RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI MENGGUNAKAN ENERGI LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S52

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI MENGGUNAKAN ENERGI LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S52 LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh TAUFIQURRAHMIN SIREGAR JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerahnya telah memberikan pengetahuan dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Rancang Bangun Alat Pemanas Air Mandi Menggunakan Energi Listrik Berbasis Mikrokontroller AT89S52 disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik 4. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku Dosen Pembimbing 5. Ir.Isman Harianda, M.T., selaku Wali Kelas EN-6A yang telah memberikan motivasi dan nasehat kepada penulis. 6. Bapak dan Ibu staf pengajar di Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Terima kasih atas semua bimbingan, nasehat serta didikan yang di berikan kepada penulis selama dalam pengajaran. 7. Buat Ayah Saya Awaluddin Siregar, S.H. dan Ibunda Tercinta Nurhaidah Harahap, A.mk. yang telah memberikan semangat, motivasi, dukungan doa serta bantuan moril kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 8. Buat Abang Taufiqurrahman Siregar, A.md. dan Adik Saya Siti Rahmadani Siregar yang telah memberikan dukungan, doa serta motivasi kepada penulis. iv

3 9. Nana Rahmatina yang telah menemani dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Teman teman seperjuangan Mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik Angkatan 2011 khususnya di kelas EN-6A terimakasih untuk semua kenangan selama berkuliah dikampus tercinta 11. Teman-teman satu Tugas Akhir yaitu Bang Jait, Bang Narto serta Bang Dedi yang selalu bersama dalam suka dan duka. 12. Semua pihak yang telah membantu penulis baik dukungan materi, semangat, dan dukungan do anya untuk penulis. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan karena keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya. Medan, 3 September 2014 Hormat Penulis, Taufiqurrahmin Siregar v

4 DAFTAR ISI JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x INTISARI... xi ABSTRACT... xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah dan Penyelesaiannya Tujuan Penulisan TugasAkhir Manfaat PenulisanTugasAkhir Metode Pengambilan Data... 3 BAB II PEMANASAN AIR DENGAN ENERGI LISTRIK Kalor dan Energi Listrik Jenis Pemanas Air Listrik Pemanas Pakai Tangki Pemanas Tanpa Tangki Elemen Pemanas Elemen Pemanas Listrik Bentuk Dasar Elemen Pemanas Listrik Bentuk Lanjut... 9 vi

5 BAB 3 RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI Diagram Blok Rancangan Elemen Pemanas (Heater) Saklar Daya Elektronik Sensor Temperatur Buffer Pengubah Analog Ke Digital Decoder Peraga Tujuh Segmen Mikrokontroller Catu Daya Pembuatan Alat BAB IV PENGUJIAN ALAT HASIL RANCANGAN Pengujian Air Tidak Dialirkan Pengujian Air Dialirkan Pengujian Air Dialirkan BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A. DATA SHEET SENSOR TEMPERATUR LM LAMPIRAN B. DATA SHEET TRIAC BT LAMPIRAN C. DATA SHEET OCTO ISOLATOR MOC 3020M LAMPIRAN D. DATA SHEET ADC LAMPIRAN E. DATA SHEET BUFFER AT89S LAMPIRAN F. RUN PROGRAM vii

6 BAB 3 RANCANG BANGUN ALAT PEMANAS AIR MANDI Diagram Blok Rancangan Elemen Pemanas (Heater) Saklar Daya Elektronik Sensor Temperatur Buffer Pengubah Analog Ke Digital Decoder Peraga Tujuh Segmen Mikrokontroller Catu Daya Pembuatan Alat BAB IV PENGUJIAN ALAT HASIL RANCANGAN Pengujian Air Tidak Dialirkan Pengujian Air Dialirkan Pengujian Air Dialirkan BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A. DATA SHEET SENSOR TEMPERATUR LM LAMPIRAN B. DATA SHEET TRIAC BT LAMPIRAN C. DATA SHEET OCTO ISOLATOR MOC 3020M LAMPIRAN D. DATA SHEET ADC LAMPIRAN E. DATA SHEET BUFFER AT89S LAMPIRAN F. RUN PROGRAM viii

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pemanas Air Listrik Pakai Tangki... 5 Gambar 2.2Pemanas Air Lisrik Tanpa Tangki... 6 Gambar 2.3Bentuk Bentuk Elemen Pemanas... 7 Gambar 2.4Ceramic Heater... 8 Gambar 2.5 Quartz Heater... 9 Gambar 2.6Catridge Heater Gambar 2.7Strip Heater Gambar 2.8Band dan Nozzle Heater Gambar 2.9Finned Heater Gambar 2.10Cast In Heater Gambar 3.1 Diagram Blok Rancangan Alat Gambar 3.2Elemen Pemanas dan Wadah Gambar 3.3Simbol TRIAC Gambar 3.4 TRIAC BT Gambar 3.5 Penyulut TRIAC Gambar 3.6 Sensor Temperatur LM35DT Gambar 3.7 Rangkaian Buffer dari Op Amp Gambar 3.8 Diagram Skematik Op Amp 74LS Gambar 3.9 Diagram Pin ADC Gambar 3.10 Diagram Pin Decoder IC 74LS Gambar 3.11 Bentuk Tampilan 7 Segmen Gambar 3.12 Contoh Peraga 7 Segmen Gambar 3.13 Konfigurasi Anoda Bersama dan Katoda Bersama Gambar 3.14 Peraga 7 Segmen Rancangan Gambar 3.15 Konfigurasi Pin (kaki) Pada Mikrokontroller AT89S Gambar 3.16 Diagram Blok AT89S viii

8 Gambar 3.17 Rangkaian Catu Daya Gambar 3.18 Diagram Lengkap Rancangan Alat Gambar 3.19 Pengujian Blok Blok Pada Papan Uji Gambar 3.20 Alat Pemanas Air Mandi Gambar 4.1 Foto Foto Pengujian viii

9 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Dari Dekoder 74LS Tabel 4.1 Hubungan Waktu Dengan Temperatur Setelan Tabel 4.2 Temperatur Air Kondisi Mengalir viii

10 INTISARI Dalam tugas akhir akan dirancang dan dibuat sistem pemanas air dengan pemanas listrik untuk kebutuhan mandi. Pemanasan air terjadi karena energi panas yang mengalir hasil konversi energi listrik. Sistem pemanas dirancang dengan tiga (3) pilihan temperatur awal. Sehingga setiap dapat menyesuaikan temperatur air yang diinginkan untuk mandi. Untuk mengukur temperatur air digunakan sensor LM35. Kerja sistem dikendalikan dengan mikrokontroler AT89S52. Dari hasil pengujian diperoleh waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur sesuai setelan yang dipilih adalah 70 detik, 95 detik, dan 110 detik untuk temperatur 35 0 C, 40 0 C, dan 45 0 C. Temperatur air mandi akan turun menjadi 28 0 C, 30 0 C, dan 35 0 C untuk setelan awal temperatur 35 0 C, 40 0 C, dan 45 0 C. Kata Kunci : Elemen pemanas, Saklar daya elektronik, Sensor temperatur, Mikrokontroler

11 ABSTRACT In the final project will be designed and manufactured water heating systems with electric heater for bathing. Water heating occurs because the thermal energy flows of electrical energy conversion results. The heating system is designed with three (3) initial temperature selection. So that each can adjust the desired water temperature for bathing. Used to measure the water temperature sensor LM35. Work the system is controlled by a microcontroller AT89S52. From the test results obtained by the time required to reach the temperature corresponding to the selected setting is 70 seconds, 95 seconds, and 110 seconds for the temperature of 350C, 400C, and 450C. The temperature of the bath water will drop to 280C, 300C, and 350C for the initial setting temperature of 350C, 400C, and 450C. Keywords : heating element, electronic power switch, temperature sensor, microcontroller xii

12 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah. Kemajuan teknologi, khususnya teknologi komponen membawa banyak perubahan dalam kehidupan manusia. Kemajuan teknologi yang dulunya banyak digunakan untuk mendukung jalannya proses di industri, sekarang banyak diterapkan dalam peralatan komersil untuk kebutuhan rumah tangga. Salah satu diantaranya adalah pemanas air bertenaga listrik untuk kebutuhan mandi. Pemanas air listrik kini digunakan tidak lagi hanya di hotel-hotel, tetapi kalangan rumah tangga perorangan sudah banyak yang menggunakannya. Mandi adalah kegiatan penuh untuk membersihkan tubuh dan menjaga kesehatan. Suhu air mandi tergantung dari tujuan. Musim, dan kondisi masingmasing orang. Pada umumnya, kita mandi untuk membersihkan tubuh. Jika berbicara dari segi fisiologis dan lingkungan, permukaan kulit tubuh sangatlah kotor, penuh dengan keringaat, minyak, dan debu. Atau, ingin menghilangkan stress karena pekerjaan atau masalah sehari-hari. Sehingga kita mandi untuk membersihkan tubuh atau menghilangkan stress. Mandi dengan air panas adalah yang terbaik karena keringat dan minyak dapat dihilangkan secara mudah dengan air hangat atau panas. Mandi dengan air hangat memiliki kisaran temperatur air antara 27 sampai 34 0 C. Sedangkan mandi dengan air panas memiliki kisaran temperatur air antara 38 sampai 40 0 C. Berapa besar temperatur yang diinginkan tergantung musim dan pribadi setiap orang. 1

13 Dalam tugas akhir ini akan dirancang suatu sistem pemanas air secara listrik untuk kebutuhan mandi. Bekerjanya sistem pemanas dikendalikan dengan pengendali mikro standar untuk industri dan mudah didapat di pasaran Masalah Dan Penyelesaian. Sistem pemanas air berfungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan elemen pemanas bertenaga listrik. Temperatur air hasil pemanasan akan sebanding dengan jumlah energi listrik yang dipasok ke sistem dan dikonversikan menjadi energi panas. Pada sisi lain, setiap orang yang ingin mandi dengan air hangat atau air panas menginginkan temperatur air yang sesuai keinginannya. Oleh sebab itu dalam tugas akhir akan dirancang dan dibangun sistem pemanas air dengan tiga (3) pilihan temperatur awal air panas. Kerja sistem pemanas air dikendalikan dengan mikrokontroler AT89S Tujuan Penulisan Tugas Akhir Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Untuk membuktikan bahwa mungkin merancang dan membuat sistem pemanas air secara listrik dengan komponen-komponen yang tersedia di pasaran. 2. Menambah wawasan bagi pembaca yang tertarik dengan sistem pemanas air secara listrik. 3. Dapat mengetahui prosedur kerja dari pemanas air mandi menggunakan energi listrik dari awal hingga akhir. 2

14 1.4. Manfaat Penulisan Tugas Akhir Adapun manfaat dari Laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang proses perancangan dan pembuatan sistem pemanas air secara listrik. 2. Menambah kepustakaan Politeknik Negeri Medan 3. Membantu para pembaca yang ingin menambah pengetahuan rekayasa dan yang berniat memodifikasi alat ini Metoda Pengumpulan Data Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data diantaranya: 1. Studi literatur dengan mencari buku buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan perancangan alat. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun dengan pihak- pihak yang dapat membantu menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang perancangan alat tersebut. 3. Mengunjungi berbagai situs yang berkaitan dengan sistem pemanas air di dunia maya. 4. Penelurusan ke berbagai toko untuk mencari ketersediaan komponen. 5. Melakukan percobaan. 3