PERANCANGAN SISTEM KENDALI OTOMATIS UNTUK
PENAHAPAN SUHU MEDIA PEMBEKU
HAGA PUTRANTO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Perancangan Sistem Kendali Otomatis untuk Penahapan Suhu Media Pembeku adalah benar karya saya dengan arahan dari Prof Dr Ir Armansyah H Tambunan dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015
ABSTRAK
HAGA PUTRANTO. Perancangan Sistem Kendali Otomatis untuk Penahapan Suhu Media Pembeku. Dibimbing oleh ARMANSYAH H. TAMBUNAN.
Mesin pembeku eksergetik dengan suhu media bertahap terbukti dapat meningkatkan efisiensi eksergi. Penggunaan tiga katup ekspansi (expansion valve/EV) untuk mengatur suhu setiap tahapan proses pembekuan, yaitu pre-cooling (penurunan suhu menuju titik beku air), freezing(proses pelepasan panas laten di titik beku), dan sub-freezing (penurunan suhu di bawah titik beku air) ternyata kurang efektif karena pengguna harus mengatur putaran baut EV setiap kali akan digunakan. Pada penelitian ini dikembangkan sistem kendali otomatis untuk mengendalikan suhu evaporator sesuai tahapan. Sistem kendali yang dirancang adalah sistem kendali dengan logika PID dengan mengatur waktu buka-tutup solenoid valve (SV) untuk mengatur aliran refrigeran yang menuju EV. Sistem kendali yang dirancang menggunakan dua katup ekspansi. Katup ekspansi pertama (EV1) diatur pada suhu di bawah -20oC, sedangkan EV2 diatur pada suhu diatas 0oC. Pengaturan ini bertujuan untuk menurunkan dan menaikan suhu di antara -20oC–0oC. Berdasarkan hasil penentuan parameterKp, Ki, danKdsecara trial and error didapatkan nilai 200, 50, 5 secara berturut-turut dengan error rata-rata di atas setpoint sebesar 2.41oC dan error di bawah setpoint sebesar -0.98oC dan rata-rata peroide osilasi 2.5 menit.
Kata kunci: pembeku eksergetik, PID, katup ekspansi, solenoid valve
ABSTRACT
HAGA PUTRANTO. Design of Automatic Control System for Stepping Temperature of The Freezing Medium. Supervised by ARMANSYAH H. TAMBUNAN.
Exergetic freezer with stepping temperature of the freezing medium can increase exergy efficiency. Utilization of three expansion valves to regulate medium temperature, namely for pre-cooling (decrease of temperature to the freezing point), freezing(release of latent heat at freezing point), andsub-freezing (decrease of temperature below freezing point) way was considered ineffective because the user must set the EV everytime it is used. The objective of this research is to develop an automatic control system to regulate evaporator temperature according to freezing process. The control system was designed with PID logic to regulate the opening and closing of the solenoid valve (SV), so as to regulate the flow of refrigerant to the EV. The system used two expansion valves. The first expansion valve (EV1) was set at a temperature below -20oC while EV2 is set at a temperature above 0°C. This setting was required for lowering and raising the temperature between -20oC–0oC. Determination of the parametersKp, Ki, and Kd with trial and error method resulted in the value of 200, 50, 5 respectively with an average error of 2.41oC above setpoint and -0.98oC below the setpoint, and average of osilation period was 2.5 minutes.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PERANCANGAN SISTEM KENDALI OTOMATIS UNTUK
PENAHAPAN SUHU MEDIA PEMBEKU
HAGA PUTRANTO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini yaitu Perancangan Sistem Kendali Otomatis Untuk Penahapan Suhu Media Pembeku. Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Orang tua yang selalu memberikan doa, semangat dan kasih sayangnya hingga skripsi ini dapat diselesaikan.
2. Prof. Armansyah H. Tambunan selaku pembimbing skripsi, yang selalu memberikan bimbingan, masukan, dan saran-sarannya dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Dr. I Dewa Made Subrata selaku dosen penguji, yang selalu memberikan masukan dan saran-sarannya kepada penulis.
4. Dr. Edi Hartulistyoso selaku dosen penguji, yang selalu memberikan masukan dan saran-sarannya kepada penulis.
5. Teman-teman Lab. Pindah Panas dan Massa, yang selalu menjadi teman saat melakukan penelitian dan berbagi ilmu.
6. Rekan-rekan di ERC yang banyak berbagi ilmu dan pengalaman tentang mikrokontroller, khususnya Dr. Slamet Widodo, Kharis, Alvin, dan Made. 7. Seluruh teman-teman TMB47 terutama Sigit, Well, Aul, dan Wenny yang
selalu memberikan masukan dan semangat selama penyusunan skripsi ini. 8. Teman-teman seperjuangan PKM, khususnya Asep, Fuad, Andryana, Sandy,
Pepi, Dhiko, Fatiya, Alif, Fazi, Fitri, Chusen, dan Andi atas pengalaman dalam berjuangnya.
9. Teman-teman kontrakan Dramaga Regency D28 terutama buat Bayu, Andika, Rifky, Sapran, Agit, Hafidz, dan Dhiko.
10. Teman-teman Wisma SAS terutama buat bang Fian, Dhiko, Ridho, Rahman, Buddy, Dhanny, Wahyu dan Pak Apang.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 3
TINJAUAN PUSTAKA 3
Sistem Kendali 3
Proses Pembekuan 5
Laju Pembekuan dan Titik Beku 6
Sistem Pembeku dengan Suhu Bertahap 7
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap 8
METODE 9
Waktu dan Tempat 9
Alat dan Bahan 9
Prosedur Penelitian 10
HASIL DAN PEMBAHASAN 11
Hasil Perancangan 11
Kalibrasi sensor LM35 17
Laju Penurunan Suhu dan Kenaikan Suhu Katup Ekspansi 18 Penentuan Parameter Kendali (Kp, Ki, Kd) SecaraTrial and Error 19
Pembuatan Alat 23
AlgoritmaInterfaceAlat Kendali 26
SIMPULAN DAN SARAN 27
Simpulan 27
Saran 27
DAFTAR TABEL
1 Titik beku beberapa bahan pangan 7
2 Spesifikasi berbagai jenis Arduino 14
3 Pembobotan pemilihan mikrokotroller 14
4 Tabel nilai error suhu dan periode waktu osilasi masing-masing
kombinasi nilaiKp, Ki,Kd 20
5 Error dan beda error hasil pengukuran 21
6 Analisis perubahan suhu padaKp= 200,Ki= 50,Kd= 5 21
DAFTAR GAMBAR
1 Pengendalion-offdengandead band (Bolton 2006) 4 2 Hubungan suhu terhadap waktu selama proses pembekuan (Fellows
2000) 5
3 Ilustrasi pembekuan dengan media lempeng sentuh (Singh dan
Heldman 2009) 7
4 (a) Metode Pembekuan Konvensional (b) Metode Pembekuan Suhu
Bertahap (Kamal 2008) 8
5 Skema dan diagram T-s pada siklus refrigerasi kompresi uap ideal
(Cengel dan Boles 2006) 9
6 Mesin pembeku satu evaporator dan tiga katup ekspansi Situmorang
(2013) 12
7 Baut pada katup ekspansi 13
8 Rancangan sistem kendali pada mesin pembeku 13
9 Rangkaian listrik sistem kendali 13
10 Mikrokotroller Arduino Mega 2560 14
11 Relay4 channel 15
12 Membrane keypadmatrix 4x4 16
13 Display LCD16 x 2 16
14 Sensor suhu LM35 17
15 Rangkaian LM 35 dengan rentang suhu -55oC - 150oC (NS 1999) 17 16 Grafik hubungan pembacaan nilai sensor LM 35 dengan hybrid
recorder Yokogawa 18
17 Laju penurunan suhu menggunakan EV1 dan laju kenaikan suhu
menggunakan EV2 18
18 Grafik suhu pengaturan Kp = 200, Ki = 1000, dan Kd = 5 dengan
suhu target 13.73oC 19
19 Grafik suhu pengaturan Kp = 200, Ki = 50, dan Kd = 100 dengan
suhu target 13.73oC 19
20 Grafik suhu pengaturan Kp = 200, Ki = 50, dan Kd = 5 dengan target
suhu = 13.73oC 20
21 Grafik simulasi pengendalian suhu pada -3oC, -10oC, dan -20oC 22 22 Konfigurasi pinrelaypada mikrokontroller 23
23 Rangkaian listrik danrelay 23
26 Hasil akhir rancangan 25 27 Rangkaian sensor LM35 untuk suhu lempeng evaporator dan bahan
(NS 1999) 25
28 Algoritma program 26
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Proses pendinginan merupakan salah satu proses penanganan pascapanen untuk mempertahankan mutu bahan pertanian dengan cara menurunkan suhu produk sehingga dapat disimpan dalam waktu yang lebih lama. Suhu yang rendah dalam produk akan menghambat aktivitas enzim dan mikroba yang dapat membuat produk menjadi rusak. Menurut Singh dan Heldman (2009), pembekuan merupakan proses pendinginan bahanhingga di bawah titik bekunya. Pada suhu dibawah 0oC, terjadi penurunan secara signifikan pada laju pertumbuhan bakteri dan aktivitas mikroba. Suhu rendah juga memperlambat laju reaksi yang terjadi pada produk seperti aktivitas enzim dan reaksi oksidasi. Selain itu, pembentukan kristal es dalam produk mengubah aktivitas air, sehingga hanya tersedia sedikit air yang mendukung proses pembusukan.
Penggunaan mesin pembeku tidak terlepas dari penggunaan energi yang digunakan selama proses pembekuan. Pada mesin pembeku, energi digunakan untuk menggerakan fan pada kondenser dan menggerakan kompresor untuk memompa refrigeran sehingga dapat mengalir dan mengambil panas dari evaporator. Pembekuan merupakan proses yang memerlukan energi sangat besar, sehingga perlu dilakukan upaya peningkatan efisiensi energi. Menurut Kamal (2008), pada metode pembekuan konvensional, pembekuan dilakukan pada suhu media yang tetap selama proses pembekuan berlangsung. Konsumsi energi terjadi sejak tahap penurunan suhu awal bahan hingga tahap pembekuan lanjut di bawah titik beku. Pengembangan suatu model sistem pembekuan dengan suhu media pembeku yang dapat dikendalikan secara bertahap bertujuan untuk mengendalikan input energi sejak tahap awal pembekuan hingga pembekuan lanjut. Pengendalian input energi melalui pengaturan suhu media pembeku dalam proses pembekuan suhu bertahap dilakukan agar penggunaan energi lebih efektif, karena suhu media pembeku mempengaruhi input energi.
Mesin pembeku yang digunakan Kamal (2008) mempunyai tiga evaporator dan tiga katup ekspansi. Suhu ketiga evaporator tersebut diatur sesuai dengan tahapan proses pembekuan. Pada proses pembekuan dengan mesin tersebut, bahan bergerak diatas lempeng pembeku dari evaporator 1 menuju evaporator 2 hingga evaporator 3. Dengan menggunakan alat tersebut, Kamal (2008) berhasil membuktikan bahwa proses pembekuan dengan melakukan penahapan suhu media pembeku dapat meningkatkan eksergi sebesar 1.0% - 13.0% dari 50.9% pada sistem pembeku konvesional menjadi 51.2% - 63.4% pada sistem pembeku dengan suhu media bertahap. Namun, penelitian tersebut juga menunjukkan timbulnya panas akibat gesekan yang terjadi antara wadah bahan dan lempeng pembeku. Hal ini menyebabkan kerugian termal pada proses pembekuan tersebut dimana terjadi peningkatan suhu pada wadah bahan.
2
bertahap (-5oC, -10oC, -15oC) maka didapatkan efisiensi eksergi sebesar 66.6%, sedangkan pembekuan dengan suhu media konstan -15oC didapatkan efisiensi eksergi sebesar 58.3%. Dengan demikian, penahapan suhu media pembeku dapat meningkatkan nilai efisiensi eksergi sebesar 8.3%.
Pada mesin pembeku yang dikembangkan oleh Situmorang (2013) tersebut, arah aliran refrigeran menuju katup ekspansi diatur oleh solenoid valve. Setiap tahapan suhu media pembeku diatur melalui katup ekspansi yang berfungsi sebagai penurun tekanan aliran refrigeran sebelum masuk ke evaporator.Solenoid valve akan membuka dan menutup aliran menuju katup ekspansi. Solenoid valve tersebut dioperasikan melalui saklar on-offsecara manual pada papan panel, yang akan memutus dan menghubungkan solenoid valve dengan sumber daya.Sehinggauntuk meningkatkan efektivitas operasi mesin pembeku tersebut, maka diperlukan suatu sistem rancangan otomasi yang dapat mengatur suhu media pembeku pada setiap tahapan. Rancangan otomasi diperlukan agar mesin pembeku dapat melakukan penahapan suhu media pembeku dan yang sesuai dengan perubahan suhu bahan yang dibekukan.
Perumusan Masalah
Mesin pembeku dengan media suhu bertahap terbukti dapat meningkatkan efisiensi eksergi selama proses pembekuan. Pengaturan suhu media pada mesin tersebut masih dilakukan secara manual dengan cara memutar sekrup pada bagian katup ekspansi. Pengaturan suhu dengan cara ini tidak praktis dan sulit dilakukan, sehingga diperlukan sistem pengendalian suhu media pembeku secara otomatis yang sesuai dengan yang diharapkan pengguna.
Tujuan Penelitian
Merancang-bangun sistem kendali otomatis mesin pembeku untuk proses pembekuan bahan dengan media pembeku secara bertahap.
Manfaat Penelitian
3
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk merancang sistem kendali otomatis mesin pembeku dengan suhu media bertahap. Sistem kendali dirancang untuk dapat mengendalikan suhu melalui pergantian katup ekspansi (EV1 dan EV2) melalui buka tutup solenoid valve(SV). Penentuan parameter Kp, Ki, danKdmenjadi hal yang sangat penting. Karena hal ini mempengaruhi hasil pengendalian suhu. Alat yang dirancang mampu digunakan dengan mudah dalam pengendalian suhu, sehingga mempunyai programinterfaceyang baik.
TINJAUAN PUSTAKA
Sistem Kendali
Pengendalian proses (process controller) adalah komponen-komponen sistem kendali yang pada dasarnya memiliki sebuah masukan berupa sinyal error, yaitu selisih antara sinyal yang diinginkan dan sinyal umpan balik, serta keluaran berupa sinyal untuk memodifikasi keluaran sistem. Cara dimana pengendali bereaksi terhadap perubahan dikenal sebagai mode kontrol atau lebih singkatnya kontrolsaja. Bentuk pengendali yang paling sederhana adalah peranti on-off yang akan menyalakan suatu piranti pengoreksi apabila terdapat sinyal error dan mematikannya apabila sinyal errornya telah hilang. Ada sebuah bentuk pengendali yang dapat memberikan fungsi kontrol yang memuaskan dalam berbagai situasi yaitupengendali tiga modeataupengendaliPID (Bolton 2006).
Kendalion-off
4
Kendali PID
Kendali PID merupakan sistem kendali tiga metode yaitu kendali proporsional, kendali derivatif, dan kendali integral. Menurut Bolton (2006) ketiga metode tersebut didefinisikan sebagai berikut:
1. Kendali Proporsional
Besarnya keluaran pengendali adalah proposional terhadap error yang terjadi, yang merupakan masukan pengendali. Jadi didapat hubungan antara keluaran pengendali sebanding dengan masukan pengendali. Hubungan ini dapat di tulis secara matematis seperti persamaan 1.
Keluaran pengendali=KP×Error (1)
Dimana KP adalah konstanta yang disebut dengan gain (peroleh). Ini berarti bahwa elemen koreksi sistem kontrol akan memiliki masukan berupa sebuah sinyal yang berbanding lurus terhadap besarnya koreksi yang diperlukan.
2. Kendali Derivatif
Perubahan keluaran pengendali dari titik pengaturan akan berbanding lurus dengan laju perubahan terhadap waktu dari sinyal error. Jadi, keluaran pengendali sebanding dengan laju perubahan error dan dirumuskan seperti persamaan 2.
Keluaran pengendali=KD×laju perubahan error (2) Keluaran pengendali biasanya dinyatakan dalam bentuk persentase terhadap jangkauan penuh keluaran, dan error juga dinyatakan sebagai persentase penuh jangkauan penuh. KD adalah konstanta proporsionalitas dan lebih dikenal denganderivatif/turunan terhadap waktudengan satuan waktu.
On
Off
Nilai kontrol
Dead band
5
3. Kendali Integral
Kendali integral merupakan mode kendali dimana keluaran pengendali berbanding lurus dengan integral error terhadap waktu. Jadi keluaran pengendali sebanding dengan integral error terhadap waktu sehingga dapat dituliskan seperti persamaan 4:
Keluaran pengontrol=KI×integral error terhadap waktu (3) Dimana KIadalah konstanta proporsionalitas, dan apabila keluaran pengendali dinyatakan sebagai persentase serta error juga dinyatakan dalam persentase, maka satuan dari konstanta proporsionalitas ini adalah s-1(1/detik)
Menurut Bolton (2006), penggabungan ketiga mode kendali (proporsional, integral, dan derivatif) memungkinkan untuk mendapatkan sebuah pengendali yang tidak mempunyai error keadaan tunak serta dapat mereduksi kecenderungan terjadinya osilasi. Pengendali ini dikenal sebagai pengendali tiga mode atau pengendali PID. Persamaan yang menggambarkan aksi pengendali ini adalah:
Keluaran pengendali=KP×error+KI×integral error+KD×laju perubahan error Keluaran pengendali=KP error+ 1
TIintegral error+TD×laju perubahan error . (4) Proses Pembekuan
Pembekuan adalah proses penurunan suhu bahan sampai mencapai di bawah titik beku bahan yang ditandai dengan terjadinya perubahan fase air menjadi padat. Proses pembekukan bahan, di mana bahan harus ditempatkan pada media yang bersuhu rendah dalam waktu tertentu untuk melepaskan panas sensibel dan panas laten dari bahan. Pelepasan panas sensibel dan panas laten menghasilkan penurunan suhu pada bahan serta perubahan air dari fase cair ke fase padat. Pada beberapa kasus, sekitar 10% air tetap pada fase cair dalam proses penyimpanan beku (Singh dan Heldmand 2009).
Penurunan suhu yang terjadi selama proses pembekuan dalam waktu tertentudapat dilihat pada Gambar 2. Fellows (2000) dalam Kurniawan (2009) membagi pembekuan menjadi enam bagian sebagai berikut:
Suhu
6
AS : Bahan pangan didinginkan sampai di bawah titik bekunyaθf. Pada titik S, air masih berada dalam fase cair meskipun berada pada suhu di bawah titik beku. Fenomena ini biasa disebut dengansupercooling.
SB : Peningkatan suhu bahan hingga mencapai titik beku. Terjadinya peningkatan suhu diakibatkan karena adanya pelepasan panas laten bahan. BC : Pelepasan panas laten bahan. Pada tahap ini, suhu bahan cenderung
konstan dan terjadi penurunan titik beku dengan semakin meningkatnya konsentrasi larutan pada bagian air yang tidak terbekukan. Periode ini merupakan periode pembentukan kristal es.
CD : Salah satu komponen yang terdapat dalam larutan menjadi sangat jenuh (supersaturated) dan mengalami kristalisasi. Pelepasan panas laten kristalisasi mengakibatkan terjadinya peningkatan suhu sampai mencapai suhueutecticdari komponen tersebut.
DE : Kristalisasi air dan larutan pada bahan pangan terus berlanjut.
EF : Penurunan suhu bahan hingga mencapai suhu pembekuan yang dinginkan. Pada kondisi yang sangat rendah, masih terdapat air yang tidak terbekukan pada bahan pangan. Jumlah air yang tidak terbekukan dipengaruhi oleh komposisi bahan pangan yang dibekukan.
Laju Pembekuan dan Titik Beku
Menurut IIR (1986) dalam Singh dan Heldman (2009), laju pembekuan (oC/jam) didefinisikan sebagai selisih antara suhu awal dan suhu akhir bahan dibagi dengan waktu pembekuan. Hubungan ini dapat ditulis seperti persamaan 5.
Laju pembekuan = ( )
( ) (5)
Laju pembekuan akan berpengaruh terhadap mutu hasil bahan yang dibekukan. Laju pembekuan terdiri dari pembekuan cepat dan pembekuan lambat. Pada proses pembekuan, pembekuan cepat akan berpengaruh baik terhadap bahan yang dibekukan, dimana kristal es yang terbentuk lebih kecil sehingga tidak merusak struktur bahan.
Menurut Fellows (2000) laju pembekuan sangat dipengaruhi oleh: 1. Konduktivitas termal bahan pangan
2. Luas permukaan bahan bahan pangan untuk proses pindah panas 3. Jarak menuju titik pembekuan (bentuk potongan bahan)
4. Perbedaan suhu bahan pangan dan medium pembeku 5. Insulasi sistem
6. Pengemasan
7
Tabel 1 Titik beku beberapa bahan pangan
No. Jenis Bahan Kadar air (%) Titik beku (˚C) 1 Sayuran 78-92 -0.8 sampai -2.8 2 Buah-buahan 87-95 -0.9 sampai -2.7 3 Daging 55-70 -1.7 sampai -2.2
4 Ikan 65-81 -0.6 sampai -2.0
5 Susu 87 -0.5
6 Telur 74 -0.5
Sumber : Fellows (2000)
Sistem Pembeku dengan Suhu Bertahap
Metode pembekuan bahan pangan terbagi atas dua jenis yaitu sistem kontak langsung dan sistem kontak tidak langsung. Salah satu sistem kontak tidak langsung adalah lempeng pembeku, dimana bahan yang dibekukan tidak langsung bersentuhan dengan refrigeran tetapi melalui media lempeng berbahan dasar logam yang mempunyai konduktivitas termal yang baik. Pada mesin pembeku lempeng sentuh, bahan pangan yang dibekukan akan ditempatkan diatas lempengan. Lempengan tersebut bersentuhan langsung dengan evaporator, sehingga terjadi penurunan suhu lempeng. Gambar 3 mengilustrasikan lempeng sebagai media pembeku.Pada gambar tersebut menunjukan bahwa jarak terjauh dari media pembeku adalah pada bagian atas bahan yang dibekukan.Bagian tersebut merupakan bagian yang paling lama dalam proses pembekuan dibandingkan dengan bagian bawah dan tengah bahan pangan.
Gambar 3 Ilustrasi pembekuan dengan media lempeng sentuh (Singh dan Heldman 2009)
Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4, suhu bahan akan terus mendekati suhu media pembeku. Pengaturan suhu lempeng secara bertahap bertujuan untuk meningkatkan efisiensi eksergi proses pembekuan. Penahapan suhu lempeng dibagi menjadi tiga tahap: pertama, suhu lempeng (Tev1) ketika bahan yang dibekukan masih berada pada fase pre-cooling atau penurunan suhu menuju titik beku air; kedua, suhu lempeng (Tev2) ketika bahan berada pada fase freezing atau bahan mengalami proses pelepasan panas sensibel; dan ketiga, suhu lempeng (Tev3) ketika bahan tepat akan mengalami penurunan suhu di bawah titik bekunya. Sehingga dapat diketahui bahwa Tev1>Tev2>Tev3, hal ini dapat dilihat seperti yang diilustrasikan oleh Gambar 4.
Refrigeran
Lempengan Insulasi
8
(a) (b)
Gambar 4 (a) Metode Pembekuan Konvensional (b) Metode Pembekuan Suhu Bertahap (Kamal 2008)
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
9
Gambar 5 Skema dan diagram T-s pada siklus refrigerasi kompresi uap ideal (Cengel dan Boles 2006)
Keterangan :
1–2 : Kompresi isentropik di kompresor
2–3 : Pembuangan panas pada tekanan tetap di kondensor 3–4 : Proses pencekikan di katup ekspansi
4–1 : Penyerapan panas pada tekanan tetap di evaporator
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan dari bulan Maret sampai dengan Desember 2014. Kegiatan pengambilan data, simulasi, pengolahan dan penyusunan skripsi dilaksanakan di Lab. Pindah Panas dan Massa, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.
Alat dan Bahan
Alat pendukung 1. Termokopel tipe CC
Mengukur suhu pada bagian dalam ruang mesin pembeku. 2. Hybrid recorderYokogawa tipe HR-2500E
Merekam perubahan suhu yang terjadi antara lempeng dan bahan. 3. Alat penunjang instalasi
10
Alat dan bahan kendali
1. Solenoid valve220V
Solenoid adalah bentuk sederhana dari elektromagnet yang terdiri dari gulungan kawat tembaga. Solenoid valve (SV) merupakan katup elektromekanis yang sering digunakan untuk mengatur aliran fluida baik cair maupun gas.
2. Mikrokontroler Arduino Mega 2560
Otak dari sistem yang akan mengendalikan selama proses pembekuan. 3. Software Arduino 1.0.5r-2
Perangkat lunak yang digunkan untuk membuat logika pemrograman mikrokotroller.
4. Relai
Kendalion-off. 5. Mesin pembeku
Mesin pembeku dengan suhu media bertahap menggunakan satu evaporator dan tiga katup ekspansi.
6. Keypad
Inputdata ke sistem kendali. 7. Display
Menampilkan data yang terbaca secara realtime.
Prosedur Penelitian
Penentuan ParameterKp, Ki, Kd
Pada penentuan parameter kendali PID, dilakukan pengaturan besar putaran baut pada kedua katup ekspansi yang digunakan. Hal ini dilakukan untuk memberikan efek pendinginan yang berbeda dari kedua katup ekspansi tersebut. Katup ekspansi pertama (EV1) akan memberikan efek pendinginan dibawah -20oC, sedangkan katup ekspansi kedua (EV2) diatur pada suhu diatas 0oC. Penentuan parameterKp, Ki, Kddilakukan dengan metodetrial & error.
Kalibrasi sensor
11
Perancangan dan pembuatan alat
Kegiatan dimulai dari perancangan kebutuhan struktur dan fungsional alat kendali seperti:AC-AD converter untuk mengubah arus dari AC (listrik PLN) ke DC serta penurunan tegangan sebelum masuk mikrokontroler, relai sebagai actuator pengganti saklar on-off, mikrokontroler sebagai otak dari kerja sistem kendali, termokopel sebagai sensor.
Pemrograman Mikrokontroler
Pemrograman dilakukan untuk memberikan logika perintah ke mikrokontrontroler. Pemrograman meliputi:
1. Sistem pengoperasian mesin
2. Kalibrasi sinyal termokopel berupabitmenjadi suhu (oC) 3. Sistem kendali PID dengansample time100ms
4. Interfacealat sehingga mudah digunakan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Perancangan
Identifikasi Masalah
Berdasarkan mesin pembeku hasil rancangan Situmorang (2013), pengaturan suhu setiap tahapan diatur melalui katup ekspansi. Katup ekspansi ini akan menghasilkan efek pendinginan yang berbeda melalui besar putaran katupnya, misal: -4.88oC, -8.30oC, -14.26oC (Situmorang 2013). Sehingga, pengguna harus mengatur besar putaran baut katup ekspansi sebelum menggunakan mesin pembeku tersebut. Selain itu, pengendalian media suhu pada sistem refrigerasi dengan cara mengatur daya yang diberikan ke kompresor kurang tepat. Karena kompresor mesin pendingin merupakan mesin yang bekerja pada daya maksimum. Jika diberikan daya kurang dari daya maksimum maka kemungkinan terjadi kerusakan pada mesin penggerak kompresor tersebut. Sedangkan, pengendalian dengan sistem on-off kompresor juga kurang tepat, dimana kompresor akan dihidupkan dan dimatikan dalam rentang waktu yang pendek. Hal ini dapat membuat kompresor membutuhkan daya yang lebih besar setiap kali dihidupkan dan juga dapat membuat kompresor menjadi lebih cepat rusak.
12
Gambar 6 Mesin pembeku satu evaporator dan tiga katup ekspansi Situmorang (2013)
Perumusan dan Penyempurnaan Konsep Desain
Perumusan konsep desain terdiri dari rancangan struktur struktur fungsi dan rancangan konspetual sistem kendali yang akan dirancang.
1. Rancangan struktur fungsi a. Mikrokontroller
Mikrokontroller berfungsi untuk memproses input dari sensor dan memberikan aktuasi kepada relay. Keputusan yang diambil oleh mikrokontroller berdasarkan logika PID. Program PID yang diberikan akan memberikan keputusan untuk menggunakan salah satu katup ekspansi dari dua katup ekspansi yang digunakan sebagai aktuator. Hal ini dapat mengakibatkan perubahan suhu menjadi meningkat atau menjadi turun sesuai dengan pembacaan sensor dansetpointsuhu.
b. Relay
Relay berfungsi untuk memutus dan menghubungkan aliran listrik menuju solenoid valve yang akan menutup dan membuka aliran refrigerant ke katup ekspansi. Relay akan melakukan aktuasi melalui perintah dari mikrokontroller.
c. Keypad
Keypad berfungsi sebagai komunikasi antara alat kendali dan pengguna. Dimana, pengguna akan memberikan nilai suhu yang akan dikendalikan melaluikeypad.
d. Display
Displaysecara umum berfungsi untuk menampilkan data yang terbaca oleh sensor dan sebagai media komunikasi dengan pengguna.
e. Sensor suhu
Sensor suhu berfungsi untuk membaca nilai suhu pada media yang dikendalikan. Sensor ini akan ditempatkan pada lempeng pembeku dan bahan yang dibekukan.
2. Rancangan konseptual
13
terhadap relay yang akan membuka dan menutup saluran menuju katup ekspansi. Katup ekspansi yang digunakan adalah sebanyak dua buah, dimana efek pendinginan katup ekspansi diatur pada suhu yang berbeda. Salah satu katup ekspansi pertama (EV1) diatur di bawah rentang suhu yang pengendalian, yaitu -20oC – 0oC, sedangkan katup ekpansi kedua (EV2) diatur pada suhu di atas rentang suhu tersebut.
Gambar 7 Baut pada katup ekspansi
Kondenser
Evaporator Mikrokontroller
Relay
EV1 EV2
Sensor Suhu
SV1
SV2
Kompressor
Gambar 9 Rangkaian listrik sistem kendali
14
Analisis dan Perhitungan 1. Mikrokontroller
Mikrokontroller merupakan komponen penting dalam sistem kendali. Program logika dan perintah yang diberikan akan diproses dan dieksekusi oleh mikrokontroller termasuk input data berupa keypad dan sensor yang akan ditampilkan padadisplay.
Jenis mikrokontroller yang banyak digunakan saat ini adalah Arduino. Arduino adalah mikrokontroller yang bersifatopen source, selain itu bahasanya yang dimudah dimengerti serta dilengkapi dengan banyak library. Berikut adalah beberapa contoh jenis arduino (Tabel 2).
Tabel 2 Spesifikasi berbagai jenis Arduino
Keterangan Arduino Uno Arduino ADK Arduino Mega 2560
Analog Input 6 16 16
Pin I/O digital 14 54 54
Tegangan input 7-12 V 7-12 V 7-12 V
Tegangan operasi 5 V 5 V 5 V
Flash memory 32 KB 256 KB 256 KB
Pemilihan mikrokontroller didasarkan pada jumlah pin yang digunakan, flash memory, dan harga. Pada perancangan ini dibutuhkan pin input analog sebanyak dua dan pin I/O sebanyak 19. Hal ini didasarkan pada kebutuhan pin pada beberapa komponen lainnya seperti display (8 pin), keypad (8 pin), dan relay(3 pin).
Tabel 3 Pembobotan pemilihan mikrokotroller
Mikrokontroller Jumlah pin Flash memory Harga Total
Arduino Uno 1 1 3 5
Arduino Mega
2560 3 3 3 9
Arduino ADK 3 3 1 7
Berdasarkan tabel tersebut didapatkan bahwa jenis mikrokontroller yang digunakan adalah Arduino Mega 2560. Selain itu hal ini juga didasarkan pada harganya yang lebih murah dibandingkan dengan Arduino ADK. Arduino ADK yang umum digunakan untuk sistem kendali berbasis Android, sedangkan pada penelitian ini hanya menggunakan aplikasi mikrokontroller untuk sistem kendali biasa.
15
2. Relay
Relay merupakan salah satu komponen aktuasi on-off yang sering digunkan. Relay akan mendapatkan perintah dari mikrokontroller berupa tegangan DC 5 V kemudian akan menyalurkan atau menghubungkan rangkaian AC 220 V menuju kompresor dan solenoid valve. Pada sistem kendali yang akan dirancang dibutuhkan sebanyak tiga buah relay. Komponen yang akan membutuhkan relay adalah kompresor (satu buah) dansolenoid valve(2 buah).
Penyalaan dan penghentian operasi kompresor juga akan diatur oleh mikrokontroler. Hal ini dimaksudkan untuk ketika pengoperasian mesin, mesin akan dikendalikan secara menyeluruh oleh mikrontroller. Mulai dari memasukkan nilai suhu yang akan dikendalikan, ketika mulai mengoperasikan mesin sampai terjadi aktuasi pengendalian suhu, semuanya harus terintegrasi oleh mikrokontroller. Pada sistem pengendalian yang dilakukan, kompressor bukan sebagai aktuator dalam proses pengendalian suhu lempeng evaporator, melainkan hanya proses penyalaannya saja yang juga diatur oleh mikrokontroller. Hal ini bertujuan untuk ketika proses input suhu berlangsung kompressor tetap dalam keadaan mati, sedangkan saat setelah semua proses input suhu yang dikehendaki selesai maka kompressor akan dinyalakan bersamaan dengan sistem pengendalian suhu. Sehingga dalam rancangan sistem kendali ini dibutuhkan tiga buahrelay220VAC dengan input 5VDC.
Gambar 11 Relay4 channel 3. Keypad
Keypadyang digunakan adalahmembrane keypad matrix 4x4. Pemilihan ini didasarkan pada kebutuhan komunikasi antara pengguna dan sistem kendali. Keypad yang digunakan mempunyai tambahan beberapa digit tombol
16
Gambar 12 Membrane keypadmatrix 4x4 4. Display
Displaydigunakan adalahdisplay ukuran 16x2. Displaymemilki jumlah karakter yang cukup untuk menampikan input data yang dimasukkan dan suhu yang terbaca saat pengendalian proses pembekuan berlangsung.
Gambar 13 Display LCD16 x 2 5. Sensor suhu
17
Gambar 14 Sensor suhu LM35
Kalibrasi sensor LM35
Sensor suhu LM35 dikalibrasi terhadap alat pengukur suhuhybrid recorder Yokogawa tipe HR-2500E dengan termokopel tipe C-C. Pembacaan suhu pada hybrid recorder Yokogawa tipe HR-2500E mempunyai nilai skala terkecil yaitu 0,1oC. Kalibrasi dilakukan dengan cara menghidupkan mesin pembeku sehingga terjadi penurunan suhu. Perubahan suhu yang terjadi akan terbaca oleh sensor LM35 dalam bentuk nilai bit. Nilai bit ini kemudian dicatat bersamaan dengan nilai suhu yang terbaca dihybrid recorder. Pada kalibrasi bit yang tercatat adalah sampai dengan bit 200 atau sama dengan -3.3oC. Sedangkan pada nilai bit di bawah 200 dilakukan nilai ekstrapolasi.
Gambar 15 Rangkaian LM 35 dengan rentang suhu -55oC - 150oC (NSC 1999)
Vout
LM35
Vs= 5V
18
Gambar 16 Grafik hubungan pembacaan nilai sensor LM 35 denganhybrid recorder Yokogawa
Laju Penurunan Suhu dan Kenaikan Suhu Katup Ekspansi
Pengaturan efek pendinginan katup ekspansi sangat penting. Hal ini akan berpengaruh pada rentang suhu yang akan dikendalikan dan laju kendali mencapai setpoint. Pada mesin pembeku ini EV1 diatur pada suhu dibawah -20oC dan EV2 diatas 0oC. Berikut adalah laju perubahan suhu pada lempeng evaporator dengan dua katup ekspansi:
Gambar 17 Laju penurunan suhu menggunakan EV1 dan laju kenaikan suhu menggunakan EV2
150 170 190 210 230 250 270 290
19
Penentuan Parameter Kendali (Kp, Ki, Kd) SecaraTrial and Error
Penentuan parameter kendali (Kp, Ki, Kd)
Pengaturan dilakukan dengan melihat kinerja sistem kendali yang ditunjukkan dari periode waktu osilasi. Pada penentuan parameter Kp, Ki, Kd, setpoint diberi nilai pada bit 170 atau sama dengan -13.73oC. Dari hasil penentuan nilaiKp, Ki, Kddidapatkan hasil pengukuran seperti gambar dibawah ini.
Gambar 18 Grafik suhu pengaturanKp= 200,Ki= 1000, danKd = 5 dengan suhu target -13.73oC
Gambar 19 Grafik suhu pengaturan Kp = 200, Ki = 50, dan Kd = 100 dengan suhu target -13.73oC
-16
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
S
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
20
Gambar 20 Grafik suhu pengaturan Kp = 200, Ki = 50, dan Kd = 5 dengan target suhu = -13.73oC
Berdasarkan dari Gambar 20 penentuan nilai Kp, Ki, dan Kd maka didapatkan nilai error suhu dan periode waktu osilasi. Error suhu didapat dari selisih suhu setpoint dan suhu sebenarnya, sedangkan periode waktu osilasi didapat dari waktu ketika mencapai suhu setpoint yang kemudian berosilasi hingga mencapai suhusetpointlagi.
Tabel 4 Tabel nilai error suhu dan periode waktu osilasi masing-masing kombinasi nilaiKp, Ki,Kd
Kp, Ki, Kd Error suhu
tertinggi (oC)
Tabel 4 tersebut menunjukkan bahwa nilai Kp = 200,Ki = 50, dan Kd = 5 mempunyai nilai yang lebih baik dibandingkan yang lain. Hal ini ditunjukkan dengan nilai error suhu maksimal saat berosilasi yang itu + 2oC dan periode oslilasi yang lebih cepat yaitu 2.53 menit. Sehingga nilai parameter kendali ini digunakan dalam proses pengambilan keputusan dalam rancangan sistem kendali.
-16
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
21
Osilasi yang terjadi di sekitar suhu setpoint terjadi karena sistem aktuasi kendali yang menggunakan sistem on-off, dimana buka-tutup yang terjadi diatur berdasarkan waktu. Hal ini tergantung sekali dari performa mesin dan putaran baut pada katup ekspansi. Karena putaran baut tersebut akan mempengaruhi laju perubahan suhu yang terjadi.
Error dan beda error
Fluktuasi error dan beda error pada nilai parameterKp= 200 Ki= 50 Kd= 5 seperti di Gambar 20 dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Error dan beda error hasil pengukuran target
setpoint -65.5 1.1 3.6 -0.98
Di atassetpoint -149.6 2.5 2.41
22
mendekati nilai suhu setpoint terjadi pergantian SV2 menjadi SV1 dengan cepat juga seperti pada saat pergantian SV1 menjadi SV2. Namun ketika terjadi pergantian solenoid valve tersebut, suhu yang semula diharapkan kembali turun menujusetpoint dengan cepat, tetap naik menjauhi setpointsampai suhu rata-rata + -14oC maka suhu akan kembali turun mendekati setpointdalam waktu 2.5 menit. Hal ini yang menyebabkan nilai error suhu di atas setpoint menjadi lebih besar dibandingkan dengan error suhu di bawah setpoint. Selain itu tahapan suhu yang dapat dilakukan adalah dengan rentang beda suhu tahapan minimal 2.4oC. Hal ini disebabkan oleh osilasi yang terjadi pada pengendalian dengan error mencapai 2.4oC sehingga jika kita mengendalikan pada rentang suhu tahapan kurang dari 2oC maka akan menghasilkan perubahan suhu yang sama dan tidak berbeda jauh dari tahapan suhu sebelumnya.
Simulasi pengendalian suhu bertahap
Simulasi ini dilakukan dengan mengambil hasil pengendalian suhu dengan suhu target 13.72 dengan nilai parameter kendaliKp= 200,Ki= 50, Kd= 5. Suhu yang terukur pada hasil pengendalian suhu tersebut kemudian dikurangkan dengan mendekati suhu setpoint, misal setpoint = -13.73oC maka untuk mendapatkan hasil simulasi pengukuran dengan suhu target = 3oC dilakukan penambahan pada data suhu yang terukur dengan nilai 10.73oC. Dengan cara tersebut didapat data perubahan suhu yang berosilasi di sekitar setpoint 3oC. Hal ini juga dilakukan juga pada suhu target -10oC dan -20oC yaitu dengan cara pengurangan atau penambahan data hasil pengendalian pada suhu setpoint = -13.73oC, sehingga didapatkan hasil seperti Gambar 21. Namun hasil simulasi ini tidak berlaku untuk suhu 0oC–-2oC karena error yang terjadi di atassetpointberkisar rata-rata 2.4oC. Hal ini menyebabkan osilasi yang terjadi pada rentang suhu tersebut akan tidak sama karena batas kenaikan suhu yang terjadi pada mesin refrigerasi ini hanya mencapai suhu 0oC seperti Gambar 17. Jadi tidak mungkin suhu akan berosilasi diatas 0oC.
Gambar 21 Grafik simulasi pengendalian suhu pada -3oC, -10oC, dan -20oC -25
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
23
Pembuatan Alat
Semua komponen alat sistem kendali dirakit menjadi sistem kendali yang terpusat pad mikrokotroller Arduino Mega 2560. Komponen-komponen dihubungkan ke pin-pin yang ada di mikrokontroller. Penghubungan komponen ke mikrokontroller dilakukan berdasarkan kebutuhan pin yang akan digunakan. Selain itu ada juga komponen yang akan berhubungan langsung ke sistem kelistrikan mesin pembeku.
Relay
Relay digunakan untuk memutus dan menghubungkan arus lsitrik menuju beban, yaitu SV1, SV2, dan kompresor. Relay terhubung dengan mikrokotroller yang akan memberikan sinyal on-off melalui pin-pinnya. Pada sistem kendali ini digunakan relay 4 channel sehingga salah satu relay tidak digunakan. SV1 dikendalikan olehrelaychannel 1 yang terhubung dengan pin 9 di mikrokontroller. Hal ini juga sama pada SV2 dan kompresor, masing-masing dikendalikan oleh relay2 dan 3 yang terhubung dengan pin 10 dan 11.
SV1 dan SV2 dihubungkan secaranormally closepada bagian relay. Hal ini dimaksudkan ketika dalam keadaan sistem kendali mati dan listrik masih menyala, SV1 dan SV2 tetap terbuka sehingga tidak menghambat aliran refrigerant yang masih mengalir. Sedangkan, untuk kompresor dihubungkan secara normally open dengan harapan bahwa ketika sistem kendali dimatikan dan listrik tetap menyala, kompresor dalam keadaan mati.
Gambar 22 Konfigurasi pinrelaypada mikrokontroller
24
Keypad
Keypadmatrix 4x4 ini menyediakan tombol ‘A’, ‘B’, ‘C’, dan ‘D’. Tombol -tombol tersebut digunakan berbagai fungsi. Tombol A digunakan untuk memasukan nilai suhu Tev1, Tombol B digunakan untuk memasukan nilai suhu Tev2, dan Tombol C digunakan untuk memasukan nilai suhu Tev3. Sedangkan
tombol D berfungsi sebagai “Enter” yang berarti memulai proses kendali. Keypad
ini juga tersedia tombol ‘*’. Tombol ini digunakan untuk memulai proses
pemasukkan data. Jadi tombol ini adalah tombol yang pertama kali ditekan ketikan hendak memulai untuk memasukkan data.
Gambar 24 Konfigurasi pin keypad dan pin mikrokontroller
LCDDisplay16 x 2
Display yang digunakan adalah LCD display 16 x 2 dengan jumlah pin sebanyak 16. Konfigurasi display (Gambar 25) dengan masukan tegangan input berupa 5V. Pada pin 3 display dihubungkan dengan potensiometer 1kΩ yang bertujuan untuk mengatur kontras pada tampilan LCDdisplaytersebut. Selain itu, pada pin 15 dan 16 adalah konfigurasi pin yang berfungsi sebagai lampu LED pada LCDdisplay.
Gambar 25 Konfigurasi pindisplaypada mikrokontroller
21 20 19 18 17 16 15 14
25
Sensor LM35
Nilai yang terbaca pada LM35 merupakan dalam bentuk analog sehingga keluaran dari sensor akan diterima oleh pin analog input pada mikrokontroller. Nilai ini akan dikonversi oleh mikrokontroller dalam bentuk 10 bit atau sama dengan 0 - 1023. Pada rangkain ini sensor yang mengukur suhu lempeng evaporator (Tev) dihubingkan dengan pin A0, sedangkan untuk mengukur suhu bahan (Tb) dihubungkan dengan pin A1.
Hasil Akhir
Hasil rancangan ini kemudian dirakit ke dalam sebuah kotak yang berdimensi 13cm x 13cm x 20cm. Kotak ini berbahan dasar akrilik dengan tebal 2mm. Pemilihan akrilik sebagai kotak pelindung komponen dikarenakan akrilik lebih mudah didapatkan, mudah dibentuk, dan strukturnya yang kaku, sehingga kriteria ini dianggap tepat untuk menjadikan akrilik sebagai kotak pelindunga komponen. Selain itu, bagian depan terdapat potensio 1kΩ yang berfungsi untuk mengatur kontras tampilan pada display. Pada bagian relay terdapat satu channel relay yang tidak terpakai. Karena dalam rancangan alat ini hanya menggunakan tigarelay.
Gambar 27 Hasil akhir rancangan
pin A0
LM35
Vs= 5V
1N914 18 k10%
26
AlgoritmaInterfaceAlat Kendali
Gambar 28 Algoritma program Mulai
Tekan tombol ‘*’
Tombol ‘A’ untuk input Tev1
Tombol ‘B’ untuk input Tev2
Tombol ‘C’ untuk input Tev3
Tekan tombol ‘D’
Suhu bahan (Tb) dan Suhu evaporator (Tevap) dibaca oleh sensor dan sistem kendali PID berjalan
Selesai setpoint= Tev1
setpoint= Tev2 Tb> 0oC
Tb= 0oC Ya
setpoint= Tev3 Tidak Ya
Tekan tombol ‘D’
Tidak
Tidak
27
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sistem kendali bisa digunakan untuk tahapan suhu pada rentang suhu -20oC
– 0oC dengan rentang tahapan suhu minimal 2.4oC. Sistem kendali mesin refrigrasi dengan menggunakan pergantian katup ekspansi terbukti dapat mengendalikan suhu evaporator. Nilai parameter kendali Kp, Ki, Kduntuk sistem kendali mesin pembeku ini berturut-turut adalah 200, 50, 5 merupakan nilai parameter kendali yang paling baik dari sejumlah kombinasi yang dilakukan selama percobaan. Hal ini ditunjukkan dengan galat rata-rata yang terjadi + 2.5oC dengan periode osilasi rata-rata yaitu 2.53 menit. Suhu yang tidak bisa tetap pada setpoint terjadi karena sistem aktuasi pengendalian yang bersifat on-off yang diatur melalui waktu buka tutup katup ekspansi. Hal ini sangat bergantung pada peletakan sensor dan performansi mesin itu sendiri.
Saran
Perlu dilakukan penelitian dengan menggunakan lebih dari dua katup ekspansi dengan rentang suhu pengaturan katup ekspansi yang tidak terlalu jauh. Hal ini kemungkinan dapat meredam osilasi perubahan suhu pada rentang suhu kendali.
DAFTAR PUSTAKA
Alciatore DG, Michael BH. 2003. Mechatronics and Measurement Systems 2nd ed.New York (US): McGraw-Hill.
Anderson R, Dan C. 2013.Pro Arduino.California (US): Apress Media.
Beauregard B. 2011. Arduino PID Library. [internet]. [diunduh 2014 Jun 10]. Tersedia pada: http://playground.arduino.cc/Code/PIDLibrary.
Bolton W. 2006.Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. Jakarta (ID): Erlangga. Cengel YA, Michael AB. 2006. Thermodynamics: An Engineering Approach 5th
ed. New York (US):McGraw-Hill.
Chatib OC. 2008. Perbandingan performa dari refrigeran halokarbon dengan refrigeran hidrokarbon berdasarkan analisis eksergi [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Dossat RJ. 1981. Principles of Refrigeration. Second Edition. New York (US): John Willey and Sons.
Fellows P. 2000.Food Processing Technology Principles and Pratice. Cambridge (GB) : Woodhead Publishing Limited.
Kamal DM. 2008. Pemodelan sistem pembekuan dengan suhu media pembeku bertingkat pada proses pembekuan daging sapi segar menggunakan metode eksergi [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
28
Moran MJ, Howard NS. 2006. Fundamental of Engineering Thermodynamic 5th ed. Lichester (GB): John Wiley and Sons.
[NSC] National Semiconductor. 1999. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. [internet]. [diunduh 2014 Agu 9]. Tersedia pada: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/8875/NSC/LM35DZ.html Singh RP, Dennis RH. 2009. Introduction to Food Engineering. Oxford (GB):
Elsevier Inc.
Situmorang DFP. 2013. Rancang bangun dan pengujian mesin pembeku tipe lempeng sentuh dengan suhu media pembeku bertahap [skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.
Smith PG. 2000.Introduction to Food Process Engineering Second Edition. New York (US): Springer.
Stoecker WFS, Jones JW. 1982. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. H Supratman, penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari: Refrigeration and Air Conditioning. Ed ke-2.
29
Lampiran 1. Algoritma sistem kendali #include "Keypad.h"
PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, 200, 50, 5, REVERSE);//input, output, setpoint, Kp, Ki, Kd,
const byte ROWS = 4; //four rows const byte COLS = 4; //three columns
char keys[ROWS][COLS] = {{'1','2','3','A'},
30
{'*','0','#','D'}};
LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);
byte rowPins[ROWS] = {
21, 20, 19, 18}; //connect to the row pinouts of the keypad byte colPins[COLS] = {
17, 16, 15, 14}; // connect to the column pinouts of the keypad
31
while (kolomA<6 && key != NO_KEY) {
32
34 { //time to shift the Relay Window
windowStartTime += WindowSize; }
if(Output < millis() - windowStartTime) //SV1 = On and SV3 = off {digitalWrite(RelayPin1, LOW);
35
//initialize the variables we're linked to Setpoint = setSetpoint;
37
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sampit, Kalimantan Tengah pada tanggal 23 Januari 1993. Penulis adalah putra tunggal dari pasangan Hardono Wisnu Broto dan Galis Susana. Penulis menjalani pendidikan sekolah dasar di SDN 4 Baamang Hilir. Penulis melanjutkan pendidikan di SMPN 2 Sampit. Penulis kemudian melanjutkan sekolah menengah atas di SMAN 1 Sampit dan lulus pada tahun 2010. Penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan ke perguruan tinggi di Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI tahun 2010.
