Perancangan Diagram Blok Sistem Komponen Pengujian dan Parameter yang Diukur

BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem

Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1 berikut ini : Driver relay ELEMEN PELTIER Sensor Suhu Ruang Pendingin Mikrokontroler LCD buzzer RS 232 PC Pendingin Gas Freon Pembuangan panas DRIVER REG. ARUS SENSOR SUHU SETTING Gambar 3.1 Desain Blok Diagram Sistem Diagram blok pada gambar 3.1 dapat diuraikan sebagai berikut : 1. LCD liquid crystal Display berfungsi seabagai tampilan penunjuk suhu di dalam ruangan pendingin. 2. Buzzer berfungsi sebagai indikator permintaan suhu. 3. Mikrokontroler berfungsi sebagai pemproses masukan dari sensor suhu pada masing-masing pendingin dan membandingkannya, menampilkan pembcaan suhu di dalam kabinet pendingin melalui LCD, mengendalikan Universitas Sumatera Utara kerja elemen peltier dan kipas DC berdasarkan perintah-perintah yang telah diprogramsebelumnya pada mikrikontroler. 4. Sensor suhu berfungsi untuk mengukur membaca suhu ruangan pada masing-masing pendingin dan mengirimkannya pada mikrokontroler. 5. Siklus pendingin berfungsi mempercepat pembuangan penyerapan panas. 6. Ruang pendingin berfungsi sebagai tempat objek yang diinginkan. 7. Pembuangan panas berfungsi sebagai tempat pembuangan panas dari pendingin Termoelektrik. 8. Driver relay berfungsi sebagai rangkaian kopel untuk mengendalikan aktif tidaknya dc kipas yang dipicu dari sinyal output Mikrokontroler. 9. PC berfungsi untuk menginterface semua data yang masuk ke mikrokontroler yang dikomunikasikan lewat RS-232. 10. Driver regulator arus berfungsi sebagai pengontrol arus.

3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok

3.2.1 Perancangan Kotak Pendingin Termoelektrik

Pendingin termoelektrik menggunakan kotak kulkas 150 watt yang sudah rusak. Kotak pendingin kulkas yang sudah rusak tersebut dipebaiki dan dan rangkai kembali menjadi sebuah kotak pendingin yang bagus menggunakan termoelektrik cooler. Alat ini dikondisikan dingin dengan menggunakan unit pendingin termoelektrik, tempat penyimpanan benda-benda yang akan didinginkan, heat sink dan blower. Struktur bahan yang digunakan pada kotak pendingin ini dilapisi aluminium dibagian bawah ruangan kotak pendingin sebagai penyalur dingin dari termoelektrik dengan ketebalan 0,1 cm 0,001 m. Bahan kedua menggunakan solid plastic di bagian atas kotak pendingin yang bertujuan untuk meminimalisir aliran dingin dari termoelektrik ke bagian atas, karena bagian atas kotak 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. Universitas Sumatera Utara

3.2.2 Perancangan Peltier Dengan Heatsink

Dalam sistem ini termoelektrik yang digunakan adalah peltier super cooler TEC1- 12730,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. Untuk menentukan luas permukaan heatsink yang digunakan digunakan persamaan perpindahan kalor konduksi, dengan mengasumsikan heatsink seluruhnya adalah aluminium. Dalam hal ini laju perpindahan panas P sebesar 146 watt, beda tempetatur ∆T bernilai 48 C, ketebalan aluminium x sebesar 0.05 meter dan konduktivitas panas k untuk aluminium sebesar 200 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 + , ∆ - . 0 × 2, Maka dapat diperoleh +×,×∆ - 0 × 2 A = 34 5-6477 - 7.78 9 :77 ; = - 3 ? Sehingga luas permukaan heatsink yang dibutuhkan untuk pendinginan 3600 detik atau 1 jam adalah seluas 2,628 m 2.

3.2.3 LCD Liquid Crystal Display

LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data pada mikrokontroler dalam bentuk tulisan. Pada alat ini, mode pemrogram LCD yang digunakan adalah mode pemrograman 4 bit. Dengan demikian, pin data LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler hanya pin D4,D5, D6, dan D7. Sedangkan untuk jalur kontrolnya, pin LCD yang dihubungkan adalah pin RS dan E. LCD pada alat ini hanya digunakan sebagai penampil, sehingga pin RW nya dihubungkan ke ground. 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 Universitas Sumatera Utara dicatu dengan 5 volt tegangan DC. Gambar dibawah ini menjelaskan Rangakaian minimum LCD Liquid Crystal Display: Gambar 3.2 Rangkaian LCD karakter 2x16 Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa LCD 16×2 mempunya 16 pin. sedangkan pengkabelanya adalah sebagai berikut : 1. Kaki 2 dan 16 terhubung dengan Ground GND 2. Kaki 1 dan 15 terhubung dengan VCC +5V 3. Kaki 3 dari LCD 16×2 adalah pin yang digunakan untuk mengatur kontras kecerahan LCD. Jadi kita bisa memasangkan sebuah trimpot 103 untuk mengatur kecerahanya. Pemasanganya seperti terlihat pada rangkaian tersebut. Karena LCD akan berubah kecerahanya jika tegangan pada pin 3 ini di turunkan atau dinaikan. 4. Pin 4 RS dihubungkan dengan pin mikrokontroler 5. Pin 5 RW dihubungkan dengan GND 6. Pin 6 E dihubungkan dengan pin mikrokontroler 7. Sedangkan pin 11 hingga 14 dihubungkan dengan pin mikrokontroler sebagai jalur datanya. Universitas Sumatera Utara

3.2.4 Rangkaian Power Supply PSA

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat yaitu Travo CT. Berikut merupakan rangkaian power supplay yang ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply Trafo yang digunakan merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diteruskan kepada kapasitor 2200 µF sebanyak 12 buah yang disusun paralel, sehingga mempunyai kapasitas total 26400 µF. Berdasarkan rumus mencari tegangan efektik dan tegangan maksimum pada arus bolak-balik AC dapat dihitung besar tegangan yang dikeluarkan oleh PSA. Pada penelitian ini perhitungan tegangan maksimum yang dikeluarkan oleh PSA adalah sebagai berikut. AB × √2 12 × 1.4142 V 16,97 JK2 Sehingga dengan perhitungan diatas, besar tegangan yang dihasilkan oleh PSA adalah sebesar 16,97 volt. Universitas Sumatera Utara

3.2.5 Rangkaian Driver Regulator Arus

Rangkaian regulator arus ini berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang masuk dari PSA. Rangkaian PSA yang dibuat memiliki keluaran 16,97 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian. Regulator arus LM350 digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 12 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. Transistor PNP SA2120 disini berfungsi untuk memasok arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Rangkaian PSA ini memiliki arus 20 Ampere sehingga PSA ini mampu mensuplai arus yang dibutuhkan oleh sistem. Rangkaian power supplay dapat ditunjukkan pada gambar 3.4 seperti dibawah ini. Gambar 3.4 Rangkaian Driver Regulator Arus Rangkaian regulator arus ini berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang masuk dari PSA. Regulator arus ini menggunakan LM350, dimana arus maksimum yang dapat dilewati komponen ini adalah 5 A. Karena arus yang akan dilewatkan oleh PSA adalah sebesar 12 volt, maka LM350 diparalelkan sebanyak 3 buah seperti pada gambar 3.4. Berikut adalah pengujian atau perhitungan arus dan juga tegangan pada penelitian ini : LB LM N LMO → N AMO 1,25 LB 1,25 0,33 Sℎ 3,787 Jadi besar arus I Reg = 3,787 A, maka total arus untuk 3 Rangkaian paralel LM350 adalah sebesar 11,36 A. Dengan adanya Dioda Zener pada LM317 maka arus Universitas Sumatera Utara tersebut dilewatkan dari Transistor sehingga arus total yang keluar dari ketiga LM350 langsung masuk ke sistem. Transistor PNP SA2120 perlu ditambahkan pendingin heatsink untuk menjaga temperatur yang tinggi pada transistor akibat disipasi panas tidak merusak transistor. Sehingga untuk daya 150 Watt dapat diperoleh tengan sebagai berikut: P = V x I tot , 150 = V out x 11,36 A V Tot = 13,204 Volt Dan dengan nilai R 1 = 2,2 kΏ maka didapat, Vout = W W: + 1 × 1,25 JK2, Vout = ::77 :37 + 1 × 1,25 JK2 Vout = 12,708 Volt. Sehingga Daya output yang dihasilkan adalah : P = V x I = 12,708 Volt x 11,36 A = 144,362 Watt

3.2.6 Rangkaian Sensor Suhu

IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit IC, dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan dengan perubahan suhu. Kedua pendingin masing-masing mempunyai LM35 sebanyak 2 buah, LM35 1 dihubungkan dengan 2 buah dioda berfungsi untuk mengukur perubahan suhu didalam kotak pendingin sedangkan LM35 2 berfungsi untuk mengukur perubahan suhu luar lingkungan. Berikut adalah gambar rangkaian pengukur suhu : Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Suhu Pendingin Peltier LM35 1 Vcc Vcc Vcc Vcc LM35 2 Vcc Vcc Vcc Vcc D D D D1 1 1 1 D D D D2 2 2 2 PA PA PA PA0 PA PA PA PA1 1 1 1 PA PA PA PA2 2 2 2 011117 7 7 7 V V V V 011117 7 7 7 V V V V Universitas Sumatera Utara Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Suhu Pendingin Konvensional IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indikator tampilan catu daya terbelah. IC LM35 dapat dialiri arus 60 mA dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV °C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. Adapun dioda yang dipakai adalah dioda silikon yang memiliki tegangan 0,7 volt sebanyak 2 buah. Sehingga tegangan yang masuk ke Mikrokontroler adalah sebesar 1,4 Volt. Jadi, ketika LM35 menunjukkan suhu -21 C maka tegangan yang masuk ke mikrokontroler adalah 1,4 Volt - 0,21 Volt = 1,19 Volt atau sebaliknya, jika LM35 menunjukkan suhu +27 C maka tengangan yang masuk ke mikrokontroler adalah 1,4 Volt + 0,27 Volt = 1,67 Volt. LM35 1 Vcc Vcc Vcc Vcc LM35 2 Vcc Vcc Vcc Vcc D D D D1 1 1 1 D D D D2 2 2 2 PA PA PA PA3 3 3 3 PA PA PA PA4 4 4 4 PA PA PA PA5 5 5 5 011117 7 7 7 V V V V 011117 7 7 7 V V V V Universitas Sumatera Utara

3.2.7 Rangkaian Komunikasi RS-232

Pada perancangan ini menggunakan port serial sebagai jalur komunikasi. Salah satu standart komunikasi serial yang digunakan adalah RS232 dan diperlukan IC MAX232 sebagai driver yang berfungsi untuk mensinkronkan tegangan antara mikrokontroler dengan PC baik dari serial menjadi digital ataupun sebaliknya sehingga data dapat dibaca. Komunikasi yang digunakan untuk menghubungkan PC ke IC MAX232 adalah konektor DB9. Rangkaian driver RS232 terdiri dari IC MAX232 dan 4 buah elektrolit kapasitor 10uF25V. IC mAX232 ini mempunyai 16 pin dan memiliki fungsi yang mengubah level tegangan TTL. Beberapa pin IC MAX232 ini dikoneksikan dengan mikrokontroler dan juga DB9. Pin Tx dan Pin Rx dihubungkan pada pin Port D0 dan Port D1 mikrokontroler. Gambar 3.7 Rangkaian MAX-232

3.2.8 Rangkaian MOSFET

Metal Oxide Semiconductor FET MOSFET adalah suatu jenis FET yang mempunyai satu Drain, satu Source dan satu atau dua Gate. MOSFET mempunyai input impedansi yang sangat tinggi. Pada penelitian ini, driver mosfet yang digunakan yaitu IRFZ 260, dimana komponen ini memiliki keunggulan yaitu tahan arus sampai 30A. Tegangan masukan pada mosfet adalah 12 Volt yang 3 2 3B-9 5 G3N 5V 5V 16 10 uF 25V 10u F 25V 4 5 2 6 8 3 1 14 13 PD0 PD1 TXD RXD Mikrokontroler 11 12 Universitas Sumatera Utara diberi hambatan R sebesar 550 ohm. Prinsip kerja dari pada rangkaian ini adalah ketika Led hidup, maka peltier akan mati tidak dialiri arus dan sebaliknya ketika Led mati maka Peltier akan hidup dapat dialiri arus. Mosfet akan bekerja seperti relay dan memberikan keluaran kepda mikrokontroler. Berikut adalah skema rangkaian mosfet. Gambar 3.8 Rangkaian Mosfet Universitas Sumatera Utara

3.2.9 Rangkain Sederhana Mikrokontroler ATMEGA8535

Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 dapat dilihat pada gambar 3.9 di bawah ini : Gambar 3.9 Rangkain Mikrokontroler ATmega8535 Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 dan 13 dihubungkan ke XTAL 4 MHz. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. 3 2 DB-9 5 GDN 5V 5V 16 10uF 25V 10uF 25V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 PA0 PA1 PA2 ADC2 PA3 ADC3 PA4 ADC4 PA5 ADC5 PA6 ADC6 PA7 ADC7 AREF GND AVCC PC7TOSC2 PC6TOSC1 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1SDA PC0SCL PD7OC2 PB0 XCK PB1 T1 PB2 INT2 PB3 OC0 PB4 SS PB5 MOSI PB6 MISO PB7 SCK RESET VCC GND XTAL2 XTAL1 PD0 RXD PD1 TXD PD2 INT0 PD3 INT1 PD4 OC1B PD5 OC1A PD6 ICP1 A T E M E G A 8 5 3 5 4 5 2 6 8 3 1 12 11 M A X 2 32 14 13 Vcc Vcc 12 12 12 12 V V V V 1 16 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 R LCD 2x16 ADC ADC LM35 2 Vcc Vcc Vcc Vcc LM35 1 Vcc Vcc Vcc Vcc D D D D1 1 1 1 D D D D2 2 2 2 Peltier TEC - 12730 I R F Z 2 6 G D S LED 12 12 12 12 V V V V 10 K 1 1 1 1K K K K 1 1 1 1K K K K BBBB CCCC 5555 4444 7777 550 0 550 0 550 0 550 0hm hm hm hm 39 40 1 LM35 1 Vcc Vcc Vcc Vcc LM35 2 Vcc Vcc Vcc Vcc D D D D1 1 1 1 D D D D2 2 2 2 Universitas Sumatera Utara BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA Setelah proses perancangan sistem selesai, kemudian dilakukan pengujian pada sistem. Tujuan pengujian ini adalah untuk mendapatkan data-data yang diperlukan, seperti tegangan dan arus masukan dan juga perubahan suhu dalam kotak pendingin serta waktu yang dibutuhkan dalam penurunan suhu yang ditentukan.

4.1 Komponen Pengujian dan Parameter yang Diukur

Untuk mendapatkan data-data yang akurat, maka diperlukan peralatan –peralatan yang menunjang dalam pengukuran. Adapun peralatan ukur yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Sensor suhu LM35, digunakan untuk mencatat besarnya penurunan suhuu tiap menitnya. Dalam penelitian ini sensor suhu yang digunakan ada dua yaitu untuk mengukur penurunan suhu dalam pendingin peltier dan untuk mengukur penurunan suhu pada pendingin freon Kulkas. 2. Amperemeter, digunakan untuk mencatat arus yang masuk sistem pendingin. 3. Voltmeter, digunakan untuk mencatat tegangan power supply. Dari hasil pengukuran arus dan tegangan ini, nilai daya masukan bisa dihitung.

4.2 Pengujian Power Supply PSA