Pengendali Temperatur Air dengan Dua Sumber
Pemanas air saat ini umumnya menggunakan BBM yang tentu saja sangat tidak efisien, disaat pemerintah menggalakkan penghematan di segala bidang terutama pada sektor minyak bumi yang pada masanya akan habis. Untuk itu perlu dilakukan suatu tindakan konservasi energi untuk lingkup peralatan rumah tangga ini yang ternyata cukup menarik perhatian.
Pemanas air yang sudah ada hanya dapat memanaskan air secara manual, dalam artian hanya mampu memanaskan dan mempertahankan suhunya namun pemakai tidak dapat mengetahui besaran suhu air yang diinginkan maupun suhu air yang sudah dicapainya, juga pemanas air yang diharapkan memberikan harapan penghematan energi
Gambar aplikasi Pengendali Temperatur air ( Gambar 1)
Gambar Blok Pengendali Temperatur air ( Gambar 2 )
Pada dasarnya rangkaian alat ini merupakan suatu rangkaian yang terdiri atas beberapa bagian, prinsip kerja aplikasi mikrokontroler sebagai pengendali temperatur air dengan dua sumber pemanas ini adalah bila push button yang ditentukan tombol-tombolnya ditekan, maka mikrokontroler akan membaca perintah sesuai dengan yang diinginkan kemudian akan melihat kedua sensor suhu dan menampilkan besaran suhu dalam bentuk derajat celsius kemudian ditampilkan pada LCD, mikrokontroler akan membandingkan kedua sensor suhu dan menanyakan sensor mana yang mampu memanaskan airnya. Apabila kedua sensor mempunyai kemampuan sama (suhu yang akan dicapai) maka mikrokontroler akan mengutamakan sensor 2 (sensor surya matahari) dan akan meneruskan dengan menyalakan pompa 1 (pompa yang akan mengalirkan air dari panci utama ke panci surya matahari), namun apabila sensor 2 (sensor surya matahari) tidak mampu memanaskan maka mikrokontroler akan meneruskan dengan memanaskan air menggunakan pemanas Listrik (heater). Panci pemanas utama dan panci surya matahari terbuat dari bahan almunium yang diselubungi gabus (stereofoam) sebagai penahan panas.
Gambar Rangkaian Pengendali Temperatur air ( Gambar 3)
Sensor Suhu
Rangkaian sensor yang digunakan pada alat ini terdiri dari LM35 yang berfungsi untuk mendeteksi temperatur di sekelilingnya dan rangkaian penguat (Op-amp) yang berfungsi untuk memperbesar tegangan keluaran, karena keluaran dari LM35 hanya berkisar 0–1,5 Volt. Dengan menggunakan LM358 yang diset mempunyai gain sebesar 4 kali. Pemanas air ini dirancang bekerja pada suhu maksimal 99ºC sehingga dengan keluaran maksimal dari LM35 990 mV (10mV mewakili 1ºC) dengan gain 4 kali didapat keluaran tegangan maksimal 3960 mV atau maksimal 4 Volt AC, diharapkan ADC dengan mudah mengkonversi ke bentuk digital.
Rangkaian Non Inverting Amplifier pada Gambar 3.1 dengan potensio P1 sebesar 100K dapat digunakan untuk mengatur agar keluaran dari LM35 menjadi 4 kali lebih besar sehingga keluaran amplifier ini dapat menghasilkan kenaikan tegangan sebesar 40 mV untuk setiap derajat Celcius.
LM358 pada rangkaian amplifier ini menggunakan sumber tegangan sebesar 5 volt sehingga dioda zener D1 dan resistor R1 digunakan pada keluaran amplifier untuk menjaga agar batas maksimum tegangan hanya mencapai 5 volt saja dan melindungi modul ADC-0809 dari tegangan yang berlebih.
Pada panci pemanas ini digunakan bahan dari almunium dengan kapasitas air 5 liter dilengkapi dengan sebuah keran. Di sisi luar pemanas utama ini dipilih bahan stereofoam sebagai penahan untuk menjaga panas air tetap terjaga. Pada salah satu sisi dipasangi sebuah keran sebagai keluarnya air hangat/panas sedangkan pada bagian dalam terpasang sebuah saklar yang berfungsi menjaga ketinggian air agar tetap penuh untuk menghindari pemanas/heater bekerja dengan kondisi air kosong di dalamnya. Panci/bejana pemanas ini juga dilengkapi dengan tutup pada bagian atasnya. ( Gambar 4)
Bejana Surya matahari
Pada panci pemanas ini dibuat pemanas matahari berukuran panjang 40 cm, lebar 20 cm dan tinggi 10 cm dilengkapi penutup dari plastik warna hitam. Pada salah satu sisi dalam dilengkapi dengan sebuah pipa PVC yang dilubangi secara acak Ø 0,5 mm sebagai pembagi aliran air agar menyebar, sedangkan pada penempatannya harus mempunyai kemiringan panci ini ± 30º sehingga air dapat dengan mudah mengalir di semua bagian dalam pemanas.
Pada bagian bawah pemanas ini dibuat lubang sebagai saluran keluar air dan dihubungkan menggunakan selang untuk mengembalikan air ke panci utama. Pada panci ini mempunyai kemampuan menampung air ± 1 liter yang diharapkan air yang sudah dihangat oleh surya matahari masih dapat disimpan sementara. Pada bagian atas panci pemanas ini ditutup dengan menggunakan plastik yang berwarna hitam yang diharapkan lebih menyerap surya matahari dengan baik. Sedangkan pada bagian sisi-sisinya diselubungi dengan stereofoam untuk menjaga agar pemanas tidak mudah melepaskan panas. Selang plastik digunakan untuk media aliran air baik dari pemanas utama maupun air yang kembali ke panci pemanas utama. ( Gambar 4)
Flowchart Pengendali Temperatur air
Program Pengendali Temperatur air
Pengujian Beban
Pengujian beban meliputi pemanas, pompa 1 dan pompa 2 yang berfungsi untuk mengetahui besarnya penggunaan arus yang digunakan, sebab dengan mengetahui besarnya penggunaan arus maksimal dari beban, maka akan bisa diketahui efisiensi dari pemanas air ini. Gambar 5
dapat diketahui besarnya penggunaan arus yang dibutuhkan dari detik pertama hingga 20 detik. Pada grafik pengujian pemanas (heater) dapat diketahui arus awal yang mengalir sebesar 0,27 Ampere atau dengan penggunaan tegangan sebesar 220 volt maka didapatkan daya maksimum yang dibutuhkan pemanas sebesar 59,4 watt, kemudian secara bertahap terjadi kenaikan hingga pada 5 detik arus mulai normal dan pada 9 detik pemanas sudah bekerja normal sesuai dengan arus kerja sebesar 1,23 Ampere. Pada kedua pompa air diketahui bahwa arus maksimum yang mengalir sebesar 0,096 ampere atau daya yang digunakan sebesar 21,12 watt. Pompa 1 dan 2 mempunyai penggunaan arus yang hampir sama karena mempunyai spesifikasi yang sama pula. Kedua pompa mempunyai arus awal sebesar 0,012 Ampere pada hitungan 1 detik dan air belum mengalir hingga pada detik kedelapan arus mencapai 0,069 Ampere dengan tegangan sebesar 220 Volt maka daya yang dibutuhkan sebesar 15,18 Watt dan air sudah mengalir, ini berarti pompa sudah mendapat beban kerja sesuai dengan kemampuannya.
Pengujian Pemanas Air Tunggal (Single)
Pengujian pemanas air tunggal (single) ini berfungsi untuk mengetahui besarnya penggunaan daya yang akan digunakan jika hanya menggunakan sumber listrik PLN untuk memanaskan air, sebab dengan mengetahui besarnya penggunaan daya dari beban ini, maka akan bisa diketahui besarnya daya yang digunakan untuk memanaskan air, yang pengujian diawali dengan suhu air sebesar 0ºC hingga 100ºC. Gambar 5
Dari Gambar 4.4 di atas dapat diketahui besarnya arus yang mengalir untuk memanaskan air dari suhu air sebesar 0ºC hingga suhu air mencapai 100ºC atau dapat dikatakan bahwa besarnya arus tetap atau tidak berubah, yaitu sebesar ±1,2 ampere.
Pengujian Pemanas Air Hibrid
Pengujian pemanas air surya matahari (hibrid) ini berfungsi untuk mengetahui besarnya penghematan arus yang digunakan jika menggunakan sumber panas dari surya matahari untuk memanaskan air, sebab dengan mengetahui besarnya penggunaan arus dari pemanas ini, maka akan bisa diketahui besarnya arus yang digunakan untuk memanaskan air, yang pengujian diawali dengan suhu air sebesar 0ºC hingga 100ºC. Gambar 5
Dari Gambar 5 dapat diketahui besarnya arus yang mengalir untuk memanaskan air dari suhu air sebesar 0ºC hingga suhu air mencapai 100ºC. dari kurva yang terlihat dapat diketahui besarnya arus yang mengalir yaitu saat suhu 0ºC hingga 35ºC besarnya arus yang dibutuhkan oleh pemanas air ini ± 0,096 ampere, sedangkan arus yang digunakan setelah suhu air mencapai lebih dari 35ºC hingga 99ºC sebesar 1,2 ampere ini dikarenakan sumber panas air berganti dengan pemanas listrik PLN (heater). Aplikasi Mikrokontroler Sebagai Pengendali Temperatur Air Dengan Dua Sumber Pemanas (Hibrid) ini memanfaatkan surya matahari sebagai sumber alternatif hemat energi. Mempunyai cara kerja yang apabila panas matahari mampu untuk memanaskan air sesuai yang diinginkan maka beban yang bekerja hanya satu buah pompa yang membutuhkan arus sebesar 0,096 ampere atau daya sebesar 21,12 watt, namun apabila panas matahari sudah tidak mampu lagi untuk memanaskan air sesuai dengan yang diminta (dengan cara memasukkan nilai suhu menggunakan push button yang kemudian akan ditampilkan dengan menggunakan LCD) maka secara otomatis sumber pemanas akan beralih ke sumber pemanas dari listrik PLN.
Kemampuan Penghematan Daya
Dari pengujian yang telah dilakukan maka dapat diketahui besarnya kemampuan penghematan daya dan efektifitas dari alat ini. Gambar 5
Dari Gambar 5 dapat diketahui perbandingan penghematan daya antara pemanas air single dan pemanas air hibrid. Dari kurva yang terlihat dapat diketahui bahwa penggunaan daya pemanas hibrid mempunyai tingkat penggunaan daya yang rendah dari suhu 0ºC hingga 35ºC hanya 21,12 watt namun kemudian daya yang digunakan naik hingga 264 watt pada suhu lebih dari 36ºC hingga 99ºC. hal ini dsebabkan panas matahari yang diterima oleh panci pemanas surya matahari sudah tidak mampu untuk memanaskan suhu air lebih dari 36ºC, namun ini juga bukan nilai yang selalu tetap dikarenakan panas matahari yang menyinari akan selalu berubah setiap waktunya.
Efektifitas Pemanas Air Hibrid
Pemanas hibrid ini efektif jika gunakan pada suhu 0ºC hingga suhu maksimum 35ºC, ini dikarenakan surya panas matahari mempunyai panas maksimum yang selalu berubah setiap hari. Pengujian yang dilakukan sudah memasuki musim penghujan dengan suhu udara berkisar 24oC sampai 34oC. Pengujian ini menggunakan panci pemanas dengan kapasitas air sebesar 5 liter dengan suhu air mula-mula sebesar 0ºC. Pengujian dilakukan dari pukul 09.30 WIB hingga pukul 15.00 WIB.
Pengujian yang dilakukan untuk menaikkan suhu air secara bertahap dengan kenaikan 5ºC dengan 5 kali pengujian setiap kenaikannya, sedangkan lampiran 1 adalah hasil pengolahan data yang didapatkan untuk mencari daya rata-rata dan waktu rata-rata yang dibutuhkan pemanas. Pada lampiran 2 adalah jumlah rata-rata penggunaan energi untuk memanaskan air secara bertahap dengan kenaikan 5ºC yang akan digunakan sebagai pembanding. Dari lampiran 2 didapat penggunaan energi total yang dibutuhkan pemanas air single dan hibrid untuk memanaskan air dari mulai 0ºC hingga 100ºC secara bertahap dengan kenaikan suhu sebesar 5ºC. Didapatkan energi total pengujian pemanas air satu sumber/single (P1tot) tanpa menggunakan surya matahari sebesar 487,4173 Watthour, sedangkan pengujian pemanas air dua sumber/hibrid (P2tot) dengan menggunakan surya matahari sebesar 330,4646 Watthour.
Dari data tersebut didapat penghematan energi dengan perhitungan:
Penghematan energi %
100 % = 32,20 % 32,2 %
Dari hasil data di atas dapat dapat diketahui bahwa alat ini mampu menghemat penggunaan daya listrik PLN sebesar 156,9527 Watthour atau sebesar 32,2 %, hasil ini didapatkan dari perbandingan jumlah penggunaan daya single untuk memanaskan 5 liter air sebesar 487,4173 Watthour dan penggunaan daya hibrid sebesar 330,4646 Watthour.
