## KENDALI SUHU AIR DENGAN SENSOR TERMOKOPEL TIPE-K PADA SIMULATOR SISTEM PENGISIAN BOTOL OTOMATIS
Dewi Permata Sari 1 , Evelina 2 , Sabilal Rasyad 3 , Amperawan 4 , Selamat Muslimin 5 1,2,3,4,5 Program Studi Teknik Elektronika, P oliteknik Negeri Sriwijaya e-mail: depeesbaker@gmail.com
Abstrak — Pada penelitian ini dibahas mengenai kendali suhu air dengan sensor termokopel tipe- K pada simulator system pengisian botol otomatis. Pengontrolan ini ditujukan untuk menjaga agar botol  yang  digunakan  tidak mengalami  pemuaian  akibat terisi  oleh  air  dengan  suhu  tinggi.  Dari peneltian  didapatkan  bahwa  botol  yang  digunakan  dalam  system  ini  dapat  bertahan  atau  tidak mengalami  pemuaian  jika  diisi  oleh  air  dengan  suhu  ±  65 o C.    Suhu  inilah  yang  kemudian dijadikan  sebagai  referensi  dalam  kendali  suhu  air  oleh  sensor  termokopel.  Kendali  suhu  ini dilakukan      dengan  cara  memantau  aktivitas heater agar  tidak  memanaskan  air  melebihi  suhu setpoint yang ditentukan yaitu 60 o C. Pada proses kendalinya, sensor termokopel dibantu oleh PLC Schneider  Modicon  TM221M16R.  Proses  komunikasi  antara  sensor  termokopel  dan  PLC memanfaatkan analog input yang tersedia diperangkat PLC. Adapun yang dibaca oleh PLC adalah tegangan  yang  dihasilkan  oleh  termokopel  akibat  perbedaan  suhu  antara hot  junction dan cold junction .  Tegangan  yang  dihasilkan  oleh  perbedaan  kedua  titik  ini  sangat  kecil,  berkisar  antara 40µV/ o C. Oleh karena itu digunakanlah IC op amp LM 358 sebagai penguat tegangan. Keluaran dari LM 358 inilah yang dijadikan sebagai input analog PLC untuk mengontrol suhu air.
Kata Kunci : Kendali, LM358, PLC, Suhu, Termokpel
Abstract —This observation discusses about water temperature control by using thermocouple K- type  sensor  in  an  automatic  bottle  filling  system  simulator.  This  control  system  is  purposed  to keep the bottle unexpand in the effect of high temperature water. In this observation, we obtained that the  bottle  will  defend  or unexpand  if it  is  filled  with water  in a temperature  of  ±65°c. This temperature  will  be  used  as  reference  in  a  water  temperature  control  by  using  thermocouple sensor. The control system works by monitoring the heater activites in order not to heat the water more  than  the  deterimined  setpoint  temperature,  which  is  60°c.  In  the  control  process,  a thermocouple sensor is supported by PLC Schneider Modicon TM221M16R. The communication process between the thermocouple sensor and PLC utilizes analog input in PLC device. Generated voltage by a thermocouple in the effect of temperature difference between hot junction and cold junction  is  read  by  PLC.  Generated  voltage  in  the  effect  of  these  two  points  difference  is  very small, about 40μV/°c. Therefore,  IC op amp LM 358 is used as a voltage amplifier. The output of LM 358 is used as PLC analog input to control the water temperature.
Keywords : LM358, PLC, Thermocouple K

## PENDAHULUAN
Seiring  dengan  berkembangnya    dunia  teknologi  maka  hal  ini  mengakibatkan perkembangan  juga  terjadi  pada  sector  industri,  sebabteknologi  adalah  hal  terpenting  dalam sebuah  industri(Tjiptono,  2014).  Semakin  hebat  teknologi  yang  digunakan  pada  sebuah industry maka semakin maju industry tersebut. Dewasa ini berbagai inovasi mulai hadir dalam dunia  industri,  salah  satunya  adalah  teknologi  automasi  yang  hadir  sebagai  solusi  untuk
mempermudah  pengerjaan  dan  memberikan  hasil  yang  baikterhadap  produk  yang  dihasilkan (Bashori, Sumardi, & Setiawan, 2013).
Salah  satu  aspek  pendukung  dari  system  automasi  yang  penting  adalah  penggunaan  sensor sebagai input yang  dipergunakan  sebagaipemantik  dari  kerja output yang  digunakan.  Sensor suhu  merupakan  salah  satu  dari  sekianbanyak  sensor  yang  sering  kita  jumpai  dalam  dunia industri. Sensor ini berfungsi sebagai pengukur temperature pada material yang diinginkan dan sensor suhu yang sering ditemui pada dunia industry salah satunya adalah sensor termokopel.

## TINJAUAN PUSTAKA
Termokopel  merupakan  sensor  suhu    yang  mengubah  perbedaan  suhu  menjadi perubahan  tegangan,  hal  ini  disebabkan  oleh  perbedaan  kerapatan  yang  dimiliki  oleh  masing- masing  logam  yang  bergantung  pada  massa  jenis  logam  (Wendri,  Supardi,  Suarbawa,  & Yuliantini,  2012).Sama  halnya  dengan  sensor  pada  umumnya  yang  dapat  digunakan  sebagai input  pada  sebuah  system  kendali,  sensor  termokopel  selain  dapat  membaca  perubahan  suhu juga dapat berperan sebagai input analog pada sebuah system kendali. Di dalam dunia industri, penggunaan  sensor  termokopel  sering  dijumpai  pada  sistem  yang  mengharuskan  suhu  tertentu mengaktifkan output atau  dengan  kata  lain  pada  saat  parameter  suhu  dijadikan  sebagai  input analog.
Penelitian terkait sensor termokopel yang berperan sebagai pengendali suhu ini pernah dilakukan  oleh  (Marto,  Risto,  Sunarso,  &  Pahlanop,  2018)  menggunakan board NS.One/32 yang  merupakan  varian  dari board Arduino  dan  oleh  (Huda,  2011)  menggunakan mikrokontroler  ATMEGA  16.  Berdasarkan  hal  tersebut,  maka  penulis  akan  meneliti  peranan sensor  termokopel  sebagai  kendali  suhu  pada  system  pengisian  botol  otomatis  menggunakan PLC. Dimana pada percobaan ini penulis akan membuat setpoint suhu yang tidak boleh dicapai oleh air dengan cara mengontrol heater yang digunakan untuk memanaskan air.

## METODE
Penelitian  ini  membahas  tentang  kendali  suhu  air  pada  simulator  system pengisian  botol  otomatis  yang  diperankan  oleh  sensor  termokopel  tipe-K.  Tujuan pengendalian  suhu  ini untuk  menjaga agar kondisi suhu air  yang ada di dalam tabung reactor  tidak  melebihi  100 o C.  Sebab,  apabila  suhu  melebihi  angka  100 o C  akan mengakibatkan  pemuaian  pada  botol  yang  digunakan.  Pengendalian  ini  dilakukan dengan cara mengontrol kondisi on dan off dari heater. .
Gambar 1. Blok Diagram Kendali Suhu Oleh Sensor Termokopel
Dalam  pelaksanaannya,  pengendalian  suhu  oleh  sensor  termokopel  dibantu  oleh  PLC Schneider  Modicon  TM221M16R  sebagai  pengendali  sistem.  PLC  Schneider  Modicon TM221ME16R merupakan salah satu jenis PLC compact yang  memiliki fasilitas berupa 8 slot input , 8 slot output, dan 2 slot analog input (Schneider Electric Industries, 2014)

## Gambar 2. PLC Schneider Modicon TM221M16R
Pengendalian  suhu  air  ini  memanfaatkan  slot  analog input yang  dimilki  oleh  PLC Schneider Modicon TM221M16R. Hal ini karena sensor termokopel pada prinsipnyamenghasilkan perbedaan tegangan pada setiap kondisi suhu yang berbeda Tegangan yang  dihasilkan  oleh  termokopel  relatif  kecil  sekitar1-70  µV/ o C(Pertiwi,  2013),  sehingga membutuhkan  IC omp-amp LM358.  IC  ini  merupakan  penguat  tegangan non-inverter ,  atau dengan  kata  lain  muatan  input  dan  ouputnya  sama.  LM  358  memiliki  kemampuan  penguatan sebesar.
(1)
Penentuan  nilai  resistor  R1  dan  R2  yang  digunakan  sangat  berpengaruh terhadapkemampuan penguatan yang dilakukan oleh LM385
Gambar 3. Rangkaian Op-Amp Non-Inverting amplifier
Adapun  pembacaan  analog  input  oleh  PLC  berupa  tegangan  dari  sensor  termokopel  diperoleh dari output IC LM385 yang berada pada pin 1 dan 4.
Gambar 4. Rangkaian Op-Amp Non-Inverting amplifier

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  penelitian  pengendalian  suhu  air  ini,  didukung  dengan  sebuah  simulator  system pengisian  botol  yang  terdiri  dari  sebuah  konveyor,  sebuah  sensor proximity dan  dua  buah tabung. Satu tabung berfungsi sebagai sumber air, satu tabung berfungsi sebagai reaktor yang di dalamnya terdapat sensor upper , sensor lower , sensor termokopel dan heater
Gambar 5. Simulator Sistem Pengisian Botol Otomatis
PLC yang digunakan dalam penelitian ini dikemas menjadi sebuah modul yang disertai dengan junction box sebagai penghubung antara input dan output PLC dengan input dan output system pengisian botol otomatis.
Gambar 6. Modul PLC dan Junction Box
Pengendalian suhu air pada system pengisian botol otmatis ini ditujukan untuk menjaga agar  kondisi  botol  tidak  memuai  akibat  terisi  oleh  air  dengan  suhu  yang  tinggi.  Kendali  suhu yang  diperankan  oleh  sensor  termokopel  ini  dirancang  pada  sebuah  simulator  tabung  reaktor yang ditempatkan pada sisi atas tabung dengan tujuan agar sensor termokopel-mendeteksi suhu air yang terendah dalam proses kendalinya.
Gambar 7. Penempatan Sensor Termokopel
Berdasarkan  hasil  penelitian,  botol  yang  digunakan  pada  system  ini  akan  mengalami pemuaian apabila terisi air dengan suhu lebih dari 65 o C.
Tabel 1. Nilai suhu air terhadap kondisi botol
Suhu( o C) Memuai 100 Ya 95 Ya 80 Ya 75 Ya
70 Ya 65 Tidak 60 Tidak
Berdasarkan  table  diatas,  maka  peneliti  menetapkan setpoint kendali  heater  pada  suhu 60 o C yang terukur oleh sensor termokopel dengan toleransi suhu tertinggi sekitar ± 65 o C .
Tabel 2. Nilai suhu air terhadap tegangan sensor termokopel
Suhu ( o C) Tegangan (V) 60 0,444 59 0,441 56 0,432 55 0,429 51 0,416 50 0,413 46 0,400 45 0,397 41 0,384 40 0,381 36 0,368 35 0,365 31 0,352
Pengukuran  yang  tertera pada table diatas merupakan  pengukuran tegangan yang  dihasilkan oleh  sensor  termokopel  setelah  dilakukan  penguatan  oleh  sensor  LM358.  Nilai  suhu  yang tertera  pada  tabe  ldiatas  diperoleh  dari  pembacaan  modul  yang  sudah  terpasang  pada  sensor termokopel.  Adapun  Pengukuran  tegangan  pada  LM358  dilkakukan  dengan  cara  meletakkan alat  ukur  pada  pin  1  (output)  dan  4  ( ground )  dari  LM358.  Dari  tegangan  yang  telah  diukur tersebut akan dibaca oleh PLC sehingga dapat mengendalikan suhu air dengan cara mengontrol aktivita s heater yang telah ditentukan setpoint nya yaitu sebesar 60 o C.
Tabel 3. Nilai suhu air terhadap aktivitas heater Suhu ( o C) Aktivitas heater 31 On 35 On 36 On 40 On 41 On 45 On 46 On 50 On 51 On 55 On 56 On 59 On 60 Off
Dari hasil penelitian yang dituangkan dalam table diatas, diketahui bahwa aktivitas heater akan berhenti  pada  saat  sensor  termokopel    mendeteksi  suhu  terendah  di  dalam  tabung  reaktor  saat melewati  angka  60 o C.  Hal  ini  memungkinkan  botol  yang  digunakan  pada  system  ini  tidak mengalami pemuaian pada saat terisi oleh air.

## KESIMPULAN
Kendali  suhu  air  oleh  sensor  termokopel  dalam  simulator  sistem  pengisian  botol  otomatis  ini dapat  membantu  terhindarnya  pemuaian  botol  yang  digunakan  akibat  terisi  dengan  air  suhu tinggi.  Kendali  ini  dilakukan  dengan  mengontrol  aktivitas heater agar  tidak  memanaskan  air melebihi  suhu  60 o C.  Kendali  ini  dilkakukan  dengan  memanfaatkan  tegangan  yang  dihasilkan oleh  sensor  termokopel  akibat  perbedaan  suhu  yang  terjadi  antara  titik hot  junction dan  titik cold  junction .  Pengunaan  sensor  termokopel  ini  dapat  digunakan  pada  suhu  yang  lebih  tinggi hingga  mencapai  1250 o C(Omega,  2012).  Berhubung  dalam  penelitian  ini  hanya  berupa simulator, maka suhu yang diukur hanya mencapai 60 o C..

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Bashori,  Z.,  Sumardi,  &  Setiawan,  I.  (2013).  Pengendalian  Temperatur  pada  Plant Sederhana Electric Furnace Berbasis Sensor Thermocouple dengan Metode Kontrol PID.
Jurnal Teknik Elektro , 2 , 1–8.
[2] Huda, S. N. (2011). Rancang Bangun Sistem Pengendali Temperatur Furnance Dengan Menggunakan Sensor Termokopel Tipe-K Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16 . Depok.
[3] Marto,  S.,  Risto,  G.,  Sunarso,  A.,  &  Pahlanop,  B.  (2018).  Rancang  Bangun  Sistem Pemantau dan Kendali Suhu Pada Model Alat Pirolisis Plastik. Prisma Fisika , VI (1), 49– 56.
[4] Omega. (2012). Revised Thermocouple Reference Tables.
[5] Pertiwi, P. K. (2013). Termokopel . Surabaya.
[6] Schneider Electric Industries. (2014). Product Data Sheet of TM221M16R
[7] Tjiptono, F. (2014). Pemasaran Jasa . CV. Andi Offset. Yogyakarta. Yogyakarta
[8] Wendri, N., Supardi, I. W., Suarbawa, K. N., & Yuliantini, N. M. (2012). Alat Pencatat Temperatur  Otomatis  Menggunakan  Termokopel  Berbasis  Mikrokontroler  AT89S51.
Buletin Fisika , 13 (1), 29–33