## OPTIMASI PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK PENGKONDISI UDARA MELALUI SISTEM KENDALI ON-OFF BERBASIS MIKROKONTROLER
Triyanto Pangaribowo
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jl. Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta 11650 Email: triyanto.pangaribowo@mercubuana.ac.id
Abstrak -- Penghematan energi listrik merupakan langkah yang strategis, mengingat sebagian besar energi listrik yang dikonsumsi oleh objek-objek tersebut dihasilkan dari pembangkit listrik yang masih menggunakan  bahan  bakar  fosil.  Salah  satu  komponen  yang  mengkonsumsi  energi  listrik  terbesar pada  objek-objek  tersebut  di  atas  adalah  mesin-mesin  pengkondisi  udara  ruangan.  Pengaturan pengoperasian  mesin  pengkondisi  udara  ruangan  kebanyakan  dilakukan  secara  manual menggunakan alat remote control. Namun sistem tersebut tidaklah efektif dan efisien  karena kendali bergantung  kepada  seorang  atau  beberapa  operator  untuk  menghidupkan  atau  mematikannya. Penelitian ini bermaksud melakukan analisa penghematan energi listrik melalui sistem kendali on - off Air Conditioner (AC) menggunakan microcontroller pada ruang dosen Universitas Mercu Buana yang berukuran  9  meter  x  14  meter.  Sistem  pengendali  yang  dirancang  menggunakan  interaksi  antara sinyal  informasi  yang  diperoleh  dari  sensor  suhu.  Diperoleh  hasil  setingan  program  yang  optimum untuk menghemat energi listrik  yaitu pada suhu 22 0 C - 24 0 C. AC nomor 1 dan AC nomor 2 bekerja secara On – Off bergantian selama 3 jam dengan konsumsi daya sebesar 27,8 KWH perhari.
Kata  kunci: Air  Conditioner,  Mikrokontroller,  Kendali  On-Off,  Sensor  Suhu,  Penghematan  Energi Listrik
Abstract --  Electric  energy  saving  is  a  strategic  step  given  that  most  of  the  electrical  energy consumed by the objects produced from power plants still use fossil fuels .One of the components that are  consuming  energy  electric  largest  in  the  objects  in  the  top  is  air  conditioning  machinery  room. Setting the operation of a  machine conditioning the air of a room  mostly done  manually the use of a remote  control,  but  the  system  is  not  efficient  as  control  is  relying  on  one  or  several  operators  to animate  or  turned  it  off.  This  research  set  out  to  do  an  analysis  of  electric  energy  saving  through  a system of control on-off air conditioner (AC) using microcontroller on a lecturer room from university of mercu buana and its size of 9 meters x 14 meters. The control system designed uses the interaction of the signal between information obtained from the temperature sensors. Based on the results obtained a  system  of  testing  the  regulation  of  temperature  between  22 0 C  to  24 0 C.  The  first  AC  and  second work alternately in on-off for three hours with consumption of power equal to 27.8 KWH per day.
Keywords: Air Conditioner, Microcontroller, On-Off Controller, Sensors Temperature, Electric energy savings

## 1. PENDAHULUAN
Energi  listrik  merupakan  bentuk  energi yang  paling  banyak  digunakan  dalam  berbagai aktifitas  manusia.  Pembangkit  listrik  yang  ada  di Indonesia  sebagian  besar  menggunakan  bahan bakar  fosil.  Jika  pemanfaatan  bahan  bakar  fosil dilakukan  terus-menerus  dalam  jumlah  yang besar  tentunya  hal  ini  menyebabkan  hilangnya sumber daya alam tersebut dari bumi. Jika bahan bakar  fosil  sudah  langka  maka  harus  segera dicarikan  solusi  sebagai  penggantinya  misalnya dengan  tenaga  nuklir.  Manusia  yang  berkualitas dan  mampu  mengelolanya.  Kebutuhan  akan energi semakin besar seiring dengan pertambahan penduduk dan meningkatnya aktifitas  masyarakat.  Pertambahan  ini  harus
diimbangi  dengan  penambahan  sumber-sumber energi  baru.  Sebagian  besar  energi  yang  kita gunakan  sekarang  berasal  dari  fosil,  tidak  bisa diperbaharui  dan  akan  habis  jika  kita  gunakan secara  terus  menerus.  Sehingga  manusia dituntut  untuk  mencari  sumber-sumber  energi lain  yang  sedapat  mungkin  sumber  energi tersebut  dapat  diperbahurui  atau  terbarukan (Leksono, 2010).
Salah satu peralatan listrik yang mengkonsumsi energi listrik adalah Air Conditioner (AC).  Berbagai  cara  telah  dilakukan untuk  penghematan  energi  salah  satunya  yaitu dengan  pengaturan Air  Conditioner (AC)  pada ruangan.  Pengaturan  AC  kebanyakan  dilakukan secara  manual  menggunakan remote  control,
namun  sistem  tersebut  tidaklah  praktis  karena harus  sering  mengontrol  untuk  menghidupkan atau  mematikannya.  Sering  pengguna  AC  lupa mematikan  ketika  sudah  tidak  menggunakan ataupun  disetting  pada  suhu  paling  minimum selama  berjam-jam.  Hal  ini  menyebabkan pemborosan dalam pemakaian daya listrik.
Keterbatasan  waktu,  tenaga  dan  memori manusia untuk selalu mengontrol Air Conditioner adalah  kendala  sistem  manual.  Dengan  segala keterbatasan  manusia  dan  untuk  efisiensi pengontrolan  dalam  upaya  penghematan  energi listrik maka pada penelitian ini dirancang sebuah sistem  pengaturan On-Off Air  Conditioner yang operasionalnya
diatur
secara otomatis berdasarkan kondisi suhu pada ruangan.
Kontrol otomatik telah memegang peranan yang  sangat  penting  dalam  perkembangan  ilmu pengetahuan  dan  teknologi.  Kontrol  otomatik menjadi  bagian  yang  penting  dan  terpadu  dari proses-proses  dalam  pabrik,  laboratorium  dan industri  modern.  Misalnya,  kontrol  otomatik  perlu sekali  dalam  kontrol  operasi-operasi  di  industri manufaktur  seperti;  untuk  mengontrol  tekanan, kecepatan suhu dan aliran dalam proses (Ogata, K., 1996)
Kebutuhan  kontrol  listrik  yang  dapat diprogram On-Off sesuai  dengan  kebutuhan pengguna  adalah  suatu  masalah.  Sementara pemanfaatan  dari  mikrokontroller  untuk  fungsi tersebut  sudah  memungkinkan.  Kontrol  ON/OFF adalah  kontrol  yang  bisa  diaplikasikan  pada hampir  semua  peralatan  listrik  yang  mempunyai dua  kondisi  yaitu  ON  dan  OFF.  (Hamdan  dan Winardi, 2012)
Sistem  pengaturan  AC  berdasarkan  sinyal informasi  yang  diperoleh  dari  sensor  suhu.  Jika sensor  suhu  mendeteksi  suhu  minimum  yang dikehendaki  maka  AC  otomatis  mati  dan  hidup kembali jika suhu pada ruangan memenuhi batas
maksimum yang dikehendaki.  Dan 2 (dua) buah AC  dari  4  (empat)  buah  menyala  jika  suhu memenuhi setingan yang ditentukan

## 2. METODOLOGI PENELITIAN Perancangan Sistem kendali
Sistem  kendali  yang  dibangun  ditunjukkan pada diagram blok seperti dibawah ini
Gambar 1. Diagram Blok Kendali AC
Pada  Gambar  1 menunjukan  diagram  blok rancangan  sistem  pengaturan  pada  AC.  Input adalah  setingan  suhu  yang  dikehendaki  dan sinyal informasi dari sensor suhu. Pada saat suhu mencapai  batas  bawah  yang  dikehendaki  maka AC off.
Rangkaian  kendali  AC  yang  digunakan pada penelitian ini memiliki bagian:
1.  Rangkaian Sensor
2.  Rangkaian Digital IR Transmiter
3.  Rangkaian  LCD  (Liquid  Crystal  Display)  16x2 (I2C/TWI Connector)
Rangkaian  kendali  On-Off  AC  lebih  lengkap dapat dilihat pada Gambar 2.
Sensor  suhu  DHT11  memiliki  empat  buah kaki  yaitu  kaki  2  (dua)  berupa  tegangan  sumber yang  dihubungkan  ke  bagian  Vss  sebesar  5V sedangkan  untuk  kaki  3  (tiga)  adalah  ground dihubungkan  ke  ground  (GND)  pada  DFRduino, serta  kaki  1(satu)  adalah  keluaran  (Output)  dari data analog sensor DHT11 yang dihubungkan ke bagian  analog  input  pin  0  (A0)  DFRduino (Djuandi, 2011).
Gambar 2. Rangkaian Kendali AC
Sistem Kendali On-Off Input
Output Air Conditioner Sensor Suhu
Pengendali  AC  sebagai  pengganti  remote menggunakan Infrared
Transmitter yang mempunyai  3  pin  kaki.  Pin  kaki  1  berupa  sinyal data  yang  dihubungkan  dengan  pin  9  DFRduino. Panjang  gelombang  yang  dipancarkan  850  nm – 940 nm, dengan lebar sudut pancar sebesar 20°. Jarak  sinyal  infra  red  berkisar  1.3  m,  dengan frekuensi carrier 38 KHz. Pin kaki 2 dan 3 adalah VCC dan ground yang dihubungkan dengan VCC dan  ground  di  DFRduino.  IR  Transmitter berfungsi  sebagai  pengganti  remote  control  air conditioner  yang  berfungsi  untuk  menyalakan dan mematikan air conditioner
Terdapat  2  IR  transmitter  yaitu  IR1  dan IR2.  Setiap  IR  transmitter  mengirimkan  sinyal  ke masing-masing  AC.  DFRduino  membolehkan  1 pin  yaitu pin 9  untuk dihubungkan ke pin data IR transmitter. Maka untuk membuat IR1 dan IR2 ini bekerja  dengan  cara  mengatur  tegangan  5  V (Vcc),  di  mana  untuk  IR1  tegangan  5  V  di  dapat dari pin 22 dan IR2 tegangan 5 V didapat dari pin 24  DFRduino.  Berikut  adalah  cara  kerja  dari  IR1 dan IR2 tersebut.
Perancangan
sistem kendali AC menggnakan sensor suhu DHT11. Dalam DHT11 memiliki empat buah kaki yaitu: kaki pin 2 berupa VCC yang dihubungkan ke bagian Vss yg bernilai sebesar  5V  pada  board  DFRduino,  kaki  pin  3 berupa  ground  dihubungkan  ke  ground  (GND) pada  DFRduino,  sedangkan  kaki  pin  1  adalah data yang merupakan keluaran (Output) dari hasil pengolahan data analog dari sensor DHT11 yang dihubungkan  ke  bagian  analog  input  pin  0  (A0) DFRduino.  Dan  yang  tak  ketinggalan  terdapat satu  kaki  tambahan  yaitu  kaki  NC  (Not Connected),  yang  tidak  dihubungkan  ke  pin manapun.
Dalam perancangan ini, LCD dipakai untuk menampilkan nilai suhu aktual yang terbaca oleh sensor DHT11 dan juga  untuk menampilkan nilai suhu  minimum  dan  maksimum  yang  diseting melalui  keypad.  LCD  16x2  adalah  modul  LCD matrix  dengan  konfigurasi  16  karakter  dan  2 baris, dengan setiap karakternya dibentuk oleh  8 baris  pixel  dan  5  kolom  pixel.  LCD  dilengkapi dengan  modul  I2C/TWI  Connector.  Normalnya sebuah  LCD  16x2  membutuhkan  sekurang- kurangnya 8 pin Arduino dan 1 buah potensiometer  untuk  dapat  diaktifkan.  Namun dengan  I2C/TWI  Connector  ini  hanya  perlu  2  pin saja, yaitu pin sda dan scl
I2C (Inter-Integrated Circuit) atau TWI (two wire  interfaces)  adalah  komunikasi  serial  yang mengandalkan 2 kabel yaitu satu kabel data (sda) dan  satu  kabel  clock  (scl).  Seperti  diketahui dalam  board  DFRduino  juga  menyediakan  pin sda  dan  scl,  sehingga  kedua  pin  tersebut  bisa langsung saling dihubungkan

## Pembuatan Listing Program
Perancangan  sistem  kendali  otomatis  air conditioner  ini  terdapat  3  (tiga)  kondisi.  Kondisi yang  pertama  adalah  jika  suhu  aktual  yang terukur  lebih  kecil  dari  22 0 C  maka  AC  yang  ke satu  dan  AC  ke  dua  kondisi  Off,  jika  suhu  aktual lebih besar dari 24 0 C maka AC yang pertama dan kedua keduanya kondisi On, kondisi yang terakhir jika suhu antara 22 0 C sampai dengan 24 0 C maka AC  pertama  dan  AC  kedua  On-Off  secara bergantian.  Gambar  3  berikut  ini  menjelaskan lebih  lengkap  flow  chart  dari  sistem  kendali  AC yang dirancang.
Gambar 3. Flowchart sistem kendali otomatis air conditioner
Sensor suhu DHT11 membaca suhu aktual yang  kemudian  ditampilkan  di  LCD.  Suhu  aktual ini  menangkap  perubahan  suhu  pada  ruangan. Aksi  kendali  On-Off  ditentukan  oleh  suhu  aktual yang terukur oleh sensor DHT11.

## Pengujian dan Analisa
Setelah  perancangan  program,  maka langkah  selanjutnya  dilakukan  pengujian  dan
Tidak Start Baca Suhu Aktual Suhu < 22 0 C Suhu > 24 0 C Suhu antara 22 0 C dan 24 0 C AC 1 dan 2 OFF AC 1 dan 2 ON AC 1 dan 2 ON- OFF End Tidak Ya Ya Ya Tidak
analisa terhadap hasil  yang diperoleh.  Pengujian dilakukan  dengan  mengatur  variasi range suhu yang  dikehendaki.  Pada  perancangan  sistem kendali  yang dibangun menampilkan  display dari sensor  suhu  kemudian  menampilkan  display range  suhu  maksimum  dan  minimumnya.  Serta yang  terakhir  menganalisa  penghematan  daya listrik  sebelum  dan  sesudah  menggunakan perancangan kendali AC otomatis

## 3. HASIL DAN ANALISA
Untuk  memperoleh  hasil  penelitian  ini dilakukan  dengan  beberapa  tahap  yaitu  mulai dari  pengukuran  suhu  ruangan  dengan  berbagai kondisi, baik menggunakan sensor suhu maupun dengan pengamatan suhu pada display AC.
Kondisi  diatur  secara  berurutan  dengan mematikan  1(satu)  buah  AC  kemudian  diukur perubahan  suhunya  sampai  dengan  mematikan keempat AC dan dilakukan pengukuran perubahan  suhu  yang  terjadi.  Pengukuran  suhu
dibarengi  dengan  pengukuran  arus,  setiap perubahan suhu diukur perubahan arusnya.

## Pengukuran Suhu Dengan Sensor DHT11
Pengukuran suhu pada ruangan berukuran panjang  9  meter  dan  lebar  14  meter  dengan Jumlah  AC  sebanyak  4(empat)  buah  yang dilakukan  pada  ruang  dosen  Universitas  Mercu Buana  Jakarta.  Pada  Tabel  1  menjelaskan  hasil pengukuran  suhu  aktual  dengan  melakukan berbagai  setingan  suhu  menggunakan  remote AC.
Pada  kondisi  suhu  awal  terukurnya  27 0 C yaitu  kondisi  dimana  ke  empat  AC  belum dinyalakan.  Pada  saat  AC  belum  dinyalakan suhu  aktual  ruangan  yang  terukur  adalah  27 0 C. Kemudian ke empat AC pada ruangan dinyalakan dengan setingan suhu 17 0 C selama 2 jam sehingga suhu aktual terukur dari 27 0 C turun ke 22 0 C.

## Tabel 1. Pengukuran Suhu Dengan Beberapa Kondisi AC
No Kondisi AC1 Kondisi AC2 Kondisi AC3 Kondisi AC4 Waktu Operasional Setingan Remote ( o C) Suhu Sensor DHT11 ( o C) Awal OFF OFF OFF OFF 30 menit 17 27 1 ON ON ON ON 2 jam 17 22 2 OFF ON ON ON 1 jam 17 22 3 OFF OFF ON ON 1 jam 17 23 4 OFF OFF OFF ON 1 jam 17 24 5 OFF OFF OFF OFF 1 jam 17 25
Selanjutnya diatur operasional AC dimatikan  satu  persatu  seperti  pada  Tabel  1. Terlihat  suhu  terukur  sekitar  22 0 C  sampai dengan  24 0 C.  Setelah  dimatikan  keempat  AC suhu aktual terukur 25 0 C Memang ada perbedaan  suhu  antara  setingan  suhu  pada remote  AC  dengan  suhu  aktual  yang  terbaca oleh  sensor  DHT11.  Hal  ini  disebabkan  oleh beberapa  faktor  antara  lain  karena  suhu  dari orang  yang  berada  dalam  ruang,  suhu  dari
lampu,  pintu  ruang  yang  tidak  tertutup  rapat  dan adanya  pengaruh  suhu  luar  ruangan  dan  lain- lain.  Lebih  jelasnya  untuk  data  pengukuran ditampilkan pada Tabel 1.

## Pengukuran Daya AC
Daya pada AC diukur dengan menggunakan  tang  ampere.  Hasil  pengukuran ditunjukkan pada Tabel 2.

## Tabel 2. Pengukuran Daya Pada AC
Setingan Suhu Pada Remote AC ( o C) Nilai Arus Yang Terukur (Ampere) Tegangan (Volt) Daya (Watt) 17 8,8 220 1936 18 8,7 220 1914 19 9,0 220 1980 20 9,2 220 2024 21 9,3 220 2046 22 9,1 220 2002 23 9,0 220 1980 24 9,1 220 2002 25 9,0 220 1980 26 8,9 220 1936
Pengukuran  arus  pada  AC  dilakukan dengan beberapa variabel setingan suhu menggunakan  remote  sehingga  diperoleh  nilai arus  yang  riil  yang  dikonsumsi  oleh  AC.  Daya dirumuskan  tegangan  dikalikan  dengan  arus maka  hasilnya  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Pada setingan  suhu  17 0 C  arus  terukur  8,8  ampere justru  lebih  tinggi  dari  setingan  suhu  20 0 C diperoleh  arus  sebesar  9,0  ampere.  Pada  saat pengukuran konsumsi arus pada AC dipengaruhi oleh  beberapa  hal  yaitu  kebocoran  pada  ruang, banyaknya orang keluar masuk ruangan dan lain- lain  sehingga  beban  semakin  berat.  Konsumsi Daya pada  hasil pengukuran tertinggi  yaitu  2046 watt dan terendah yaitu 1914 watt

## Perhitungan Penghematan Daya Listrik
Berdasarkan  data  pengukuran  suhu  yang dilakukan  dengan  sensor  DHT11  diperoleh  data suhu yang tetap  yaitu 22 0 C ketika 1 AC matikan.
Sehingga  dapat  dihitung  estimasi  penghematan daya untuk kapasistas satu AC adalah 2 PK atau sekitar 20026 watt. Jadi jika 1 buah AC dimatikan selama 8 jam sehari dapat menghemat 2002 watt x 8 jam = 16,016 KWH
Jika  dilihat  pada  Tabel  1  perbandingan untuk  operasi  1  buah  AC  dengan  2  buah  AC hanya  memiliki  perubahan  suhu  yang  kecil  yaitu kenaikan sebesar 1 0 C. Sehingga untuk menghemat  energi  listrik  pada  ruang  dosen  BD dengan  ukuran  14  meter  x  9  meter  hanya diperlukan  dua  buah  AC  saja  yang  beroperasi secara  bergantian  selama  2  jam  ON –  OFF. Pada  dasarnya  hanya  1  buah  AC  saja  yang menyala sehingga estimasi penghematan adalah 1936  watt  x  3  buah  x  8  jam  yaitu  46,46  KWH Berdasarkan  data  maka  kendali  yang  ideal ditunjukan pada Tabel 3.
Tabel 3. Aksi Sistem Pengaturan
AC1 AC2 AC3 AC4 Waktu Operasional (jam) Settingan Suhu Remote ( 0 C) Suhu Terukur ( 0 C) Daya (kWh)
ON ON ON ON 2
17 22 15.48 ON OFF OFF OFF 3 17 24 5.8 OFF ON OFF OFF 3 17 24 5.8 Total Konsumsi Daya 27.8
Pengaturan  menggunakan  remote  AC  dengan setingan  suhu  24 0 C  dengan  lama  operasional  8 jam  sebanyak  4  buah  AC  diperoleh  konsumsi daya AC sebesar 4 x 2002 Watt x 8 jam = 64,06 KWH.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan penghematan  daya  listrik  dengan  kendali On-Off Air  Conditioner pada  penelitian  ini  dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut:
1.  Berdasarkan pengukuran arus pada AC 2 PK diperoleh  nilai  minimum  pada  suhu  18 0 C sebesar  8,7  Ampere  sehingga  konsumsi dayanya  adalah  1914  Watt  sedangkan tertinggi adalah pada suhu 21 0 C dengan arus sebesar 9,3 Ampere dan konsumsi daya 2046 Watt. Konsumsi daya dipengaruhi oleh beban lingkungan sekitar seperti suhu diluar, ruangan  yang  tidak  tertutup  rapat  maupun oleh beban orang didalam ruangan.
2.  Dengan sistem kendali On-Off Air Conditioner (AC) menggunakan microcontroller yang paling  optimal  yaitu  hanya  2  buah  AC  yang beroperasi  secara  bergantian  selama  3  jam, karena  dapat  memberikan  suhu  ruangan
antara  23 0 C  sampai  dengan  24 0 C  dengan konsumsi  daya  listrik  sebesar  27,8    KWH  per hari  untuk  ruangan  yang  berukuran  9  meter kali 14 meter dengan beban rata-rata per hari 4 orang
3.  Pengaturan  suhu  dengan  menggunakan remote dengan setingan suhu 24 0 C konsumsi dayanya  64,06  KWH  per  hari  sehingga  lebih hemat  menggunakan  sistem  kendali  On-Off karena memiliki selisih 36,26 KWH

## DAFTAR PUSTAKA
Hamdan, I., Winardi S. Rancang Bangun Kontrol Peralatan  Listrik  Otomatis  Berbasis  AT89s51, Jurnal Monitor , 2012: 1 (1).
Leksono, E. Industri Sel Surya Menanti Keberanian  Pemerintah. Majalah  Energi . 2010.
Djuandi,  F., Pengenalan  Arduino ,    www. tokobuku.com. 2011.
Gema  Alfarisi  Deri,  M.Ichwan,  Lita  Lidyawati, Implementasi  Sistem  SMS  Gateway  Untuk Kendali Air Conditioner, Jurnal Energi Elektrik, Telekomunikasi dan Elektronika , 2010; 1 (2). Ogata,  K.,  1996, “ Teknik  Kontrol  Otomatik ” Penerbit Erlangga.