Universitas Kristen Maranatha | i
ABSTRAK
Tekanan air dalam saluran keluaran merupakan salah satu faktor yang
perlu diperhatikan karena banyak aplikasi yang membutuhkan tekanan air
minimum agar dapat bekerja.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, dibuat suatu sistem yang dapat
mengendalikan tekanan air untuk tetap berada dalam batas tekanan yang
ditentukan.
Desain sensor tekanan air berdasarkan hukum fisika yang diperlukan, yaitu
hukum Paskal, Bejana Berhubungan dan hukum Boyle. Untuk mendeteksi
tekanan air melalui ketinggian air, sensor dibuat dengan menerapkan
hukum-hukum fisika yang telah disebutkan.
Sistem pengendali tekanan air dibuat dengan menggunakan PLC Twido
tipe TWDLMDA20DRT. Dengan plant yang diatur adalah Altivar 18, motor
pompa 1 fasa dan saluran keluaran.
Hasil pengujian terhadap sistem menunjukkan tekanan air berada dalam
batas tekanan. Yang menjadi kendala adalah keterbatasan alat dan dana sehingga
Universitas Kristen Maranatha | ii
ABSTRACT
Water pressure in the outlet is one factor that must be considered to be
look for because many application need minimum water pressure to work.
To overcome the problem that has been mentioned, a system has been
realized to make the water pressure in the limit pressure needed.
The sensor has been designed based on physics law, it is Pascal law,
Bernoulli law, and Boyle law. Air pressure sensor is used to be the sensor
indicator which can’t produce an electrical signal.
The plant which is controlled is the motor pump by manipulate the motor
pump input frequency. The water pressure in the outlet change as the revolution of
the motor pump changed.
S ystem’s test result show that the water pressure is in the limit pressure.
The problem is minimum budget and source to make the system to control every
Universitas Kristen Maranatha | iii
I.2 Identifikasi Masalah...1
I.3 Tujuan...2
I.4 Pembatasan Masalah...2
I.5 Sistematika Pembahasan...2
BAB II LANDASAN TEORI
II.1 Hukum Pascal...4II.2 Bejana Berhubungan...5
II.3 Hukum Boyle...6
II.4 Programmable Logic Controller...6
II.4.1 Perangkat Lunak PLC...8
II.4.2 Cara Kerja PLC...10
II.4.3 Modul Ekspansi Analog...11
II.5 Inverter untuk Motor Induksi...12
II.6 Motor Induksi Satu Fasa...14
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Diagram Kerja Sistem...15
III.2 Cara Kerja Pengontrol...17
III.3 Sensor Ketinggian Air...19
III.4 Metoda Pipa Vertikal Tertutup...21
Universitas Kristen Maranatha | iv
BAB IV HASIL PENGUJIAN
IV.1 Hasil Pengujian Tanpa Sistem Kontrol...26
IV.2 Hasil Pengujian dengan Sistem Kontrol...27
IV.2.1 Hasil Pengujian Saluran Atas Dibuka Penuh...27
IV.2.2 Hasil Pengujian Saluran Tengah Dibuka Penuh...27
IV.2.3 Hasil Pengujian Saluran Bawah Dibuka Penuh...28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN IV.1 Kesimpulan...29
IV.2 Saran...29
DAFTAR PUSTAKA...30
LAMPIRAN A : Diagram Ladder Program
Universitas Kristen Maranatha | v
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Hubungan Frekuensi Masukan Motor Pompa, Putaran Motor Pompa,
Tekanan dan Ketinggian Air...25
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tanpa Sistem Kontrol...27
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Saluran Atas dibuka Penuh...28
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Saluran Tengah dibuka Penuh...29
Universitas Kristen Maranatha | vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar Aplikasi Hukum Pascal...4
Gambar 2.2 Bejana Berhubungan...5
Gambar 2.3 Gambar Aplikasi Hukum Boyle...6
Gambar 2.4. Struktur Dasar PLC...7
Gambar 2.5 Diagram Tangga...9
Gambar 2.6a. Rangkaian relai suatu instalasi motor...9
Gambar 2.6b. Diagram Tangga Ekivalen...10
Gambar 2.7 Gambar Fisik Modul Ekspansi Analog...11
Gambar 2.8 Gambar Fisik Inverter...12
Gambar 2.9 Diagram Blok Cara Kerja Inverter...13
Gambar 2.10. Gambar fisik pompa dengan motor 1 fasa...14
Gambar 3.1 Diagram Alir Sistem...15
Gambar 3.2 Diagram Blok Model...16
Gambar 3.3 Algoritma Kerja Program...18
Gambar 3.4 Sensor Ketinggian Air...19
Gambar 3.5 Metoda Pipa Vertikal Tertutup...22
Gambar 3.6 Sensor Tekanan...23
Gambar 3.7 Gambar dari Model Sistem Regulasi Tekanan Air...24
Gambar 2.1 Gambar Aplikasi Hukum Pascal
Gambar 2.2 Bejana Berhubungan
P1 P2
V1 V2
Gambar 2.4. Struktur Dasar PLC
Gambar 2.5 Diagram Tangga
Gambar 2.6b. Diagram Tangga Ekivalen
Gambar 2.7 Gambar Fisik Modul Ekspansi Analog
Gambar 2.9 Diagram Blok Cara Kerja Inverter
Sensor Ketinggian
Gambar 3.1 Diagram Alir Sistem
Plant
PLC
Set Point V f f
P (tekanan) h (ketinggian)
START
i = 5000
Tekanan < 1 psi ?
Tekanan > 4 psi ?
Q = i + 1 Q = i - 1
Tekanan = 2 psi ? Q = i
Q = i
END
Tidak Tidak
Ya Ya
Ya Tidak
Relay
R2
limit atas
limit konstan D
R1
limit bawah Tr
+ 12V
Gambar 3.4 Sensor Ketinggian Air
hudara
hair
h1
PA
h3
h2
motor .PB
Gambar 3.7 Gambar dari Model Sistem Regulasi Tekanan Air
Universitas Kristen Maranatha | 1
BAB I.
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Sistem pendistribusian air yang pada umumnya dipakai memanfaatkan
perbedaan ketinggian untuk membuat air dapat mengalir ke tempat yang
diinginkan. Air ditampung terlebih dahulu pada reservoir air yang diletakkan pada
ketinggian lebih tinggi dari saluran keluaran. Penempatan reservoir pada suatu
ketinggian tersebut bertujuan agar air mempunyai energi potensial sehingga air
dapat mengalir menuju saluran keluaran yang dibuka.
Sistem tersebut memiliki kekurangan yaitu saat saluran keluaran dibuka
dengan jumlah yang berbeda maka tekanan air pada masing-masing saluran
keluaran akan berubah dalam hal ini berkurang sebanding dengan jumlah saluran
keluaran yang dibuka. Berkurangnya tekanan tersebut akan sangat mengganggu
aplikasi-aplikasi yang membutuhkan tekanan air pada batas tertentu untuk
bekerja, contoh dari aplikasi tersebut salah satunya adalah sistem pemanas air
yang membutuhkan tekanan air sebesar 3 bar untuk dapat bekerja dengan baik.
Sistem pengendalian tekanan air yang sudah ada umumnya mengatur
tekanan air dengan mengatur aktif atau tidaknya pompa, sistem ini memiliki
kelemahan yaitu tekanan air tidak dapat dikendalikan.
Sistem pengendali tekanan air otomatis ini dapat diimplementasikan pada
aplikasi-aplikasi yang membutuhkan standar tekanan air tertentu.
I.2 Identifikasi Masalah
1. Bagaimana membuat sensor yang dapat mendeteksi tekanan air ?
2. Bagaimana membuat sistem yang dapat menjaga agar tekanan air berada
Universitas Kristen Maranatha | 2 I.3 Tujuan
1. Membuat sensor yang dapat mendeteksi tekanan air.
2. Membuat sistem yang dapat menjaga agar tekanan air berada dalam batas
tekanan yang diinginkan.
I.4 Pembatasan Masalah
1. indikator sensor yang digunakan hanya mendeteksi tekanan udara.
2. sensor dibuat berdasarkan metoda pipa vertikal tertutup.
3. sistem dibuat menggunakan PLC sebagai pengontrol, inverter sebagai
pengubah frekuensi input motor pompa, dan motor pompa 1 fasa.
4. sistem hanya memiliki 3 saluran keluaran.
5. viskositas fluida yang dipergunakan tidak diperhitungkan.
6. batas tekanan ditentukan berdasarkan kemampuan sensor dan motor
pompa.
7. batas tekanan yang dikehendaki ditentukan oleh posisi jarum.
8. Saluran yang dipakai sebagai referensi untuk batas tekanan adalah saluran
yang paling atas.
9. Efisiensi daya motor pompa tidak diperhitungkan.
I.5 Sistematika Pembahasan
Pembahasan Tugas Akhir ini diawali dengan membahas permasalahan
yang menjadi latar belakang dibuatnya Tugas Akhir ini. Latar belakang
permasalahan diambil dari kelemahan sistem otomatis yang umum pada motor
pompa, yaitu sensor tekanan yang terpasang pada tabung pompa yang akan
memutuskan atau mengalirkan arus listrik saat sensor mendeteksi perubahan
tekanan.
Sensor tekanan dibuat dengan mengaplikasikan teori-teori fisika yang
berkaitan sehingga dapat mendeteksi tekanan air melalui ketinggian air. Sistem
pengendalian tekanan air otomatis dirancang untuk membuat motor pompa
bekerja tidak secara on/off saja. Sistem dibuat dengan memanfaatkan
Universitas Kristen Maranatha | 3
Uji coba dilakukan setelah sistem pengendalian tekanan air otomatis
diaplikasikan pada sebuah plant. Pengujian tersebut dilakukan untuk menilai
pengaruh sistem pengendalian tekanan air otomatis terhadap batas tekanan air
yang telah ditentukan pada saluran keluaran referensi.
Melalui data hasil uji sistem yang telah diambil dari pengamatan kemudian
akan dilakukan analisa apakah sistem yang telah dibuat dapat mengendalikan
tekanan air agar tetap berada dalam batas tekanan yang telah ditentukan walaupun
Universitas Kristen Maranatha | 26
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Dengan menerapkan hukum-hukum fisika yang berkaitan, metoda pipa
vertikal tertutup dapat digunakan untuk membuat sensor yang dapat
memperlihatkan serta mendeteksi besar tekanan air.
Melalui hasil pengujian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa
sistem yang telah dibuat dapat memenuhi tujuan yang ingin dicapai, yaitu
mengendalikan tekanan air agar berada dalam batas tekanan yang telah
ditentukan.
V.2 Saran
Untuk diimplentasikan pada gedung bertingkat perlu dicari saluran
keluaran referensi yang memiliki tekanan air paling rendah saat semua saluran
keluaran yang ada dibuka. Pemilihan saluran keluaran tersebut ditentukan melalui
jarak saluran keluaran tersebut dari saluran distribusi utama. Sesuai dengan
hukum fisika yang berkaitan, saluran tersebut umumnya merupakan saluran yang
letaknya paling tinggi dan paling jauh secara horisontal dari saluran distribusi
utama. Akan lebih baik bila sistem dapat dibuat secara otomatis mendeteksi letak
saluran keluaran yang memiliki tekanan paling rendah untuk dijadikan referensi
tekanan paling rendah.
Agar sistem dapat bekerja dengan masukan analog, disarankan
menggunakan sensor piezo yang bekerja memanfaatkan perubahan medan
elektromagnetik. Penggunaan sensor piezo tersebut juga akan meningkatkan
tingkat ketelitian sistem dalam mendeteksi perubahan tekanan air.
Pengendalian tekanan air dapat dilakukan pada tiap tingkat saluran
keluaran sehingga tekanan air benar-benar dapat dibuat konstan pada tekanan
tertentu tanpa terpengaruh letak ketinggian saluran keluaran. Hal tersebut dapat
Universitas Kristen Maranatha | 30
Irwin, J. David dan Kerns Jr.,Davis Kerns : “Introduction to E lectrical
