MAKALAH TERMOSTAT

TERMOSTAT
(Untuk memenuhi tugas mata kuliah Instrumentasi Fisika)

Oleh:
Lusiana Shinta Dewi (1213022034)
Putri Rahayu Wulan Sari (1213022057)
Sinta Alfionita (1213022070)

 

 

 

PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
2013

TERMOSTAT

A. Pengertian Termostat

Sebuah termostat adalah alat yang digunakan untuk mengendalikan kerja suatu perangkat lainnya pada suatu ambang suhu tertentu. Alat ini banyak digunakan pada elemen produksi pada industri maupun rumah tangga. Termostat berasal dari kata Yunani termos “panas” dan statos “berdiri”. Termostat bekerja dengan cara beralih dari pemanasan atau pendingin suatu alat atau mengatur aliran perpindahan panas fluida yang diperlukan, untuk menjaga suhu yang benar.
Sebuah termostat bisa menjadi pengontrol suatu unit untuk pemanas atau pendingin suatu kompon. Termostat bisa dibangun dalam banyak cara dan dapat menggunakan berbagai sensor untuk mengukur suhu. Output dari sensor kemudian mengontrol peralatan pemanas atau pendingin. . Thermostat dirancang untuk dapat menunjukkan besarnya suatu besaran suhu dalam skala pengukuran dan dapat mengendalikan suatu perangkat external dimana pengendaliannya dapat kita program pada suatu ambang suhu tertentu, sesuai dengan karakteristik kebutuhan serta karakteristik kerja alat yang akan dikendalikan.
Termostat pertama kali diciptakan pada tahun 1883 oleh Warren S. Johnson.

Thermostat dipasang pada blok silinder bagian atas dengan sambungan selang. Thermostat bekerja pada suhu yang kurang dari 80°C . dan pada suhu tersebut thermostat membuka, sehingga air hanya beredar disekeliling blok silinder tidak sampai ke radiator. Dengan demikian suhu mesin dapat dikendalikan dan ini merupakan fungsi thermostat sebagai pengendali suhu mesin.
Jenis thermostat yang digunakan salah satunya adalah tipe wax pellet. Tipe Wax Pellet ini adalah semacam lilin yang dapat mengembang pada saat panas dan akan menyusut pada waktu dingin.

Cara kerja :
Pada saat air pendingin panas lilin atau Wax Pellet yang ada didalam
thermostat akan memuai dan mendorong katup untuk membuka (1). Hal ini
disebabkan karena pemuaian lilin tersebut mampu menekan tahanan pegas (3),
thermostat pada saat temperatur air pendingin telah dingin, maka lilin di dalam
thermostat akan menyusut, sehingga pegas di dalam thermostat akan mendorong
katup thermostat untuk menutup kembali (2).

Keterangan :
1. Katup saat membuka
2. Katup saat menutup
3. Pegas

 

B. Macam -macam Termostat

Electric Thermostat

Electric Thermostat adalah thermosat yang digunakan pada system kontrol elektrik. Thermostat ini terdiri dari bimetal coil yang didesain sedemikian rupa sehingga bila ada perubahan suhu dapat menggerakkan bimetalnya (melengkung) dan kemudian gerakan bimetal ini digunakan untuk mengontrol mekanik membuka dan menutup kontak switch. Ada pula yang menggunakan bulb sebagai sensor suhu. Heating thermostat akan menbuka kontaknya bila suhu ruang naik, sedang cooling thermostat akan membuka kontak switch bila suhu ruang turun. Untuk membantu pergerakan bimetal yang lebih signifikan maka bimetalnya dilengkapi dengan sebuah electrik heater. Switch untuk thermostat yang bekerja pada tegangan rendah (24 volt) biasanya merupakan mercury switch.

Elemen deteksi suhu, jenis bimetal

Elemen deteksi suhu, mercury

 

Rangkaian kontrol thermostatic

Skematik Diagram Sistem Kontrol Elektrik

Gambar memperlihatkan skematik diagram tipikal sistem control elektrik yang menggunakan electric thermostat. Thermostat ini akan mengontrol penguatan relay atau solenoid yang digunakan untuk mengontrol sistem. Titik pengaturan suhu yang dilakukan thermostat dibedakan menjadi dua yaitu “Cut In” dan “Cut Out” temperature.

Konstruksi Tipikal Elektrik Thermostat

Kerja pengatur suhu (thermostat) dipengaruhi oleh perubahan suhu yang diterima oleh alat sensor suhu (bulb) gas akan mengembangnsebanding dengan suhunya. Perubahan suhu tersebut dapat menyebabkan gas, uap atau cairan di dalam pipa dan bulb mengembang atau menyusut, sehingga dapat menimbulkan tekanan pada bellow (diafragma) yang berubah-ubah. Perubahan tekanan di dalam bellow diubah menjadi gerakan linear untuk menggerakkan suatu kontak untuk membuka atau menutup. Di atas bellow ditempatkan pegas yang melawan tekanan bellow. Tekanan pegas dapat diatur melalui tombol yang ada di atasnya. Sehingga tekanan bellow pun akan mengikutinya yang berarti temperatur dari bulb yang dapat diatur.

Pnumatik Thermostat

Pnumatik thermostat juga menggunakan elemen bimetal sebagai sensor suhu. Pada desain lain kadang digunakan bulb yang berisi liquid refrigeran. Tenaga gerak yang ditimbulkan oleh elemen deteksinya digunakan untuk mengontrol port (katub) udara yang ada di dalam suatu sistem pemipaan udara tekan, sehingga udara tekan dari kompresor dapat mengalir secara proportional ke suatu alat aktuasi atau operator.

Electronic Thermostat
Electronic Thermostat menggunakan resistance thermometer untuk mendeteksi suhu. Resistance thermometer adalah elemen resistannyang sensitif terhadap perubahan suhu. Nilai resistannya akannberubah bila bila suhunya juga berubah. Elemen resistan tersebut dihubungkan ke salah satu kaki sirkit jembatan Wheat Stone.

Gambar memperlihatkan sirkit jembatan Wheat Stone. Jembatan Wheat Stone terdiri dari 4 resistor yang dihubungkan sedemikan sehingga membentuk sirkit jembatan.

Sirkit Jembatan Wheat Stone

Bila perbandingan keempat resistannya : A / B = C / D sama, maka tegangan outputnya menjadi nol. Dalam hal ini dikatakan jembatan dalam keadaan seimbang. Bila nilai resistan A (elemen resitance thermometer) berubah akibat ada perubahan suhu maka menyebabkan jembatan tidak seimbang lagi dan akan muncul sinyal tegangan pada output sirkit jembatannya. Tegangan sinyal output ini masih sangat lemah sehingga perlu mendapat penguatan (amplifier) terlebih dahulu sebelum ia dapat digunakan untuk menggerakkan suatu relay.

 

Blok Diagram tipikal electronic thermostat

C. Pengaturan Thermostat

Thermostat mempunyai batas cut in dan cut out tertentu. Perbedaan antara batas cut in dan cut out tergantung dari pengaturanndifferensialnya. Besar kecilnya differensial tergantung pada penggunaan dan lokasi alat sensor suhu (bulb).
Dalam banyak hal, bila bulb dijepitkan pada evaporator, sehingga temperatur pendinginan dideteksi secara langsung oleh temperaturevaporator, maka dalam kasus ini pengaturan differensial harus besar untuk menjaga adanya “Short Cycling” pada kopresor. Biasanya differensial diatur 8o – 10oC. Untuk kasus lain bisa 1o – 2oC atau 4o – 5oC, tergantung penempatan bulb.

Pengaturan thermostat ada 2 macam :
(I) pengaturan range
(II) pengaturan diferential.

 

 

Pengaturan Range

Mengatur range adalah cara pengaturan cut in dan cut out thermostat yang menghasilkan daerah pengaturan amplitudo. Cut on dan cut off akan kembali bersamaan tetapi dengan differensial yang tetap sama.

Biasanya pada baut pengaturan range ada petunjuk arah putaran baut pengatur range yang memberikan pengaturan sebagai berikut :
(i) Memutar baut searah jarum jam — suhu kerja naik
(ii) Memutar baut rangge melawan jarum jam — suhu kerja turun
(iii) Memutar baut range satu putaran akan mengubah suhu kerja antara 5o – 8oC

Pengaturan Diferential

Fungsi utama thermostat adalah menjalankan motor kompresor baiksuhu pendinginan meningkat (naik) pada batas tertentu. Batas ini disebut “Cut in” temperatur setting dan menghentikan motor kompresor saat suhu pendinginan mencapai titik terendah sesuai
pengaturannya titik suhu terendah ini disebut “Cut on” temperature setting. Mengatur differensial adalah mengatur kerja thermostat atau mengatur perbedaan titik cut in dan titik cut out. Perbedaan (differensial) ini tergantung pada aplikasi atau kondisi pendinginannya. Meskipun begitu perlu berhati-hati waktu melakukan pengaturan ini sebab bila perbedaan ini terlalu kecil maka sistemnya akan dapat mengalami “short cycle”.

Short cycle adalah selang waktu cut ini dan cut out yang sangat singkat sehingga kerja kompresor terputus-putus. Hal ini dapat membahayakan kompresor. Namun bila perbedaan ini terlalu besar maka temperatur pendinginan akan meningkat menjadi tinggi sebelum terjadi cut in. Hanya dengan banyak berlatih maka akan dapat menentukan differensial yang tepat sesuai keinginan pada setiap kondisi yang berbeda. Memutar baud differensial ke dalam, differensial makin kecil dan memutar baud differensial ke luar, differensial makin besar.

Thermostat diatur pada cut ini + 7oC dan 1oC cut out dengan differensial 6 K. Thermostat ini dapat diubah rangenya menjadi lebih tinggi atau lebih rendah sesuai keinginan kita, misalnya diubah menjadi + 10oC cut in dan + 4oC cut out tanpa merubah differensialnya.

 

 

Grafik Pengaturan Suhu

Berikut ini diberikan suatu contoh kasus dari suatu unit tata udara, sebagai berikut:

Dalam suatu ruangan khusus diharapkan mempunyai suhu yang konstan + 3oC dengan perbedaan suhu pada alat kontrolnya sebesar 4 K maka untuk memenuhi keperluan tersebut, thermostat harus diatur untuk :
cut in pada suhu + 5 oC dan cut out pada suhu 1 oC.

Penentuan setting thermostat dilakukan dengan terlebih dahulu menentukan temperatur rata-rata yang harus dipertahankan tetap konstan dan juga keinginan atau keperluan untuk mempunyai temperatur maksimum dan minimum yang dikehendaki. Bila hal ini sudah didapatkan maka differensial dapat dihitung. Sebaliknya bila differensialnya yang diketahui, maka untuk menghitung setting thermostatnya (cut in) dapat dilakukan dengan membagi dua nilai differensial tersebut dan kemudian menambahkannya dengan temperatur rata-rata yang diinginkan dan kemudian mengkurangkannya untuk menentukan cut out temperaturnya.

Grafik pengaturan Suhu

D. Pemilihan Thermostat

Pemilihan Thermostat hendaknya memperhatikan faktor-faktor berikut ini:
(i) Temperatur maksimum dan minimum yang dapat dicapai
(ii) Jenis medium pendinginan misalnya udara, air, minuman
(iii) Differensial yang dibutuhkan.

Bila ketiga faktor ini sudah diketahui maka tinggal mencari spesifikasi yang sesuai di dalam katalog yang ada. Pilihlah thermostat yang karakteristik pengaturan temperaturnya mendekati kondisi temperature yang diharapkan.

Misalnya, Sebuah ruangan ingin dipertahankan mempunyai suhu 3oC.
Dimana :
cut in thermostat = 4oC
cut out thermostat = -6oC
differensial = 10 K

maka pilihlah thermostat yang ada dikatalog yang mendekati harga-harga
tersebut diatasi yaitu : thermostat RT2.
Range = -25oC + 15oC
Diff = 5 K sampai 18 K

E. Pemasangan Thermostat

Ada 2 hal yang perlu diperhatikan dalam pemasangan thermostat, yaitu pemasangan thermo switchnya dan pemasangan sensor suhunya. Pada prinsipnya pemasangan thermoswitchnya dapat diletakkan di mana saja asal memudahkan operator untuk mencapainya. Kontak thermo switch-nya terdiri dari kontak NO (normally open) dan NC (normally closed). Untuk keperluan control operasi biasanya digunakan kontak NO. Sensor thermonya diletakkan di dalam ruang cabinet dengan ketinggian 1 atau 1,5 meter. Usahakan meletakkannya pada lokasi di mana produk yang disimpan diletakkan.

F. Contoh Penggunaan Termostat Dalam kehidupan Sehari-hari

SISTEM pendinginan memiliki peranan amat vital dalam menjaga kinerja mesin agar tetap dalam kondisi stabil. Kinerja mesin paling efisien dan efektif terjadi pada suhu antara 82 hingga 93 derajat celcius. Pada suhu tersebut, proses pembakaran campuran BBM dengan udara berlangsung mendekati sempurna, sehingga seluruh energi kimia dari minyak bumi bisa dikonversikan menjadi gerak mekanik untuk mendorong mobil.
Suhu mesin yang terlalu dingin akan menyebabkan konsumsi bensin menjadi boros. Sebaliknya, suhu tinggi membuat kepala silinder mesin melengkung. Di sinilah peranti termostat memiliki peranan penting agar mesin tidak overheated dan cepat mencapai suhu optimum.
Termostat memiliki fungsi untuk menjaga kestabilan suhu mesin. Tugasnya adalah menutup dan membuka sirkulasi aliran air pendingin mesin yang menuju radiator. Posisi alat ini berada antara mesin dan selang radiator. Ketika suhu mesin mobil berada di bawah angka ideal, termostat akan menahan aliran air dari mesin menuju radiator. Saat itu, aliran air akan berputar di dalam blok mesin saja. Pada suhu air mencapai antara 82 derajat hingga 93 derajat, katup termostat otomatis akan terbuka kecil.

Begitu pula bila suhu meningkat di atas 93 derajat dan mesin menjadi panas, termostat akan membuka katupnya lebar-lebar. Air panas pun mengalir masuk ke radiator untuk didinginkan. Selanjutnya air dari radiator yang telah dingin disalurkan oleh water pump menuju blok mesin. Katup termostat akan terus membuka selama mesin panas, dan menutup kembali saat suhu mesin berubah dingin.
Mengingat pentingnya peranti termostat tersebut, diharapkan jangan mencopot alat ini. Kalau pemilik kendaraan mencopot termostat, efek yang terbesar adalah mesin lambat menjadi panas. Suhu ideal mesin akan lebih lama tercapai.
Anggapan bahwa mencopot termostat akan mempercepat menurunkan suhu ketika mesin panas, tidaklah tepat. Termostat akan langsung bereaksi saat mendeteksi suhu air melebihi dari suhu ideal tadi.
Efek lainnya bila termostat itu dilepas, maka sirkulasi air pendingin tidak ada yang mengatur lagi. Hasilnya saat mesin dingin, air tetap bersirkulasi dan berputar menuju radiator. Imbasnya, mesin jadi lebih lama untuk mencapai suhu kerja yang ideal. Seiring dengan itu mesin pun kurang optimal dan cenderung boros bahan bakar.
Tidak adanya termostat juga membuat kerja ECU (Engine Control Unit) jadi ngaco. Data sensor yang tidak akurat akan membuat ECU memerintahkan pasokan campuran bahan bakar udara yang keliru.
Karena termostat dicabut sirkulir air terus berjalan baik ketika suhu panas maupun dingin. Itu menjadikan data besaran suhu ke ECU tidak akurat lagi. Maka ECU pun akan memberikan instruksi yang tidak benar pada penyaluran campuran bahan bakar. Bila itu terjadi tentu pemakaian BBM pun tidak ekonomis.

Sensor Electronic
Termostat adalah benda yang mengagumkan karena bentuknya yang kecil, tetapi memiliki peranan penting. Rahasia kerja termostat terletak pada silinder kecil dekat mesin. Silinder ini berisi wax atau semacan lilin, yang mengembang kalau terkena panas. Ketika wax mengembang, batang dalam silinder akan bergerak menekan katup termostat untuk membuka. Untuk melihat cara kerja termostat, bisa dilakukan dengan cara mencelupkan peranti ini pada baskom yang berisi air panas.
Teknologi termostat terus berkembang. Malahan kini sudah menginjak ke sistem elektronik yang menggantikan teknik buka katup mekanis. Pada prinsipnya kerja sistem ini masih sama dengan model mekanis, hanya bedanya sistem buka tutup diatur oleh sensor elektronik
Katup elektronik ini diklaim lebih unggul, karena dapat membuka dengan besaran yang presisi dibandingkan teknologi konvensional. Katup tidak akan membuka kalau suhu belum tepat benar menyentuh angka 82 derajat celcius. Ford memasang teknologi elektronik ini pada model sedan Mondeo. Katup termostat akan membuka atau menutup untuk mendinginkan blok dan kepala silinder berdasarkan perintah sensor panas mesin. Peranti ini dirasakan cukup efektif guna meredam panas mesin untuk mendapatkan setelan pemakaian bahan bakar yang efisien.
Pabrikan komponen Bosch mengembangkan teknologi baru yang menggantikan termostat tunggal dengan sistem katup-katup elektronik yang menyeluruh. Ini akan membuat kontrol suhu mesin lebih akurat yang mendorong performa mesin meningkat.
Disebut menyeluruh karena kerja katup mekanis yang ada dalam sistem pendingin digantikan oleh elektronik. Katup termostat dikombinasikan dengan water pump elektrik yang memakai listrik sebesar 12 volt. Seluruh sistem Bosch ini dikendalikan oleh sistem manajemen mesin keluaran Motronic.

Perhatikan Kondisi Termostat
Sama dengan komponen mobil lainnya, termostat mempunyai umur masa pakai yang terbatas. Sebaiknya gantilah peranti termostat sebelum rusak, disarankan setiap 50.000 km. Termostat yang sudah rusak tidak bisa diperbaiki, jadi harus membeli yang baru.
Salah satu kondisi yang membuat termostat tidak dapat bekerja dengan baik adalah karat. Karat pada dinding-dinding termostat harus dihindari. Penyebabnya karena komponen ini sebagian besar memakai bahan besi. Potensi terjadinya karat semakin membesar, bila air di radiator/ pendingin kotor. Itu sebabnya, penggantian secara berkala dengan air yang steril, dapat meminimalisasi munculnya karat. Lakukanlah pengurasan air radiator minimal 20.000 km.
Untuk mengetahui kondisi termostat, mau tidak mau harus membuka dudukan alat tersebut. Bila diketahui karat pada termostat sudah telanjur menempel dan banyak, maka peranti termostat harus diganti yang baru. Pasalnya, tumpukan karat pada dinding termostat bisa membuat komponen katup tidak bekerja dan macet. Kalau macet, maka termostat tidak dapat menjalankan fungsi buka-tutup aliran air dari radiator ke mesin. Terhambatnya mekanisme buka tutup katup bisa membuat termostat selalu terbuka, atau sebaliknya, tertutup terus.
Jika terbuka, aliran air antara mesin dan radiator akan terus-menerus mengalir. Situasi ini bisa membuat mesin overcooling yang dampaknya membuat temperatur kerja mesin sulit tercapai. Sebaliknya, bila kondisi tertutup membuat aliran air antara mesin dan radiator akan terhalang. Akibatnya, pada saat air pendingin telah mencapai temperatur kerja dan mendekati titik didih, tidak dapat bertukar dengan air yang dingin. Karena tidak mendapat pendinginan, bisa terjadi overheating.
Untuk mengetahui apakah termostat masih bekerja baik, bisa dilakukan dengan cara mencelupkannya ke wadah yang berisi air panas. Sebelum memasukkan termostat, terlebih dahulu lihat tanda pada bagian atas termostat. Biasanya pada bagian ini akan tertera suhu minimal saat katup termostat membuka atau menutup. Misalnya tertulis 92 derajat celcius. Itu artinya katup akan tertutup hingga suhu tersebut. Di atas suhu itu, katup akan membuka agar air yang panas dapat bersirkulasi ke dalam radiator.
Usahakan air panas yang berada dalam baskom berada di atas suhu yang tertulis di termostat, umumnya di atas 100 derajat celcius. Untuk mengetahui suhu tersebut, bisa memakai bantuan alat termometer atau pengukur suhu badan. Prosedur pengujian dilakukan dengan cara memasukkan termostat dan termometer ke dalam air. Kemudian lihat reaksi termostat. Jika dalam suhu tinggi, katup tidak bereaksi, maka termostat sudah rusak.

DAFTAR PUSTAKA

http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/pengantar_sistem_informasi/bab8-konsep_sistem_dan_sistem_informasi.pdf
http://www.ilmuku.com/file.php/1/Pustaka/Buku_Diknas/SMK/Teknologi_dan_Industri/sistem-refrigerasi-dan-tata-udara_2_.pdf
http://kuncikontak.com/fungsi-thermostat/
http://library.gunadarma.ac.id/10499419-skripsi_fti.pdf
http://smpn1bwi.com/index2.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=85&Itemid=28
http://www.cassanova-id.com/forum/showthread.php?t=2202
http://www.howeverythingworks.org/supplements/thermometers_and_thermostats.pdf
http://www.pikiran-rakyat.co.id/cetak/2006/042006/28/otokir/utama01.htm

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s