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
0,,,,7 7
7 7 V
V V
V 0,,,,7
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
0,,,,7 7
7 7 V
V V
V 0,,,,7
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
DB-9
5
GDN
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