i

SKRIPSI

RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL

TEMPERATUR PADA ECONOMIZER BOILER TIPE

PIPA API

M. ADI RAMDANI

NIM 201354022

DOSEN PEMBIMBING

Ir. Masruki Kabib, MT.

Rianto Wibowo, ST., M.Eng.

PROGAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

2019

ii

iii

iv

v

RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEMPERATUR

PADA ECONOMIZER BOILER TIPE PIPA API

Nama Mahasiswa : M. Adi Ramdani

Nim : 201354022

Pembimbing : 1. Ir. Masruki Kabib, MT.

2. Rianto Wibowo, ST., M.Eng.

ABSTRAK

Sistem kontrol temperatur pada economizer adalah komponen yang

penting agar temperatur bisa terjaga dan dapat menghasilkan panas dengan

optimal, jika efektifitas perpindahan panas tidak optimal, maka dibutuhkan lebih

banyak bahan bakar untuk menghasilkan efektifitas perpindahan panas yang

diinginkan. Oleh karena itu diperlukan sistem kontrol temperatur pada

economizer.

Metode yang digunakan yaitu melakukan studi literatur untuk

mendapatkan informasi tentang perancangan sistem kontrol dan perancangan

sebelumnya yang telah dilakukan, pemodelan dan simulasi terhadap alternatif

sistem kontrol yang digunakan untuk dapat menentukan sistem kontrol yang

sesuai, proses perancangan sistem kontrol yang meliputi diagram blok sistem,

kemudian uji stabilitas, perancangan dan pembuatan hardware rangkaian

elektronik, pembuatan software yang pemograman kontrol menggunakan

ARDUINO UNO, melakukan implementasi sistem kontrol economizer pada

boiler.

Perancangan sistem kontrol economizer didesain sesuai penggunaan

sistem kerja mesin boiler, hasil yang diperoleh dari perancangan dan pembuatan

untuk mengisi air ke dalam ketel, mengendalikan temperatur air dan untuk

penghematan penggunaan bahan bakar.

Kata Kunci : Arduino, Economizer dan Sistem kontrol

vi

DESIGN OF TEMPERATURE CONTROL SYSTEM ON

ECONOMIZER BOILER TYPES OF PIPE API

Student Name : M. Adi Ramdani

Student Identity Number : 201354022

Supervisor : 1. Ir. Masruki Kabib, MT.

2. Rianto Wibowo, ST., M.Eng.

ABSTRACT

The temperature control system at the economizer is an important

component in order for the temperature to be maintained and to produce optimum

heat, if the effectiveness of heat transfer is not optimal, it will require more fuel to

produce the desired heat transfer effectiveness. Therefore we need a temperature

control system at the economizer.

The method used is to conduct a literature study to get information about

the design of the control system and the previous design that has been done,

modeling and simulation of alternative control systems used to be able to

determine the appropriate control system, control system design process which

includes block diagram of the system, then stability test, design and manufacture

of electronic sircuit hardware, software development programming using

ARDUINO UNO, implementing economizer control system on boiler.

The design of the economizer control system is designed in accordance

with the use of the boiler engine working system, the expected results for filling

the water into the kettle, controlling the water temperature and for saving fuel

usage.

Keywords : Arduino uno, Economizer, and Control system

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subkhanahu Wata’alla, yang

telah memberikan rahmat, taufiq dan hidayah_Nya sehingga kami dapat

menyelesaikan laporan skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana

Teknik dengan judul “Rancang bangun sistem kontrol temperatur pada

economizer boiler tipe pipa api”.

Dalam penyusunan laporan skripsi kami telah banyak dibantu oleh

berbagai piahak, sehingga sudah sepatutnya kami menyampaikan banyak terima

kasih, terutama kepada :

1. Bapak Mohammad Dahlan, ST., MT. Selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muria Kudus.

2. Bapak Rianto Wibowo, ST., M.Eng. Selaku Ka Progdi Teknik Mesin

Fakultas Universitas Muria Kudus.

3. Bapak Ir. Masruki Kabib, MT. Selaku dosen pembimbing I dan bapak

Rianto Wibowo, ST., M.Eng selaku pembimbing II, yang telah melibatkan

dalam pembutan mesin boiler.

4. Bapak Qomaruddin, ST., MT Selaku dosen ketua penguji yang telah

banyak memberi masukan dan saran.

5. Bapak Taufiq Hidayat, ST., MT. Selaku dosen penguji I yang telah banyak

memberi masukan dan saran.

6. Kedua orang tua yang telah memberi banyak semangat.

7. Team Boiler dan rekan – rekan yang terkumpul dalam Pejuang Skripsi,

Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2013 Universitas Muria Kudus yang

memberikan saran dan ilmu pengetahuan dalam setiap kesulitan.

8. Rekan – rekan di Laboratorium Teknik Mesin dan Elektro UMK.

Penulis menyadari dalam penyusunan laporan skripsi ini terdapat banyak

kekurangan, oleh karenan itu penulis mengharap kritik dan saran dari

pembaca yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan ini

Kudus, 28 Februari 2019

M. Adi Ramdani

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN ........................................................................... iv

ABSTRAK ........................................................................................................ v

ABSTRACT ........................................................................................................ vi

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ x

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah .......................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 4

1.4 Tujuan ............................................................................................... 4

1.5 Manfaat ............................................................................................. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Economizer ........................................................................... 5

2.2 Sistem Kontrol Economizer ............................................................. 5

2.3 Sistem Kontrol Suhu ........................................................................ 7

2.4 Konstruksi Economizer .................................................................... 8

2.5 Mikrokontroller ................................................................................ 8

2.6 Arduino ............................................................................................. 12

2.7 Sensor Termokopel .......................................................................... 14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alur Penelitian .................................................................................. 15

3.2 Studi Literatur ................................................................................... 16

ix

3.3 Analisa Kebutuhan Sistem Pengendali Economizer ......................... 17

3.4 Proses Perancangan Sistem Kontrol .................................................. 18

3.5 Perancangan dan Pembuatan Hardware ........................................... 18

3.6 Pembuatan Software .......................................................................... 18

3.7 Implementasi Sistem Kontrol pada Economizer ............................... 19

3.8 Pengujian ........................................................................................... 19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Proses Perancangan Sistem Kontrol ................................................. 20

4.1.1 Analisa Temperatur Air Economizer ....................................... 20

4.1.2 Analisa Temperatur Penukar Kalor .......................................... 20

4.1.3 Proses Mekanisme dan Pemodelan Economizer ...................... 22

4.1.4 Diagram Blok Sistem Kontrol .................................................. 28

4.1.5 Desain Sistem Kontrol ............................................................. 29

4.2 Perancangan dan Pembuatan Hardware ........................................... 31

4.2.1 Perancangan Hardware (Perangkat Keras) .............................. 31

4.2.2 Urutan Bagian – Bagian pada Boiler ....................................... 32

4.2.3 Pembuatan Hardware (Perangkat Keras)................................. 36

4.3 Pembuatan Software (Perangkat Lunak) ............................................ 37

4.4 Implementasi Sistem Kontrol pada Economizer ................................ 49

4.4.1 Pemilihan Perangkat Keras Kontroller.................................... 49

4.5 Pengujian Sistem Kontrol .................................................................. 50

4.6 Pengambilan Data .............................................................................. 52

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 53

5.2 Saran .................................................................................................. 53

Daftar Pustaka ..................................................................................................... 54

LAMPIRAN

BIODATA PENULIS

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok diagram Fuzzy PID Gain Schedulling Control ...................... 6

Gambar 2.2 Desain economizer 3D .................................................................... 7

Gambar 2.3 Diagram Blok Sistem Kontrol ......................................................... 7

Gambar 2.4 Mikrokontroller ATmega328 .......................................................... 10

Gambar 2.5 Konfigurasi pin mikrokontroller Atmega328 .................................. 11

Gambar 2.6 Contoh bahasa pemprograman pada Arduino untuk menyalakan LED

............................................................................................................................. 12

Gambar 2.7 Board modul Arduino UNO ............................................................ 13

Gambar 2.8 Sensor Suhu Termokopel ................................................................ 14

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan sistem kontrol ....................................... 15

Gambar 4.1 Perpindahan panas konveksi ........................................................... 21

Gambar 4.2 Mekanisme economizer ................................................................... 23

Gambar 4.3 Diagram blok sistem proses kontrol ................................................ 28

Gambar 4.4 Sistem Loop Tertutup ...................................................................... 29

Gambar 4.5 Perancangan Hardware Sistem Kontrol Economizer ..................... 31

Gambar 4.6 Arduino Uno .................................................................................... 34

Gambar 4.7 Laptop.............................................................................................. 35

Gambar 4.8 Sensor Termokopel ......................................................................... 35

Gambar 4.9 Driver Selenoid Valve ..................................................................... 36

Gambar 4.10 Selenoid Valve ............................................................................... 36

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Analisa kebutuhan produk .................................................................. 17

Tabel 4.1 Data Perancangan Economizer ........................................................... 23

Tabel 4.2 Setting Kontrol Valve pada Economizer ............................................ 42

Tabel 4.3 Setting Set Point Economizer ............................................................. 44

Tabel 4.4 Tabel Pengujian sistem kontrol ........................................................... 51

Tabel 4.5 Data Alat ............................................................................................. 52

xii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

A

Qh

Cp

ΔT

d0

L

LMTD

q

Luas permukaan perpindahan kalor

Kalor pemanasan

Kalor jenis air

Selisih temperatur awaldan akhir

Diameter luar tube

Panjang tube

Selisih temperatur rata – rata logaritma

Laju perpindahan kalor

m2

kJ/jam

J/kg0C

0C

Mm

Mm

0C

W

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Software untuk mengontrol kerja economizer dan boiler

Lampiran 2 Gambar hardware

Lampiran 3 Catatan Revisi

Lampiran 4 Buku Konsultasi

Lampiran 5 Turnitin

Lampiran 6 Biodata diri