JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

Transkripsi

1 PENGONTROLAN BEDA TEKANAN UDARA DENGAN VARIASI BUKAAN DAMPER DAN KECEPATAN FAN BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO MEGA 2560 PADA MODEL RUANG OPERASI AIR PRESSURE DIFFERENCE CONTROLLING BY VARIATING THE DAMPER OPENING AND FAN SPEED BASED ON ARDUINO MEGA 2560 MICROCONTROLLER ON OPERATING ROOM Laporan Tugas Akhir Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Pendingin dan Tata Udara disusun oleh: Luthfi Merdiandani NIM JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012 PDF processed with CutePDF evaluation edition

2

3 ABSTRAK Pengontrolan tekanan udara secara otomatis merupakan hal yang penting diterapkan di ruang operasi untuk menghindari adanya kontaminasi bakteri antara luar ruangan dengan dalam ruangan dengan nilai beda tekanan minimal 12 Pa lebih tinggi dari tekanan lingkungan. Pengontrolan tekanan udara ruangan dilakukan dengan mengatur debit udara masuk dan keluar ruangan. Model ruang operasi yang dibuat, dirancang untuk dapat mengontrol beda tekanan udara dengan cara mengatur bukaan damper dan kecepatan fan agar dapat menghasilkan nilai beda tekanan ruangan yang lebih stabil. Alat kontrol yang digunakan adalah mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang dilengkapi dengan shield Control Motor DC, LCD, dan SD Card Arduino. Sensor tekanan menggunakan BMP085 dan penggerak damper menggunakan motor servo. Hasil akhir yang didapat adalah set point nilai beda tekanan udara dapat dikontrol sesuai dengan perubahan tekanan lingkungan dengan beda tekanan udara antara Pa dan tekanan udara ruangan dapat diatur antara Pa dengan nilai beda tekanan antara Pa atau rata- rata sebesar 32,56 Pa lebih tinggi dari tekanan udara lingkungan. Kata kunci: pengontrolan tekanan udara, ruang operasi, beda tekanan, bukaan damper, kecepatan fan, Arduino Mega 2560, BMP085, shield Arduino. iii

4 ABSTRACT Controlling the air pressure automatically which is applied in the operating room is important to avoid the contamination of bacteria between outdoors and indoors with air pressure difference of 12 Pa above atmospheric air pressure around the room. Controlling the air pressure in the room can be done by regulating the air flow in and out of the room. The operating room model that was made, designed to control the air pressure difference between by combining the aperture damper settings and fan speed in order to generate the room pressure difference to be more constant.the controller which is used in this project is Arduino2560 that is equipped with a DC Motor Control, LCD, and SD Card Shield Arduino. Pressure sensor is BMP085 and the damper is moved by servo motor. The set point of air pressure difference can be controlled by using ambient pressure change with range between Pa and room air pressure can be controlled by using range of Pa with average pressure difference is about 32,56 Pa which higher than ambient air pressure. Key word: controlling air pressure, operating room, difference air pressure, aperture damper, fan speed, Arduino Mega 2560, BMP085, Shield Arduino iv

5 KATA PENGANTAR Bismillahirrohmaanirrohiim Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena atas berkah dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul Pengontrolan Beda Tekanan Udara Dengan Variasi Bukaan Damper dan Kecepatan Fan Berbasis Mikrokontroler Arduino Mega 2560 pada Model Ruang Operasi yang merupakan salah satu persyaratan kelulusan di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung. Dalam proses pembuatan Tugas Akhir ini penulis sering mengalami masalah dan hambatan. Meskipun demikian, penulis benar-benar berusaha semaksimal mungkin untuk dapat menyelesaikannya dengan sebaik-baiknya. Penulis menyadari bahwa dari awal sampai akhir pembuatan laporan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Keluarga besar yang selalu mendoakan, memotivasi, serta member dukungan kepada penulis. 2. Edmond Murad, ST. selaku pembimbing 1 dan Bapak Muhammad Arman, ST., Spsi. selaku pembimbing 2 yang telah membimbing dan memberi masukan selama pembuatan alat dan laporan Tugas Akhir. 3. Ary Surjanto, ST., MT. Selaku Ketua Program Studi Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung. 4. Ade Suryatman Margana, ST., M.Eng. selaku Kepala Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung. 5. Seluruh Dosen,staf teknisi dan instruktur di laboratorium Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang telah banyak membantu, membimbing, serta memberikan informasi yang berguna bagi penulis. v

6 6. Seluruh rekan- rekan mahasiswa Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang tanpa henti memberikan dorongan, semangat, dan bantuan baik moril maupun materil. Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi penulis khususnya, dan menambah wawasan bagi pembaca pada umumnya. Kritik dan saran yang membangun penulis harapkan untuk penyempurnaan Laporan Tugas Akhir ini. Terima kasih. Bandung, 24 Juni 2012 Penulis vi

7 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Maksud dan Tujuan Batasan Masalah Metoda Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI Mikrokontroler Arduino Shield Arduino Sensor BMP Motor Servo Fan DC Bahasa Pemrograman Arduino Clean Room Klasifikasi Clean Room Aliran Udara Clean Room Ruang Operasi Hubungan Tekanan dan Ventilasi vii

8 2.4.1 Pengontrolan Tekanan Udara BAB III RANCANGAN SISTEM Cara Kerja Sistem Rancangan Kontrol Rangkaian Kelistrikan Bahasa Pemrograman Rancangan Model Ruang Operasi Konstruksi Model Material yang Digunakan BAB IV INTEGRASI DAN UJI COBA SISTEM Integrasi Sistem Uji Coba Kontrol Uuji Coba Sistem Analisis Uji Coba Sistem BAB V PENGUJIAN DAN PENGAMBILAN DATA Kerangka Pengujian Tujuan Pengujian Titik Uji Alat yang Digunakan Besaran yang Diukur Grafik Pengamatan Analisis Data Analisis Sistem Secara Keseluruhan BAB VI PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Arduino Mega Gambar 2.2. LCD Shield Arduino 16x Gambar A Motor Shield Arduino Gambar 2.4. Stacable SD Card Shield Arduino Gambar 2.5. BMP Gambar 2.6. Diagram Alir Kontrol Servo Gambar 2.7. (a). Servo Horn Bulat Gambar 2.7. (b). Servo Horn X Gambar 2.8. Pulse Motor Servo Gambar 2.9. Fan Aksial DC Gambar Pola Pulse Width Modulation Gambar Pola aliran udara konvensional Gambar Pola aliran udara crossflow Gambar Pola aliran udara downflow Gambar 3.1. Proses Pengerjaan Sistem Gambar 3.2. Diagram Alir Pengontrolan Tekanan Udara Ruangan Gambar 3.3. Rancangan Kelistrikan Sistem Gambar 3.4. Diagram Alir Rancangan Pemrograman Sistem Gambar 3.5. Rancangan Sistem Model Ruang Operasi Gambar 3.6. Rancangan Model Ruang Operasi Gambar 3.7. Rancangan Rangka Model Ruang Operasi Gambar 4.1. Pemasangan Sensor BMP085 pada Arduino Gambar 4.2. Pemasangan Motor Servo pada Arduino Gambar 4.3. Pemasangan Fan pada Controller Motor Shield Arduino Gambar 4.4. Jumper Pemilihan Mode Kontrol ix

10 Gambar 5.1. Titik Pengukuran Sistem Model Ruang Operasi Gambar 5.2. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 0% dan Kecepatan Kedua Fan 100% Gambar 5.3. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 25% dan Kecepatan Kedua Fan 100% Gambar 5.4. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 50% dan Kecepatan Kedua Fan 100% Gambar 5.5. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 75% dan Kecepatan Kedua Fan 100% Gambar 5.6. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 100% dan Kecepatan Kedua Fan 100% Gambar 5.7. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 0% dan Kecepatan Kedua Fan 50% Gambar 5.8. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 25% dan Kecepatan Kedua Fan 50% Gambar 5.9. Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 50% dan Kecepatan Kedua Fan 50% Gambar Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 75% dan Kecepatan Kedua Fan 50% Gambar Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu pada Bukaan Damper 100% dan Kecepatan Kedua Fan 50% Gambar Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu dengan Gangguan Bukaan Pintu Gambar Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu dengan Pengontrolan Kecepatan Fan Gambar Grafik Nilai Tekanan Terhadap Waktu dengan Pengontrolan Batas Set point Gambar Diagram Nilai Beda Tekanan Rata- Rata pada Variasi Bukaan Damper Gambar Grafik Tekanan Udara Ruangan pada Kondisi Tertentu x

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Beda Tekanan Pada Ruang Bersih Tabel 4.1. Tabel Pengujian Alat Kontrol pada Sistem Tabel 5.3. Pengaturan Kecepatan Fan Tabel 5.4. Tekanan Udara Ruangan pada Kondisi Tertentu xi

12 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A TABEL DAN GAMBAR (DASAR TEORI) Gambar A.1. Skematik Arduino Mega LA 1 Gambar A.2. Skematik L298 Shield... LA 2 Gambar A.3. Skematik LCD Shield... LA 3 Gambar A.4. Skematik BMP085 Breakout... LA 4 Gambar A.5. Skematik Sistem Kontrol... LA 5 Grafik A.1. Klasifikasi Ruangan Berdasarkan Ukuran Partikel... LA 6 Tabel A.2. Persyaratan Kondisi Udara dan Ventilasi pada Beberapa Ruangan di Rumah... LA 7 Tabel A.3. Rincian Komponen Kontrol... LA 8 LAMPIRAN B GAMBAR RANCANGAN Diagram Kelistrikan Sistem Model Ruang Operasi... LB 1 Desain Sistem Model Ruang Operasi... LB 2 Desain Rangka Sistem... LB 3 Desain Model Ruang Operasi... LB 4 Desain Rangka Sistem... LB 5 LAMPIRAN C DATA HASIL PENGUJIAN Tabel C.1. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 0% dan Kecepatan Kedua Fan 100%... LC 1 Tabel C.2. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 25% dan Kecepatan Kedua Fan 100%... LC 2 Tabel C.3. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 50% dan Kecepatan Kedua Fan 100%... LC 3 Tabel C.4. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 75% dan Kecepatan Kedua Fan 100%... LC 4 xii

13 Tabel C.5. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 100% dan Kecepatan Kedua Fan 100%... LC 5 Tabel C.6. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 0% dan Kecepatan Kedua Fan 50%... LC 6 Tabel C.7. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 25% dan Kecepatan Kedua Fan 50%... LC 7 Tabel C.8. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 50% dan Kecepatan Kedua Fan 50%... LC 8 Tabel C.9. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 75% dan Kecepatan Kedua Fan 50%... LC 9 Tabel C.10. Data Pengukuran Pada Bukaan Damper 100% dan Kecepatan Kedua Fan 50%... LC 10 Tabel C.11. Data Pengukuran Tekanan Udara Ruangan dengan Pengontrolan Kecepatan Fan... LC 11 Tabel C.12. Data Pengukuran Tekanan Udara dengan Pengontrolan Nilai Set Point Berdasarkan Tekanan Udara Lingkungan... LC 13 LAMPIRAN D SKETCH PEMROGRAMAN D.1. Sensor BMP LD 1 D.2. Continue Servo Parallax... LD 5 D.3. 2A Motor Shield Arduino... LD 6 D.4. Stackable SD Card v.1 Shield Arduino... LD 7 D.5. LCD Shield Arduino 16 x 2... LD 8 D.6. Sketch Pemrograman Pengontrolan Fan Berdasarkan Set Point... LD 10 D.7. Sketch Pemrograman Pengontrolan Nilai Set Point Berdasarkan Perubahan Tekanan Lingkungan... LD 16 LAMPIRAN E DOKUMENTASI Tabel E.1. Jadwal Kegiatan Kerja... LE 1 Foto Kegiatan... LE 2 xiii

14 DAFTAR PUSTAKA ASHRAE ASHRAE Handbook HVAC Aplication. American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers. Atlanta. Bevirt W. David, dkk HVAC System Application. SMACNA: Edisi 5. Virginia. Huda Akbarul. 1 April 2010.Ruang Operasi. Akbarulhuda.wordpress.com. diakses pada tanggal 11 April 2012: NN. 16 Juni BMP085. bildr.com. diakses pada tanggal 5 April 2012 : NN. 27 Juni Arduino. id.wikipedia.org. diakses pada tanggal 13 April 2012 : NN. 30 Maret Apa itu mikrokontroler?. hme.ee.itb.ac.id. diakses pada tanggal 13 April 2012 : NN. Arduino. Arduino.cc. diakses pada tanggal 20 Maret 2012 : NN. Shield Arduino. dfrobot.com. diakses pada tanggal 29 Maret 2012 : Yulias Zervani Tutorial Menggunakan Servo. famosastudio.com. diakses pada tanggal 1 April 2012 :

15