BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Cooling Tunnel Cooling tunnel merupakan sebuah mesin pendingin yang berfungsi sebagai pendinginan pada produk. Biasanya cooling tunnel ini di aplikasikan pada industri makanan misalnya cokelat. Prototype cooling tunnel di buat dengan maksud sebagai sebuah mesin pendingin cokelat yang berbentuk mini/prototype. Secara umum temperatur yang dirancang dalam terowongan tersebut berkisar antara 2 O C 6 O C untuk mendapatkan hasil produk yang baik. Gambar 2.1 Prototype Cooling Tunnel Prototype cooling tunnel ini menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap dan menggunakan conveyor untuk menjalankan produk diatasnya. Komponen yang digunakan adalah kompressor, kondensor, evaporator, alat ekspansi, R- 134A. Proses pendinginan produk pada mesin ini dilakukan secara berjalan. Selama dalam terowongan, produk mengalami pendinginan sehingga pada saat produk keluar dari tunnel maka temperaturnya menjadi turun. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 5

2 2.2. Sistem Pengukuran Sistem merupakan suatu proses yang saling berkaitan yang membentuk satu kesatuan. Pengukuran merupakan penentuan besaran, dimensi, kapasitas terhadap suatu standar. Mengukur yaitu membandingkan suatu besaran fisika dengan besaran baku. Sistem pengukuran merupakan sekumpulan aktifitas, prosedur, alat ukur, software, orang dengan tujuan mendapatkan data pengukuran terhadap karakteristik yang sedang diukur. Sistem pengukuran adalah penentuan besaran, dimensi atau kapasitas, dan biasanya terhadap suatu standar atau satuan pengukuran (Wikipedia.org). Aktivitas pengukuran membutuhkan instrumen sebagai alat fisis untuk menentukan suatu besaran (kuantitas) atau variabel. Instrumen tersebut membantu memudahkan manusia dalam memperoleh pengukuran. Sistem alat ukur merupakan kajian menyeluruh yang membangun satu alat ukur sehingga bisa digunakan untuk mengukur besaran fisika tertentu yang sesuai dengan peruntukan. Misalnya saja alat pengukur temperatur dimana alat ini fungsi utamanya adalah untuk mengukur temperatur/suhu. Dalam sistem pegukuran memiliki 3 buah elemen, yaitu: Tranduser: suatu elemen yang dapat mengubah informasi atau sinyal dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Pengkondisi sinyal: elemen pengubah informasi atau sinyal dari tranduser ke suatu bentuk yang selanjutnya akan dapat di displaykan. Display: elemen yang memungkinkan sinyal dapat terbaca atau ditampilkan. Transduser Pengkondisi Sinyal Display Gambar 2.2 Diagram Blok Sumber: Buku Bahan Ajar Sistem Pengukuran TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 6

3 Alat pengukur temperatur pada tugas akhir ini berfungsi mengukur temperatur sebuah kabin pada prototype cooling tunnel. Hal ini bertujuan agar pada proses pendinginan produk cokelat, temperatur yang terjadi dapat termonitor dan sesuai demi menjaga kualitas atau hasil pendinginan yang terjadi pada cokelat itu sendiri. Sensor Suhu Arduino Uno Display LCD Shield Gambar 2.3 Diagram Blok pada Alat 2.3. Alat Pengukur Temperatur Umumnya perlu digunakannya beberapa langkah untuk melakukan pengukuran seperti pengambilan data, melakukan kalibrasi, menganalisis data yang telah diperoleh, dan selanjutnya mengestimasi nilai dari hasil pengukuran tersebut. Selain itu, perlu juga mengetahui beberapa aspek seperti accuracy, precision, calibration, repeatability, error, resolution, correction, relabillity, uncertainty, dan range dari alat ukur yang digunakan ketika pengukuran berlangsung. Dalam perancangan alat pengukur temperatur terdapat komponenkomponen utama dan komponen pendukung yang harus di rangkai Arduino Uno Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang ke adaptor-dc atau baterai untuk menjalankannya. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 7

4 Nama Uno berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino. Uno adalah yang terbaru dalam serangkaian board USB Arduino, dan sebagai model referensi untuk platform Arduino. (sumber: Gambar 2.4 Arduino Uno Sumber: Famosastudio.com Kelebihan Arduino Uno yaitu: a. Tidak perlu perangkat chip programmer karena di dalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer. b. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna Laptop yang tidak memiliki port serial/rs323 bisa menggunakannya. c. Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap. d. Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino. Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 8

5 Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal (otomatis). Eksternal (non-usb) daya dapat berasal baik dari AC ke adaptor DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1 mm konektor POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan Vin pin header dari konektor POWER. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah 7 volt sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5 volt Uno dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12 volt, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board Uno. Pin listrik pada Arduino meliputi: a. VIN. Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu menggunakan sumber daya eksternal (sebagai pengganti dari 5 volt koneksi USB atau sumber daya lainnya). b. 5V. Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya. c. 3v3. Sebuah pasokan 3,3 volt dihasilkan oleh regulator on-board. d. GND. Ground pin. Memori ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader), 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan di tulis dengan EEPROM library). Unit Input dan Output masing-masing dari 14 pin digital di Uno dapat digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan fungsi pinmode (), digitalwrite (), dan digitalread (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 ma dan memiliki internal pull-up resistor (secara default terputus) dari 20 kω - 50 kω. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 9

6 LCD Shield Gambar 2.5 LCD Shield Shield adalah istilah untuk modul tambahan pada Arduino. Karena cara menggunakan modul tambahan pada Arduino adalah dengan cara menumpuk di bagian atas Arduino, maka diberi istilah shield (tameng/perisai). LCD Shield merupakan perangkat display 2x16 berbasis HD44780 dengan warna display biru. LCD Shield yang penulis gunakan ini adalah LCD Shield yang sudah menjadi modul dan dikhususkan untuk Arduino, sehingga dalam penerapannya pun tidak diperlukan penyolderan. Alat ini lebih modern baik dipandang dari waktu keberadaan, fungsi maupun kemampuan. Alat peraga LCD (Liquid Crystal Display) memerlukan konsumsi listrik yang rendah tetapi menghasilkan performansi tampilan yang sempurna mengingat cahaya yang dihasilkan sudah memiliki warna yang sempurna Amplifier AD595AQ Gambar 2.6 Amplifier AD595AQ TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 10

7 Gambar 2.7 Skematik Rangkaian Pada AD595AQ (sumber.monolithic Thermocouple Amplifiers with Cold Junction Compensation) Amplifier tipe AD595AQ merupakan sebuah komponen penguat untuk thermocouple tipe K. Amplifier ini memiliki 14 buah nomor pins. Beroperasi dalam rentang temperatur antara -55 o C sampai dengan 125 o C Resistor Gambar 2.8 Resistor Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum Ohm. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 11

8 Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikelkromium) LED Gambar 2.9 LED LED berasal dari kata Light Emitting Diode. LED adalah sebuah peralatan elektronik kecil (semikonduktor) yang memancarkan cahaya saat dilewati arus. Hampir semua energi yang dipancarkan LED muncul dalam spektrum yang tampak oleh mata. Keunggulan teknologi LED antara lain: Intensitas dan terang yang tinggi Efisiensi tinggi Kebutuhan tegangan dan arus yang rendah Sangat handal (tahan terhadap goncangan dan getaran) dan tidak memancarkan sinar UV Mudah dikontrol dan diprogram TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 12

9 Universal AC/DC Adaptor Adaptor adalah sebuah rangkaian elektronika yang dapat mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Misalnya saja dari tegangan 220 volt AC menjadi tegangan 6 volt, 9 volt, atau 12 volt DC. Rangkaian ini adalah alternatif pengganti dari sumber tegangan DC, misalnya batu baterai dan akumulator. Gambar 2.10 Montana Universal AC/DC Adaptor Keuntungan dari adaptor ini dibandingkan dengan batu baterai dan akumulator adalah sangat praktis berhubungan dengan ketersediaan tegangan karena adaptor dapat diambil dari sumber tegangan AC yang ada di rumah. Adaptor mempunyai jangka waktu yang tidak terbatas asal ada tegangan AC, dimana pada saat ini tegangan AC merupakan kebutuhan primer dalam kehidupan manusia Kabel USB Gambar 2.11 Kabel USB TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 13

10 Kabel USB (universal serial bus) atau sering disebut dengan kabel data adalah perangkat keras yang merupakan sarana sebagai penghubung antara arduino uno dengan komputer/laptop agar bisa berkomunikasi lewat port COM, dengan kata lain menghubungkan antara dua hardware. Apa yang bisa dilakukan oleh kabel data tergantung dari softwarenya. Fungsi kabel data ini, tidak terbatas karena kemampuan serta kinerjanya selalu berhubungan dengan perangkat lunak (software). Kabel data sangat berguna untuk transfer/upload program dari laptop ke Arduino Uno Sensor/Tranduser Transduser adalah sensor atau elemen perasa yang menghasilkan sinyal yang berhubungan dengan sejumlah input/variable objek yang diukur. Transducer merupakan komponen alat ukur yang mampu mengubah besaran fisika tertentu menjadi besaran lain (listrik). Gambar 2.12 Tabel Perbedaan Sensor (Sumber: Buku Ajar Sensor Suhu dan Tranduser) TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 14

11 Termokopel tipe K Termokopel berasal dari kata Thermo yang berarti energi panas dan Couple yang berarti pertemuan dari dua buah benda. Termokopel adalah transduser aktif suhu yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya. Gambar Thermocouple tipe K Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 C. Sebuah termokopel terdiri dari dua buah kawat yang kedua ujungnya disambung sehingga menghasilkan suatu open-circuit voltage sebagai fungsi dari suhu, diketahui sebagai tegangan termolistrik atau disebut dengan seebeck voltage, yang ditemukan oleh Thomas Seebeck pada Koefisien seeback mengisyaratkan bahwa setiap logam jika dipanaskan akan menghasilkan potensial listrik tertentu. Termokopel tipe K berbahan material dari logam chromel (Alloy Ni-Cr) dan logam alumel (Alloy Ni-Al) dengan Temperatur kerja pada rentang -270 o C sampai dengan 1350 o C dan memiliki sensitivitas sebesar 40,6 µv/ o C. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 15

12 Termistor Termistor berasal dari kata thermally sensitive resistor dan merupakan termometer tahanan. Termistor terbuat dari bahan semikonduktor sehingga kenaikan temperatur akan menyebabkan tahanan termistor turun dan cukup besar tetapi tidak linear. Gambar 2.14 Sensor Thermistor Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan perubahan tahanan sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil. Termistor dibuat dari bahan semikonduktor seperti Nikel, Mangan, Besi, Kobalt, Tembaga, Magnesium, Titanium dan metal lainnya. Umumnya sensor dilindungi oleh epoksi dan dihubungkan dengan dua buah kabel. Keuntungan dari termistor adalah responsi cepat, tegangan keluaran tinggi. kerugiannya adalah tidak linear (nonlinear), jangkauan temperatur sempit, tidak tahan kejut, perlu sumber arus dan self heating LM35CZ LM35CZ adalah komponen IC khusus yang digunakan sebagai sensor suhu berukuran kecil. Komponen yang sangat mudah digunakan ini mampu mengukur suhu -40 O C O C. Dengan tegangan keluaran yang terskala linear TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 16

13 dengan suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 O C, maka komponen ini sangat cocok untuk digunakan sebagai teman eksperimen kita, atau bahkan untuk aplikasi-aplikasi seperti termometer ruang digital, mesin pasteurisasi, atau termometer digital. Gambar LM35CZ LM35 dapat disuplai dengan tegangan mulai 4 volt 30 volt DC, memiliki tingkat efek self-heating sebesar (0,08 O C). Self-heating adalah efek pemanasan oleh komponen itu sendiri akibat adanya arus yang bekerja melewatinya. Untuk komponen sensor suhu, parameter ini harus dipertimbangkan atau dihandle dengan baik karena hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran. Pada skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35CZ, rangkaian ini sangat sederhana dan praktis. Vout adalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 O C. Jadi jika Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah 53 O C dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 O C. Tegangan keluaran ini bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter Program (Bahasa Prosessing) Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa Processing yang mirip dengan bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsifungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 17

14 mudah. Untuk membuat program Arduino dan meng-upload ke dalam board Arduino, anda membutuhkan software Arduino IDE (Integrated Development Enviroment). (sumber: Papan Arduino akan bekerja sesuai intruksi pemrograman yang dimasukkan oleh programmer. Software arduino yang digunakan adalah driver dan IDE. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih dan ditulis dengan menggunakan java. IDE arduino terdiri dari: Gambar 2.16 Tampilan Sofware Arduino TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 18

15 Editor Program Sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing. Compiler Sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner. Uploader Sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer kedalam memori didalam papan arduino. TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA 19