POMPA AIR OTOMATIS

A. TUJUAN - Menerapkan aplikasi flip flop dalam pembuatan pompa air otomatis dengan menggunakan water level control - Mengetahui prinsip kerja dari pompa air otomatis dengan water level control

B. LANDASAN TEORI 1. GERBANG LOGIKA Gebang logika adalah piranti dua keadaan, yaitu mempunyai keluaran dua keadaan dengan nol volt yang menyatakan logika 0 (atau rendah) dan keluaran dengan tegangan tetap yang menyatakan logika 1 (atau tinggi). Gerbang logika dapat mempunyai beberapa masukan yang masing-masing mempunyai salah satu dari dua keadaan logika, yaitu 0 atau 1. Gerbang logika dapat digunakan untuk melakukan fungsi-fungsi khusus, misalnya AND, OR, NAND, NOR, NOT, atau EX-OR (XOR). Gambar di bawah ini menunjukkan simbol standar untuk gerbang-gerbang tersebut yang berlaku di Inggris dan yang berlaku secara internasional.

Gambar 1.1 Berbagai jenis gerbang logika

Tabel kebenaran

2. GERBANG AND Gerbang AND digunakan untuk menghasilkan logika 1 jika semua masukan mempunyai logika 1, jika tidak maka akan dihasilkan logika 0. Daftar yang berisi kombinasi semua kemungkiinan keadaan masukan dan keluaran yang dihasilkan disebut sebagai tabel kebenaran dari gerbang yang bersangkutan. Gerbang AND tiga masukan dusajikan pada gambar dan tabel kebenarannya tersaji sebagai berikut

3. GERBANG NAND Gerbang NAND akan mempunyai keluaran 0 bila semua masukan pada logika 1. Sebaliknya, jika ada sebuah logika 0 pada sembarang masukan pada gerbang NAND, maka keluarannya akan bernilai 1. Kata NAND merupakan kependekan dari NOT-AND, yang merupakan ingkaran dari gerbang AND.

Gambar 1.2 Gerbang NAND

4. MEMORI 1 BIT Rangkaian dasar dari memori 1 bit atau latch tersaji pada gambar 4.1 Latch terdiri dari 2 buah gerbang NOT (gerbang NAND masukan tunggal) G1 dan G2, keluaran dari suatu gerbang diumpan balikan kemasukan pada gerbang yang lain. Kombinasi umpan balik ini disebut flip-flop. Sifat penting yang dimiliki flip-flop tersebut adalah hanya mempunyai 2 keadaan stabil (Q=1, =0 dan Q=0, =1). Sebagai contoh, jika keluaran dari G1 adalah Q=1, maka B, masukan ke G2 juga berlogika 1. Gerbang G2 yang berfungsi seebagai pembalik, akan mengahsilkan keluaran berlogika 0. Karena dihubungakan ke A, maka masukan ke G1 juga 0, dan keluaran Q pada logika 1 yang sesuai pada keadaan awal. Maka Q=1, =0 merupakan salah satu kemungkinan keadaan stabil. Dengan cara yang sama dapat dibuktikan bahwa Q=0, =1juga merupakan keadaan stabil lainnya. Tetapi, Q dan tidaka mungkin mempunyai keadaan sama (keduanya pada logika 1 atau 0).

Gambar 1.3 Flip-flop dasar Dari keterangan di atas jelaslah bahwa flip-flop hanya mempunyai 2 keadaan stabil, sehingga sering disebut sebagai untai biner atau untai bistabil (bisable circuit). Selain itu, karena flip-flop mempunyai 1 bit informasi (Q=0 atau Q=1) maka flip-flop sebagai satuan memori 1 bit atau sel. Lebih lanjut karena informasi tersebut terkunci di dalamnya, maka dalam hal ini flip-flop bertindak sebagai sebuah Latch.

5. FLIP-FLOP S-R Flip-flop RS atau SR (Set-Reset) merupakan dasar dari flip-flop jenis lain. Flip-flop ini mempunyai 2 masukan: satu disebut S (SET) yang dipakai untuk menyetel (membuat keluaran flip-flop berkeadaan 1) dan yang lain disebut R (RESET) yang dipakai untuk me-reset (membuat keluaran berkeadaan 0). RS Flip-Flop mempunyai 2 jalan keluar Q dan (dibaca: Q not). Simbolsimbol yang ada pada jalan keluar selalu berlawanan satu dengan yang lain. Bila S diberi logika 1 dan R diberi logika 0, maka output Q akan berada pada logika 0 dan pada logika 1. Bila R diberi logika 1 dan S diberi logika 0 maka keadaan output akan berubah menjadi Q berada pada logika 1 dan pada logika 0. Sifat paling penting dari Flip-Flop adalah bahwa sistem ini dapat menempati salah satu dari dua keadaan stabil yaitu stabil I diperoleh saat Q =1 dan Q not = 0, stabil ke II diperoleh saat Q=0 dan = 1. Flip-flop RS dapat dibentuk dari kombinasi dua gerbang NAND atau kombinasi dua gerbang NOR. 1) RS Flip-flop dari gerbang NAND

Gambar 1.4 RS Flip-flop yang disusun dari gerbang NAND Tabel kebenaran S 0 0 1 1 R 0 1 0 1 1 0 1 Qn 1 1 0 Ket Terlarang Reset Set Ingat

2) RS Flip-flop dari gerbang NOR

Gambar 1.5 RS Flip-flop yang disusun dari gerbang NOR

Tabel kebenaran S 0 0 1 1 R 0 1 0 1 Qn 1 0 1 0 1 1 Ket ingat set reset Terlarang

Tabel kebenaran flip-flop S-R tersaji pada tabel di atas. Seperti dikatakan sebelumnya, keluaran dari sistem berikutnya bergantung pada keadaan masukan sebelumnya dan juga keadaan saat itu. Untuk alasan ini Qn digunakan untuk menyatakan keadaan Q sebelumnya sedangkan Qn+1 menyatakan keadaan saat itu.

6. POMPA AIR OTOMATIS Pompa air banyak dipergunakan di rumah tangga untuk memenuhi kebutuhan mengalirkan air. Pada umumnya pompa dipakai untuk mengalirkan air dari sumur langsung ke kran, atau dari sumur menuju tangki reservoir baru kemudian dari tangki air mengalir secara gravitasi menuju kran. Untuk mengatur operasi pompa secara otomatis sesuai dengan kebutuhan kita diperlukan alat pengontrol kerja pompa. Pada umunya ada dua jenis alat kontrol yang banyak dipakai melengkapi pompa di rumah tangga, yaitu pressure switch (bekerja berdasarkan tekanan air di sisi keluaran pompa) dan level control (berdasarkan ketinggian permukaan air yang berada di dalam tangki reservoir). Level control hanya cocok dengan sistem yang menggunakan tangki reservoir sebelum didistribusikan ke pengguna, karena pelampung alat ini harus dimasukkan ke dalam tangki. Gambar kedua alat ini pengontrol tersebut seperti di bawah ini.

(a) Level control switch

(b) Pressure control swicth

Prinsip kerja kedua alat ini sama yaitu switch (pemutus dan penghubung arus listrik). Bedanya gaya untuk membuka tuas penghubung arusnya adalah

gaya berat pelampung untuk level control, sedang untuk pressure switch adalah gaya akibat tekanan air di sisi keluaran pompa. Namun akibatnya terhadap operasi pompa berbeda. Bila menggunakan level control, pompa baru akan mati bila kedua pelampung mengambang di permukaan level air dan hidup lagi manakala kedua pelampung tergantung, artinya muka air berada di bawah kedua pelampung yang tergantung pada switchnya. Jadi hidup matinya pompa (startstop) jarang. Sedangkan pressure switch mengakibatkan start stop lebih sering karena begitu tekanan sisi keluar pompa turun akibat keran terbuka, maka pompa akan start dan akan mati sesaat setelah semua aliran keluar pompa tertutup. Konsekuensinya umur pressure switch biasanya lebih pendek (lebih cepat rusak). Sebagai kesimpulan, pemilihan pengaturan operasi pompa tergantung pada sistem instalasi air yang dirancang. Untuk yang menggunakan tangki tendon dengan distribusi secara gravitasi disarankan menggunakan level control. Sedangkan untuk instalasi yang hanya berupa pemipaan langsung dari sumber menuju pemakai, tidak ada pilihan kecuali memakai pressure switch dengan konsekuensi cepat rusak bila tidak dilengkapi dengan tangki tekan untuk mengurangi frekuensi start stop.

C. PERALATAN DAN KOMPONEN Peralatan - Solder - Obeng - 3 buah bejana - Pompa - Selang - Gunting

Komponen 1. Komponen Catu daya - Kabel - Trafo CT - 4 buah dioda IN4002 - Kapasitor 1000 - Soket IC - IC 7812 - Resistor 1 k - LED - Kapasitor 10 - PCB - Tenol - Chasing - (mur baut) 2. Komponen Rangkaian utama - 2 buah Resistor 100 k - 2 buah resistor 1 M - 1 buah resistor 4,7 k - IC CD4011 - Relay 12 volt - 1 buah Transistor 9013 - 1 buah dioda IN4001 - Pompa - Konektor standar - Konektor AC F

D. LANGKAH KERJA 1. Menyiapkan peralatan yang diperlukan 2. Merangkai alat seperti gambar dibawah ini

Keterangan : Sensor berada di bejana kecil Pompa berada di bejana besar

3. Menghubungkan rangkaian ke tegangan PLN 4. Mengaktifkan saklar rangkaian 5. Kemudian, pompa akan bekerja sesuai dengan prinsip kerja rangkaian tersebut

E. PEMBAHASAN 1. Aplikasi Flip Flop dalam Pembuatan Pompa Air Otomatis Seperti yang sudah dibahas pada landasan teori bahwa untuk mengatur operasi pompa secara otomatis sesuai dengan kebutuhan kita diperlukan alat pengontrol kerja pompa. Pada umumnya ada dua jenis alat kontrol yang banyak dipakai melengkapi pompa di rumah tangga, yaitu pressure switch (bekerja berdasarkan tekanan air di sisi keluaran pompa) dan level control (berdasarkan ketinggian permukaan air yang berada di dalam tangki reservoir). Disini yang kami buat adalah pompa air otomatis dengan menggunakan water level control. Water level control adalah alat yang berfungsi untuk mengontrol ketinggian level air dalam suatu penampung atau bak air. Rangkaian water level control ini dibuat dari RS flip-flop NAND gate. NAND gate G1, G2 dan G3 adalah IC CD4011 yang dikonfigurasikan sebagai RS flip-flop. Rangkaian water level control ini dapat memonitor ketinggian level air dalam suatu bak penampungan berdasarkan logika yang diterima pada jalur Treshold sensor dan trigger sensor yang dipasang pada bak air. Treshold sensor berfungsi memonitor titik tertinggi air yang diperbolehkan kemudian trigger sensor berfungsi sebagai batas minimal air yang diperbolehkan. 2. Prinsip Kerja Water Level Control RS Fliop-Flop Input floating : 1 Input ground : 0

. Gambar 1.6 Rangkaian Water Level Control RS Fliop-Flop Rangkaian water level control ini akan memonitor air pada bak, apabila bak penampungan air dalam keadaan kosong, sensor batas terendah (trigger sensor dan common probe) dan sensor batas tinggi (treshold sensor) memiliki

logika 1. Arus dari trigger sensor mengalir masuk ke NAND G1 dan membalikkan masukan yang berlogika 1 menjadi berlogika 0 pada keluarannya. Flip Flop mendapat pulsa set dari NAND G1 mengeluarkan logika 1, kemudian arus mengalir ke emitor sehingga transistor dalam keadaan cut-off dan relay pun bekerja mengaktifkan Pompa Air sehingga pompa dalam keadaan ON. Ketika trigger sensor dan common probe terendam, NAND 1 membalik logika 0 yang berasal dari R1 menjadi logika 1 dan diberikan pada masukan set flip flop, perubahan logika dari 0 menjadi 1 pada masukan flip flop tidak mengubah keluaran flip flop sehingga pompa air tetap bekerja sampai mencapai batas treshold sensor. Ketika air menyentuh treshold sensor, ketiga sensor memiliki logika 0. Masukan reset flip-flop yang sekarang mendapat logika 0 menghasilkan keluaran logika 0 juga, selanjutnya arus mengalir ke kolektor sehingga transistor dalam keadaan saturasi dan relay tidak mendapat arus lagi (relay tidak bekerja) sehingga pompa air pun berhenti. Proses kerja ini akan terus berulang pada rangkaian Water Level Control RS Flip-Flop ini. Tabel Kebenaran S (trigger sensor) 1 0 0 0 1 R (treshold sensor) 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 Pompa ON Ingat pompa ON Keterangan

Pompa OFF Ingat pompa OFF

Pompa ON

F. DAFTAR PUSTAKA Susilo. 2012. Bahan Ajar Elektronika Digital. Semarang : Jurusan Fisika FMIPA Unnes. Ibrahim, K.F. 1996. Teknik Digital (terjemahan). Yogyakarta : Andi. Setyo, Prihadi. 2009. Mengatur Kerja Pompa Air Secara Otomatis. Online. Tersedia di http://prihadisetyo.wordpress.com/2009/05/06/mengatur-kerjapompa-air-secara-otomatis/ [2-06-2012] Agung, Rizky. 2011. Flip Flop SR. Online. Tersedia di http://rizkyblog.com/teknikdigital-flip-flop-sr/ [2-06-2012]