Upload
lynhi
View
218
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
28
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil
pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil
perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan
setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian
perbagian maupun keseluruhan sistem.
4.1. Pengujian Turbin Vertikal
Turbin yang digunakan dalam perancangan skripsi ini adalah turbin vertikal
yaitu jenis turbin yang memiliki sumbu tegak ke atas.
Gambar 4.1 pengujian mekanik turbin
Sebelum mengetahui daya turbin vertikal yang dihasilkan perlu di bandingkan
terlebih dahulu dengan daya angin yang tersedia dengan cara mencari kecepatan aliran
angin, kerapatan udara, serta luas penampang obyek yang diterpa angin dengan
mengacu persamaan 2.3 dan persamaan 2.4.
Dimana :
P = daya (watt)
ρ = kerapatan udara (kg/m3)
v = kecepatan angin (m/s)
29
A = luas penampang (m2)
d = diameter sudu (m)
h = tinggi sudu (m)
sehingga didapat:
d = 66 cm =0,66 m
h = 35 cm =0,35 m
A = 0,66m x 0,35m = 0,231 m2
ρ = 1,29 kg/m3
v = 5,4 m/s
P = ½.ρ.A.v3
P = ½. 1,29kg/m3. 0,231 m2. (5,4m/s)3
P = 23,461 Watt
Daya angin yang tersedia adalah 23,461 Watt, berikutnya dapat dicari besar daya dari
turbinnya.
4.1.1. Turbin Ventilator
Turbin yang digunakan memiliki dimensi diameter 66 cm = 0,66m, tinggi
35cm=0,35m, lebar sudu 7cm= 0,07m, berat 4616 gr=4,616 kg dan memiliki blade atau
bilah sebanyak 26. Kecepatan sudut yang dihasilkan turbin tersebut saat menggunakan
kipas angin dengan kecepatan maksimal sebesar ± 70 rpm dengan kondisi telah
digabungkan ke generator. Berikut adalah perhitungan matematis turbinnya.
P = daya (watt)
ρ = kerapatan udara (kg/m3)
v = kecepatan angin (m/s)
A = luas penampang (m2)
30
( )( )
Sehingga:
A =
Po =
⁄ ( ⁄ )
Po = 1,655 Watt
- Efisiensi daya turbin
4.2. Pengujian Generator
Pengujian generator secara terkontrol di dalam ruangan dengan mengasumsikan
semua sumber adalah ideal bertujuan untuk mengetahui efisiensi dan performa dari
mekanik yang telah direalisasikan. Namun minim disini adalah dengan diameter kipas
angin 0,5 m, apakah turbin mampu memanfaatkan tenaga angin yang ada. Dengan
kecepatan angin yang berubah-ubah.
kecepatan angin
(kipas)
kecepatan angin
(terekstrak) CP tegangan arus jarak
m/s m/s DC V DC-mA cm
5,4
2,5 0,57469961 2,39 128 25
2,4 0,57956104 2,37 128 50
2 0,59119545 1,87 128 90
1,2 0,58093278 1,5 128 100
1 0,57227049 0 0 150
3,4
2,3 0,45464838 1,13 43,52 25
1,7 0,5625 0,74 43,52 50
0 0,5 0 0 90
0 0,5 0 0 100
0 0,5 0 0 150
2,4
1,3 0,54466869 0 0 25
0 0,5 0 0 50
0 0,5 0 0 90
0 0,5 0 0 100
0 0,5 0 0 150
Tabel 4.1 Pengujian Generator
31
Pengujian daya yang dihasilkan dengan sumber kipas angin menggunakan beban
resistor 5W 1Ω :
1. Menggunakan kipas angin dengan kecepatan 2,4 m/s (terbaca anemometer)
⁄ ( ⁄ )
2,059 Watt
⁄ ( ⁄ )
0.145 Watt
7%
2. Menggunakan kipas angin dengan kecepatan 3,4 m/s (terbaca anemometer)
⁄ ( ⁄ )
5,856 Watt
⁄ ( ⁄ )
0.413 Watt
32
7%
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian VOUT generator.
Gambar 4.3 Rangkaian pengujian IOUT generator
Pengujian mekanik secara terkontrol bagian ke dua di dalam ruang dengan cara
menembakkan angin dari kipas angin ke turbin ventilator dengan kecepatan angin
konstan sebesar 5,4 m/s terbaca anemometer. Turbin dapat berputar seperti yang
diharapkan dan generator setelah disearahkan menunjukkan hasil keluaran tegangan
sebesar 2,4V pada 70 RPM dan arus 0,023A= 23mA dalam kondisi generator telah
disearahkan dengan rangkaian bridge yang dirancang menggunakan dioda germanium
dan beban resistor 1 ohm. Kemudian output generator diberikan beban berupa resistor 5
W yang nilainya divariasikan dan memperoleh hasil sebagai berikut:
33
Gambar 4.4 Rangkaian penyearah tiga fase dengan dioda germanium
NO R
(Ω)
Vo
(Volt) Daya (watt)
1 1 0,04 0,0016
2 2 0,09 0,00405
3 4,7 0,2 0,008510638
4 5,6 0,25 0,011160714
5 5,7 0,25 0,010964912
6 6,6 0,27 0,011045455
7 6,7 0,29 0,012552239
8 7,6 0,3 0,011842105
9 8,2 0,33 0,013280488
10 9,4 0,37 0,01456383
11 9,2 0,35 0,013315217
12 10 0,38 0,01444
13 10,2 0,38 0,014156863
14 11 0,4 0,014545455
15 11,2 0,42 0,01575
16 12 0,42 0,0147
17 14,7 0,46 0,014394558
18 15,6 0,5 0,016025641
19 16,4 0,53 0,017128049
20 17,4 0,55 0,017385057
21 17,6 0,55 0,0171875
22 18,2 0,56 0,017230769
23 19,2 0,58 0,017520833
24 19,4 0,6 0,018556701
25 20 0,6 0,018
Tabel 4.2 Pengujian Generator dengan Beban Resistor
34
Gambar 4.5. Grafik daya Generator dengan Beban Resistor 5 Watt (penyearah
menggunakan dioda germanium)
Daya yang dihasilkan pada generator adalah :
Dimana :
P = Daya (Watt)
I = Arus listrik (A)
V = Tegangan (V)
= 55,2 mW
Pengujian mekanik secara terkontrol bagian ke tiga masih seperti percobaan yang
dilakukan sebelumnya dengan menggunakan kecepatan angin konstan sebesar 5,4 m/s
terbaca anemometer. Turbin dapat berputar seperti yang diharapkan dan generator
setelah disearahkan menunjukkan hasil keluaran tegangan sebesar 2,4 VDC pada 70
RPM dan arus sebesar 117 DCmA terbaca multimeter dalam kondisi generator telah
disearahkan dengan rangkaian bridge yang dirancang menggunakan dioda schottky tipe
1N5821 dan beban resistor 1 ohm. Kemudian output generator diberikan beban berupa
resistor 5 W yang nilainya divariasikan dan memperoleh hasil sebagai berikut:
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 20 25
day
a (m
W)
resistor (Ω)
daya generator setelah disearahkan (penyearah dengan dioda germanium)
35
Gambar 4.6 Rangkaian Penyearah Tiga Fase dengan dioda 1n5821
R Vo P Arus
(Ω) (V) (mW) (mA)
1 0,139 19,321 139
2 0,192 18,432 96
4,7 0,458 44,63064 97,44681
5,6 0,621 68,86446 110,8929
6,6 0,721 78,76379 109,2424
7,6 0,812 86,75579 106,8421
8,2 0,822 82,40049 100,2439
9,4 0,922 90,43447 98,08511
10 0,943 88,9249 94,3
12 1,013 85,51408 84,41667
14,7 1,27 109,7211 86,39456
15,6 1,12 80,41026 71,79487
16,4 1,194 86,92902 72,80488
17,4 1,331 101,8139 76,49425
18,2 1,26 87,23077 69,23077
19,2 1,336 92,96333 69,58333
20 1,304 85,0208 65,2
Tabel 4.3 Pengujian Generator dengan Beban Resistor dengan Penyearah
Menggunakan dioda 1n5821
36
Gambar 4.7 grafik daya yang dihasilkan generator
Mengacu pada hasil pengamatan gambar di atas maka daya masimal yang dihasilkan
oleh genertor sebesar 110 mWatt ketika generator diberi beban sebuah resistor 5 Watt
14,7Ω.
Gambar 4.8 Tegangan keluaran generator (kanan) dan arus keluaran (kiri)
4.3. Pengujian Boost Converter
Pengujian yang dilakukan terhadap modul boost converter dengan IC BL-8530
yang dilakukan adalah dengan mengukur tegangan masukan (VIN) dan tegangan
keluaran (VOUT) yang dihasilkan oleh modul ini serta besarnya arus keluaran (IOUT) yang
1 2
4,7
5,6 6,6
7,6 8,2 9,4 10 12
14,7
15,6 16,4
17,4
18,2 19,2
20; 85,0208
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
Day
a (m
W)
resistor (Ω)
daya generator dengan beban resistor 5 watt (penyearah menggunakan dioda 1n5821)
37
mengalir seperti ditunjukkan Gambar. Modul boost converter ini diuji dengan
memberikan tegangan masukan menggunakan generator AC yang telah di searahkan.
Sesuai datasheet, IC ini akan bekerja jika terdapat tegangan masukan minimal (VIN(min))
sebesar 0,3V. Akan tetapi pada realisasinya, saat terdapat masukan sebesar 0,97V-
2,11V modul ini sudah mampu bekerja menaikkan tegangan keluaran menjadi sebesar
5,27V.
generator (V) regulator (V)
0 0
0,23 0,15
0,32 0,26
0,38 0,29
0,44 0,32
0,47 0,38
0,5 0,44
0,56 0,5
0,9 2,33
0,97 5,27
1,73 5,27
1,93 5,27
2,11 5,27
Tabel 4.4 Pengujian Boost Regulator Tanpa Beban
Gambar 4.9 Uji performa modul boost regulator
0
1
2
3
4
5
6
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Tega
nga
n R
egu
lato
r(V
)
Tegangan Generator (V)
Series1
38
Gambar 4.10. Rangkaian pengujian Iout Boost Regulator
Gambar 4.10 menunjukkan rangkaian pengujian arus keluaran IOUT dari modul boost
converter. Besarnya nilai RL yang digunakan adalah 5Watt 1Ω. Sedangkan Gambar 4.11
menunjukkan rangkaian pengujian tegangan keluaran (VOUT) modul boost converter
Gambar 4.11 Rangkaian pengujian VOUT Boost Regulator
Gambar 4.12 tegangan keluaran regulator (kanan) dan arus keluaran (kiri)
39
Gambar 4.13 tegangan keluaran generator dan tegangan keluaran boost regulator
Gambar 4.13 menunjukkan bahwa saat terdapat VIN dari generator sebesar 2.63V, VOUT
dari boost converter terukur sebesar 5,39V. Dengan menguji besarnya PIN dan POUT ,
dapat dihitung besarnya efisiensi dari modul boost converter ini.
Dimana Pout dan Pin diperoleh dengan persamaan
Hasil pengujian pada Gambar 4.9 menunjukkan bahwa saat tegangan masukan (VIN)
sebesar 0,23V, modul sudah mampu bekerja dengan memberikan tegangan keluaran
(VOUT) sebesar 0,15V dan modul boost converter bekerja. Saat tegangan masukan (VIN)
sebesar 0.97 V maka tegangan keluaran (VOUT) sebesar 5,27. Dengan demikian
jangkauan tegangan dapat digunakan untuk memberi masukan rangkaian Boost
Converter agar menghasilkan tegangan keluaran stabil di sekitar 5,27V.
40
R(Ω) Vo (V) P (mW)
1 0,1 10
2 0,18 16,2
4,7 0,33 23,17021
5,6 0,37 24,44643
6,6 0,38 21,87879
7,6 0,39 20,01316
8,2 0,46 25,80488
9,4 0,47 23,5
10 0,5 25
12 0,54 24,3
14,7 0,56 21,33333
15,6 0,61 23,85256
16,4 0,56 19,12195
17,4 0,56 18,02299
18,2 0,61 20,44505
19,2 0,6 18,75
20 0,67 22,445
Tabel 4.5 Pengujian Boost Regulator dengan Beban
Gambar 4.14 Uji performa modul boost regulator untuk mengetahui daya
maksimal yang dihasilkan
Pada gambar 4.14 terlihat berapa besar daya maksimum sebesar 26 mWatt yang
dihasilkan regulator ketika diberi beban resistor 5 watt 8,2 Ω.
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25
Day
a (m
W)
resistor (Ω)
uji modul boost converter
41
4.4. Pengujian Penyimpanan Energi pada Baterai
Tegangan keluaran yang telah diproses oleh rangkaian rangkaian Boost
Converter selanjutnya digunakan untuk mengisi baterai. Pengujian dilakukan dengan
mengamati tegangan dan arus baterai selama periode tertentu saat dilakukan pengisian.
Terdapat LED sebagai indikator yang akan menyala ketika proses pengisian baterai.
Gambar 4.15 Rangkaian pengujian pengisian batere
Gambar 4.16 Grafik tegangan batere (atas) dan arus batere (bawah) ketika
pengisian.
300; 1,57
1,51,511,521,531,541,551,561,571,58
0 100 200 300 400
tega
ng(
Vo
lt)
t(sec)
tegangan pengisian
Series1
300; 1,46
1,34
1,36
1,38
1,4
1,42
1,44
1,46
1,48
0 100 200 300 400
aru
s(m
A)
t(sec)
Arus pengisian
Series1
42
Gambar 4.16 menunjukkan bahwa tegangan awal baterai (Vbat) adalah 1,45 V dengan
arus (Ibat) 1,30 mA. Hal ini menunjukkan proses pengisian baterai sudah dimulai
sebelumnya. Kemudian pada detik ke 30s, tegangan baterai berubah menjadi 1,509V
dengan arus 1.36 mA. Hal ini berarti baterai sudah mengalami pengisian. Proses
pengisian kemudian berlangsung sampai 300s, tegangan baterai menjadi sebesar 1.57V
dengan arus sebesar 1.46 mA. Besarnya arus yang mengalir dalam proses pengisian
mengalami penurunan dikarenakan saat mula-mula baterai harus terisi dahulu untuk
dipancing. Ketika baterai semakin terisi tegangannya naik sehingga arus pengisian
menurun. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa penyimpanan energi ke
dalam baterai sudah dapat dilakukan oleh alat yang dibuat.
Gambar 4.17 Arus puncak yang terbaca ketika dibebani baterai saat kondisi
kosong atau saat memulai pengisian
4.5. Pengujian Keseluruhan Alat
Pengujian keseluruhan dilakukan dengan menggabungkan keseluruhan modul.
Pengujian keseluruhan alat yang pertama dilakukan adalah dengan menggunakan kipas
Angin dengan kecepatan maksimum yaitu 5,4m/s terbaca anemometer dan diposisikan
pada jarak 25 cm dengan turbin angin, agar memperoleh tegangan keluaran generator
43
secara maksimum setelah generator disearahkan, untuk kemudian dihubungkan pada
boost converter dan kemudian digunakan untuk mengisi baterai. Pengisian dilakukan
dengan menghidupkan alat selama 24 jam yang dimulai pukul 15.00 pada hari
sebelumnya sampai dengan 15.00 dihari berikutnya. Nilai arus maksimal yang
tersimpan selama pengisian (Ibat) adalah sebesar 104 mA, Jadi hanya menggunakan
8,67% dari kapasitas baterai sedangkan tegangan baterai sebesar 3,68V .
Gambar 4.18 Arus terbaca setelah proses pengisian selama 24 jam
(
) (
)
Estimasi waktu agar batere terisi penuh dengan arus masukan sebesar 28,81 mA adalah
Kapasitas baterai yang digunakan sebesar 3,7 V 1200mAh.
Perhitungan Energi yang tersimpan pada baterai adalah
44
Saat proses pengosongan baterai menggunakan beban berupa resistor sebesar 5 watt 1 Ω
dan sebuah led senter 1 Watt
Gambar 4.19 rangkaian saat proses pengosongan baterai
t arus
(sec) (mA)
0 104
30 103,9
60 103,9
90 103,9
120 103,8
150 103,5
180 103,3
210 103
240 102,6
270 102,2
300 101,7
330 101,2
360 100,8
390 100,3
420 99,8
450 99,4
480 98,9
510 98,6
540 98,2
570 97,8
600 97,4
630 97,1
660 96,7
690 96,5
720 96,2
750 95,9
780 95,6
810 95,4
840 95,2
870 94,9
900 94,7
930 94,5
960 94,3
990 94,1
1020 93,9
1050 93,6
1080 93,4
1110 93,2
1140 93,1
1170 92,9
1200 92,8
1230 92,6
1260 92,4
1290 92,3
1320 92,1
1350 91,8
1380 91,6
1410 91,4
1440 91,2
1470 91,1
1500 90,9
1530 90,8
1560 90,6
1590 90,5
1620 90,3
1650 90,2
1680 90
1710 89,9
1740 89,7
1770 89,6
1800 89,6
1830 89,4
1860 89,1
1890 89,1
1920 88,8
1950 88,7
1980 88,6
2010 88,4
2040 88,3
2070 88,3
2100 88
2130 88
2160 87,9
DC A
1.3
83 A
D1LED1
+ V13.7V
RL1
45
2190 87,8
2220 87,6
2250 87,6
2280 87,4
2310 87,3
2340 87,1
2370 87
2400 86,8
2430 86,7
2460 86,6
2490 86,5
2520 86,4
2550 86,3
2580 86,2
2610 86
2640 85,9
2670 85,7
2700 85,6
2730 85,5
2760 85,4
2790 85,3
2820 85,1
2850 84,9
2880 84,8
2910 84,7
2940 84,6
2970 84,5
3000 84,3
3030 84,2
3060 84
3090 83,9
3120 83,7
3150 83,6
3180 83,5
3210 83,3
3240 83,2
3270 83,1
3300 82,9
3330 82,8
3360 82,7
3390 82,5
3420 82,4
3450 82,3
3480 82,2
3510 82
3540 81,9
3570 81,6
3600 81,4
Tabel 4.6 Arus Pengosongan
Gambar 4.20 Grafik arus saat proses pengosongan dalam waktu tertentu
300; 101,7 101,5
102
102,5
103
103,5
104
104,5
0 50 100 150 200 250 300 350
Aru
s B
ate
rai (
mA
)
t(s)
Arus
46
Gambar 4.21 tegangan saat diberi beban baterai
Pada gambar 4.21 menunjukkan yang terjadi ketika alat dibebani sebuah baterai dan
tegangan yang terbaca sebelum dibebani baterai adalah seperti gambar 4.13. Pada
gambar 4.22 menunjukkan arus yang masuk selama proses pengisian. Pada proses
pengisian arus yang terbaca berubah-ubah dari yang paling rendah dirunjukkan dengan
nilai 8,98 mA dan tertinggi adalah 12,04mA.
Gambar 4.22 arus yang masuk selama proses pengisian
47
Gambar 4.23 arus terbaca setelah pengisian 1 jam
Pengisian Baterai selama 1 jam diperoleh arus yang tersimpan sebesar 86,1mA dengan
alat yang direalisasikan dan percobaan secara terkontrol atau lebih tepatnya percobaan
di dalam ruangan diperoleh:
Energi yang tersimpan di baterai
4.6. Pengujian Aktual
Pada pengujian aktual dilakukan pada tanggal 1 maret 2016 akan tetapi hanya
melakukan pengujian sebatas mekanik saja dengan cara menggabungkan turbin dengan
generator. Terlihat bahwa turbin dapat berputar seperti yang diharapkan pada kecepatan
2 m/s dan 3,3 m/s, akan tetapi hembusan angin tidak kontinyu. Ketika kecepatan angin
turun maka turbin angin tidak dapat berputar.
48
4.7. Rencana Perubahan Spesifikasi
No Spesifikasi awal
Perbandingan dengan
spesifikasi awal
1 2
1. Menggunakan ventilator turbin
angin dengan dimensi mekanis yang
memiliki ukuran panjang diameter
45 cm dan tinggi 35 cm
Dimensi
panjang 66 cm
tinggi 35 cm
2. Bahan pembuatan turbin terbuat
dari alumunium dengan ketebalan
0,3 mm atau stainless dengan
ketebalan 0,3 mm.
3. Menggunakan gear yang terbuat
dari bahan kuningan dengan
perbandingan 10:1 dengan asumsi
satu putaran turbin dapat
memutaarkan rotor generator
sepuluh kali (jumlah gigi n1=100
dan n2 = 10)
Jumlah gigi
n1= 110 dan
n2 =10
Menggunakan
pulley dengan
diameter d1=
9,2 mm dan
d2= 12,5cm
4. Menggunakan penyimpan energi
berupa baterai sebesar 3,7 v 1,2 Ah
5. Menggunakan generator DC dengan
spesifikasi tegangan kaluaran
sebesar 12V-24V dan daya keluaran
sebesar 20 watt
Menggunakan
generator AC 3
phase dengan
daya keluaran
300 watt
Menggunakan
dinamo sepeda
onthel 12 V-
6watt
6. Dapat menyalakan lampu led secara
oromatis ketika baterai telah terisi
penuh
Dapat
menyalakan
led pada waktu
tertentu (hidup
pukul 17.00
mati 04.00)
Langsung
digunakan
intuk
menghidupkan
LED