Sistem Kendali Suhu Menggunakan Positive Temperatur Coefficient (PTC) (PART I)

Sistem kendali merupakan interkoneksi antara komponen yang membentuk sistem konfigurasi yang menghasilkan respon yang diinginkan. Sistem kendali digunakan untuk membantu meringankan pekerjaan manusia, terutama dalam efisiensi waktu. Salah satu contoh sistem kendali yang sering dijumpai adalah adanya sistem kendali suhu menggunakan PTC. Untuk mengetahui respon yang dihasilkan maka dilakukan penelitian, yang hasilnya telah ditulis menjadi artikel berikut :

Sistem Kendali Suhu Menggunakan Positive Temperatur Coefficient (PTC)

M. Khairudin, Ageng Widi A., Retno T. Kristiyani, Saud Faizal
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro, Universitas Negeri Yogyakarta Jl Colombo no 1, Karangmalang Yogyakarta 55281
Telp.: +62-274-548161 email: khairudin95@gmail.com, agengwidi10@gmail.com, rkristiyanisony@gmail.com, saudfaizal07@gmail.com

Abstrak

Paper ini bertujuan untuk menganalisa rangkaian pengendali suhu dengan menggunakan Positive Temperatur Coefficient (PTC) sebagai komponen aktif. Pengendali suhu terdiri dari TRIAC yang dihubungkan dengan beban 75 watt 220 volt sebagai simulator, PTC yang dihubungkan dengan selector switch berfungsi sebagai saklar. PTC sangat sensitif dengan perubahan suhu yang ada dalam ruangan sehingga ketika suhu yang berada disekitar PTC naik maka hambatan akan naik dan ketika suhu sekitar PTC turun maka hambatan pada PTC akan turun. TRIAC pada pengendali suhu berfungsi sebagai pengendali daya Hasil eksperimen menunjukkan rangkaian pertama bekerja pada suhu 35ºC dengan arus pada gate adalah 0,08 mA dan tegangan pada PTC 0,6 volt. Simulator berada pada kondisi off ketika suhu mencapai 100ºC dengan arus pada gate 0 mA dan tegangan pada PTC 5 volt. Sedangkan simulator akan on kembali ketika berada pada suhu 50ºC dengan arus gate 0 mA dan tegangan pada PTC mencapai 5,2 volt.

Kata Kunci: Pengendali suhu, PTC, TRIAC

Abstract

This paper purpose to analyze the temperature control circuit using a Positive Temperature Coefficient (PTC) as an active component. Temperature controller consists of a TRIAC which is connected with a load of 75 watts and 220 volt as a simulator, PTC which is connected to a selector switch functions as a switch. PTC is very sensitive to temperature changes in the room so that when the temperature was around PTC ride the barriers will go up and when the temperature around the PTC down the barriers to the PTC will go down. TRIAC on temperature controller serves as power controller experimental results showed the first circuit working at a temperature of 35°C with the gate current is 0.08 mA and a voltage of 0.6 volts at PTC. Simulator in condition off when the temperature reaches 100ºC with the gate current of 0 mA and a voltage at 5 volts PTC. While the simulator will be on the back when it is at a temperature of 50ºC to the gate current of 0 mA and a voltage at the PTC reached 5.2 volts.

Keywords: Temperature control, PTC, TRIAC

Pendahuluan

Dalam era globalisasi yang semakin berkembang membawa teknologi dan ilmu pengetahuan di jaman sekarang ikut berkembang, hal ini mengakibatkan beberapa dampak yang sangat berpengaruh pada kehidupan masyarakat luas. Dengan berkembangnya teknologi dan ilmu pengetahuan maka masyarakat dituntut untuk selalu berinovasi dalam bidang tersebut. Salah satu inovasi yang dihasilkan masyarakat pada saat ini adalah adanya kendali suhu yang dilakukan dengan teknik otomatisasi.

Sistem pengaturan temperature diperlukan beberapa pengujian, hal ini karena besaran fisika dapat berubah seiring dengan perubahan temperature, antara lain volume suatu ruangan, tekanan udara pada volume konstan, dan volume udara pada tekanan konstan (Serway, 2004). Untuk mengatasi masalah tersebut dapat dilakukan dengan merancang suatu sistem kendali suhu.

Sistem kendali suhu dengan PTC merupakan salah satu jenis metode kendali yang banyak digunakan secara umum. Sistem kendali suhu haruslah dikendalikan dengan pengendali yang tepat. Tujuan pengendali suhu menggunakan PTC adalah untuk menentukan besaran suhu yang konstan dari PTC. Dengan sistem kendali menggunakan PTC ini suhu yang ada pada suatu ruangan dapat diukur dan dapat menganalisis perubahan suhu yang terdapat pada ruangan tersebut. PTC ini bekerja berdasarkan panas yang didapatkan dari suhu sekitar. Sistem kendali menggunakan PTC ini sangat terbatas kemampuannya. Jika diterapkan pada ruangan membutuhkan panas yang cukup tinggi agar PTC dapat bekerja, jadi PTC ini sangat cocok diterapkan pada alat-alat listrik rumah tangga seperti kulkas.

Sistem kendali suhu dilakukan dengan beberapa metode. Metode yang dilakuakan mulai dari yang sederhana menggunakan PTC sampai penggunaan PID. Hal ini mengakibatkan beberapa industri bingung untuk memilih cara yang paling efisien untuk diterapkan di industri tersebut. Selain adanya metode tersebut ada beberapa metode lain yang digunakan dalam pengendalian suhu yaitu dengan menggunakan fuzzy logic dan masih ada metode-metode lainnya.

Suhu adalah basaran fisika yang paling sering diukur, karena sebagian besar fisik, elektronik, kimia, mekanik, dan sistem biologis dipengaruhi oleh suhu. Beberapa proses bekerja dengan baik hanya dalam kisaran sempit suhu. Ketika proses ingin berjalan optimal, maka sistem kontrol juga harus selalu menjaga Suhu dalam batas yang ditentukan. Sensor suhu memberikan masukan dan kemudahan untuk menjaga suhu tetap sesuai dengan keinginan. Sensor suhu otomatis penting karena banyak komponen elektronik dapat rusak oleh paparan suhu tinggi (B.C. Yadav, 2011). Sensor sering memegang peranan sebagai black body dalam system instrumentasi elektronika,dimana dialah yang sebenarnya memproses pengkonversian dari besaran fisis (suhu, tekanan, gaya dll) ke dalam besaran elektrik (tegangan, arus, muatan dll). Berdasar jenis catu daya-nya, sensor dapat diklasifikasikan ke dalam dua kelompok yaitu : sensor aktif dan sensor pasif (Dally,1993). Dalam aplikasi, sensor aktif tidak memerlukan catu daya, sehingga rangkaian pengkondisi sinyal tahap awal berfungsi secara langsung sebagai pengkondisi sinyal (Buchla,1992). Contoh dari sensor aktif ini adalah photosel, thermokopel. Sedangkan untuk sensor pasif memerlukan catu daya untuk mengoperasikannya, contohnya adalah thermistor, LDR. Pengetahuan tentang tujuan pemanfaatan sangat berhubungan dengan karakteristik sensor yang nantinyaakan digunakan (Asch,1998).

Bogdan Levarda dkk (2010) telah menganalisis adanya aplikasi yang membutuhkan kontrol suhu yang sering bertemu di industri. Dalam tulisan ini aplikasi murah untuk temperatur kontrol dalam sistem ventilasi menggunakan yang PIC18F4620 dirancang dan dikembangkan. ventilating adalah proses perubahan atau menggantikan udara dalam ruang apapun untuk mengontrol suhu atau menghilangkan kelembaban, asap, debu, bau yang tidak menyenangkan atau bakteri. Ventilasi di ruang tes mengacu baik untuk pertukaran udara ke luar serta sirkulasi udara di dalam sebuah ruangan. Penelitian ini termasuk real time kontrol suhu menggunakan kontroler PID diimplementasikan pada mikrokontroler.

Selain dalam dunia industri Aritra De (2012) menjelaskan banyak orang dari negara kita yang terlibat dalam perikanan, tapi ikan yang berbeda hidup di suhu dan tekanan yang berbeda jika suhu bervariasi ikan mungkin mati, sehingga suhu harus menjaga dalam kisaran tertentu tetapi sangat sulit untuk mereka untuk mempertahankan suhu dan tekanan, jika mereka mencoba untuk menjaga semua parameter biaya juga lebih tinggi, jadi kita harus berpikir proses alternatif yang proyek keinginan kita. Dalam proyek ini pada dasarnya kita mengontrol suhu air menggunakan mikrokontroler PIC18F4520.We pertama mengukur suhu air dari air dan kemudian menampilkannya di layar tujuh segmen jika suhu lebih tinggi maka pada pendingin dan jika suhu lebih rendah maka pada fan udara panas. Kami juga menggunakan kontroler fuzzy untuk mengontrol suhu air dan tekanan sempurna. Untuk program mikrokontroler pertama kita menulis program dalam bahasa C, dan kemudian kita mengubah kode dalam kode heksadesimal dan membakar kode di dalam chip dan mengkonfigurasi mikrokontroler sesuai dengan requiremen kami dan melakukan semua operasi.

Om Prakash dkk (2012) telah melakukan penelitian sejak dua dekade terakhir sejumlah besar penelitian telah dilaporkan di bidang kontrol sistem dinamik non-linear menggunakan logika fuzzy [1]. Pekerjaan menyajikan dalam makalah ini air mandi sistem kontrol suhu yang paling banyak digunakan proses di proses industri. Mandi air pengendali konvensional yang berasal dari teknik teori kontrol untuk dikendalikan. Tujuan dari umpan balik controller untuk menjamin respon yang diinginkan dari output y. Studi ini ditujukan untuk mengontrol metode desain menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) berbasis kontrol non-linear untuk suhu air mandi untuk mendapatkan suhu air output yang diinginkan dari bak air dan menerapkannya dalam lingkungan dunia nyata.

Namun, Kazuhiro Mimura (2008) menjelaskan kontrol suhu proses semikonduktor adalah faktor kunci untuk kualitas dan produktivitas. Baru tren seperti aturan desain menyusut dengan cepat mempromosikan peningkatan jumlah kimia dan kompleks proses, yang membutuhkan lebih tinggi pengendalian suhu. Makalah ini memperkenalkan kemajuan kami baru-baru ini di Algoritma kontrol PID dan teknik tuning yang diterapkan untuk pemanas air DI dan CS pemanas.

Srismrita Basu (2012) mengusulkan realisasi dari Fuzzy Logic Suhu Controller. Dalam tulisan ini analisis Fuzzy Logic Controller dibuat dan pengontrol suhu menggunakan MATLAB dikembangkan. Di sini kita menggunakan Fuzzy Logic Toolbox yang merupakan perangkat lunak yang sangat berguna untuk pengembangan dan pengujian Fuzzy Logic sistem. Hal ini dapat sangat cepat dilaksanakan dan dampak visual yang sangat menggembirakan. Dalam controller ini Rule Base, fungsi keanggotaan dan mesin inferensi dikembangkan baik menggunakan sistem digital seperti memori dan logika sirkuit atau dapat dikembangkan dengan menggunakan sirkuit CMOS analog. Analog sistem Fuzzy yang populer karena mereka terus-waktu-pengolahan dan frekuensi tinggi dan implementasi daya rendah.

Pengembangan kendaraan listrik telah menarik perhatian internasional yang signifikan karena meningkatnya masalah lingkungan. Oleh karena itu, jarak tempuh kendaraan listrik menjadi perhatian penting. Namun, sistem pendingin udara memiliki efek buruk pada jarak tempuh kendaraan listrik. Penelitian ini melakukan analisis numerik untuk optimalisasi efisiensi sirip pemanas PTC dan diverifikasi efisiensi termal pemanas PTC melalui analisis numerik dan eksperimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pitch fin dari 1.3mm menghasilkan efisiensi terbaik, dan pemanas PTC mempertahankan efisiensi minimal 93% yang dianggap dalam rentang suhu lingkungan (J. W. Jeong dkk (2015).

Ilmawan Mustaqim (dkk) (2014) melakuakan penelitian dengan tujuan untuk membuat suatu rangkaian sensor suhu menggunakan sensor thermoelectric cooler untuk mendeteksi perubahan suhu baik panas maupun dingin yang mampu dimonitor secara langsung pada layar monitor komputer menggunakan peranti mikrokontroller dan bantuan software C+ Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan mengikuti model Linier Sequential Model (LSM) yang terdiri dari 5 tahapan yaitu tahap analisis dan studi literatur, desain/perancangan, perakitan (assembly-hardware), pengkodean (coding-software), dan pengujian. Adapun hasil rancangan yang telah dibuat dan diuji terdiri dari hardware rangkaian dan software tampilan monitoring sensor suhu menggunakan TEC dan pembandingnya yaitu LM35. Program monitoring dibuat menggunakan software Microsoft Visual C#. Berdasarkan hasil percobaan diperoleh bahwa rata-rata kesalahan pengukuran adalah sebesar 0,23º Celcius atau dalam persentase sebesar 0,6% sehingga dalam pembacaan suhu diperoleh hasil ±0,23º Celcius dari nilai sebenarnya. Tampilan monitoring pada komputer dapat menampilkan respon sensor TEC serta perubahan tegangan dan nilai suhu sehingga dapat diamati secara langsung melalui software monitoring.

P.Singhala (dkk) (2014) menjelaskan tujuan kontrol suhu untuk memanaskan sistem sampai suhu dibatasi. Fuzzy Logic Controller (FLC) adalah cara terbaik di mana jenis kontrol presisi dapat dicapai dengan kontroler. Selama dua puluh tahun sejumlah besar penelitian menggunakan logika fuzzy telah dilakukan dalam bidang kontrol sistem dinamik non-linear. Di sini kita telah mengembangkan sistem kontrol suhu menggunakan fuzzy logic. Kontrol teknik teori adalah akar dari mana pengendali konvensi dikurangkan. Tanggapan yang diinginkan dari output dapat dijamin oleh pengontrol umpan balik.

Pada paper ini akan dikupas perancangan sistem kendali yang berbasis elektronik untuk pengendalian suhu dengan menggunakan PTC. Sistem kendali yang digunakan adalah model sistem loop tertutup. Erinofiardi dkk (2012) menjelaskan sistem Kendali loop tertutup adalah sistem kendali yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung pada aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik, lalu diumpankan pada komponen pengendalian untuk memperkecil kesalahan sehingga keluaran pengendalian semakin mendekati harga yang diinginkan. Keuntungan menggunakan loop tertutup adalah addanya pemanfaatan nilai umpan balik yang dapat membuat respon pengendali kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter pengendali. Kerugiannya adalah tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya. Gambar 1 merupakan sistem loop tertutup yang dijadikan acuan dalam desain rangkaian pengendali suhu menggunakan PTC.

Gambar 1. Loop Tertutup

Gambar 1 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran dari sistem kendali loop tertutup. Sistem pengendali dapat menjaga pada keadaan yang diinginkan maka diperlukan langkah agar tidak terjadi perubahan sewaktu-waktu.

Kendali suhu yang dirancang pada eksperimen ini merupakan loop tertutup yang dilengkapi dengan triac yang berfungsi sebagai pengendali daya. Dan selector switch yang berfungsi sebagai saklar. Lanjut ke Part II