PERMODELAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR PADA

REAKTOR TOREFAKSI KONTINU TIPE TUBULAR BERBASIS

MIKROKONTROLER

(Skripsi)

Disusun Oleh :

( Isma Yanti )

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2018

i

ABSTRAK

PERMODELAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR REAKTOR

TOREFAKSI KONTINU TIPE TUBULAR BERBASIS

MIKROKONTROLER

Oleh

ISMA YANTI

Perkembangan teknologi di Indonesia dalam bidang industi sedang meningkat

pesat. Metode torefaksi merupakan salah satu contoh alat yang sedang banyak

dikembangkan dan diaplikasikan saat ini. Metode torefkasi yang sering dijumpai

sistem pengendalian temperaturnya masih perlu pengawasan operator. Dengan

adanya permasalahan tersebut maka penulis memiliki ide untuk mengembangkan

sistem pengendalian temperatur pada reaktor torefaksi. Pada sistem tersebut

dibutuhkan sensor untuk pembacaan suhu dan sistem kendali otomasi. Untuk

pembuatan sistem kendali otomasi harus dilakukan 2 tahapan yaitu, perancangan

perangkat keras dan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras meliputi,

pemasangan komponen-komponen terkait, seperti sensor LM35, aktuator dan

mikrokontroler arduino uno. Perancangan perangkat lunak dilakukan dengan

pembuatan coding dengan menggunakan software arduino IDE. Setelah perangkat

telah dibuat sesuai dengan tahapan, langkah selanjutnya adalah pengujian. Pada

pengujian sistem ini, penulis menganalisis waktu delay aktuator dalam merespon

sinyal yang diberikan oleh sensor dan efek dari waktu delay yang didapat. Waktu

delay yang didapat adalah sebesar 100 ms. Dimana 100 ms tersebut merupakan

waktu tunda aktuator untuk bergerak. Aktuator akan melakukan eksekusi 100 ms

setelah waktu penundaan tersebut. Dan jarak waktu aktuaktor bergerak menuju

posisi yang ditentukan adalah sebesat 0.010 ms sampai dengan 0.020 ms.

Kata kunci: Sensor suhu, mikrokontroler, motor servo, pengendalian suhu.

ii

ABSTRACT

MODELLING OF TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AT THE

REACTOR’S TOREFACTION TUBULAR TYPE BASED

MICROCONTROLLER

By

ISMA YANTI

In Indonesia the development of technology was greatly increased. Torefaction’s

methods are the one of many machines that developed and applied. But in this

system, the temperature control still an operator line. With that problem, the

writer had an idea to develop the temperature control system. On this system, we

need a sensor and automatic control system. To create an automated control

system, it is a two-stage process, hardware design and software design. The

hardware design involves the installation of components that are used, such as

temperature sensors, servo, and microcontroller Arduino Uno. The software

design is done by coding using IDE. When the device has been made according to

the stage, the next step is tests. At the test of this system, the writer analyze the

actuators’ delay time while responding the signal given by sensor and the effect of

delay time were obtained. The delay time is about 100 ms, at that time servo won’t

move and servo will move 100 ms after that. And then, the distance when the

servo is moving toward a specifies position is about 0.010 up to 0.020 ms.

Keywords: Sensor temperature, microcontroller, servo, temperature control

system

iii

PERMODELAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR REAKTOR

TOREFAKSI KONTINU TIPE TUBULAR BERBASIS

MIKROKONTROLER

Oleh:

ISMA YANTI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

v

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bekasi, pada tanggal 20 Juli 1995,

sebagai anak ke empat dari lima bersaudara, dari bapak

Abdul Halim dan Ibu Rohaeti.

Sekolah dasar (SD) diselesaikan selama 6 tahun di SDN

Karang Asih 01, Kec. Cikarang Utara, Kab. Bekasi dan

lulus pada tahun 2007. Dilanjutkan Sekolah Menengah

Pertama (SMP) diselesaikan selama 3 tahun di SMPN 3

Cikarang Utara, Kec. Cikarang Utara, Kab. Bekasi dan diselesaikan pada tahun

2010, dan dilanjutkan Sekolah Menengah Atas (SMA) diselesaikan selama 3

tahun di SMAN 2 Cikarang Utara, Kec. Cikarang Utara, Kab. Bekasi dan lulus

pada tahun 2013.

Tahun 2013, penulis mendaftarkan diri sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Lampung melalui jalur SBMPTN. Selama menjadi

mahasiswa, penulis aktif dalam Organisasi yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik

Mesin (HIMATEM) Fakultas Teknik Universitas Lampung dan menjabat sebagai

wakil bendahara pada periode 2014-2015 dan dilanjutan menjadi Bendahara

Umum pada periode 2015-2016. Pada tahun 2016, penulis melakukan kerja

praktik di PT. Trisula Textile Industries pada bagian produksi weaving

vi

(penenunan) dengan jangka waktu selama 1 bulan dan menyelesaikan tugas besar

kerja praktik dengan judul “Mekanisme Mesin Tenun Airjet Loom dan Pengaruh

Faktor-Faktor Kegagalan Terhadap Penyisipan Benang Pakan dan Lusi di PT.

Trisula Textile Industries”. Selain itu, mulai sejak tahun 2014 – 2017 penulis juga

menjadi asisten Laboratorium Mekatronika sekaligus menjadi beberapa asisten

Praktikum, seperti Praktikum Fisika, Praktikum Teknik Tenaga Listrik, dan

Praktikum Mekatronika. Ditahun 2018, penulis mulai melakukan penelitian

dengan judul “Permodelan Sistem Pengendalian Temperatur Pada Reaktor

Torefaksi Kontinu Tipe Tubular Berbasis Mikrokontroler” dibawah bimbingan

Dr. Amrul, S.T., M.T., dan Martinus, S.T., M.T.

vii

MOTTO

“Tidak ada kesuksesan melainkan karena pertolongan Allah”

(Q. S Huud: 88)

“If you don’t build your dream, someone else will hire you to help them build

theirs.”

(Tony Gaskins)

viii

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Alhamdulillh hi rabbil’alamin, segala puji dan syukur selalu terpanjatkan

kehadirat ALLAH SWT atas berkat rahmat, hidayah dan karunia-Nya saya dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan kali ini, penulid ingin

menyampaikan rasa hormat dan terimakasih kepada:

1. Ibunda tercinta beserta seluruh keluarga besar Halim yang selalu memberikan

do’a dan dukungan.

2. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang telah

memberikan bimbingan dan nasehat dalam menyelesaikan tugas akhir.

3. Bapak Martinus, S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing 2 yang telah

memberikan bimbingan dan nasehat dalam menyelesaikan tugas akhir.

4. Bapak Dr. Muhammad Irsyad, S.T., M.T. sebagai dosen penuji yang telah

memberikan nasehat dalam proses penyelesaian tugas akhir.

5. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung.

6. Para Dosen serta karyawan di Jurusan Teknik Mesin.

7. Keluarga Besar Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Lampung angkatan

2013.

ix

8. Teman-teman KAIZEN girls (Anisa, Rabiah, Jumaliya, Zulfa) yang selalu

menemani, memberikan saran dan dukungan kepada penulis dalam

menyelesaikan tugas akhir.

9. Teman-teman team mekatronika (Putu, Raziz) dan KUKIS yang selalu

memberikan dukungan juga saran kepada penulis.

10. Teman-teman team torefaksi (Jaya, Dimas) yang selalu memberikan

dukungan juga saran kepada penulis

Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terimakasih penulis

ucapkan atas bantuan dan dukungan yang diberikan, sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir. Akhir kata dengan segala kerendahan hati, penulis

berharap laporan ini dapat memberikan manfaat, baik kepada penulis maupun

orang lain.

Wasalamu’alaiku Wr. Wb

Bandar Lampung, 25 Januari 2019

Penulis,

Isma Yanti

NPM.13150210

xii

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ............................................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xvi

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 3

1.4 Sistematika Penulisan ............................................................................. 4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Reaktor Torefaksi ................................................................................... 5

2.2 Otomasi .................................................................................................... 5

2.3 Sistem Kontrol ......................................................................................... 6

2.4 Mikrokontroler ........................................................................................ 9

2.5 Sensor ..................................................................................................... 12

2.5.1 Sensor Suhu ................................................................................... 12

2.6 Aktuator ................................................................................................. 16

2.6.1 Motor Servo ................................................................................... 16

2.6.4 Servo Valve ................................................................................... 18

2.6.3 Solenoid Valve ............................................................................... 20

xiv

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.2 Diagram Alur Penelitian

3.4 Pembuatan Rangkaian .......................................................................... 26

.................................................................... 23

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. 23

....................................................................... 24

3.3 Alat dan Bahan ...................................................................................... 25

3.5 Prosedur Penelitian ............................................................................... 27

3.6 Pelaksanaan Penelitian ......................................................................... 28

....................................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................50

LAMPIRAN .

LISTING PROGRAM

SPESIFIKASI MOTOR SERVO

IV. HASIL dan PEMBAHASAN ......................................................................... 29

4.1 Pengkalibrasian Sensor ........................................................................ 30

4.2 Pembuatan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak ......................... 30

4.3 Pengujian Sistem Pengendalian Suhu ................................................. 33

4.4 Hasil dan Data Pengujian......................................................................38

V. SIMPULAN dan SARAN............................................................................... 48

5.1 Simpulan ................................................................................................ 48

5.2 Saran

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Diagram Sistem Kendali ......................................................................... 7

Gambar 2. Sistem Kontrol Open Loop ..................................................................... 7

Gambar 3. Sistem Kontrol Lup Tertutup .................................................................. 9

Gambar 4. Board Arduino Uno .............................................................................. 11

Gambar 5. Diagram Sistem Termokopel ................................................................ 13

Gambar 6. Pengukuran EMF .................................................................................. 13

Gambar 7. Sensor LM35 ......................................................................................... 15

Gambar 8. Motor Servo .......................................................................................... 17

Gambar 9. Posisi Gerak Motor Servo ..................................................................... 18

Gambar 10. Servo Valve ........................................................................................... 19

Gambar 11. Solenoid ................................................................................................ 20

Gambar 12. Struktur Fungsi Solenoid Valve Pneumatic ......................................... 21

Gambar 13. Rancangan Control Logic ..................................................................... 27

Gambar 14. Coding Serial Monitor Pengendalian Suhu .......................................... 35

Gambar 15. Skema Pemasangan Komponen ............................................................ 37

Gambar 16. Hasil Pengujian Ragkaian Sementara ................................................... 39

Gambar 17. Coding Program Pengendalian Suhu .................................................... 41

Gambar 18. Skema Pemasangan Sistem Pengendalian Suhu ................................... 42

Gambar 19. Hasil Pengujian Suhu Air Panas ........................................................... 44

Gambar 20. Perbesaran Grafik Hasil Pengujian Suhu Air Panas ............................. 45

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Pengujian Rangkaian Sementara ............................................................. 30

Tabel 2. Pengujian Suhu Air Panas ....................................................................... 30

Tabel 3. Pengukuran Suhu Potensiometer-Valve .................................................. 38

Tabel 4. Hasil Pengukuran Suhu Air Panas .......................................................... 43

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di setiap negara termasuk di Indonesia sedang memasuki pesatnya

perkembangan akan teknologi, terutama perkembangan akan teknologi

dalam bidang industri. Teknologi yang sedang banyak dikembangkan dan

diaplikasikan adalah dengan mengembangkan sebuah alat yang masih

bekerja dengan bantuan tangan operator menjadi alat yang dapat bergerak

atau bekerja hanya dengan memberikan perintah dalam bentuk program,

sama halnya seperti robot. Pengembangan teknologi dilakukan untuk

menjadikan solusi atas permintaan yang meningkat. Dengan

menambahkan sistem kendali pada alat. Sistem kendali sendiri memiliki

komponen inti yaitu mikrokontroler, dimana komponen ini yang bertugas

untuk mengatur semua aksi atau kerja alat.

Seorang ahli bernama Barnet (1995) mengatakan bahwa mikrokontroler

merupakan sebuah prosesor dibuat dalam bentuk chip yang dapat

menyimpan berbagai perintah dalam bentuk program. Bentuk dan

ukurannya tergolong lebih kecil dari mikrokomputer, namun

pembuatannya tetap dengan beberapa elemen yang sama. Aksi dan kerja

2

mikrokontroler diberikan melalui perintah-perintah yang dibuat dalam

bentuk pemrograman. Program yang dibuat akan menginstruksikan

mikrokontroler untuk menjalankan aksi atau kerja sederhana yang

berkelanjutan sebelum nantinya dilanjutkan dengan melakukan tugas yang

lebih kompleks. Penggunaan mikrokontroler yang sedang terus

dikembangkan yaitu dengan mengaplikasikan sistem ini pada reaktor

torefaksi.

Pengujian torefaksi sedang banyak dikembangkan di Indonesia, namun

pada pengujian sebelumnya didapat sistem pengendalian suhunya masih

perlu pengawasan. Kenaikan dan penurunan suhu reaktor harus sesuai

dengan standar suhu ideal pembakaran metode torefaksi. Dengan

permasalahan tersebut perlunya pengembangan sistem untuk

menanggulangi ketidakstabilan suhu. Penambahan sensor suhu pada sistem

menjadi solusi agar dapat memaksimalkan kinerja dari metode torefaksi,

juga kenaikan dan penurunan suhu tidak melebihi nilai yang ditentukan

dan dapat dikontrol apakah suhu harus ditambah atau dikurangi.

Untuk menghindari terjadinya hal yang tidak diinginkan, dibuat sistem

kendali buka dan tutup katup untuk mengendalikan laju aliran gas sesuai

dengan suhu yang dibutuhkan. Apabila suhu melebihi 325⁰C sistem akan

menutup katup dan apabila suhu kurang dari 225⁰C sistem akan membuka

katup.

3

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukan penelitian ini adalah merancang permodelan control

valve system pada pengendalian suhu untuk mengetahui pengaruh waktu

delay pada aktuator dalam merespon sinyal yang kirim oleh sensor.

1.3 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah yang ditentukan pada dalam laporan tugas akhri

ini adalah sebagai berikut:

1. Mikrokontroler yang digunkan pada pengujian ini menggunakan

arduino uno.

2. Potensio meter dan sensor suhu digunakan sebagai pengganti

komponen pendetersi.

3. Motor servo digunakan sebagai aktuator.

4. Rangkaian yang digunakan ada dua, yaitu rangkaian pertama

dengan potensio meter dan rangkaian ke dua dengan sensor suhu.

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan tugas akhir dibagi menjadi lima bab dan

akan dijelaskan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Isi dari bab ini tentang penguraian latar belakang masalah secara jelas,

tujuan penelitian, batasan masalah yang diberikan, dan sistematika

penulisan laporan akhir.

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Isi dari bab ini tentang teori-teori dasar yang menunjang pada penelitian

yang meliputi: penjelasan mengenai torefaksi, reaktor torefaksi, definisi

control, penjelasan pneumatic, sesor suhu dan control valve.

BAB III METODOLOGI

Pada bab ini uraian mengenai tempat dan waktu akan dilaksanakannya

penelitian, alur tahapan pelaksanaan dan tahapan pembuatan rangkaian dan

pembuatan sistem.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Isi dari bab ini mengenai uraian data hasil yang diperoleh setelah

melakukan pengujian dan dilengkapi dengan analisa.

BAB V PENUTUP

Isi dari bab ini mengenai penjelasan singkat intisari dari pengujian yang

telah dilakukan dan saran yang diberikan untuk dilakukan penelitian

lanjutan.

DAFTAR PUSTAKA

Daftar pustaka memuat referensi yang dijadikan acuan untuk penulisan

laporan dan dilakukannya penelitian

LAMPIRAN

Lampiran berisi mengenai data-data penunjang.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Reaktor Torefaksi

Reaktor merupakan suatu tempat dimana suatu reaksi kimia terjadi. Dengan

terjadinya reaksi ini dapat mengubah bahan menjadi bentuk lain. Perubahan

bahan itu dapat terjadi secara langsung (terjadi dengan sendirinya) atau bisa

juga dengan bantuan energi. Salah satu bantuan energi untuk mengubah

bahan tersebut adalah dengan menggunakan energi panas. Perubahan energy

panas ini hanya dapat dilakukan jika perubahan kimia yang terjadi adalah

bukan perubahan fase namun perubahan akan bahan, misalnya menjadi air

atau uap.

2.2 Otomasi

Otomasi dapat dideifnisikan sebagai salah satu teknologi yang digunakan

untuk menggabungkan aplikasi dari ilmu mekanika, ilmu elektronika dan

sistem berbasis komputer. Pada dasarnya ide otomasi ini berasal dari

pengguna mekanik dan elektrik yang memiliki tujuan untuk menjalankan

mesin atau alat tertentu disetai dengan otak yang dapat mengendalikan

mesin atau alat tersebut sehingga dapat meningkatkan produktifitas. Secara

6

umum otomasi dikatakan sebagai salah satu cara yang digunakan untu

membuat sistem atau proses yang dapat bekerja secara otomatis, dimana

saat alat dioperasikan dapat secara otomatis mengendalikan perangkat atau

sistem tersebut (Rachman, 2014).

Sistem otomasi juga memiliki tiga elemen dasar yaitu:

1. Power

Energi digunakan untuk mengoperasikan dan mengendalikan semua

komponen yang tergabung dalam sistem otomasi. Sumber energi sendiri

bisa berasal dari listrik, baterei dan lain-lain.

2. Program

Program yang terdapat dalam sistem otomasi merupakan perintah pada

sistem kendali mekanis ataupun elektronika.

3. Sistem kontrol.

Sistem kontrol merupakan proses kerja dari sistem otomasi. Sistem

kendali ini yang nantinya akan mengkoordinasi program atau yang

mengatur kerja dari perangkat lunak dan perangkat keras.

2.3 Sistem Kontrol

Sistem kotrol atau sistem kendali merupakan sistem yang digunakan untuk

mengendalikan, memerintah dan mengatur sistem pada alat. Keluaran sistem

kontrol dikendalikan oleh nilai yang telah masuka ke dalam program.

Dalam aplikasinya, sistem kendali sangat memegang peran penting dalam

teknologi, salah satu contohnya adalah pada otomasi di industri. Dimana

sistem kendali dapat menekan biaya produksi dan dapat meningkatkan

7

kualitas produk. Sehingga sistem kendali ini dapat meningkatkan kinerja

suatu sistem secara keseluruhan, dan sangat menguntungkan bagi kehidupan

manusia.

Sistem kendali memiliki tujuan yaitu untuk mengatur output dalam suatu

kondisi yang sudah ditentukan oleh input melalui elemen-elemen sistem

kendali. Kualitas yang dihasilkan tergantung pada proses yang dilakukan

oleh sistem kendali. Pada gambar 2.2 merupakan diagram sistem kendali.

Diagram skema sistem kendali dapat dijelaskan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Diagram sistem kendali.

Secara umum sistem kendali dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

1. Open Loop (Kontrol Lup Terbuka)

Open Loop merupakan suatu sistem dimana keluarannya tidak

berpengaruh terhadap aksi kontrol, yang artinya open loop ini

keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam

masukannya. Sistematika diagram open loop dan close loop dapat

dillihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3:

Gambar 2.2. Sistem kontrol open loop.

O

u

t

p

u

t

I

n

p

u

t

Sistem

Kendali

I

n

p

u

t

O

u

t

p

u

t

Controlle

r

Plant

8

Pada sistem open loop masih dikendalikan oleh manusia sebegai

operatornya. Selain itu saat kondisi lingkungan berubah sistem tidak

dapat langsung merespon, tetapi harus dikendalikan oleh manusia. Dan

jika terdapat gangguan, sistem ini tidak dapat melakukan tugas sesuai

yang diharapkan. Sistem open loop hanya dapat digunakan jika antara

keluaran dan masukannya diketahui. Kelebihan menggunakan sistem

open loop yaitu sistemnya yang masih sederhana, harganya pun masih

relatif murah dan dapat dipercaya. Namun sistem ini memiliki

keakuratan yang kurang, karena tidak dapat dikoreksi atau diperbaiki

jika terdapat kesalahan dan masih berbasis terhadap waktu. Beberapa

contoh sistem open loop yang diaplikasikan menjadi suatu alat yaitu,

kipas angin, oven listrik, mesin cuci dan lai-lain.

2. Close Loop (Kontrol Lup Tertutup)

Close Loop system adalah sistem dimana sinyal keluarannya memiliki

perngaruh langsung pada aksi pengendalian yang dilakukan. Sistem

loop tertutup ini merupakan sistem kendali umpan balik, dimana aksi

umpan balik tersebut digunakan untuk memperkecil kesalahan pada

sistem. Yang artinya, tenaga operator hanya dibutuhkan untuk menjaga

sistem agar tetap dalam keadaan sesuai dengan yang kita inginkan. Dan

jika terdapat peruabahan pada sistem, operator akan melakukan langhak

pengaturan di awal sehingga sistem dapat dijalankan kembali sesuai

dengan yang kita inginkan.

9

Gambar 2.3. Sistem kontrol lup tertutup

Keuntungan atau keungulan dari sistem ini adalah terdapat sinyal

umpan balik yang dapat membuat sistem ini tidak terlalu peka terhadap

perubahan eksternal dan internal. Beberapa contoh aplikasi dari sistem

loop tertutup adalah Air Conditioner (AC) dimana sistem dapat

membandingkan suhu di dalam ruangan dengan suhu yang dibutuhkan,

dan dengan menginkatkan kinerja AC suhu ruangan dapat berubah

sesuai yang kita inginkan. Contoh lainnya adalah Lemari es, pemanas

air otomatis dan lain-lain (Anonim, 2014).

2.4 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah sebuah alat berbentuk chip dimana di dalamnya

terdapat sebuah prosesor inti, memori (sejumlah kecil RAM, memori

program), dan kelengkapan input-output. Seperti komputer pada umumnya,

mikrokontroler ini juga merupakan alat yang dapat mengerjakan instruksi-

instruksi yang diberikan. Penggunaan mikrokontroler dapat kita jumpai di

sekitar kita, misalnya handphone, mp3 player, DVD, televisi, AC dan lain-

lain.

O

u

t

p

u

t

I

n

p

u

t

Contr

oller

Plant

Sens

or

10

Dibandingkan dengan menggunakan mikroprosesor lain, mikrokontroler

hadir membuat berbagai proses menjadi lebih ekonomis, seperti dengan

mengurangi ukuran, biaya dan konsumsi tenaga. Mikrokontroler juga

memiliki kelebihan, salah satu kelebihan yang terlihat jelas dari

mikrokontroler adalah pada kekuatan program yang tersimpan di dalamnya.

Bentuk dari sistem atau program yang sama dapat digunakan untuk

melakukan bermacam-macam pekerjaan, tergantung pada program yang

dibuat (ITS, 2015).

1. Mikrokontroler Arduino

Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang

bersifat open source. Komponen utama didalam rangkaian papan

arduino adalah mikrokontroler 8-bit dengan tipe Atmega yang dibuat

oleh sebuah perusahaan Atmel Corporation. Arduino ini juga

merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan

Integrated Development Environment (IDE) yang cukup canggih. IDE

sendiri merupakan sebuah software untuk menuliskan suatu program

ke dalam memori mikrokontroler. Selain harganya yang relatif murah,

fungsi ardino secara umum adalah untuk memudahkan pengguna

dalam pembuatan aplikasi running LED, traffic LED, mobile robot,

dan sebagainya. Ada berbagai tipe arduino menggunakan tipe Atmega

yang berbeda-beda tergantung pada spesifikasi yang dimiliki,

contohnya adalah arduino uno yang menggunakan Atmel328

(Djuandi, 2011).

11

Gambar 2.4. Board ardunio uno (Anonim, 2017).

Gambar 2.4 merupakan jenis mikrokontroler Arduino uno. Dalam

bahasa itali “Uno” berarti satu, nama “Uno” digunakan untuk

menandakan produk arduino versi 1.0. Arduino uno merupakan papan

arduino jenis terakhir dari papan arduino USB lainnya dan untuk

perbandingan dengan versi sebelumnya. Arduino ini memiliki 14

digital pin input atau output, 6 diantaranya digunakan untuk output

dan 6 input, sebuah isolator, Kristal 16 MHz, sebuah koneksi untuk

USB, power jack, ICSP header, dan sebuah tombol reset. Arduino uno

dapat memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang

mikrokontroler dengan menggunakan koneksi USB dapat dengan

mudah mensuplainya dengan adapter AC ke DC ataupun bisa juga

dengan menggunakan batrei (Quer, 2014).

12

2.5 Sensor

Sensor merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah suatu besaran fisik

menjadi besaran listrik atau mengubahnya menjadi satuan analog agar dapat

dibaca oleh rangkaian elektronik. Sensor juga merupakan bagian dari

transducer yang digunakan untuk menangkap adanya perubahan energi

eksternal dan mengubah energi yang ditangkap tersebut menjadi energi

listrik. Dalam dunia robotika, sensor memiliki peran yang menyerupai mata,

pendengaran, hidung dan lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler

sebagai otaknya.

2.5.1 Sensor Suhu

Sensor suhu memiliki beberapa jenis yang umum digunakan, yaitu

termokopel (T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor

dan LM 35. Jenis sensor termokopel ini berupa junction atau dua

jenis logam dimana pada ujungnya terdapat sambungan, salah satu

sambungan logam tersebut diberi perlakuan panas yang berbeda

dengan sambungan lainnya. Termokopel juga sering digunakan

untuk mengubah perbedaan suhu yang terjadi pada benda menjadi

tegangan listrik (Petruzella, 2011).

Hal penting yang perlu kita ketahui bahwa pada intinya termokopel

terdiri dari sambungan transduser panas dan dingin. Perbedaan suhu

yang dihasilkan oleh termokopel bukanlah fungsi yang linier

melainkan fungsi interpolasi plinomial. Agar didapat hasil

pengukuran yang akurat, biasanya persamaan diimplementasikan

13

pada kontrol digital atau disimpan pada table pengamatan. Ada pula

yang masih menggunakan filter analog. (Indo-ware Elektronik,

2014)

Gambar 2.5. Diagram sistematika termokopel (Roestomo, 2015).

Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 menjelaskan bahwa termoelemen A dan

B dihubungan antara junction pertama (cold) dan junction kedua

(hot) maka akan timbul arus yang diakbatkan gaya gerak listrik

(EMF). Gaya gerak listrik didapat akibat perbedaan suhu pada

kawat hot junction dan cold junction.

Gambar 2.6. Pengukuran EMF (Roestomo, 2015).

Hukum termoelektrik dapat menjelaskan mengenai termokopel yang

ideal. Berikut adalah beberapa penjelasan mengenai hukum

termokopel:

14

1. Hukum Seeback

Penjelasan dari hukum ini adalah apabila dua logam metal

disambungkan pada ujungnya, maka akan menghasilkan gaya

gerak listrik dan antara dua jenis logam tersebut akan

menghasilkan gaya gerak listrik yang berbeda.

2. Hukum Thompson

Apabila dua logam metal disambungkan pada ujungnya, maka

akan menghasilkan gaya gerak listrik. Namun, tergantung pada

panjang konduktor dua buah logam tersebut dan tergantung pada

gradient suhunya

3. Hukum Peltier

Apabila dua buah logam metal disatukan pada ujungnya, maka

akan menghasilkan gaya gerak listrik. Namun, gaya yang

dihasilkan tergantung pada perlakua panas pada kedua logam

tersebut yang ujungnya disambungkan (Roestomo, 2015).

Pada dasarnya alat ukur termokopel merupakan alat ukur suhu

dengan menggunakan sensor yang memiliki kanal masukan sensor

dan sebagai alat pengambilan dan penyimpanan data hasil

pengukuran. Penggunaan temokopel sangat baik jika digunakan

untuk mengukur rentang suhu hingga 2300 C. Sedangkan unuk

pengukuran dengan perbedaan suhu rendah dan keakurasian tingkat

tinggi, penggunaan termkopel kurang tepat. Contoh untuk rentang

15

suhu 0 C hingga 100 C dengan keakuratan 0.1 C, untuk mengukur

rentang suhu tersebut lebih cocok menggunakan Termistor, RTD dan

LM 35 (Setiawan, 2011).

Sama dengan sensor suhu yang lain, LM 35 merupakan salah satu

komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran suhu

menjadi besaran listrik. Sensor LM35 ini dibandingkan dengan

sensor suhu lainnya, cara penggunaannya lebih mudah dan

keakurasiannya lebih tinggi.

Gambar 2.7. Sensor suhu lm35 (Instrument, 1999).

Gambar 2.7 merupakan bentuk dari sensor LM35. Sensor ini

memiliki 3 pin inti, yaitu pada pin 1 merupakan sumbe tegangan

input, lalu pin 2 merupakan input tegangan negative/ ground, dan

pin3 merupakan Vout atau tegangan keluaran. Fungsi LM35 sendiri

yaitu mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan, selain itu

lm35 memiliki koefisien 10mV/ C atau perbandingan 100 C yang

setara dengan 1 volt. Prinsip kerja LM35 adalah sensor akan

16

membaca perubahan suhu tiap 1 C. Untuk penempatan sensor dapat

ditempelkan pada benda atau permukaan, namun suhu yang terbaca

akan berkurang kurang lebih 0,01 C. Hal tersebut dikarenakan

terserap oleh suhu permukaan, dan jika sensor ditempelkan pada

permukaan yang memiliki suhu lebih tinggi atau lebih rendah, maka

sensor akan membaca suhu pada permukaan. Kelebihan dari sensor

lm35 ini sebenarnya dapat membaca suhu -55 sampai dengan

+150 C, selain itu sensor juga dapat beroprasi pada tegangan 4 volt

sampai dengan 30 volt, dan untuk pembuatan rangkaiannya pun

tergolong mudah (Zaputra, 2016).

2.6 Aktuator

Aktuator merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah

energi masuk menjadi energi mekanik. Pada ilmu instrumentasi aktuator

digunakan sebagai output untuk menjalankan perintah dari kontroler. Selain

itu aktuator sendiri memiliki beberapa jenis, seperti aktuator Listrik,

aktuator Hidraulik dan aktuator Pneumatik. Beberapa contoh aktuator

dengan menggunakan listrik adalah:

2.6.1 Motor Servo

Motor servo merupakan jenis aktuator listrik yang terdiri dari motor

DC, rangkaian gear, rangkaian sistem kendali dan potensio meter.

Rangkaian gear tersebut berfungsi untuk memperlambat putaran

poros juga meningkatka torsi pada motor servo tersebut, dan

potensio meter berfungsi untuk menentukan batas putaran motor

17

servo. Bentuk dari pada motor servo sendiri dapat dilihat pada

Gambar 2.8 di bawah ini.

Gambar 2.8. Motor servo (Yasuigawa, 2012).

Pada dasarnya motor servo dikendalikan oleh PWM (pulse width

modulation), dimana pulsa diatur pada frekuensi 20ms. Untuk

motor servo kecil jangkauan lebar pulsanya adalah 1 ms sampai 2

ms, dimana agar motor servo dapat bergerak 90 derajat maka pulsa

yng diperlukan adalah 1,5 ms dan agar motor dapat bergerak 180

derajat maka lebar pulsa yang diperlukan adalah 2 ms. Dan

berdasarkan rotasinya, servo terbagi menjadi 2 jenis, yaitu servo

yang dapat berputar 90 derajat dan servo yang dapat berputar 180

derajat. Bentuk posisi gerak motor servo yang dikendalikan oleh

lebar pulsa ditunjukan pada gambar 2.9 di bawah.

18

Gambar 2.9. Posisi gerak motor servo (Yasuigawa, 2012).

Cara menjalankan motor servo jelas berbeda dengan motor DC,

karena servo memerlukan sumber listrik atau tegangan dan juga

memrlukan sinyal kontrol. Besarnya tegangan juga tergantung pada

spesifikasi motor servo tersebut (Yasuigawa, 2012).

2.6.2 Servo Valve

Servo valve merupakan katup yang diopeerasikan secara elektrik

untuk mengontrol aliran fluida. Servo valve sering digunakan untuk

mengontrol silinder hidrolik yang kuat dengan sinyal listrik yang

sangat kecil. Servo valve sendiri dapat dengan akurat memberikan

kontrol posisi gerak, kecepatan, tekanan dan gaya yang tepat.

Fungsi dari katup ini adalah untuk mengontrol aliran fluiada yang

berasal dari hydraulic power pack dengan melewati servovalve

kemudian dialirkan menuju aktuator. Selain itu servo valve juga

akan mengontrol gerak buka dan tutup aktuator, dimana pergerakan

19

tersebut dikendalikan oleh instrument elektronika dengan sinyal

masuk dari luar. Bentuk dari servo valve atau katup berbasis servo

dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Servo valve (Zaenal, 2014).

Servo valve memiliki pintu masuk P dan pintu keluar P juga dengan

2 pintu keluar A dan B. Fluida dengan tekanan tertentu akan masuk

melalui pintu masuk P dan akan keluar melalu pintu keluar P. Jika

pintu A/B belum terbuka maka fluida akan kembali ke tanki. Saat

fluida mengalir melalui pintu A, maka secara otomatis pintu B

menjadi pintu keluaran fluida, dimana pintu B tersebut terhubung

dengan pintu keluar P. Sebaliknya pun begitu, saat pintu B

digunakan untuk mengaliri fluida, maka secara otomatis pintu S

menjadipintu keluar fluida. Mekanisme tersebut diatur dengan

menggunakan instrument elektronik, dimana pada saat mekanisme

dijalankan terjadi kolerasi antara sinyal masuk yang diberikan

dengan jumlah volume fluida yang keluar dari pintu A/B (Zenal,

2014).

20

2.6.3 Solenoid

Solenoid merupakan katup yang menggunakan arus listrik AC

ataupun DC dan juga elemen elektronika yang paling banyak

digunakan dalam pengendalian sistem fluida. Solenoid terdiri dari

sebuah kumparan kawat jika dialirkan arus listrik maka akan

menghasilkan medan maknet yang nantinya akan menggerakkan

plunger. Katup solenoid dapat menghasilkan gerakan yang linier

namun dengan menggunakan media listrik. Selain itu, gerakan

linier tersebut juga dapat dihasilkan dengan menggunakan media

fluida cair maupun gas untuk memindahkan barang. .Solenoid

memiliki fungsi untuk menghentikan laju masuk bahan bakar

menuju idle port, sehingga membuat bahan bakar tidak keluar dari

idle port agar memungkinkan tidak terjadi nya dieseling (mesin

masih hidup ketika kunci kontak off). Gambaran bentuk dari

solenoid dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Solenoid (Putra, 2010).

21

Prinsip kerja dari solenoid valve yaitu saat katup listrik yang

memiliki koil yang berfungsi sebagai penggerak mendapatkan

tergangan masuk, maka koil tersebut akan berubah menjadi medan

magnet dan dapat menggerakan piston pada bagian dalamnya.

Tegangan kerja solenoid valve ini biasanya 100/200 VAC tetapi ada

juga yang mempunyai tegangan kerja DC.

Gambar 2.12. Struktur fungsi solenoid valve pneumatic (Perdana,

2014).

Gambar 2.12 merupakan gambaran bagian-bagian dari solenoid yang

dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Valve Body

2. Terminal masukan (Inlet Port)

3. Terminal keluaran (Outlet Port)

4. Terminal slot power suplai tegangan

5. Kumparan gulungan (koil)

6. Spring

7. Pluger

8. Lubang / exhaust

22

Sistem coil magnetic pada solenoid valve sama seperti relay yang

hanya memiliki dua kondisi, yaitu kondisi on (energized) dan

kondisi off (de-energized). Untuk menggerakan valve actuator, alat

ini membutuhkan tekanan angin dengan tekanan yang disesuaikan

dengan jenis actuator valve tersebut. Solenoid valve merupakan

jenis katup dengan responsibilitas yang cukup cepat. Maka dari itu

sangat cocok digunakan untuk sistem konstrol yang membutuhkan

respon dengan kecepatan tinggi (Perdana, 2014).

III. METODELOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Proses perancangan dan simulasi dilakukan di Laboratorium Mekatronika

Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Penelitian akan dimulai pada

bulan Maret hingga bulan Mei 2018, dengan jadwal kegiatan yang akan

dijelaskan pada tabel berikut:

Tabel 3.1. Jadwal Penelitian

Nama Kegiatan Maret April Mei Juni

1 Seminar Usul

2 Perancangan

Sistem

3 Pembuatan

Sistem

4 Pengujian

5 Pengolahan Data

6 Seminar Hasil

24

Sudah

Belum

Mulai

Apakah rancangan pemrograman

dan rangkaian sistem sudah benar?

Analisi data dan simulasi sistem

Kesimpulan

Selesai

Perancangan Sistem

Studi Literatur

1. Memasang input berupa Sensor Termokopel

2. Merancang Program

3. Mengmasukan program ke dalam software Arduino Uno

Melakukan pengujian yang meliputi:

1. Apakah sensor dapat membaca suhue yang diberikan?

2. Apakah valve dapat bergerak sesuai perintah yang diberikan

oleh sensor.

Membuat rancangan control valve system

Menentukan sensor dan akuator yang dipakai

1. Komponen yang digunakan: Arduino Uno

2. Sensor yang digunakan: Sensor Termokopel Tipe

3. Akuator yang digunakan: valve

3.2 Diagram Alur Penelitian

25

Berikut adalah alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini:

1. Arduino

Arduino digunakan untuk merancang sistem pengolahan data yang

dibaca oleh sensor.

2. Sensor Suhu

Sensor suhu yang digunakan adalah LM35, sensor ini digunakan

untuk membaca suhu pada reaktor.

3. Aktuator

Pada pengujian kali ini aktuator yang digunakan adalah motor servo.

4. Kabel Jumper

Kabel jumper digunakan untuk menghubungkan arus pada rangkaian.

5. Breadboard

Breadboard ini digunakan sebagai tempat pembuatan rangkaian

sementara sebelum dilakukannya pengujian yang sebenarnya.

Sebelum perancangan pembuatan sistem keseluruhan, tahap awal adalah

dengan pembuatan tahapa dasar sistem kendali. Untuk tahapan atau

langkah-langkah pembuatan sistem pada pengujian yang akan dilakukan

adalah:

3.3 Alat Dan Bahan

3.4 Pembuatan Rangkain

26

+

S

et

P

oi

nt

Su

hu

-

1. Control Logic

Berikut adalah desain control logic yang akan dibuat yaitu

perancangan pengendalian suhue dengan prinsip buka tutup katup:

Gambar 3.1. Rancangan Control Logic

2. Pembuatan Perangkat Keras

Tahap pembuatan perangkat keras ini meliputi pembuatan

perancangan awal, yaitu pemasangan komponen yang dengan

membuat rangkaian sederhana yang bersifat sementara dengan

menggunakan potensio meter dan menghubungkannya pada

mikrokontroler. Setelah itu pembuatan perangkan mekanis meliputi

pembuatan permodelan.

3. Pembuatan Perangkat Lunak

Pembuatan perangkat lunak meliputi pembuatan listing program

dengan menggunakan bahasa pemrograman C. Program ini berfungsi

untuk mengatur semua kerja perangkat keras yang dihubungkan dan

dirangkai dengan arduino. Pembuatan program sendiri memiliki

beberapa tahapan, yaitu:

Microcontro

ller

(Arduino

Uno)

Sensor suhu

Actuator

(motor

servo)

Sistem

Torefaksi

27

a. Membuat control logic untuk tahapan sebelum pemrograman

C dibuat.

b. Pembuatan pemrograman C dengan referensi dari control

logic yang dibuat sebelumnya.

c. Pengecekan listing program agar tidak terdapat kesalahan

dalam penulisan programnya.

d. Memasukan listing program ke dalam arduino.

Berikut akan dijelaskan prosedur penelitian yang akan dilakukan:

1. Melakukan persiapan pengujian

Persiapan pengujian meliputi pemeriksaan keadaan komponen

elektronika yang digunakan untuk merangkai perangkat keras, agar

pada saat pengujian tidak terjadi kerusakan atau kelasahan pada

komponen yang akan diuji.

2. Melakukan Pengujian Sistem Otomasi

Tahap pengujian otomasi dapat dilakukan apabila semua tahap

pembuatan software dan hardware telah dilakukan. Pengujian

dilakukan untuk mengetahui kesalahan yang terjadi dari pembuatan

software dan hardware. Pengujian dilakukan untuk memastikan

bahwa listing program yang dibuat sudah benar dan sesuai. Untuk

melakukan pengujian software diperlukan ketelitian yang tinggi.

Apabila saat pengujian dilakukan didapatkan kesalahan, maka perlu

3.5 Prosedur Penelitian

28

dilakukan troubleshooting untuk mengetahui letak kesalahan pada

sistem yang dibuat.

Berhasil tidaknya dilihati saat pengujian sistem dilakukan dan

dikatakan berhasil apabila sistem yang dikontrol oleh mikrokontroler

berjalan dengan baik dan perangkat keras bekerja memenuhi set

point yang telah ditentukan sebelumnya.

Best Practice pembuatan otomasi untuk reaktor torefaksi ini, yaitu:

1. Menentukan batas maksimal dan batas minimal suhu yang

digunakan untuk proses konversi biomassa. Penambahan set point

dilakukan agar suhu di dalam ruangan tetap stabil dan membuat

bahan terbakar dengan baik.

2. Membandingkan waktu delay aktuator menerima sinyal dan waktu

delay aktuator meresponnya dengan menggunakan dua media

pembanding, yaitu saat nilai suhu dianalogikan dengan potensio

meter dan saat menggunakan suhu aktual dengan media air panas.

Hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan nilai best time response

dari motor servo saat menerima sinyal dari sensor suhu tersebut.

Pengujian yang akan dilakukan yaitu mencari nilai best time

response katup membuka dan menutup juga ke akurasian katup

merespon sinyal dari sensor suhu.

3.6 Pelaksanaan Penelitian

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

Berdasarkan data hasil pengujian yang telah dibahas pada bab sebelumnya,

didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Sistem pengendalian temperatur berbasis mikrokontroler ini dapat berjalan

dengan baik dan sesuai dengan tahapan perancangan perangkat keras dan

perangkat lunak.

2. Delay yang diperoleh pada pengujian ini sebesar 100 mili detik, dimana pada

saat sensor mendeteksi kondisi suhu awal, loop tidak langsung dijalankan

atau aktuator tidak langsung merespon, melaikan ada penundaan waktu untuk

proses menjalankan sistemnya yaitu sebesar 100 ms dan aktuator baru

merespon 100 mili detik setelahnya.

3. Semakin kecil nilai delay waktu yang digunakan maka semakin baik prosesor

menerima dan menjalankan perintah.

50

5.2 Saran

Adapun saran yang didapatkan sebagai pertimbanan penelitian selanjutnya adalah:

1. Dikarenakan sistem ini hanya menggunakan serial monitor pada arduino,

sebaiknya pada penelitian berikutnya dapat diambahkan LCD (Liquid Cryctal

Display ) yang berfungsi untuk pemantauan temperatur dapat terlihat dengan

jelas.

2. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai penggunaan sistem

pengendalian temperatur berbasis mikrokontroler dengan

mengimplementasikannya langsung ke reaktor torefaksi.

51

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2017. Arduino For Beginner. Maker Space

Anonim. 2014. Pengertian Sistem Kendali. Universitas Lampung

Barnett, H.R. 1995. The 8051 Family of Microcontroller. Pennsylvania State

University

Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. Universitas Trisakti

Indo, W.E. 2014. Manual MAX6675 K-Type Thermocouple Temperature Sensor.

Semarang

Instrument. 1999. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. Texas

Instrument Incorporated

ITS. 2015. Modul Pelatihan Mikrokontroler. Institut Teknologi Sepuluh Nopembe

Perdana, R.K. 2014. Sistem Kendali Solenoid Valve Dengan Kontrol Joystik Pada

Robot Manual Pengangkat Dan Pemindah Barang. Politeknik Negri

Sriwijaya

52

Petruzella, D.F. 2011. Programmable Logic Controllers Fourthh EditionI.

McGraw-Hill Companies, New York

Putra, D.F.I. 2010. Makalah Aktuator. Universitas Katolik Parahiyangan

Quer, J.C. 2014. The Arduino Uno is A Microcontroller Board Based.

Radiospares

Roestomo, I. 2015. Alat Akusisi Data Sensor Termokopel 8 Kanal Dengan

Mikrokontroler. Universitas Kristen Satya Wacana

Setiawan, Y. 2011. Termokopel Tipe-K. Universitas Kristen Marantha

Yasuigawa. 2012. Tentang Servo. PT Yasuigawa Siliwangi Elektrik

Indonesia

Zaputra, A.O. 2016. Rancangan Bangun Alat Pendeteksi Suhu Pada Tambal Ban

Dengan Metode Logika Fuzzy Menggunakan Mikrokontroler Atmega

8535. Politeknik Negeri Sriwijaya.

Zenal, H. 2014. Konsep Desain Alat Uji Kinerja Servo-Valve. Balai Besar

Teknologi Kekuatan Struktur.