Skip to main content

Low-cost Sous Vide Cooker

LAPORAN TUGAS BESAR
ET2008 SISTEM EMBEDDED

KELOMPOK “TO THE TOP”
LOW-COST SOUS VIDE COOKER
ANGGOTA KELOMPOK:

THIRZA NABILA SYAFRIADY (18117011)
RAMA RAHARDI (18117026)
RISYAM NAJMI ‘ADIYAT (18117038)


LATAR BELAKANG


Makanan merupakan hal yang pokok dalam kehidupan manusia. Semakin maju peradaban, variasi dan teknik memasak semakin berkembang untuk memenuhi kebutuhan pasar. Didukung oleh teknologi yang terus berkembang, banyak diciptakan alat-alat memasak yang dapat mempermudah dan meningkatkan kualitas makanan yang dihasilkan. Dengan banyaknya variasi bahan makanan yang dapat diolah maka dibutuhkan teknik yang berbeda-beda untuk setiap jenis bahan makanan untuk membawa potensi dan kualitas hidangan menjadi maksimal.


Banyak masyarakat pada umumnya, tidak dapat membawa kualitas bahan makanan ke potensi maksimalnya, padahal gizi dan nutrisi dari bahan makanan penting untuk tetap terjaga, sehingga makanan yang dihasilkan dapat menunjang kebutuhan tubuh. Mahasiswa adalah salah satu contoh dari masyarakat yang tidak mudah untuk memenuhi kebutuhan gizi untuk tubuh dengan baik. aktivitas yang padat menyulitkan untuk membuat makanan sendiri, ditambah lagi fasilitas peralatan memasak tidak dimiliki oleh sebagian dari mahasiswa. Hal-hal diatas mendasari kami untuk membuat sebuah alat yang dapat mempermudah proses memasak dan dapat meningkatkan kualitas makanan yang dihasilkan.


Alat yang kami buat merupakan pendekatan dari sebuah teknik memasak, sous vide, sebuah metode pemanasan bahan makanan yang divakum dan dipanaskan dalam aliran panas pada suhu dan waktu yang ditentukan. Teknik ini biasanya digunakan untuk memasak daging, namun dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam bahan makanan sesuai kebutuhan. Alat sous vide yang ada di pasaran memiliki harga yang lumayan tinggi untuk kantong mahasiswa. Alasan inilah yang mendasari rancangan alat sous vide kami yang lebih murah dan lebih portable.


PROBLEM STATEMENT


Bagaimana cara membuat sebuah alat sous vide yang lebih sederhana dan mudah digunakan mahasiswa dan menekan budget sehingga harga alat sous vide yang diciptakan lebih murah dari yang ada di pasaran


TUJUAN


Membuat sebuah alat sous vide yang portable dan modular dan lebih murah dari pasaran.


PEMILIHAN RANCANGAN


Dalam pembuatan alat sous vide, kami memilih untuk menggunakan komponen-komponen berikut ini:
  • Mikrokontroller. Terdapat beberapa pilihan dari beberapa pilihan berikut : Arduino UNO, Arduino Nano, dan NodeMCU. Dipilih Arduino Nano karena Arduino Nano memiliki ukuran yang lebih kecil dibanding arduino UNO sehingga praktis digunakan.Untuk NodeMCU,  walaupun memiliki koneksi WiFi, sering memiliki masalah saat pengoperasian dalam durasi yg lama.
  • Relay. Ada dua jenis relay, relay elektromekanik dan Solid-state relay. Dipilih solid-state relay karena ukurannya lebih kecil dan lebih tahan lama, dan tidak menghasilkan interferensi elektromagnetik seperti relay elektromekanik.
  • Sensor suhu. Sensor analog Sensor digital Dipilih sensor digital yang berbasis thermocouple supaya tidak perlu mengolah sinyal analog di Arduino, dan lebih tahan noise.
  • Interface pengguna. Ada dua opsi untuk layar LCD 16x2 dan Layar OLED 0.96", dan opsi interface lainnya seperti, Potensiometer, Pushbutton, Rotary encoder. Dipilih layar OLED dan rotary encoder, karena layar OLED lebih kecil dan penggunaannya lebih mudah dibanding LCD 16x2. untuk, rotary encoder dipilih karena keluarannya digital dan memiliki tombol yang built-in.
  • Casing. Ada dua opsi: 3D printed dan Lasercut tripleks Dipilih casing dari lasercut tripleks karena lebih murah dan lebih mudah didesain.

JADWAL

Timeline pengerjaan tugas besar:
  • Perencanaan konsep alat: 2 April 2019
  • Pembelian komponen: 4 April 2019
  • Pemrograman awal: 14 April 2019
  • Mendesain PCB: 14 April 2019
  • Produksi PCB: 15-20 April 2019
  • Perangkaian komponen di PCB: 6 Mei 2019
  • Pemrograman interface pengguna: 6 Mei 2019
  • Desain dan produksi casing: 9 Mei 2019
  • Pengujian: 14 Mei 2019

DESAIN RINCI

Berikut ini adalah visualisasi bentuk desain dari alat sous vide:
  • Desain casing.
Gambar 6.1 Visualisasi Desain secara digital

Gambar 6.2 Realisasi desain casing

Gambar 6.3 Desain PCB

Casing didesain menggunakan aplikasi Solidworks 2017, lalu dimanufaktur dengan proses laser-cutting dengan material kayu tripleks. Desain casing dibuat sedemikian sehingga casing dapat dibuka-tutup dan tidak menghalangi kabel-kabel yang masuk ke dalam rangkaian, dengan memaksimalkan keamanan, mengingat produk ini menggunaan arus AC dengan tegangan PLN 220 V. PCB dipasang pada dasar casing dengan baut diameter 3 mm.
PCB (printed circuit board) dirancang dengan aplikasi KiCad, menggunakan material FR4 two-layer berbentuk segiempat dengan ketebalan 1.6 mm. Pada masing-masing titik sudut PCB terdapat lubang untuk pemasangan baut. PCB dirancang dengan memisahkan antara jalur listrik AC dan DC untuk memaksimalkan faktor keamanan dan mengurangi noise dan interferensi dari jalur AC. Adapter AC-DC menggunakan trafo, sehingga jalur AC dan DC saling terisolasi.


  • Komponen-komponen

Berikut adalah daftar komponen-komponen elektronik yang dibutuhkan dalam rangkaian.
Adaptor AC-DC
Arduino Nano
Layar OLED
Rotary Encoder
Solid- state Relay
Sensor suhu

  • Program
Program pada alat ini menggunakan paradigma finite state machine, yaitu alat mengeksekusi satu fungsi pada saat tertentu. Alat ini memiliki tiga state, yaitu permintaan suhu, permintaan durasi, dan proses pemanasan. Berikut adalah state diagram dari program alat ini.

Gambar 6.4 State diagram dari program Arduino

Pertama-tama, alat meminta suhu yang diinginkan pengguna, dalam satuan derajat Celsius. Pengguna dapat memutar rotary encoder untuk menaikkan atau menurukan suhu, dan suhu ditampilkan pada layar OLED. Selanjutnya, pengguna dapat menekan rotary encoder untuk mengatur durasi.

Kedua, alat meminta durasi pemanasan yang diingikan pengguna, dalam satuan menit. Prosedur pengubahan angka sama seperti pengubahan angka pada pengaturan suhu. Selanjutnya, pengguna dapat menekan rotary encoder untuk memulai proses pemanasan.

Ketiga, alat mulai memanaskan bahan makanan. Kendali suhu dilakukan dengan metode kendali yang sederhana, yaitu menyalakan pemanas jika suhu air di bawah suhu target, dan mematikan pemanas jika suhu air di atas target. Dengan sistem kendali suhu ini, pemanas tidak akan aktif secara terus-menerus selama suhu air sama dengan suhu target.

Selama proses pemanasan, data waktu tersisa, suhu air, dan suhu target ditampilkan pada layar OLED. Pengguna dapat menunggu proses pemanasan hingga waktu habis, atau pengguna dapat menginterupsi alat supaya berhenti memanaskan air dengan menekan rotary encoder. Setelah proses pemanasan selesai (baik karena waktu habis maupun dihentikan pengguna), alat akan menampilkan tulisan “Finished” pada layar selama dua detik, lalu kembali ke state pertama yaitu pengaturan suhu.
  • Biaya Produksi
Berikut adalah rincian biaya produksi untuk pembelian komponen.
No
Barang
Qty
Harga Satuan
Harga Total
1
Rotary Encoder
1
Rp 7,900.00
Rp 7,900.00
2
LCD OLED display
1
Rp 46,900.00
Rp 46,900.00
3
AC-DC Adaptor
1
Rp 42,500.00
Rp 42,500.00
4
Pin Header
2
Rp 2,400.00
Rp 4,800.00
5
SSR Sharp 8A
2
Rp 25,000.00
Rp 50,000.00
6
Terminal blok 7.62mm
3
Rp 3,500.00
Rp 10,500.00
7
Kabel daya
1
Rp 12,700.00
Rp 12,700.00
8
Arduino Nano
1
Rp 48,900.00
Rp 48,900.00
9
MAX6675 Thermocouple
1
Rp 49,600.00
Rp 49,600.00
10
Resistor SMD 1206 10pcs 220 Ohm
1
Rp 2,000.00
Rp 2,000.00
11
PCB
1
Rp 70,000.00
Rp 70,000.00
12
Casing
1
Rp 30,000.00
Rp 30,000.00
13
Pompa Aquarium
1
Rp 51,000.00
Rp 51,000.00
14
Teko Pemanas Air
1
Rp 30,000.00
Rp 30,000.00
15
Total ongkos kirim
1
Rp 62,000.00
Rp 62,000.00
Total
Rp 518,800.00

Berdasarkan tabel di atas, total biaya pembuatan satu unit alat pemanas sous vide cooker sebesar Rp 518,800.00. Biaya tersebut sudah termasuk pembelian pemanas air dan pompa air, yang dapat diganti-ganti sesuai kebutuhan pengguna.

PROTOTYPING

Proses prototyping dilakukan setelah membeli komponen-komponen yang dibutuhkan. Proses ini diawali dengan memrogram masing-masing komponen secara terpisah untuk memastikan kompatibilitas komponen dengan spesifikasi produk yang telah didefinisikan sebelumnya. Pada proses awal prototyping, diprogram komponen-komponen seperti layar OLED, rotary encoder, sensor suhu, dan relay, masing-masing secara terpisah. Sebagai contoh, pemrograman layar OLED dan rotary encoder berfungsi untuk membuat user interface, dan pemrograman sensor suhu dan relay berfungsi untuk mencari cara paling optimal untuk mengendalikan suhu.

Setelah masing-masing komponen dipastikan kompatibel dengan spesifikasi produk, seluruh komponen diintegrasikan ke dalam satu PCB (printed circuit board). Proses penyolderan pada PCB dimulai dari komponen terkecil yaitu resistor SMD (surface mount device) hingga komponen terbesar yaitu relay. Setelah semua komponen pada PCB dipasang dan diuji koneksinya, produk diuji penggunaannya.

PENGUJIAN

Dilakukan pengujian untuk merubah suhu air sebanyak 1.2 L dengan suhu awal 27 derajat Celsius ke suhu 70 derajat Celcius dengan waktu yang diatur selama 30 menit. Saat pengujian terukur arus pada pemanas sebesar 1.6 A dan tegangan sebesar 203 Vrms, sehingga daya pada pemanas yaitu 324.8 W. Hasil dari pengujian adalah suhu air telah berubah dari 27 derajat Celcius ke 70 derajat Celsius dalam waktu 10 menit dan alat dapat terus bekerja selama 30 menit mempertahankan suhu 70 derajat Celsius. Sehingga alat teruji menjalankan fungsinya dengan baik.

Saat pengujian, solid-state relay tidak diberikan heatsink. Dalam keadaan tanpa heatsink, berdasarkan datasheet, relay hanya mampu dialiri arus hingga maksimum 2.5 A. Karena saat pengoperasian relay hanya dialiri arus 1.6 A, pengoperasian alat ini aman bagi relay, walaupun terdapat akumulasi panas pada relay saat pengujian.

Selanjutnya, alat diuji dengan air sebanyak 1.6 L dan bahan makanan yaitu sate fillet ayam yang telah dibumbui. Sate perlu dipanaskan pada suhu 70 derajat Celsius dan durasi selama 40 menit, dengan suhu awal air 28 derajat Celsius. Pada pengujian dengan pemanas air yang sama seperti pengujian sebelumnya, air memerlukan waktu sekitar 12 menit untuk mencapai suhu 70 derajat Celsius. Dalam waktu 40 menit, sate ayam telah selesai dimasak dan siap untuk diolah, seperti dibakar atau ditumis.

PERBAIKAN

Salah satu kekurangan alat adalah relay yang cepat panas, sehingga rentan terhadap kerusakan apabila diberikan beban pemanas yang besar. Solusi yang dapat dilakukan adalah dengan memasang heatsink pada relay.

Dari segi bentuk, alat ini memiliki ukuran yang cukup besar sehingga memerlukan ruang lebih untuk beroperasi. Ukuran alat dapat diperkecil dengan beberapa cara, di antaranya dengan memperkecil Arduino sehingga menjadi minimum system, atau dengan mengganti sensor suhu dengan yang lebih kecil seperti DS18B20. Pengurangan ukuran PCB dan casing juga dapat mengurangi biaya produksi.

KESIMPULAN

Alat masak sous vide yang portabel dan modular dapat direalisasikan dengan biaya lebih murah dibanding produk yang setara di pasaran.




Popular posts from this blog

Medan Listrik dari Keping Bermuatan

A. Medan Listrik dari Keping Tunggal Bermuatan Keping tunggal bermuatan memancarkan medan listrik yang seragam ke sisi kiri dan sisi kanan. Permukaan Gauss meliputi titik berjarak $r$ dari kedua sisi keping. Aplikasikan hukum Gauss. \begin{align*} \oint \vec{E}\cdot d\vec{A} &= \frac{q_{enc}}{\varepsilon_0} \\ EA + EA &= \frac{\sigma A}{\varepsilon_0} \\ E &= \frac{\sigma}{2\varepsilon_0} \end{align*} B. Medan Listrik dari Keping Ganda Berlawanan Muatan Kedua keping memiliki besar muatan yang sama, tetapi tandanya berlawanan. Di sisi kiri dan kanan keping ganda, medan listrik dari keping positif dan negatif bernilai sama tetapi berlawanan arah, sehingga resultan medan listrik di luar keping adalah nol. Sedangkan medan listrik di dalam keping searah, sehingga resultannya sebesar \begin{align*} E &= E^+ + E^- \\ &= \frac{\sigma}{\varepsilon_0} \end{align*}
Read more

Pendulum Fisik

Pendulum fisik adalah sistem pendulum yang terdiri atas benda tegar.  Dalam gambar di atas, batang bermassa $m$ berayun dengan sumbu putar sejauh $x$ dari titik pusat massa. Gaya berat $mg\,\sin\theta$ bekerja sebagai gaya penyebab ayunan. Momen inersia $I$ dihitung melalui teorema sumbu sejajar. \begin{align*} I = \frac{1}{12}mL^2 + mx^2 \end{align*} Torsi $\tau$ yang bekerja yaitu $$\tau = -mgx\,\sin\theta$$ Dalam sistem tersebut berlaku \begin{align*} \sum \tau &= I\alpha \\ -mgx\,\sin\theta &= \left( \frac{1}{12}mL^2 + mx^2 \right)\alpha \\ \left( \frac{1}{12}mL^2 + mx^2 \right)\alpha + mgx\,\sin\theta &= 0 \\ \left( \frac{1}{12}L^2 + x^2 \right)\theta '' + gx\,\theta &= 0 \end{align*} Persamaan tersebut adalah persamaan diferensial orde dua. Solusi dari persamaan tersebut adalah $$\theta(t) = \theta_0 \cos(\omega t)$$ dengan $\omega = 2\pi/T$, dan periode $T$ adalah fungsi dari $x$ dan $L$. $$T(x,L) = 2\pi \sqrt{ \frac{ \frac{1}{12}L^2 + x^2...
Read more

Induktor

Induktor adalah suatu alat yang mengubah energi listrik dalam bentuk medan magnet. Pada umumnya, induktor terdiri atas kumparan kawat konduktor dan diisi dengan bahan magnetik, seperti besi. Saat induktor dialiri arus listrik, arus yang melalui kumparan akan membentuk medan magnet. Medan magnet yang terbentuk ini berubah tiap waktu. Medan magnet tersebut akan membentuk GGL induksi yang melawan arah arus utama. GGL yang dihasilkan induktor sebesar $$V = -L\, \frac{di}{dt}$$ dengan $L$ induktansi induktor. Induktansi induktor adalah ukuran kekuatan induktor, yang didapat dari perbandingan antara fluks magnet yang dihasilkan dan arus yang melalui induktor. $$L = N \, \frac{\Phi_B}{i}$$ Fluks magnet yang terbentuk dalam induktor berbentuk kumparan lurus panjang yaitu \begin{align*} \Phi_B & = BA \\ &= \left( \mu_0 \mu_r\,\frac{iN}{\ell} \right) \left( \pi r^2 \right) \\ &= \mu_0 \mu_r\pi\,\frac{ir^2N}{\ell} \end{align*} sehingga didapat $$L = \mu_0 \mu_r\pi\,\frac{r^2...
Read more