Diagram Blok Sistem Diagram Alir Sistem

30

BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Diagram Blok Sistem

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Adapun sistem kerja Gambar 3.1 adalah saat sistem dipicu tegangan DC 12 volt, maka peltier akan bekerja yang artinya salah satu sisi peltier akan dingin dan sebaliknya sisi yang lain akan menghasilkan panas, kemudian sisi dingin akan mendinginkan ruang pendingin sementara panas dari sisi lain akan dibuang Jala - Jala Sumber Listrik Blok Peltier Driver Pompa Air Radiator Kipas Mikrokontroller Tombol Setting Display + - Sensor T Universitas Sumatera Utara 31 dengan memanfaatkan kipas sebagai pembuang panas danRadiator memindahkan energi panas dari satu medium ke medium lainnya yang tujuannya untuk mendinginkan. Sensor suhu akan mengukur temperatur pada ruang pendingin dan hasilnya akan dikirim ke mikrokontroller yang selanjutnya mikrokontroller mengubah ke data digital dan diteruskan ke display. Mikrokontroller juga akan mengontrol kipas yang bekerja pada pembuangan panas melalui driver. Kipas yang digunakan pada ruang pendingin untuk menyebarkan dingin dari peltier sehingga suhu dalam ruang pendingin akan homogen juga dikontrol oleh mikrokontroler melalui driver. Selain itu mikrokontroller juga mengontrol kerja driver sesuai dengan besar arus yang diperintahkan pada program mikrokontroller. Udara Dingin Kipas Sirip Dingin Ventilasi Peltier Radiator Inti Pendingin Tangki Air Pompa T 3.2Gambar Diagram Blok Sistem Mekanik Alat Universitas Sumatera Utara 32

3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok

3.2.1 Perancangan Ruangan

Alat ini dikondisikan dingin dengan menggunakan unit pendingin termoelektrik, tempat pendingin ruangan yang akan didinginkan, heat sink dan blower. Ukuran dimensi bagian dalam ruangan pendingin termolektrik yang dianalisis adalah sebagai berikut : Panjang ruangan = 20 cm Lebar ruangan = 20 cm Tinggi ruangan = 20 cm Volume ruangan = p x l x t = 20 x 20 x 20 = 8.000 cm 3 Temperatur standard ruangan sejuk = 24 C - 26 C Temperatur lingkungan = 27 c = 300 K Kapasitas ruangan = 2 Liter Struktur bahan yang digunakan pada kotak pendingin ruangan ini dilapisi aluminium dibagian bawah ruangan kotak pendingin ruangan sebagai penyalur dingin dari termoelektrik dengan ketebalan 0,1 cm 0,001 m. Bahan kedua menggunakan solid plastic di bagian atas kotak pendingin ruangan yang bertujuan untuk meminimalisir aliran dingin dari termoelektrik ke bagian atas, karena bagian atas r pendingin adalah bagian untuk membuka dan menutup pendingin itu sendiri. Ketebalan solid plastic itu sendiri adalah 0,2 cm 0,002 m. Sementara untuk kain plastic, ketebalannya adalah 0,2 cm 0,002 m. Insulasi coolbox ini menggunakan polyurethane dengan ketebalan 1,17 cm 0,0117 m. Daya Pada Sistem Pendingin Ruangan. • Data perhitungan Daya total Thermo Electric Cooler TEC : P = V . I 1 = 12 Volt . 10 A = 120 Watt Universitas Sumatera Utara 33 Daya kipas sisi panas : P = V . I . 2 = 12 Volt .1,7 A . 2 = 40.8 Watt Daya kipas sisi dingin : P = V . I = 12 Volt . 0,5 A = 6 Watt Daya total : 120 Watt + 40.8 Watt + 6 Watt = 166,8 Watt Kapasitas power supply : 252 Watt Daya power supply tanpa beban : 0.04 A . 220 Watt = 8,8 Watt Efisiensi daya hasil pengukuran : Diketahui : V = 220 Volt I = 1,26 A Ditanya :P = ...? Jawab :P = V . I = 220 Volt . 1,26 A = 277,2 Watt

3.2.2 Pemasangan Peltier pada Heatsink

Dalam sistem ini termoelektrik yang digunakan adalah peltier super cooler TEC1-12706,adapun heatsink yang digunakan pada ruangan pendingin adalah untuk menyerap dingin yang dihasilkan peltier dan diteruskan oleh kipas ke seluruh ruangan sehingga suhu seluruh ruang homogen, seperti terlihat pada Gambar 3.3. Universitas Sumatera Utara 34 HEAT SINK COLDSINK KIPAS TEC1-12706 PEMBUANGAN PANAS RUANGAN YANG DIDINGINKAN KIPAS PELTIER Gambar 3.3 Pemasangan peltier pada heatsink Untuk menentukan luas permukaan heat sink yang digunakan, maka digunakan persamaan perpindahan kalor konduksi, dengan mengasumsikan heatsink seluruhnya adalah aluminium. Dalam hal ini laju perpindahan panas P sebesar 140 watt, beda tempetatur ΔT bernilai 45 C, ketebalan aluminium x sebesar 0.05 meter dan konduktivitas panas k untuk aluminium sebesar 220 Wattm C. Jika waktu pendinginan t dilakukan selama 1 jam atau 3600 detik, maka dapat diperoleh luas heatsink yang diperlukan sesuai dengan rumus berikut : Q = � � Δ� � ��� � = � × �, Maka dapat diperoleh � × � × ∆� � = � × � A = 140 � � 3600 � � 0.05 � 220 � �� � 45 ℃ A = 2,545 m 2. Sehingga luas permukaan heatsink yang dibutuhkan untuk pendinginan 3600 detik atau 1 jam adalah seluas 2,545 m 2. Universitas Sumatera Utara 35

3.2.3 Rangkaian Sensor Suhu

Sensor yang digunakan pada sistem ini adalah sensor LM35,seperti yang dijelaskan sebelumnya sensor LM35 mempunyai keunggulan dapat mengukur suhu pada rentang mulai dari -55°C sampai dengan 150°C. Sesuai dengan suhu yang akan diukur dalam kulkas portable yaitu -21°C. Rangkaian LM35 yang digunakan pada pendingin ruangan ini ditambahkan dua buah dioda pada kaki ground yang masing-masing akan memberikan tegangan 0,7 volt. Sehingga pada suhu 0°C tegangan sensor LM35 ini adalah 1,4 volt. Semetara itu secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahansuhu setiap suhu 1ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV, misalnya jika hasil pengukuran sensor adalah 10°C maka tegangan yang akan dikirim ke mikrokontroller adalah 1,5 V dimana untuk suhu 0°C adalah 1,4 V dijumlahkan perubahan suhu 10°C adalah 0,1 V. Sama halnya untuk mengukur suhu -21°C, tegangan pada pegukuran suhu 0°C dijumlahkan dengan -0,21V, sehingga diperoleh: 1,4 V - 0,21V = 1,19 V, seperti Gambar 3.4. . LM35 Vcc PA 0 PA 1 0,7 V 0,7 V 1N194 Gambar 3.4Rangkaian Sensor Suhu Pada Pendingin Peltier Universitas Sumatera Utara 36

3.2.4 Rangkaian Mikrokontroller

Rangkain mikrokontroller yang digunakan dalam sistem ini adalah Atmega 8535, yang berfungsi sebagai kontrol dari semua rangkaian pada sistem, diantaranya mengendalikan driver relay,memproses hasil pengukuran sensor suhu menjadi data digital,mengirim suhu ke LCD,mengendalikan driver regulator arus dan juga mengirim data ke PC melalui RS 232 . ATmega 8535 di program dengan bahasa C melalui software AVR. DB9 +5V MAX 232 15 TX RX LCD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 21 31 30 29 28 27 26 25 24 23 34 33 32 38 37 36 35 39 40 ATmega8535 Port A Port B Port C Port D reset Vcc GND XTAL1 XTAL2 AREF GND AVCC Vcc R Vcc 0,7V 0,7V LM35 LM35 10K 10 LED IRF Z 260 55 OH M VCC TEC 1 - 12730 PELTIER Gambar 3.5 Rangkaian mikrokontroller ATmega 8535 Seperti yang dijelaskan di dalam Gambar 3.5 sensor LM35 dihubungkan dengan port A, LM 35 akan mengubah data analog menjadi digital sehingga bisa dibaca mikrokontroler. LCD di hubungkan dengan port B,sama halnya dengan usb downloader juga dihubungkan dengan port B. Driver dihubungkan dengan port C, Universitas Sumatera Utara 37 adapun RS 232 dan setting suhu tombol dihubungkan dengan port D. Untuk menyuplai tegangan dihubungkan dengan Vcc. Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroller ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.Pin 12 dan 13 dihubungkan ke XTAL 1 MHz. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program.

3.2.5 Rangkaian MOSFET

MOSFET memiliki impedansi masukan gate sangat tinggi Hampir tak berhingga sehingga dengan menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Untuk membuat MOSFET sebagai saklar maka hanya menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi ON dan kondisi cut-off OFF. Kurva Karakteristik MOSFET Wilayah Cut-Off MOSFET OFF. Pada daerah Cut-Off MOSFET tidak mendapatkan tegangan input Vin = 0V sehingga tidak ada arus drain Id yang mengalir. Kondisi ini akan membuat tegangan Vds = Vdd. Dengan beberapa kondisi diatas maka pada daerah cut-off ini MOSFET dikatakan OFF Full-Off. Kondisi cut-off ini dapat diperoleh dengan menghubungkan jalur input gate ke ground, sehingga tidak ada tegangan input yang masuk ke rangkaian saklar MOSFET. Untuk mendapatkan kondisi MOSFET dalam keadaan open maka tegangan gate Vgs harus lebih rendah dari tegangan treshold Vth dengan cara menghubungkan terminal input gate ke ground. Wilayah Saturasi MOSFET ON Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input Vgs secara maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan Universitas Sumatera Utara 38 membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi saturasi ini MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh Fully-ON. 12V LED TEC 1 - 12730 1k 550 ohm mC 10k 12V 1k IRF Z 260 G D S Gambar 3.6 RangkaianMosfet Dalam rangkaian ini digunakan IRF Z 260 yang ditambahkan dengan LED sebagai indikator. Adapun cara kerja MOSFET ini saat perintah dari mikrokontroler adalah logika 1 maka arus akan mengalir ke peltier sedangkan saat perintah logika 0 arus tidak dikirim ke peltier,melainkan akan mengalir ke LED dan LED akan menyala sebagai indikator, seperti terlihat pada Gambar 3.6.

3.2.6 Rangkaian LCD Liquid Crystal Display

LCD Liquid Crystal Display berfungsi untuk menampilkan besar suhu yang diukur oleh sensor dan juga waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai besar suhu yang telah ditentukan. Jenis LCD Liquid Crystal Display yang digunakan adalah ukuran 2 x 16 karakter, dan LCD Liquid Crystal Display ini dicatu dengan 5 volt tegangan DC. Gambar 3.7 menjelaskan Rangakaian minimum LCD Liquid Crystal Display: Universitas Sumatera Utara 39 LCD 2 X 16 SUHU : WAKTU : Vcc Vcc Vcc R 10K 6 11 16 1 2 3 4 5 1 3 5 6 7 8 PORT B 121314 15 Suhu : Waktu : Gambar 3.7 RangkaianLCD Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah: Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD Liquid Cristal Display pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD Liquid Cristal Display dapat dibaca pada saat pembacaan data. Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya. Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD Liquid Cristal Display diantaranya adalah : a. Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD Liquid Cristal Display dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit. b. Pin RS Register Select berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low Universitas Sumatera Utara 40 menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.a c. Pin RW Read Write berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data. d. Pin E Enable digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar. e. Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan kontras dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.

3.2.7 Rangkaian Driver Regulator Arus

Rangkaian driver regulator arus digunakan untuk mengatur besar arus yang akan dicatu pada sistem. Pada regulator arus ini digunakan IC LM350,regulator tegangan positif yang dapat menyediakan 5A dengan output variabel dari 1,2V hingga 33V,sementara tegangan yang masuk dari power suplay adalah 17 V. Cara seting batas minimal dan maksimal tegangan output rangkaian power supply dengan IC LM350 adalah dengan menentukan nilai R1 dan R2 sehingga untuk mendapatkan tegangan DC variabel sesuai dengan yang diinginkan, seperti terlihat pada Gambar 3.8. 10uF R2 22Ohm 280Ohm 10uF R1 LM317 SA2120 Vout LM350 Rs LM350 Rs LM350 Rs 2200 uF Gambar 3.8 Rangkaian Driver Regulator Arus Universitas Sumatera Utara 41 Rs = ���� ���� , Iref = 1,25 �� = 1,25 0,33 = 3,787 A Karena 3 buah LM350 diparalelkan maka arus yang dilewatkan adalah : 3 x 3,787A = 11,36 A, Sedangkan rumus untuk mencari Vout adalah: Vout = �1 240 + 1 1,25 Volt Jika R1 diberikan 2,2 K ٠; Vout = 2200 240 + 1 1,25 Volt Vout = 12,708Volt Maka daya yang dapat dihasilkan rangkaian adalah: P = V x I P = 12,708V x 11,36A P = 144,5

3.2.8 Power Supplay

Transformator Transformer atau disingkat dengan Trafo yang digunakan untuk DC Power supply ini adalah Transformer jenis Step-down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan komponen Elektronika yang terdapat pada rangkaian adaptor DC Power Supply. Transformator bekerja berdasarkan prinsip Induksi elektromagnetik yang terdiri dari 2 bagian utama yang berbentuk lilitan yaitu lilitan Primer dan lilitan Sekunder. Lilitan Primer merupakan Input dari pada Transformator sedangkan Output- nya adalah pada lilitan sekunder. Meskipun tegangan telah diturunkan, Output dari Transformator masih berbentuk arus bolak-balik arus AC yang harus diproses selanjutnya. Universitas Sumatera Utara 42 220V 12V 220UF 12V CT Gambar 3.9 Power Supllay Rectifier atau penyearah gelombang adalah rangkaian Elektronika dalam Power Supply catu daya yang berfungsi untuk mengubah gelombang AC menjadi gelombang DC setelah tegangannya diturunkan oleh Transformator Step down. Rangkaian Rectifier pada rangkaian ini terdiri dari 2 komponen Dioda Full wave. Power supplay yang digunakan pada sistem ini mampu mencatu arus sampai 20 Ampere. Kapasitor atau biasa juga disebut dengan elco, untuk kapasitor sebenarnya banyak jenis, pemasangan kapasitor atau elco pada rangkaian penyearah untuk menstabilkan tegangan atau sebagai filter tegangan ac, yang keluar dari dioda tersebut, seperti terlihat pada Gambar 3.9. Dengan mengasumsikan bahwa sisi sekunder T1 memberikan tegangan rms 12 V, tegangan output puncak dari lilitan sekunder transformator akan diberikan oleh: V = Vrms . √2 = 12 V. 1,41 = 16,92 Volt Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT. Transformator dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan output tegangan AC pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan level tegangan yang berbeda fasa 180°. Pada saat terminal output transformator pada Universitas Sumatera Utara 43 D1 memberikan sinyal puncak positif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward, sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2. Universitas Sumatera Utara 44

3.3 Diagram Alir Sistem

Gmabar 3.10 Diagram Alir Sitem Universitas Sumatera Utara 45

BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL

4.1 Pengujian Driver Regulator Arus

Pengujian driver rugulator arus adalah untuk mengetahui berapa tegangan dan kuat arus yang dihasilkan oleh rangkaian,sehingga dapat dihitung berapa daya yang masuk ke sistem pendingin ruangan. Pada pengujian ini untuk membuktikan daya yang dihasilkan rangkaian dipasang lampu depan mobil sebagai keluaran,setiap bola lampu masing-masing 60 Watt. Adapun untuk beban 40 watt dipasang 1 bola lampu,untuk 800 watt dipasang 2 bola lampu,untuk 120 watt dipasang 3 bola lampu sampai 160 watt dimana regulator arus tidak sanggup lagi mensuplai daya. current Rs voltage A V Bola Lampu 280 ohm 2,2 kohm LM530 Gambar 4.1 Sistem Pengujian Regulator Arus Adapunhasil pengukuran besar tegangan dan kuat arus ditunjukkan pada tabel dibawah ini: Universitas Sumatera Utara