Sistem Penjernih Udara Pada Ruangan Produksi Bedak Berbasis Arduino

SISTEM PENJERNIH UDARA PADA RUANGAN PRODUKSI BEDAK BERBASIS ARDUINO

Alvin Sanata Asykur¹, Fanny Alvi Yanti², Muhammad Nailul Wafa³, Urwah⁴, Samuel Beta K.⁵

Prodi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275

E-mail : ¹sanataalvin@gmail,²fannyalvi29@gmail.com, ³nailalwafa9@gmail.com, ⁴urwahzd@gmail.com ,⁵sambetak2@gmail.com

Intisari- dalam pembuatan produksi bedak disebuah pabrik, membutuhkan sebuah ruangan khusus yang disebut ruangan produksi bedak. Di dalam ruang tersebut terdapat karyawan yang bertugas dalam pembuatan bedak, udara yang terdapat dalam ruangan tersebut tidaklah murni udara yang jernih karena telah tercampur dengan senyawa-senyawa kimia. Meski telah menggunakan masker penutup hidung, tidak menjamin bersihnya udara yang dihirup. Membuat sebuah alat guna membantu dalam proses penjernihan udara. “Sistem Penjernih Udara pada Ruang Produksi Bedak Berbasis Arduino” diharapkan dapat membantu permasalahan yang ada. Program yang digunakan dalam proyek ini adalah Bahasa Pemrograman C pada Arduino. Bekerja dengan cara menampung udara dan menyaringnya menjadi udara yang bersih dan bebas dari senyawa kimia berbahaya.  

Kata kunci: Penjernih udara, bedak,  sensor debu, Arduino,modul relay.

Abstract- in making powder at a factory need a particularly room that known powder production’s room. In this room, there are employees who work in manufacture of powder itself, the air that contained in the room in not pure clear because it has been mixed with chemical compounds. Although you have to use mask to cover the nose, does not guarantee the clean air is inhaled. Making tool to assist in the air purification process. “Air Purification System in Powder Production Room Based Arduino” is expected to help the existing problems. The program use in this project is C Progamming Language on Arduino. Works by collecting air and filtering it into clean air free from harmful chemical compounds.

Keywords : air purifier, powder,dust sensor, Arduino, relay modul.

I.                    PENDAHULUAN

A.      LATAR BELAKANG

Perkembangan dunia kosmetik terus meningkat seiring dengan perkembangan teknologi. Perkembangan teknologi yang semakin meningkat menyebabkan permintaan konsumen terhadap sebuah produk pun menjadi tinggi, salah satunya adalah dalam memproduksi bedak, dalam hal ini bedak harus diproduksi dalam ruang khusus dikarenakan senyawa-senyawa kimia pembuat bedak yang berbentuk debu menjadi cukup berbahaya apabila terhirup secara langsung, meski telah ditempatkan diruangan khusus produksi bedak, tak jarang kemungkinan pegawai produksi menghirup udara yang sudah tercampur oleh debu akibat partikel-partikel halus dari bedak tersebut. Udara yang telah terkena debu dari bedak menjadi tidak sehat untuk dihirup dan cukup menggangu pernafasan. Dalam hal ini perkembangan teknologi sangat dibutuhkan, salah satu alternatif agar pega wai tidak menghirup debu yang tidak sehat dalam ruangan produksi bedak adalah membuat suatu alat penjerih udara di dalam ruangan tersebut. Berangkat dari permasalahan ini, penulis membuat alat berjudul : “Sistem Penjernih Udara dalam Ruangan Prosuksi Bedak Berbasis Arduino”

B.     Perumusan Masalah

Dari identifikasi yang ada, dapat ditarik permasalahan sebagai berikut :

a.       Bagaimana merancang dan membuat alat dengan sistem penjernih udara dalam ruangan produksi bedak?

b.      Bagaiaman cara kerja alat penjernih tersebut?

c.       Bagiamana program Arduino yang diterapkan dalam sistem tersebut?

C.     Tujuan

a.       Membuat sistem penjernih udara dalam ruangan produksi bedak dengan masukan sensor penjernih udara dengan keluaran berupa nilai kadar debu, kelembaba dan tegangan.

b.      Mengetahui cara kerja sensor penjernih udara

II.                TINJAUAN PUSTAKA

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan Arduino Nano ini.

A.    Arduino Nano

Gambar 2.1 Arduino Nano

Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis mikrokontroler ATmega328 (untuk Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk Arduino versi 2.x). Arduino Nano kurang lebih memiliki fungsi yang sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda. Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh perusahaan Gravitech.

B.     Modul Relay

Relay merupakan jenis golongan saklar yang dimana beroperasi berdasarkan prinsip elektromagnetik yang dimanfaatkan untuk menggerakan kontaktor guna menyabungkan rangkaian secara tidak langsung.

Tertutup dan terbukanya kontaktor disebabkan oleh adanya efek induksi magnet yang dihasilkan dari kumparan induktor yang dialiri arus listrik.

Perbedaan dengan saklar yaitu pergerakan kontaktor pada saklar untuk kondisi on atau off dilakukan manual tanpa perlu arus listrik sedangkan relay membutuhkan arus listrik.

Cara kerja

Ada 5 bagian inti dari komponen ini antara lain :

·         Armature

·         Electromagnet atau Coil

·         Spring

·         Switch Contact / saklar

·         Iron Core

Bisa dilihat jelas pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.2 bagian dari Relay

Gambar 2.3 Modul Relay

Pada gambar diatas dapat diketahui bahwa sebuah Iron Core atau inti besi diberikan lilitan kumparan Coil agar terciptanya atau timbulnya gaya elektromagnetik. Dari timbulnya gaya elektromagnetik tersebut akan menarik armature dan terjadi perpindahan posisi dengan ditahan memakai spring. Sehingga terjadi pensaklaran atau switch contact yang membuat perubahan kondisi awal mulai dari tertutup akan berubah menjadi terbuka. Pada saat relay kondisi Normally Open (NO) maka saklar atau switch contact akan menghantarkan arus listrik. Tetapi apabila ditemukan kondisi dimana armature kembali ke posisi semula (NC), pada saat itu juga menandakan bahwa module tidak teraliri arus listrik.

C.     Peltier

Pendingin Thermo-Electric(TEC), juga sering disebut pendingin Peltier ataupompa panassolid-stateyang memanfaatkanefekPeltier.  Saat  TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satusisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C - 70°C.

Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan pertama kali pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil penemuannya ini sering disebut “Pendingin Peltier”. Ketika dua konduktor dihubungkan kontak listrik, elektron akan mengalir dari satu konduktor yang mempunyai elektron kurang terikat ke konduktor yang mempunyai elektron yang lebih terikat.

Gambar 2.4 Peltier

Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3). Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P.

Sebuah Thermo-Electric akan menghasilkan perbedaan suhu maksimal 70oC antara sisi panas dan dinginnya. Apabila Thermo-Electric semakin panas maka akan semakin kurang efisiensinya. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%.

Pendingin Thermo-Electric (TEC), juga sering disebut pendingin Peltier atau pompa panas solid-state yang memanfaatkan efek Peltier untuk memindahkan panas

Saat TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satu sisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C- 70°C dalam perangkatyang high-end dapat digunakan untuk mentransfer panas dari satu tempat ke tempat yang lain.

D.    Regulator 7805 Regulator ini menghasilkan tegangan output stabil 5 Volt dengan syarat tegangan input yang diberikan minimal 7-8 Volt (lebih besar dari tegangan output) sedangkan batas maksimal tegangan input yang diperbolehkan dapat dilihat pada datasheet IC 78XX karena jika tidak maka tegangan output yang dihasilkan tidak akan stabil atau kurang dari 5 Volt.

Keunggulan:

Jika dibandingkan dengan regulator tegangan lain, seri 78XX ini mempunyai keunggulan di antaranya:

1.      Untuk regulasi tegangan DC, tidak memerlukan komponen elektronik tambahan.

2.      Aplikasi mudah dan hemat ruang

3.      Memiliki proteksi terhadap overload (beban lebih), overheat (panas lebih), dan hubung singkat

4.      Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti 78XX tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya.

Kekurangan

1.      Tegangan input harus lebih tinggi 2-3 Volt dari tegangan output sehingga IC 7805 kurang tepat jika digunakan untuk menstabilkan tegangan battery 6 Volt menjadi 5 Volt.

2.     
Seperti halnya regulator linier lain, arus input sama dengan arus output. Karena tegangan input harus lebih tinggi dari tegangan output maka akan terjadi terjadi panas pada IC regulator 7805 sehingga diperlukan heatsink (pendingin) yang cukup. 

Gambar 2.5 Regulator 7805

Cara kerja rangkaian

Ketika switch (S1) ditutup (On), arus dari sumber DC 12 Volt akan mengalir menuju fuse (F1) yang berfungsi sebagai pengaman hubungsingkat, kemudian akan mengalir melalui dioda (D1) yang berfungsi sebagai pengaman polaritas. Condensator C1 yang berfungsi sebagai filter dapat dihilangkan jika tegangan input merupakan tegangan DC stabil misalnya dari sumber battery (accu/aki). Setelah melalui IC 7805, tegangan akan diturunkan menjadi 5 Volt stabil. Fungsi C2 adalah sebagai filter terakhir yang berfungsi mengurangi noice (ripple tegangan) sedangkan LED1 yang dipasang seri dengan resistor (R1) berfungsi sebagai indikator.

Fungsi

Rangkaian regulator ini dapat dipakai untuk menurunkan tegangan 12 Volt aki (accu) pada sebuah perangkat elektronika atau pada sebuah kendaran menjadi 5 Volt stabil.

E.            Sensor Debu gp2y1010au0f

Merupakan sensor debu yang berbasis inframerah. Prinsip kerja dari sensor ini ialah cahaya dicerminkan pada partikel melewati keseluruhan permukaan, kemudian oleh photodioda diubah menjadi tegangan. Tegangan harus diperkuat untuk dapat membaca perubahan. Output dari sensor adalah tegangan analog sebanding dengan kepadatan debu yang terukur, dengan sensitivitas 0.5V/0.1mg/m3, artinya setiap 0,1 mg/m3 kepadatan debu yang terukur, maka tegangannya naik sebesar 0,5 V.

    

Gambar 2.6 Sensor Debu gp2y1010au0f

Rangkaian sirkuit elektronik diimplementasikan dengan menggunakan papan PCB. Penggunaan papan PCB dapat mengurangi noise dan lebih stabil dibandingkan dengan penggunaan protoboard, karena PCB dapat membuat rangkaian elektronika yang stabil dan PCB juga dapat membuat sistem pada perangkat tidak menimbulkan bug ke dalam sistem dan mempermudah pengerjaan dalam merangkai

III.             PERANCANGAN ALAT

A.     Perangkat Keras dan Rangkaian Elekronik

Adapun perangkat keras yang digunakan pada pembuatan alat ini adalah:

1.      Arduino Nano

2.      Sensor Kejernihan Udara

3.      Relay

4.      Kipas DC 12V

5.      Peltier

6.      Regulator 7805

7.      LCD I2C 16x2

B.     Blok Diagram dan Diagram Alir 

Blok diagram aplikasi Arduino Nano dengan masukan sensor kejernihan udara dan luaran LCD I2C 16x2 dan relay. Diagram blok dari alat ini adalah sebagai berikut :

 

 Keterangan :

1.      Masukan yang digunakan adalah sensor kejernihan udara sebagai pendeteksi adanya debu

2.      Pemroses yang digunakan adalah Arduino Nano yang berfungsi untuk mengolah  data dari masukan dan menjalankan luaran berupa tampilan LCD I2C 16x2

3.      Luaran yang digunakan adalah LCD I2C 16x2 yang berfungsi menampilkan kadar debu, kelembaba dan tegangan ; Relay sebagai penggerak kipas dan blower

 

Adapun diagram alir sebagai berikut :

Gambar 3.1 diagram alir

C.    

Gambar Rangkaian dan Diagram Pengawatan

Gambar 3.2 Rangkaian

 

Gambar 3.3  Pengawatan

D.    Cara Kerja Alat

1.      Menjalankan program yang telah dibuat pada Arduino

2.      Memasukan bedak secara perlahan-lahan melalui sisi-sisi yang telah diatur sebagai jalan masuknya bedak

3.      Setelah relay dan sensor mendeteksi adanya debu, maka sensor akan ON dan kipas DC 12V akan bergerak untuk mengeluarkan debu yang ada didalam ruangan tersebut. Sementara debu berada didalam, LCD I2C menampilkan nilai kadar debu, kelembaban dan tegangan  

4.      Kemudian dilakukan penyaringan untuk memisahkan debu dan udara yang jernih.

5.      Selanjutnya debu yang telah dipisahkan adan ditempatkan pada tempat penampungan dan akan diolah supaya tidak bercampur kembali.

IV.             

PERANCANGAN MEKANIK

gambar 4.1 box penjernih udara

 

gambar 4.2 tempat masuknya bedak

gambar 4.3 saluran penampung udara yang telah tercampur bedak

V.                PENGUJIAN DAN ANALISA

A.     Pengujian

Tabel hasil pengujian

Kondisi	Tegangan (V)
Ada debu	0,33
Tidak ada debu	0,17

B.     Analisa

Sensor debu GP2Y1010AUF mampu mendeteksi adanya debu yang berhamburan didalam ruang percobaan. Kemudian debu tersebut dikeluarkan melalui kipas dan ditampung keluar didalam tempat yang telah disediakan, serta terdapat kipas DC 12V yang berfungsi sebagai penyedot udara bersih dari luar

VI.              KESIMPULAN

Setelah melakukan percobaan, pengambilan data, dan analisa terhadap data yang telah didapat pada proyek ini, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:

1.      Sensor debu GP2Y1010AUF dapat mendeteksi adanya debu.

2.      Tegangan yang dihasilkan sensor saat ada debu = 0,33 V sedangkan saat tidak ada debu sebesar 0,17 V

3.      Tidak semua dapat dikeluarkan memalui kipas, karena massa jenis dan ukuran debu debu berbeda – beda.

4.      Pada umumnya debu bermassa 500mikrometer dapat kita manipulasi agar massa jenisnya bertambah, yaitu dengan cara menambah kelembaban udara dengan menambahkan kadar air didalam udara. Caranya melalui proses pengaliran air ke spon kemudian dikeluarkan oleh kipas bagian belakang.

VII.           REFERENSI

[1] Eko Budi Purwanto, “Teori dan Aplikasi Sistem digital”, Yogyakarta: Graha Ilmu, 2011

[2] Malvino Albert Poul, “Electronis Instrumental Fundamentals, USA: Mc-Grow Hill.inc

      Tranducer and sensor. 1967

[3] Curtis D. John, “Process Control Instrumen Technologi”, Texas: Prentice Hall

      International. 1998

[4] Blocher Richard, “Dasar Elektronika”, Yogyakarta: ANDI. 2004

[5] Belajar Pemrograman. (2013). Arduino Uno. [Online]. Tersedia :

     http://belajar-dasar-pemrograman.blogspot.com/2013/03/arduino-uno.html

BIODATA

Nama penulis Alvin Sanata Asykur. Penulis dilahirkan di Kab. Semarang, 19 September 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 02 Ungaran,  SMPN 2 Ungaran, SMA NEGERI 1 Ungaran Tahun 2017.

Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.2.04. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 087747875347 atau melalui via email sanataalvin@gmail.com

Nama penulis Fanny Alvi Yanti. Penulis dilahirkan di Semarang, 29 Juni 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN TANDANG 03,  SMP NEGERI 39 Semarang, SMA NEGERI 2 Semarang Tahun 2017.

Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.2.09. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 089671678643 atau melalui via email fannyalvi29@gmail.com

 

Nama penulis Muhammad Nailul Wafa. Penulis dilahirkan di Rembang, 11 Maret 1998. Penulis telah menempuh pendidikan formal di MI An-Nashriyyah,  SMP NEGERI 1 Lasem, SMA NEGERI 1 Rembang Tahun 2017.

Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.2.16. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 081324494876 atau melalui via email nailalwafa9@gmail.com  

Nama penulis Urwah. Penulis dilahirkan di Semarang, 9 September 1997. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Al-Irsyad Al Islamiyyah,  SMP NEGERI 3 Semarang, SMA NEGERI 5 Semarang.

Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.17.2.21. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 089527471600 atau melalui via email urwahzd@gmail.com