TUGAS AKHIR

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

KONTROL SUHU EVAPORATOR PADA LEMARI ES

SATU PINTU

Oleh:

PUTU DHARMA SANJAYA

0605031032

JURUSAN D3 TEKNIK ELEKTRONIKAFAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHASINGARAJA

2010

BAB III

METODOLOGI

3.1. Perancangan Alat

Adapun langkah-langkah dalam melaksanakan perancangan alat

adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini:

Gambar 3.1 Flowchart pembuatan rangkaian kontrol suhu

Flowchart di atas merupakan gambaran mengenai tahapan demi tahapan

dalam melaksanakan proses pembuatan rangkaian kontrol suhu evaporator yang

dimulai dari awal hingga akhir sebagai berikut :

56

1. Tahap pertama yang dilakukan adalah melakukan pengumpulan data tentang

teori yang berkaitan dengan alat yang akan dibuat. Hal ini dilakukan agar

memudahkan dalam tehnik perhitungan, penentuan nilai-nilai komponen dan

pengenalan-pengenalan karakteristik komponen yang akan dipakai

2. Tahap kedua yaitu pengumpulan bahan alat ini merupakan persiapan

pengumpulan bahan-bahan awal sebelum merancang dan pembuatan kontrol

suhu evaporator. Agar nantinya tidak menghambat dalam pembuatan alat

selanjutnya.

3. Tahap ketiga yaitu melakukan rancangan desain rangkaian beserta nilai-nilai

komponen yang terpasang berdasarkan hasil perhitungan yang didapat juga

perancangan kontruksi alat kontrol suhu evaporator dan perancangan

kontruksi intalasi kabel instalasi ke kontrol suhu serta perancangan kontruksi

penempatan sensor LM35DZ di evaporator.

4. Tahap keempat yaitu melakukan persiapan pembuatan alat dengan mengecek

skema alat yang sudah disiapkan.

5. Tahap kelima yaitu melakukan pengumpulan komponen-komponen

elektronika yang akan dipakai dalam menyusun rangkaian yang telah

ditentuan berdasrakan hasil perancangan.. Apabila komponen yang dibutuhkan

tidak tersedia dalam ranncangan maka pada blok yang memakai komponen

tersebut dilakukan proses modifikasi atau penggantian komponen yang baru

dan memiliki fungsi yang sama. Jika semua komponen semua komponen

tersedia di pasaran maka dapat dilanjutkan pada tahap berikutnya.

6. Tahap keenam memasang komponen-komponen pada breadboard serta

mengatur tata letak komponen yang digunakan agar kelihatan rapi dan

memperhitungkan jalur pengkabelan supaya kelihatan tidak saling menyilang.

7. Tahap ketujuh yaitu meninjau kembali rangkaian yang sudah dirakit apakah

nilai komponen-komponen yang digunakan sudah sesuai dengan rancangan

pada gambar serta jalur-jalur pengkabelannya. Selanjutnya pengujian

rangkaian dilakukan. Apabila terjadi kesalahan (rangkaian tidak bisa bekerja)

maka dalam proses ini dilakukan pemeriksaan rangkaian yang dimulai dari

nilai komponen, jalur pengkabelan, dan penyolderannya. Jika tidak terjadi

kesalahan dalam tahap ini, maka dapat dilakukan proses berikutnya.

8. Tahap kedelapan yaitu melakukan proses perancangan jalur pola PCB, pada

proses ini terdiri dari beberapa pertimbangan :

Ø Yang dilakukan ialah menentukan tata letak komponen agar kelihatan rapi.

Ø Memperhitungkan jalur rangkaian agar tidak kelihatan saling menyilang.

Ø Menyesuaikan ukuran rancangan gambar pola PCB dengan lembar

pertinak lapis tembaga.

Bila pertimbangan-pertimbangan di atas sudah terpenuhi, selanjutnya

membuat pola PCB. Untuk mendapat hasil gambar yang lebih bagus, maka

penulis menggunakan suatu program pada komputer dengan program

diptrace.

9. Tahap kesembilan yaitu dilakukan proses perakitan rangkaian pada pola PCB.

Yang dilakukan ialah meletakkan komponen-komponen yang dibutuhkan

sesuai dengan nilai dan gambar rancangan, setelah itu dilanjutkan dengan

menyolder kaki-kaki komponen. Kaki komponen yang telah disolder dipotong

agar kelihan rapi. Proses ini merupakan proses akhir untuk membuat

rangkaian pola PCB permanen.

10. Tahap kesepuluh yaitu proses pengujian alat, alat yang sudah selesai dirakit

ditinjau kembali dari nilai-nilai komponen, jalur pengkabelannya, dan tata

letaknya. Bila sudah terpenuhi maka dilanjutkan dengan pengujian rangkaian.

11. Selanjutnya pemasangan rangkaian kontrol suhu evaporator pada cassing alat.

Setelah tahapan-tahapan yang dilakukan diatas selesai dan alat sudah

bekerja dengan normal sesuai dengan yang diharapakan maka selajutnya

menuju proses tahapan akhir yaitu pembuatan laporan tugas akhir.

3.1.1 Perancangan dan Pembuatan Konstruksi dan Desain Alat

Dalam perancangan dan pembuatan konstruksi dan desain alat kontrol

suhu evaporator agar dalam pembuatannya dapat berjalan dengan baik dan lancar

maka susunan perancangan mengikuti tahapan-tahapan berikut ini. dengan

spesifikasi lemari es :

v Merek : Uchida, Model VR-123.

v Volt : 220 Volt

v Cycle : 50 Hz

v Watt : 68 watt

v Refrigeran : R134A

v Ampere : 0,85A

Tahapan-tahapan pembuatan konstruksi dan desain alat dapat dijelaskan dengan

tahapan-tahapan di bawah ini :

1. Perancangan Konstruksi Elemen Panas di Evaporator

2. Perancangan Konstruksi Instalasi Kabel Kontrol

3. Perancangan Kontruksi Penyangga IC Sensor LM35

4. Perancangan casing alat

3.1.1.1 Perancangan Konstruksi Elemen Panas di Evaporator

Perancangan kontruksi elemen pemanas pada gamabar 3.2 dibuat

sedemikian rupa yang dimana elemen pemanas berbentuk persegi yang

dilapsi aluminium dipasang atau ditempel pada permukaan evaporator

secara horizontal. Agar pemasangan kuat dan tahan terhadap air, elemen

pemanas dilapisi plester aluminium, pemasangan elemen pemanas di

tempel pada posisi tengah-tengah dan pinggiran depan karena posisi inilah

yang tepat untuk mencairkan bunga es yang menempel pada permukaan

evaporator

Gambar 3.2 pemasangan elemen pemanas pada evaporator

dilihat dari bawah

3.1.1.2 Perancangan Konstruksi Instalasi ke Kabel Kontrol

Perancangan instalasi kabel kontrol dipasang disamping kanan body

lemari es dapat dilihat pada gambar 3.3 yang dibungkus selang plastik

bening agar keliatan rapi dan mencengah kerusakan akibat kabel terjepit

tembok, digigit hewan, maupun yang disebabkan oleh manusia. Untuk

instalasi kabel catu daya dipakai kabel serabut yang ukuran sedang dengan

kabel warna merah berkutub positif dan kabel warna hitam berkutub

negatif. Untuk kabel listrik elemen pemanas dipakai kabel serabut ukuran

1,5cm.Sedangkan Kabel output dari LM35 dipakai kabel pita berjumlah 3

kabel dengan dilapisi selang plastik kecil.

Gambar 3.3 Konstruksi Instalasi ke kabel kontrol suhu evaporator

3.1.1.3 Perancangan Kontruksi Penyangga IC Sensor LM35

Untuk perancangan penyangga IC sensor LM35 dipakai pelat

aluminium yang dibuat segi empat dengan tumpuan pelat aluminium yang

ditempel. Fungsi dari aluminium yang dibentuk segi empat ini untuk sebagai

pembatas antara es dan LM 35. karena LM tidak tahan terhadap air. Sehingga

Kabel disambungpada kabel AClemari es

LM 35 hanya mensensor suhu di sekitar evaporator. Untuk kontruksi antara

pelat dengan LM 35 dapat dilihat pada gambar 3.4

10cm

5cm

Gambar 3.4 Konstruksi Kontruksi Penyangga IC Sensor LM35

3.1.1.4 Perancangan casing alat kontrol dan catu daya

Perancangan casing rangkaian kontrol menggunakan kotak besi yang

sering dipakai untuk box trafo 2 ampere yang dapat dilihat pada gambar 3.5

Karena bentuknya yang pas dengan ukuran PCB rangkaian kontrol suhu

evaporator dan catu daya. Cassing sudah terdapat lubang kabel sehingga

keliahatan rapi. Pemasangan casing kontrol suhu evaporator dipasang diatas

body lemari es. Dan sebagai pengaman dari terjadi konslet antara PCB dengan

body diperlukan baut yang diisi pada lubang baut yang dirangkai sesuai kotak.

Untuk pendinginan rangkaian dipasang kipas angin ukuran kecil yang

menempel pada cassing. Dalam casing terdapat rangkaian catu daya, trafo 1

ampere, rangkaian kontrol suhu evaporator.

6,8cm

9,8 cm 13,8 cm

Gambar 3.5 Konstruksi casing alat kontrol dan catu daya

3.1.2 Perancangan dan Pembuatan Rangkaian

Dalam pembuatan dan perancangan alat rangkaian kontrol suhu evaporator

dalam pengontrolan elemen pemanas secara close loop dibuat rangkaian saklar

suhu ON/OFF. Agar dalam pembuatannya teratur dan sesuai dengan yang

diharapkan maka dikerjakan sesuai dengan tahapan-tahapan berikut ini :

1. Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan ( Vref )

2. Perancangan Rangkaian Sensor Suhu ( Vin )

3. Perancangan Rangkaian Penyangga/Buffer

4. Perancangan Rangkaian Penguat Selisih/Komparator

5. Perancangan Rangkaian Driver Relay

6. Perancangan Rangkaian Catu Daya 12V DC

Kalau digambarkan secara keseluruhan sesuai dengan tahapan-tahapan di atas

maka dapat dilihat pada Gambar 3.6 di bawah ini.

Gambar 3.6. Blok Rangkaian Kontrol Suhu Evaporator

Dari Gambar 3.6 di atas dapat dijelaskan bahwa terdapat dua masukan

yang akan memasuki komparator yaitu pembagi tegangan dan sinyal fedback dari

sensor suhu. Dalam rangkaian komparator terdapat istilah tegangan referensi

(Vref) dan tegangan input ( Vin ) atau tegangan masukan. Pembagi tegangan

sebagai tegangan referensi ( Vref ) dan sinyal feedback dari sensor suhu LM35 DZ

sebagai tegangan input-an ( Vin ). Besarnya tegangan input-an dapat berubah-ubah

sejalan dengan berubahnya suhu yang disensor oleh LM35 DZ. Dengan adanya

dua masukan yang menuju komparator, maka komparator akan merespon dan

akan bekerja untuk memproses dua masukan tersebut untuk melakukan proses

perbandingan dengan hasil error. Error dapat berpolaritas negatif ( - ) atau

berpolaritas positif ( + ) untuk mengakibatkan transistor sebagai saklar berada

pada titik saturasi/jenuh error yang dirancang.

Hasil dari perbandingan/error selanjutnya masuk ke blok rangkaian

transistor yang membuat transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sehingga

berpengaruh nanti terhadap sensitifitas kinerja rangkaian kontrol ON/OFF.

Selanjutnya output LM358 dengan polaritas positif (+) sebesar 0,77 V akan

membuat transistor yang difungsikan sebagai switching mencapai titik

saturasi/jenuh. Akibat dari titik saturasi transistor tersebut relay yang difungsikan

sebagai saklar akan aktif, arus yang mengalir ke elemen pemanas akan

memutus/berhenti menghasilkan panas. Selanjutnya apabila Vref lebih kecil dari

Vin LM35 DZ, Vout dari rangkaian penguat selisih/komparator akan berpotensial

negatif yaitu sebesar -0,77 V. Transistor yang difungsikan sebagai switching tidak

mencapai titik saturasi, relay akan terbuka kontakknya elemen pemanas akan

terlaliri arus listrik kembali dan bekerja menghasilkan panas

Dalam perancangan alat kontrol suhu evaporator udara terdapat satu

rangkaian penguat selisih/komparator dangan satu Vinput-an. digunakan untuk

kontrol ON/OFF elemen pemanas. Pensaklaran elemen pemanas sesuai dengan

set-point yang telah ditentukan dari sebuah relay dengan sebuah transistor A1015

yaitu Q1 yang mengontak relay. Prinsif kerja untuk menggerakkan transistor

sebagai saklar mencapai titik saturasi sama dengan kontrol ON/OFF elemen

pemanas. Penguat selisih/komparator dengan error sebesar 0,77 V akan

mengakibatkan transistor mencapai titik saturasi.

3.1.2.1 Blok Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan ( Vref )

Dalam perancangan tegangan referensi yang presisi dapat dilihat pada

Gambar 3.7 di bawah ini

Gambar 3.7 Pembagi Tegangan Sebagai Tegangan Referensi

Dari Gambar 3.7 di atas untuk memperoleh tegangan referensi yang presisi

digunakan TL431 sesuai dengan datasheet (+2.5V precision voltage reference)

berfungsi sebagai regulator dengan output +2.5V. alasan digunakannya TL431 ini

adalah agar nantinya tegangan maksimal output-nya tidak melebihi tegangan +2,5

V sehingga membandingkan dengan tagangan output LM35 DZ tidak terlalu jauh.

Trimpot 2.2K (VR1) dan R3 1.2K membentuk rangkaian pembagi tegangan yang

akan menentukan harga tegangan refrensi (Vref) 0V/0ºC - 1,62V/162ºC. R4

ditentukan nilainya sebesar 1K. R4 ini digunakan untuk membatasi arus langsung

melalui IC TL431 sesuai dengan datasheet. Melalui persamaan ( 2-4 ) maka dapat

diperoleh Vout maksimal dari pembagi tegangan adalah sebesar :

TmVVout .10=

VataumVxmVVout

30,03003010

==

V

xV

KKKxV

RRRxVinVout

617.1

647.05.2

2.22.12.25.2

212

=

=

W+WW

=

+=

3.1.2.2 Blok Perancangan Rangkaian Sensor Suhu LM35 DZ

Sebagai sensor temperatur digunakan IC LM35 DZ yang telah dikalibrasi

langsung dalam oC. Tegangan keluarannya (VOut) akan mengalami perubahan 10

mV untuk setiap perubahan temperatur 1ºC. Memenuhi persamaan (2-10) dengan

T adalah temperatur yang dideteksi dalam derajat cecius. Untuk memurnikan Vout

LM35 DZ maka dipasang pada pin 1 dan pin 2 sebuah kapasitor milar (C1) 0,1μF.

Persamaan untuk memperoleh hasil perhitungan dapat menggunakan persamaan

di bawah ini :

Misal pada suhu 30ºC, output dari LM35 DZ pada pin 2 dapat dihitung

sebesar :

Dan misalnya pada suhu 10ºC, maka output keluarannya :

VataumVxmVVout

1,01001010

==

Gambar 3.8. Rangkaian Sensor Suhu LM35 DZ

3.1.2.3 Blok Perancangan Rangkaian Penyangga/Buffer

Penyangga mempunyai penguatan hampir satu dan impedansi masukan

yang sangat tinggi dengan keluaran impedansi rendah sehingga penyangga ini

hanya menyajikan beban ringan kepada rangkaian peka. Penyangga ini akan

menerima input-an/masukan dari rangkaian pembagi tegangan yang menjadi

tegangan referensi mewakili suhu. Dalam rangkaian ini digunakan IC LM358

yang memiliki dua buah rangkaian Op-Amp.

Gambar 3.9. Konfigurasi Masing-Masing Op-Amp Pada LM358

VinVout =

VV

VinVout

16,016,0 =

=

Tujuan dari penyangga ini adalah agar tegangan tidak drop/turun karena

pembebanan oleh blok rangkaian berikutnya yaitu pada rangkaian pembagi

tegangan dan memberikan arus pendorong yang cukup bagi beban. Tegangan

keluarannya adalah sama dengan masukan. Penyangga ini mempunyai umpan

balik negatif 100% karena keluarannya disambungkan kembali langsung dengan

masukan yang membalikkan.. Rangkaian buffer dapat dilihat pada Gambar 3.10

Op-Amp IC LM358 di bawah.

Gambar 3.10. Rangkaian Penyangga/Buffer

Sesuai dengan persamaan (2-12) yang menyatakan bahwa tegangan

keluaran dari rangkaian penyangga adalah sama besar dengan tegangan masuakan

Misal Vin yang masuk ke rangkaian buffer dari pembagi tegangan Vref

adalah sebesar 0,16V maka Vout yang keluar dari rangkaian buffer adalah sebesar

0,16V juga.

3.1.2.4 Blok Perancangan Rangkaian Penguat Selisih/Komparator

Rangkaian penguat selisih ini bertujuan untuk membandingkan kedua

masukan (V1) output dari sensor suhu LM35 DZ dan (V2) output dari rangkaian

pembagi tegangan. Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian penguat selisih

.

Gambar 3.11. Rangkaian Penguat Selisih/Komparator

Rangkaian penguat selisih berfungsi membandingkan kedua masukan VRef

dan VLM35 DZ yang terlihat pada Gambar 3.11 di atas. Misalkan tegangan masukan

VLM35 DZ 0,122 V dan masukan Vref diberi tegangan acuan/referensi lebih tinggi

dari 0,122V, yaitu 0,126V maka keluaran dari penguat selisih berpotensial negatif

(-). Sedangkan apabila masuakan dari VLM35 DZ tegangannya 0,128V dan masukan

VRef diberi tegangan lebih rendah dari 0,128 V, yaitu 0,126V maka keluaran dari

penguat selisih berpotensial positif (+). Jika masuakan dari keduanya sama (VRef =

VLM35DZ) keluaran tegangan dari penguat selisih adalah 0V. Keluaran/error dari

penguat selisih dirancang agar mampu menggerakkan transistor sebagai saklar

adalah sebesar 0,77 V

( )

)(94,047.02.0

1004700)126,0128,0(

1

235

+==

WW

-=

-=

positifyaPolaritasnV

KKVV

RRVrefVinV DZLMOut

( )

V

KKVV

RRVrefVinV DZLMOut

047.00,0

100470)126,0126,0(

1

235

==

WW

-=

-=

Tegangan keluaran dari penguat selisih/komparator dapat dihitung dengan

persamaan (2-11), yaitu :

Apabila,

Vref = 0,126 V

VLM35 DZ = 0,128 V

Apabila,

Vref = 0,126V

VLM35 DZ = 0,126V

Apabila,

Vref = 0,126 V

VLM35 DZ = 0,122V

( )

)(88,147.04,0

1004700)126,0122,0(

1

235

--=-=

WW

-=

-=

negatifyaPolaritasnV

KKVV

RRVrefVinV DZLMOut

3.1.2.5 Blok Perancangan Rangkaian Driver Relay

Rangkaian saklar elektronik akan memproses keluaran/error dari

komparator, membuat transistor mencapai titik saturasi adalah sebesar 0,77V.

Tegangan sebesar 0,77V yang nantinya masuk ke kaki basis dan mengakibatkan

transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi.. Blok rangkaian saklar elektronik

mendapat sumber tegangan dari catu daya berupa tegangan dan arus searah. Saat

transistor sebagai saklar, maka transistor mengalirkan dan menghentikan arus

secara elektronik. Yang mengendalikan arus itu mengalir atau berhenti adalah

kaki basis. Apabila basis mendapat tegangan ≥ 0,77V maka basis aktif dan

mengalirkan arus melalui kaki kolektor menuju kaki emitor. Rangkaian driver

relay (penggerak relay) terdiri dari satu buah transistor, transistor difingsikan

sebagai swicth yang bekerja untuk mengaktifkan relay

Gambar 3.12. Rangkaian Penggerak Relay

Apabila basis transistor diberikan tegangan ≥ -0,77V maka arus mengalir

melalui kaki basis dan membuat transistor aktif. Karena aktif, maka mengalir arus

IE = IB + IC menuju negatif dan membuat relay aktif. Kalau relay aktif, maka dari

kondisi kontaknya terbuka kemudian tuas kontaknya ditarik dan menutup

sehingga arus terputus atau mengalir ke beban.

Pada Gambar 3.12 di atas relay dipasang pada kaki kolektor transistor,

sehingga besarnya arus kolektor (IC) sama dengan arus relay (IRelay) (IC = IRelay).

Relay tersebut memiliki resistansi sebesar 400Ω dan nilai tegangannya sebesar

12V. Dengan demikian besarnya IRelay dapat dicari dengan persamaan (2-9)

berikut.

Diketahui :

Resistansi Relay (Ohm) = 400Ω

Tegangan Relay = 12V

CElayCC VVV += Re

dc

CB

IIb

=

mAVrelayI

relayRrelayVrelayI

relayIIC

3040012

=W

=

=

=

Dari persamaan diatas didapat nilai IRelay sebesar 30mA. Agar mampu

mengantarkan arus sebesar 30mA, maka IC harus ≥ IRelay. Untuk itu transistor yang

digunakan sebagai penggerak relay yaitu transistor dengan tipeA1015, sebab

kemampuan maksimum hantar arus (IC) dari transistor tersebut adalah -150mA,

sehingga transistor aman untuk megantarkan arus relay sebesar 30mA

Di samping itu, dengan mengamati supply relay bekerja pada tegangan

nominal 12V dengan tegangan sumber 12V, maka :

Jadi dari persamaan (2.21) untuk mendapat tegangan relay nominal 12V

dengan sumber tegangan 12V dalam keadaan saturasi, maka VCE harus sama

dengan nol. Kondisi VCE = 0 adalah menyatakan transistor dalam kondisi

konduksi/menghantar (ON). Sehingga untuk membuat tansistor mengantar, maka

dibutuhkan arus basis (IB) yang dapat ditentukan dengan persamaan (2-8).berikut

ini.

mAmAI B 3030

30=

W=-

=

=-

=®+=

+=

KmA

VVR

RmAVV

IresistorIVRxresistorIV

VresistorVV

B

BES

83,186,0

7,012

.6,07,012

7,012

Diketahui :

βdc transistorA1015 = 50

Karena,

IC = IR IC = 30 mA

Maka,

Setelah nilai arus basis (IB) diketahui, maka dapat ditentukan tahanan basis

yang dipasang pada transistor tersebut adalah

Karena dipasaran tidak ada nilai resistor yang sesuai dengan perhitungan

maka digunakan resistor 10KΩ dan karena beban inductor bersifat induktif, maka

diperlukan dioda. Kegunaan dioda tersebut adalah untuk menghubung singkat

tegangan induksi yang biasanya muncul disaat saklar dalam keadaan off, sehingga

dapat menghindarkan kerusakan pada transistor. Relay 12V dengan tahanan

sebesar 400Ω di paralel dengan dioda rectifier 1N4002.

3.1.2.6 Blok Perancangan Rangkaian Catu Daya 12V DC

Rangkaian catu daya berfungsi untuk memberikan daya kepada masing-

masing rangkaian sehingga sistem beroprasi secara normal. Rangkaian catu daya

bermacam-macam tergantung dari tingkat kestabilan yang diinginkan dan

tegangan keluaran yang dibutuhkan untuk mengoprasikan suatu rangkaian.

Dengan menggunakan IC Regulator (IC penstabil tegangan) maka bentuk dari

rangkaian catu yang dibuat akan sederhana, murah dan tegangan keluaran yang

dihasilkan akan tetap konstan trgantung dari IC regulator yang dipilih dan

digunakan. Gambar 3.14 di bawah ini menunjukkan rancangan catu daya 12V

Gambar 3.13 Rangkaian Catu Daya12V DC

Prinsip kerja dari rangkaian catu daya DC di atas adalah tegangan PLN

220 volt AC diturunkan (step down) terlebih dahulu menjadi tegangan rendah

dengan bantuan trafo penurun tegangan sehingga menjadi 12V AC, karena

rangkaian membutuhkan tegangan searah maka gelombang tegangan keluaran dari

trafo skunder disearahkan dengan penggunaan dioda jembatan penyearah. Bentuk

gelombang yang disearahkan tersebut masih belum merupakan gelombang

tegangan DC murni sehingga pemasangan kapasitor elektrolit (C1) 2200μF 25V

secara paralel tersebut membantu menyaring tegangan yang masuk sehingga dapat

menghasilkan gelombang DC yang konstan. Karena rangkaian disupply oleh

tegangan 12V DC. Maka terminal keluaran pada capasitor (C1) dihubungkan

dengan IC regulator 7812. Untuk meningkatkan kestabilan tegangan keluaran

maka pada keluaran IC regulator ditambahkan dengan kapasitor (C2) 1000 μF

16V.

3.2 Cara kerja rangkaian kontrol suhu evaporator pada lemari es satu pintu

Secara terinci prinsif kerja rangkaian kontrol suhu evaporator pada lemari

es satu pintu dimulai saat suhu 300C dalam jarak maksimal 5cm dari sumber

dingin terukur oleh sensor LM 35 DZ pada suhu tertentu. Suhu pada jarak

maksimal 5cm disensor oleh LM35 DZ yang disuplai daya +12V diberi dari

rangkaian kontrol pemanas . Dengan disensornya suhu oleh sensor suhu LM 35

DZ maka dari pin ke-2 dari sensor suhu LM35 DZ sebagai Vout/tegangan

keluaran akan mengalami perubahan 10 mV untuk setiap perubahan temperatur

1ºC. Memenuhi persamaan ( 2-3 ) dengan T adalah temperatur yang dideteksi

dalam derajat celcius. Untuk memurnikan Vout LM35 DZ maka dipasang pada

pin 1 dan pin 2 sebuah kapasitor milar (C1) 0,1μF. Misal saat suhu yang disensor

oleh sensor suhu LM35 DZ adalah sebesar 12,6ºC maka Vout dari pin ke-2 sensor

suhu LM35 DZ adalah sebesar 0,128 V menurut pengukuran, sedangkan menurut

perhitungan adalah sebesar 0,126 V hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu

pengkalibrasian alat yang tidak tepat dan nilai komponen yang digunakan

memiliki toleransi yang cukup besar. Vout dari sensor suhu LM35 DZ ini akan

menjadi Vin dalam rangkaian penguat selisih/komparator nantinya. Untuk

tegangan referensi agar menghasilkan tegangan yang presisi digunakan TL431

sesuai dengan datasheet (+2.5V precision voltage reference) berfungsi sebagai

regulator dengan output +2.5V. Alasan digunakannya TL431 ini adalah agar

nantinya tegangan maksimal output-nya tidak melebihi tegangan +2,5 V sehingga

membandingkan dengan tagangan output LM35 DZ tidak terlalu jauh. Trimpot

2.2K (VR1) dan R3 1.2K membentuk rangkaian pembagi tegangan yang akan

menentukan harga tegangan refrensi (Vref) 0V - 1,62V. R4 ditentukan nilainya

sebesar 1K. R4 ini digunakan untuk membatasi arus langsung melalui IC TL431

sesuai dengan datasheet. Melalui persamaan ( 2-7 ) dalam perhitungan maka

dapat diperoleh Vout maksimal dari pembagi tegangan adalah sebesar 1,617 V

apabila dinyatakan dalam temperatur maka tegangan maksimal 1,617 V

menyatakan suhu 160ºC. Sebelum digunakan sebagai tegangan referensi (Vref)

Vout dari pembagi tegangan tadi masuk ke rangkaian penyangga/buffer. Tujuan

dari penyangga/buffer ini adalah agar tegangan tidak drop/turun karena

pembebanan pada blok rangkaian sebelumya yaitu pada rangkaian pembagi

tegangan.. Penyangga ini mempunyai umpan balik negatif 100% karena

keluarannya disambungkan kembali langsung dengan masukan yang

membalikkan sehingga tegangan keluarannya adalah sama dengan masukan.

Output dari rangkaian penyangga yaitu pada pin ke-7 akan menjadi Vref dalam

rangkaian penguat selisih nantinya. Rangkaian penguat selisih/komparator pada

IC LM358 pada Op-Amp A akan pelakukan perbadingan terhadap V1 dan V2

yang masuk ke dalam kedua input-annya. Dalam perancangan rangkaian ini Vout

dari rangkaian penyangga (Vref) terhubung dengan masukan membalik/ inverting

(+) pada komparator, sedangkan untuk Vout dari LM35 DZ (Vin) terhubung

dengan masukan tak membalik/ non inverting (-) pada rangkaian penguat

selisih/komparator. Rangkaian penguat selisih/komparator berfungsi

membandingkan kedua masukan VRef dan VLM35 DZ sehingga timbul error dari

perbandingan tersebut. Error ini dapat berpotensial negatif atau positif, misalkan

tegangan masukan VLM35DZ 0,122V dan masukan VRef diberi tegangan

acuan/referensi lebih tinggi dari 0,122V, yaitu 0,126 V maka keluaran dari

penguat selisih berpotensial negatif ( - ). Sedangkan apabila masukan dari VLM35

DZ tegangannya 0,128 V dan masukan VRef diberi tegangan lebih rendah dari

0,128V, yaitu 0,126V maka keluaran dari penguat selisih berpotensial positif ( + ).

Jika masuakan dari keduanya sama (VRef = VLM35DZ) keluaran tegangan dari

penguat selisih adalah 0V.

Hasil dari perbandingan/error selanjutnya masuk ke blok rangkaian

transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sehingga berpengaruh nanti

terhadap sensitifitas kinerja rangkaian kontrol ON/OFF. Pada saat mencapai

0,77 V akan membuat transistor yang difungsikan sebagai switching tidak

mencapai titik saturasi/jenuh. Akibat dari titik saturasi transistor tersebut relay

yang difungsikan sebagai saklar bergerak dan arus yang mengalir ke elemen

pemanas akan menyambung sehingga elemen pemanas hidup menghasilkan panas

Dalam perancangan kontrol suhu evapaporator keseluruhan akan terdapat satu

rangkaian penguat selisih/komparator dangan satu Vinput-an. diantaranya

digunakan untuk kontrol ON/OFF elemen pemanas. Pensaklaran elemen pemanas

sesuai dengan set-point yang telah ditentukan merupakan satu buah relay dengan

satu buah transistor A1015 yaitu Q1 yang mengontak satu buah relay. Untuk

menggerakkan transistor sebagai saklar mencapai titik saturasi sama dengan

kontrol ON/OFF elemen pemanas, penguat selisih/komparator dengan error

sebesar 0,77V akan mengakibatkan transistor mencapai titik saturasi dan elemen

pemanas akan dalam keadaan off. Error tersebut merupakan hasil perbandingan

terhadap Vin LM35 DZ dengan Vref tetapan yang diberikan sebesar 0,126V

mewakili suhu 12,6ºC.

3.3 Lokasi Penelitian

Sebelumnya penulis melakukan pembuatan kontrol otomatis, sebagai

langkah awal melakukan survey lemari es satu pintu yang menggunakan kontrol

manual. Tempat yang dijadikan survey yaitu bengkel perbaikan lemari es di kota

singaraja. Dalam melakukan tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat

control suhu evaporator ini dilakukan di Lab Jurusan Teknik Elektro Universitas

Pendidikan Ganesha. Perancangan dan pembuatan rangkaian kontrol suhu

evaporator ini dibuat , dikerjakan serta dilakukan pengujian alat di Work Shop

Jurusan D-3 Teknik Elektro UNDIKSHA Singaraja.

3.4 Subyek Penelitian

Subyek yang akan dijadikan sebagai bahan penelitian yang dibutuhkan

dalam pembuatan Tugas Akhir adalah beruapa kontrol suhu evaporator.

Dilakukan pengontrolan terhadap pensaklaran elemen pemanas dalam

menghasilkan panas dalam evaporator secara close loop . Subyek penelitian yang

dilakukan yaitu pada kontrol suhu evaporator, khususnya pada rangkaian

kontrolnya saja dan pengembangan kelistrikan lemari es satu pintu..

3.5 Instrumen Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan saat melakukan penelitian dapat dilihat

pada Tabel 3.1

Tabel 3.1 Nama dan Jumlah Instrumen yang Digunakan dalam Proses Penelitian

No Nama Alat Jumlah Fungsi

1 Termometer digital 1 buah Mengukur besaran suhu yang terbacadari udara dingin lemari es

2 Multitester Digital 3 buah Mengukur besaran tegangan yangterdapat pada titik-titik pengukuran

3 Multitester Analog 1 buah Mengukur besaran tegangan yangterdapat pada titik-titik pengukuran

4 Kalkulator 1 buah Membantu dalam proses perhitungan

5 Stopwacth 1 buah Membantu dalam proses pengukuranwaktu

Sedangkan peralatan-peralatan dan bahan-bahan yang digunakan dalam

pembuatan alat kontrol suhu evaporator ini dapat dilihat pada tabel 3.2 dan Tabel

3.3 sebagai berikut :

Tabel 3.2. Daftar Nama dan Fungsi Peralatan Pembuatan Alat

No Nama Alat Fungsi Jumlah

1 Soder listrik Untuk mematri pemasangan komponen 1 buah

2 Ragum Untuk penjepit dan pemipih benda kerja 1 buah

3 Gergaji besi Untuk Memotong benda kerja 1 buah

4 Bor dan matabor

Untuk membuat lubang atau rongga 1 buah

6 Kikir Besi(pipih, bulat,persegi )

Untuk membuat rata permukaan bendakerja

3 buah

7 Meteran danpenggaris

Untuk mengukur panjang atau lebar bendakerja

1 buah

8 Cutter Untuk memotong benda kerja 1 buah

9 Tang(kombinasi,cucut, potong )

Untuk memotong, mengerat benda kerja 3 buah

10 Obeng (-) (+) Untuk Pengerat baut 2 buah

11 Lem tembak Untuk mengelem benda kerja 1 Buah

Tabel 3.3. Daftar Nama Bahan-bahan Pembuatan Alat

No Nama Bahan Jumlah/Ukuran

1 Pipa PVC 1 m

2 Kipas angin kecil 1 Buah

3 Elemen Pemanas 1 Buah

4 Palster Aluminium Penambal seng. 6 m

5 Cassing Plat 1buah

6 Kaleng Cat 1 buah

8 Kabel tis 3 buah

9 Kabel AC serabut Secukupnya

10 Timah Secukupnya

11 Komponen-komponen elektronika daya (dalamrangkaian terlampir)

Secukupnya

12 Baut mur Secukupnya

13 Lem plastik Secukupnya

14 Baut ulir Secukupnya

15 Kabel kecil Secukupnya

16 Cuk AC Secukupnya

17 Kabel 3 jenis Secukupnya

18 Doubletip Secukupnya

19 Papan PCB dan pelarut Secukupnya

20 Soket Kabel 1 buah

3.6 Pengumpulan Data

1. Apabila hasil perancangan dan pembuatan telah sesuai dengan

tahapan-tahapan yang ditetapkan sebelumya maka, rangkaian kontrol

evaporator pada lemari es dilakukan pengujian perblok. Dilakukan

pencatatan dan pengumpulan data, yaitu melakukan pengukuran-

pengukuran tegangan dari tiap-tiap blok rangkaian dengan

menggunakan alat ukur multitester digital. Apabila hasil pengujian

rangkaian perblok rangkaian kontrol telah sesuai dengan yang

ditentukan melaui perancangan perhitungan sebelumnya maka proses

uji alat secara keseluruhan dilakukan. Data-data yang diambil dari

pengumpulan data untuk pengujian alat meliputi besaran tegangan

pada titik-titik pengujian, waktu yang diperlukan untuk mencapai

derajad suatu suhu, suhu yang dihasilkan oleh lemari es dalam waktu

tertentu serta kondisi elemen pemanas dalam suhu tertentu. Setelah

diperoleh data melalui pengukuran-pengukuran dan pengamatan maka

data yang didapat kemudian dilakukan analisa data.

3.7 Analisa Data

Data-data yang diambil dalam pengumpulan data sebelumnya terdiri dari

data hasil pengamatan dan pengukuran pada setiap rancangan, baik dari rancangan

konstruksi dan desain maupun data-data tentang pengujian rangkaian kontrol

elemen pemanas pada setiap blok rangkaian penunjang. Apabila telah sesuai

dengan perancangan sebelumya dengan batas toleransi yang ditetapkan maka

dilakukan pengujian alat secara keseluruhan. Pengujian alat secara keseluruhan

dimulai dengan memberikan set-point sebesar 0,126V. Waktu pencapain suatu

titik suhu, kondisi dari elemen pemanas tercatat dalam sebuah tabel yang disajikan

secara jelas. Untuk melengkapi dan memperjelas dalam pembacaan tabel maka

dibuat suatu grafik hubungan antara suhu dengan waktu yang diperlukan untuk

mencapai suatu titik suhu dalam pengujian alat. Selanjutnya dilakukan

pembahasan melalui tabel dan grafik yang dibuat.