BAB III PERANCANGAN ALAT Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dan realisasi dari sistem destilasi, yaitu destilator, penutup destilator, isolator, dan kondenser. Bahasan perancangan akan dimulai dengan penjelasan singkat cara kerja alat, kemudian penjelasan pemakaian bahan sistem destilator. Serta juga perancangan sistem destilasi. Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan monitoring system yang akan digunakan untuk memantau suhu, kadar garam dan volume air laur yang ada didalam destilator. Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan dari sistem destilator dan monitoring system yang terintegrasi. 3.1. Gambaran Sistem Destilasi Sistem yang dirancang oleh penulis adalah alat yang akan mengubah air laut menjadi air tawar yang nantinya akan digunakan untuk kebutuhan sehari-hari dengan cara memanaskan air laut sehingga menguap menggunakan sumber panas dari matahari dan kemudian uap air itu akan diembunkan, sehingga didapatkan air tawar. Realisasi alat ini adalah daerah yang berada disekitar pantai, dimana sumber air laut dan sinar matahari melimpah, sedangkan air tawar cenderung susah didapat. Sistem destilasi ini terdiri dari empat bagian, yaitu destilator, penutup destilator, isolator, dan kondenser. Destilator merupakan bagian yang berfungsi sebagai penampung air laut dan pancaran dari sinar matahari yang akan membuat destilator mempunyai panas yang digunakan untuk menguapkan air laut tersebut. Suhu dari luar tentunya akan membuat panas dari destilator akan berkurang yang membuat proses penguapan tidak maksimal. Maka dari itu destilator dilapisi dengan isolator. Setelah air laut tersebut menguap maka uap air akan mengembun dan menempel pada penutup destilator yang kemudian akan dialirkan ke tempat penampungan air tawar. Pada penutup destilator akan ditambahkan sebuah kondenser yang berguna mendinginkan penutup destilator sehingga proses pengembunan akan lebih cepat. 16
3.2. Perancangan Sistem Destilasi Pada bagian akan menjelaskan perancangan sistem destilasi dan pemakaian bahan yang dipakai dalam membuat sistem destilasi. Perancangan sistem destilasi akan dibagi dan dijelaskan pada beberapa bagian, sebagai berikut: 3.2.1. Destilator Destilator pada skripsi ini adalah sebuah balok tanpa atap dan terbagi menjadi dua bagian, yaitu bagian dalam yang terbuat dari aluminium dan bagian luar dari beton. Bagian destilator pada bagian dalam berukuran panjang lebar tinggi adalah 40cm 25cm 15cm dan mempunyai ketebalan 1mm, sedangkan bagian luar hanya sebagai penutup destilator bagian dalam dengan ketebalan 3cm. Gambar 3.1 Rancangan destilator Alumunium sendiri merupakan logam dengan tingkat konduktivitas termal yang cukup baik, yaitu 200 W/m, sehingga aluminium akan cepat menerima panas dari sinar matahari. Namun karena nilai konduktivitas termal yang cukup tinggi juga mengakibatkan panas yang diterima cepat hilang. Maka dari itu penulis menambahkan beton yang berguna untuk menyimpan panas yang didapat dari aluminium. 17
Gambar 3.2 Realisasi destilator (tampak atas) 3.2.2. Penutup Destiator Tipe penutup destilator ini menggunakan tipe dua permukaan kaca miring. Bagian ini menggunakan kaca bening atau float glass dengan ketebalan 5mm. Pada bagian ujung atas terdapat ventilasi yang akan digunakan untuk mengalirkan udara dingin dari kondenser. Gambar 3.3 Rancangan penutup destilator Pemakaian kaca bening atau float glass dikarenakan kaca bening merupakan proses pengembangan kaca dengan permukaan yang sangat bersih, rata dan bebas distorsi, yang dapat memberikan tingkat transmisi yang tinggi (lebih dari 90%) serta memberikan bayangan yang sempurna. 18
Gambar 3.4 Realisasi penutup destilator 3.2.3. Isolator Isolator akan menjadi bagian yang melapisi destilator terhadap pengaruh suhu luar. Isolator ini akan menggunakan dua macam isolator yaitu menggunakan glasswool dan kayu mahoni. Glasswool akan digunakan sebagai isolator utama sedangkan kayu mahoni selain fungsinya sebagai isolator juga berfungsi untuk melindungi destilator dari pengaruh luar. Karena isolator itu harus mempunyai nilai konduktivitas termal yang cukup rendah atau bisa disebut bahan isolator maka glasswool yang mempunyai nilai konduktivitas termal 0,024 W/m, merupakan salah satu isolator yang baik. Namun glasswool tidak akan bertahan lama ketika pemakaian berada diruang terbuka. Maka kayu mahoni menjadi pilihan penulis sebagai pelindung dari glasswool selain kuat dan tahan lama, kayu mahoni merupakan kayu yang bersifat isolator yang baik dibanding kayu lain yang mudah dijumpai. 3.2.4. Kondenser Kondenser pada skripsi ini akan menggunakan kipas blower keong DC 12V untuk mengalirkan udara yang lebih dingin ke ventilasi yang sudah tersedia pada penutup destilator. 19
3.3. Perancangan Monitoring System Monitoring system adalah sebuah sistem dimana tujuan dari penulis, pengguna dapat memantau tiga parameter. Yaitu suhu, kadar garam, dan volume air didalam destilator, masing-masing akan ditampilkan dengan konfigurasi suhu dalam satuan, kadar garam dalam satuan ppm dan volume air dalam satuan Liter. Pada perancangan monitoring system akan dibagi menjadi tiga, yaitu perancangan perangkat keras, perancangan elektronika, dan perancangan perangkat lunak. Gambar 3.5 Diagram blok monitoring system 3.3.1. Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras yang dirancang adalah sebuah balok yang dirancang agar dapat bertahan ditempat terbuka, hal ini dikarenakan alat bekerja di luar ruangan, yang didalamnya akan berisi modul sensor, mikrokontroler, LCD, I 2 C, power supply, buzzer, dan sistem kondenser. 20
Gambar 3.6 Realisasi perangkat keras 3.3.2. Perancangan Elektronika Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang dipakai dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembutan tugas akhir ini terdiri dari bagian-bagian utama sebagai berikut: 1. Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama. 2. Sensor TDS. 3. Sensor DS18B20. 4. Pelampung tangki. 5. LCD 20x4. 6. I 2 C. 3.3.2.1. Pengendali Utama Pengendali utama pada tugas akhir ini menggunakan board Arduino Mega 2560 dengan IC mikrokontroler ATmega 2560. Sebagai pengendali utama, tugas mikrokontroler antara lain: 1. Mengolah data keluaran dari sensor TDS untuk kadar garam. 2. Mengolah data keluaran dari sensor DS18B20 untuk suhu. 21
3. Mengolah data keluaran dari pelampung tangki untuk ketinggian air dan untuk volume air. 4. Menyalakan buzzer ketika kadar garam melebihi 5000 ppm, dan volume air kurang dari 3 Liter atau lebih dari 10 Liter. 5. Menampilkan hasil olah data mikrokontroler. Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang digunakan Nama Port PORT SDA PORT SCL PORT A0 PORT A1 PORT D2 PORT D9 Fungsi Terhubung dengan pin SDA I 2 C Terhubung dengan pin SCL I 2 C Terhubung dengan pin data pada sensor TDS Terhubung dengan pin data pada pelampung tangki Terhubung dengan pin data pada sensor DS18B20 Terhubung dengan VCC buzzer Gambar 3.7 Skema rancangan pengendali utama 3.3.2.2. Sensor TDS Sensor ini adalah sensor yang akan mengukur tingkat konduktivitas air yang terdapat pada destilator. Semakin pekat air tersebut maka tingkat konduktivitas air itu semakin tinggi, jadi semakin banyak air mengandung garam maka semakin tinggi pula tingkat konduktivitas air tersebut. Pada skripsi ini penggunaan sensor konduktivitas sebagai sensor kadar garam 22
selain murah juga cukup mudah dalam digunakan, namun kekurangannya adalah pembacaan sensor kurang akurat dibandingkan dengan TDS meter. Berikut merupakan skema konfigurasi sensor TDS dengan Arduino Mega 2560. Gambar 3.8 Wiring sensor TDS 3.3.2.3. Sensor DS18B20 Penggunaan sensor DS18B20 untuk sensor suhu pada skripsi ini karena sensor ini memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi dan waterproof, selain itu sensor yang terbuat dari stainless steel yang membuat sensor ini tidak mudah korosi ketika digunakan pada larutan yang bersifat korosif. Berikut skema konfigurasi sensor suhu DS18B20 dengan Arduino Mega 2560. 23
Gambar 3.9 Wiring sensor DS18B20 3.3.2.4. Pelampung Tangki Pelampung tangki pada skripsi ini digunakan sebagai pengukur ketinggian air yang ada didalam destilator. Pelampung ini memiliki keterbatasan jangkauan, yaitu pelampung akan mulai naik dan melakukan pengukuran ketika ketinggian 2 sampai 3 cm. Berikut merupakan skema konfigurasi pelampung tangki dengan Arduino Mega 2560. Gambar 3.10 Wiring pelampung tangki 24
3.3.2.5. LCD 20 4 Pada skripsi ini penggunaan LCD 20 4 berfungsi sebagai display yang akan menampilkan suhu, kadar garam, dan volume air didalam destilator. Penggunaan LCD 20 4 dikarenakan jumlah karakter yang cukup banyak sehingga memudahkan membaca display yang akan ditampilkan. 3.3.2.6. I 2 C I 2 C digunakan untuk mempermudah komunikasi antara mikrokontroler dengan LCD, selain itu penggunaan I 2 C memperingkas kabel penghubung antara mikrokontroler dan LCD. Berikut merupakan skema konfigurasi I 2 C dan LCD dengan Arduino Mega 2560. Gambar 3.11 Wiring I 2 C 3.3.2.7. Buzzer Perangcangan buzzer digunakan untuk tanda peringatan ketika kondisi kadar garam melebihi 5000ppm dan atau air kurang dari 3 Liter atau lebih dari 10 Liter. Pada skripsi ini menggunakan buzzer dari YDT-3015A. 25
Gambar 3.12 Wiring buzzer YDT-3015A 3.3.3. Perancangan Perangkat Lunak Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat lunak yang akan dijelaskan mengenai mikrokontroler Arduino Mega 2560 dan pengolahan data dari sensor suhu DS18B20, sensor TDS, pelampung tangki, pengendali utama LCD 20x4 dan buzzer. Penjelasan dari perancangan perangkat lunak dari alat ini akan dijelaskan melalui diagram alir sistem secara keseluruhan dari alat yang ditunjukkan pada gambar 3.15. 26
Gambar 3.13 Diagram alir perangkat lunak Dan berikut merupakan penjelasan dari gambar 3.13 sebagai diagram alir perangkat lunak. 1. Pertama-tama sistem akan mengukur suhu air yang sudah bercampur dengan suhu destilator dengan menggunakan sensor suhu DS18B20, dan kemudian langsung diolah oleh mikrokontroler menjadi suhu dengan satuan. 27
2. Setelah itu sistem akan mengukur tingkat konduktivitas air didalam destilator, kemudian mikrontroler akan mengolah nilai konduktivitas itu menjadi kadar garam dalam ppm. 3. Sistem kembali mengukur volume air yang ada didalam destilator, dan mikrokontroler akan mengolah nilai tegangan yang merupakan data keluaran pelampung tangki itu menjadi ketinggian dan kemudian diubah menjadi volume. 4. Kemudian setelah semua data selesai diolah maka data tersebut akan ditampilkan didalam LCD 20x4. 5. Ketika suatu kondisi bahwa kadar garam melebihi 5000ppm dan atau volume air didalam destilator kurang dari 3 Liter atau lebih dari 10 Liter, maka secara otomatis sistem akan mengaktifkan buzzer untuk memberikan peringatan pada pengguna. 6. Pada saat buzzer menyala sistem menunggu ketika kadar garam kurang dari batas yang ditentukan yaitu 5000 ppm dan atau volume air sudah melebihi 3 Liter atau kurang dari 10 Liter maka buzzer secara otomatis akan mati. 3.4. Sistem Destilator dan Monitoring System yang Terintegrasi Di dalam destilator terdapat tiga buah perangkat elektronika yang akan menjadi bagian dari monitoring system, yaitu sensor TDS sebagai pengukur kadar garam, sensor DS18B20 sebagai pengukur suhu, dan pelampung tangki sebagai pengukur jumlah volume yang terdapat pada destilator. Kemudian ketiga perangkat elektronika tersebut akan dihubungkan dengan kabel melalui sisi yang berlawanan dengan lubang input air laut dan output air hasil olahan. Sedangkan perangkat keras yang berupa kotak yang akan menunjukkan status kadar garam, suhu, dan jumlah volume akan ditempel pada bagian kayu isolator pada sisi yang sama juga. 28
Gambar 3.14 Realisasi sistem destilator dan monitoring system yang terintegrasi (tampak samping) Gambar 3.15 Realisasi sistem destilator dan monitoring system yang terintegrasi (tampak atas) 29