14
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi dari skripsi meliputi gambaran alat, cara kerja sistem dan modul yang digunakan. Gambar 3.1 merupakan diagram cara kerja dari alat yang akan dibuat.
15 3.1 Cara Kerja Sistem
Secara garis besar system ini terdiri dari pompa air yang berfungsi memberikan debit air yang akan dibaca oleh sensor flowmeter, yang kemudian datanya diterima mikrokontroler dan ditunjukkan dalam LCD, dimana debit air ini sendiri dapat diubah-ubah dengan mengubah kecepatan pompa air.
Selanjutnya laju air tersebut akan menumbuk sudu turbin melalui nozzle kemudian menggerakkan generator. Output dari generator akan distabilkan oleh konverter DC-DC (regulator voltage) agar keluarannya dapat digunakan untuk mengisi aki. Keluaran generator akan ditampilkan dalam display tegangan dan arus, begitu juga dengan keluaran dari regulator.
3.2 Perancangan Perangkat Keras
Pada sub bab ini akan dijelaskan perangkat keras yang digunakan sistem, secara garis besar terdiri dari beberapa bagianya itu pompa air, turbin pelton, rumah turbin, nozzle, generator, sensor flowmeter, mikrokontroler ATMega16, meja alat, modul regulator dandisplay, modul pengatur kecepatan pompa air, modul catu daya.
3.2.1 Pompa Air
Menggunakan pompa air Shimizu model PS-121BIT berdaya output motor maksimal 125W dengan kapasitas debit air maksimal 31
liter/menit pada Head 5 m. dalam skripsi ini menggunakan instalasi pipa hisap 3/4” dan pipa dorong 1/2” untuk menyesuaikan ukuran dari flowmeter.
16
Kemudian adalah modul pengatur jumlah debit air. Ada dua cara untuk mengatur debit air, dengan percabangan instalasi pipa air. Cara kedua adalah dengan mengatur kecepatan pompa air. Cara yang paling mudah adalah dengan menggunakan TRIAC pada aplikasi untai dimmer.
Pengatur debit air pada skripsi kali ini dibangun dengan TRIAC tipe BT137 yang dikontrol menggunakan DIAC tipe DB3 dan potensiometer 1MOhm. Kecepatan pompa air pada rangkaian ini dikontrol dengan cara mengatur arus yang diberikan ke pompa air melalui TRIAC. Secara teknis pengontrolan dilakukan dengan mengatur tuas potensiometer 1 MOhm. Arus output dikendalikan oleh tegangan gate TRIAC melalui DIAC dari output pembagi tegangan potensiomete. Semikin tinggi tegangan yang diberikan ke gate TRIAC maka arus yang diberikan ke beban akan semakin besar.
Salah satu cara agar gelombang arus TRIAC lebih simetris adalah dengan menambahkan DIAC yang berfungsi mengatur waktu pulsa pemicu (trigger) TRIAC. Penggunaan DIAC ini ditempatkan secara seri dengan gate dari TRIAC. Tegangan breakover DIAC cenderung jauh lebih simetris (sama meskipun polaritasnya berbalik) daripada tegangan pemicu TRIAC.
Penempatan DIAC secara seri dengan gate, dapat mencegah atau menunda setiap arus gate sampai tegangan trigger (pemicu) telah mencapai nilai tertentu. Dengan begitu titik penyulutan TRIAC dari setengah siklus ke setengah siklus berikutnya akan cenderung konsisten, sehingga gelombang akan lebih simetris pada pusatnya.
Resistor – kapasitor (RC) berfungsi sebagai penggeser fasa yang diperlukan untuk memicu gate TRIAC.
17 3.2.2 Turbin Pelton
Turbin Pelton sendiri mempunyai 2 bagian yaitu piringan dan sudu. Piringan berfungsi sebagai tempat dari sudu dan juga penghubung antara turbin dan generator, sedangkan sudu berfungsi sebagai penerima pancaran air dari nozzle.
Turbin berukuran diameter luar 20cm, diameter piringan 13cm, dengan jumlah 12 buah sudu mempunyai ukuran masing-masing lebar 37mm dan kedalaman 14mm. setiap sudu dapat dibongkar pasang.
Gambar 3.4 Sudu Turbin
Piringan berdiameter 13cm dengan tebal 4mm untuk tempat sudu. Penghubung piringan dan generator berukuran panjang 70mm.
18
Gambar 3.6 Realisasi Turbin Pelton 3.2.3 Nozzle
Nozzle berfungsi sebagai ujung tombak dari laju air yang kemudian
akan menghasilkan semprotan air yang cukup deras menuju sudu turbin. Nozzle berdiameter 8mm.
Gambar 3.7 Nozzle
3.2.4 Rumah Turbin
Rumah turbin sebagai tempat dari turbin pelton dan nozzle berfungsi agar cipratan air kembali ke penampungan. Berukuran panjang 30cm * lebar 15cm * tinggi 26cm.
19 3.2.5 Generator
Generator mempunyai spesifikasi tegangan keluaran 220V berdaya maksimal 400W pada putaran 3000rpm. Generator dipasangi penyekat agar tidak bergerak kemana-mana dikarenakan getaran dari turbin yang cukup kencang.
Gambar 3.9 Generator
3.2.6 Sensor Flowmeter
Menggunakan model YF-S201 yang dapat membaca range debit 1-30 liter/menit. Dengan konfigurasi kabel merah +5V, kabel hitam GND, kabel kuning: PWM output. Dengan frekuensi flowrate 7.5Q liter/menit.
Gambar 3.10 Sensor Flowmeter
3.2.7 Mikrokontroler ATMega16
20
Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan PIN ATMega16
Nama Port Fungsi
PORTC.0 RS (LCD)
PORTC.1 RD (LCD)
PORTC.2 EN (LCD)
PORTC.4 DB4 (LCD)
PORTC.5 DB5 (LCD)
PORTC.6 DB6 (LCD)
PORTC.7 DB7 (LCD)
VCC PORTC VCC LCD
Ground PORTC Ground LCD
PORTB.1 Input flowmeter VCC PORTB VCC flowmeter
Ground PORTB Ground flowmeter
3.2.8 Modul Regulator dan Display
Regulator menggunakan LM2596-Adj dengan output untuk pengisian aki yaitu sebesar 13.7 VDC, pengisian aki tanpa digunakan untuk beban atau standby use. Display debit air menggunakan LCD dari mikrokontroler untuk pompa air juga menggunakan LCD, sedangkan untuk output generator, regulator dan beban menggunakan 7 segment.
Gambar 3.11 Untai Regulator LM2596-Adj
21
akumulator dan beban menggunakan catu daya terpisah dengan regulator LM7805.
Gambar 3.12 Konfigurasi Display LCD Debit Air dan Display Tegangan & Arus Pompa Air
Gambar 3.13 Untai Regulator LM7805
22 3.2.9 Meja Alat
Meja alat sebagai tempat semua dari modul sebelumnya yaitu rumah turbin, display, pompa air, turbin pelton, generator, tampungan air dan juga instalasi pipa.
Berukuran total panjang 83cm * lebar 53cm * tinggi 117cm. memiliki roda agar mudah dipindah-pindahkan. Selengkapnya untuk skema tata letak dan ukuran dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.15 Meja Alat Keterangan gambar:
1. Turbin Pelton 2. Rumah Turbin 3. Display
23 3.3 Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler ATMega16.
Gambar 3.16 Diagram Alir Perangkat Lunak
Dimulai dengan menghidupkan sistem, pompa air akan mengalirkan air melalui instalasi pipa yang kemudian masuk pada sensor flowmeter. Sensor kemudian membaca data yang kemudian diolah oleh
mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD.
Dari datasheet sensor memiliki spesifikasi pembacaan rata-rata sinya kotak / pulse frequency (Hz) = 7Q, Q adalah flowrate dalam liter/menit. Maka perhitungan besar debit air yang melewati sensor yaitu :
Q = pulse frequency yang dhasilkan sensor / 7. Baca Data Sensor
flowmeter
Data Ditampilkan di LCD START
