pengering kayu

RANCANG BANGUN MESIN PENGERING KAYU YANG DIKENDALIKAN DENGANMIKROKONTROLER

Rochmad Yunus Bachtiar – 2206 030 068Animit Surya Nugroho - 2206 039 006

[email protected] STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO

Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Abstrak

Pengeringan kayu merupakan salah satu bagianterpenting dalam proses produksi pembuatan mebel. Untukproses pengeringan kayu, biasanya menggunakan pengeringansecara alami dengan bantuan sinar matahari. Dengan adanyamesin pengering kayu, proses produksi pembuatan mebel tidakakan membutuhkan waktu yang lama.

Tugas akhir ini merancang mesin pengering kayusecara otomasi yang dikendalikan dengan mikrokontroler.Pembuatan mesin pengering kayu ini adalah penyempurnaanpada mesin sebelumnya. Kelemahan dari mesin sebelumnyaterletak pada pengaturan temperatur dan kelembaban yangtidak dapat dipilih secara manual,sehingga apabila adaperubahan pada bagan pengeringannya maka akan merubahdari program keseluruhannya. Namun pada alat ini sudahdisertai dengan database pengeringan dari lima kayu. Dalammengoperasikan cukup mudah karena hanya memilih menukayu dan memberikan setting pada temperatur dankelembaban.

Untuk mengetahui penurunan dari kadar air ditentukandengan mengukur kadar air kayu dengan alat pengukur kadarair. Rata–rata penurunan kadar air dari lima jenis kayu yangdikeringkan sebesar 16,4 % dan membutuhkan waktu 237menit dengan kadar air awal tidak lebih dari 60 %. Dan rata–rata nilai persen kesalahan pada saat proses pengeringanpada lima kayu sebesar 2,47 % untuk temperatur dan 5,97 %untuk kelembaban.

Kata kunci: Pengering Kayu, Mikrokontroler, Temperatur,Kelembaban,Kadar Air.

1. PendahuluanPengeringan kayu merupakan salah satu bagian

terpenting dalam proses produksi pembuatan mebel.Untuk proses pengeringan kayu, biasanya menggunakanpengeringan secara alami dengan bantuan sinarmatahari. Dengan adanya mesin pengering kayu, prosesproduksi pembuatan mebel tidak akan membutuhkanwaktu yang lama.

Pembuatan alat tugas akhir ini pengembangandari tugas akhir semester sebelumnya milik Moch.Hudha Lesmana dengan judul pengaturan temperaturdan kelembaban pada alat pengering kayu menggunakanmikrokontroler [ 1]. Dimana kelebihan dari tugas akhirkami ini terletak pada pemilihan menu kayu yang lebihbervariasi, tetapi dalam tugas akhir ini kami mengambilcontoh hanya 5 kayu. Pengengoperasian alat tugas akhir inilebih mudah. Karena hanya memilih menu kayu danmemberikan rentang suhu dan kelembaban melaluipotensiometer dan secara otomasi pengeringan akanberlangsung sesuai dengan program dari database yangterdapat di dalam mikrokontroler. Kami juga membuatbeberapa indikator led untuk mewakili tiap menu kayu.

Dan Pengeringan kayu pada alat sebelumnya yanghanya mengacu pada suhu dan kelembaban, tetapipada alat kami telah mengacu pada tiap karakteristikkayu atau sesuai dengan suhu, kelembaban dan kadarair.

2. Teori PenunjangDalam bab ini membahas mengenai

teori penunjang dan teori dasar dari peralatan-peralatan yang digunakan dalam alat sistempengaturan temperatur dan kelembaban padasistem pengeringan kayu menggunakanmikrokontroler.2.1 Temperatur Udara. [2]

Temperatur udara adalah keadaan udara olehberbagai faktor menyebabkan udara bersifat panas,dingin, atau ditengahnya. Berbagai faktor tersebutadalah kepadatan molekul dalam udara, gerak,molekul, dan energi yang dilepaskan oleh molekul.Temperatur udara dapat diukur dengan 4 (empat)satuan derajat yaitu Kelvin (K), Celcius (C),Fahrenheit (F), dan Reamur (R).

2.2 Kelembaban Udara. [2]Istilah kelembaban menjelaskan fakta bahwa

atmosfer dapat mengandung uap air. Tingkatkelembaban yang terdapat di udara bervariasi karenasejumlah faktor. Dua faktor penting adalahpenguapan dan kondensasi. Ketika atmosfer beradadiatas lautan, sejumlah besar air akan menguap keatmosfer. Proses ini disebabkan terutama olehpenyerapan radiasi matahari dan pembangkitan panaspada permukaan laut. Dalam atmosfer kita, uap airdiubah kembali menjadi bentuk cair ketika massa airkehilangan energi panas dan mendingin. Proses inibertanggung jawab atas pembentukan awan dan jugamenghasilkan hujan yang turun ke permukaan bumi.

2.3 Dasar Pengeringan Kayu. [3],[4],[5]Prinsip-prinsip proses pengeringan buatan

sebenarnya diambil dari proses pengeringan alami(natural). Pengeringan alami dapat dikategorikandalam dua kelompok, yaitu pengeringan langsungdengan matahari (metode radiasi) dan pengeringantidak langsung, di bawah atap (metode konveksi).

2.3.1 Pengeringan Langsung (Metode Radiasi).Pengeringan langsung menggunakan energi

radiasi thermal sinar matahari untuk mengabsorbsi airdalam kayu agar menjadi uap air. Daya absorbsi radiasipanas ini banyak dipengaruhi juga oleh tingkat

Proceeding Tugas Akhir – Bidang Studi Komputer Kontrol Program Studi D3 Teknik Elektro – FTI - ITS 1

mailto:[email protected]

kelembaban udara di sekitar. Akan tetapi bila udaralembab panas, keringnya lebih lambat. Contoh nyatasehari-hari adalah pakaian basah yang dijemur di bawahterik matahari penuh, terdapat perbedaan kondisi antarasehabis hujan malam hari sebelumnya (tanah lembab) danmusim kemarau (tanah kering).

2.3.2 Pengeringan Tidak Langsung (Metode Konveksi).Kadang kita mendapatkan hari-hari yang

mendung pada siang hari. Juga harus dibedakan antaramendung sesudah hujan dan mendung sebelum hujan.Mendung sebelum hujan biasanya kondisi udara sangatpanas, terutama bila tidak ada angin. Udara menjadi panaskarena pengaruh perambatan gelombang panas pada udara

(konveksi). Demikian pula pengaruhnya pada sistempengeringan, kayu dapat diletakkan di bawah atap. Bilaudara di sekitar panas dan kering, kayu akan kering juga.Daya absorbsi udara ini dipengaruhi oleh geseran udara(angin).

2.4 Pengering Kayu Konvensional (Conventional KilnDryer), [3],[4],[5]

Oven pengering kayu konvensional paling banyakdigunakan dalam industri kayu. Oven inilah yang dinilaipaling mudah pengoperasiannya, efisiensi dan palingrendah biaya operasinya.

Pada prinsipnya, oven konvensional dapat dibagimenjadi beberapa bagian, yaitu:

1. Bangunan oven .2. Ruang kontrol , lengkap dengan peralatan kontrol

utamanya.3. Perlengkapan oven (kiln equipment).4. Peralatan penunjang lainnya, misalnya :

a. Sistem bongkar muat (charging system). b.Sistem sumber catu panas (heater plant). c.Alat kontrol kadar air (M.C. tester).

Ada dua macam kipas pada sistem utama ovenkonvensional, yaitu :

1. Sistem kipas aksial (axial fans), biasanya kapasitasmuatnya diatas 25 m3 – 250 m3.

2. Sistem kipas radial (radial fans), kapasitas muatnyadibawah 25 m3.

Perbedaan sistem ini sebenarnya berkaitan denganpenghematan biaya operasional sesuai dengan tujuanusaha. Industri interior (mebel kecil) disarankan untukmenggunakan oven pengering dengan kapasitas 25 m3,atau maksimal 35 m3 sekali muat.

Untuk industri pengerjaan kayu (woodworking),dapat menggunakan yang diatas di atas 25 m3, minimal 50m3 sekali muat.

Perbedaan kedua macam sistem kipas ini tidakbanyak mempengaruhi prinsip kerja utama, hanya untukmenekan biaya investasi dan untuk meratakan putaransirkulasi udara dalam ruang oven dengan kecepatan kira-kira 2m/detik.

2.5 Sensor LM35 [6]Integrated circuit temperature sensor terdapat dua jenisyaitu:Seri LM34 dalam skala fahrenheit dan Seri LM35dalam skala Celcius. Pada seri LM35 ini tegangan

keluarannya adalah 10 mV / C. Tiap kenaikan 1 Cakan menghasilkan kenaikan tegangan sebesar 10mV. Prinsip kerja dari sensor ini adalah suhulingkungan di ubah menjadi tegangan oleh rangkaiandi dalam IC. Dimana perubahan suhu berbandinglurus dengan perubahan tegangan .

. Konfigurasi LM 35

Bentuk Fisik sensor Temperatur LM35

2.6 Sensor RHK1AN [1],[7]Sensor RHK1AN adalah salah satu sensor untuk

mengukur tingkat kelembaban udara. Tegangan keluarandari sensor ini adalah resistansi. Resistansi di-input-kanke rangkaian signal conditioning untuk membangkitkansinyal tegangan. Jadi melalui rangkaian ini, akandidapatkan hubungan yang linier antara resistansi sensordengan tegangan keluaran.

Bentuk Fisik Sensor Kelembaban RHK1AN

2.7 Mikrokontroler.[8]AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-

bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (ReducedInstruction Set Computer). Hampir semua instruksidieksekusi dalam satu siklus. AVR mempunyai 32register general-purpose, timer/counter fleksibel denganmode compare, interrupt internal dan eksternal, serialUART, programmable Watchdog Timer, dan mode


power saving, ADC dan PWM internal. AVR jugamempunyai In-System Programmable Flash on-chip yangmengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalamsistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMEGA32

ATMEGA32 mempunyai throughput mendekati 1MIPS per MHz membuat disain sistem untuk mengoptimasikonsumsi daya versus kecepatan proses.

Beberapa keistimewaan dari AVR ATMEGA32antara lain:

1. Advanced RISC Architecture• 130 Powerful Instructions – Most Single

Clock Cycle Execution.• 32 x 8 General Purpose Fully Static

Operation.• Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz.• On-chip 2-cycle Multiplier.

2. Nonvolatile Program and Data Memories• 8K Bytes of In-System Self-Programmable

Flash• Optional Boot Code Section with

Independent Lock Bitspin

Gambar 2.4 Pin-pin ATMEGA32 kemasan 40-

• 512 Bytes EEPROM• 512 Bytes Internal SRAM• Programming Lock for Software Security

3. Peripheral Features• Two 8-bit Timer/Counters with Separate

Prescalers and Compare Mode• Two 8-bit Timer/Counters with Separate

Prescalers and Compare Modes• One 16-bit Timer/Counter with Separate

Prescaler, Compare Mode, and CaptureMode

• Real Time Counter with SeparateOscillator

• Four PWM Channels• 8-channel, 10-bit ADC• Byte-oriented Two-wire Serial Interface• Programmable Serial USART

4. Special Microcontroller Features• Power-on Reset and Programmable

Brown-out Detection• Internal Calibrated RC Oscillator• External and Internal Interrupt Sources• Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise

Reduction, Power-save, Power-down,Standby and Extended Standby

5. I/O and Package• 32 Programmable I/O Lines• 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead

PLCC, and 44-pad MLF6. Operating Voltages

• 2,7- 5,5V for ATMEGA32L• 4,5 – 5,5V for ATMEGA32

Pin-pin pada ATMEGA32 dengan kemasan 40-pinDIP (dual in-line package) ditunjukkan oleh Gambar 2.4.Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakanarsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untukprogram dan data).

3. Perancangan dan Pembuatan Alat.Pada tugas akhir yang membuat mesin pengering

kayu yang dikendalikan dengan mikrokontroler dalampengerjaannya memiliki tiga tahap, yaitu perancanganperangkat mekanik, perancangan perangkat keras danperancangan perangkat lunak.

Perancangan perangkat mekanik meliputiperancangan ruang pengering kayu yang berbentuk sepertioven, yang di dalamnya terdiri dari dua ruang. Yaituruang pengeringan dan ruang kontrol. Dalam proses awalpembuatan ditentukan terlebih dahulu bahan pembuatanrangka, bahan pembatas dinding, penentuan letak sensortemperatur, sensor kelembaban, elemen pemanas, dankipas. Sehingga perancangan dapat sesuai dengan aturanpembuatan alat yang terdapat pada literatur tentangpengeringan kayu. Pada perancangan perangkat kerasmeliputi perancangan rangkaian signal conditioning untuksensor temperatur (LM35 ), rangkaian sistim minimummikrokontroler ATmega 32L, rangkaian relay. Untukperancangan perangkat lunak meliputi program yangdibuat dengan bahasaC yang di download kemikrokontroler ATmega 32L dengan mengunakanprogram codevision AVR C compiler. ATmega 32L ini difungsikan untuk mengontrol temperatur dan kelembabanpada ruang pengeringan (oven) serta terdapat programdatabase yang berisi tentang pengeringan dari lima kayu.3.1 Perancangan Perangkat Mekanik

Dalam merancang perangkat mekanik inimerupakan perancangan miniatur yang berbentuk sepertioven. Perancangan miniatur oven pengering kayu inidisesuaikan dengan kondisi yang diperlukan untukpengeringan kayu yang dapatditampung. Dalampembuatan ini di sesuaikan literatur pengeringan kayudimana sirkulasi udara dalam ruangan dapat terjaga. Dankerapatan pada ruang pengeringan juga di perhatikan,karena kerapatan ruangan pada pengering kayu inimempengaruhi temperatur dan kelembaban. Oleh karenaitu pada miniatur oven ini dibuat dengan rapat agartemperatur dan kelembaban di dalamnya dapatdipertahankan.


3.1.1 Perancangan Kotak.Dalam merancang rangka dari miniatur yang

berbentuk oven ini buat dengan bentuk kotak dan terdiri daridua ruangan yaitu ruang pengeringan dan ruang kontrol.Pada ruang kontrol ini merupakan ruangan untuk peralatanelektronik.Ruang kontrol terletak di sebelah kiri jika dilihatdari depan dan dapat dibuka dari samping kiri, pada miniaturoven ini ruang kontrol dibuat lebih lebar dari alat tugas akhirsebelumnya karena untuk memudahkan pengecekanrangkaian elektronik atau memperbaiki pada saat terjadikerusakan pada rangkaian elektronik. Kotak terbuat daripapan mika (acrylic) dan seng dengan kerangka dari besisiku berlubang. Kerangka berukuran 60cm x 55cm x 30cm.Bahan dasar mika (acrylic) digunakan agar tampilan menjadibagus dan bahan seng ini kami pilih dengan alasan bahantersebut menghantarkan panas sehingga panas dalam ruangpengering (oven) lebih terfokus dan lebih merata. Desainkerangka kotak dapat dilihat pada Gambar 3.1.

20 cm

melalui celah – celah kayu.Pada bagaian atas dan sampingkanan oven dibuat berlubang, karena di fungsikan sebagaitempat pemasangan dari kipas DC. Pada kipas DC iniberfungsi untuk menjaga temperatur dan kelembaban agarterjaga dengan baik.

Pada tampilan depan pada minitatur oven inimenggunakan papan mika bening dengan tujuan dapatmilihat proses pengeringan, pada bagian depan ruangankontrol terdapat indikator yang berupa lampu LED sertatempat menepelnya LCD dan Keypad maupunpotensiometer sebagai pemilihan rentang suhu dankelembaban yang di inginkan. Sehingga dalampengoperasiannya menjadi lebih mudah.

Untuk pintu juga terbuat dari papan mika, yangberbeda antara ruang oven dan ruang kontrol, ruang oventerletak di bagian depan dan ruang kontrol terletakdisebelah kiri. Untuk pintu ruang kontrol hanyamenggunakan papan mika yang di sertai dengan engsel ,bertujuan untuk mempermudahkan melakukan perbaikanalat jika terdapat kerusakan atau mengatur ulang

55 cm

45 cm

1 2 3 A

4 5 6 B

7 8 9 C

* 0 # D

60 cmGambar 3.1 Kerangka Kotak.

30 cm

Rangka yang berbentuk Kotak ini berdinding daribahan seng dimana bagian dari ruang pengering (oven) padabagian atas, kanan, kiri dan belakang terdiri dari lapisanseng. Dimana lapisan dalam menggunakan seng, inibertujuan untuk menjaga suhu dalam ruangan oven agar tidakterpengaruh oleh suhu di luar. Pemasangan papan mika danseng ini dapat dilihat pada Gambar 3.2.

60cm

45cm

30cm

Gambar 3.2 Pemasangan Papan Mika Bening dan Seng untukDinding Kotak.

Bagian bawah pada ruang pengering dibuatberlubang, karena di fungsikan sebagai tempat pemasanganheater atau pemanas dan dibawah heater di sertakan kipasAC 220 Volt. Kipas dan heater di jadikan satu tempat dalampemasangan karena di inginkan panas yang merata padaruang pengering. Sehingga hasil pengeringan dapat sesuaidengan yang di harapkan dan sirkulasi udara dapat masuk

Gambar 3.3 Miniatur Oven keseluruhan.

3.2 Perancangan Perangkat Keras.Dalam merancang perangkat keras pada alat

tugas akhir ini meliputi perancangan rangkaian signalconditioning untuk sensor temperatur (LM35), rangkaianmikrokontroler ATmega 32L, rangkaian relay.

3.2.1 Cara Kerja Sistem.Penjelasan cara kerja keseluruhan dari operasi

kerja pada alat tugas akhir ini akan disajikan padaparagraph selanjutnya di bawah ini beserta diagramfungsional proses kerja secara keseluruhan dapat diilustrasikan pada Gambar 3.4 dengan ulasan cara kerjasebagai berikut :

Tegangan dari keseluruhan sistem disuplai daripower supply. Saat power supply terhubung ke teganganAC 220V, sistem ini juga memiliki back up kelistrikanyang menggunakan baterai 9 Volt yang terhubung kemikrokontroler dan lcd sehingga diharapkan data yangtersimpan ke mikrokontroler tidak hilang karenaterputusnya listrik. Sebagai permulaan, mikrokontrolerakan menampilkan menu kayu yang akan di pilih. Dimanasistem ini memiliki enam menu kayu yang dapat dipilihdan satu menu untuk sebagai demo alat. Pemilihan menutersebut menggunakan keypad 4 x 4 .

keypad 4 x 4 terdapat 6 pilihan kayu pilihankayu ini berdasarkan literatur yang kami miliki. Sehinggasistem ini memiliki database tentang pengeringan darienam jenis kayu dan kelembaban enam jenis kayu. Dan di


lanjutkan dengan memberikan rentang suhu dan kelembabanmelalui potensiometer. Pemberian rentang suhu dankelembaban ini berfungsi untuk menentukan tingkat daripengeringan kayu pada tiap – tiap jenis kayu. Berikutdatabase enam jenis kayu dalam sistem ini :

Tabel 3.1 Bagan Pengeringan Kayu Gmelina [9] Kadarair (%) Suhu (°C ) Kelembaban (%)

Segar / Basah ~

Setting

LCD

Mikrokontroler Driver

Driver

ElemenPemanas

Kipas

70 60 8270 ~ 50 65 7550 ~ 30 70 68

ADC Buffer Sensor

30 ~ 20 75 3920 ~ 15 80 39

≤ 15 85 – 90 32

Tabel 3.2 Bagan Pengeringan Kayu Mindi [9]Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%)

Segar ~ 35 50 8035 ~ 30 50 7130 ~ 25 55 7225 ~ 20 60 6220 ~ 15 65 54

≤ 15 75 - 82 43

Gambar 3.4 Diagam Fungsional Rangkaian Keseluruhan.

3.2.2 Power Supply.Untuk men-supply tegangan ke rangkaian, kami

menggunakan power supply saklar otomatis (Switched-Mode Power Supply), merk A-Case tipe LC 200C,dikarenakan power supply tersebut menghasilkantegangan konstan yang akan di berikan ke rangkaiandengan keluaran tegangan +5 Volt, +12 Volt, -12 Volt.Spesifikasi dari power supply ini dapat dilihat pada Tabel3.7

Tabel 3.3 Bagan Pengeringan Kayu Sengon Umur Tanaman± 8 Tahun [9]

Kadar air (%) Suhu (°C ) Kelembaban (%)Segar ~ 40 40 70

40 ~ 25 50 6725 ~ 20 55 5820 ~ 15 60 52

≤ 15 65 - 70 47

Tabel 3.4 Bagan Pengeringan Kayu Mangium [9]Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%)

Segar ~ 40 40 7040 ~ 25 50 6725 ~ 20 55 5820 ~ 15 60 52

≤ 15 70 47

Tabel 3.5 Bagan Pengeringan Kayu Rasamala [9]Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%)Segar ~ 40 38 86

40 38 8035 38 7330 43 6725 49 6020 54 48

≤ 15 60 38

Dari Tabel 3.1 sampai dengan Tabel 3.5pengeringan pada tiap kayu yang terdapat diatas, dibuatlahprogram database yang kemudian program tersebut diMasukan ke mikrokontroler ATmega 32L dengan bantuanprogram codevision C Compiler. Sehingga mikrokontrolertersebut dapat melakukan monitoring suhu besertakelembabannya berdasarkan literatur database diatas.

Tegangan +5 Volt digunakan untuk mencaturangkaian mikrokontroler ATmega32L, LCD danrangkaian relay. Tegangan +12 Volt dan -12 Voltdigunakan untuk mencatu rangkaian signal conditioninguntuk sensor temperatur dan rangkaian signalconditioning untuk sensor kelembaban.

Tabel 3.7 Spesifikasi Power Supply.

No. Tegangan Arus Warnakabel

1 + 5 Volt 20 A Merah

2 - 5 Volt 0,5

A Putih3 +12 Volt 8 A Kuning

4 -12 Volt 0,5

A Biru5 Gnd - Hitam

3.2.3 Perancangan Rangkaian Sensor.Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa

terdapat 2 sensor dalam sistem ini, yaitu sensortemperatur LM35 dan sensor kelembaban RHK1AN.Keluaran dari sensor LM35 adalah tegangan, sedangkankeluaran dari sensor RHK1AN adalah resistansi. Keluarandari sensor RHK1AN ini diMasukan ke rangkaianpembangkit sinyal untuk mengkonversi resistansi menjaditegangan. Tegangan yang dihasilkan masih terlalu keciluntuk bisa dibaca oleh ADC mikrokontroler ATmega32L.Maka dari itu dibutuhkan rangkaian signal conditioninguntuk memperkuat tegangan keluaran yang terlalu kecildan untuk menghindari drop tegangan.

3.2.3.1 Rangkaian Sensor Temperatur.Rangkaian sensor temperatur menggunakan

sensor LM35 sebagai peralatan pengukur. Sensor LM35ini memiliki keluaran tegangan sebesar 10mV / ° C , agardapat dibaca oleh ADC internal dari MikrokontrolerATmega 32L maka keluaran tegangan harus diperkuat


dengan op-amp. Dalam perancangan penguatan ini kamimenggunakan op-amp LM324 dengan menggunakankonfigurasi rangkaian inverting. Untuk sistem ini, penguatanyang diperlukan untuk sensor LM35 adalah sebesar 10 kali.Penguatan bisa diperoleh dengan menghitung Rf dan Riterlebih dahulu dengan Persamaan 3.1 dan konfigurasi awalIC Op-Amp LM324 pada Gambar 3.6.

Keluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 )Pada rangkaian ini terdapat 2 gerbang op-amp yang

digunakan pada IC LM324, yaitu : IC1A adalah sebesar 10kali, IC1B digunakan agar memperoleh hasil keluaranbernilai positif. Penguatan sebesar 10 kali bisa diperolehdengan perhitungan sebagai berikut :

Gambar 3.6 Blok Fungsional Pengkondisian Sinyal.

Gambar 3.7 Keluaran Pengkondisian Sinyal.

Gambar 3.5 Konfigurasi Awal IC Op-amp LM324.Rumus Persamaan: Keluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 )Gain = 10 Kali.Gain = [ R2 / R1] = [ 10 Kohm / 1Kohm] =10.Keluaran dari sensor LM35 adalah 10 mV / C° ,jika diinginkan rentang pengukuran 0 – 100 C° .Maka dapat dijelaskan seperti berikut:Suhu = 30 °C = Keluaran = 10 mV/ °C X 300 °C =300mV = 0,3 V.Suhu = 100 °C =Keluaran = 10 mV/ °C X 100 °C = 1000mV = 1 V.Jadi rentang tegangan keluarannya adalah 0,3 V – 1V .

Tegangan keluaran tersebut masih terlalu keciluntuk di masukan ke dalam ADC sehingga perlu dikuatkandengan rangkaian op-amp yang terdapat pada Gambar 3.6.Sehingga setelah dikuatkan menjadi seperti berikut :

Suhu =30 derajat = Masukan = 0,3 VKeluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 )

= (- 10 Kohm / 1 Kohm x 0.3 V ) x (-1 ) = 3V.Suhu =100 derajat = Masukan = 1 VKeluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 )

= (- 10 Kohm / 1 Kohm x 1 V ) x (-1 ) = 10 V.Jadi rentang suhu dari 30 derajat – 100 derajat adalah 3 ~ 10Volt.

Tegangan tersebut dirasa masih cukup besar untuk dimasukkan ke ADC internal ATmega32L. Sehingga dimasukan ke rangkaian Signal Conditioning / Pengkondisisinyal.

Pengkondisian sinyal diharapkan pada saat prosestemperatur kerja 30oC sampai 100oC, sensor LM35menghasilkan keluaran tegangan dan tegangan tersebutnantinya dapat terbaca sebagai masukan ADC ATmega32Lyaitu akan diperoleh keluaran tegangan antara 1,5 Volt – 5Volt. Untuk schematic rangkaian sensor temperaturkeseluruhan adalah seperti pada Gambar 3.8. Proses blokfungsional pengkondisian sinyal dapat dilihat pada Gambar3.6. Grafik keluaran dari pengkondisian sinyal yang akandibuat dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Temperatur.

3.2.3.2 Rangkaian Pengkondisian Sinyal SensorKelembaban.

Rangkaian pengkondisian sinyal sensor kelembabanini kami menggunakan rangkaian humidity merk RSbuatan Rakhmad Setiawan. Sensor kelembaban RHK1ANmerupakan capacitive sensor yang keluarannya beruparesistansi. Sensor RHK1AN membutuhkan pembangkitsinyal sinus dengan keluaran 1V AC dengan frekuensi50Hz-1KHz.

Rangkaian pengkondisian sinyal sensor kelembabanterdiri dari beberapa rangkaian utama yang salingberkaitan. Rangkaian-rangkaian tersebut yaitu rangkaianosilator gelombang sinus, rangkaian jembatan dandifferential amplifier, rangkaian konverter AC to DC, danrangkaian subtraktor.

f =1 .................................................................... (3.

2πRCFrekuensi keluaran rangkaian osilator gelombang

sinus dapat diatur melalui nilai R dan C melaluiPersamaan 3.3. Sedangkan untuk tegangan keluaran,pengaturannya cukup dilakukan dengan memberikanRpotensio. Frekuensi yang digunakan adalah frekuensiantara 50Hz–1KHz. Rangkaian osilator gelombang sinuspada Gambar 3.9.

R= 2,2Proceeding Tugas Akhir – Bidang Studi Komputer Kontrol Program Studi D3 Teknik Elektro – FTI - ITS 6

C= 100 F

f = 12x3 14,

105

x2200100x

10x −9

=13816,

= 723,8 Hz723 8,

%kesalahan =− 600

100x

% = 17 1, %

723 8,

Gambar 3.11 Rangkaian Konverter AC-DC (peakdetector).

Gambar 3.9 Rangkaian Osilator Gelombang Sinus.

Keluaran dari rangkaian osilator gelombang sinus,merupakan masukan bagi rangkaian jembatan dandifferential amplifier yang rangkaian lengkapnya dapatdilihat pada Gambar 3.10. Pada rangkaian differentialamplifier Gain (penguatan) yang digunakan sebesar :

G = Rf + 1 = 200K + 1RiG = 3 kali

100K

Gambar 3.12 Rangkaian Subtraktor.

Gambar 3.10 Rangkaian Jembatan dan DifferentialAmplifier.

Rangkaian jembatan Wheatstone menghasilkankeluaran berupa tegangan AC. Untuk itu, perlu diubahmenjadi tegangan DC melalui rangkaian konverter AC-DC (peak detector) Secara lengkap rangkaian konverterAC-DC dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Keluaran dari rangkaian konverter AC-DC,merupakan masukan bagi rangkaian substraktor yangrangkaian lengkapanya dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Sinyal DC yang dihasilkan lalu dikirim ke suatusubtraktor (pengurang) untuk membuang offset tegangandasar yang akan diperoleh apabila rangkaian dijalankandengan melepas sensor.

Keluaran dari rangkaian subtraktor inilah yangakan menjadi masukan bagi ADC ATmega32L.Keseluruhan rangkaian pengkondisian sinyal yangmerupakan gabungan dari rangkaian osilator gelombangsinus, jembatan Wheatstone dan differential amplifier,konverter AC-DC, dan rangkaian substraktor dapat dilihatpada Gambar 3.13.

3.4 Perancangan Rangkaian MinimumMikrokontroler ATmega32L.


Rangkaian minimum dari mikrokontrolerATmega32L ini digunakan sebagai otak dari semua prosesyang ada. Mikrokontroler ini memiliki dua fungsi utamayaitu untuk meng-konversi data analog berupa tegangan danmengolahnya melalui program sehingga data digital berupabiner yang dihasilkan oleh A/D converter di dalammikrokontroler yang akan ditampilkan pada LCD.

Penggunaaan masing-masing port I/Omikrokontroler ATmega16 dalam sistem ini adalah sebagaiberikut:

Port A.0-A.1 à Sebagai masukan teganganA/D converter

Port B.0-B.7 à Sebagai input yaitu Keypad 4 x4

LCDPort C.0-c.4 à Sebagai keluaran display yaitu

Port D.0-D.1 à Sebagai keluaran relay

Gambar 3.14 Rangkaian Minimum Mikrokontroler.

3.2.5 Perancangan Rangkaian Relay.Rangkaian ini merupakan saklar otomatis yang akan

mengatur aktif dan tidak aktif elemen pemanas (heatingcoils) dan kipas, sesuai dengan perintah yang diberikan olehmikrokontroler ATmega32L melalui program yang telah di-download di dalamnya. Rangkaian relay juga merupakankeluaran dari mikrokontroler ATmega32L. Cara kerjarangkaian relay tersebut, pada saat suhu lebih tinggi darisuhu yang diinginkan, maka keluaran dari mikrokontrolerpada port D.0 akan memberikan logika keluaran “1”,sehingga elemen pemanas akan mati. Dan saat suhu lebihkecil dari suhu yang diinginkan, maka keluaran darimikrokontroler pada port D.0 akan memberikan logikakeluaran “0”, sehingga elemen pemanas akan menyalakembali. Begitu pula dengan keluaran rangkaian relay darikipas yang berfungsi mempertahankan kondisi kelembaban diruang pengering kayu (oven). Saat udara lebih lembab darikondisi kelembaban yang diinginkan, maka maka keluarandari mikrokontroler pada port D.1 akan memberikan logikakeluaran “1”, sehingga kipas akan mati. Dan jika udara lebihkering dari kondisi kelembaban yang diinginkan, makakeluaran dari mikrokontroler pada port D.1 akanmemberikan logika keluaran “0”, sehingga kipas akanmenyala kembali. Untuk schematic rangkaian relay elemenpemanas dan relay kipas keseluruhan adalah seperti padaGambar 3.15.

Gambar 3.15 Rangkaian Relay Elemen Pemanas DanRelay Kipas.

4 Kesimpulan & Saran

Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan alat sertapengujian dan analisa, maka dapat ditarik kesimpulan dansaran dari kegiatan yang telah dilakukan.

4.1 KesimpulanDari seluruh tahapan yang sudah dilaksanakan

pada penyusunan tugas akhir ini, mulai dari studiliteratur, perancangan dan pembuatan sampai padapengujiannya maka dapat disimpulkan bahwa:• Sensor LM35 mampu mendeteksi perubahan

temperatur antara 30oC-90oC dengan keluarantegangan 300 mVolt – 579 mVolt. Dan keluaran darirangkaian signal conditioning sensor temperaturtersebut pada suhu antara 30oC-90oC yaitu 1,76 Volt– 2,83 Volt.

• Sensor RHK1AN dan rangkaian signal conditioningmampu mendeteksi perubahan kelembaban antara40% - 60% RH dengan keluaran 0,8- 2 Volt.

• Jika tejadi proses perubahan temperatur dankelembaban yang terlalu cepat maka akan terjadiflicker yang mengakibatkan relay rusak.

• Untuk nilai rata –rata dari penurunan kadar air padalima jenis kayu di dapat sebesar 16,4 % danmembutuhkan waktu 237 menit dengan kadar airawal tidak lebih dari 60 %. Dan rata –rata nilai persenkesalahan pada saat proses pengeringan pada limakayu sebesar 2,47 % untuk temperatur dan 5,97 %untuk kelembaban.

• Untuk persen kesalahan pada proses pengeringanpada lima kayu adalah sebagai berikut :Kayu gmelina persen kesalahan temperatur sebesar1,36 % dan persen kesalahan RH sebesar 8,3 %Kayu Mindi persen kesalahan temperatur sebesar2,98 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,83 % KayuSengon persen kesalahan temperatur sebesar2,98 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,83 % KayuMangium persen kesalahan temperatur sebesar3,43 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,26 %


Kayu Rasamala persen kesalahan temperatur sebesar1,58 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,5 %

4.2. SaranUntuk lebih memperbaiki dan menyempurnakan

kinerja dari alat ini, maka perlu disarankan :• Untuk penggunaan pada kondisi nyata

sebaiknya dilakukan kalibrasi terlebihdahulu temperatur dan kelembaban dengangudang pengering kayu sebenarnya.

• Untuk pembuatan dengan kapasitas lebih besar,digunakan lebih dari satu sensor suhu dan sensorkelembaban.

DAFTAR PUSTAKA

1. Mochamad Hudha Lesmana, Pengaturan Temperaturdan Kelembaban pada Alat Pengering KayuMenggunakan Mikrokontroler, Tugas Akhir, ProgramD3 Teknik Elektro Industri Institut Teknologi SepuluhNopember Surabaya, Surabaya, 2009.

2. Yanuar Teguh Pribadi dan Hengki Adya Purnama,Pengaturan Temperatur dan Kelembaban Pada SistemPenyimpanan Biskuit Berbasis Mikrokontroler AT89S51, Tugas Akhir, Program D3 Teknik Elektro FTI-ITS, Surabaya, 2006.

3. Dodong Budianto, Sistem Pengeringan Kayu, Kanisus(anggota IKAPI), Semarang, 1996.

4. Eko Hidayat, Semua Tentang Kayu,http://www.tentangkayu.com, 7 Desember 2008.

5. Mukhrin dan Suharto, Perancangan Pengendali SuhuPada Mesin Pengering Kayu Berbasis MikrokontrolerAT89S52,Tugas Akhir, Program D4 Otomasi ITB,Bandung, 10 Januari 2009.

6. ....,DataSheet,LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D,National Semiconductor, Desember 1994.

7. Djoko Limantoro, Alat Pengukur Kelembaban BerbasisAVR Menggunakan Sensor RHK1AN, Tugas Akhir,Program S1 Teknik Elektro Universitas Kristen Petra,Surabaya, 2005.

8. Heri Andrianto, Pemrograman Mikrokontroler AVRAtmega 16, Informatika Bandung, Bandung, Juli 2008.

9. Basri Efrida dan Yuniarti Karnita, Sifat Dan BaganPengeringan Sepuluh Jenis Kayu Hutan RakyatUntuk Bahan Baku Mebel, Prosiding Seminar LitbangHasil Hutan 2006:175-182, Bogor,2006.


http://www.tentangkayu.com

pengering kayu

Documents