Docstoc

RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PADI DENGAN METODE KONVEKSI BERBASIS MIKROKONTROLER

Document Sample
RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PADI DENGAN METODE KONVEKSI BERBASIS  MIKROKONTROLER Powered By Docstoc
					    RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PADI DENGAN METODE KONVEKSI BERBASIS
                            MIKROKONTROLER

                Rifki Bagus Pradipta 1, Indhana Sudiharto, ST, MT 2, Ir.Sutedjo, MT 3
         Mahasiswa Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 1
                                         Reefchicakep@yahoo.com
           Dosen Pembimbing 1, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 2
           Dosen Pembimbing 2, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 3

                                                 Abstrak

        Metode pengeringan padi menggunakan panas matahari memerlukan waktu yang lama. Bila cuaca
 mendung maka pengeringan akan membutuhkan waktu lebih lama lagi.
        Untuk mempersingkat waktu pengeringan, dibutuhkan sumber panas lain yang dapat diatur
 temperaturnya. Salah satu solusinya adalah menggunakan panas dari heater yang mengalir ke seluruh
 permukaan tabung pengering dibantu sirkulasi udara oleh exhaust dan blower serta sistem pengadukan
 yang benar membuat padi cepat kering.
        Penggunaan buck converter sebagai driver motor pengaduk untuk memutar padi di dalam tabung
 dan menggunakan AC AC converter untuk mengatur tengangan heater. Dalam tugas akhir ini penulis
 merancang suatu peralatan elektronik yang mempunyai kemampuan untuk mengeringkan padi secara
 otomatis, menggunakan rangkaian mikrokontroller ATMEGA 16. Dengan sensor temperatur dan
 kelembapan berupa IC SHT11. Sensor tersebut digunakan untuk menjaga konstan suhu ruang pengering,
 sehingga suhu pengeringan tidak melebihi ambang batas suhu aman dan dapat mempercepat proses
 pengeringan padi 1.43% dibanding proses pengeringan konvensional menggunakan sinar matahari.

 Kata kunci: Mikrokontroler ATMega 16, IC SHT 11, Heater, Buck converter , AC AC converter


I.   PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang                                  1.2. Tujuan
        Kadar air padi panen dari sawah umumnya            Proyek Akhir ini bertujuan untuk membuat
     masih cukup tinggi, sekitar 20-23%. Pada           alat pengering padi dengan menggunakan
     tingkat kadar air tersebut, padi tidak aman        metode konveksi yaitu perpindahan panas
     disimpan karena biji padi dapat tumbuh             pada suatu ruangan dari suatu sumber panas
     kembali menjadi benih. Agar padi aman              ke suatu benda dengan perantara benda lain
     disimpan, padi perlu dikeringkan hingga            (Van Harten, 1983 : 94). Dari pengeringan
     mencapai kadar air seimbang yaitu 14%              menggunakan       metode     konveksi     ini
     (Keputusan Bersama Kepala Badan Bimas              diharapkan menghasilkan produk padi kering
     Ketahanan             Pangan             No.       yang sesuai tingkat kadar airnya dengan
     04/SKB/BBKP/II/2002). Oleh karena itu              waktu yang relative lebih cepat dibandingkan
     dibutuhkan suatu proses pengeringan dengan         dengan metode konvensional.
     sumber panas buatan yang dapat diatur untuk
     mencapai panas yang konstan.                    1.3. Perumusan masalah
        Ada bebarapa cara pengeringan salah
     satunya    adalah     pengeringan     dengan
                                                        1.  Bagaimana pembacaan suhu dan
     pemindahan      panas    secara     konveksi.
                                                           kelembapan menggunakan ADC internal
     Pemindahan panas secara konveksi lebih
                                                           mikrokontroler sebagai umpan balik bagi
     merata karena panas dilewatkan melalui
                                                           kontroler.
     permukaan sebuah benda/media (Pemindahan
                                                        2. Bagaimana cara pengaturan kecepatan
     panas secara konveksi Van Harten, 1983 :
                                                           pengaduk (motor DC) dengan cara setting
     94).
                                                           duty cycle PWM.
  3. Bagaimana mendesain komponen filter                   Buck chopper adalah konverter daya
     pada konverter DC-DC serta mendesain              yang digunakan untuk merubah suatu
     induktor yang merupakan salah satu dari           tegangan dc masukan (Va) ke tegangan
     beberapa komponen utama dari converter            keluaran dc yang lebih kecil (Vs). Seperti
     (buck converter).                                 halnya tranformator pada tegangan AC.
  4. Bagaimana cara pengaturan panas dari              Berikut gambar 2.1. merupkan skematik buck
     heater sehingga suhu dalam ruang                  chopper.
     pemanas tetap konstan.

1.4. Batasan masalah

       Batasan    masalah     pada     semua
  pengaturan peralatan / parameter yang
  digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah:                         Gambar 2.1. Skematik Rangkaian Buck
                                                                               Converter
     1. Sumber yang digunakan berasal dari
        PLN dengan tegangan 220V 1 fasa.             2.2. Ac to ac converter
     2. Desain mekanik alat pengering biji                     Untuk mengubah tegangan bolak-balik
        padi.                                           (AC) menjadi tetap tegangan bolak-balik
     3. Range akuisisi data adalah 30ºC sampai          (AC) , tetapi besarnya tegangan output dapat
        dengan 60ºC dengan step 10 ºC.                  diubah-ubah maka digunakan rangkaian AC
     4. Pembacaan kadar air dilakukan secara            Voltage Controller. Pada tugas akhir ini jenis
        manual menggunakan alat pengukur                rangkaian AC Voltage Controller yang
        kadar air dan dilakukan setelah padi            digunakan adalah rangkaian pengontrol
        keluar dari tabung.                             gelombang penuh satu fasa dengan beban
     5. Data pengukuran ditampilkan pada                resistif seperti pada Gambar 2.11. Selama
        sebuah     LCD      sebagai    peralatan        tegangan masukan setengah siklus positif,
        monitoring pengendalian.                        daya yang mengalir dikontrol oleh beberapa
     6. Berat padi yang dikeringkan maksimal            sudut tunda dari TRIAC. Pulsa-pulsa yang
        6 kg.                                           dihasilkan pada triac terpisah 180°. Bentuk
     7. Uji coba dan analisa trouble shooting.          gelombang untuk tegangan keluaran dan
                                                        sinyal gerbang untuk TRIAC ditunjukkan
 II. DASAR TEORI                                        pada Gambar 2.2.
2.1. Buck converter
       Pengubah daya DC-DC (DC-DC
  Converter) tipe peralihan atau dikenal juga
  dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan
  terutama untuk penyediaan tegangan keluaran
  DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan
  permintaan pada beban. Daya masukan dari                     Gambar 2.2. AC Voltage Controller
  proses DC-DC tersebut adalah berasal dari
  sumber daya DC yang biasanya memiliki              2.3. Sensor suhu dan kelembaban SHT 11
  tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya
  adalah dengan cara pengaturan lamanya                      SHT 11 ini merupakan suatu modul
  waktu penghubungan antara sisi keluaran dan          suhu dan kelembaban yang berbasis sensor
  sisi masukan pada rangkaian yang sama.               SHT 11 yang outputnya telah dikalibrasi
       Komponen yang digunakan untuk                   secara digital. Mempunyai range kelembapan
  menjalankan fungsi penghubung tersebut               mulai dari 0-100% RH dan range suhu dari 0-
  tidak lain adalah switch (solid state electronic     125 oC. Dalam pengukuran temperatur dan
  switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET,          kelembaban menggunakan SHT 11 harus
  IGBT, GTO.                                           melakukan dua buah prosedur. Yang pertama
                                                       adalah melakukan komunikasi antar muka
     dengan sensor dengan cara mengirimkan
     perintah pengukuran dan prosedur yang kedua
     adalah melakukan perhitungan atau konversi
     data dari sensor ke nilai fisik (Datasheet of
     SHT11, sensirion company).                                                 e.
                                                               Gambar 2.5. Diagram dan bentuk fisik opto
                                                                               coupler

                                                               Seperti yang terlihat pada Gambar 2.5, Saat
                                                               bagian LED dialiri arus maka bagian LED
                                                               akan memancarkan cahaya yang akan jatuh
                                                               pada permukaan photo transistor. Dengan
                                                               jatuhnya cahaya pada bagian photo transistor,
           Gambar 2.3. Rangkaian Standart Sensor SHT           maka transistor akan konduksi dan tegangan
          11(Datasheet of SHT11, sensirion company : 5).
                                                               Vbe dan Vce akan mengecil sehingga output
  2.4. IC TCA 785                                              rangkaian akan bernilai 0. Namun saat bagian
                                                               LED tidak terealiri arus, mka transistor juga
                                                               tidak akan bekerja. Sehingga tegangan output
                                                               akan sama dengan tegangan Vcc.

                                                           III. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN

                                                               3.1. Perancangan Rangkaian Optocoupler
                                                                    Rangkaian optocoupler pada Gambar 3.1
                                                               berfungsi    sebagai   pemisah   rangkaian
                                                               pembangkit pulsa pada sisi masukan dengan
                                                               rangkaian keluaran. Sehingga jika terjadi
                                                               gangguan pada rangkaian keluaran tidak
             Gambar 2.4. kaki-kaki IC TCA 785                  berpengaruh pada rangkaian pembangkit
                                                               pulsa.
         Keuntungan dari penggunaan TCA 785
                 tersebut antara lain :
  a. Penetapan titik referensi nol yang lebih tepat.
  b. Pengaturan sudut penyulutan dari 0° sampai
     dengan 180°
  c. Arus kerja yang relatif kecil.
  d. Dapat digunakan untuk kontrol 3 phasa
     (dengan 3 buah IC TCA 785).
                                                                    Gambar 3.1. Rangkaian Optocoupler 18
2.5. Opto coupler
              Opto coupler adalah suatu komponen                     Untuk rangkaian Optocoupler, tegangan
      yang dibangun dari sebuah opto transmitter               harus berbeda antara masukan dengan
      dan opto receiver yang digunakan untuk                   keluaran rangkaian. Sedangkan untuk ground
      mengopel suatu sinyal agar bagian kontrol                pada kaki nomor 2 dan ground pada kaki
      dan bagian yang dikontrol tidak terhubung                nomor 4 harus dipisahkan. Hal-hal tersebut
      secara langsung atau secara elektrik sehingga            dimaksudkan agar fungsi optocoupler sebagai
      apabila terdapat kerusakan pada bagian yang              isolator electric dapat bekerja dengan
      dikontrol tidak menyebabkan kerusakan pada               baik.karena pulsa yang dihasilkan oleh
      bagian kontrol.                                          pembangkit pulsa hanya satu maka
                                                               optocoupler yang dibutuhkan juga hanya satu.
3.2. Rangkaian Driver TCA 785                    3.3.1   Program Utama

                                                                        START



                                                                       inisialisasi




                                                                       Input Data




                                                                                              N

                                                                   Berat>0&&Berat<=6


                                                                                      Y


                                                                       Motor=1
                                                                       Heater=1
 Gambar 3.2. Rangkaian Pembangkit Pulsa IC TCA
                      785

            Table 3.1. fungsi kaki IC TCA 785                          Cek Suhu




                                                                                                   Heater=100%
                                                                                                    Exhaust=0
                                                                                          Y
                                                                                                     Blower=1
                                                                    0<= Suhu <= 40
                                                                                                  Delay_ms(7000)
                                                                                                    Exhaust=1
                                                                                  N
                                                                                                     Blower=0


                                                                                                   Heater=75%
                                                                                                    Exhaust=0
                                                                                                     Blower=1
                                                                     40< Suhu<=60
                                                                                                  Delay_ms(7000)
                                                                                                    Exhaust=1
                                                                                                     Blower=0



                                                                                                   Heater=75%
                                                                                                    Exhaust=0
                                                                                                     Blower=1
                                                                       Suhu>60
                                                                                                  Delay_ms(7000)
                                                                                                    Exhaust=1
                                                                                                     Blower=0




                                                               Y

                                                                     Kadar Air=14%

                                                                                  N



3.3   Perencanaan Perangkat Lunak                                         END



      Suatu perencanaan perangkat lunak
disusun guna untuk mendukung perangkat           Gambar 3.4 Flowchart Sistem alat pengering
keras yang telah dibuat dengan bahasa              padi dengan metode konveksi berbasis
pemrograman C. Pada bagian ini menjelaskan                    mikrokontroler
rutin-rutin penting dari keseluruhan perangkat
                                                     Seperti dijelaskan pada Flowchart sistem
lunak yang dibuat. Pembuatan program untuk
                                                 alat pengering padi dengan metode konveksi
mikrokontroler dilakukan menggunakan
                                                 berbasis mikrokontroler yang ditunjukkan
software CodeVision AVR C Compiler.
                                                 oleh Gambar 3.4, kita harus memasukkan
                                                 terlebih dahulu setpoint nilai berat gabah yang
                                                 akan dikeringkan dimasukkan dengan cara
                                                 menekan pilihan berat antara nilai 1 sampai 6
                                                 pada keypad yang hasilnya akan ditampilkan
                                                 pada LCD, kemudian Buck konverter akan
                                                 mengeset duty cycle sesuai dengan berat
                                                 gabah yang kita set. Kemudian motor akan
                                                 berputar sesuai dengan tegangan keluaran dari
buck konverter. sedangkan agar gabah tidak                    dengam motor tampa beban dan beban
rusak sewaktu diaduk dan dikeringkan, maka                    bervariasi.
putaran motor pengaduk diatur pada
                                                              4.2. PENGUJIAN AC AC CONVERTER
kecepatan konstan.                                                 Tabel 4.2. tabel pengujian ac ac converter

 Dalam pengaturan suhu dan kelembapan plan
pengering diperlukan alat untuk menjaga agar
suhu dan kelembapannya ideal. Yaitu exhaust
dan blower untuk mensirkulasikan udara dari
luar ke dalam plan agar suhu dalam plan
dapat dijaga agar tidak melebihi suhu 60°C.
Nilai tegangan penyulutan yang diberikan
pada heater dibagi dalam tiga tingkat, untuk
tingkat yang pertama ketika suhu awal antara
0°C hingga 40°C diberikan tegangan
penyulutan maksimum yakni 220 volt.
Kemudian untuk tingkat yang kedua ketika                             Perbandingan Nilai Vac Teori dan
suhu antara 41°C hingga 60°C diberikan                        Vac Praktek yang didapatkan dengan
tegangan penyulutan sebesar 75% dari nilai                    mengatur sudut penyalaan pada triac terlihat
tegangan maksimum yakni 165 volt dan pada                     pada table diatasTerdapat error yang kecil
tingkat yang ketiga ketika suhu melebihi nilai                pada setiap perubahan penyulutan.
60°C diberikan tegangan penyulutan sebesar
50% dari nilai tegangan maksimum yakni 110
volt. Kontrol otomatis blower dan exhaust                   4.3. Pengujian keseluruhan
akan dilakukan oleh mikrokontroler                                 Pengujian keseluruhan disini adalah
ATmega16 yang diatur agar blower dan                           pengujian dengan cara membandingkan hasil
exhaust nyala dan mati secara bergantian,                      yang diperoleh dari 2 macam cara
tujuannya agar terjadi sirkulasi udara pada                    pengeringan yaitu secara konvensional
plan pengering.                                                menggunakan panas matahari dan secara
 IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS                                    elektrik menggunakan alat pengering padi.
4.1. Buck converter
                                                              4.3.1.Pengeringan               padi              secara
    Tabel 4.1. Tabel pengujian buck converter motor tanpa
                            beban
                                                              konvensional
                                                                  Tabel 4.3. pengeringan konvensional




Pengujian konverter digunakan untuk
mengetahui respon konverter terhadap
                                                                     Pada      pengujian     pengeringan
perubahan duty cycle inputnya. Hal ini                        konvensional kedua masih sama seperti
bertujuan untuk mengetahui perbedaan hasil                    pengujian pertama yaitu dengan berat padi 6
output dengan perhitungan secara teoritis.                    Kg. Pengujian kami mulai pada pukul 7.30
Pengujian dilakukan dengan 2 tahap yaitu                      WIB dimana saat itu terukur suhu
                                                              pengeringan sebesar 31oC dan kadar air awal
                                                              padi sebesar 24.8%. Suhu pengeringan
     tertinggi terukur pada pukul 12.30 WIB yaitu     kadar air dari 24.8% menjadi 14.7% atau
     sebesar 45oC dan saat itu kadar air padi turun   menurunkan sebesar 10.1% dari kadar air
     hinnga 22%. Pengujian kami akhiri pada           awal sehingga diketahui bahwa laju
     pukul 16.30 WIB, suhu pengeringan dan            pengeringannya sebesar 1.12% setiap jamnya.
     kadar air padi terukur masing-masing sebesar              Pengujian pengeringan dengan alat
     35oC dan 14.7%. Dari sini dapat kita ketehui     pengering selama 4 jam menurunkan kadar air
     bahwa proses pengeringan selama 9 jam telah      sebesar 10.2% sehingga laju pengeringan per
     menurunkan kadar air pada padi sebesar           jamnya adalah sebesar 2.55%.tabel laju
     10.1%. Data pengijian kedua telihat pada         pengeringan keseluruhan terlihat pada tabel
     tabel 4.6 dibawah.                               4.9 dibawah

4.3.2. Pengeringan padi dengan alat pengering                   Tabel 4.5. Laju pengeringan
   Tabel 4.4. pengeringan dengan alat pengering




                                                      Untuk masing-masing metode pengeringan
           pengujian      pengeringan      kedua      perhitungan    biaya    pengeluaran   dan
     menurunkan kadar air dari 24.8% menjadi          pendapatannya adalah sebagai berikut.
     14.7% atau menurunkan sebesar 10.1% dari
     kadar air awal sehingga diketahui bahwa laju      a. Konvensional
     pengeringannya sebesar 1.12% setiap jamnya.          Biaya pengeringan = 0,-
              Pengujian pengeringan dengan alat           Berat padi yang didapat
     pengering selama 4 jam menurunkan kadar air          = 6 Kg x 30 hari
     sebesar 10.2% sehingga laju pengeringan per          = 180 Kg
     jamnya adalah sebesar 2.55%.tabel laju               Hasil jual padi
     pengeringan keseluruhan terlihat pada tabel          = 180 Kg x Rp 3900,-
     4.9 dibawah                                          = Rp 702.000,-

  4.6. Perbandingan effisiensi                         b. Dengan alat pengering
             Perbandingan       effisiensi      ini       Biaya peneringan
     dimaksudkan        untuk     membandingkan           = 0.650 KWH x 8 jam x 30 hari x Rp 200
     keuntungan dan kerugian yang didapat jika            = RP 31.200,-/bulan
     kita memilih pengeringan padi secara                 Berat padi yang didapat
     konvensional     ataupun    secara    elektrik       = 8 jam/4jam x 6 Kg x 30 hari
     menggunakan        alat   pengering      padi.       = 360 Kg
     Perbandingan dilakukan dalam 3 hal yaitu             Hasil jual padi
     dari segi waktu, biaya dan hasil yang didapat.       = 360 Kg x Rp 3900,-
     Perbandingan ini dilakukan berdasarkan berat         = Rp 1.404.000,-Hasil bersih
     padi yang sama yaitu 6 Kg.                           = Rp 1.404.000 – Rp 31.200
             Pengujian     pengeringan     pertama        = Rp 1.372.800,-
     menurunkan kadar air dari 23.1% menjadi
     14.5% atau menurunkan sebesar 8,6% dari                   Dari perhitungan diatas dapat kita
     kadar air awal jadi laju pengeringannya          ketahui    bahwa     pengeringan    secara
     sebesar 1.075% setiap jamnya sedangkan           konvensional lebih hemat dibandingkan
     pengujian pengeringan kedua menurunkan           dengan alat pengering. Namun disisi lain
                                                      pengeringan secara elektrik dengan alat
pengering memakan waktu lebih cepat
sehingga hasil yang didapatkan juga lebih
banyak dibandingkan dengan metode
konvensional dengan catatan padi yang
dikeringkan memiliki bobot yang sama 6 Kg.
V. KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

       Setelah melalui beberapa proses
perencanaan, pembuatan dan pengujian alat
serta dari data yang didapat dari perencanaan
dan pembuatan maka dapat disimpulkan:
1. Laju pengeringan dengan alat pengering
1.43 % lebih cepat            dibandingkan
pengeringan secara konvensional.
2. Alat pengering biji padi ini memiliki
kekurangan dari                      desain
mekanik pengaduk sehingga membutuhkan
torsi motor yang dibutuhkan sangat besar.
3. Berat padi yang dikeringkan dengan alat
pengering padi ini                   terbatas
oleh besarnya ruang pengering.
4. Adanya pengontrolan panas dari heater dan
penyebaran             panas    ke     seluruh
permukaan ruang pengering membuat
   padi kering merata.
5. Proses pengeringan padi dengan alat
pengering ini membutuhkan waktu yang
relatif lebih cepat dibandingkan dengan
pengeringan dengan metode konvensional.

   Daftar Pustaka
1.Romdhoni Atsirur, Design of dryer machine
   based on microcontroller       (hardware),
   2010. Teknik Elektro Industri _ PENS-ITS
2. Raharjo Budi, Rekayasa Mesin Pengering
   Padi Propinsi Sumatra Selatan, 2008,
   BPTP Sumatera Selatan
3. Rokhani, Teknik Elektro UNNES .
4. Fathani Hazmi, Ir. Sandi Asmara, M.Si., Ir.
   Sapto Kuncoro,M.Si. Rancang bangun alat
   pengering gabahtipe silinder vertical, 2009,
   Universitas Sumatera Utara
5.Datasheet of ATMega 16. Atmel
   Corporation.
6. Datasheet of Datasheet SHT1x (SHT10,
   SHT11, SHT15)