RANCANG BANGUN SISTEM OTOMATISASI KERAN WUDHU DENGAN SENSOR INFRA MERAH

    RANCANG BANGUN SISTEM OTOMATISASI KERAN WUDHU DENGAN SENSOR INFRA MERAH  

 

DESIGN AUTOMATION SYSTEM ABLUTION CRANE USING INFRARED SENSOR    

   

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Konversi Energi    

 

oleh Gian Fakhri Gumilar NIM 091711016

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI 2012  

                     

 

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

   

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

                 

DATA PRIBADI Nama NIM Tempat, Tanggal lahir Jenis Kelamin Golongan Darah Kewarganegaraan Alamat Hobi

: : : : : : :

Gian Fakhri Gumilar 091711016 Garut, 26 Juli 1991 Laki-laki O Indonesia Jl. Aster 1 No 6 Nusa Indah Desa Jayaraga Kecamatan Tarogong Kidul Kabupaten Garut, Jawa Barat 44151 : Hiking, Memancing, Membaca

RIWAYAT PENDIDIKAN Politeknik Negeri Bandung, Jurusan Teknik Konversi Energi SMA Ciledug Al-Musaddadiyah, Garut SMPN 1 Bungbulang, Garut SDN 1 Hanjuang, Garut TK Negeri 1 Hanjuang, Garut

(2009 – 2012) (2006 – 2009) (2003 – 2006) (1997 – 2003) (1996 – 1997)

ORGANISASI Forum Komunikasi Mahasiswa Teknik Energi Indonesia Himpunana Mahasiswa Teknik Energi POLBAN Perkumpulan Mahasiswa Garut Politeknik Negeri Bandung Karya Ilmiah Remaja SMA Ciledug Al-Musaddadiyah Palang Merah Remaja SMPN 1 Bungbulang

 

(2010 – 2012) (2010 – 2012) (2009 – 2012) (2007 – 2008) (2003 – 2005)

           



   

   



 



  

                 

  

 

   

KATA PENGANTAR

     

Alhamdulillahirabbilalamin, puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat  

Allah SWT karena berkat rahmat dan kasih sayang-Nya penulis dapat menyelesaikan   laporan tugas akhir dengan judul rancang bangun sistem otomatis keran wudhu dengan   sensor infra merah. Sholawat beserta salam semoga senantiasa tercurah limpahkan kepada

habibana  wanabiyana Muhammad SAW, kepada keluarganya, sahabatnya, tabiin tabiatnya, dan semoga sampai kepada kita selaku umatnya sampai akhir jaman.  

Laporan ini disusun sebagai pertanggungjawaban penulis dalam mengerjakan tugas  

akhir yang dilaksanakan untuk memenuhi persyaratan penyelesaian pendidikan Diploma III di Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung. Pembuatan laporan tugas akhir ini dimaksudkan untuk mengaplikasikan pengetahuan penulis dalam bentuk karya mahasiswa dengan membuat aplikasi alat dan ingin mengetahui penghematan air dengan menggunakan keran otomatis yang dibandingkan dengan keran manual sehingga dapat diketahui kelebihan dari alat yang dibuat. Selain itu, dengan adanya pembuatan alat ini, diharapakan akan memberikan wawasan pengetahuan mengenai fungsi dari komponen-komponen yang digunakan dalam pembuatan alat. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam pembuatan laporan ini, sehingga penulis mengharapakan kritik dan saran untuk perbaikan. Akhir kata, penulis mengharapakan apa yang penulis lakukan dengan pembuatan alat dan laporan pembuatan alat ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak dan memberikan sumbangsih bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Bandung, Juli 2012

Penulis

ii  

   

UCAPAN TERIMA KASIH

 

Alhamdulillah, Mah, Pak, Adik-adik, Saudara-saudara terima kasih atas doa dan

 

dukungannya sehingga Aa bisa mengerjakan tugas akhir dengan sebaik mungkin dan   selesai tepat waktu. Pembuatan tugas akhir ini dilakukan di Jurusan Teknik Konversi  

Energi, Politeknik Negeri Bandung sebagai syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III.  

Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua

  pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini terutama kepada :

1.

Bapak   Aceng Daud, M.Eng selaku ketua Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung.

2.  

 

Ibu Sri Wuryanti, M.Si selaku ketua Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung.

3.

Bapak Wulung, M.T. selaku sekertaris jurusan I Jurusan Teknik Konversi, Energi Politeknik Negeri Bandung.

4.

Ibu Tina Mulya Ganti, M.T. selaku sekertaris jurusan II Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung

5.

Bapak Teguh Sasono, M.T. selaku koordinator tugas akhir Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung.

6.

Bapak Agung Harjatmo Rahardjo, M.T. sebagai pembimbing I dalam pembuatan tugas akhir ini.

7.

Bapak Apip Pudin, M.Si sebagai pembimbing II dalam pembuatan tugas akhir ini.

8.

Bapak Ir. Wahyu Budi Mursanto, M.Eng sebagai penguji I dalam sidang tugas akhir.

9.

Ibu Sri Utami, M.T. sebagai penguji II dalam sidang tugas akhir ini.

10. Bapak Conny K. Wachjoe, Ph.D yang telah memberikan mata kuliah Konservasi Energi, Audit Energi, dan Kewirausahaan terima kasih karena kegiatan belajar yang diberikan Bapak membuat penulis kuat menghadapai tugas-tugas lainnya. 11. Semua dosen-dosen di Teknik Konversi Energi yang telah memberikan ilmu dan pengetahuan serta pembelajaran kepada penulis. 12. Bapak Jaja, Bu Nuning, Bu Entin selaku staf Jurusan Teknik Konversi Energi. 13. Bapak Agus, Pak Yaya, Pak Taali, Pak ahmad, dan Pak Dedi sebagai teknisi di Laboratorium Atas Teknik Konversi Energi. Hatur nuhun pak bantosanana, katampi, semoga jadi amal ibadah.

iii  

 

14. Bapak   Uyep dan Bapak Warsono sebagai teknisi di Laboratorium Surya teknik Konversi Energi.    

15. Bapak Jenal dan semua teknisi yang ada di Laboratorium Bawah Teknik Konversi Energi.   16. A Ivan anu sok bersih-bersih, hatur nuhun kana bantosanan, jadi enak di kampus   TA. ngerjain

  17. Jajang Nurjaman Annazwa, Jidan, Andri Faizal, Vinni Refiani, Ridzwan Firdaus,  

Ronny Adi Fermana, Rian Firdaus, Dirman Sutansah, Fitri Fujiyani, Mahayu Iskandar, Sinta Risa Sintiani, Dhea Riska Triselly, Egi Suginawan, Dhani Setia Putra, dan Rizky  

Polio yang senantiasa bekerjasama dalam pembuatan tugas akhir dan saling   memberikan dukungan.   18. Spesial terima kasih untuk Silviani Indah yang sudah deal-dealan buat kasih reward,

penulis sangat termotivasi untuk menyelesaikan tugas akhir dan memberi yang terbaik. 19. Spesial terima kasih buat Mina dan De Agnina yang telah memberi dukungan dan doa buat kelancaran penulis menyelesaikan tugas akhir ini. 20. Spesial terima kasih juga buat Dwi Sunu Mukharrom, Otong Nurshobah, Aris Subarkah, Andri Faizal, Agry Kusuma Senjaya, dan Reza Dhika Aang karena telah membantu penulis menjadi model dalam video serta membantu dalam percobaan alat. 21. Semua rekan-rekan kelas 3A dan 3B di Jurusan Teknik Konversi Energi Program Studi Teknik Konversi Energi, terima kasih atas bantuan kalian. Semua bantuan sangat menolong penulis. Lanjutkan perjuangan, semoga kalian bisa mencapai cita-cita kalian. 22. Semua rekan-rekan kelas 3C di Program Studi TPTL. Terima kasih atas bantuan dan dorongannya kepada penulis, terutama kepada Irfan Bradah ayo cepet susul sim abdi bradah. 23. Semua rekan-rekan SMA, SMP, SD yang membantu menyelesaikan tugas akhir ini. 24. Tim Liunggunung, M. Faisal Alawai, Fauzi, Bang Husni Thamrin, Ringgi Dharma Kusumah, Rizal Cahya Gumilar, Ujang Fu’ad, Hilmi, dan Husni. 25. Tim Dago dan Sariwangi, Hazmy Adlianto Rogy Gustaman Putra dan Sabila Nur Amalina yang telah meminjamkan peralatan untuk kelancaran tugas akhir ini. 26. Buat Jajang Wahidin, Maman Sukiman, Dali, dan rekan-rekan di gubuk kayu, terima kasih karena telah membantu penulis membuat perlengkapan alat. 27. Fauziah Clair, Fina Agustina dan rekan-rekan yang tidak dapat saya sebutkan.Terima kasih atas semua bantuan yang diberikan kepada penulis. iv  

   

ABSTRAK

 

Rancang bangun sistem otomatisasi keran wudhu dengan sensor infra merah merupakan salah satu bentuk aplikasi dari ilmu pengetahuan yang telah dipelajari dalam   sekaligus berfungsi untuk menghemat air. Kondisi penggunaan air saat ini perkuliahan cenderung boros, seperti pada penggunaan air untuk berwudhu. Ketika orang berwudhu   menggunakan keran manual, air akan terus mengalir karena keran terus terbuka sampai wudhu selesai. Penggunaan keran otomatis ini diharapkan dapat menjadi solusi bagi   permasalahan tersebut. Keran solenoid yang digunakan pada alat ini dapat bekerja secara otomatis terbuka   dan tertutup tergantung dari ada tidaknya objek yang membutuhkan air. Terdapat tiga buah sensor dalam pembuatan alat ini yaitu Tx1-Rx1 sebagai sensor untuk pendeteksi tubuh   orang, Tx2-Rx2 sebagai pendeteksi tangan, dan Tx3-Rx3 sebagai pendeteksi kaki. Ketiga keluaran  dari sensor tersebut dimasukkan ke rangkaian komparator untuk dibandingkan tegangannya dan keluaran dari rangkaian komparator dimasukkan ke rangkaian logika   yang berhubungan dengan rangkaian driver relay untuk mengatur on-off relay dimana proses on-off relay mengakibatkan terbuka tertutupnya solenoid valve. Oleh karena itu, penggunaan sistem otomatisasi keran wudhu ini dapat mereduksi volume air yang terbuang pada saat orang melakukan wudhu. Berdasarkan hasil perhitungan, diperoleh bahwa sistem otomatisasi keran wudhu dapat menghemat air wudhu rata-rata 33,59 % atau sebanding dengan 1,5 Liter air pada debit air rata-rata 0,0189 L/s pada suhu lingkungan 24,9oC.  

Kata kunci : Keran otomatis, penghematan air wudhu, sensor infra merah, penerima infra merah, solenoid valve.

v  

   

ABSTRACT

   

Design automation systems ablution crane using infrared sensors is one form of the application of knowledge learned in lectures as well as function to save water. Currently, conditions  of water usage tends to wasteful, such as the use of water for ablution. When people perform ablution using manual crane, water will keep flowing for ablution because   open until it completed. The use of an automatic crane is expected to be a crane stay solution for these problems.   Solenoid valve in this tool works automatically open and close depending on the existence of objects that need water. There are three sensors in the manufacture of this   instrument is Tx1-Rx1 as a sensor for detecting body of people, Tx2-Rx2 as a detector of the hand,  and Tx3-Rx3 as a detector of the foot. The third output of the sensor is inserted into the comparator circuit to compare the voltage and the output of the comparator circuit is  inserted into the logic circuit associated with the relay driver circuit to adjust the on-off relay in which the on-off relay resulted in the closing or opening of solenoid valve.   Therefore, the benefit of automation system ablution crane can reduce the volume of water that wasted when people ablution. Based on calculations, obtained that automation system ablution crane can save ablution water average of 33.59% or equal to 1.5 litre of water at an average water discharge 0.0189 L /s at 24,9oC ambient temperature. Key words: automatic crane, water savings ablution, infrared sensors, infrared receiver, solenoid valve.

vi  

   

DAFTAR ISI

    LEMBAR PENGESAHAN

KATA PENGANTAR .......................................................................................................... ii UCAPAN  TERIMA KASIH ................................................................................................ iii ABSTRAK ............................................................................................................................. v   ............................................................................................................................ vi ABSTRACT DAFTAR ISI ........................................................................................................................ vii   DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ ix   DAFTAR TABEL ................................................................................................................. x DAFTAR PERSAMAAN ..................................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1   1.1 Latar Belakang .............................................................................................................. 1 1.2 Tujuan ........................................................................................................................... 2   1.2.1 Tujuan Umum ...................................................................................................... 2   1.2.2 Tujuan Khusus ..................................................................................................... 2 1.3 Rumusan Masalah ......................................................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah............................................................................................................ 2 1.5 Meode Tugas Akhir....................................................................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan Laporan Tugas Akhir ................................................................ 3 BAB II DASAR TEORI ....................................................................................................... 6 2.1 Sensor dan Transduser .................................................................................................. 6 2.1.1 Sensor Infra Merah .............................................................................................. 6 2.2 Dioda ............................................................................................................................. 7 2.2.1 Light Emitting Diode Infra Merah ....................................................................... 8 2.2.2 Fotodioda ............................................................................................................ 10 2.3 Transistor ..................................................................................................................... 10 2.3.1 Bipolar Junction Transistor................................................................................ 10 2.3.2 Fototransistor ...................................................................................................... 13 2.4 Generator Frekuensi ..................................................................................................... 14 2.4.1 Generator Frekuensi Pewaktu IC 555 ................................................................. 14 2.5 Gerbang Logika ............................................................................................................ 16 2.5.1 Gerbang AND ..................................................................................................... 17 2.5.2 Gerbang OR ........................................................................................................ 17 2.5.3 Gerbang NOT ..................................................................................................... 18 2.6 Komparator .................................................................................................................. 18 2.7 Catu Daya ..................................................................................................................... 20 2.8 Aktuator........................................................................................................................ 21 2.8.1 Relai .................................................................................................................... 21 2.8.2 Valve Solenoid .................................................................................................... 22 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT ................................................ 24 3.1 Perancangan Alat ......................................................................................................... 24 3.1.1 Diagram Blok Perancangan Alat ........................................................................ 24 3.1.2 Perancangan Konstruksi Alat ............................................................................. 25 3.2 Perancangan Rangkaian Elektronik ............................................................................. 27 3.2.1 Rangkaian Sensor ............................................................................................... 27 3.2.2 Rangkaian Komparator ....................................................................................... 28 3.2.3 Rangkaian Logika ............................................................................................... 29 vii  

 

 

   

 

3.2.4   Rangkaian Driver Relay ..................................................................................... 30 3.2.5 Rangkaian Catu Daya ......................................................................................... 31   Aktuator .............................................................................................................. 32 3.2.6 BAB IV PENGUJIAN, DATA, DAN ANALISIS ............................................................. 33 4.1 Spesifikasi Alat Ukur ................................................................................................... 33 4.2 Pengujian Rangkaian .................................................................................................... 33   4.2.1 Pengujian Rangkaian Pemancar Infra Merah ..................................................... 33 4.2.2 Pengujian Rangkaian Penerima Infra Merah ...................................................... 35   4.2.3 Pengujian Rangkaian Komparator ...................................................................... 39 4.2.4 Pengujian Rangkaian Logika .............................................................................. 40 4.2.5 Pengujian Driver Relay....................................................................................... 42 4.2.6 Pengujian Catu Daya .......................................................................................... 43 4.2.7 Pengujian Solenoid Valve ................................................................................... 44   Pengujian Penghematan Air ............................................................................... 45 4.2.8 BAB V PENUTUP ............................................................................................................... 47   5.1 Kesimpulan .................................................................................................................. 47 5.2 Saran ............................................................................................................................. 47 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN LAMPIRAN I RANGKAIAN PENGENDALI LAMPIRAN II RANCANGAN KONSTRUKSI ALAT LAMPIRAN III FOTO ALAT SETELAH DIBUAT LAMPIRAN IV FOTO PENGUJIAN ALAT LAMPIRAN V DATASHEET KOMPONEN

viii  

   

DAFTAR GAMBAR

    Gambar 1.1 Diagram alir pembuatan Tugas Akhir ................................................................ 5

Gambar 2.1 Kemasan dan simbol dioda ................................................................................. 7   Karakteristik dioda.............................................................................................. 8 Gambar 2.2 Gambar 2.3 (a) Reverse bias (b) Forward bias ....................................................................... 8   Bagian dari LED (Light Emitting Diode) infra merah ........................................ 9 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Simbol LED infra merah .................................................................................... 9   Gambar 2.6 Prinsip kerja dari Light Emitting Diode .............................................................. 9   Gambar 2.7 Simbol fotodioda ............................................................................................... 10 Gambar 2.8 Konstruksi, analogi, dan simbol transistor bipolar junction.............................. 11 Gambar 2.9   Kurva karakteristik dan garis beban transistor .................................................. 12 Gambar 2.10 (a) Simbol fototransistor (b) Fototransistor ..................................................... 13 Gambar 2.11 Diagram skematik IC pewaktu 555 ................................................................. 15   Gambar 2.12 Rangkaian multivibrator astabil IC555 ............................................................ 15   Gambar 2.13 Multivibrator monostabil IC555 ...................................................................... 16 Gambar 2.14 Gerbang AND dengan dua masukan ............................................................... 17 Gambar 2.15 Gerbang OR dengan dua masukan .................................................................. 17 Gambar 2.16 Gerbang logika NOT ....................................................................................... 18 Gambar 2.17 Perbandingan non-inverting ke tegangan 0 volt .............................................. 18 Gambar 2.18 Perbandingan inverting ke teganagn 0 volt ..................................................... 19 Gambar 2.19 Rangkaian penyearah jembatan dengan Filter ................................................. 20 Gambar 2.20 Simbol relai DPDT .......................................................................................... 22 Gambar 2.21 Valve solenoid.................................................................................................. 23 Gambar 2.22 Simbol keran solenoid normally close dan normally open .............................. 23 Gambar 3.1 Diagram blok sistem otomatis keran wudhu ..................................................... 24 Gambar 3.2 Rencana konstruksi alat ..................................................................................... 26 Gambar 3.3 Rangkaian pemancar infra merah dengan IC NE555N ..................................... 27 Gambar 3.4 Rangkaian receiver dengan modul phototransistor TSOP 4838 ....................... 28 Gambar 3.5 Rangkaian komparator dengan IC LM324 ........................................................ 28 Gambar 3.6 Rangkaian logika dengan IC 74LS08 dan IC 74LS32 ...................................... 29 Gambar 3.7 Rangkaian driver relai ....................................................................................... 31 Gambar 3.8 Rangkaian catu daya dengan penyearah jembatan ............................................ 31 Gambar 3.9 Keran solenoid TMC UW 15 220 VAC ............................................................ 32 Gambar 4.1 Rangkaian pengujian rangkaian pemancar infra merah..................................... 34 Gambar 4.2 Sinyal frekuensi rangkaian pemancar infra merah ............................................ 35 Gambar 4.3 Rangkaian penerima infra merah tanpa objek pantul ........................................ 36 Gambar 4.4 Rangkaian penerima infra merah dengan objek pantul ..................................... 36 Gambar 4.5 Rangkaian pengujian rangkaian komparator ..................................................... 39 Gambar 4.6 Rangkaian pengujian rangkaian logika .............................................................. 40 Gambar 4.7 Rangkaian pengujian driver relay ...................................................................... 42 Gambar 4.8 Rangkaian pengujian power supply ................................................................... 43 Gambar 4.9 Pengujian solenoid valve ................................................................................... 44

ix  

   

DAFTAR TABEL

 

Tabel 2.1 Tabel kebenaran gerbagn AND ............................................................................. 17

  Tabel 2.2 Tabel kebenaran gerbang OR ................................................................................ 18

Tabel 2.3 tabel kebenaran gerbang logika NOT .................................................................... 18 Tabel 2.4 Kondisi tegangan input dan logika keluaran ......................................................... 20 (a)   Non-inverting (b) Inverting Tabel 3.1 Tabel kebenaran rangkaian logika A . (B + C) = Y ............................................... 30   Tabel 4.1 Digital DC Voltmeter model CD800a Digital Multimeter .................................... 33   Tabel 4.2 Dual Trace Oscilloscope Model GOS-622G Dual Trace Oscilloscope ................ 33 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran rangkaian pemancar infra merah ...................................... 34 Tabel 4.4  Data pengukuran rangkaian penerima infra merah ............................................... 37 Tabel 4.5 Jarak maksimal pendeteksian penerima infra merah ............................................. 38 Tabel 4.6  Pengukuran tegangan output komparator .............................................................. 40 Tabel 4.7 Hasil pengujian rangkaian logika .......................................................................... 41   Tabel 4.8 Hasil pengujian rangkaian driver relay.................................................................. 42 Tabel 4.9 Hasil pengujian power supply ............................................................................... 43 Tabel 4.10 Pengujian keadaan solenoid valve ....................................................................... 44 Tabel 4.11 Hasil pengukuran ketinggian air pada bak .......................................................... 45

x  

   

DAFTAR PERSAMAAN

 

Persamaan 2.1 Persamaan arus kolektor (Ic) ......................................................................... 13   Persamaan 2.2 Persamaan arus kolektor (Ic) dengan IB = 0 .................................................. 13 Persamaan 2.3 Persamaan arus kolektor total ....................................................................... 14   2.4 Frekuensi osilasi IC 555 operasi astabil ........................................................ 15 Persamaan Persamaan 2.5 Siklus kerja keluaran gelombang IC 555 operasi astabil .............................. 15   2.6 Perioda saat high pada IC 555 operasi monostabil ....................................... 16 Persamaan Persamaan 2.7 Hubungan besarnya tegangan ripple dengan penapis kapasitor .................... 20          

xi