGUJIAN DAN PENGAMBILAN DATA ... 45
5.1 Kerangka Pengujian ... 45
5.1.1 Tujuan Pengujian ... 45
5.1.2 Titik Uji ... 45
5.1.3 Alat yang Digunakan ... 46
5.1.4 Besaran yang Diukur ... 46
5.2 Grafik Pengamatan... 47
5.3 Analisis Data ... 53
5.4 Analisis Sistem Secara Keseluruhan ... 57
BAB VI PENUTUP ... 59 6.1 Kesimpulan ... 59 6.2 Saran ... 59 DAFTAR PUSTAKA ... 61
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Arduino Mega 2560 ... 8
Gambar 2.2. LCD Shield Arduino 16x2 ... 9
Gambar 2.3. 2 A Motor Shield Arduino ... 10
Gambar 2.4. Stacable SD Card Shield Arduino ... 10
Gambar 2.5. BMP085 ... 11
Gambar 2.6. Diagram Alir Kontrol Servo... 11
Gambar 2.7. (a). Servo Horn Bulat ... 12
Gambar 2.7. (b). Servo Horn X ... 12
Gambar 2.8. Pulse Motor Servo ... 13
Gambar 2.9. Fan Aksial DC ... 13
Gambar 2.10. Pola Pulse Width Modulation ... 14
Gambar 2.11. Pola aliran udara konvensional ... 17
Gambar 2.12. Pola aliran udara crossflow ... 18
Gambar 2.13. Pola aliran udara downflow ... 18
Gambar 3.1. Proses Pengerjaan Sistem ... 25
Gambar 3.2. Diagram Alir Pengontrolan Tekanan Udara Ruangan ... 27
Gambar 3.3. Rancangan Kelistrikan Sistem ... 27
Gambar 3.4. Diagram Alir Rancangan Pemrograman Sistem ... 32
Gambar 3.5. Rancangan Sistem Model Ruang Operasi ... 34
Gambar 3.6. Rancangan Model Ruang Operasi ... 35
Gambar 3.7. Rancangan Rangka Model Ruang Operasi ... 36
Gambar 4.1. Pemasangan Sensor BMP085 pada Arduino ... 39
Gambar 4.2. Pemasangan Motor Servo pada Arduino... 39
Gambar 4.3. Pemasangan Fan pada Controller MotorShield Arduino ... 40
Gambar 4.4. Jumper Pemilihan Mode Kontrol ... 40
Gambar 5.1. Titik Pengukuran Sistem Model Ruang Operasi ... 45 Gambar 5.2. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 0% dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... 47 Gambar 5.3. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 25% dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... 47 Gambar 5.4. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 50% dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... 48 Gambar 5.5. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 75% dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... 48 Gambar 5.6. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 100% dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... 49 Gambar 5.7. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 0% dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... 49 Gambar 5.8. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 25% dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... 50 Gambar 5.9. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 50% dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... 50 Gambar 5.10. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 75% dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... 51 Gambar 5.11. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada
Bukaan Damper 100% dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... 51 Gambar 5.12. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu dengan
Gangguan Bukaan Pintu ... 52 Gambar 5.13. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu dengan
Pengontrolan Kecepatan Fan... 52 Gambar 5.14. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu dengan
Pengontrolan Batas Set point ... 53 Gambar 5.15. Diagram Nilai Beda Tekanan Rata- Rata pada
Variasi Bukaan Damper ... 54 Gambar 5.16. Grafik Tekanan Udara Ruangan pada Kondisi Tertentu ... 56
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Beda Tekanan Pada Ruang Bersih ... 24
Tabel 4.1. Tabel Pengujian Alat Kontrol pada Sistem ... 42
Tabel 5.3. Pengaturan Kecepatan Fan ... 55
Tabel 5.4. Tekanan Udara Ruangan pada Kondisi Tertentu ... 56
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A TABEL DAN GAMBAR (DASAR TEORI)
Gambar A.1. Skematik Arduino Mega 2560 ... LA 1 Gambar A.2. Skematik L298 Shield ... LA 2 Gambar A.3. Skematik LCD Shield ... LA 3 Gambar A.4. Skematik BMP085 Breakout ... LA 4 Gambar A.5. Skematik Sistem Kontrol ... LA 5 Grafik A.1. Klasifikasi Ruangan Berdasarkan Ukuran
Partikel ... LA 6 Tabel A.2. Persyaratan Kondisi Udara dan Ventilasi
pada Beberapa Ruangan di Rumah ... LA 7 Tabel A.3. Rincian Komponen Kontrol ... LA 8 LAMPIRAN B GAMBAR RANCANGAN
Diagram Kelistrikan Sistem Model Ruang Operasi ... LB 1 Desain Sistem Model Ruang Operasi ... LB 2 Desain Rangka Sistem ... LB 3 Desain Model Ruang Operasi ... LB 4 Desain Rangka Sistem ... LB 5 LAMPIRAN C DATA HASIL PENGUJIAN
Tabel C.1. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 0%
dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... LC 1 Tabel C.2. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 25%
dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... LC 2 Tabel C.3. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 50%
dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... LC 3 Tabel C.4. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 75%
dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... LC 4
Tabel C.5. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 100%
dan Kecepatan Kedua Fan 100% ... LC 5 Tabel C.6. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 0%
dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... LC 6 Tabel C.7. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 25%
dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... LC 7 Tabel C.8. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 50%
dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... LC 8 Tabel C.9. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 75%
dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... LC 9 Tabel C.10. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 100%
dan Kecepatan Kedua Fan 50% ... LC 10 Tabel C.11. Data Pengukuran Tekanan Udara Ruangan dengan
Pengontrolan Kecepatan Fan ... LC 11 Tabel C.12. Data Pengukuran Tekanan Udara dengan
Pengontrolan Nilai Set Point Berdasarkan
Tekanan Udara Lingkungan... LC 13 LAMPIRAN D SKETCH PEMROGRAMAN
D.1. Sensor BMP085 ... LD 1 D.2.Continue Servo Parallax ... LD 5 D.3. 2A Motor Shield Arduino ... LD 6 D.4.Stackable SD Card v.1 Shield Arduino ... LD 7 D.5. LCD Shield Arduino 16 x 2 ... LD 8
D.6.Sketch Pemrograman Pengontrolan Fan Berdasarkan
Set Point ... LD 10
D.7.Sketch Pemrograman Pengontrolan Nilai Set Point
Berdasarkan Perubahan Tekanan Lingkungan ... LD 16 LAMPIRAN E DOKUMENTASI
Tabel E.1. Jadwal Kegiatan Kerja ... LE 1 Foto Kegiatan... LE 2
DAFTAR PUSTAKA
ASHRAE. 2003. ASHRAE Handbook HVAC Aplication. American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers. Atlanta.
Bevirt W. David, dkk. 2005. HVAC System Application. SMACNA: Edisi 5. Virginia.
Huda Akbarul. 1 April 2010.Ruang Operasi. Akbarulhuda.wordpress.com. diakses pada tanggal 11 April 2012: 20.00
NN. 16 Juni 2011. BMP085. bildr.com. diakses pada tanggal 5 April 2012 : 20.30 NN. 27 Juni 2012. Arduino. id.wikipedia.org. diakses pada tanggal 13 April 2012
: 21.00
NN. 30 Maret 2009. Apa itu mikrokontroler?. hme.ee.itb.ac.id. diakses pada tanggal 13 April 2012 : 20.30
NN. Arduino. Arduino.cc. diakses pada tanggal 20 Maret 2012 : 19.30
NN. Shield Arduino. dfrobot.com. diakses pada tanggal 29 Maret 2012 : 19.30
Yulias Zervani. 2011. Tutorial Menggunakan Servo. famosastudio.com. diakses pada tanggal 1 April 2012 : 20.00
