document35

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176

Nugroho T.S., dkk STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 291

OTOMASI BLOWER PADA CEROBONG ASAP MENGGUNAKAN PHOTOTRANSISTOR

Nugroho Tri Sanyoto, Djiwo Harsono , Riszal Fandri Murti

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Badan Teknologi Nuklir Nasional Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281

Abstrak

OTOMASI BLOWER PADA CEROBONG ASAP MENGGUNAKAN PHOTOTRANSISTOR. Telah dibuat sistem otomasi blower pada cerobong asap menggunakan phototransistor. Perangkat ini digunakan untuk memantau keadaan asap di dalam cerobong menggunakan sensor phototransistor, jika terdapat asap maka blower akan hidup yang ditandai dengan lampu LED warna merah, atau sebanding dengan nilai 951- 1023 pada ADC, jika tidak ada asap maka lampu led menyala hijau adalah sebanding dengan 950 nilai ADC. Sistem ini terdiri dari rangkaian minimum sistem mikrokontroler, rangkaian catu daya, rangkaian sensor dan rangkaian relay pada blower, untuk pemrograman mikrokontroler menggunakan BASCOM AVR. Pengujian yang dilakukan meliputi linieritas ADC, pengujian catu daya, pengujian LCD, dan pengujian sensor. Dari hasil pengujian diperoleh nilai koefisien korelasi sebesar 0.999, persamaan linier y = 1,000x-0,449 dan tegangan power supply sebesar 4,97 dan 11,97 volt.

Kata kunci : Asap, Phototransistor, Blower

Abstrack

AUTOMATION BLOWER IN THE CHIMNEY USING A PHOTOTRANSISTOR. Has made the automation system using a blower in the chimney phototransistor. This device is used to monitor the state of smoke in the stack using the sensor phototransistor, if you smoke in a state of many then the blower will live marked with LED lights red, the results of monitoring are displayed on the LCD. This system consists of a series of minimum system microcontroller, power supply circuits, circuits and sensors on the blower relay circuit for microcontroller programming using BASCOM-AVR. Testing was conducted on the linearity of the ADC, power supply testing, testing the LCD, and sensor testing. From the test results obtained by the correlation coefficient value of 0999, the linear equation y = 1.000x - 0.449 and power supply voltage of 4.97 and 11.97volts.

Keywords: Smoke, phototransistor, Blower

PENDAHULUAN

Ilmu pengetahuan dan teknologi kini berkembang dengan cepat, begitu pula kemajuan bidang industri. Dimana terdapat banyak pabrik yang beroperasi, pabrik tersebut mempunyai salah satu elemen penting bagi proses pembuangan asap sebagai akibat dari proses pembakaran yaitu cerobong asap. Dengan adanya cerobong asap maka proses

pembuangan asap dapat dikendalikan misalnya dengan mengukur ketinggian cerobong yang akan dipakai, supaya asap yang terbuang tidak membahayakan masyarakat dan lingkungan di sekitar pabrik. Cerobong asap mempunyai komponen penyusun yang banyak, salah satunya adalah blower[1].

Istilah blower pertama kali di perkenalkan dalam dunia teknik seperti mesin pabrik, mesin


STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA Nugroho T.S., dkk 292

pembangkit dll. Berasal dari bangsa Jerman yang mempunyai arti penghisap. Blower merupakan komponen utama pada cerobong asap karena memiliki fungsi diantaranya : 1. Blower dapat menyerap atau menghisap asap

dan debu yang dihasilkan dari proses pembakaran yang berada di dalam cerobong.

2. Blower juga bisa memudahkan sistem kerja pada sebuah pembangkit yang yang sedang beroperasi.

3. Mempermudah sistem pertukaran udara di dalam cerobong.

4. Mencegah terjadinya penumpukan jumlah asap di dalam cerobong.

Pada penelitian ini dibuat alat untuk otomasi blower pada cerobong asap menggunakan phototransistor, dimana nantinya blower akan bekerja (on/off) sesuai dengan masukan yang diterima oleh sensor phototransistor.

DASAR TEORI

Partikullat Matter

Penyumbang pencemaran udara terbesar adalah sektor industri yang menggunakan bahan bakar fosil sebagai pembangkit tenaga dan emisi kendaraan bermotor yang menghasilkan senyawa-senyawa kimia berbahaya bagi atmosfer. Partikullat Matter adalah salah satu zat pencemar udara berupa butiran halus dan merupakan percampuran berbagai bahan organik maupun non-organik dengan diameter sangat kecil mulai dari 1 mikron sampai 500 mikron yang menyebar bebas di udara, sehingga dapat lebih berbahaya daripada polutan lain. Partikullat Matter yang sering disebut sebagai asap atau jelaga merupakan pencemar udara yang paling kentara, dan juga paling berbahaya (2).

Cerobong asap

Sejalan dengan berkembangnya bidang industri di negara Indonesia, maka semakin banyak berdiri pabrik-pabrik yang menggunakan cerobong asap. Dimana di dalam sistem cerobong asap terdapat salah satu komponen penting yaitu blower, blower tersebut berfungsi menyerap atau menghisap asap dan debu yang dihasilkan dari proses pembakaran yang berada di dalam cerobong, blower juga bisa mempermudah sistem pertukaran udara di dalam cerobong dan juga bisa mencegah terjadinya penumpukan jumlah asap di dalam cerobong[1].

Blower

Blower merupakan alat yang sangat berguna di dalam cerobong asap, diantaranya untuk menyerap atau menghisap asap dan debu yang dihasilkan dari

proses pembakaran yang berada di dalam cerobong, blower juga bisa mempermudah sistem pertukaran udara di dalam cerobong, dan blower dapat mencegah terjadinya penumpukan jumlah asap di dalam cerobong.

Jenis-jenis blower[3]

Blower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi sampai 1,20 kg/cm2. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan tekanan negatif untuk sistem vakum di industri. Blower sentrifugal dan blower positive displacement merupakan dua jenis utama blower.

Blower sentrifugal

Blower sentrifugal terlihat lebih seperti pompa sentrifugal daripada fan. Impelernya digerakan oleh gir dan berputar 15.000 rpm. Pada blower multi-tahap, udara dipercepat setiap melewati impeler. Pada blower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyak belokan, sehingga lebih efisien. Blower sentrifugal beroperasi melawan tekanan 0,35 sampai 0,70 kg/cm2, namun dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi. Satu karakteristiknya adalah bahwa aliran udara cenderung turun secara drastis begitu tekanan sistem meningkat, yang dapat merupakan kerugian pada sistem pengangkutan bahan yang tergantung pada volum udara yang mantap.

Oleh karena itu, alat ini sering digunakan untuk penerapan sistem yang cenderung tidak terjadi penyumbatan.

Blower jenis positive-displacement

Blower jenis positive displacement memiliki rotor, yang "menjebak" udara dan mendorongnya melalui rumah blower. Blower ini menyediakan volum udara yang konstan bahkan jika tekanan sistemnya bervariasi. Cocok digunakan untuk sistem yang cenderung terjadi penyumbatan, karena dapat menghasilkan tekanan yang cukup (biasanya sampai mencapai 1,25 kg/cm2) untuk menghembus bahan-bahan yang menyumbat sampai terbebas. Blower berputar lebih pelan daripada blower sentrifugal (3.600 rpm) dan seringkali digerakkan dengan belt untuk memfasilitasi perubahan kecepatan.

Gambar 1. Foto Blower[3]



Pada penelitian ini blower yang digunakan adalah jenis kipas DC 12 volt, dimana blower ini sudah mampu untuk menghisap asap yang berada di dalam cerobong asap agar dapat segera dikeluarkan dari cerobong.

Phototransistor

Phototransistor merupakan salah satu komponen yang berfungsi sebagai detektor cahaya yang dapat mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik. Karena itu phototransistor termasuk dalam detektor optik. Phototransistor dapat diterapkan sebagai sensor yang baik, karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan komponen lain yaitu mampu untuk mendeteksi sekaligus menguatkannya dengan satu komponen tunggal. Phototransistor memiliki beberapa karakteristik yang sering digunakan dalam perancangan (4), yaitu: 1. Dalam rangkaian jika menerima cahaya

akan berfungsi sebagai resistan. 2. Semakin tinggi intensitas cahaya yang

diterima, maka semakin besar pula resistan yang dihasilkan.

3. Menghantarkan arus saat ada cahaya yang mengenainya.

4. Penerimaan cahaya dilakukan pada bagian basis.

5. Apabila tidak menerima cahaya maka tidak akan menghantarkan arus. Berdasarkan sifat-sifat dan cara kerja dari

phototransistor tersebut, maka perubahan cahaya yang kecil dapat dideteksi. Oleh karena itu phototransistor digunakan sebagai detektor cahaya yang peka.

Pada penelitian ini sensor dipasang di dalam cerobong asap, berhadapan dengan led transmitter sehingga cahaya dari led dapat tertangkap dengan baik oleh sensor. Sedangkan asap yang lewat diharapkan dapat melewati diantara led dan sensor sehingga dapat mengurangi intensitas cahaya dari led yang menuju sensor. Gambar 2 merupakan simbol dan Gambar Phototransistor.

Gambar 2. Simbol dan Gambar Phototransistor

Mikrokontroler AVR ATMEGA8535

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 Bit, sehingga semua instruksi dikemas dalam kode

16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. Dan ini sangat membedakan sekali dengan instruksi MCS-51 (Berarsitektur CISC) yang membutuhkan siklus 12 clock. RISC adalah Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set Computing (5). AVR dikelompokkan ke dalam 4 kelas, yaitu ATtiny, AT90Sxx, ATMEGA, dan AT86RFxx. Dari kesemua kelas yang membedakan satu sama lain adalah ukuran onboard memori, on-board peripheral dan fungsinya, dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan hampir sama. Konfigurasi pin ATMEGA8235 ditunjukan pada Gambar 3.

Gambar 3. Konfigurasi Pin ATMEGA8535

ADC internal ATMEGA 8535

ADC adalah kepanjangan dari Analog to Digital Converter yang artinya pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroler. Untuk aplikasi yang berbasis mikrokontroler mungkin tidak ada masalah dalam penggunaan ADC karena saat ini telah bermunculan mikrokontroler yang sudah built-in ADC atau menggunakan ADC eksternal. Pada penelitian ini digunakan ADC built-in yang sudah ada di dalam mikrokontroler ATMEGA8535 (6).

LCD 16X2 (Liquid Crystal Display)

LCD adalah suatu display dari bahan cairan kristal yang pengoperasiannya menganut sistem dot matrix. Pada Gambar 4 adalah LCD 16x2 yang dipakai untuk pembuatan alat, LCD banyak diaplikasikan untuk alat-alat elektronika seperti kalkulator, laptop, handphone dsb. Komunikasi data yang dipakai menggunakan mode teks, artinya semua informasi yang dikomunikasikan memakai kode American Standard Code for Information Interchange (ASCII). Seluruh pengiriman data ke LCD adalah melalui saluran data DB4 DB7. kombinasi sinyal



RS, RW dan E sangat menentukan dalam proses pengiriman data ke LCD. Kombinasi sinyal tersebut adalah:

1. jika RS = 0, RW = 0 dan E berubah dari 1 ke 0, maka data yang dikirim adalah perintah yang harus dilaksanakan oleh mikroprosesor pada LCD.

Gambar 4. LCD Display 16 x 2

2. Jika RS = 1, RW = 0 dan E berubah dari 1 ke 0, maka data yang dikirim kode ZSCII yang ditampilkan

METODE

Pembuatan otomasi blower pada cerobong asap ini dapat diperinci sesuai pada Gambar 5. Untuk mengolah tegangan analog dari sensor phototransistor digunakan ADC internal ATMEGA8535. Kemudian mikrokontroler ATMEGA8535 mengirimkan sinyal untuk mengaktifkan relay sehingga blower juga akan aktif, mikrokontroler juga memproses data tersebut untuk selanjutnya ditampilkan pada LCD dan nyala LED

Gambar 5. Blok Diagram Otomasi Blower pada Cerobong Asap Menggunakan Phototransistor

Keluaran sensor phototransistor yang mempunyai tegangan maksimal 5 volt masih berupa sinyal analog, tegangan ini kemudian dimasukan ke ADC internal mikrokontroler ATMEGA8535. Tegangan ini kemudian diproses oleh mikrokontroler untuk diubah menjadi data digital kemudian dikirim ke relay agar relay dapat menghidupkan/mematikan blower sesuai dengan masukan dari sensor, kondisi tersebut ditampilkan dalam nyala LED dan LCD agar dapat dibaca dengan cepat dan mudah.

Rangkaian Sensor

Rangkaian sensor ini terdiri dari rangkaian led transmitter dan rangkaian sensor phototransistor yang dipasang saling berhadapan dan diharapkan asap dapat melewati keduanya. Sensor phototransistor ini digunakan untuk menangkap pancaran sinar led sekaligus untuk mendeteksi adanya object (asap) yang melewati sensor tersebut. Bentuk fisik phototransistor mirip dengan LED

biasa namun berwarna hitam. Gambar 6. adalah rangkaian bagian sensor yang mendapat catu daya sebesar 5 volt (7).

Gambar 6. Gambar Rangkaian Sensor Phototransistor.



Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATMEGA8535

Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATMEGA8535 dibuat dengan memasang kristal dengan frekuensi detak sebesar 11,0592 MHz dan kapasitor sebesar 22 pF yang dihubungkan dengan pin XTAL1 dan XTAL2 dari mikrokontroler agar diperoleh sumber clock. Tombol reset berfungsi untuk mereset program yang sudah tertanam dalam IC tersebut. Reset tersebut diperoleh dengan prinsip menghubungkan pin reset dari mikrokontroler (pin9) dengan logika 1 atau 5 volt. Pin reset tidak langsung

dihubungkan dengan tegangan masukan 5 V, namun ditambah dengan kapasitor. Rangkaian ini juga dilengkapi dengan IC LM7805 yang berfungsi sebagai regulator 5 V dan LED yang berfungsi sebagai indikator bahwa rangkaian minimum sistem sudah menyala. Pada AVCC dan AREFF dipasang lilitan yang berfungsi untuk menghindari perbedaan tegangan sebesar 0.3 V dengan VCC. Data yang telah diolah oleh mikrokontroler kemudian dikirimkan ke LCD melalui port D dan nyala LED melalui port C.

Gambar 7. Rangkaian Mikrokontroler

Secara umum, proyek akhir ini menggunakan phototransistor yang merupakan salah satu piranti photodetektor. Phototransistor memiliki karakteristik gabungan antara photodiode dengan transistor. Berkas cahaya dari led super bright hanya lewat didepan phototransistor dan tidak jatuh langsung

pada permukaan phototransistor. Ketika suatu benda memasuki daerah berkas cahaya, benda tersebut akan memantulkan berkas cahaya yang menimpanya ke segala arah. Sebagian pantulan berkas-berkas cahaya ini akan jatuh ke permukaan phototransistor sehingga timbul perubahan arus kolektor



phototransistor. Perubahan arus kolektor phototransistor ini dikonversi menjadi perubahan tegangan dengan sebuah resistor pembagi tegangan yang dipasang seri terhadap sumber tegangan, dikuatkan hingga mencapai level input ADC kemudian dikonversi ke data digital agar dapat tertampil dalam LCD dan LED. Selanjutnya perubahan tegangan tersebut akan mempengaruhi kerja blower, semakin tebal asap pada cerobong maka blower akan berputar.

Agar perangkat dapat bekerja sesuai yang diinginkan, maka dilakukan pemrograman pada mikrokontroller ATMEGA8535. Program sumber ditulis dengan Bahasa Basic dengan software Bascom-AVR V.1.11.9.5. Sedangkan piranti untuk meng-upload program tersebut ke mikrokontroler digunakan software PonyProg 2000 dengan kabel downloader(6).

Pembuatan Rangkaian Relay pada Blower

Gambar 9. Rangkaian Relay pada Blower

.

Gambar 10. Diagram proses pengambilan data tegangan analog pada mikrokontroler



Rangkaian relay pada sistem ini digunakan untuk menghidupkan atau mematikan blower untuk membuang asap keluar dari cerobong . Pengujian rangkaian relay dilakukan dengan membuat rangkaian seperti pada Gambar 9. Pembuatan ini menggunakan relay DC 5 volt yang dihubungkan dengan port B pada mikrokontroler yang berfungsi untuk mengaktifkan relay dengan tegangan 5 volt DC. Sedangkan relay dihubungkan ke supply DC12 volt yang berfungsi untuk menghidupkan blower dengan mode normally open, kemudian terminal S1 dihubungkan ke blower dan terminal O1 dibiarkan tidak terpasang. Jika relay mendapat tegangan 5 volt dari mikrokontroler maka saklar S1 akan menutup sehingga blower akan hidup.

Perancangan Perangkat Lunak

Diagram alir program mikrokontroler yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 10

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Pengujian ADC Internal ATMEGA8535

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kelinieritasan dari ADC yang digunakan. Pengujian yang dilakukan adalah mengamati hasil ADC internal ATMEGA8535 dengan cara memberikan masukan tegangan analog DC dari sebuah potensiometer. Tegangan analog yang dimasukan divariasi dengan kenaikan setiap 100 mV. Kemudian tegangan analog yang dimasukan diukur, hasil konversi yang ditampilkan pada penampil LCD diamati, dihitung berapa hasil konversi secara ideal.

Gambar 11. Grafik Hubungan ADC ideal vs ADC terukur

Dari data dan grafik pengujian yang didapatkan dapat dilihat bahwa kerja dari ADC internal mikrokontroler ATMEGA8535 ini telah sesuai dengan yang diharapkan. Karena didapatkan koefisien korelasi sebesar 0.999. Dari grafik plot diatas diperoleh persamaan linier y = 1,000x - 0,449

Pengujian Sensor Phototransistor

Untuk pengujian sensor phototransistor dilakukan

dengan cara mencari nilai ADC dari sensor tersebut. Yaitu nilai ADC saat sensor terkena cahaya dari led transmitter serta saat sensor tidak terkena cahaya dari transmitter dan kemudian menampilkannya ke dalam LCD untuk diamati. Gambar 12 dan Gambar 13 adalah hasil pengujian sensor yang ditampilkan pada Liquid Crystal Display, sedangkan untuk hasil pengujian ditunjukan oleh Tabel 1.

Gambar 12. Pengujian Sensor Phototransistor saat tidak ada asap.



Gambar 13. Pengujian Sensor Phototransistor saat ada asap

Tabel 1. Hasil pengujian sensor ketika terkena dan tidak terkena cahaya

No Status Sensor Nilai ADC Tegangan (volt) Kondisi

blower NyalaL

ED

1 Tidak ada asap 0-950

0-4,5

Mati

Hijau

2 Saat ada asap 951-1023

4,6-5

Hidup

Merah

Berdasarkan hasil pengujian pada Tabel 1, maka sensor phototransistor dikatakan sudah teruji karena sensor ini mampu membedakan keadaan saat berada pada kondisi sensor terkena cahaya maupun tidak terkena cahaya. Ketika kondisi cahaya penuh maka sensor akan memberikan nilai ADC 813 dengan kondisi blower mati dan led warna hijau menyala, dan jika sensor terhalang / tidak terkena cahaya maka nilai ADC 970 dan max 1023 dengan kondisi blower hidup dan led warna merah menyala.

KESIMPULAN

1. Telah dibuat sistem otomasi blower pada cerobong asap menggunakan phototransistor yang dapat berfungsi dengan baik yang ditandai dengan lampu led menyala hijau bila tak ada asap dan merah bila ada asap.

2. Hasil keluaran dari sensor adalah 0-4,5 volt adalah sebanding dengan 950 nilai ADC dianggap tidak ada asap dan 4,6-5 volt sebanding dengan 951- 1023 pada ADC dianggap ada asap, hasil tersebut diproses oleh mikrokontroler ATMEGA8535 dan ditampilkan dalam LCD.

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim1. 2009. kegunaan blower. (www.google.com dikutip 9 Juli 2010)

2. Catur Edi Widodo. 2003. Pembuatan Alat Pendeteksi Kebakaran Dengan Detektor Asap. FMIPA UNDIP. Semarang

3. Anonim5.(http://www.google.com/images?oe=UTF8&gfns=1&q=blower%20centrifugal

&um=1&ie=UTF8&source=og&sa=N&hl=en&tab=wi&biw=1280&bih=607 diakses 07 Agustus 2010)

4. Anonim2. 2008. Fototransistor. (http://www.shatomedia.com dikutip 15 April 2010)

5. Anonim 6. 2006. 8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash ATMEGA8535 ATMEGA8535L. Atmel Corporation. (http://www.atmel.com dikutip : 7 Februari 2010)

6. Wardhana, L. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMEGA8535. Penerbit Andi. Yogyakarta

7. Anonim 3. (http://elektrokita.blogspot.com/2008/11/ldr-sebagai-sensor.html diakses 07 Agustus 2010)

TANYA JAWAB

Pertanyaan:

1. Dalam sistem rancangan ini menggunakan sensor Photo transistor, rangkaian op amp jenis apa agar di dapat sinyal linear? (Toni S., ST.)

2. Kenapa tidak ditampilkan op amp pada gambar diagram blok sistem? (Toni S., ST.)

3. Transducer apa saja yang ada untuk mengukur ketebalan asap? (Joko Sumanto)



Jawaban:

1. Pada rangkaian ini, belum menggunakan pengkondisi sinyal sehingga hasilnya tidak linear

2. Pada blok diagram power supply tidak digambar tapi pada gambar rangkaian sudah lengkap

3. Ada banyak transducer yang dapat dipakai untuk mengukur ketebalan asap, akan tetapi pada penelitian ini menggunakan phototransistor.

document35

Documents