tugas akhir rancang bangun generator ozone …
TRANSCRIPT
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN GENERATOR OZONE TEKNOLOGI
PLASMA DBD DENGAN MIKROKONTROLLER AVR
Disusun Dalam Memenuhi
Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S1)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Semarang
NAMA : RICKY ARYADI
NIM : C.431.15.0047
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEMARANG
SEMARANG
2019
ii
iii
iv
ABSTRAK
Sterilisasi di bidang industri merupakan persoalan yang sangat penting.
Ozone merupakan oksidator kuat yang dapat berfungsi untuk sterilisasi dan ramah
lingkungan. Plasma DBD (Dielectric Barrier Discharge) merupakan salah satu
teknologi yang efektif untuk memperoleh ozone. Generator ozone saat ini masih
banyak menggunakan pengoperasian kendali manual. Kendali manual
menggunakan sistem mekanik yang berupa potensiometer untuk mengkalibrasi
frekuensi dan keluaran output generator ozone, sehingga dibutuhkan digitalisasi
dan otomatisasi untuk pengoperasiannya untuk menggantikan tenaga kerja
manusia. Rancang bangun generator ozone kendali digital dilakukan menggunakan
mikrokontroller AVR. Pemrograman yang digunakan dalam penelitian ini adalah
bahasa basic (BASCOM), Selanjutnya menggunakan sistem DAC (Digital to
Analog Converter) yang merupakan output dari Mikrokontroller dengan Resistor
Binnary Weighted. Output dari mikrokontroller berupa frekuensi dan 8 bit digital
dengan parameter desimal sebesar 200. Hasil dari otomatisasi yaitu timer bekerja
selama 2 jam. Semakin besar frekuensi semakin besar ozon yang dihasilkan. Pada
frekuensi 1500Hz daya yang dihasilkan sebesar 308,58 watt dengan kosentrasi
ozon 59 ppm. Efisiensi menggunakan sistem switching >90%.
Kata kunci : Plasma, Mikrokontroller AVR, Ozone
v
ABSTRACT
Industrial sterilization is a very important problem. Ozone is a powerful
oxidizer that can function for sterilization and is environmentally friendly. Plasma
DBD (Dielectric Barrier Discharge) is one of the effective technologies to obtain
ozone. The ozone generator currently uses a lot of manual control operations.
Manual control uses a mechanical system in the form of a potentiometer to calibrate
the frequency and output of the ozone generator output, so that digitization and
automation are needed to operate to replace human labor. The design of the digital
ozone control generator is done using an AVR microcontroller. Programming used
in this research is basic language (BASCOM), then uses a DAC (Digital to Analog
Converter) system which is the output of a Microcontroller with a Weighted
Binnary Resistor. The output of the microcontroller is frequency and 8 bit digital
with a decimal parameter of 200. The result of automation is that the timer works
for 2 hours. The greater frequency the ozone produced. At a frequency of 1500Hz
the power produced is 308.58 watts with an ozone concentration of 59 ppm.
Efficiency using a switching system> 90%.
Keywords: Plasma, AVR Microcontroller, Ozone
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT Tuhan
Yang Maha Esa atas Limpahan Berkah dan Rahmat-Nya, sehingga penyusunan
laporan Tugas Akhir dengan judul “RANCANG BANGUN GENERATOR
OZONE TEKNOLOGI PLASMA DBD DENGAN MIKROKONTROLLER
AVR” dapat disusun dan terselesaikan dengan baik. Penyusunan Tugas Akhir
dimaksudkan dalam memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Jenjang
Pendidikan Sarjana (S-1) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Semarang.
Selesainya penyusunan Tugas Akhir penulis banyak memperoleh
pengarahan, bimbingan, serta bantuan yang bermanfaat dari berbagai pihak baik
secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu perkenankanlah penulis
menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Andy Kridasusila, S.E, MM, selaku Rektor Universitas Semarang.
2. Bapak Purwanto, S.T,M.T, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Semarang.
3. Ibu Budiany Destiningtyas, S.T, M.Eng, selaku Wakil Dekan Fakultas Teknik
Universitas Semarang.
4. Ibu Titik Nurhayati, S.T, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas
Teknik Universitas Semarang.
5. Bapak Dr. Supari, S.T, M.T, selaku Dosen Pembimbing I yang telah bersedia
meluangkan waktunya untuk memberikan pengarahan, saran, dan bimbingan
materi serta berbagai kemudahan yang memungkinkan dalam terselesainya
penyusunan Tugas Akhir ini.
6. Ibu Harmini, S.T, M.Eng, selaku Dosen Pembimbing II yang telah bersedia
meluangkan waktunya untuk memberikan pengarahan, saran, dan bimbingan
materi serta berbagai kemudahan yang memungkinkan dalam terselesainya
penyusunan Tugas Akhir ini.
7. Bapak Derman, S.T., M.T. Selaku Dosen Penguji yang telah bersedia
meluangkan waktunya.
vii
8. Bapak Dr. Muhammad Nur, DEA, selaku project manajer Teaching industry
kemetrian ristekdikti UNDIP
9. Bapak Eko Yulianto, SSi, MSi, selaku Kepala Produksi dan pengembangan
yang telah memberi izin dan membantu selama penyusunan Tugas Akhir di
PT.Dipo Technology Universitas Diponegoro Semarang.
10. Para Pegawai dan Staf PT. Dipo Technology yang selalu membantu dan
memberikan ilmu selama penyusunan Tugas Akhir.
11. Bapak dan Ibu tercinta yang tidak henti–hentinya memberikan dukungan secara
moral serta doanya.
12. Teman-teman Program Studi Teknik Elektro angkatan 2015, yang selalu
mendukung dan memberikan semangat
Penulis berharap semoga penyusunan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat
bagi mahasiswa elektro pada khususnya dan seluruh keluarga besar PT. Dipo
Technology serta masyarakat luas pada umumnya. Penulis menyadari bahwa dalam
penyusuna Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan ilmu
yang penulis miliki. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik serta saran yang
bersifat membangun demi penyempurnaan pembuatan Tugas Akhir. Akhir kata,
apabila ada hal–hal yang kurang atau kesalahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini,
mohon maaf yang sebesar–besarnya dan terima kasih.
Semarang, Januari 2019
Penulis
viii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
Menjadi seorang Engineer prefesional adalah cita cita saya
Engineer tidak boleh berhenti belajar dan terus lakukan riset dan
pengembangan didunia elektronika maupun diluarnya
Hukum Alam tidak terlepas dari kehidupan kita, berpeganglah Kepada
Tuhan YME
PERSEMBAHAN
Orang Tua
Dosen Pembimbing
Keluarga
Kelurga Besar PT. DIPO Technology
Teman-teman seperjuangan
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................ i
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ....................................... iii
ABSTRAK ............................................................................................... iv
ABSTRACT ............................................................................................. v
KATA PENGANTAR ............................................................................... vi
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................. viii
DAFTAR ISI ............................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xii
DAFTAR TABEL .................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................. 3
1.3 Tujuan dan Manfaat ............................................................................. 3
1.4 Batasan Masalah ................................................................................. 4
1.5 Metodologi Penelitian ......................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................... 5
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Sejarah PT.Dipo Technology ............................................................... 6
2.2 Teknik Digital ..................................................................................... 11
2.3 Mikrokontroller ATMega 16 ............................................................... 13
2.3.1 Arsitektur ATMega 16 ........................................................ 14
2.3.2 Konfigurasi Pena(pin) ATMega 16 .................................... 16
2.3.3 Deskripsi Mikrokontroller ATMega 16 ............................... 16
2.3.4 Memori Program ............................................................... 17
2.3.5 Memori Data(SRAM) ........................................................ 18
2.3.6 Memori Data AMega 16 .................................................... 18
2.3.7 Perangkat Lunak Mikrokontroller ATMega 16 .................. 19
2.3.8 Digital to Analog Converter ............................................... 19
x
2.4 Transformator ..................................................................................... 21
2.4.1 Jenis Jenis Transformator ................................................... 22
2.4.2 Cara Kerja Transformator .................................................. 24
2.5 Hukum Hukum Rangkaian .................................................................. 27
2.5.1 Hukum Ohm ...................................................................... 27
2.6 Transistor ........................................................................................... 30
2.6.1 Kerja Transistor ................................................................. 31
2.6.2 Konfigurasi Transistor ....................................................... 32
2.6.3 Kurva karakteristik transistor ............................................. 35
2.7 Teori Dasar Inverter ............................................................................ 37
2.8 Pandangan Umum Tentang Plasma ..................................................... 39
2.9 Lucutan Penghalang Dielektrik (Dielectric Barrier Discharge) ............. 42
2.10 Generator Ozon Teknologi Plasma .................................................... 45
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Skema Rancang Bangun ....................................................... 47
3.2 Langkah Penelitian .............................................................................. 51
3.3 Alat Pengujian .................................................................................... 68
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Timer otomatis ................................................................... 72
4.2 Uji Display Kosentrasi ........................................................................ 74
4.3 Pengujian DAC ................................................................................... 79
4.3.1 Hasil Konversi Binary to Decimal Dan Binary Weighted
Resistor (DAC) .................................................................. 79
4.4 Hasil Pengukuran Rancang Bangun Generator Ozon Meliputi
Tegangan, Arus Dan Kosentrasi Ozone ................................................ 83
4.4.1 Pengukuran pada Frekuensi 1000hz ................................... 83
4.4.2 Pengukuran pada Frekuensi 1250hz .................................... 89
4.4.3 Pengukuran pada Frekuensi 1500hz .................................... 94
4.5 Hasil Pengujian Frekuensi Terhadap Daya ........................................... 100
4.6 Analisa Dan Pembahasan Switching Inverter High Voltage.................. 102
4.7 Arduino Pro Mini Sebagai Pembangkit Frekuensi ............................... 103
xi
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 105
5.2 Saran ……. .......................................................................................... 105
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blok Diagram Atmega 16 ..................................................... 15
Gambar 2.2 Pinout IC Atmega 16 ............................................................ 16
Gambar 2.3 Peta Memori atmega 16 ........................................................ 18
Gambar 2.4 Blok Diagram DAC .............................................................. 21
Gambar 2.5 Rangkaian Binnary Weighted DAC ...................................... 21
Gambar 2.6 Transformator Step Up ......................................................... 23
Gambar 2.7 Transformator Step Down ..................................................... 24
Gambar 2.8 Bagian-Bagian Transformator ............................................... 24
Gambar 2.9 Skema Transformator ........................................................... 25
Gambar 2.10 Hubungan Antara Tegangan Primer, Jumlah Lilitan Primer,
Tegangan Sekunder, Dan Jumlah Lilitan Sekunder ............... 25
Gambar 2.11 Rangkaian Hubungan seri Resistor ..................................... 28
Gambar 2.12 Rangkaian Hubungan paralel Resistor ................................. 29
Gambar 2.13 Diagram BJT ....................................................................... 30
Gambar 2.14 Diagram Potensial pada Transistor Tanpa Bias ................... 32
Gambar 2.15 Konfigurasi Transistor ......................................................... 33
Gambar 2.16 Kurva Karakteristik Input CE .............................................. 33
Gambar 2.17 Kurva Karakteristik Output CE ............................................ 36
Gambar 2.18 Kurva Transfer CE Transistor silikon .................................. 36
Gambar 2.19 Prinsip Dasar Inverter .......................................................... 37
Gambar 2.20 Bentuk Gelombang Tegangan .............................................. 38
Gambar 2.21 Transformator Ideal ............................................................. 39
Gambar 2.22 Step Up Transformator ........................................................ 39
Gambar 2.23 Power Supply Step Down Switching .................................... 39
Gambar 2.24 Kilat Merupakan Lucutan Gas Yang Terbentuk Oleh Alam . 40
Gambar 2.25 Tabung Lucutan Gas ............................................................ 41
Gambar 2.26 Bentuk Konfigurasi Elektroda Lucutan Plasma
Penghalang Dielektrik ......................................................... 43
Gambar 2.27 Alur Sistem Generator Ozon ................................................ 45
Gambar 3.1 Diagram Skema Rancang Bangun .......................................... 47
xiii
Gambar 3.2 Flowchart kontrol Generator Plasma Ozon ............................. 49
Gambar 3.3 Skema Rangkaian Timer Digital ............................................ 52
Gambar 3.4 Flowchart Timer Otomatis ..................................................... 54
Gambar 3.5 Skema Rangkaian Display Control ........................................ 56
Gambar 3.6 Flowchart Display Control ..................................................... 58
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Control DAC Binary Weighted ................. 61
Gambar 3.8 Flowchart DAC Mikrokontroller Dengan Binary Weighted .... 62
Gambar 3.9 Skema Rangkaian Switching Inverter HV .............................. 64
Gambar 3.10 Flowchart Inverter DC to AC ............................................... 65
Gambar 3.11 Rangkaian Arduino pro mini ................................................ 67
Gambar 3.12 Flowchart Arduino Pro Mini Sebagai Pembangkit Pulsa ...... 67
Gambar 3.13 Multimeter ........................................................................... 68
Gambar 3.14 Probe HV ............................................................................. 69
Gambar 3.15 Tang Ampere ....................................................................... 70
Gambar 3.16 Ozone meter ........................................................................ 70
Gambar 3.11 Osiloskop Digital ................................................................. 71
Gambar 4.1 Pin BCD 7 Segment ................................................................ 73
Gambar 4.2 Display Timer pada waktu 02:00 ........................................... 73
Gambar 4.3 pinout BCD 7 Segment .......................................................... 76
Gambar 4.4 Display kosentrasi menunjukan angka 100 ............................. 76
Gambar 4.5 Display Setelah Bertambah .................................................... 77
Gambar 4.6 Display Setelah Berkurang...................................................... 78
Gambar 4.7 Resistor Voltage Devider ........................................................ 79
Gambar 4.8 Grafik DAC Display .............................................................. 82
Gambar 4.9 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon ........... 84
Gambar 4.10 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Daya ............................ 85
Gambar 4.11 Sinyal Osiloskop Display 100 .............................................. 85
Gambar 4.12 Sinyal Osiloskop Display 53 ................................................. 86
Gambar 4.13 Sinyal Osiloskop Display 10 ................................................ 87
Gambar 4.14 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon .......... 90
Gambar 4.15 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Daya ............................ 90
Gambar 4.16 Sinyal Osiloskop Display 100 .............................................. 91
xiv
Gambar 4.17 Sinyal Osiloskop Display 53 ................................................. 92
Gambar 4.18 Sinyal Osiloskop Display 5 .................................................. 93
Gambar 4.19 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon .......... 95
Gambar 4.20 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Daya ............................ 96
Gambar 4.21 Sinyal Osiloskop Display 100 .............................................. 96
Gambar 4.22 Sinyal Osiloskop Display 53 ................................................. 97
Gambar 4.23 Sinyal Osiloskop Display 5 .................................................. 99
Gambar 4.24 Grafik Frekuensi Terhadap Daya ......................................... 100
Gambar 4.25 Grafik Tegangan Output Terhadap Frekuensi ........................ 101
Gambar 4.26 Driven Inverter Plasma Ozone .............................................. 102
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Portofolio PT Dipo Technology ............................................... 8
Tabel 2.2 Nilai Bilangan Decimal dan Biner ........................................... 11
Tabel 2.3 Daftar Bilangan Desimal dan Biner Ekuivalensinya ................. 12
Tabel 2.4 Contoh Pengubahan Biner Menjadi Desimal ............................ 12
Tabel 2.5 Berbagai Tegangan Persambungan Transistor NPN ................. 36
Tabel 4.1 Perhitungan Nilai Digital to Analog.......................................... 81
Tabel 4.2 Output Pengukuran pada Frekuensi 1KHz ............................... 83
Tabel 4.3 Output Pengukuran pada Frekuensi 1,25KHz .......................... 89
Tabel 4.4 Output Pengukuran pada Frekuensi 1,5KHz ............................ 94
Tabel 4.5 Pengaruh Frekuensi Terhadap Daya ......................................... 100
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sterilisasi merupakan peran penting di dalam industry kantor, toko obat, kimia,
air, dan kesehatan Tidak terlepas juga dapat mensterilisasi untuk bahan pangan.
Ozone merupakan unsur kimia yaitu O3 yang mampu untuk mensterilisasi dan
ramah lingkungan. Di era Revolusi Industri 4.0 (awal mula belum ada kesepakatan),
revolusi industri ini dicirikan dengan terintegrasinya berbagai konsep dan teknologi
terkait dengan pengorganisasian rantai nilai industri. Konsep inti dari industri 4.0
adalah Cyber Physical Systems (CPS), yang memungkinkan pemantauan proses
fisik di pabrik/industri dalam lingkungan virtual, melalui digitalisasi dan penciptaan
klon digital dari pabrik/industri pada proses komputasi, komunikasi, kontrol dan
koordinasi. Ditigalisasi dan otomatisasi mampu menjawab tantngan revolusi
industry 4.0 yang semua industry maupun alat elektronik dapat dipantau dan
dikontrol lewat jarak jauh dan dengan sistem close loop.
Terbentuknya ozone bisa menggunakan metode High Voltage yang ramah
lingkungan. DBD (Dielectric Barrier Discharge) adalah salah satu teknologi yang
efektif untuk produksi ozone. Terjadinya plasma adalah sebelum terbentuknya
petir, tegangan tinggi diatas 15KV bisa menjadikannya sebuah petir. Pada range
1KV-10KV plasma ozon itu terbentuk.
Plasma sebagai gas yang terionisasi dalam lucutan listrik, jadi plasma dapat juga
didefinisikan sebagai percampuran kuasi-netral dari elektron, radikal, ion positif
dan negatif. Percampuran antara ion-ion yang bermuatan positif dengan elektron-
elektron yang bermuatan negatif memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dengan
2
gas pada umumnya dan materi pada fase ini disebut fase plasma. Secara sederhana
plasma didefinisikan sebagai gas terionisasi dan dikenal sebagai fase materi ke
empat setelah fase padat, cair, dan fase gas (Nur, 2011). Pembuatan plasma tersebut
di gunakan rangkaian yang bisa memunculkan tegangan tinggi untuk mencapai
ribuan kilo volt. Pada penelitian ini prinsip elektronika step up inverter digunakan
sebagai rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan tegangan tinggi.
Elektronika Daya merupakan salah satu bidang ilmu yang mempelajari dan
membahas aplikasi elektronika yang berkaitan dengan peralatan listrik yang
berdaya cukup besar. Berbagai macam peralatan dan aplikasi nyata di industri yang
menggunakan sumber listrik memiliki kapasitas daya yang sangat besar seperti
motor listrik, pemanas, pendingin, fan, kompresor, pompa, conveyor dan aplikasi-
aplikasi lainnya. Elektronika daya mulai populer setelah berbagai pengaturan secara
konvensional kurang dapat memenuhi kebutuhan industri. Pengaturan berbagai
aplikasi di industri secara konvensional tidak efektif dan menimbulkan rugi-rugi
yang cukup besar sehingga diperlukan mekanisme pengaturan yang lebih baik.
Salah satu pilihan adalah dengan menggunakan perangkat elektronika.
Pengaturan berbagai macam peralatan di industri diperlukan peralatan kontrol
yang mampu beroperasi pada tegangan dan arus yang cukup besar. Elektronika
Daya memberikan solusi terhadap permasalahan di dunia industri untuk dapat
melakukan pengaturan peralatan-peralatan dengan menggunakan rangkaian yang
dapat bekerja dengan arus dan tegangan yang besar. Beberapa aplikasi di industry
bekerja pada arus yang mencapai ratusan bahkan ribuan amper dan tegangan yang
tinggi 220 V, 380 V, 600 V, 3,8 KV.
3
Saat ini industri terdapat banyak kontrol otomatisasi yaitu dengan PLC maupun
Mikrokontroller. Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputerisasi yang
dikemas dalam sebuah chip. Di dalamnya terdapat sebuah prosessor, memori
(RAM,ROM,SRAM, dll) dan disertai dengan I/O. Mikrokontroler berbeda dari
mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC karena mikrokontroler
memerlukan sebuah sistem minimum untuk memproses atau menjalankannya.
Sistem minimum mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang
diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Sistem minimum ini kemudian
bisa dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Di
keluarga mikrokontroler AVR, Atmega 16 adalah salah satu seri yang digunakan
dalam penelitian ini. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian mengenai rancang
bangun otomatisasi plasma DBD menggunakan Mikrokontroller AVR.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan permasalahan
sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang dan merealisasikan generator ozone teknologi
plasma DBD (Dielectric Barrier Discharge) dengan mikrokontroller
ATMega 16 ?
1.3 Tujuan dan Manfaat
1. Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah merancang dan membangun
generator ozone teknologi plasma DBD (Dielectric Barrier Discharge)
dengan mikrokontroller ATMega 16.
4
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memperdalam digitalisasi sebuah produk elektronika
2. Mempermudah penggunaan generator ozon
3. Dapat dikembangkan lebih lanjut di bagian instrumentasi generator ozon
1.4 Batasan Masalah
1. Menampilkan display angka kosentrasi adjusment generator ozone dengan
kapasitas 50gr/jam
2. Mikrokontroller ATMega 16 sebagai mikrokontroller pengendali.
1.5 Metedologi Penelitian
Alat dan Bahan
Analisa ini menggunakan Mikrokontroller atmega 16, reaktor
plasma DBD yang mampu menghasilkan plasma
Parameter yang dianalisa :
1. Nilai arus, tegangan, dan frekuensi.
2. Nilai DAC pada resistor binary weighted
3. Nilai Frekuensi dari rendah ke tinggi.
4. Display kapasitas generator ozone
5. Nilai dari HV output
Kelengkapan Software yang digunakan
1. Basic Compiler AVR
2. Proteus 8.0
5
1.6 Sistematika Penulisan
Dalam sistematika penulisan dan penyusunan Laporan Tugas Akhir, penulis
membagi dalam beberapa bab, yaitu :
BAB I PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat,
batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Berisi tentang sejarah PT.DIPO, teori dasar meliputi Teknik digital,
terbentuknya ozon dengan tegangan tinggi, teori dasar elektronika daya,
teori trnsformator sebagai penaik tegangan, teori dasar tentang elektronika
Digital to Analog Converter dan teori mikrokontroller AVR ATMega 16.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Berisi tentang flowchart, algoritma serta tata cara urutan rangkaian rancang
bangun menggunakan mikrokontroller, dan software program yang
digunakan untuk merancang sebuah generator ozone.
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang data hasil uji coba, hasil perhitungan elektronika daya, hasil
karakteristrik (frekuensi, tegangan, arus), efisiensi boost converter, analisa
dan pembahasan terhadap hasil uji coba tersebut. Hasil penelitian generator
ozon.
BAB V KESIMPULAN
Berisi kesimpulan dari hasil analisa dan penelitian generator ozon plasma
DBD menggunakan mikrokontroler AVR di PT. Dipo Technology
Semarang.
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sejarah PT. Dipo Technology
Unit Usaha Jasa Industri (Unit-UJI) Universitas Diponegoro, pada awalnya
dilaksanakan oleh Laboratorium Fisika Atom dan Nuklir dengan produk-produk
yang berbasis teknologi plasma. Dalam perjalanannya Unit-UJI ini menampung
beberapa produk yang layak memasuki pasar dari beberapa jurusan di lingkungan
Undip. Unit-UJI kini dipusatkan langsung dibawah koordinasi Lembaga
Pengabdian Kepada Masyarakat dan berkantor di Lembaga Pengabdian Kepada
Masyarakat. Unit-UJI ini diharapkan dapat berfungsi untuk tempat komersialisasi
invensi-invensi dari Undip dengan produk yang telah mengalami pendewasaan
teknologi. Sejalan dengan diperluasnya fungsi Unit-UJI, diberi nama “DIPO
TECHNOLOGY”. Produk handalan dari Unit_UJI “DIPO TECHNOLOGY”
adalah produk-produk yang berbasis teknologi plasma
Pada perkembangannya DIPO TECHNOLOGY bukan hanya sekedar unit
jasa industri (Unit –UJI) saja namun sejak tahun 2008 DIPO TECHNOLOGY
menjadi sebuah perusahaan (Perseroan Terbatas) khusus mengembangkan
Teknologi Plasma. Pertengahan bulan Maret 2015 PT. DIPO TECHNOLOGY
bersama dengan CPR Undip berhasil menyempurnakan memproduksi produk air
purifier (penjernih udara dalam ruangan) kemudian diberi nama ZETA GREEN
Pada bulan April 2016 PT. DIPO TECNOLOGY dan CPR berhasil
membuat conveyor pencucian dengan keluaran plasma ozon 450 gram/jam
implementasi plasma ozon untuk pencucian produk holtikultura, dengan
pembiayaan dari Kemenristekdikti melalui Program Pengembangan Teknologi
7
Industri (PPTI). Bulan Maret 2017 Kemenristekdikti melalui Universitas
Diponegoro mempercayakan kepada PT. DIPO TECHNOLOGY untuk mengelola
manajemen TEACHING INDUSTRY.
Saat ini PT. DIPO TECHNOLOGY sudah memiliki fasilitas alat-alat
produksi (workshop), laboratorium uji plasma ozon, laboratorium uji mikrobiologi,
bekerjasama dengan CPR (Center for Plasma Research) Universitas Diponegoro
Semarang.
PT. DIPO TECHNOLOGY juga telah dilengkapi : AKTA NOTARIS,
SIUP, TDP, SKT, NPWP.
Semua produk yang diproduksi oleh PT. DIPO TECHNOLOGY sudah
melewati uji laboratorium dan uji Laboratorium Mikrobiologi CPR (Center for
Plasma Research) Universitas Diponegoro Semarang yang dapat dipertanggung
jawabkan. Beberapa produk sudah dipublikasikan melalui Jurnal Ilmiah baik
Nasional maupun Internasional. Saat ini semua produk sudah memiliki paten, sudah
didaftarkan ke BSN untuk proses SNI. Teknologi plasma dikembangkan dan di uji
di berbagai lokasi sebagai penelitian lebih lanjut, berikut adalah portofolio
kegunaan produk plasma untuk sterilisasi dengan beberapa instansi, dapat dilihat
pada tabel 2.1
8
Tabel 2.1 Portofolio PT. DIPO Technology
Pemberi
Pekerjaan
Lokasi
Pekerjaan
Periode /
Waktu
Pekerjaan
Uraian
Pekerjaan
Kegunaan
Produk
RSND ( Rumah
Sakit Nasional
Diponegoro)
Semarang
Semarang Januari
2015
30 Unit
Zeta Green
Sterilisasi Ruang
Cath lab (ruang
operasi) IGD,
ruang rawat inap
pasien untuk
menghambat
pekembang
biakan
mikroorganisme,
mengembalikan
udara bersih
dalam ruangan.
RRumah Sakit
HHidayatulloh
Bantul, DIY
Kab.Bantul,
DIY
Oktober
2016
3 unit Zeta
Green
Sterilisasi Ruang
ruang rawat inap
pasien untuk
menghambat
pekembangbiaka
n
mikroorganisme,
mengembalikan
udara bersih
dalam ruangan.
Hotel Santika
Jakarta, Medan
Jakarta,
Medan
Januari
2015, 2016
5 unit Zeta
Green
Ruang koridor,
lobby,
menghambat
pekembang
biakan
mikroorganisme,
mengembalikan
udara bersih,
menghilangkan
bau penggap dan
apek.
PT. Wahana
Karya Inovasi
Tangerang
Alam Sutra
Tangerang
Maret 2015 2 unit Zeta
Green
Ruang merokok
dan ruang rapat
mereduksi asap
rokok dirubah
menjadi udara
bersih
Bank BTN,
Yayasan Budha
Shu CHI,
Lemhanas
Jakarta dan
Madiun
Maret,
April 2015
3 unit Zeta
Green
Ruang
penyimpanan
uang, Ruang
merokok dan
9
Jakarta, Dinas
Tenaga Kerja
kab. Madiun
ruang rapat
mereduksi asap
rokok dirubah
menjadi udara
bersih
Kantor
Perwakilan
Bank Indonesia
Provinsi
Sumatera Utara
Sumatera
Utara
16-Sep Pengadaan
2 (dua) unit
Plasma
Ozon
Generator
untuk
Kantor
Perwakilan
Bank
Indonesia
Provinsi
Sumatera
Utara
Sterilisasi
gudang
penyimpanan
pembibitan
bawang
Bank Indonesia
Kantor Wilayah
Jawa Tengah
dan Kelompok
Tani Mutiara
Organik
Kenteng RT
01 RW 08
Sumberejo,
Ngablak
Magelang
Jawa
Tengah
Mei 2017 Pengadaan
2 unit
Plasma
Ozon
Generator
untuk
pencucian
dan
sterilisasi
ruang
penyimpan
an cold
storage
Sterilisasi dari
mikroorganisme
pembusuk pada
komoditas
khususnya cabai
dan sayur dan
untuk
memperpanjang
masa simpan
produk pertanian
Tim ALG-
UNPAD
Universitas
Padjadjaran
Mei 2017 Pengadaan
Generator
Ozon
(Mesin
D’Ozone)
keluaran
150
gram/jam
Untuk praktek
dan penelitian,
sterilisasi
produk-produk
makanan yang
akan diteliti oleh
mahasiswa dan
dosen
Jurusan
Teknologi
Industri Pangan
FTIP-
Universitas
Padjadjaran
Universitas
Sebelas Maret
Universitas
Sebelas
Maret
Juli 2017 Pengadaan
Power DC
HV
Untuk praktek
dan penelitian,
sterilisasi
10
Output
20KV
Frek
15Khz
Daya 480
W
produk-produk
makanan yang
akan diteliti oleh
mahasiswa dan
dosen
ASPAKUSA –
Makmur
Boyolali-
Agribisnis
Komoditas
sayuran
Boyolali –
Jawa
Tengah
Oktober
2017
2 unit
generator
ozon
keluaran
150
gram/jam
dan 300
gram/jam
Sterilisasi dari
mikroorganisme
pembusuk pada
komoditas
khususnya cabai
dan sayur dan
untuk
memperpanjang
masa simpan
produk pertanian
GAPOKTAN
AGRO
AYUNINGTAN
I
Senden,
Selo,
Boyolali –
Jawa
Tengah
Nopember
2017
2 unit
generator
ozon
keluaran
150
Sterilisasi dari
mikroorganisme
pembusuk pada
komoditas
khususnya sayur
dan untuk
memperpanjang
masa simpan
produk pertanian
Asosiasi
Pembibitan
Bawang
Grobogan
Grobogan
Jawa
Tengah
Nopember
2017
2 unit
generator
ozon
keluaran
150
gram/jam
Sterilisasi dari
mikroorganisme
pembusuk pada
komoditas
bawang
Asosiasi
Pembibitan
Kentang
Banjarnegara
Banjarnegar
a
Desember
2017
2 unit
generator
ozon
keluaran
150
gram/jam
Sterilisasi
pembibitan
kentang dari
mikroorganisme
pembusuk pada
kentang
Rumah Kedelai
Dinas Pertanian
dan tanaman
panagn
Kabupaten
Grobogan
Grobogan Januari
2018
1 unit
generator
ozon
keluaran
150
gram/jam
Sterilisasi
kedelai konsumsi
dan pembibitan
kedelai
11
Dinas Pertanian
dan Tanaman
pangan
Kabupaten
Magelang
Kab.
Magelang
Januari
2018
14 Unit
genertaor
ozon
kelauaran
150 dan 50
gram / jam
Sterilisasi untuk
cabai digunakan
petani cabai di
kab.Magelang
2.2 Teknik Digital
Teknik digital adalah hasil teknologi yang mengubah sinyal menjadi sinyal
digital dengan urutan bilangan yang bernilai 0 dan 1(bilangan biner) yang terdapat
dalam sebuah piranti elektronika tertentu untuk proses informasi dan interface
mudah dan cepat. Bilangan yang dikenal sistem komputer digital berupa bilangan
biner. Ada bilangan desimal, oktal dan hexa, agar bisa di gunakan di sistem digital
memerlukan pengkorversian ke bilangan biner.
A. SISTEM DESIMAL DAN BINER
Dalam sistem bilangan desimal, nilai yang terdapat pada kolom ketiga pada
Tabel 2.2 , yaitu A, disebut satuan, kolom kedua yaitu B disebut puluhan, C disebut
ratusan, dan seterusnya. Kolom A, B, C menunjukkan kenaikan pada eksponen
dengan basis 10 yaitu 100 = 1, 101 = 10, 102 = 100. Dengan cara yang sama, setiap
kolom pada sistem bilangan biner, yaitu sistem bilangan dengan basis,
menunjukkan eksponen dengan basis 2, yaitu 20 = 1, 21 = 2, 22 = 4, dan seterusnya
(Pramono, 2001).
Tabel 2.2 Nilai bilangan desimal dan biner
Kolom
desimal
Kolom
biner
C B A C B A
102 = 100 10
1 = 10 10
0 = 1 2
2 = 4 2
1 = 2 2
0 = 1
(ratusan) (puluhan) (satuan) (empatan) (duaan) (satuan)
12
Setiap digit biner disebut bit, bit paling kanan disebut least significant bit (LSB)
dan bit paling kiri disebut most significant bit (MSB).
Bilangan decimal dapat dikonversikan ke bilangan biner, beriktu contoh pada
tabel 2.3
Tabel 2.3 Daftar Bilangan Desimal dan Bilangan Biner Ekivalensinya
Membedakan bilangan pada sistem yang berbeda digunakan subskrip. Sebagai
contoh 910 menyatakan bilangan sembilan pada sistem bilangan desimal, dan
011012 menunjukkan bilangan biner 01101. Subskrip tersebut sering diabaikan
jika sistem bilangan yang dipakai sudah jelas (Herlambang, 2001). Pengubahan
nilai decimal ke biner dapat dicontohkan pada tabel 2.4
Tabel 2.4 Contoh Pengubahan Bilangan Biner Menjadi Desimal
Konversi Desimal ke Biner
Cara untuk mengubah bilangan desimal ke biner adalah dengan pembagian.
Bilangan desimal yang akan diubah secara berturut-turut dibagi 2, dengan
Desimal Biner
C B A (4) (2) (1)
0 0 0 0 1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
Biner Kolom biner Desimal
32 16 8 4 2 1
1110 - - 1 1 1 0 8 + 4 + 2 = 14 1011 - - 1 0 1 1 8 + 2 + 1 = 11
11001 - 1 1 0 0 1 16 + 8 + 1 = 25
10111 - 1 0 1 1 1 16 + 4 + 2 + 1 = 23
110010 1 1 0 0 1 0 32 + 16 + 2 = 50
13
memperhatikan sisa pembagiannya. Sisa pembagian akan bernilai 0 atau 1, yang
akan membentuk bilangan biner dengan sisa yang terakhir menunjukkan MSBnya
(Herlambang 2001).
Sebagai contoh, untuk mengubah 5210 menjadi bilangan biner, diperlukan
langkah-langkah berikut :
52/2 = 26 sisa 0, LSB
26/2 = 13 sisa 0
13/2 = 6 sisa 1
6/2 = 3 sisa 0
3/2 = 1 sisa 1
½ = 0 sisa 1, MSB
Sehingga bilangan desimal 5210 akan diubah menjadi bilangan biner 110100
(Herlambang, 2001).
2.3 Mikrokontroler ATMEGA16
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih
(chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah
terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory),
beberapa Port masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti
pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog
converter) dan serial komunikasi.
Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler
AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit
berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dapat
dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan
14
ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,
peripheral, dan fiturnya (Amri, 2015).
Seperti mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler
ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU),
himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta
komponen kendali lainnya. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler
menyediakan memori dalam serpih yang sama dengen prosesornya (in chip) (Amri,
2015).
2.3.1 Arsitektur ATMEGA16
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori
program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan
program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent) (Amri, 2015).
Berikut adalah blok diagram IO pada sistem ATmega 16 pada gambar 2.1:
1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi
16Mhz.
2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan
SRAM 1Kbyte
3. Saluran I/O 32 buah, yaitu PORT A, PORT B, PORT C, PORT D
4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.
5. User interupsi internal dan eksternal
6. PORT antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial
7. Fitur Peripheral
Dua buah 8-bit timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode
compare
15
Satu buah 16-bit timer/counter dengan prescaler terpisah, mode
compare, dan mode capture
Real time counter dengan osilator tersendiri
Empat kanal PWM dan Antarmuka komparator analog
8 kanal, 10 bit ADC
Byte-oriented Two-wire Serial Interface
Watchdog timer dengan osilator internal
Gambar 2.1 Blok Diagram ATMega16
(Courtesy : https://www.microchip.com/wwwproducts/ATmega16)
16
2.3.2 KONFIGURASI PENA (PIN) ATMEGA16
Konfigurasi pena (pin) mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40-pena
dapat dilihat pada Gambar 2.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16
memiliki 8 pena untuk masing-masing bandar A (Port A), bandar B (Port B), bandar
C (Port C), dan bandar D (Port D) (Amri,2015).
Gambar 2.2 Pinout IC ATMega 16
(Courtesy : https://www.microchip.com/wwwproducts/ATmega16)
2.3.3 DESKRIPSI MIKROKONTROLER ATMEGA16
1. VCC (Power Supply) dan GND(Ground)
2. PORTA-PORTD (PA7..PA0)-(PD7...PD0)
Port port mempunyai peranan masing masing, salah satunya terdiri dari input
analog pada konverter A/D. Port port tersebut mempunyai I/O 8-bit dua arah, jika
A/D konverter tidak digunakan. Pin dapat menyediakan resistor internal pull-up
(yang dipilih untuk masing-masing bit). PORT A sampai PORT D output buffer
mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan
17
kemampuan sumber. Ketika PORT digunakan sebagai input dan secara eksternal
ditarik rendah, pena–pena akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal
pull-up diaktifkan. PORT adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi
aktif, sekalipun waktu habis.
3. RESET (Reset input)
4. XTAL1 (Input Oscillator)
5. XTAL2 (Output Oscillator)
6. AVCC adalah pena penyedia tegangan untuk bandar A dan Konverter
A/D.
7. AREF adalah pena referensi analog untuk konverter A/D.
2.3.4 Memori Program
Arsitektur ATMega16 mempunyai dua memori utama, yaitu memori data dan
memori program. Selain itu, ATMega16 memiliki memori EEPROM untuk
menyimpan data. ATMega16 memiliki 16K byte On-chip In-System
Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Instruksi ATMega16
semuanya memiliki format 16 atau 32 bit, maka memori flash diatur dalam 8K x 16
bit. Memori flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program boot dan
aplikasi seperti terlihat pada Gambar 2.3. Bootloader adalah program kecil yang
bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi
ke dalam memori prosesor. (Amri, 2015).
18
Gambar 2.3 Peta Memori ATMega16
(Courtesy : https://www.microchip.com/wwwproducts/ATmega16)
2.3.5 Memori Data (SRAM)
Memori data AVR ATMega16 terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register
umum, 64 buah register I/O dan 1 Kbyte SRAM internal. General purpose register
menempati alamat data terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sedangkan memori I/O
menempati 64 alamat berikutnya mulai dari $20 hingga $5F. Memori I/O
merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap
berbagai fitur mikrokontroler seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi
I/O, dan sebagainya. 1024 alamat berikutnya mulai dari $60 hingga $45F digunakan
untuk SRAM internal (Amri, 2015).
2.3.6 Memori Data EEPROM
ATMega16 terdiri dari 512 byte memori data EEPROM 8 bit, data dapat
ditulis/dibaca dari memori ini, ketika catu daya dimatikan, data terakhir yang ditulis
pada memori EEPROM masih tersimpan pada memori ini, atau dengan kata lain
19
memori EEPROM bersifat nonvolatile. Alamat EEPROM mulai dari $000 sampai
$1FF (Amri, 2015).
2.3.7 Perangkat Lunak Mikrokontroler ATMega16
Sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja bila tidak diberikan program untuk
diisikan ke dalam mikrokontroler tersebut. Oleh karena itu, dalam tugas akhir ini
akan digunakan perangkat lunak BASCOM AVR sebagai media penghubung
antara program yang akan diisikan ke mikrokontroler ATMega16 yang
menggunakan bahasa Basic.
Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level language
(assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dll) tergantung
compiler yang digunakan. Bahasa Assembler pada mikrokontroler AVR memiliki
kesamaan instruksi, sehingga jika telah menguasai pemrograman satu jenis
mikrokontroler AVR, maka akan dengan mudah untuk memprogram
mikrokontroler AVR jenis lain, tetapi bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari
daripada bahasa Basic, untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan
waktu yang lama, serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan bahasa
Basic memiliki keunggulan dibandingkan bahasa assembly yaitu penyusunan
program akan lebih sederhana dan mudah pada proyek yang lebih besar. Bahasa
Basic hampir bisa melakukan semua operasi yang dapat dikerjakan oleh bahasa
mesin (Amri, 2015).
2.3.8 Digital to Analog Converter
Digital To Analog Converter (DAC) adalah perangkat yang digunakan untuk
mengkonversi sinyal masukan dalam bentuk digital menjadi sinyal keluaran dalam
bentuk analog (tegangan). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding
dengan nilai digital yang masuk ke dalam DAC. Sebuah DAC menerima informasi
20
digital dan mentransformasikannya ke dalam bentuk suatu tegangan analog.
Informasi digital adalah dalam bentuk angka biner dengan jumlah digit yang pasti
(Diosanto et al, 2017).
Konverter D/A dapat mengonversi sebuah bilangan digital ke dalam sebuah
tegangan analog dengan memberikan skala output analog berharga nol ketika
semua bit adalah nol dan sejumlah nilai maksimum ketika semua bit adalah satu.
Angka biner sebagai angka pecahan. Aplikasi DAC banyak digunakan sebagai
rangkaian pengendali (driver) yang membutuhkan input analog seperti motor AC
maupun DC, tingkat kecerahan pada lampu, pemanas (Heater) dan sebagainya.
Umumnya DAC digunakan untuk mengendalikan peralatan komputer. Pada
aplikasi modern hampir semua DAC berupa rangkaian terintegrasi (IC), yang
diperlihatkan sebagai kotak hitam memiliki karakteristik input dan output tertentu
(Diosanto et al, 2017).
Fungsi DAC (Digital to Analog Converter) adalah mengubah
(mengkonversi) sinyal digital menjadi sinyal analog. adalah perangkat atau
rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah suatu isyarat digital (kode-
kode biner) menjadi isyarat analog (tegangan analog) sesuai harga dari isyarat
digital tersebut. DAC dapat dibangun menggunakan penguat penjumlah inverting
dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) yang diberikan sinyal input berupa
data logika digital (0 dan 1). Blok diagram DAC ditunjukkan pada gambar 2.4, di
bawah ini:
21
Gambar 2.4 Blok Diagram DAC
Jenis DAC (Digital To Analog Converter) Binary-Weighted DAC (Digital
To Analog Converter) Suatu rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari
beberapa Resistor dan Operational Amplifier (Op-Amp) seperti gambar 2.5
(Diosanto et al, 2017).
Gambar 2.5 Rangkaian Binary-Weighted DAC
2.4 Transformator
Transformator merupakan suatu peralatan listrik (elektromagnetik statis) yang
berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian
listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan
(transformasi) tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan
prinsip induksi (elektromagnetik) dimana perbandingan tegangan antara sisi
primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan
berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya (Romu, 2015).
Transformator atau sering disingkat dengan istilah (Trafo) dapat mengubah
taraf suatu tegangan AC ( Alternating Curent ) ke taraf yang lain. Maksud dari
22
pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari
220VAC ke 12 VAC ( Voltage Alternating Curent ) ataupun menaikkan Tegangan
dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi
(Elektromagnet) dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik
(AC). Transformator memegang peranan yang sangat penting dalam
pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari
pembangkit listrik PLN ( Pembangkit Listrik Negara ) hingga ratusan kilo Volt
untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan
tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga
maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan tegangan AC 220Volt
(Romu, 2015).
2.4.1 Jenis Jenis Transformator
Ada beberapa jenis Trafo yang digunakan dalam sistem kelistrikan untuk
keperluan yang berbeda-beda. Keperluan-keperluan tersebut diantaranya seperti
trafo yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk keperluan
distribusi dan transmisi tenaga listrik. Perangkat yang dalam bahasa Inggris
disebut dengan Transformer ini dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa jenis,
diantaranya seperti pengklasifikasian berdasarkan level tegangan, berdasarkan
media atau bahan inti (core) trafo yang digunakan, berdasarkan pengaturan lilitan,
berdasarkan penggunaannya dan juga berdasarkan tempat penggunaannya.
23
Berikut ini adalah beberapa jenis Trafo :
1. Step Up
Gambar 2.6 Transformator Step-Up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder
lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik
tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai
penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang
digunakan dalam transmisi jarak jauh, juga terdapat dalam kelistrikan mobil
berupa coil yang akan menciptakan pematik petir sebagai pembakaran. Gambar
2.6 adalah gambar transformator Step-Up
2. Step-down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada
lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator
jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC. Dapat dilihat
pada gambar 2.7
24
Gambar 2.7 Transformator Step-Down
2.4.2 Cara Kerja Transformator
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen
pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan
kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk
memperkuat medan magnet yang dihasilkan (Romu, 2015). Gambar 2.8 adalah
bagian bagian transformator terdiri dari kumparan primer dan kumparan
sekunder.
Gambar 2.8 Bagian-Bagian Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika
Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan
arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah.
Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti
25
besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan
timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (Romu, 2015).
Gambar 2.9 Skema Transformator
kumparan primer dan kumparan sekunder terhadap medan magnet Pada
gambar 2.9 , ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan
primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan
berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan
berubah polaritasnya (Romu, 2015).
Gambar 2.10 Hubungan Antara Tegangan Primer, Jumlah Lilitan Primer,
Tegangan Sekunder, dan Jumlah Lilitan Sekunder
26
Pada gambar 2.10 Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer,
tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan
2.1:
Vp/Vs = Np/Ns ............................................................................ (2.1)
Keterangan :
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan
skunder transformator ada dua jenis yaitu :
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-
balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan
kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan
bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan
kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan
sekunder adalah:
1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
27
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
Vs ~ 1/Np
Sehingga dapat dituliskan:
Vs = Ns/Np x Vp ..................................................................................... (2.2)
2.5 Hukum Hukum Rangkaian
2.5.1 Hukum Ohm
Jika sebuah penghantar atau resistansi atau hantaran dilewati oleh sebuah
arus maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan muncul beda potensial,
atau Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan melintasi berbagai jenis bahan
pengantar adalah berbanding lurus dengan arus yang mengalir melalui bahan
tersebut. Secara matematis :
V = I.R (Ramdhani, 2005).
2.5.2 Hubungan Seri Paralel
Secara umum digolongkan menjadi 2 :
1. Hubungan seri
Jika salah satu terminal dari dua elemen tersambung, akibatnya arus yang lewat
akan sama besar.
2. Hubungan paralel
Jika semua terminal terhubung dengan elemen lain dan akibatnya tegangan
diantaranya akan sama.
Resistor (R)
a. Hubungan seri
Pada gambar 2.11 hubungan seri resistor dihubungkan dengan tegangan, akan
mengalir arus dan terdapat R ekuivalen sebagai pengganti resistor seri.
28
Gambar 2.11 Rangkaian Hubungan Seri Resistor
KVL : ∑V = 0 (2.3) V1 + V2 + V3 − V = 0 V= V1 + V2 + V3 = iR1 + iR2 + iR3 V =
i(R1 + R2 + R3 ) V/i= R1 + R2 + R3
Rek = R1 + R2 + R3 (2.4)
Pembagi tegangan : V1 = iR1
(2.5)
(2.6)
(2.7)
(2.8)
V2 = iR2
V3 = iR3
dimana:
i = V R + R
2 + R
1 3
sehingga :
R1
V1 =
V
R1 + R2
+ R3
V2 =
R2 V
R1 + R2
+ R3
V3 = R3
V
R1 + R2
+ R3
29
b. Hubungan Paralel
Pada gambar 2.12 hubungan seri resistor dihubungkan dengan tegangan, akan
mengalir arus dan terdapat R ekuivalen sebagai pengganti resistor paralel.
Gambar 2.12 Rangkaian Hubungan Paralel Resistor
(2.9)
(2.10)
Pembagi arus :
I1=V/R1
I2=V/R2
I3=V/R3
Dimana :
V=i.Rek
30
Sehingga :
I1=Rek/R1.i
I2=Rek/R2.i
I3=Rek/R3.i
2.6 Transistor
Transistor adalah saklar elektronik, komponen semikonduktor yang terdiri atas
sebuah bahan tpe p dan diapit oleh dua bahan type n (transistor NPN) atau terdiri
atas sebuah bahan type n dan diapit oleh dua bahan type p (PNP). Sehingga
transistor mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing masing bahan tersebut.
Dibandingkan dengan FET, BJT dapat memberikan penguatan yang jauh lebi
besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik. Pada BJT baik pembawa muatan
mayoritas maupun pembawa muatan minoritas mempunyai peranan yang sama
pentingnya (Herman, 2007).
Gambar 2.13 Diagram BJT : a) Jenis n-p-n dan b) Jenis p-n-p
Terdapat dua jenis kontruksi dasar BJT, yaitu jenis n-p-n dan jenis p-n-p.
Transistor jenis n-p-n, BJT terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan
31
tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-
n. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut “basis” (base),
salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut “emitor”
(emitter) dan yang lainya sebagai “kolektor” (collector). Secara skematik kedua
jenis transistor diperlihatkan pada gambar 2.13 (Herman, 2007).
Tanda panah pada gambar 2.13 menunjukkan kaki emitor dan titik dari
material tipe-p ke material tipe-n. Perhatikan bahwa untuk jenis n-p-n, transistor
terdiri dari dua sambungan p-n yang berperilaku seperti diode. Setiap diode dapat
diberi panjar maju atau berpanjar mundur, sehingga transistor dapat memiliki empat
modus pengoperasian. Salah satu modus yang banyak digunakan disebut “modus
normal”, yaitu sambungan emitor-basis berpanjar maju dan sambungan kolektor-
basis berpanjar mundur. Modus ini juga sering disebut sebagai pengoperasian
transistor pada “daerah aktif” (Herman, 2007).
2.6.1 Kerja Transistor
Apabila pada terminal transistor tidak diberi tegangan bias dari luar, maka
semua arus akan nol atau tidak ada arus yang mengalir. Sebagaimana terjadi pada
persambungan diode, maka pada persambungan emitter dan basis serta pada
persambungan basis dan kolektor terdapat daerah pengosongan. Tegangan
penghalang (barrier potensial) pada masing masing persambungan dapat dilihat
pada gambar 2.14. penjelasan kerja berikut ini didasarkan pada transistor jenis PNP
(bila NPN maka semua potensialnya adalah sebaliknya) (Herman, 2007).
32
Gambar 2.14 Diagram Potensial Pada Transistor Tanpa Bias
2.6.2 Konfigurasi transistor
Secara umum terdapat tiga macam variasi rangkaian transistor yang dikenal
dengan istilah konfigurasi, yaitu konfigurasi basis bersama (common-base
configuration), konfigurasi emitor bersama (common-emitter configuration), dan
konfigurasi kolektor bersama (common-collector configuration). Istilah bersama
dalam masing masing konfigurasi menunjuk pada terminal yang dipakai bersama
untuk input dan output. Gambar 2.15 menunjukan tiga macam konfigurasi tersebut
(Herman, 2007).
33
Gambar 2.15 Konfigurasi Transistor; (a) Basis Bersama; (b) Emitor Bersama; (c)
Kolektor Bersama
Pada konfigurasi basis bersama (Common base) sinyal input dimasukan ke
emitor dan sinyal output diambil pada kolektor dengan basis sebagai gorundnya.
Faktor penguatan arus pada basis bersama disebut dengan ALPHA (α). Alpha dc
adalah perbandingan arus IC dengan arus IE pada titik kerja. Sendangkan alpha ac
atau disebut alpha saja merupakan perbandingan perubahan IC dengan IE pada
tegangan VCB tetap (Herman, 2007).
(2.11)
34
Pada konfigurasi emitor bersama (common emitter = CE) sinyal input diumpan
pada basis dan output diperoleh dari kolektor dengan emitor sebagai groundnya.
Faktor penguatan arus pada emitor bersama disebut dengan BETA(β). Seperti
halnya alfa, istilah beta juga terdapat βdc maupun βac. Definisi Beta adalah :
(2.12)
Istilah beta sering juga dikenal dengan HFE yang berasal dari parameter
hybrid untuk factor penguatan arus pada emitor bersama. Data untuk harga hfe
maupun beta ini lebih banyak dijupai dalam berbagai buku data disbandingkan
dengan alfa. Umumnya transistor mempunyai harga beta dari 50 hingga lebih dari
600 tergantung dari jenis transistornya.
Dalam perencanaan rangkaian transistor perlu diperhatikan bahwa harga
beta dipengaruhi oleh arus kolektor. Demikian pula variasi beta juga terjadi pada
pembuatan di pabrik. Dua tipe dan jenis transistor yang sama serta dibuat dalam
satu pabrik pada waktu yang sama, belum tentu mempunyai beta yang sama.
Hubungan antara alfa dan beta dapat dikembangkan melalui beberapa persamaan
berikut:
β = IC / IB ekuivalen dengan IB = IC / β
α = IC / IE ekuivalen dengan IE = IC / α
35
2.6.3 Kurva karekteristik Transistor
Seperti halnya diode semi konduktor, sebagai komponen non linier,
transistor bipolar mempunyai karakteristik yang dapat dilukiskan beberapa kurva,
kurva karakteristik transistor yang paling penting adalah karakteristik input dan
karakteristik output.
Gambar 2.16 sampai dengan gambar 2.18 adalah kurva karakterisrik input
untuk emitor bersama (CE) untuk transistor npn bahan silikon kurva ini
menunjukan hubungan antara arus input IB dengan input VBE untuk berbagai
tegangan variasi output VCE, hal ini VCE disebut sebagai parameter (Herman,
2007).
Gambar 2.16 Kurva Karakteristik Input Untuk CE
36
Gambar 2.17 Kurva Karakteristik Output CE
Gambar 2.18 Kurva Transfer CE Transistor Silikon
Berbagai tegangan sambung transistor saturasi, aktif, dan cutoff ditentukan
oleh bahan yang digunakan yaitu germanium dan silicon terdapat pada tabel 2.5
Tabel 2.5 Berbagai Tegangan Persambungan Transistor Npn
VCE
saturasi
VBE
Saturasi
VBE
Aktif
VBE
Cut-in
VBE
Cut-off
Silicon 0.2 0.8 0.7 0.5 0.0
Germanium 0.3 0.3 0.2 0.1 -0.1
37
2.7 Teori Dasar inverter
Inverter adalah rangkaian yang mengubah DC menjadi AC. Atau lebih
tepatnya inverter memindahkan tegangan dari sumber DC ke beban AC. Inverter
digunakan pada aplikasi seperti adjustable-speed AC motor drives, uninterruptible
power supplies (UPS), dan aplikasi ac yang dijalankan dari baterai (Ronggo, 2018)
Pada dasarnya inverter adalah alat yang membuat tegangan bolak-balik dari
tegangan searah dengan cara pembentukan gelombang tegangan. Namun
gelombang yang terbentuk dari inverter tidak berbentuk gelombang sinusoida,
melainkan gelombang persegi. Pembentukan tegangan AC tersebut dilakukan
dengan menggunakan dua buah pasang saklar. Gambar 2.19 adalah gambar yang
menerangkan prinsip kerja inverter dalam pembentukan gelombang tegangan
persegi (Ronggo, 2018).
Gambar 2.19 Prinsip Dasar Inverter
38
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti
ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan
mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah
sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan
ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse
width modulation – PWM) dalam proses conversi tegangan DC menjadi tegangan
AC (Ronggo, 2018). Pembentukkan gelombang saklar dapat dilihat dari gambar
2.20:
Gambar 2.20 Bentuk Gelombang Tegangan
Berikut adalah trasnformator ideal yang terdapat pada transformator gambar 2.21
hubungan antara tegangan, arus dan jumlah lilitan
Gambar 2.21 Transformator Ideal
Transformator stepup pada sisi primer terdapat kumparan lebih sedikit
dibandingkan dengan kumparan sekunder, hal ini dibuktikan dengan adanya jumlah
kumparan yang melilit di inti besi, berikut adalah trafo step up pada gambar 2.22
39
Gambar 2.22 Step Up Transformator
Transformator saat ini sudah banyak menggunakan inti ferit yang penggunaannya
jauh lebih ringkas, untuk menghasilkan tegangan ac maka menggunakan metode
switching atau biasanya disebut juga swithing mode power supply pada gambar
2.23 :
Gambar 2.23 Power Supply Step Down Switching
2.8 Pandangan umum tentang plasma
Lucutan gas merupakan kajian yang sudah cukup lama dalam fisika. Lucutan
dalam gas yang paling dikenal dalam alam adalah kilat (lightning). Gas yang sifat
dasarnya merupakan isolator, karena kondisi tertentu berubah menjadi konduktor.
40
Bagaimana terjadinya kilat dan diikuti dengan petir? Awan yang berada dekat
dengan permukaan bumi memiliki beda potensial yang sangat tinggi dengan
permukaan bumi. Karena radiasi kosmis terjadilah ionisasi pada gas diantara awan
dan bumi tersebut.
Gas yang terionisasi ini semakin banyak dan memungkinkan terjadinya
ionisasi berantai kerena elektron-elektron yang dihasilkan dalam ionisasi dipercepat
menuju awan dan dalam perjalanannya menumbuk atom dan molekul gas. Peristiwa
ini berlangsung terus dan pada satu keadaan tertentu terjadi guguran elektronik
(avalance electronics).
Udara (gas) di antara awan dan bumi menjadi penghantar berbentuk kanal
dan memancarkan cahaya putih. Lucutan elektrik (electrical discharge) telah terjadi
di alam, diikuti dengan suara petir merupakan suara tepukan antara udara yang
terpisahkan dalam waktu singkat oleh kanal lucutan antara awan dengan bumi
dan/atau antara awan dengan awan. Petir di alam ditunjukkan pada gambar 2.24
Gambar 2.24 Kilat Merupakan Lucutan Gas Yang Terbentuk Oleh Peristiwa Alam
(Courtesy: http://outdoors.webshots.com/photo/1054032381041113742wLgysV)
Dalam laboratorium lucutan elektrik dapat dilakukan dalam tabung berisi
gas. Apabila dua buah elektroda yang berupa plat sejajar diletakkan di dalam tabung
41
yang berisi gas dengan tekanan tertentu dan kedua elektroda dihubungkan dengan
sumber tegangan tinggi DC, maka akan terjadi lucutan listrik diantara elektroda-
elektrodanya. Gambar tabung lucutan gas dapat dilihat pada gambar 2.25. Elektron
dari katoda akan bergerak menuju anoda dan selama perjalanannya elektron-
elektron tersebut akan menumbuk molekul-molekul dan/atau atom-atom gas
diantara kedua elektroda.
Untuk terjadinya ionisasi berantai, tahapan pertama yang harus dilalui
adalah terjadinya ionisasi yang menghasilkan elektron. Elektron pertama ini
diyakini oleh para ilmuwan berasal dari ionisasi gas oleh radiasi sinar kosmis.
Elektron pertama ini dipercepat oleh beda potensial antara dua elektroda plat dalam
tabung lucutan tersebut. Dalam perjalannya elektron ini akan menumbuk dan
mengionisasi atom atau molekul gas lain, demikian seterusnya. Proses tumbukan
beruntun tersebut akan menghasilkan guguran elektronik dan dapat mengakibatkan
terjadinya ionisasi berantai (Nur, 2011).
Sumber Tegangan Tinggi
Gambar 2.25 Tabung Lucutan Gas
A
V
Anoda Katoda
42
Pada suatu nilai tegangan tertentu akan terlihat adanya pancaran (emisi)
cahaya pada katoda. Pancaran yang terjadi pada katoda akibat rekombinansi antara
ion gas dan elektron sekunder dan akibat panas bramstrahlung ion pada katoda.
Dalam gas sendiri terjadi perubahan yang menyebabkan gas berangsurangsur
menjadi penghantar, keadaan ini disebut dadal (breakdown). Setelah keadaan dadal
pijaran katoda yang disebabkan oleh tumbukan-tumbukan ion dan emisi elektron
sekunder akan menimbulkan kenaikan arus, kondisi ini disebut lucutan normal
(normal discharge). Pada keadaan ini proses ionisasi akan terjadi secara berantai
dan tidak lagi memerlukan penambahan tegangan dari luar untuk terjadinya
ionisasi. Setelah permukaan katoda seluruhnya berpijar, tegangan dan arus listrik
akan naik secara simultan dan keadaan ini disebut lucutan abnormal (abnormal
discharge). Apabila tegangan terus dinaikkan maka katoda akan semakin panas
yang disebabkan tumbukan ion berenergi tinggi dan proses ini menjadi dominan
untuk memproduksi elektron. Dalam hal ini tegangan lucutan menjadi menurun dan
arus listrik meningkat, kondisi ini disebut lucutan arc (arc discharge). Lucutan arc
tidak memerlukan lagi penambahan tegangan untuk mendukung lucutan, karena
pada katoda akan terpancar elektron-elektron sekunder terus-menerus yang
disebabkan proses thermionik (Nur, 2011).
2.9 Lucutan Penghalang Dielektrik (Dielectric Barrier Discharge)
Lucutan didefinisikan sebagai aliran arus listrik yang melalui gas dan proses-
proses ionisasi gas yang disebabkan oleh adanya medan listrik. Lucutan gas diawali
proses ionisasi gas dalam medan listrik yang kuat. Ionisasi gas menghasilkan ion
yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif. Masing-masing
43
muatan listrik tersebut bergerak menuju elektroda yang sesuai sehingga terjadi
aliran muatan listrik.
Lucutan plasma berpenghalang dielektrik berbentuk koaksial (Coaxial
Dielectric Barrier Discharge) merupakan sistem tertutup. Lucutan plasma ini
dihasilkan pada celah di antara dua elektroda yaitu elektroda kawat sebagai
elektroda aktif di bagian dalamnya dan elektroda terluar (elektroda pasif) yang
berupa lembaran aluminium dengan tabung gelas pyrex sebagai penghalang
(barrier). Bila kedua elektroda ini diberi tegangan listrik maka akan menghasilkan
medan listrik yang tidak homogen, muatan ruang (space-charge) akan timbul
sebelum terjadinya tembus total dan distribusi medan listrik yang terjadi akan
mempengaruhi nilai dari tegangan tembus. Sistem pembangkit lucutan plasma
penghalang dielektrik menggunakan gas sumber udara bebas pada tekanan atmosfer
sebagai gas masukan. Ozon diproduksi di dalam lucutan plasma penghalang
dielektrik dari gas di udara atau gas oksigen murni yang melewati celah diantara
dua elektroda (Nur, 2011).
Gambar 2.26 Bentuk Konfigurasi Elektroda Lucutan Plasma Penghalang
Dielektrik, (a) Geometri Elektroda Tampak Samping, (b) Geometri Elektroda
Tampak Depan.
44
Pada gambar 2.26 ditunjukkan konfigurasi elektroda dari lucutan plasma
penghalang dielektrik dan warna abu-abu menunjukkan bahan dielektrik, dengan
karakteristik sebagai berikut: lucutan plasma penghalang dielektrik dioperasikan
pada tekanan atmosfer diantara logam elektroda yang salah satunya dilindungi oleh
penghalang dielektrik. Pembangkit AC (alternating current) tegangan tinggi akan
menghasilkan lucutan di antara celah elektroda sehingga gas akan terionisasi.
Bahan gelas dan keramik yang berbeda pada umumnya digunakan sebagai material
penghalang. Lucutan biasanya terjadi dalam jumlah besar sepanjang daerah filamen
(100-200 μ m). Lucutan ini dibentuk dengan melipat gandakan elektron yang
bergerak dari elektroda aktif dan terakumulasi pada bahan dielektrik yang
melindungi elektroda pasif pada waktu yang bersamaan. Aliran muatan pada 10-
100 ns memungkinkan terjadinya perpindahan muatan selama waktu itu. Muatan
listrik negatif ini dikumpulkan pada permukaan elemen dari bahan dielektrik
sebagai muatan bebas (Nur, 2011).
45
2.10 Generator ozon teknologi plasma
Generator ozone adalah alat pembangkit plasma dan penghasil ozone, secara
garis besar generator ozon teknologi plasma dapat dilihat di gambar 2.27
Gambar 2.27 Alur Sistem Generator Ozon
Seiring dengan perkembangan teknologi berbasis tegangan tinggi (high
voltage), ozon dapat diproduksi pada tekanan udara atmosfer melalui proses lucutan
elektron (electron discharge) menggunakan instrumentasi generator ozon. Hingga
saat ini, pembentukan ozon dapat dilakukan dengan metoda radiasi sinar-UV,
lucutan elektron dan reaksi elektrolisis kimia (Ebbing dan Gammon, 2009).
Berdasarkan pada penelitian terdahulu menjelaskan bahwa produksi ozon yang
cukup besar dihasilkan melalui metode pelucutan elektron.
Pada generator ozon masih terdapat penggunaan manual dengan
menggunakan potensiometer untuk memvariasi output tegangan dan ozone yang
keluar. Terdapat power sebagai pembangkit tegangan tinggi 0-10KV dan pompa
POWER
HV
Panel
potensio
meter
Variasi
kosentrasi
Reaktor
DBD
Pompa
Udara
Ozone
(O3)
46
sebagai pendingin dan penghasil udara oksigen yang akan di pecah dan di
gabungkan dengan reactor DBD untuk menghasilkan ozon O3.
47
P Output P Input
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram skema Rancang bangun
Gambar 3.1 adalah diagram skema rancang bangun kontrol dan digitalisasi
generator plasma ozon:
Power Plasma
Gambar 3.1 Diagram Skema Rancang bangun
POWER
SUPPLY
5 VOLT
MIKROKONTROLLER
ATMega 8
Timer
DISPLAY
7 SEGMENT
4 DIGIT
DAC
INVERTER
STEP UP
HIGH VOLTAGE
OUTPUT
ELEKTRODA REAKTOR
HV
0 – 12 KV
POWER
SUPPLY
24 V / 10 A
Display
Kosentrasi
Adjusment
7 SEGMENT
3 DIGIT
MIKROKONTROLLER
ATMega 16
Relay
PLN
220V
Frekuensi Arduino pro
mini
48
Pada gambar 3.1 diagram skema rancang bangun terdiri dari power supply
5 volt untuk mensupply IC Atmega timer dan IC atmega 16 otomatisasi.
Mikrokontroller timer berfungsi sebagai pewaktu, outpunya berupa display 7
segment dan sebuah relay untuk mengendalikan power.
Mikrokontroller Atmega 16 otomatisasi berfungsi sebagai pengendali
output DAC dan display kosentrasi pada 7 segment.
Diagram power plasma terdiri dari powersupply 24 volt. Inverter High
Voltage sebagai rangkaian penaik tegangan. Terdapat osilator pada arduino pro
sebagai pembangkit frekuensi pada step up high voltage, kemudian output dari
inverter dimasukan ke reactor DBD yang meghasilkan plasma ozone. Didalam
power plasma terdapat daya masukan dan daya keluar yang akan dihitung
efisiensinya.
Diagram alir pada gambar 3.2 adalah flowchart Otomatisasi Generator
Plasma Ozon. Bertegangan 5 volt untuk mencatu daya IC kemudian akan
menyalakan timer selama 2 jam untuk menghidupkan power plasma. Ic atmega 16
akan mengotomatisasi DAC dan nilai didalam program sesuai EEPROM. DAC
akan diproses dan masuk keinput analog inverter High voltage. Output high voltage
terhubung dengan reactor DBD yang merupakan penghasil ozon (O3).
49
Flowchart kontrol generator plasma ozon
Start
Power
supply
5Volt
Timer On
Elektroda
Plasma
Reaktor
DBD
END
Display
Kontrol
DAC
Power Plasma
Inverter High
Voltage
Gas
Ozon (O3)
Gambar 3.2 Flowchart Generator Plasma Ozon dengan mikrokontroller
50
Algoritma
1. Mulai
2. Power supply 5volt
3. Timer otomatis 2 jam
4. Otomatisasi (EEPROM) DAC
5. Inverter HV
6. Elektroda plasma reactor DBD
7. Ozon
8. Selesai
Pada diagaram skema rancang bangun pertama terdapat rangkaian timer
sebagai otomatisasi penghindar over heat pada generator yang mengendalikan
power supply switching sebagai power pembangkit tegangan tinggi.
Rangkaian mikrokontroller otomatisasi mengendalikan display digital dari
0 – 100 dan mengendalikan system DAC binary weighted.
Inverter high voltage sebagai metode pembangkit tegangan tinggi yang berupa
frekuensi generator, transistor switching dan trafo step up. Dengan menggunakan
variasi frekuensi sebesar 1000Hz, 1250 Hz, dan 1500Hz. Frekuensi ini
dibangkitkan dengan mikrokontroller arduino pro mini yang dapat di program
sesuai dengan yang perintahkan.
Display kosentrasi yang ditampilkan akan dikonversi ke DAC dan terdapat
resistansi binary weighted dan di hitung nilainya dengan Vin 5 vpp (dari arduino)
yang mempengaruhi nilai R1 sehingga Vout juga ikut berubah.
51
3.2 Langkah Penelitian
Pada diagram blok gambar 3.1, terdapat mikrokontroller yang terdiri dari
beberapa perencanaan sistem yaitu:
1. Rangkaian Timer
Pada penelitian ini, pertama yang dibuat yaitu perencanaan sistem digital,
untuk menghindari over heat pada generator plasma ozone, diperlukan
rangkaian timer digital, pembuatan skema rangkaian menggunakan software
diptrace scematic atau bisa menggunakan software proteus 8.0
52
Gambar 3.3 Skema Rangkaian Timer Digital
53
Pada gambar 3.3 skema rangkaian timer digital komponen terpenting adalah
IC Atmega 8, yang berfungsi sebagai pengendali dan output display. Output
mikrokontroller pada port b sebagai driver pengendali scaning pada 4 digit 7
segment, yang berupa transistor npn, karena 7 segment menggunakan common
catode. Ketika basis diberi bias oleh mikrokontroller 1 atau 5 volt, maka
transistor akan aktif kan menyalurkan common ke ground.
Pada port d sebagai output 8 bit yang akan menghidupkan led di 7 segment,
yang berjumlah 7 led yang disusun dengan rapi. Port D.0-D.7 akan
mengeluarkan logika 1 maka led 1 dot matriks segment akan hidup dan common
digit terhubung ke ground, maka terbentuklah display yang telah disusun oleh
program dengan tampilan angka 0-9, jika ada 4 segment, mikrokontroller bisa
menampilkan 0-9999.
Program display yang ditampilkan adalah waktu hitung mundur yang
berfungsi sebagai timer, dengan waktu yang telah diprogram adalah 2 jam,
dengan tampilan 02:00, selama waktu 2 jam mundur, mikrokontroller
mengaktifkan port c.1 berlogika 1 untuk mengaktifkan relay lewat transistor
bd139 berjenis npn, transistor npn jika basis diberi bias atau tegangan maka arus
kolektor akan mengalir ke emitor(ground). Dengan ini relay bertegangan 5 volt
melewati kumparan relay dan menuju ke ground, maka relay aktif dan
menghubungkan kaki relay Common ke kaki NO. Relay ini menghubungkan
tegangan PLN ke SMPS generator, maupun ke pompa generator.
Diagram alir pada gambar 3.4 adalah flowchart Timer. Menginisialisasi
ATmega 8 sebagai IC utama dalam memrogram, output port d dan port d
54
sebagai output scaning 7 segment dan portc.1 sebaagai output pengendali relay
selama 2 jam. Timer akan mengacu pada gambar 3.2 yang akan menghidupkan
display control DAC.
Flowchart
Start
Inisialiasi
ATmega 8
Port B =output
Port D = output
Port C.1 =
output
Relay =
on
END
Display 7
segment
4 digit
“24.00”
Timer 2 jam
Gambar 3.4 Flowchart Timer
55
Algoritma
1. Mulai
2. Inisialisasi menggunakan IC Atmega 8 sebagai rangkaian
timer
3. Port b sebagai output display 7 segment
4. Port d sebagai output display 7 segment
5. Display menampilkan angka 02:00 untuk kurung waktu 2
jam
6. Mengaktifkan Relay
7. Selesai
2. Rangkaian Display Control
Membuat rangkaian mikrokontroller display output ozone dari ranges 0-100
dan pengontrol DAC binary-weighted 8 bit, terdapat dua saklar push button
yang tersambung dengan ground dan resistor pullup sebagai input
mikrokontroller untuk menaikan dan menurunkan digit display dari nol sampai
seratus (0-100). Gambar 3.5 adalah rangkaian display control:
56
Gambar 3.5 Skema Rangkaian Display Control
57
Pada gambar 3.5 rangkaian display control komponen sangat komplek
terdiri dari IC Atmega 16, yang berfungsi sebagai pengendali dan output
display. Output mikrokontroller pada port c sebagai driver pengendali scaning
pada 3 digit 7 segment, yang berupa transistor npn, 7 segment menggunakan
common catode. Ketika basis diberi bias oleh mikrokontroller 1 atau 5 volt,
maka transistor akan aktif kan menyalurkan common ke ground.
Pada port a sebagai output 8 bit yang akan menghidupkan led di 7 segment,
yang berjumlah 7 led yang disusun dengan rapi. Port D.0-D.7 akan
mengeluarkan logika 1 maka led 1 bar segment akan hidup dan common digit
terhubung ke ground, maka terbentuklah display yang telah disusun oleh
program dengan tampilan angka 0-9, jika ada 3 segment, mikrokontroller bisa
menampilkan 0-999.
Program display yang ditampilkan adalah angka output gas ozon yang
keluar, range nya dari 0-100. Setelah itu mikrokontroller memerintahkan port d
sebagai output biner yang berupa decimal. Output yang keluar akan diproses ke
system DAC binary weighted.
Terdapat tombol UP dan Down yang terhubung dengan resistor pull up dan
masuk ke input mikrokontroller port b.2 dan portb.3, jika tombol up di tekan,
maka portb.2 akan berlogika 0, input di terima dan diproses mikrokontroller
dengan perintah programnya display angka akan bertambah 1.
Terdapat tombol Down jika tombol down di tekan, maka portb.3 akan
berlogika 0, input di terima dan diproses mikrokontroller dengan perintah
programnya display angka akan berkurang 1.
58
Dalam pemograman juga terdapat EEPROM, yaitu fitur yang diberikan
oleh ATMEL difungsikan sebagai memori program dan menyimpan data, jika
power mati atau pln mati mikro menulis data ke memori EEPROM dan masih
bisa menampilkan angka yang telah tersimpan.
Flowchart
Start
Inisialiasi
ATmega 16
Port A =output
Port C = output
Port D = output
Port B.2 = input
Port B.1 = input
DAC
Binnary
weighted
8 Bit
END
Display 7
segment
3 digit
EEPROM
(0-100)
Switch UP = 0 Switch Down = 0
Display =
Display + 1
Display =
Display - 1
YES YES
NoNo
Gambar 3.6 Flowchart Display Control
59
Pada diagram alir gambar 3.6 adalah flowchart display control.
Inisialisasi IC atmega 16 yang digunakan. Porta,b,c,d sebagai output, kemudian
display 7 segment menampilkan angka 0-100 tergantung pembacaan eeprom
yang sudah di simpan dalam memori eeprom, jika switch up ditekan maka
kosentrasi akan bertambah, jika switch down di tekan ke ground maka
kosentrasi display akan berkurang. Setelah nilai kosentrasi ditampilkan program
akan mengontrol output DAC yang sebagai control otomatisasi dan DAC
sebesar 8 bit. Display control mengacu pada gambar 3.2 setelah timer
menghidupkan, kemudian control dac akan masuk pada input power plasma.
Algoritma
1. Mulai
2. Inisialisasi Atmega 16 sebagai IC program
3. Port A, D, C sebagai output display dan output 8 bit untuk
DAC
4. Port B sebagai input digital untuk up dan down
5. Jika tombol up di tekan akan ke posisi GND(0) maka display
akan bertambah 1
6. Jika tombol down di tekan akan ke posisi GND(0) maka
display akan berkurang 1
7. Konversi display ke output biner pada port D yang akan
dikonversikan ke system DAC binary-weighted
8. Selesai
60
3. Rangkaian Control DAC & Driver Switching
Pada rangkaian DAC dengan menggunakan system binary weighted yang
terdiri dari resistor yang disusun parallel dengan pensaklaran menggunakan
coupler. Output dari binary weighted tersebut sudah menjadi system analog,
yang bisa digunakan untuk mengontrol osilator masuk ke basis transistor.
Pada gambar 3.7 skema rangkaian control dac binary weighted, terdiri dari
IC Atmega 16 output 8 bit yang terhubung ke masing masing resistor dari D7-
D0, output dari mikrokontroller akan menghidupkan led optocoupler kemudian
akan mensaklar resistor resistor yang telah ditentukan. Sistem DAC
menggunakan sistem Binnary weighted. Pada pin 4 optocoupler terdapat
kolektor yang di sambung secara parallel dengan yang lainnya dan terhubung
ke Osilator Arduino pro mini.
61
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Control DAC Binary Weighted
62
Flowchart
Start
Inisialiasi
ATmega 16
PORTD =output
Sinyal
analog
END
Konversi data
digital ke
analog
8 bit (00000000-
11111111)
Resistor binnary
weighted
Gambar 3.8 Flowchart DAC Mirkokontroller dengan Binnary Weighted
Pada diagram alir gambar 3.8 adalah flowchart DAC binary weighted.
Inisialisasi IC atmega 16 yang digunakan. Portd sebagai output, kemudian data
diolah dan dikonversi kea dc dari 0 bit sampai 8 bit. Output akan diolah dengan
63
rangkaian resistor binary weighted yang terdari resistor dan switch. Data digital
sudah terkonversi menjadi data analog. DAC mengacu pada gambar 3.2 masih
dalam sistem display kontrol DAC.
Algoritma
1. Mulai
2. Inisialisasi Atmega 16 sebagai IC program
3. Port D output 8 bit untuk DAC
4. Data digital diolah dengan system resistor binary weighted
5. Didapatkanlah hasil konversi berupa sinyal analog
6. Selesai
Pada gambar 3.9 skema rangkaian driven switching inverter high
voltage Transformator/koil dirangkai secara seri dengan polaritas terbalik,
dikarenakan plasma ozone dapat di hasilkan dengan senyawa yang terbentuk
oleh plasma, hasil dari DAC diatas dapat dimasukan ke input analog transistor,
transistor tersebut ada 2 tingkat penguatan, agar sinyal dari DAC 5Vpp 1KHz
dapat ditingkatkan power (arus dan tegangan) Switching menuju ke ground pada
transistor. Input basis transistor BD139 dihubungkan ke sistem DAC, kolektor
Transistor tersebut mendapat VCC 24 volt, dan emitornya bertemu basis
transistor power Transistor 2SC5200 agar penguatan 2 kali lipat dan transistor
tersebut akan mensaklar dari VCC koil dan koil menuju ground sesuai frekuensi
yang ditentukan.
64
Gambar 3.9 Skema Rangkaian Switching Inverter High Voltage
65
Setelah semua terintegrasi dengan output dari transformator / koil
dihubungkan ke elektroda reaktor plasma DBD (dielectric barrier discharge),
setelah itu terdapat pompa udara sebagai pendingin dan penghasil udara
senyawa gas oksigen, meskipun tidak 100% oksigen, akan tetapi diudara
disekitar kita dapat menjumpai 20% oksigen di udara bebas. Pembentukan ozon
membutuhkan gas oksigen (O2).
Flowchart
Start
Sinyal
analog
Penguatan 2 tingkat
transistor sebagai
driven
Ozon (O3)
END
Swtiching
transistor 5vpp
1KHz
Plasma bertegangan AC
0-15KV
Gambar 3.10 Flowchart Inverter DC To AC
66
Pada diagram alir gambar 3.10 adalah flowchart driven inverter DC to
AC. Sesudah sinyal analog didapatkan, maka masuk ke input transistor 2 tingkat
sebagai driven. Switching terdapat frekuensi osilator 5vpp. Setelah itu plasma
terbentuk diantara tegangan 0-15Kilo Volt yang akan menghasilkan ozon.
Mengacu pada gambar 3.2 sebagai power plasma yang akan dikeluarkan pada
reaktor DBD dan keluar gas Ozon.
Algoritma
1. Mulai
2. Tegangan analog 5vpp, 1KHz/1,25KHz/1,5KHz
3. 2 tingkat penguatan switching transistor
4. Output coil/transformator High Voltage
5. Reaktor DBD
6. Terbentuklah ozone
7. Selesai
4. Pembangkit frekuensi
Arduino minipro sebagai pembangkit pulsa osilator, frekuensi bervariasi
tergantung pemakaian dan beban reaktor DBD, semua sudah terprogram dan
terintegrasi secara sistem
67
Gambar 3.11 Rangkaian Arduino Pro Mini
Pada gambar 3.11 adalah rangkaian arduino pro mini. Vcc akan terhubung ke
tegangan 5 volt. Terdiri dari beberapa pinout, dengan pin 13 sebagai output
pembangkit frekuensi(osilator) bervariasi dengan program antara 1000Hz-1500Hz.
Flowchart
Start
Inisialisasi
Arduino pro
mini
Frekuensi
Output
pin 13
END
Pemograman Variasi
frekuensi
(1KHz-1,5KHz)
Gambar 3.12 Flowchart Arduino Sebagai Pembangkit Pulsa
68
Pada diagram alir gambar 3.12 adalah flowchart arduino sebagai
pembangkit frekuensi. Menggunakan arduino pro mini yang telah diprogram
antara 1 KHz sampai 1,5 KHz. Output pin frekuensi terdapat pada pinout 13.
Mengacu pada gambar 3.2 terdapat pada sistem power plasma inverter.
Algoritma
1. Mulai
2. Inisialisasi Arduino promini
3. Pin 13 sebagai output frekuensi
4. Program variasi frekuensi
5. Output frekuensi 5vpp 1khz
6. Selesai
3.3 Alat Pengujian
Setelah itu melakukan pengukuran frekuensi, arus, tegangan, kosentrasi ozon
yang dihasilkan menggunakan alat sebagai berikut:
1. Multimeter
Gambar 3.13 Multimeter
69
Pada gambar 3.13 adalah multimeter berfungsi sebagai pembaca tegangan
arus dan resistansi, didalam penelitinan ini digunakan untuk mengukur
tegangan output plasma DBD dan input switching
2. Probe HV 1000:1
Gambar 3.14 Probe HV
Pada gambar 3.14 Probe HV yang berfungsi untuk meredam tegangan tinggi
dengan rasio 1:1000 yang tegangan akan di baca oleh multimeter 1/1000,
untuk megukur tegangan output reactor 0-15KV, maka digunakanlah probr
HV untuk meredam yang akan masuk ke multimeter
70
3. Tang Ampere
Gambar 3.15 Ampere Meter
Pada gambar 3.15 adalah tang ampere yang berfunsi untuk mengukur arus
yang lewat pada reaktor DBD dan switching satuannya adalah mA.
Pengukuran menggunakan tang amper meliputi arus pada bagian primer dan
sekunder inverter HV
4. Ozone Meter
Gambar 3.16 Ozone Meter
71
Pada gambar 3.16 adalah Ozone meter yang berfunsi untuk mengukur
Ozone yang keluar dari reactor DBD, satuannya adalah ppm. Hasil
pengukuran akan ditampilkan di layar LCD
5. Osiloskop
Gambar 3.17 Osiloskop Digital
Pada gambar 3.17 osiloskop digital berfungsi untuk menampilkan sinyal
dan frekuensi pada output layar tersebut. Data yang diukur diolah ke dalam
tabel seperti hasil resistor binary weighted, hasil sinyal osiloskop, tegangan
output dan input, daya serta efisiensi menggunakan otomatisasi
mikrokontroller.
72
BAB IV
HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Uji Timer otomatis
Rangkaian Timer diberi tegangan sebesar 5 volt dc. Pada 7 segment akan
menampilkan angka yang telah di beri program sebagai berikut
Jam = 2
Menit = 00
Jam_pul = Jam / 10
Jam_sat = Jam Mod 10
Portb = &H01
Portd = Lookup(jam_pul , Angka)
Waitms 5
Portb = &H02
Portd = Lookup(jam_sat , Angka)
Waitms 5
Angka:
Data &B00111111 , &B00000110 , &B01011011 , &B01001111 , &B01100110 ,
&B01101101 , &B011111101 , &B00000111 , &B01111111 , &B01101111
7 segment akan menampilkan jam 2 dan menit 00, jam_pul menampilkan jam
dibagi 10 menampilkan 2, jam_sat menampilkan hasil sisa pembagian 10. Look up
portd akan melihat dari olahan angka secara berurut dan program sesuai jam.
73
Pada angka 2 seven segment menampilkan 02:00, dengan digit ke 2 dengan data
angka biner 01011011 muncul angka 2 karena pada 7 segment terdapat pin sebagai
berikut
Gambar 4.1 Pin BCD 7segment
Pada gambar 4.1 pin bcd 7segment adalah dot matrix dari sebuah 7 sement
akan membentuk angka dari 0-9. Dengan memberi tegangn pada masing masing
dot akan menyala sebuah led atau garis
Gambar 4.2 Display Timer pada Jam 02:00
Pada gambar 4.2 menampilkan angka 0200 yaitu angka selama 2 jam counting
down sampai menampilkan display 00:00 setelah waktu sudah lebih 2 jam display
menapilkan 23:59
74
Biner 01011011 yaitu pada kaki led 7 segment a,b,g,e,d mendapat tegangan 5
volt untuk menghidupkan led dalam 7 segment, selain itu tidak bertegangan atau 0
volt, maka menjadi bentuk angka 2.
If Jam <= 2 And Jam >= 0 Then
Portc.1 = 1
Else
Portc.1 = 0
End If
Timer bekerja selama 2 jam yang telah ditentukan, ketika jam kurang dari 2
maka portc.0 akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt. Tegangan 5 volt ini
mengaktifkan relay bertegangan 5 volt dengan di drive dengan transistor 2n2222 ,
tetapi jika jam lebih dari jam 2 maka relay akan mati karena output dari portc.0
tidak mengeluarkan tegangan atau 0 volt. Timer bekerja dengan baik.
4.2 Uji display kosentrasi
Pada rangkaian display komponen sangat komplek terdiri dari IC Atmega 16,
yang berfungsi sebagai pengendali dan output display. Output mikrokontroller pada
port c sebagai driver pengendali scaning pada 3 digit 7 segment, yang berupa
transistor npn, 7 segment menggunakan common catode. Ketika basis diberi bias
oleh mikrokontroller 1 atau 5 volt, maka transistor akan aktif kan menyalurkan
common ke ground.
Rangkaian display kosentrasi diberi tegangan sebesar 5 volt dc. Pada 7 segment
akan menampilkan angka yang telah di beri program sebagai berikut
75
Count = Data_count
Portc = &H02
Porta = Lookup(rat , Angka)
Waitms 5
Portc = &H04
Porta = Lookup(pul , Angka)
Waitms 5
Portc = &H08
Porta = Lookup(sat , Angka)
Waitms 5
Angka:
Data &B00111111 , &B00000110 , &B01011011 , &B01001111 ,
&B01100110 , &B01101101 , &B011111101 , &B00000111 , &B01111111 ,
&B01101111
7 segment akan menampilkan angka yang disimpan dalam eeprom, pada bilangan
acak yang ditampilkan adalah 100. Rat(ratusan) menampilkan angka temp1 dibagi
dengan 10 menampilkan angka 1, pada pul(puluhan) yaitu temp2 hasil sisa dari
pembagian 100 yaitu akan menampilkan angka 0
Look up portd akan melihat dari olahan angka secara berurut dan program sesuai
angka dengan ratusan/puluhan/satuan.
Pada angka 1 seven segment dengan digit pertama dengan data angka biner
00000110 muncul angka 1 karena pada 7 segment terdapat pin sebagai berikut
76
Gambar 4.3 Pinout BCD 7segment
Pada gambar 4.3 pin bcd 7segment adalah dot matrix dari sebuah 7 sement akan
membentuk angka dari 0-9. Dengan memberi tegangn pada masing masing dot akan
menyala sebuah led atau garis
Gambar 4.4 Display Kosentrasi Menujuk Angka 100
Pada gambar 4.4 menampilkan angka 100 yaitu angka kosentrasi ozon yang
keluar. Angka bisa menunjukan 0 sampai 100 Biner 00000110 yaitu pada kaki led 7 segment c dan d mendapat tegangan 5
volt untuk menghidupkan led dalam 7 segment, selain itu tidak bertegangan atau 0
volt, maka menjadi bentuk angka 1.
If Pinb.2 = 0 Then
Count = Count + 1
77
Data_count = Count
Writeeeprom Data_count , 1
End If
If Pinb.3 = 0 Then
Count = Count - 1
Data_count = Count
Writeeeprom Data_count , 1
End If
End If
Portb.2 dan portb.3 terdapat saklar push on, di pin ic ini terdapat tegangan 5 volt
yang terhubung ke VCC dengan resistor pull up, jika tombol porb.2 mendapat
ground maka display kosentrasi akan bertambah 1, jika portb.3 mendapat ground
maka display kosentrasi akan berkurang 1, dapat dilihat pada gambar 4.5 dan
gambar 4.6
Gambar 4.5 Display Setelah Bertambah
78
Gambar 4.6 Display Setelah Berkurang
If Count < 0000 Then
Count = 0000
End If
If Count > 0100 Then
Count = 0100
End If
Pada perintah tersebut adalah display kosentrasi (count) jika kurang dari 0 maka
tidak bisa berkurang, dan jika lebih dari 100 akan tetap menampilkan 100
Portd = Count * 2
Portd adalah hasil pengolahan kosentrasi dikali dengan 2, output 8 bit pada
portd akan di konversikan ke sistem DAC
Pada nilai 100, portd akan mengeluarkan biner yaitu 11001000, pada portd3,
portd6 dan portd7 mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt yang akan di input pada
ic coupler sebagai switch resistor binary weighted. Otomatisasi mikrokontroller
atmega 16 bekerja dengan baik.
79
4.3 Pengujian DAC
Hasil konversi DAC dengan perhitungan, perhitungan variasi DAC dan penguatan
transistor
4.3.1 Hasil konversi Binnary to Decimal dan BINARY WEIGHTED
RESISTOR (DAC)
Gambar 4.7 Resistor Voltage Devider
Gambar 4.7 adalah gambar resistor di hubungkan secara seri kemudian diberi
tegangan sebesar Vin. Antara R1 dan R2 terdapat tegangan output yang dapat
di hitung.
Sesuai rangkaian rancang bangun, berikut data resistor DAC
R2= 56K
D7 = 1K ohm, D6 = 2K2 ohm, D5 = 5K6 ohm, D4 = 10K ohm, D3 = 22K ohm,
D2 = 56K ohm, D1 = 78K ohm, D0 = 100K ohm, dengan perhitungan R1
paralel pada binary weighted.
80
Perhitungan Vout:
R2 = tetap yaitu 56K
Kosentrasi 1 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+78000)
Vout=2,089 V
Kosentrasi 2 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+56000)
Vout=2,5 V
Kosentrasi 4 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+22000)
Vout=3,589 V
Kosentrasi 6 :
Vout=Vin R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000 / (56000+
15794,9)
Vout=3,9 V
Kosentrasi 10 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000 / (56000 +
8484,85)
Vout=4,32 V
Kosentrasi 20 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000 /
(56000+4463,77)
Vout=4,63 V
Kosentrasi 35 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+2060)
Vout=4,82 V
Kosentrasi 50 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+1536)
Vout=4,86666 V
Kosentrasi 64 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+1000)
Vout=4,91 V
Kosentrasi 80 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+848)
81
Vout=4,925 V
Kosentrasi 90 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+771)
Vout=4,932 V
Kosentrasi 100 :
Vout=Vin x R2/(R2+R1)
Vout=5v x 56000/(56000+666)
Vout=4,941 V
Tabel 4.1 Perhitungan Nilai Digital To Analog Converter
Kosentrasi
Display
Adjustment(%)
Desimal
DAC
D7-D0
Biner
Nilai R1
(KΩ)
Vout (V)
0 0 00000000 - 0 volt
1 2 00000010 78 2.089
2 4 00000100 56 2.500
4 8 00001000 22 3.589
6 12 00001100 15 3.900
10 20 00010100 8.4 4.32
20 40 00101000 4.4 4.63
35 70 01000110 2 4.82
50 100 01100100 1.5 4.866
64 128 10000000 1 4.91
80 160 10100000 0.848 4.925
90 180 10110100 0.771 4.932
100 200 11001000 0.666 4.941
82
Tabel 4.1 yaitu tabel yang berisi kosentrasi dari 0 sampai 100, kemudian
terdapat Desimal DAC, output digital 8 bit menjadi desimal yaitu 255, maka
maksimal desimal perhitungan 200 agar tidak melebihi 8 bit. Nilai R semakin
mengecil dan menghasilkan Vout semakin besar
Gambar 4.8 Grafik DAC (Digital To Analog Converter) Display
Grafik gambar 4.8 menunjukan grafik yang telah dihitung pada Tabel 4.1, nilai
resistansi yang sudah di olah menjadi analog, semakin besar kosentrasi yang di
tunjukan semakin kecil pula resistansi R1.
Vinput yaitu dari arduino mini pro sebagai pembangkit frekuensi bertegangan 5
Vpp, kemudian Vout adalah hasil perhitungan resistor devider antara R1 dan R2,
tegangan output akan di masukan ke input basis transistor, hal ini bisa memvariasi
tegangan dari R2 dan R1 yang telah di kombinasi dengan system DAC, dan juga
berpengaruh ke output plasma dbd penghasil ozone, lewat basis transistor dengan
Vout yang bervariasi dari tegangan 0KV-13KV.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100 120
Res
ista
nsi
KΩ
Kosentrasi
Resistansi output
83
4.4 Hasil pengukuran rancang bangun generator ozone meliputi tegangan,
arus dan kosentrasi ozone
Pada pengukuran kosentrasi ozone bisa di dapatkan dengan cara tetrasi atau
menggunakan sensor ozone, memakai multimeter dan ampere meter untuk
pengukuran tegangan dan arus. Untuk mengetahui kosentrasi ozone menggunakan
ozone meter.
4.4.1 Pengukuran pada Frekuensi 1000Hz
Tabel 4.2 Output Pengukuran pada Frekuensi 1Khz
Kosentrasi
(%)
Tegangan
(KV)
Arus (mA) Kosentrasi
Ozon (ppm)
Daya (Watt)
100 12.5 12.6 49 157.5
75 12.6 12.4 45 156.24
71 12.5 12.3 42 153.75
63 12 11.2 40 134.4
60 11.9 11 38 130.9
53 11.5 10.5 36 120.75
48 11.27 9.8 34 110.446
42 10.9 8.7 31 94.83
40 10.8 8.2 30 88.56
39 10 6.7 29 67
38 9.3 5.4 28 50.22
37 9.2 5.1 27 46.92
36 8.3 3.9 26 32.37
35 7.4 2.8 23 20.72
34 6.9 2.6 22 17.94
30 4.7 2.4 20 11.28
26 4 2.3 18 9.2
23 3.5 2.3 17 8.05
20 3 2 10 6
17 2.5 1.7 5 4.25
10 1.6 1.1 2 1.76
5 0.7 0.4 0.5 0.28
0 0 0 0 0
84
Tabel 4.2 yaitu tabel Output Pengukuran pada frekuensi 1Khz yang berisi
kosentrasi dari 0 sampai 100, kemudian terukur tegangan dan arus menggunakan
multimeter probe HV dan tang ampere. Output ozone yang dihasilkan semakin
tinggi dan daya yang dibutuhkan semakin tinggi.
Gambar 4.9 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon
Grafik gambar 4.9 menunjukan grafik Tabel 4.2, nilai kosentrasi display tertera 100
maka kosentrasi output ozon juga naik. Semakin menurun display kosentrasi maka
output ozone juga akan mengecil. Karena pada kosentrasi display 0 vout pada DAC
0 volt yang menyebabkan tidak keluar tegangan, sedangkan pada display kosentrasi
100 Vout didapatkan maximal yaitu 4,941 volt yang merupakan input basis dan
berpengaruh pada output ozon.
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
Ko
sen
tras
i Dis
pla
y(%
)
Kosentrasi ozone (ppm)
Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon
85
Gambar 4.10 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Daya
Grafik gambar 4.10 menunjukan grafik Tabel 4.2, nilai kosentrasi display tertera
100 maka daya juga naik. Semakin menurun display kosentrasi maka daya
pemakaian pun semakin kecil. Karena pada kosentrasi display 0 vout pada DAC 0
volt yang menyebabkan tidak keluar tegangan, sedangkan pada display kosentrasi
100 Vout didapatkan maximal yaitu 4,941 volt yang merupakan input basis dan
berpengaruh pada daya yang dipakai.
a) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 100
Gambar 4.11 Sinyal Osiloskop Display 100
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Ko
sen
tras
i Dis
pla
y(%
)
Daya (watt)
Kosentrasi Display Terhadap Daya
86
Pada gambar 4.11 ditunjukan bahwa display 100, sinyal pada channel 1
& 2 terlihat frekuensi mendekati 1Khz, pada channel 2 berwarna biru yaitu
output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp pada gelombang (2,5 kotak x 2
Volt) osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada basis
transistor hanya bertegangan 1,9 volt (1,9 kotak x 1 Volt) gelombang
osiloskop, karena arus ketika on akan menuju ke kolektor dan kolektor pada
rangkaian akan masuk ke basis dan di perkuat kembali. Dengan ini gas ozone
yang keluar hampir 100% dengan tegangan reactor 12.500Volt. Daya input
(PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 31,8 volt AC
dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 5,03 Ampere.
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x12,5 K V x 12,6 mA
31,8 V x 5,03 A
ɳ = 100% x157,5 Watt
159,9 Watt
ɳ = 98,4 %
b) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 53
Gambar 4.12 Sinyal Osiloskop Display 53
87
Pada gambar 4.12 ditunjukan bahwa display 53, sinyal pada channel 1
& 2 terlihat frekuensi sebesar 2,6Khz hal ini dikarenakan ada suatu gangguan
pada frekuensi tinggi yang masuk pada sinyal 1KHz, pada channel 2 berwarna
biru yaitu output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt)
gelombang osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada
basis transistor hanya bertegangan 1,2 volt (1,2 kotak x 1 Volt) gelombang
osiloskop, karena arus ketika on akan menuju ke kolektor dan kolektor pada
rangkaian akan masuk ke basis dan di perkuat kembali. Dengan ini gas ozone
yang keluar hampir 53% dengan tegangan reactor 11.500Volt. Daya input
(PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 28,3 volt AC
dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 4,31 Ampere.
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x11,5 K V x 10,5 mA
28,3 V x 4,31 A
ɳ = 100% x120,75 Watt
121,9 Watt
ɳ = 99,05 %
c) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 10
Gambar 4.13 Sinyal Osiloskop Display 10
88
Pada gambar 4.13 ditunjukan bahwa display 10, sinyal pada channel 1
& 2 terlihat frekuensi membesar diatas 20Hz, karena ada gangguan pada
frekuensi tinggi yang masuk pada sinyal 1KHz, pada channel 2 berwarna biru
yaitu output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt)
gelombang osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada
basis transistor bertengangan mendekati 0 volt (0 kotak x 1 Volt) gelombang
osiloskop, basis transistor tidak mendapatkan sinyal analog, maka driven
tidak bekerja dan ozone tidak keluar, arus dan tegangan mendekati 1.600Volt.
Daya input (PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 5,8
volt DC dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 0,24
Ampere.
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x3,8 K V x 1,4 mA
5,8 V x 0,951 A
ɳ = 100% x5,32 Watt
5,5158 Watt
ɳ = 96,45 %
89
4.4.2 Pengukuran Pada frekuensi 1250 Hz
Tabel 4.3 Output Pengukuran pada Frekuensi 1,25Khz
Kosentrasi
%
Tegangan
(KV) Arus (mA)
Kosentrasi
Ozon (ppm)
Daya (watt)
100 12.9 21.3 52 274.77
75 12.8 21.2 46 271.36
71 12.8 21.15 44 270.72
63 12.5 19.8 41 247.5
60 12.5 19.7 39 246.25
53 12.2 18.5 36 225.7
48 11.8 17.2 34 202.96
42 11.2 14.9 31 166.88
40 10.9 14.1 28 153.69
39 10.3 12.3 28 126.69
38 10 11.6 27 116
37 10 11.46 26 114.6
36 9.8 10.9 26 106.82
35 9.6 10.24 25 98.304
34 9.5 9.8 25 93.1
30 8.6 6.7 22 57.62
26 8.3 5.4 19 44.82
23 7.9 4.1 16 32.39
20 7.6 2.9 14 22.04
17 7.1 1.5 10 10.65
10 4.6 0.5 8 2.3
5 2.2 0.18 2 0.396
0 0 0 0 0
Tabel 4.3 yaitu tabel Output Pengukuran pada frekuensi 1,25Khz yang berisi
kosentrasi dari 0 sampai 100, kemudian terukur tegangan dan arus menggunakan
multimeter probe HV dan tang ampere. Output ozone yang dihasilkan semakin
tinggi dan daya yang dibutuhkan semakin tinggi.
90
Gambar 4.14 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon
Grafik gambar 4.14 menunjukan grafik Tabel 4.3, nilai kosentrasi display tertera
100 maka kosentrasi output ozon juga naik. Semakin menurun display kosentrasi
maka output ozone juga akan mengecil. Hasil pada frekuensi 1250Hz lebih besar
daripada frekuensi 1000Hz. Karena pada kosentrasi display 0 vout pada DAC 0
volt yang menyebabkan tidak keluar tegangan, sedangkan pada display kosentrasi
100 Vout didapatkan maximal yaitu 4,941 volt yang merupakan input basis dan
berpengaruh pada output ozon.
Gambar 4.15 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Daya
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
Ko
sen
tras
i Dis
pla
y(%
)
Kosentrasi ozone (ppm)
Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300
Ko
sen
tras
i Dis
pla
y(%
)
Daya (watt)
Kosentrasi Display Terhadap Daya
91
Grafik gambar 4.15 menunjukan grafik Tabel 4.3, nilai kosentrasi display tertera
100 maka daya juga naik. Semakin menurun display kosentrasi maka daya
pemakaian pun semakin kecil. Karena pada kosentrasi display 0 vout pada DAC 0
volt yang menyebabkan tidak keluar tegangan, sedangkan pada display kosentrasi
100 Vout didapatkan maximal yaitu 4,941 volt yang merupakan input basis dan
berpengaruh pada daya yang dipakai.
a) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 100
Gambar 4.16 Sinyal Osiloskop Display 100
Pada gambar 4.16 ditunjukan bahwa display 100, sinyal pada channel 1
& 2 terlihat frekuensi mendekati 1,25Khz, pada channel 2 berwarna biru yaitu
output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt) gelombang
osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada basis transistor
hanya bertegangan 1,95 volt (1,95 kotak x 1 Volt) gelombang osiloskop,
karena arus ketika on akan menuju ke kolektor dan kolektor pada rangkaian
akan masuk ke basis dan di perkuat kembali. Dengan ini gas ozone yang
keluar hampir 100% dengan tegangan reactor 12.900Volt. Daya input
(PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 33,34 volt AC
dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 8,25 Ampere.
92
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x12,9 K V x 21,3 mA
33,34 V x 8,25 A
ɳ = 100% x274,77 Watt
275,055 Watt
ɳ = 99,8 %
b) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 53
Gambar 4.17 Sinyal Osiloskop Display 53
Pada gambar 4.17 ditunjukan bahwa display 53, sinyal pada channel 1
& 2 terlihat frekuensi sebesar 4,6Khz hal ini dikarenakan ada suatu gangguan
pada frekuensi tinggi yang masuk pada sinyal 1KHz, pada channel 2 berwarna
biru yaitu output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt)
gelombang osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada
basis transistor hanya bertegangan 1,1 volt (1,1 kotak x 1 Volt) gelombang
osiloskop, karena arus ketika on akan menuju ke kolektor dan kolektor pada
rangkaian akan masuk ke basis dan di perkuat kembali. Dengan ini gas ozone
yang keluar hampir 53% dengan tegangan reactor 12.200Volt. Daya input
93
(PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 29 volt AC dan
arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 7,82 Ampere.
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x12,2 K V x 18,5 mA
29 V x 7,82 A
ɳ = 100% x225,7 Watt
226,78 Watt
ɳ = 99,5 %
c) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 5
Gambar 4.18 Sinyal Osiloskop Display 5
Pada gambar 4.18 ditunjukan bahwa display 5, sinyal pada channel 1 &
2 terlihat frekuensi membesar diatas 20Hz, karena ada gangguan pada
frekuensi tinggi yang masuk pada sinyal 1KHz, pada channel 2 berwarna biru
yaitu output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt)
gelombang osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada
basis transistor bertengangan mendekati 0 volt (0 kotak x 1 Volt) gelombang
osiloskop, basis transistor tidak mendapatkan sinyal analog, maka driven
tidak bekerja dan ozone tidak keluar, arus dan tegangan mendekati 2.200Volt.
94
Daya input (PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 6,7
volt AC dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 0,061
Ampere. efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x2,2 K V x 0,18 mA
6,7 V x 0,061 A
ɳ = 100% x0,396 Watt
0,408 Watt
ɳ = 97,1 %
4.4.3 Pengukuran Pada frekuensi 1500 Hz
Tabel 4.4 Output Pengukuran pada Frekuensi 1,5 Khz
Kosentrasi
% Tegangan(KV) Arus (mA)
Kosentrasi
Ozon (ppm)
Daya
(watt)
100 13.9 22.2 59 308.58
75 13.9 22.1 56 307.19
71 13.8 22.1 52 304.98
63 13.4 20.1 50 269.34
60 13.3 19.9 47 264.67
53 12.9 18.2 44 234.78
48 12.4 15.8 42 195.92
42 11.5 10.2 40 117.3
40 11.3 9.1 38 102.83
39 11 8.1 37 89.1
38 10.8 7.6 36 82.08
37 10.7 7.4 35 79.18
36 10.6 6.7 34 71.02
35 10.3 5.9 33 60.77
34 10.1 5.5 32 55.55
30 8.9 3.8 30 33.82
26 8.3 3.4 26 28.22
23 7.5 3 24 22.5
20 6.7 2.7 20 18.09
17 5.8 2.3 15 13.34
10 3.8 1.4 10 5.32
5 2 0.7 0.6 1.4
0 0 0 0 0
95
Tabel 4.4 yaitu tabel Output Pengukuran pada frekuensi 1,5Khz yang berisi
kosentrasi dari 0 sampai 100, kemudian terukur tegangan dan arus menggunakan
multimeter probe HV dan tang ampere. Output ozone yang dihasilkan semakin
tinggi dan daya yang dibutuhkan semakin tinggi.
Gambar 4.19 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon
Grafik gambar 4.19 menunjukan grafik Tabel 4.4, nilai kosentrasi display tertera
100 maka kosentrasi output ozon juga naik. Semakin menurun display kosentrasi
maka output ozone juga akan mengecil. Hasil pada frekuensi 1500Hz lebih besar
daripada frekuensi 1000Hz dan frekuensi 1250Hz. Karena pada kosentrasi display
0 vout pada DAC 0 volt yang menyebabkan tidak keluar tegangan, sedangkan
pada display kosentrasi 100 Vout didapatkan maximal yaitu 4,941 volt yang
merupakan input basis dan berpengaruh pada output ozon.
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60 70
Ko
sen
tras
i Dis
pla
y(%
)
Kosentrasi ozone (ppm)
Kosentrasi Display Terhadap Kosentrasi Ozon
96
Gambar 4.20 Grafik Kosentrasi Display Terhadap Daya
Grafik gambar 4.20 menunjukan grafik Tabel 4.4, nilai kosentrasi display tertera
100 maka daya juga naik. Semakin menurun display kosentrasi maka daya
pemakaian pun semakin kecil. Hasil pada frekuensi 1500Hz lebih besar daripada
frekuensi 1000Hz dan frekuensi 1250Hz. Karena pada kosentrasi display 0 vout
pada DAC 0 volt yang menyebabkan tidak keluar tegangan, sedangkan pada
display kosentrasi 100 Vout didapatkan maximal yaitu 4,941 volt yang merupakan
input basis dan berpengaruh pada daya yang dipakai.
a) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 100
Gambar 4.21 Sinyal Osiloskop Display 100
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300 350
Ko
sen
tras
i Dis
pla
y(%
)
Daya (watt)
Kosentrasi Display Terhadap Daya
97
Pada gambar 4.21 ditunjukan bahwa display 100, sinyal pada channel 1
& 2 terlihat frekuensi 1,5Khz, pada channel 2 berwarna biru yaitu output
frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt) gelombang osiloskop,
dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada basis transistor hanya
bertegangan 1,98 volt (1,98 kotak x 1 Volt) gelombang osiloskop, karena arus
ketika on akan menuju ke kolektor dan kolektor pada rangkaian akan masuk
ke basis dan di perkuat kembali. Dengan ini gas ozone yang keluar hampir
100% dengan tegangan reactor 13.900Volt. Daya input (PInput) didapatkan
pada pengukuran tegangan sumber yaitu 33,54 volt AC dan arus yang
melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 9,23 Ampere.
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x13,9 K V x 22,2 mA
33,54 V x 9,23 A
ɳ = 100% x308,58 Watt
309,57 Watt
ɳ = 99,6 %
b) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 53
Gambar 4.22 Sinyal Osiloskop Display 53
98
Pada gambar 4.22 ditunjukan bahwa display 53, sinyal pada channel 1 & 2
terlihat frekuensi sebesar 2,6 Khz hal ini dikarenakan ada suatu gangguan
pada frekuensi tinggi yang masuk pada sinyal 1 KHz, pada channel 2
berwarna biru yaitu output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2
Volt) gelombang osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan
pada basis transistor hanya bertegangan 1,1 volt (1,1 kotak x 1 Volt)
gelombang osiloskop, karena arus ketika on akan menuju ke kolektor dan
kolektor pada rangkaian akan masuk ke basis dan di perkuat kembali. Dengan
ini gas ozone yang keluar hampir 53% dengan tegangan reactor 12.900Volt.
Daya input (PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 29,2
volt AC dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 8,1
Ampere.
efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x12,9 K V x 18,2 mA
29,2 V x 8,1 A
ɳ = 100% x234,78 Watt
236,52 Watt
ɳ = 99,2 %
99
c) Pengujian kosentrasi ozon pada display kosentrasi 5
Gambar 4.23 Sinyal Osiloskop Display 5
Pada gambar 4.23 ditunjukan bahwa display 5, sinyal pada channel 1 &
2 terlihat frekuensi membesar diatas 20KHz, karena ada gangguan pada
frekuensi tinggi yang masuk pada sinyal 1KHz, pada channel 2 berwarna biru
yaitu output frekuensi dari arduino sebesar 5vpp (2,5 kotak x 2 Volt)
gelombang osiloskop, dan pada channel 1 berwarna kuning diletakan pada
basis transistor bertengangan mendekati 0 volt (0 kotak x 1 Volt) gelombang
osiloskop, basis transistor tidak mendapatkan sinyal analog, maka driven
tidak bekerja dan ozone tidak keluar, arus dan tegangan mendekati 2.000Volt.
Daya input (PInput) didapatkan pada pengukuran tegangan sumber yaitu 7
volt AC dan arus yang melewati pada sisi primer trafo step up sebesar 0,206
Ampere efisiensi ɳ = 100% x𝑃 𝑂𝑢𝑡
P Input
ɳ = 100% x2 K V x 0,7 mA
7 V x 0,206 A
ɳ = 100% x1,4 Watt
1,442 Watt
ɳ = 97,08 %
100
4.5 Hasil Pengujian Frekuensi Terhadap Daya
Tabel 4.5 Pengaruh Frekuensi Terhadap Daya
Frekuensi
(Hz)
Kosentrasi
100%
Kosentrasi
53%
Kosentrasi
10%
Kosentrasi
0%
1000 157,5 Watt 120,75 Watt 1,7 Watt 0 watt
1250 274,77 Watt 225,7 Watt 2,3 Watt 0 watt
1500 308,58 Watt 234,78Watt 5,32 Watt 0 watt
Tabel 4.5 yaitu tabel pengaruh frekuensi terhadap daya, frekuensi semakin tinggi
daya dan kosentrasi juga yang didapatkan semakin tinggi, semakin rendah
kosentrasi daya akan menurun.
Gambar 4.24 Grafik Frekuensi Terhadap Daya
0
50
100
150
200
250
300
350
Kosentrasi 0 Kosentrasi 10 Kosentrasi 53 Kosentrasi 100
Daya
Frekuensi Terhadap Daya
Frekuensi 1000 Frekuensi 1250 Frekuensi 1500
101
Pada gambar 4.24 grafik frekuensi terhadap daya yaitu semakin frekuensi
tinggi maka daya yang dibutuhkan juga semakin besar, karena hal ini berbanding
lurus dengan hasil ozon yang di produksi.
Gambar 4.25 Grafik Tegangan Output Terhadap Frekuensi
Gambar 4.25 Ditampilkan bahwa pada tegangan frekuensi 1KHz dengan
variasi nilai tertinggi puncaknya adalah 12.500 volt, sedangkan pada frekuensi
1,25KHz dengan variasi nilai display tegangan puncaknya yaitu 12.900volt,
sedangkan puncak tertinggi adalah pada frekuensi 1,5KHz dengan tegangan
13.900 volt.
CPR (Centre for Plasma Research) menetapkan standar Tegangan reactor
tidak boleh melebihi batas yaitu 12 KV yang sangat dihindari dalam produksi
ozone, dikarenakan akan ada gas lain yang terpecah yaitu nitrogen, nigrogen
1.6
11.5 12.5
4.6
12.212.9
3.8
12.913.9
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
display 10 display 53 display 100
Tega
nga
n (K
V)
Kosentrasi(%)
Tegangan terhadap Frekuensi Kosentrasi
Frekuensi 1Khz Frekuensi 1,25Khz Frekuensi 1,5Khz
102
pecah di tegangan 12.500 volt yang akan menyebabkan muncul gas beracun yaitu
gas NOx. Arus tidak boleh melebihi 20mA dikarenakan akan overheat pada satu
reactor DBD yang akan memproduksi ozon sebesar 60ppm.
4.6 Analisa dan pembahasan Switching Inverter High Voltage
Gambar 4.26 Switching Inverter Plasma Ozon
Gambar 4.26 rangkaian switching inverter untuk menaikan tegangan, terdiri
dari 2 coil yang diberi tegangan 24 VDC kemudian akan terdapat transistor
penguatan awal menggunakan TR BD139. Dan TR final menggunakan
transistor 2SC5200.
a. Pada penelitian ini, transistor pertama yang digunakan adalah transistor
tipe npn yaitu BD139, input analog berupa sinyal analog yang sudah di
konversikan dengan DAC.
b. I Basis = Vb.0,6 / Rb
I Basis = 5 volt . 0,6 / 50 ohm
I Basis = 60 mA
103
I Colector = Vcc / Rc
I Colector = 24 volt / 1000 ohm
I Colector = 24 mA
c. I Emitor = I Basis + I Colector
I Emitor = 60mA + 24 mA
I Emitor = 84 mA
d. Kemudian setelah melalui penguatan di transistor bd 139, terdapat
transistor final sebagai power switch terbesar, arus dan tegangan
transistor ini khusus untuk penguatan final, yaitu transistor 2SC5200
sebanyak 3 buah
e. I Basis = I Emitor transistor BD 139
I Basis = 84 mA
I Colector = Vcc/ Rc(coil/transformator hambatan dalam x2)
I Colector = 24 volt / (1,25 x 2)ohm
I Colector = 9,6 Ampere
4.7 Arduino pro mini sebagai pembangkit frekuensi
Dalam penelitian ini, menggunakan pembangkit frekuensi menggunakan
arduino pro mini.
berikut listing program arduino :
void loop()
tone(13, 1500);
104
Program tone pada arduino memiliki fitur sebagai pembangkit pulsa, pada pin
13 dan frekuensi sebesar 1500 hz dengan toleransi 1 Hz, frekuensi bisa dirubah
dengan merubah nilai tone.
105
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Rancang bangun generator ozone teknologi plasma DBD (Dielectric
Barrier Discharge) dengan mikrokontroller ATMega 16 dapat ditarik
kesimpulan bahwa:
1. Semakin tinggi kosentrasi display semakin tinggi tegangan outputnya.
2. Semakin tinggi frekuensinya semakin besar tegangan output dan ozon
yang dihasilkan.
3. Pengendalian menggunakan teknologi mikrokontroller AVR pada
generator plasma bekerja dengan baik dengan Efisiensi menggunakan
sistem switching didapatkan > 90%
4. Timer bekerja dengan baik selama 2 jam.
5.2 Saran
Untuk kedepannya bagi peneliti dapat mengembangkan Generator plasma
ozon menggunakan teknologi IoT. Selain menggunakan transformator,
diharapkan penelitian ini dapat dilanjut dengan lebih ringkas (mobile).
Teknologi ozone bisa dikembangkan lagi tidak hanya aplikasi di pangan,
tetapi dibidang kedokteran yang membutuhkan setrilisasi menggunakan
ozon atau bidang elektronika kedokteran.
DAFTAR PUSTAKA
Ariawan ,Putu Rusdi. 2010. Transformator. Tugas Akhir Teknik Elektro
Universitas Udayana.
Asran, 2014, Rangkaian Listrik 1, Aceh : Fakultas Teknik Universitas
Malikussaleh
Assa’idah dan Yulinar Adnan.2009. Investigasi Terhadap Kemampuan 2 Tipe
ADC. Universitas Sriwijaya: Palembang. Diunduh 24 april 2017
Fadhli, 2010, Rancang Bangun Inverter 12v Dc Ke 220vac Dengan Frekuensi 50hz
Dan Gelombang Keluaran Sinusoidal, Depok : Universitas Indonesia
Hariyanto,Didik. 2013.Analog to Digital Converter. Universitas Negeri
Yogyakarta : Yogyakarta. Diunduh 24 april 2017
Herman, 2007, Elektronika Teori Dan Penerapan, Jember : Penerbit Cerdas Ulet
Kreatif
http://www.dipotechnology.com : Diakses pada tanggal 1 November 2018
Ibrahim, KF, 1996, Teknik Digital, Andi Offset, Yogyakarta
Nur. M, 2011, Fisika plasma dan aplikasinya, Semarang: Undip Press
RAMDHANI. M, 2005, Rangkaian Listrik, Bandung
Sarjana,dkk.2015. Bahan Ajar Praktek Perancangan Rangkaian Digital. Politeknik
Negeri Sriwijaya: Palembang
Sutanto.1997. Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu. Universitas Indonesia
: Jakarta
Suzansefi, Rapiko Duri.2015. Bahan Ajar Elektronika Digital. Politeknik Negeri
Sriwijaya : Palembang
Thokeim,L Roger. 1995. Elektronika Digital. Erlangga : Jakarta
Waluyo, 2015 Perancangan dan Realisasi Generator Ozon menggunakan Metoda
Pembangkitan Tegangan Tinggi Bolak – Balik (AC), Bandung
LAMPIRAN
1. PT. Dipo Technology (teaching industry undip)
Alamat: Jl. Prof. Soedarto,SH Tembalang Semarang
Gedung UNDIP Press lt. 2
Kota Semarang, Jawa Tengah, Indonesia
2. Kantor Marketing PT. Dipo Technology
Alamat: Jl. JL.PROF. SUDARTO, SH KOMPLEK PERTOKOAN SPBU UNDIP,
Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah, Indonesia
3. Pompa Generator Ozone bak pencucian dan penyimpanan
4. Panel digitalisasi
5. Coding Timer
$regfile = "m8def.dat"
Osccal = 8000000
Config Portb = Output
Config Portd = Output
Config Portc.0 = Output
Config Portc.1 = Output
Config Portc.2 = Output
Portc.0 = 0
Portc.1 = 0
Portc.2 = 0
Dim I As Byte
Dim Jam As Integer , Menit As Integer , Detik As Byte , Mdetik As Byte
Dim Men_pul As Byte , Men_sat As Byte , Det_pul As Byte , Det_sat As Byte
Dim Jam_pul As Byte , Jam_sat As Byte
Jam = 2
Menit = 00
Detik = 47
Mdetik = 2
Do
Jam_pul = Jam / 10
Jam_sat = Jam Mod 10
Men_pul = Menit / 10
Men_sat = Menit Mod 10
For I = 0 To 30
Portb = &H01
Portd = Lookup(jam_pul , Angka)
Waitms 5
Portb = &H02
Portd = Lookup(jam_sat , Angka)
Waitms 5
Portb = &H04
Portd = Lookup(men_pul , Angka)
Waitms 5
Portb = &H08
Portd = Lookup(men_sat , Angka)
Waitms 5
Next
Decr Mdetik
If Mdetik <= 0 Then
Mdetik = 2
Decr Detik
If Detik <= 0 Then
Detik = 48
Decr Menit
If Menit < 0 Then
Menit = 59
Decr Jam
If Jam < 0 Then
Jam = 23
End If
End If
End If
End If
If Jam <= 2 And Jam >= 0 Then
Portc.1 = 1
Else
Portc.1 = 0
End If
If Mdetik = 2 Then
Portc.0 = 1
Else
Portc.0 = 0
End If
If Jam = 1 And Menit = 10 And Mdetik = 1 Then
Portc.2 = 1
Else
Portc.2 = 0
End If
Loop
End
Angka:
Data &B00111111 , &B00000110 , &B01011011 , &B01001111 ,
&B01100110 , &B01101101 , &B011111101 , &B00000111 , &B01111111 ,
&B01101111
6. Coding DAC dan Display kosentrasi
$regfile = "m16adef.dat"
$crystal = 16000000
Config Porta = Output
Config Portc = Output
Config Portd = Output
Config Portb.2 = Input
Config Portb.3 = Input
Portd = 0
Pinb.2 = 1
Pinb.3 = 1
Dim J As Integer , Count As Integer , Tem1 As Long , Tem2 As Integer
Dim Rib As Integer , Rat As Integer , Pul As Integer , Sat As Integer
Dim Data_count As Byte
Readeeprom Data_count , 1
Count = Data_count
Do
If Count < 0000 Then
Count = 0000
End If
If Count > 0100 Then
Count = 0100
End If
Rib = Count / 1000
Tem1 = Count Mod 1000
Rat = Tem1 / 100
Tem2 = Tem1 Mod 100
Pul = Tem2 / 10
Sat = Tem2 Mod 10
For J = 0 To 15
Portc = &H01
Porta = Lookup(rib , Angka)
Waitms 5
Portc = &H02
Porta = Lookup(rat , Angka)
Waitms 5
Portc = &H04
Porta = Lookup(pul , Angka)
Waitms 5
Portc = &H08
Porta = Lookup(sat , Angka)
Waitms 5
Next
If Pinb.2 = 0 Then
Count = Count + 1
Data_count = Count
Writeeeprom Data_count , 1
End If
If Pinb.3 = 0 Then
Count = Count - 1
Data_count = Count
Writeeeprom Data_count , 1
End If
Portd = Count * 2
Loop
End
Angka:
Data &B00111111 , &B00000110 , &B01011011 , &B01001111 ,
&B01100110 , &B01101101 , &B011111101 , &B00000111 , &B01111111 ,
&B01101111
BIODATA PENULIS
Nama : Ricky Aryadi
NIM : C.431.15.0047
Tempat, Tgl Lahir : Ungaran, 10 Juli 1992
Agama : Islam
Jenis Kelamin : Laki-laki
Alamat : Jl. Meranti Raya Nomor 32 Banyumanik Semarang
No. Hp : 082133740149
Email : [email protected]
Riwayat Pendidikan :
Tingkat Pendidikan Tempat Pendidikan Tahun Ijazah
SD SD N 01,02,11 Perumnas
Banyumanik 2006
SMP SMP Islam Hidayatullah 2009
SMK SMK N 4 Semarang 2012