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
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. ... (...)
i ABSTRAK
Memasak air merupakan hal mudah dan sering kita alami dalam sehari-hari. 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 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.
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.
ii
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
iii
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
iv
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
v
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
vi
DAFTAR DIAGRAM
vii
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
viii
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
ix
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
1 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
sia-sia dan hal ini sedikit banyak akan mempengaruhi cash flow dari
keuangan ibu-ibu.
Untuk mengatasi permasalahan yang dihadapi ibu-ibu diatas adalah
2
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.
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. Controller
Alarm
Sensor
Relay Selenoid valve Sistem
Set Point + -
3 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
4
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
5 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
saran-saran perbaikan yang di harapkan dapat bermanfaat bagi penulis dan para
6 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.
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 PROSES
7
otomatis langkah demi langkah sesuai dengan urutan yang telah
ditentukan.
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 Peralatan Kendali Sistem yang dikendalikan Gangguan Setting Output
8 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
9
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
terus-menerus bergerak antara dua batas yang diperlukan untuk
10
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
11
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
12
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)
13 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
14 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,
15
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
16
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)
17 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
18
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 :
Diagram 3.1 Alir penelitian Studi Literatur Mulai Perancangan Sistem Pengolahan Data Function Test No Yes Penyusunan dan Penulisan laporan Selesai
19 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 :
Gambar 3.2 Diagram blok sistem Controller
Set Point - +
Sensor
Relay Selenoid Sistem
20
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 :
21 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
22
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
23
kita dapat mengetahui karakteristik dari suatu alat. Berikut ini untuk
mencari rumus dari ralat mutlak ( ∆ ), ralat nisbi (I) dan keseksamaan (K), yaitu : • Ralat Mutlak ( ∆ ) 2 / 1 2 ) 1 ( ) ( − − Σ n n X x ……….…(4.1)
• Ralat Nisbi (I) % 100 × ∆ X ………..(4.2) • Keseksamaan (K) I − % 100 ……….(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 = x100%
B B A−
……… (4.4)
Dimana A = Pengukuran alat
24 • Akurasi
Akurasi adalah perbedaan masksimum antara penunjukan alat
dengan harga sebenarnya.
Akurasi = 1 - Yn
Xn Yn −
……….(4.5)
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 Xn− ………..…(4.6)
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
25
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 4.1 Grafik data power supply +12 volt
Setelah didapatkan hasil pengukuran untuk menganalisa kelayakan maka
dilakukan ralat pengukuran.
12 12.005 12.01 12.015 12.02 12.025 12.03 12.035 1 2 3 4 5 V o lt Pengambilan data
Grafik data power supply +12 volt
Data 1 Data 2 Data 3
26 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 x = 12.016 Σ [ x-x]2 = 0.00032
Tabel 4.2 Data error power supply +12 volt
Ralat mutak = ∆ = ) 1 ( ) ( 2 − −
∑
n n x x = ) 1 5 ( 5 00032 . 0 − = 0.004 Volt -0.016 -0.014 -0.012 -0.01 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0 0.002 12.01 12.03 12.02 12.01 12.01 Volt Out (x)Data error power supply +12 volt
x-x' (x-x')^2
27 Ralat nisbi = I = ∆v×10000 = 10000 016 . 12 004 . 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.
Grafik
Berikut adalah data untuk pengujian kepresisian dari temperature.
36 36.5 37 37.5 38 38.5 39 39.5 T e m p e ra tu r/ S u h u ( °C ) 28
Grafik 4.3 Hasil pengujian akurasi temperature
Berikut adalah data untuk pengujian kepresisian dari temperature.
Data Sample Set Point (°C) Suhu Aktual (°C) Presisi (%) X1 37 38 0.97 X2 37 38 0.97 X3 37 39 0.94
Tabel 4.4 Hasil pengujian presisi di 37°C
Grafik 4.4 Hasil pengujian presisi di 37°C
X1 X2 X3
Pengambilan Data
Grafik Hasil pengujian presisi di 37°C
Set point Suhu aktual
Berikut adalah data untuk pengujian kepresisian dari temperature.
Set point Suhu aktual
29
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:
Data Sample Set Point (°C) Suhu Aktual (°C) Presisi (%) X1 60 61 0.97 X2 60 62 0.94 X3 60 61 0.97
Tabel 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
59 59.5 60 60.5 61 61.5 62 62.5 X1 X2 X3 T e m p e ra tu r/ S u h u ( °C ) Pengambilan Data
Grafik hasil pengujian presisi di 60°C
Set point Suhu aktual
30 Data Sample Set Point (°C) Suhu Aktual (°C) Presisi (%) X1 100 101 0.97 X2 100 101 0.97 X3 100 102 0.94
Tabel 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 Bawah Aktual Atas Error 35 34 37 3 55 54 57 3 85 84 87 3
Error rata – rata 3
Tabel 4.7 Hasil pengujian error
99 99.5 100 100.5 101 101.5 102 102.5 X1 X2 X3 T e m p e ra tu r/ S u h u ( °C ) Pengambilan Data
Grafik hasil pengujian presisi di 100° C
Set point Suhu aktual
31
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. 32 33 34 35 36 37 38 t1 t2 t3 T e m p e ra tu r/ S u h u ( °C ) Pengambilan Data / (t)
Grafik Hasil pengujian error di 35° C
Set point Batas bawah Batas atas 52 53 54 55 56 57 58 t1 t2 t3 T e m p e ra tu r/ S u h u ( °C ) Pengambilan Data / (t)
Grafik Hasil pengujian error di 55°C
Set point Batas bawah Batas atas
Grafik 4.7 Hasil error di 35°C
Pengujian sistem alat secara keseluruhan adalah sebagai berikut :
Data pengujian
Data dan grafik diatas merupakan respon yang terjadi di sistem
perancangan ini. Dari setting point yang telah ditentukan dengan t
82 83 84 85 86 87 88 T e m p e ra tu r/ S u h u ( °C ) 32
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
t1 t2 t3
Pengambilan Data / (t)
Grafik hasil pengujian error di 85°C
Grafik 4.9 Hasil error di 85°C
Pengujian sistem alat secara keseluruhan adalah sebagai berikut :
Data dan grafik diatas merupakan respon yang terjadi di sistem
perancangan ini. Dari setting point yang telah ditentukan dengan t
Set point Batas bawah Batas atas
33
(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
34 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 atau
35
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.
LAMPIRAN 1
PROCESS FLOW DIAGRAM
Process Flow Diagram Keterangan :
Temperature sensors
Temperature controller
Shutdown valve
LAMPIRAN 2
Pengujian kepresisian
LAMPIRAN 3
Trial alat
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
Temperatur naik, cairan didalam sensing bulb menjadi gas
Temperatur turun, gas didalam sensing bulb menjadi cair Kompressor kontak on
1
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: bouncu22@yahoo.com
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.
1
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.
Kata kunci : Mikrokontroler, solenoid valve, motor dc, limit switch, screw conveyor.
1. Pendahuluan 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
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.
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.
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.
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
2
3. Tidak ada sistem pembayaran pada sistem. 4. Hanya menyajikan kopi dalam kondisi
panas.
5. Alat ini hanya bisa membuat 1 porsi dalam 1 kali proses kerjanya.
6. Gelas yang tersedia dalam mesin hanya 10 gelas.
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].
Gambar 1. Solenoid Valve
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
2.3 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].
3
2.6 Relay
Relay adalah sebuah saklar elekronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya. Relay terdiri dari 3 bagian utama, yaitu:
1. Koil : lilitan dari relay
2. Common : bagian yang tersambung dengan Normally Close (dalam keadaan normal)
3. 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.
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.
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.
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 :
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.
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
4
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
Gambar 3. Flowchart Mesin Pembuat Kopi
berbasis Mikrokontroler
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.
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 Percobaan Krim
(sendok) (sendok)Gula (menit)Waktu
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
5
segelas kopi dengan bahan dasar 3 sendok serbuk kopi adalah :
27 , 2 7 24 , 2 25 , 2 25 , 2 26 , 2 3 , 2 28 , 2 31 , 2 Waktu
Tabel 4.2 Data Pengujian dengan 2 Sendok
Kopi Percobaan Krim
(sendok) (sendok)Gula (detik)Waktu
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
Berdasarkan data dari tabel diatas, rata – rata waktu yang dibutuhkan untuk membuat segelas kopi dengan bahan dasar 2 sendok serbuk kopi adalah :
26 , 2 7 22 , 2 24 , 2 24 , 2 25 , 2 28 , 2 26 , 2 3 , 2 Waktu 5. Penutup 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan data pengujian alat yang telah diperoleh maka dapat diambil kesimpulan bahwa :
1. 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.
2. 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
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.
6. Daftar Pustaka
[1]Budiharto, Widodo. 2007.” Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR AT MEGA 16”. Jakarta: PT Elex Media Komputindo.
[2] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, Penerbit ITB,Remote Progamable Valve Menggunakan Motor DC.2006.
[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.
[5] Irwan Prastiyono,”Rancang Bangun Mesin Penyedia juice berbasis Mikrokontroler (hardware)”,PENS-ITS,2010.
[6] http://otosensing.blogspot.com/2010/09limit-switch. diakses pada 1 Juni 2011
[7] http://design-net.com/motorola/moc3021.pdf diakses pada 6 Juni 2011
[8] http://id.wikipedia.org/wiki/Kopi diakses pada 24 Juli 2011
[9] http://www.resepkomplit.com/tips-membuat-kopi.html diakses pada 4 Juni 2011
