1

PROPOSAL

PENELITIAN LABORATORIUM

DANA ITS TAHUN 2020

Pengembangan Portable Medical Coolbox Berbasis IoT Untuk

Mendukung Logistik Rantai Dingin Obat-obatan dan Vaksin

Tim Peneliti:

Sutopo Purwono Fitri, ST., MEng., PhD. (T. Sistem Perkapalan, FTK – ITS)

Ir. Alam Baheramsyah, MSc. (T. Sistem Perkapalan, FTK – ITS)

DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

2

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. 5

DAFTAR TABEL.................................................................................................................. 5

BAB 1 ................................................................................................................................... 6

RINGKASAN ........................................................................................................................ 6

BAB II ................................................................................................................................... 7

LATAR BELAKANG ........................................................................................................... 7

1.1. Latar Belakang Penelitian ........................................................................................ 7

1.2. Rumusan Masalah .................................................................................................... 7

1.3. Tujuan ..................................................................................................................... 8

1.4. Relevansi dengan Skema Penelitian ......................................................................... 8

1.5. Urgensi Penelitian .................................................................................................... 8

1.6. Manfaat ................................................................................................................... 9

1.7. Batasan .................................................................................................................... 9

1.8. Target Luaran .......................................................................................................... 9

BAB III TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 10

2.1 Penelitian yang telah dilaksanakan ..................................................................... 10

2.2 Siklus Kompresi Uap ........................................................................................... 11

2.3 Kerja Kompresor per satuan massa refrijeran (Win) ......................................... 12

2.4 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrijeran (Qout) .................... 12

2.5 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrijeran (Qin) .................... 12

2.6 Coefficient of Performance (COP) ........................................................................ 12

2.7 Menghitung laju aliran massa refrijeran dan efisiensi mesin pendingin........... 13

2.8 Kompresor ........................................................................................................... 13

3

2.9 Kondensor ............................................................................................................ 14

2.10 Evaporator ........................................................................................................ 15

2.11 Filter Drier ........................................................................................................ 15

2.12 Pipa Kapiler ...................................................................................................... 15

2.13 Kipas ................................................................................................................. 15

2.14 Thermokopel .................................................................................................... 16

2.15 Pressure Transducer ......................................................................................... 16

2.16 Data Logger ....................................................................................................... 17

2.17 Kriteria obat – obatan dan penanganan kesehatan ........................................ 17

BAB IV ............................................................................................................................... 23

3.1 Diagram Alur Penelitian...................................................................................... 23

3.2 Studi Literatur ..................................................................................................... 23

3.3 Studi Empiris ....................................................................................................... 24

3.4 Perhitungan Dimensi dan Analisa Data .............................................................. 24

3.4.1 Pembuatan Aparatus ............................................................................................ 24

3.5 Pembuatan Desain ............................................................................................... 25

3.6 Pemilihan Komponen & Perakitan Alat ............................................................. 25

3.7 Percobaan Pengambilan Data ............................................................................. 26

3.7.1 Metode Percobaan ............................................................................................ 26

Pada bagian ini dijelaskan metode dalam melakukan percobaan. Pada eksperimen

perancangan portable coolbox ini akan dijelaskan beberapa metode yaitu pembuatan keyplan,

pembuatan konsep IoT hingga pembuatan konsep mikrokontroler sebagai penunjang. ..... 26

3.7.1.1 Keyplan Sistem Pendingin yang diterapkan ....................................................... 26

3.7.1.2 Teknologi Berbasis Internet of Things (IoT) ..................................................... 27

3.7.1.3 Konsep Mikrokontroler pada Portable Coolbox ................................................ 28

3.7.2 Prosedur Percobaan ......................................................................................... 29

3.7.2.1 Merangkai Sistem Pendingin ............................................................................ 29

4

3.7.2.2 Merangkai Sistem Kontrol dan IoT ................................................................... 29

3.7.2.3 Prosedur Percobaan .......................................................................................... 30

3.8 Analisa Penelitian dan Pembahasan ............................................................................ 30

3.9 Kesimpulan dan Saran ................................................................................................ 30

BAB V ................................................................................................................................. 31

5.1 TIMELINE PENELITIAN ............................................................................................. 31

5.2 RANCANGAN ANGGARAN BIAYA .......................................................................... 31

BAB VI ............................................................................................................................... 34

Daftar Pustaka ..................................................................................................................... 34

BAB VII .............................................................................................................................. 35

LAMPIRAN ........................................................................................................................ 35

5

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Gambar Siklus Kompresi Uap .......................................................................... 11

Gambar 2. 2 Kompresor Terbuka ......................................................................................... 13

Gambar 2. 3 Kompresor Hermetik ....................................................................................... 13

Gambar 2. 4 Kompresor Semi – Hermetik ............................................................................ 14

Gambar 2. 5 Kondensor ....................................................................................................... 14

Gambar 2. 6 Evaporator ....................................................................................................... 15

Gambar 2. 7 Pipa Kapiler ..................................................................................................... 15

Gambar 2. 8 Kipas ............................................................................................................... 16

Gambar 2. 9 Thermokopel ................................................................................................... 16

Gambar 2. 10 Pressure Transducer ...................................................................................... 16

Gambar 2. 11 Data Logger .................................................................................................. 17

Gambar 2. 12 Prediksi Laju Pertumbuhan Penduduk Indonesia 2015 – 2045 ........................ 17

Gambar 2. 13 Gambar Contoh Modul Wi-Fi ........................................................................ 22

Gambar 2. 14 Gambar Sensor DHT11 .................................................................................. 22 Gambar 3. 1 Metodologi Flowchart ...................................................................................... 23 Gambar 3. 2 Rancangan Aparatus Sistem Pendingin Tampak Belakang Portable Coolbox ... 24 Gambar 3. 3 Rancang Aparatus Sistem Kontrol dan IoT Tampak Depan Portable Coolbox . 25 Gambar 3. 4 Rancang Aparatus Tambak Atas ...................................................................... 25 Gambar 3. 5 Rancang Aparatus Tampak Samping ................................................................ 25 Gambar 3. 6 Keyplan Sistem Pendingin Kompresi Uap DC.................................................. 26 Gambar 3. 7 Ilustrasi konsep IoT ......................................................................................... 27 Gambar 3. 8 Ilustrasi Konsep Mikrokontroler ...................................................................... 28 Gambar 3. 9 Mikrokontroler Arduino uno ............................................................................ 21

DAFTAR TABEL

Table 2. 1: Tabel berbagai macam vaksin dan kondisinya .................................................... 18

6

BAB 1 RINGKASAN

Kebutuhan pemerataan kualitas kesehatan manusia di Indonesia menjadi hal yang penting dimasa kini. Menurut WHO Indonesia membutuhkan seminimalnya 5,1 Juta kantong darah tiap tahunnya dan membutuhkan 19,5 juta vial vaksin untuk dapat didistribusikan seluruhnya ke penjuru Indonesia agar terwujudnya kesehatan yang merata. Namun, dalam prosesnya terjadi kendala dimana distribusi obat – obatan tersebut terhambat akibat kurangnya teknologi yang mampu menjaga obat – obatan tersebut tetap dalam kualitas terbaiknya pada kondisi tertentu. Tentu saja dibutuhkan teknologi yang mudah digunakan dan mudah dibawa untuk dapat mendistribusikan obat – obatan ke seluruh penjuru di Indonesia. Teknologi coolbox yang sudah ada saat ini, belum cukup ampuh karena masih menggunakan ice pack yang terbilang konvensional dan kurang bisa menjaga kualitas obat – obatan dalam jangka lama terutama bila obat dikirim ke daerah yang jauh dari tempat pengirim. Pada penelitian ini akan dirancang sebuah teknologi berupa portable coolbox yang mampu menunjang kebutuhan tersebut dengan mengaplikasikan sistem kompresi uap DC dimana kualitas dari sistem kompresi uap dalam mendinginkan beban pendingin tidak perlu diragukan kembali dengan ditambahkannya sumber arus DC maka sistem ini bisa menjaga obat – obatan kapanpun dan dimanapun. Selain itu portable coolbox dilengkapi dengan teknologi berbasis IoT untuk dapat memastikan kualitasnya terpantau secara real time dan memudahkan komunikasi antara pihak-pihak yang terkait.

Kata kunci : Cool box, Kompresor Uap DC, Internet of Things

7

BAB II LATAR BELAKANG

1.1. Latar Belakang Penelitian Dimasa saat ini dimana ilmu pengetahuan dan teknologi telah berkembang pesat,

Indonesia tengah dilanda berita besar di dunia kesehatan mengenai obat – obatan khususnya vaksin dan darah. Yang menjadikan hal tersebut kontoversi ialah meningkatnya kebutuhan vaksin dan darah dimana pada akhir 2018 menurut Kementrian Kesehatan Republik Indonesia kebutuhan vaksin di Indonesia mencapai 19.5 Juta vial dan kebutuhan darah mencapai 5 juta kantong pertahun yang selama ini baru 85% yang mampu dipasok oleh PMI (Palang Merah Indonesia) karena menurut standar WHO (World Health Organization) jumlah darah di Indonesia minimal 5.1 juta. Tentunya kondisi obat – obatan tersebut memprihatinkan, karena produksi minimal tersebut akan sulit untuk mencapai daerah – daerah pelosok nusantara yang membutuhkan. Peningkatan produksi harus juga diiringi dengan adanya peningkatan distribusi obat – obatan ke seluruh penjuru nusantara.

Kualitas pendingin secara mendasar telah diatur oleh WHO perihal menjaga kualitas suatu obat – obatan (Vaksin hingga darah) dimana pengaturan pendinginan tersebut mampu menjaga temperatur pada suhu 00C hingga maksimal 100C. Suhu tersebut tidak menjadi masalah ketika pendinginan dilakukan di tempat, namun berbeda ketika obat – obatan yang perlu pengondisian khusus perihal temperatur harus didistribusikan.

Solusi konvensional yang diterapkan dan masih berlangsung digunakan ialah menggunakan coolbox berbasis icepack (coolpack). Akan tetapi penggunaan icepack tidak efektif dan juga efisien karena tidak dapat menjaga kualitas temperatur secara konstan hingga sampai ketujuan. Selain itu pun pada coolbox konvensional tidak dapat dipantau secara langsung kondisi terkini yang terjadi pada beban pendingin (obat – obatan).

Alternative yang dapat digunakan salah satunya ialah dengan menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap dalam proses pendinginan dimana penerapan sistem tersebut teruji efektif dan efisien untuk menjaga kualitas beban pendingin, ditambah dengan sistem berbasis IoT yang mampu memantau kondisi secara berkala memudahkan coolbox untuk dapat dimaksimalkan dalam distribusi cold chain management khususnya dibidang kesehatan.

Pada penelitian laboratorium ini akan dirancang sistem pendingin kompresi uap bercatu daya DC yang diaplikasikan pada pendingin portable yang membawa obat – obatan (vaksin dan darah) untuk didistribusikan pada instansi kesehatan maupun masyarakat yang membutuhkan dengan dilengkapi teknologi berbasis internet of things sehingga kondisi produk yang dibawa pendingin portable dapat terpantau secara real time dan terintegrasikan seluruh instansi kesehatan, sekaligus menjadi perwujudan road map penelitian yang telah diciptakan baik di studi sistem refrigerasi kompresi uap yang dimiliki Laboratorium maupun pusat penelitian manufaktur, transportasi, dan logistic yang dimiliki oleh PUI.

1.2. Rumusan Masalah Permasalahan yang akan diteliti pada penelitian laboratorium ini ialah: 1. Bagaimana desain dan dimensi komponen – komponen utama pada mesin pendingin

dengan sistem kompresi uap sumber arus DC dalam pengaplikasian pendingin

8

portable penyimpan obat – obatan (vaksin dan darah) berbasis Internet of Things skala aktual?

2. Bagaimana kinerja mesin kompresi uap dengan sumber arus DC yang diaplikasikan pada pendingin portable berbasis teknologi internet of things?

3. Bagaimana desain dan dimensi aplikasi teknologi internet of things kepada kotak pendingin yang menggunakan mesin pendingin kompresi uap sumber arus DC?

4. Bagaimana Analisa pendingin portable yang menggunakan mesin pendingin kompresi uap seumber arus DC dari aspek ekonomi untuk dapat dikomersialkan?

1.3. Tujuan Tujuan secara umum yang hendak dicapai dari penelitian laboratorium ini ialah: 1. Untuk mendapatkan pendingin portable dengan mesin pendingin kompresi uap

bersumber DC yang berbasis teknologi internet of things dalam skala aktual 2. Untuk mendapatkan hasil kinerja mesin kompresi uap dengan sumber arus DC 3. Untuk menciptakan pendingin portable yang dapat dipantau kondisi sistemnya yang

sedang berjalan hingga kondisi produk yang dibawa berdasarkan pengondisian yang dilakukan mesin pendingin serta terintegrasi dengan seluruh instansi kesehatan yang ada

4. Untuk merancang biaya yang harus dikeluarkan dan menarik harga untuk dapat dipasarkan secara umum

1.4. Relevansi dengan Skema Penelitian Penelitian tentang penerapan sistem refrigerasi kompresi uap pada coolbox saat

ini diperlukan mengingat kemampuan pendinginan sistem refrigerasi kompresi uap dalam bekerja dapat menghasilkan kualitas yang lebih baik dari coolpack yang konvensional. Selain itu untuk menjaga kualitas pendinginan dan memantau beban pendingin secara langsung diperlukan penerapan sistem berbasis IoT yang memudahkan untuk mencapai tujuan tersebut.

Pada penguatan penelitian bidang manufaktur, transportasi, dan logistik ditemukannya alternatif teknologi yang bisa menunjang bidang terutama pada teknologi sistem refrigerasi yang dipadukan dengan teknologi IoT, proses cold chain management dapat ditingkatkan kualitasnya. Sehingga hasil akhir yang didapatkan ialah dapat mendorong produktifitas industri dan transportasi pendingin. Dengan menggunakan sumber arus DC, sistem yang menerapkan refrijeran R134a ini dapat menjadi sistem pendinginan yang handal dan hemat energi serta tetap menjaga kualitas kesehatan lingkungan. Dengan ini laboratorium sekaligus kampus dapat menghasilkan produk unggul dalam mendorong majunya cold chain management tidak hanya di Indonesia namun juga dunia.

1.5. Urgensi Penelitian Urgensi dari dilaksanakannya penelitian ini ialah melakukan riset secara

mendalam mengenai peningkatan kualitas dari teknologi penunjang cold chain management dimana studi sistem refrigerasi kompresi uap yang dikembangkan bersamaan dengan diterapkannya sistem berbasis IoT dapat memenuhi kebutuhan global terutama pada industry 4.0 sehingga ITS dapat bersaing dalam menghasilkan produk – produk bermutu dan berkualitas internasional. Tentunya urgensi tersebut merupakan bagian dari perwujudan dari fungsi laboratorium sebagai pusat studi dan penelitian di bidang yang ada di departemen.

9

1.6. Manfaat Adapun manfaat yang ingin dicapai dari penelitian laboratorium ini adalah untuk

dapat menciptakan pendingin portable yang efisien dan berkualitas dalam menjaga kualitas produk dengan menggunakan mesin kompresi uap bersumber arus DC yang hemat energi dan mudah digunakan dalam skala aktual, dengan mengaplikasikan teknologi berbasis internet of things sebagai upaya untuk memantau kondisi pendingin portable secara real time baik kinerja sistem pendingin hingga kondisi produk yang disimpan pada pendingin tersebut. Pendingin portable ini juga terintegrasi datanya dengan seluruh instansi kesehatan yang ada dan dapat menjangkau masyarakat sehingga pemenuhan kebutuhan darah dan vaksin dapat dilakukan dengan mudah dan cepat.

1.7. Batasan Batasan yang dirumuskan dalam penelitian laboratorium ini bertujuan agar

lingkup penelitian menjadi lebih fokus, yaitu: 1. Tidak melakukan simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics) untuk menganalisa

distribusi temperatur di dalam coolbox 2. Penelitian ini dalam pengaplikasian teknologi internet of things dilakukan dalam

skala laboratorium dengan mikrokontroler kapasitas skala laboratorium

1.8. Target Luaran Penelitian laboratorium ini memiliki target luaran sebagai berikut :

1. Publikasi pada jurnal International Journal of Refrigeration 2. Prototipe portable coolbox berbasis IoT menggunakan sistem regrigerasi kompresi uap

DC 3. Tugas akhir dan thesis mahasiswa

10

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

Pada Bab ini menjelaskan teori dasar dalam menunjang penelitian beserta konsep-

konsep yang mendukung penelitian dalam tugas akhir, termasuk gambaran dari pendefinisian secara umum dan penelitian terdahulu. 2.1 Penelitian yang telah dilaksanakan

2.1.1 Putra, Alex. 2015. Mesin Pendingin Buah dengan Panjang Pipa Kapiler 200 cm dan Daya Kompresor 1/5HP. Skripsi. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Pada penelitian ini, dilakukan perancangan suatu produk dari pengaplikasian mesin pendingin konvensional dalam skala kecil yaitu membuat mesin pendingin buah – buahan. Pada perancangan mesin tersebut akan diteliti mengenai kinerja dari mesin pendingin tersebut bagaimana hasilnya untuk mendinginkan buah – buahan. Penelitian tersebut berhasil, dengan menggunakan kompresor uap dan refrijeran 134a suhu evaporator dapat mencapai -230C dan mampu mendinginkan buah hingga 40C. Dengan dilaksanakannya penelitian tersebut peneliti berhasil mencapai tujuannya yaitu memahami hingga cara kerja suatu mesin pendingin. 2.1.2 Ficho, Vekky Repil. 2015. Perancangan dan Pembuatan Kotak Pendingin Berbasis Termoelektrik untuk Aplikasi Penyimpanan Vaksin dan Obat – obatan. Jurnal Ilmiah. Universitas Nasional. Pada penelitian ini, dilakukan perancangan dan pembuatan kotak pendingin berbasis termoelektrik yang akan diaplikasikan untuk penyimpanan vaksin dan obat. Penelitian ini dilakukan untuk menciptakan teknologi alternatif di dunia mesin pendingin dengan menggunakan termoelektrik. Penelitian tersebut dilakukan untuk menyimpan vaksin dan obat – obatan, dimana produk berhasil dibuat namun hasilnya menunjukan suhu 180C dimana suhu tersebut belum cukup untuk menyimpan suatu vaksin dan obat – obatan. Hal ini dikarenakan efisiensi energi dingin yang dihasilkan oleh termoelektrik yang masih rendah (10%). 2.1.3 Andi, Egi, Bagas, Sakak Adi. 2017. Teknologi Pengkondisian Darah dengan Termoelektrik. Kolokium. Universitas Muhamadiyah Magelang. Pada penelitian ini, dilakukan perancangan coolbox untuk menjawab permasalahan sulitnya distribusi darah ke daerah – daerah terpencil di Nusantara yang selama ini hanya menggunakan es batu dan kotak sterofoam. Penelitian ini ditujukan untuk menciptakan teknologi yang mampu menjaga kondisi darah walaupun transportasi ke tujuan tergolong sulit, sehingga diciptakan coolbox berbasis termoelektrik. Hasil yang didapat dari penelitian tersebut ialah suhu coolbox mencapai 90C dengan beberapa variasi yang dilakukan pada coolbox. Hasil tersebut tergolong bagus namun karena energi dingin yang dihasilkan termoelektrik fluktuatif maka masih kurang direkomendasikan dan harus diteliti lebih lanjut. Selain itu, suhu tersebut masih belum memenuhi kebutuhan pendinginan agar darah tidak rusak menurut WHO yaitu 20C – 40C. 2.1.4 Husein, Muhammad Azis. 2018. Analisis Penggunaan Serat Ijuk dan Sabut Kelapa sebagai Insulator Ruang Muat Kapal Jenis Purse Seine. Tugas Akhir. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Pada penelitian ini, dilakukan analisis penggunaan serat ijuk dan sabut kelapa

11

sebagai insulator alami yang diaplikasikan pada ruang muat kapal purse seine. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh insulasi komposit sabut kelapa dan serat ijuk terhadap temperatur dan waktu pendinginan yang akan dibandingkan dengan insulasi Styrofoam yang umum. Hasil dari penelitian tersebut ialah insulasi bahan komposit mampu mencapai suhu terendah yaitu 0.70C, sedangkan Styrofoam mencapai suhu terendah 1.80C. Lalu insulasi komposit mampu menjaga temperatur dibawah 200C dalam waktu 16.5 jam sedangkan Styrofoam mampu menjaga temperatur yang sama dalam waktu 16 jam. Dapat disimpulkan bahwa penggunaan isulasi komposit efektif karena mampu mengimbangi performa insulasi Styrofoam.

2.2 Siklus Kompresi Uap Komponen utama mesin yang menerapkan siklus kompresi uap terdiri atas

empat unit, yaitu kompresor, alat ekspansi, dan evaporator. Serangkaian komponen tersebut merupakan komponen proses pada refrigerant sehingga dapat mengalami siklus termodinamika (siklus kompresi uap). Pada dasarnya dengan menerapkan persamaan kesetimbangan laju massa dan energi pada volume atur untuk setiap komponen disertai dengan asumsi – asumsi rasional yang menyertainya, akan diperoleh transfer energi baik dalam bentuk kerja maupun dalam bentuk kalor pada setiap komponen mesin refrigerasi tersebut. Oleh karena ke empat komponen proses pada gambar 2.1 tersebut merupakan suatu volume atur dengan masing – masing satu saluran masuk dan satu saluran keluar, dan dianggap bekerja pada keadaan tunak.

Gambar 2. 1 Gambar Siklus Kompresi Uap

Sumber : Buku Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Dari gambar siklus diatas, akan dijelaskan bagaimana proses siklus tersebut

berlangsung sehingga dapat dipahami dengan jelas bagaimana sistem kompresi uap bekerja. 1. Refrigeran keluar dari evaporator dalam bentuk uap jenuh/ uap panas dengan

temperatur relatif rendah. Temperatur dan tekanan refrigeran ditingkatkan kompresor hingga tekanan kondensor. Kompresi ini diperlukan untuk menaikan temperature refrigerant sehingga temperatur refrigerant di kondensor lebih tinggi dari lingkungan

2. Hasil dari kompresor refrigeran difasa panas dengan temperature dan tekanan tinggi. Untuk mengubah wujudnya jadi cair, perlu alat penukar kalor (kondensor). Kalor refrigeran berpindah untuk memanaskan fluida pendingin dengan konsekuensi temperature refrigerant mengalami penurunan

12

3. Uap jenuh dengan temperature rendah masuk ke alat ekspansi dimana refrigeran akan menurun tekanannya. Fase yang terjadi pun mengalami perubahan, dimana fase tersebut menjadi campuran uap – cair tidak ada aktifitas pelepasan/ penyerapan kalor di tahap ini

4. Campuran uap – cair mengalir pada sebuah alat penukar kalor yaitu evaporator. Pada tekanan evaporator ini, temperature jenuh refrijeran lebih rendah dari pada temperatur sekitarnya atau temperature media yang didinginkan, sehingga terjadi penyerapan kalor oleh refrijeran terhadap sekitarnya

2.3 Kerja Kompresor per satuan massa refrijeran (Win)

Kerja kompresor per satuan massa refrijeran dapat dihitung dengan persamaan : Win = h2 – h1.........................................................(1)

Dengan Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrijeran, h1 adalah entalpi refrijeran masuk ke kompresor, h2 adalah entalpi refrijeran keluar dari kompresor.

2.4 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrijeran (Qout) Besar kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrijeran dapat dihitung

dengan persamaan : Qout = h2 – h3.......................................................(2)

Dengan Qout adalah kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrijeran, h2 adalah entalpi refrijeran masuk ke kondensor, dan h3 adalah entalpi refrijeran keluar dari kondensor.

2.5 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrijeran (Qin) Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrijeran dapat dihitung

dengan persamaan : Qin = h1 – h4........................................................(3)

Dengan Qin adalah kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrijeran, h1 adalah entalpi refrijeran keluar dari evaporator, h4 adalah entalpi refrijeran saat masuk evaporator.

2.6 Coefficient of Performance (COP)

Coefficient of performance dari sebuah mesin pendingin terdiri dari dua jenis, yaitu : 1. Coefficient of Performance Refrigeration (COP)

Coefficient of Performance refrigeration (COPref) adalah unjuk kerja siklus kompresi uap yang digunakan sebagai siklus refrigerasi dinyatakan dengan rasio kalor yang diserap oleh siklus dengan daya input kompresor. Secara matematis COPref didefinisikan sebagai berikut :

.....................................(4) 2. Coefficient of Performance Heat Pump (COPhp)

Coefficient of Performance Heat Pump (COPhp) adalah unjuk kerja siklus kompresi uap yang digunakan sebagai siklus pompa kalor dinyatakan dengan rasio kalor yang diserap oleh siklus dengan daya input kompresor. Secara matematis COPhp didefinisikan sebagai berikut :

................................(5)

13

2.7 Menghitung laju aliran massa refrijeran dan efisiensi mesin pendingin Laju aliran massa refrijeran pada mesin pendingin dapat dihitung dengan

persamaan :

�̇� = = (𝑉. /𝑊 ) ..........................................(6)

Dengan �̇� adalah laju aliran massa refrijeran, W adalah kerja kompresor per satuan waktu, V adalah besar tegangan listrik yang digunakan kompresor, I adalah besar arus listrik yang digunakan kompresor, Win adalah kerja kompresor per satuan massa refrijeran. Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan persamaan :

𝜂 = 𝑥 100%...............................................(7)

Dengan 𝜂 adalah efisiensi mesin pendingin, COPaktual adalah koefisien prestasi aktual dari mesin pendingin, COPideal adalah koefisien prestasi ideal dari mesin pendingin

2.8 Kompresor Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan

refrigeran agar dapat mengembun di kondensor pada tekanan di atas tekanan udara sekeliling. Berdasarkan letak motornya kompresor dapat dikelompokan menjadi tigas jenis yaitu : 1. Kompresor Terbuka

Kompresor terbuka motor terpisah dengan kompresor dan daya dari motor ditransmisikan melalui sabuk (belt) atau jenis transmisi daya lainnya.

Gambar 2. 2 Kompresor Terbuka

Sumber : Buku Refrigerasi dan Pengkondisian Udara

2. Kompresor Hermetik Kompresor hermetik adalah kompresor yang motor dan dan kompresor berada dalam satu cangkang (kedap udara).

Gambar 2. 3 Kompresor Hermetik

Sumber : Toeflex

14

3. Kompresor Semi Hermetik

Kompresor semi hermetik adalah kompresor yang motornya berada di dalam bersama dengan kompresor menjadi satu namun ditutup dengan baut. Sehingga belt yang ada di motor bisa digulung ulang

Gambar 2. 4 Kompresor Semi – Hermetik

Sumber : Toeflex Adapun perhitungan kesetimbangan energi pada compressor :

Ein = Eout…………………………………………………(7)

m x h1 + W = m x h2………………………………………………………(8) W = m x (h1 – h2)……………………….(9)

m = mass flow rate (kg/s) h = enthapli (kJ/kg) W= daya input kompresor

2.9 Kondensor Kondensor adalah tempat refrijeran didinginkan dan mengembun. Kalor panas

dibuang ke lingkungan, penambahan ukuran kondensor mengakibatkan lebih banyak cairan setelah katup ekspansi karena lebih banyak pendinginan. Peningkatan luas permukaan kondensor akan menghasilkan lebih banyak perpindahan panas ke sekitarnya. Ukuran kondensor meningkat, tekanan kondensasi menurutn, tekanan pelepasan juga akan turun. Akibatnya suhu cairan akan rendah karena suhu kondensasi rendah dan tekanan pelepasan rendah.

Kalor yang dilepaskan dari kondensor dapat dikalkusikan lewat persamaan berikut ini :

Q4 = m x (h2 – h3) (10) Q4 = kalor dilepas dari condenser ke temperature lingkungan

Gambar 2. 5 Kondensor

Sumber : Buku Refrigerasi dan Pengkondisian Udara

15

2.10 Evaporator Evaporator adalah tempat refrijeran menguap. Panas yang diperlukan untuk

penguapan diperoleh dari benda pendingin atau benda yang didinginkan. Kalor yang diserap oleh evaporator dari lingkungan yang temperaturnya lebih

rendah (beban pendingin) dapat dikalkulasikan dengan persamaan berikut : QL = m x (h1 – h4) (11)

Gambar 2. 6 Evaporator

Sumber : Buku Refrigerasi dan Pengkondisian Udara

2.11 Filter Drier Filter Drier berfungsi untuk menyerap uap air dari refrigerasi dan menyaring

padatan pelarut jika ada. Air dicegah masuk pipa kapiler ataupun evaporator karena dapat menyebabkan penyumbatan.

2.12 Pipa Kapiler Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrijeran agar dapat menguap

dievaporator pada tekanan yang rendah. Tekanan yang rendah terjadi akibat adanya gesekan pada pipa kapiler yang Panjang dan berdiameter kecil.

Gambar 2. 7 Pipa Kapiler

Sumber : Buku Refrigerasi dan Pengkondisian Udara

2.13 Kipas Kipas adalah alat untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator. Pada

mesin pendingin kompresi uap DC ini akan dihembuskan udara dingin ke obat – obatan (vaksin dan darah) yang disimpan di dalam portable coolbox.

16

Gambar 2. 8 Kipas

Sumber : Deep Cool

2.14 Thermokopel Thermokopel adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau

mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbedayang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek thermoelektrik. Pada portable coolbox ini, Thermokopel ini akan diaplikasikan untuk mengukur suhu setelah melewati kompresor, melewati kondensor, melewati thermal expantion, dan setelah melewati evaporator.

Gambar 2. 9 Thermokopel

Sumber : Alibaba.com

2.15 Pressure Transducer Pressure Transducer adalah alat untuk mengukur dan mengendalikan tekanan,

seperti tekanan cairan maupun gas. Alat ini akan diaplikasikan pada portable coolbox dimana alat ini akan diinstal setelah evaporator, sebelum dan sesudah kompresor.

Gambar 2. 10 Pressure Transducer

Sumber : Alibaba.com

17

2.16 Data Logger Data Logger adalah sebuah alat elektronik yang digunakan untuk mencatat data

dari waktu ke waktu yang terintegrasi dengan sensor serta instrument. Alat ini memiliki mikroprosesor yang memungkinkan untuk menyimpan data yang selanjutnya dapat dilihat melalui computer ataupun laptop. Pada portable coolbox akan dipasang data logger yang diintegrasikan dengan thermokopel dan pressure transducer dimana selanjutnya data yang didapat bisa diakses lewat computer atau laptop, namun data tersebtu juga akan diintegrasikan dengan mikrokontroler Arduino uno untuk dapat ditampilkan pada LCD di portable coolbox yang mampu menampilkan kondisi barang yang dibawa hingga kondisi portable coolbox itu sendiri.

Gambar 2. 11 Data Logger

Sumber : www.scigiene.com 2.17 Kriteria obat – obatan dan penanganan kesehatan

Pertumbuhan penduduk di Indonesia semakin tahun semakin meningkat. Hal ini didukung dengan perkiraan proyeksi dari badan pusat statistic yang telah merumuskan prediksi laju pertumbuhan penduduk di Indonesia berdasarkan pertumbuhan penduduk yang telah terjadi, adapun data laju pertumbuhan penduduk yang dinjukkan oleh diagram berikut :

Gambar 2. 12 Prediksi Laju Pertumbuhan Penduduk Indonesia 2015 – 2045

Sumber : Badan Pusat Statistik, 2019

Jika dilihat dari prediksi tersebut, kedepannya penduduk di Indonesia akan membeludak menjadi semakin banyak, kondisi ini ditambah lagi Indonesia akan menghadapi bonus demografi dalam waktu dekat. Dengan melihat kondisi tersebut, banyak aspek kehidupan yang harus ditinjau karena bisa dipastikan kebutuhannya akan semakin meningkat, salah satunya ialah aspek kesehatan. Kedepannya akan dibutuhkan lebih banyak lagi instansi kesehatan dalam skala besar, penambahan layanan kesehatan yang merata seperti puskesmas, PMI, dan sebagainya. PMI sebagai salah satu pelayan

18

kesehatan mempunyai tugas untuk memenuhi kebutuhan darah untuk pasien yang memerlukan. Kebutuhan darah di Indonesia sangat besar, pada akhir tahun 2015 PMI telah memenuhi kebutuhan stok darah nasional sebanyak 85 % dengan memperoleh 4.1 juta kantong darah (PMI , P., r 2016). Berdasarkan standar WHO jumlah minimal darah di Indonesia sekitar 5.1 juta kantong pertahun. Sedangkan produksi arah secara nasional sekitar 500 ribu kantong. Darah hasil donor dimasukkan kedalam kantong darah yang selanjutnya akan disimpan dalam kondisi 40C hingga 60C. pendistribusian darah saat ini menggunakan kotak pendingin yang bisa dibawa kemana – mana (portable) dimana saat ini sudah terdapat teknologi kotak pendingin yang berbasis thermoelektrik namun belum cukup efisien dalam menjaga suhu sehingga tidak dapat mencapai ke pelosok negeri. Diperlukan suatu kotak pendingin yang mampu menjaga suhu secara efisien dan mampu untuk dipantau secara real time agar dapat memastikan kondisi darah hingga tujuan. Begitu juga dengan vaksin. Vaksin adalah bahan biologic berupa mikroorganisme baik berupa virus maupun bakteri yang dilemahkan atau dikurangi potensinya bahkan ada yang dimatikan, sehingga tubuh makhluk hidup yang menerima virus tersebut kebal. Oleh karena itu, vaksin harus disimpan ditempat yang ruangnya terkondisikan dalam temperatur yang rendah sehingga tidak akan rusak dan dapat digunakan.

Table 2. 1: Tabel berbagai macam vaksin dan kondisinya

19

Sumber : World Health Organization

Dari table diatas dapat diketahui bahwa setiap obat – obatan memiliki kriteria

temperatur masing – masing untuk menjaga kualitasnya. Hal ini menjadi suatu keharusan yang dimiliki oleh portable coolbox yang akan dibuat yaitu mengatur temperatur sesuai dengan obat – obatan yang akan dibawa di dalamnya. Sama halnya dengan darah, pada blood cold chain yang didefinisikan oleh World Health Organization bahwasannya deviasi dari rentang temperatur spesifik dan kondisi selama penyimpanan dan pemindahan dari darah dan produk darah dapat benar – benar mempengaruhi keberlangsungan hidup darah. Hal tersebut juga dapat menyebabkan meningkatnya risiko dari proliferasi bakteri pada komponen darah selama disimpan dan dapat menyebabkan potensi ancaman hidup pada saat reaksi transfuse darah dan shock hingga berujung kematian. WHO memiliki strategi untuk dapat menyelamatkan transfuse darah yang dapat berujung kematian tersebut dengan dicanangkannya diberbagai negara bahwa pendistribusian darah maupun obat – obatan wajib dilakukan hingga ke pelosok terpencil di negara tersebut (sumber : AIDE – MEMOIRE for national blood programmes) dan program tersebut dilakukan secara massal. Portable coolbox yang akan diciptakan ini pun juga akan menunjang kegiatan tersebut, sehingga keselamatan seluruh masyarakat dapat terjaga terutama di Indonesia. Menurut WHO, penanganan kesehatan yang tepat salah satunya dapat dilangsungkan

20

dengan meningkatkan efisiensi dari kinerja cold chain. Perlu diketahui cold chain sendiri merupakan sistem yang digunakan untuk memindahkan, mengumpulkan, dan mendistribusikan obat – obatan pada temperatur yang telah direkomendasikan untuk dapat sampai ditujuan. Masih banyak kekurangan pada cold chain salah satunya adalah untuk pemindahan obat – obatan maka dari itu portable coolbox yang akan diciptakan pun akan menyelesaikan permasalahan penanganan kesehatan tersebut.

2.18 Internet of Things (IoT)

Dalam perancangan portable coolbox ini diterapkan teknologi berbasis internet of things (IoT). Perlu dipahami, bahwa (IoT) saat ini sudah berkembang lumayan cepat dimana dunia sedang mengalami perkembangan teknologi secara massal. Pada dasarnya, konsep IoT adalah objek tertentu yang memiliki kemampuan untuk dapat berhubungan, menjalin komunikasi, memberikan dan menerima informasi, tanpa memerlukannya interaksi secara langsung baik dari manusia ke manusia maupun dari manusia ke perangkat computer. Teknologi IoT ini biasanya dikenal dengan banyaknya penggunaan sensor dalam pembacaan dan pengiriman data. Jika dipahami lebih mendalam IoT tidak melulu perihal sebuah sensor yang mampu melakukan hal tersebut akan tetapi IoT pun dapat melakukan pekerjaan ke benda yang ada di dunia mata sebagai contoh, pengolahan bahan makanan, elektronik, permesinan, hingga dunia saat ini telah mengembangkan pembangunan sebuah rumah dengan teknologi berbasis IoT. Poin penting yang perlu dipahami secara konsep disini ialah IoT adalah buah pikir yang luar biasa hebat ketika mampu diaplikasikan pada objek – objek yang membutuhkan. Dalam memberikan fungsi dan arti pun IoT sangat berpengaruh besar di kehidupan saat ini karena tanpa disadari sebagian besar kalangan manusia telah memanfaatkannya baik dalam permasalahan secara umum maupun yang khusus. Teknologi IoT ini dipilih untuk diterapkan pada portable coolbox yang akan dirancang karena dalam penyelesaian permasalahan utama yaitu sulit terjangkaunya daerah – daerah terpencil untuk didistribusikan obat – obatan dengan kondisi yang sama kualitasnya ketika dikirimkan. Tentu saja dalam proses pengiriman seorang penerima perlu mengetahui bagaimana proses pengiriman berlangsung dan kondisi benda tersebut karena ketika berbicara obat – obatan kita pun berbicara mengenai keselamatan nyawa seseorang. Teknologi IoT ini paling tepat diterapkan untuk dapat menyelesaikan masalah tersebut karena mampu untuk menunjang kebutuhan tersebut. Dalam penerapannya IoT memerlukan sistem penunjang lainnya yang tentu saja akan diterapkan pada portable coolbox yang akan dirancang. Dalam penelitian ini teknologi IoT yang akan digunakan menggunakan penerapan teknologi dalam skala laboratorium. Hal ini dilakukan karena fokusan penelitian ini ialah untuk melihat kinerja mesin pendingin yang diterapkan pada portable coolbox dan untuk melihat kinerja teknologi IoT dalam memantau dan menjaga kualitas beban pendingin sekaligus mesin pendingin yang sedang dijalankan. Karena penelitian ini memiliki prospek yang luar biasa menjanjikan kedepannya untuk dikembangkan maka diawali dengan penelitian skala lab yang nantinya dapat dikembangkan lagi untuk dapat terkoneksi ke seluruh Indonesia.

2.19 Sistem Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dapat menerima sinyal input, mengolahnya dan memberikan sinyal ouput sesuai dengan program yang diisikan ke dalamnya. Sinyal input mikrokontroler berasal dari sensor

21

yang merupakan informasi dari lingkungan sedangkan sinyal output ditunjukan kepada actuator yang dapat memberikan efek ke lingkungan. Jadi secara sederhana mikrokontroler dapat berinteraksi sebagai otak dari suati perangkat yang mampu berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya.

Miktokontroler pada dasarnya adalah computer dalam satu chip yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur input/output (I/O) dan perangkat pelengkap lainnya. Kecepatan pengolahan data pada mikrokontroler lebih rendah jika dibandingkan dengan PC. Pada PC kecepatan mikroprosesor yang digunakan saat ini telah mencapai order GHz, sedangkan kecepatan operasi mikrokontroler pada umumnya berkisar antara 1 – 16 MHz. begitu juga kapasitas RAM dan ROM pada PC yang bisa mencapai orde Gbyte, dibandingkan dengan mikrokontroler yang hanya berkisar pada order byte/Kbyte.

Mesikpun kecepatan pengolahan data dan kapasitas memori pada mikrokontroler jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan computer personal, namun kemampuan mikrokontroler sudah cukup untuk dapat digunakan pada banyak aplikasi terutama karena ukurannya yang kompak. Mikrokontroler sering digunakan pada sistem yang tidak terlalu kompleks dan tidak memerlukan kemampuan komputasi yang tinggi. Pada penelitian portable coolbox ini sistem mikrokontroler merupakan sistem penunjang dari teknologi IoT yang akan diterapkan dimana mikrokontroler ini nantinya akan menjadi otak dibalik bekerjanya IoT yang dikonsep dan diterapkan. Dalam menunjang keberlangsungannya mikrokontroler yang akan digunakan terdiri dari beberapa modul yang sesuai dengan fungsinya masing – masing. Karena tujuan besar dari sistem ini ada 2 yaitu untuk mendistribusikan informasi secara online lewat aplikasi android nantinya dan juga mengatur temperatur beban pendingin yang diset berdasarkan beban pendingin yang berada di dalamnya.

2.19.1 Arduino Uno

Gambar 3. 1 Mikrokontroler Arduino uno

Sumber : E – Learning media

Arduino Uno adalah mikrokontroler berbasis ATmega 36. Memiliki 14 pin input dan output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 input analog. Arduino Uno diaplikasikan dalam kotak pendingin ini untuk dapat mengatur suhu secara otomatis di dalam kotak pendingin. Secara teknis, Arduino uno mampu untuk diprogram mendeteksi suatu kondisi seperti suhu dimana suhu tersebut diberikan pengaturan batas minimal dan maksimalnya berapa, sehingga mikrokontroler ini akan otomatis mematikan ataupun menyalakan mesin pendingin menggunakan saklar.

22

Luaran yang diharapkan dengan menggunakan mikrokontoler ini tentu saja agar daya yang digunakan tidak banyak, dengan begitu dapat menghemat pemakaian energi dari mesin pendingin. Selain itu modul – modul pelengkap dari mikrokontroler Arduino uno terbilang murah sehingga terjangkau karena penerapan teknologi ini dilakukan berbasis skala laboratorium.

2.19.2 Modul WiFi

Dalam menunjang konsep IoT yang akan diterapkan perlu dipasangkan modul yang mampu memberikan kemampuan untuk menghubungkan alat ke jaringan internet sehingga nantinya informasi yang diambil oleh data logger akan dikirimkan ke web server untuk selanjutnya diunduh dan diolah oleh aplikasi android, begitupun sebaliknya.

Gambar 2. 13 Gambar Contoh Modul Wi-Fi

Sumber : www.alibaba.com

2.19.3 Modul Sensor Suhu

Sensor suhu adalah modul yang akan digunakan untuk membaca suhu

beban pendingin. Sensor suhu yang digunakan adalah sensor DHT11.

Gambar 2. 14 Gambar Sensor DHT11 Sumber : www.tokopedia.com

Sensor DHT11 adalah modul sensor yang berfungsi untuk membaca nilai

suhu dan kelembaban yang memiliki output tegangan analog yang dapat diolah

lebih lanjut menggunakan mikrokontroler. Sensor ini memiliki tingkat stabilitas

yang sangat baik serta fitur kalibrasi yang sangat akurat. Sensor DHT11 akan

digunakan bersamaan dengan Arduino uno.

23

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alur Penelitian

Metodologi adalah sebuah prosedur sistematis yang menjelaskan langkah dari riset dengan urutan langkah tertentu yang harus dilakukan secara bertahap dan berurutan. Maka dari itu, metodologi digunakan agar memudahkan penulis dalam tugas akhir ini. Diagram alur akan ditunjukkan pada gambar 3.1 di bawah ini:

Gambar 3. 2 Metodologi Flowchart

Sumber : Dokumentasi Pribadi

3.2 Studi Literatur

Studi Literatur adalah sebuah proses mengumpulkan informasi yang berhubungan dengan bidang dari tugas akhir ini. Proses ini harus menjelaskan, merangkum, mengevaluasi dan memberikan teori dasar dari tema dari tugas akhir yang

24

diambil. Pada tugas akhir ini, sumber literatur yang digunakan berasal dari paper, jurnal dan dari buku yang berkaitan dengan tema yang diangkat dan metode yang akan digunakan. Studi literatur yang dilakukan mempelajari konsep mesin pendingin, mesin refrijeran kompresi uap, macam – macam refrijeran, penerapan Arduino uno, dan konsep internet of things.

3.3 Studi Empiris

Studi Empiris dilakukan dengan mempelajari dan dengan melakukan perkiraan kebutuhan mesin pendingin kompresi uap, beban pendingin, sistem refrigerasi yang digunakan, hingga penerapan teknologi berbasis internet of things. Dalam hal ini dilakukan dengan mempelajari hasil paper dan tugas akhir karya orang lain dan melakukan perkiraan perhitungan kebutuhan pendingin dari sistem yang akan dirancang.

3.4 Perhitungan Dimensi dan Analisa Data

Tahapan ini adalah proses perhitungan dimensi yang akan dibuat, karena alat tersebut portable maka dimensi akan dibuat secompact mungkin dan mampu memaksimalkan komponen untuk dapat diletakan di dalamnya. Analisa data perhitungan tersebut dilakukan untuk selanjutnya membuat perancangan desain dari alat. Pada tahapan ini dibuat rancangan apparatus sebagai gambaran umum produk yang akan diciptakan.

3.4.1 Pembuatan Aparatus

Pada Tugas Akhir ini direncanakan untuk melakukan perancangan portable coolbox dengan penetapan dimensi 50 cm x 25 cm x 25 cm (data dimensi mempertimbangkan coolbox pada umumnya, berdasarkan data WHO). Sistem pendingin yang dirancang pada coolbox ini menggunakan mesin kompresi uap berarus DC, artinya sistem tersebut dilengkapi dengan kompresor, kondensor, evaporator, fan, capillary tube, hingga baterai dan komponen pendukung lainnya. Sistem pendingin akan diaplikasikan pada portable coolbox ini dibagian belakang.

Gambar 3. 3 Rancangan Aparatus Sistem Pendingin Tampak Belakang Portable Coolbox

Sumber : Dokumentasi Pribadi

Selain pengaplikasian sistem pendingin pada portable coolbox dilakukan juga pengaplikasian teknologi berbasis mikrokontroler dan IoT untuk menunjang portable coolbox tersebut. Sistem kontrol dan IoT diaplikasikan pada bagian depan portable coolbox.

25

Gambar 3. 4 Rancang Aparatus Sistem Kontrol dan IoT Tampak Depan Portable Coolbox

Sumber : Dokumentasi Pribadi Secara keseluruhan, portable coolbox dapat diamati pada rancang aparatus berikut.

Gambar 3. 5 Rancang Aparatus Tambak Atas

Gambar 3. 6 Rancang Aparatus Tampak Samping

Sumber : Dokumentasi Pribadi 3.5 Pembuatan Desain

Tahapan ini dilakukan proses pembuatan desain mesin pendingin kompresi uap bercatu daya DC, desain elektronika dari alat tersebut, hingga desain perencanaan Arduino uno dan tata letak teknologi berbasis internet of things yang akan digunakan dengan memperhatikan hasil perhitungan dimensi dan Analisa data.

3.6 Pemilihan Komponen & Perakitan Alat

Pemilihan komponen dilakukan berdasarkan desain yang telah dibuat. Komponen yang dimaksud disini adalah komponen yang menunjang desain mesin

26

pendingin pun juga komponen yang menunjang elektronika alat tersebut hingga komponen yang menunjang pengaplikasian internet of things berupa pembuatan aplikasi dan peletakan sensor pada alat agar dapat terdeteksi oleh aplikasi yang dibuat sesuai pengaturan yang ditetapkan. Selanjutnya setelah pemilihan komponen dilakukan, dimulai proses perakitan alat yang mengacu pada desain yang telah dibuat.

3.7 Percobaan Pengambilan Data

Tahapan ini dilakukan percobaan untuk pengambilan data. Pada bagian ini akan dijelaskan dua bagian yang pertama ialah metode percobaan yang akan dilakukan dan yang kedua adalah prosedur percobaan yang akan dilakukan. 3.7.1 Metode Percobaan

Pada bagian ini dijelaskan metode dalam melakukan percobaan. Pada eksperimen perancangan portable coolbox ini akan dijelaskan beberapa metode yaitu pembuatan keyplan, pembuatan konsep IoT hingga pembuatan konsep mikrokontroler sebagai penunjang.

3.7.1.1 Keyplan Sistem Pendingin yang diterapkan Setelah dipahami bagaimana sistem pendingin secara ideal bekerja,

maka akan dijelaskan bagaimana sistem pendingin akan diterapkan pada portable coolbox, sebagai berikut.

Gambar 3. 7 Keyplan Sistem Pendingin Kompresi Uap DC

Sumber : Dokumentasi Pribadi

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sistem pendingin menggunakan kompresor dengan catu daya arus DC. Sistem tersebut akan diberikan beberapa komponen tambahan berupa thermocouple, pressure transducer, dan juga non – return valve (apabila memungkinkan). Data yang didapat oleh komponen – komponen tersebut akan disetorkan ke data logger yang nantinya akan diolah lebih lanjut oleh mikrokontroler sesuai dengan konsep penerapan teknologi mikrokontroler yang akan dijelaskan pada bagian selanjutnya. Sistem pendingin yang didesain pada keyplan tersebut merupakan sistem yang dikategorikan skala kecil karena diaplikasikan pada portable coolbox yang mana sistemnya tidak membutuhkan komponen yang kompleks, karena salah satu

27

parameter penting pada portable coolbox harus mudah digunakan. Pada gambar keyplan ditunjukan botol penerima refrijeran yang pada nyatanya, refrijeran akan dimasukan langsung ke kompresor karena receiver tergabung dengan kompresor secara langsung.

Garis berwarna merah dan berwarna biru menunjukan dua buah tipe fase yang berjalan yaitu high pressure side dan juga low pressure side. Sehingga dapat dipahami sistem kerjanya dengan lebih mudah.

3.7.1.2 Teknologi Berbasis Internet of Things (IoT) Teknologi berbasis Internet of Things (IoT) ini adalah suatu konsep

dimana objek tertentu memiliki kemampuan untuk mentransfer data lewat jaringan tanpa memerlukan adanya interaksi dari manusia ke manusia ataupun dari manusia ke perangkat komputer.

Gambar 3. 8 Ilustrasi konsep IoT Sumber : Dokumentasi Pribadi

Dari ilustrasi diatas dapat dilihat konsep penerapan teknologi berbasis

IoT yang akan diaplikasikan pada portable coolbox yang akan dirancang. Sebagai objek utama dari berlangsungnya sistem ini, portable coolbox akan diberikan perangkat keras untuk dapat mengirimkan sinyal sehingga dapat diterima dengan baik oleh perangkat lainnya. Portable coolbox akan menggunakan mikrokontroler Arduino uno yang nantinya akan diberikan wireless card khusus untuk Arduino uno atau yang lebih umum dikenal WiFi shield modul dimana alat tersebut akan memberikan kemampuan kepada coolbox untuk mengirim data dan menerima data secara oneline. Dari portable coolbox tersebut akan memancarkan data ke penerimanya berupa data kondisi beban pendingin (barang yang didinginkan) dimana dalam hal ini beban pendinginnya ialah obat – obatan (vaksin dan darah), lalu dapat menerima informasi mengenai kondisi mesin pendingin, hingga mampu menerima informasi mengenai lokasi portable coolbox ketika sedang diantar dimana GPS akan dipasangkan pada portable coolbox tersebut. Selain itu, portable coolbox pun juga akan menerima data inputan yang akan diterima dan diolah menjadi proses di dalam portable coolbox tersebut. Data inputan tersebut berupa program

28

yang dikirim oleh instansi kesehatan maupun seperorangan yang membutuhkan dimana program tersebut dapat berisikan kebutuhan obat – obatan (setiap macam obat – obatan telah dilengkapi dengan program yang mencakup rekomendasi temperatur yang harus dijaga), hingga mampu memberikan program lokasi penerima dan pengirim. Seluruh sistem akan diakomodir menggunakan aplikasi berbasis android yang dapat diakses dan digunakan dengan mudah lewat telepon genggam cerdas (smarphone). Dari aplikasi berbasis android tersebut pun juga dapat diakses data – data instansi kesehatan dengan stok obat – obatan yang tersedia, sehingga penerima baik seperorangan maupun instansi kesehatan lainnya dapat memilih untuk memesan kebutuhannya dari instansi kesehatan yang mana. Dengan memanfaatkan teknologi tersebut diharapkan seluruh masyarakat dan instansi kesehatan di Indonesia dapat mengakses kebutuhan darah dan vaksin dengan kualitas yang tetap terjaga dan mudah diakses.

3.7.1.3 Konsep Mikrokontroler pada Portable Coolbox

Gambar 3. 9 Ilustrasi Konsep Mikrokontroler

Sumber : Dokumentasi Pribadi

Pada ilsutrasi di atas menjelaskan konsep yang akan diterapkan pada portable coolbox. Input yang masuk berupa beban pendingin (obat – obatan) akan didinginkan dengan mesin pendingin, yang selanjutnya rentang temperatur rekomendasi untuk beban pendingin tersebut akan diinput ke mikrokontroler. Dalam prosesnya akan dimonitor kondisi pendinginan yang berlangsung, baik suhu dan tekanan dari mesin pendingin, hingga temperatur beban pendingin. Semua data tersebut akan terintegrasikan lewat data logger yang nantinya data tersebut akan disimpan lalu didistribusikan ke mikrokontroler untuk ditampilkan di LCD pada portable coolbox, pada LCD akan ditampilkan data – data yang diterima data logger. Selanjutnya kerja mikrokontroler tidak berhenti sampai pada tahapan tersebut, akan terjadi dua tahapan lanjutan dimana yang pertama mikrokontroler yang telah diset untuk memastikan beban pendingin tetap terjaga pada rentang temperatur rekomendasi yang diberikan akan memonitor, ketika temperatur melewati batas bawah yang mana akan membuat suhu menjadi dingin (bahkan dapat membuat beban pendingin menjadi beku) akan mematikan

29

kompresor dengan menyisakan fan yang meniupkan udara evaporator pada sistem tersebut yang menyala. Ketika beban pendingin melewati batas atas yang mana suhu akan menjadi panas, maka mikrokontroler akan menyambungkan kembali daya kompresor dan menyalakannya kembali sehingga sistem akan hidup keseluruhan untuk mengembalikan temperatur rekomendasi. Tahapan berikutnya ialah output besar dari mikrokontroler yang terintegrasi dengan konsep IoT yang telah dijelaskan dimana data yang dimiliki mikrokontroler pun juga akan didistribusikan online dengan modul WiFi yang akan mengupload data ke web server sehingga aplikasi dari smartphone pengguna dapat mengunduh data tersebut.

3.7.2 Prosedur Percobaan Pada tahapan ini akan dijelaskan prosedur untuk melakukan percobaan

pengambilan data, dimana prosedur tersebut dimulai dari prosedur penyusunan sistem dan prosedur pengambilan data.

3.7.2.1 Merangkai Sistem Pendingin Pada tahapan ini akan dijelaskan prosedur dalam melakukan prosedur

perancangan yang berkaitan dengan sistem pendingin. 1. Pertama yang harus dilakukan ialah membuat desain sistem pendingin

dengan kompresor DC. Setelah dibuat desain tersebut, rancang apparatus desain untuk mempermudah pembuatan

2. Siapkan komponen yang diperlukan untuk menyusun sistem pendingin tersebut, komponen terdiri dari aluminium sebagai bahan pembuatan coolbox, insulasi (bisa dari bahan alam atau sintesis), kompresor, kondensor, evaporator, alat ekspansi, thermokopel, pressure transducer, dan komponen penunjang lain (toolkit)

3. Persiapkan aluminium, bentuk sesuai dengan desain yang telah dibuat (apparatus) dengan dimensi yang disesuaikan rancangan

4. Ketika alumunium telah berbentuk kotak, berikan sekat yang memberikan pembatas antara area sistem pendingin, juga area sistem control dan IoT

5. Siapkan kompresor DC beserta baterai untuk menyuplai arus DC sesuai dengan desain

6. Letakan kondensor dibagian bawah beserta dengan fan untuk membuang panas ke arah luar, dan evaporator beserta dengan fan untuk menghembuskan udara ke dalam kotak

7. Lakukan proses pengedapan pipa dengan pompa vacuum agar tidak ada partikel atau komponen yang mengganggu sistem di dalam pipa. Injeksikan refrigeran 134a sebagai media pendingin beban pending

3.7.2.2 Merangkai Sistem Kontrol dan IoT Pada tahapan ini akan dijelaskan prosedur dalam perancangan sistem

kontrol dan IoT. 1. Buat desain elektronika dari sistem kontrol dan IoT 2. Persiapkan komponen sesuai dengan konsep mikrokontroler dan IoT yang

hendak diterapkan 3. Persiapkan mikrokontroler Arduino Uno, dan juga modul – modul

pendukung sesuai konsep control

30

4. Instal modul GPS pada mikrokontroler, dan juga modul WiFi untuk dapat mengaktifkan sistem IoT

5. Sambungkan dengan sumber arus untuk bisa mengaktifkan komponen 6. Setelah dirakit, mikrokontroler beserta modulnya diletakan di ruang yang

telah diberi sekat khusus untuk sistem control dan IoT

3.7.2.3 Prosedur Percobaan

Pada tahapan ini akan dijelaskan prosedur percobaan setelah alat dirancang dan siap digunakan. 1. Siapkan beban pendingin (benda yang hendak didinginkan), untuk

percobaan bisa langsung menggunakan obat – obatan (vaksin dan darah) bisa juga benda yang lain, semisal air minum kemasan ataupun daging dan sayur – sayuran

2. Setelah beban pendingin ditentukan, letakan beban pendingin kedalam portable coolbox sesuai dengan ruang yang telah disediakan. Lalu nyalakan sistem kontrol untuk menginput data untuk selanjutnya deprogram oleh mikrokontroler untuk menjaga kondisi beban pendingin dan sekaligus mengaktifkan sistem IoT karena dalam melakukan input data, dilakukan melalui aplikasi smartphone

3. Setelah itu, nyalakan sistem pendingin dengan kapasitas refrijeran penuh. Lakukan percobaan hingga kurun waktu yang mampu membuat benda melampaui batas bawah untuk mencoba sistem kontrol. Setelah itu, kompresor akan mati dan tunggu mikrokontroler menghidupkannya kembali ketika beban pendingin memiliki suhu melewati batas atas, catat hasil pengamatan dari percobaan tersebut. Variasi percobaan dapat dilakukan melalui aplikasi pada smartphone yang terhubung dengan coolbox. Buka aplikasi untuk memantau kondisi beban pendingin, dan juga kondisi sistem pendingin. Catat hasil yang disampaikan data pada aplikasi tersebut

3.8 Analisa Penelitian dan Pembahasan

Tahapan ini dilakukan Analisa dari penelitian yang dilakukan setelah produk berhasil divalidasi dan sesuai dengan perencanaan rancangan diawal, maka didapatkan data yang dihasilkan oleh portable coolbox tersebut. Analisa yang akan dilakukan mulai dari kinerja mesin pendingin pada portable coolbox, kemampuan mikrokontroler dan IoT dalam beroperasi, dan juga dilakukan Analisa aspek ekonomi untuk menghitung kebutuhan nilai dalam pembuatan produk tersebut yang selanjutnya ditarik perhitungan revenue yang dapat dihasilkan. Seluruh hasil Analisa diolah dan dilakukan pembahasan hasil penelitian.

3.9 Kesimpulan dan Saran Tahapan ini merupakan akhir dari proses yang dilakukan dalam penelitian dimana hasil

dari penelitian ditarik kesimpulan berdasarkan rumusan permasalahan dan tujuan yang ditetapkan diawal. Dari hasil kesimpulan tersebut ditarik saran untuk mengembangkan penelitian kedepan.

31

BAB V

5.1 TIMELINE PENELITIAN

5.2 RANCANGAN ANGGARAN BIAYA

1. Honorarium

Item Honor Honor/Jam (Rp) Lama Kegiatan

(Jam/minggu)

Jumlah

Minggu

Honor per tahun (Rp)

2020

Ketua tim peneliti/Sutopo

Purwono Fitri, S.T., M.Eng.,

Ph.D

30,000 4 30 3,600,000

Anggota 1/Ir. Agoes Santoso,

M.SC., M.Phil

20,000 4 30 2,400,000

Anggota 2/Ir. Alam

Baheramsyah, M.Sc

20,000 4 30 2,400,000

Anggota mahasiswa 1 8,000 4 30 960,000

Anggota mahasiswa 2 8,000 4 30 960,000

Anggota mahasiswa 3 8,000 4 30 960,000

Tendik PLP 12,000 4 30 1,440,000

SUB TOTAL (Rp) 12,720,000

2. Peralatan Pendukung

No Rencana Kegiatan

Bulan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0 11

12

1. Studi Literatur 2. Studi Empiris

3. Perhitungan Dimensi dan Analisa Data

4. Pembuatan desain mesin pendingin & elektronika

5. Pelaporan antara Monev 6. Percobaan Pengambilan Data

7. Analisa Ketersesuaian dengan Perencanaan

8 Analisa Penelitian & Pembahasan

9 Pengiriman artikel dan Pelaporan akhir

32

Nama Peralatan/Perlengkapan Justifikasi

Penggunaan

Jumlah Satuan Harga

Satuan

(Rp)

Harga Peralatan

Pendukung (Rp)

2020

Pembelian mikrokontroler Nodemcu

esp8266

3 500,000 1,500,000

Pembelian modul sensor suhu dan

kelembaban

DHT11 3 200,000 600,000

Pembelian modul pengukur

tekanan

Bmp280 3 280,000 840,000

Pembelian soket Relay 24V DC 1 200,000 200,000

Pembelian modul GPS GPS ublox neo

m6

1 500,000 500,000

Pembelian power supply 2 190,000 380,000

Pembelian komponen coolbox Plat

Alumunium

1 500,000 500,000

Pembelian kompresor Mini kompresor

DC 24V

2 5,000,000 10,000,000

Pembelian komponen Kondensor Pipa tembaga 10 50,000 500,000

Pembelian komponen Evaporator Pipa tembaga 10 50,000 500,000

Pembelian Filter Dryer 4 140,000 560,000

Pembelian Capillary Tube 5 20,000 100,000

Pembelian Bahan Insulasi Polyutherane 10 30,000 300,000

Pembelian Refrijeran R134a 3 100,000 300,000

Pembelian Fan small 4 200,000 800,000

Pembelian T/C Sensor Suhu Tipe K 10 500,000 5,000,000

Perbaikan wireless datalogger 1 250,000 250,000

Penyusunan program control

elektrik

1 1,000,000 1,000,000

Persiapan & penyusunan web

server hingga transmisi data

1 1,500,000 1,500,000

Pembuatan Aplikasi berbasis

android

IoT 1 2,000,000 2,000,000

SUB TOTAL (Rp) 27,330,000

3. Bahan Habis Pakai

Material Justifikasi

Penggunaan

Jumlah Satuan Harga

(Rp)

Biaya per Tahun (Rp)

2020

Pembelian Inkjet Cartridge Penggantian 4 350,000 1,400,000

ATK Stationary 1 250,000 250,000

33

Kertas A4 5 40,000 200,000

SUB TOTAL (Rp) 1,850,000

4. Perjalanan

Item Justifikasi

Perjalanan

Jumlah Biaya

(Rp)

Biaya per Tahun (Rp)

2020

Uang Transportasi 3 peneliti, 2x 6 450,000 2,700,000

Uang transportasi mengikuti

konferensi

lokal 2 300,000 600,000

SUB TOTAL (Rp) 3,300,000

5. Administrasi & Konsumsi

Item Justifikasi

Penggunaan

Jumlah Biaya

(Rp)

Biaya per Tahun (Rp)

2020

Konsumsi rapat 15 250,000 3,750,000

Foto kopi dan laporan Progress,

Interim report,

draft artikel

3 350,000 1,050,000

SUB TOTAL (Rp) 4,800,000

TOTAL ANGGARAN (Rp) 50,000,000

Rekap Biaya Anggaran Penelitian 2020

No Item Anggaran Total (Rp) Persentase

1 Honorarium 12,720,000 25%

2 Peralatan pendukung 27,330,000 55%

3 Bahan habis pakai 1,850,000 4%

4 Perjalanan 3,300,000 6%

5 Administrasi dan konsumsi 4,800,000 10%

Jumlah Total Anggaran 2020 50,000,000 100%

34

BAB VI

Daftar Pustaka [1] F. and M. A. , Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Ujung Pandang: Garis Putih

Pratama, 2018.

[2] F. I. and T. W. , “Rancang Bangun Mini Refrigerator Untuk Penyimpanan Vaksin Dengan Kapasitas 2250 BTU/HR,” PETRA : Jurnal Teknologi Pendinginan dan Tata Udara, vol. 5, no. 1, pp. 1 - 7, 2018.

[3] A. Putra, Mesin Pendingin Buah Dengan Panjang Pipa Kapiler 200 cm dan Daya Kompresor 1/5 HP, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma, 2015.

[4] F. C. Putra and V. V. R. Repi, “Perancangan dan Pembuatan Kotak Pendingin Berbasis Thermoelektrik untuk Aplikasi Penyimpanan Vaksin dan Obat - obatan,” Jurnal Ilmiah GIGA, vol. 18, no. 2, pp. 73 - 80, 2015.

[5] E. Y. B. A. Prasetyo, S. A. Prasetya and M. A. Rahmawan, “Teknologi Pengkondisian Darah dengan Thermo Air Conditioner Electric,” University Research Colloqium, vol. 6, no. 1, pp. 1-4, 2017.

[6] M. Z. L. C. and T. A. , “Coolerbox dengan Thermoelektrik Cooler dengan Monitoring Suhu Berbasis Labview dan IOT,” POLITEKNOLOGI, vol. 17, no. 2, pp. 1 - 10, 2018.

[7] S. P. F. A. Setyawan, W. S. and D. P. , “Aplikasi Efek Peltier sebagai Kotak Penghangat dan Pendingin Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” ELECTRICIAN - Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, vol. 11, no. 7, pp. 1 - 6, 2017.

[8] H. I. and A. N. , “Perancangan DC Cooler berbasis Internet of Things,” RESISTOR, vol. 2, no. 2, pp. 95 - 104, 2018.

[9] N. I. Rakhman, D. I. S. S. and A. S. Wibowo, “Rancang Sistem Kendali Suhu Kotak Pendingin Pintar Berbasis Termoelektrik for Storing Human Blood,” e-Proceeding of Engineering, vol. 6, no. 3, p. 10112, 2019.

[10] M. D. D.D.S, Desain Sistem Kontrol Suhu Otomatis Untuk Penyimpanan Cabai Berbasis Arduino, Jember: Universitas Jember, 2017.

[11] W. R. WOOLRICH, Handbook of Refrigerating Engineering, Newcastle: The Avi Publishing Company, Inc., 1964.

35

BAB VII

LAMPIRAN

Biodata Tim Peneliti

1. Ketua

a) Nama Lengkap : Sutopo Purwono Fitri, S.T., M.Eng., Ph.D b) NIP/NIDN : 197510062002121003 / 0006107504 c) Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor/Penata Tk. I /IIId d) Bidang Keahlian : Thermal Engineering, Marine Engineering e) Departemen/Fakultas : T. Sistem Perkapalan / Teknologi Kelautan f) Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Teknik Industri D-27 / 082143599391 g) Riwayat Penelitian :

Developement of Thermal Model Based Wi-Fi Wireless Temperature Sensor and Network for Reefer Storage, Penelitian PUPT Kerjasama Internasional, 2015 (Ketua).

Pengembangan Bahan Berubah Fasa (Phase Change Material / PCM) Eutectic Salt untuk Sistem Pendinginan Hemat Energi, Penelitian Laboratorium, 2018 (Ketua)

h) Publikasi yang paling relevan :

Purwono F. SUTOPO, et al., Direct Transition Phenomena in Pool Boiling of FC-72, JSME Journal of Thermal Science and Technology, Vol. 5 No. 2, pp. 206-221, 2010

Sutopo Purwono Fitri, et al., Application Waste Sawdust As Mixed Polyurethane Insulation In Traditional Cold Storage Of Fishing Vessel, International Journal of Marine Engineering Innovation and Research (IJMEIR), Vol. 1 No. 2, 2017, pp.46-50

i) Paten (2) terakhir

j) Tugas akhir (2 terakhir yang paling relevan). Tesis (2 terakhir yang paling relevan), dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing. Tugas Akhir:

- Analisa Kerja Phase Change Material Organik sebagai Pendingin Alternatif Cold Storage, 2016 (Taufiqurrahman, NRP 4212100006)

- Performance Analysis of Eutectic Water-Salt Phase Change Material (PCM) for Cold Storage to Reduce Energy Consumption, 2018 (Mochammad Soleh, NRP 04211440000085)

Thesis: - Pengembangan Sistem Online Monitoring Temperatur dan Kelembahan

Cold Storage pada Kapal Reefer Cargo Berbasis Fungsi Wireless Sensor Network, 2013. (Syahrial Aman, NRP 4111204201 )

36

- Analisa Teknis dan Ekonomis Perancangan Cold Storage Ikan Kapasitas 500 Ton Dengan Sistem Refrigerasi Cascade Menggunakan Variasi Kombinasi Refrigeran, 2018 (Nazaruddin, NRP 04211750010007)

2. Anggota I

a) Nama Lengkap : Ir. Alam Baheramsyah, MSc. b) NIP/NIDN : 196801291992031001 / 0029016805 c) Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala / IV-a d) Bidang Keahlian : HVAC-R, Safety e) Departemen/Fakultas : T. Sistem Perkapalan / Teknologi Kelautan f) Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. T. Industri D-22/08123118747 g) Riwayat Penelitian :

Developement of Thermal Model Based Wi-Fi Wireless Temperature Sensor and Network for Reefer Storage, Penelitian PUPT Kerjasama Internasional, 2014 (Ketua).

Pengembangan Bahan Berubah Fasa (Phase Change Material / PCM) Eutectic Salt untuk Sistem Pendinginan Hemat Energi, Penelitian Laboratorium, 2018 (Anggota)

h) Publikasi yang paling relevan :

Utilization of Mixture of Teak Wood Sawdust and Bagasse Fiber using Treatment of Fiber Variations and Alkali NaOH Immersion as A Refrigerator Insulation Material, IJMEIR, vol.4, no.2, 2019

Slurry Ice as a Cooling System on 30 GT Fishing Vessel, IJMEIR, vol.3, no.3, 2017

i) Paten (2) terakhir

j) Tugas akhir (2 terakhir yang paling relevan). Tesis (2 terakhir yang paling relevan), dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing. Tugas Akhir:

- Simulation of Cold Energy Recovery Technology Apllication for Power Generation on Floating Storage and Regasification Unit (FSRU) Jawa Barat, Tugas Akhir (Hilman Diri Aji Eka Wijaya – NRP 04211641000027), Tahun 2019

- Perbandingan Desain Hybrid Panel Surya, Turbin Angin, dan Generator Gas Uuntuk Kelistrikan Kapal Perikanan 30 GT Tugas Akhir (Dicky Subrata – NRP 04211746000028), Tahun 2019