ANALISIS INVERTER SEBAGAI CATU DAYA ALAT PENCUPLIK UDARA

SEMINAR NASIONAL V SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 5 NOVEMBER 2009 ISSN 1978-0176

ANALISIS INVERTER SEBAGAI CATU DAYA ALAT PENCUPLIK UDARA *

YADI YUNUS, *TOTO TRIKASJONO, **CAHYO TRILAKSONO *

STTN Batan Jl.Babarsari POB 6101 YKBB Yogyakarta. **PTNBR Batan Jl.Tamansari Bandung. Telp.0274-489716, Faks.489715 Email: [email protected].

Abstrak Pemantauan kondisi udara lingkungan sekitar fasilitas instalasi nuklir harus dilakukan dengan cara mengambil sampel udara menggunakan alat pencuplik udara, mulai dari dalam fasilitas instalasi nuklir itu sendiri hingga keluar kawasan radius 2000 meter dari pusat instalasi nuklir. Hal itu untuk antisipasi bila terjadi kondisi yang membahyakan kesehatan lingkungan. Tetapi hingga saat ini hal tersebut dilakukan masih sebatas dalam kawasan instalasi nuklir karena keterbatasan catu daya listrik yang masih bergantung pada sumber listrik PLN. Untuk itu dilakukan Analisis Inverter dengan catu daya utama baterai untuk catudaya alat pencuplik udara portabel. Penelitian dilakukan dengan cara mengoperasikan alat pencuplik udara dengan tiga model catu daya listrik yaitu catu daya listrik PLN, catu daya inverter-baterai 12 V/7,5 A.h dan catu daya inverter-baterai 12 V/40A.h. Kemudian data-data perolehan dari ketiga model tersebut dianalisis dan dibandingkan. Dari data-data hasil penelitian, bisa disimpulkan bahwa inverter-baterai 40 A.h adalah cukup sesuai sebagai catu daya portabel bagi alat pencuplik udara, dengan nilai efesiensi di atas 84 persen dan waktu beroperasi selama 100 menit .Bila satu titik pencuplikan perlu waktu 15 menit maka bisa untuk pencuplikan 7 titik. Kata kunci :Instalasi nuklir, Alat pencuplik udara, Inverter-baterai.

Abstract Environmental air condition monitoring about nuclear installation facility must be done by taking sample air use the appliance of air sampler, start from within nuclear installation facility itself till go out the area radius 2000 meter from nuclear installation center. That matter to anticipate when happened by condition which making danger of health of environmental. But till in this time it have be done still limited to in nuclear installation area because limitation ration the electricity which still base on the source of electrics PLN. This is the reason why research of battery-inverter will be implemented. The purpose of this research is to find an appropriate power source for air sampler unit . Research will be implemented by operate air sampler unit with three methods of electric power source, the first method is by operating air sampler unit by power source from national power grid electricity, the second method is by operating air sampler unit with inverter - 12 V / 7.5 A.h battery combinations, and the last method is by operating air sampler unit with inverter - 12 V / 40 A.h battery combinations. The resulting data being collected from the research will be analyzed and compared. The resulting data’s from the research can be summarized that combination of inverter – 12 V / 40 A.h battery is fair enough as power source for air sampler unit that it’s efficiency reached up to more than 84 percent and 100 minutes operating time. If when one inhalation dot need the time 15 minutes hence can for inhalation of 7 dot. Keywords: Nuclear installation facility, Portable power source, Air sampler unit, Battery- Inverter.

Yadi Yunus, dkk.

355

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN


TEORI

PENDAHULUAN

Kegiatan monitoring radioaktivitas lingkungan sekitar instalasi nuklir terdiri atas pemantauan radioaktivitas air, tanah dan udara. Pemantauan harus dilakukan mulai dari titik nol pusat instalasi nuklir sampai dengan radius 2 km dan dilakukan secara periodik agar bila terjadi tingkat radioaktivitas melebihi ambang batas keselamatan bisa terdeteksi dan bisa diantsipasi lebih dini sehingga keaamanan dan keselamatan para pekerja radiasi dan masyarakat sekitar instalasi nuklir menjadi lebih terjamin. Pekerjaan pemantauan tersebut merupakan tanggung jawab Pengusaha Instalasi Nuklir (PIN) dalam hal ini adalah BATAN yang pelaksanaannya didelegasikan kepada Petugas Proteksi Radiasi Instalasi Nuklir (PPR-IN). Namun untuk pemantauan udara hingga saat ini belum bisa dilakukan karena keterbatasan alat portabel yang bisa digunakan hingga ke luar kawasan instalasi nuklir. Keterbatasan alat yang dimaksud adalah alat pencuplik udara yang ada masih bergantung pada catu daya listrik besar seperti PLN hingga tidak bisa dilakukan pengambilan sampel bila titik lokasi pengambilan jauh dari sumber listrik seperti di atas. Untuk itu akan dilakukan penelitian analisis Inverter baterai sebagai pengganti sumber tenaga listrik bagi alat pencuplik udara. Yang tujuannya untuk memastikan apakah alat pencuplik udara yang ada bisa dan layak diberi catu daya model baterai dengan inverter. Dengan hasil penelitian ini bisa bermanfaat bagi pengembaangan ilmu pengetahuan dan teknologi kedepan khususnya bidang teknik elektronika daya dan lebih penting dari itu bila hasilnya sesuai dengan yang diharapakan maka pengambilan sampel udara bisa dilakukan dimanapun termasuk di luar kawasan instalasi nuklir. Sehingga pemantauan kondisi udara di lingkungan instalasi nuklir akan bisa senantiasa bisa dilaksanakan dengan baik hingga masyarakat pekerja radiasi maupun masyarakat umum di sekitar instalasi nuklir terhindar dari kejadian keadaan bahaya nuklir yang tak diinginkan.


Tinjauan Pustaka Aplikasi inverter telah banyak dilakukan terutama pada bidang elektronika yang umumnya pada daerah tegangan dan daya output rendah tetapi frekuensi tinggi. Misal pada pesawat pembangkit gelombang audio dan video serta peralatan elektronik lainnya. Pada daya tinggi frekuensi rendah juga telah diterapkan sebagai contoh pada perangkat pengatur kecepatan motor terutama pada motor induksi 3 fasa 380/440 volt, 50 Hz, daya hingga 50 Kw untuk penelitian kali ini akan dicoba penerapannya pada daerah tegangan 220 volt daya di bawah 1 Kwatt frekuensi 50 Hz, 1 fasa. Dasar Teori Inverter Sebagai obyek utama penelitian di sini adalah Inverter yaitu suatu alat elektronika daya yang dapat digunakan untuk mengubah bentuk sumber tenaga listrik dc menjadi ac. Keluaran inverter dapat bersifat fix (tetap) atau yang dapat diatur (variable). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan baterai, sel tenaga surya, atau sumber listrik dc yang lain bisa dengan tegangan VI = 6 , 12 , 24 volt dc dan outputnya bisa disesuaikan dengan keinginan bisa VO = 110 , 220 , 380 volt ac. Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan gambar 1. Dua buah smber listrik dc (V dc) dan dua buah SCR membentuk sebuah jembatan dengan resistor sebagai beban. Bila SCR1 ditriger ,maka membuka dan menghantaralah ia, dan arus I1 mengalir melewati Resistor Beban dari kanan kekkiri. Dan bila SCR2 ditriger maka SCR2 ini yang membuka dan menghantar arus I2 dari kiri ke kanan. Dengan demikian pada Beban telah terjadi tegangan bolak balik berbentuk gelombang kotak seperti gambar 2. Kemudian bagaimana antara SCR1 dan SCR2 bisa membuka dan menutup saling bergantian ? Hal itu terlaksana dengan trigering terhadap dua SCR tersebut dikerjakan.

356

Yadi Yunus, dkk


inverter jenis itu akan bisa ditransformasikan daya yang relatif besar. Gelombang output yang dihasilkan berbentuk gelombang persegi bila diperlukan dapat dibuat gelombang bentuk sinus melalui filter.Sehingga bentuk gelombang yang dihasilkan oleh inverter bermacam-macam , namun secara garis besar terbagi atas 3 macam gelombang : 1. Gelombang Kotak (squre wave inverter) Output gelombang tegangan ac dari inverter jenis ini seperti yang terlihat pada Gambar 2. di atas, banyak peralatan listrik yang tidak dapat bekerja dengan baik jika menggunakan inverter jenis ini.. 2. Gelombang sinus termodifikasi (modified sine wave) Merupakan salah satu jenis inverter yang gelombang outputnya adalah gelombang kotak yang dimodifikasi meyerupai gelombang sinus menggunakan rangkaian filter tertentu.

secara bergantian oleh Oscilator. Telah diketahui bahwa SCR bila sekali kena triger maka akan membuka dan menghantar terus selama tegangan pada sisi anoda dan katoda masih ada tegangan di atas tegangan penyalaan. Untuk itu pemadaman/penyumbatan SCR harus dilakukan ketika SCR lain sedang membuka. Hal itu bisa dilakukan dengan menghilangkan atau membalik polaritas tegangan pada anoda dan katodanya. Pemadaman tegangan pada SCR disebut komutasi. Jadi pada inverter dengan SCR disamping perlu adanya rangkaian trigering berupa oscilator perlu juga rangkaian untuk komutasi. Gambar 3 adalah contoh prinsib Inverter dengan komutasi.Dengan Yadi Yunus, dkk.

357

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – BATAN


3. Gelombang sinus murni. (pure sine

wave inverter) Output gelombang inverter jenis ini menyerupai gelombang sinus yang dihasilkan oleh jala-jala PLN. Frekuensi gelombang dapat dicari dengan parameter timebase pada oscilloscope dengan persamaan

(1) Dengan F adalah frekuensi dalam Hz T adalah waktu dalam detik 4. Sebagaimana alat yang lain Inverter

yang merupakan alat pemindah daya listrik tentu memiliki nilai efisiensi dengan persamaan umum : P   O  100% (2) PI dengan : η adalah nilai efisiensi alat dalam hal ini adalah inverter PO adalah daya output PI adalah daya input. Baterai Baterai adalah suatu alat yang mengkonversi secara langsung energi kimia menjadi energi listrik . Perbedaan potensial listrik, antara terminal baterai dikenal sebagai tegangan terminal dengan satuan ukur volt. Tegangan terminal baterai saat tidak dibebani disebut tegangan sirkuit terbuka (open-circuit voltage) yang sebanding dengan nilai emf dari baterai. Baterai ideal mempunyai nilai resistansi internal kecil, sehingga mempunyai tegangan yang konstan hingga habis, maka sebuah baterai 1,5 volt akan mampu bekerja sebesar 1,5 Joule. Pada kenyataannya, resistansi internal baterai (10)

akan naik saat dibebani , dan tegangan terminal turun. Jika tegangan dan resistansi baterai digambarkan dalam bentuk grafik terhadap waktu, maka akan terlihat sebagai kurva dengan bentuk bervariasi tergantung dari susunan kimiawi yang terkandung dalam baterai. Sebagai contoh, baterai alkalin dan seng-karbon (carbon- zinc) mempunyai tegangan sekitar 1,5 volt sebanding dengan Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

energi yang dilepaskan pada reaksi kimianya akan berbeda dengan baterai lithium yang mempunyai potensial elektrokimia yang lebih tinggi, sehingga baterai lithium mempunyai tegangan 3 volt ke atas. Sedangkan tegangan baterai/accu kering yang ada di pasaran kapasitas menengah keatas adalah 6 , 9 dan 12 volt dc. Ada dua jenis utama baterai dengan kelebihan dan kekurangannya masing-masing yaitu : 1. Baterai primer, yang mentransformasi

energi kimia menjadi energi listrik secara ireseversibel, saat dayanya habis, energi listrikya tidak dapat dikembalikan. Baterai ini dapat langsung menghasilkan arus ketika akan digunakan dan hanya sekali pakai, oleh karena itu, baterai ini banyak digunakan pada peralatan-peralatan listrik yang membutuhkan arus lemah. Secara umum baterai jenis ini mempunyai rapat energi (energy densities) tinggi tetapi tidak bekerja baik pada arus tinggi dengan beban-beban di bawah 75 Ohm. 2. Baterai sekunder, dapat diisi ulang (recharged) yang berarti reaksi kimianya dapat dikembalikan ke keadaan awalnya dengan cara memasukan energi listrik ke dalam sel(17)

selnya . Baterai jenis ini harus diisi sebelum digunakan dengan cara mengalirkan arus listrik yang akan membalikan reaksi kimia yang telah terjadi pada saat baterai digunakan, alat yang digunakan untuk mengisi arus kepada baterai disebut pengisi-ulang (chargers) 3. Salah satu baterai dari jenis ini adalah baterai asam-timbal (lead-acid battery), yang biasa digunakan pada mobil dan dapat mengalirkan arus maksimal sebesar 450 amper lebih. Kapasitas baterai yang tertera pada labelnya adalah perkalian antara waktu dengan arus konstan maksimalnya, sebuah baterai baru mampu mensuplai selama 20 jam pada suhu 68 F° (20 C°). Sebagai contoh, sebuah baterai yang tertera 100 A.h akan mengirimkan arus sebesar

358

Yadi Yunus, dkk


5 amper selama 20 jam pada suhu ruangan dan jika digunakan dengan arus sebesar 50 amper, maka baterai akan habis selama 2 jam Hubungan antara arus, waktu penggunaan dan kapasitas baterai menurut Peukert adalah :

TB 

QB IB

(3)

dengan : QB = Kapasitas Bateray ( Ah ) IB = Arus Bateray ( A ) TB = waktu sanggup bateray bertahan (jam). Daya listrik sesaat baterai dapat dihitung menggunakan hukum Joule tentang daya listrik sesaat, dengan persamaan. P = VB X IB (4) dengan : PB adalah daya listrik baterai (watt) VB adalah tegangan bateray IB adalah arus bateray Secara teoristis, baterai akan mampu suplai energi sesuai dengan labelnya, karena rugi-rugi energi internal menyebabkan efesiensi baterai akan berbeda pada penggunaan yang berbeda. Pada arus rendah, energi baterai yang disalurkan ke beban akan lebih efesien dibanding dengan ketika digunakan pada arus tinggi. Pencuplik Udara ( Air Sampler) Air Sampler adalah alat yang digunakan untuk mengambil sample udara yang akan di analisa apakah udara di wilayah pengambilan ada terkandung zat-zat tertentu yang membahayakan kesehatan manusia. Khusus bagi Petugas PPR-IN pengambilan sampel udara untuk dianallisa kandungan zat radioaktifnya. Pada dasarnya alat ini terdiri dari suatu pompa penghisap udara yang kerjanya menggunakan motor listrik ac V = 220 volt satu fasa sebagai penggerak utamanya. Udara yang dihisap masuk alat cuplik udara, selanjutnya udara tersebut dilewatkan sebuah filter khusus memiliki lubang-lubang mesh tertentu sesuai dengan besarnya partikel debu yang hendak ditangkap dalam proses pencuplikan sampel udara, sesudah itu udara dibuang setelah sebelumnya melalui sebuah flow meter khusus udara. Waktu yang dibutuhkan untuk mengambil satu kali cuplikan adalah TC = 15 menit, sehingga pada saat alat cuplik udara dioperasikan dan flow meter

Yadi Yunus, dkk.

359

3

menunjuk pada angka 20 ft /menit, maka volume udara yang terhisap selama 15 menit 3

3

adalah 15 menit x 20 ft /menit = 300 ft . Untuk mengoperasikan pencuplik udara di lapangan dibutuhkan suatu catu daya yang mampu menyediakan daya listrik ac 220 volt, 50 Hz . untuk itu bisa digunakan sebuah inverter dan suplai daya inverter dalam hal ini baterai, sehingga penggunaan di luar daerah instalasi nuklir tidak mengalami kendala catu daya listriknya. Fungsi inverter disini adalah sebagai pengubah tegangan listrik dc dari baterai menjadi tegangan listrik ac yang sesuai dengan kebutuhan alat pencuplik udara. Motor Listrik Motor listrik adalah mesin listrik yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik putar. Menurut jenis sumber daya yang diperlukan motor listrik terdiri dari motor listrik dc dan ac. Kemudian motor listrik ac ada motor listrik ac 1 fasa dan 3 fasa. Beraneka macam penerapan motor listrik untuk berbagai keperluan industri, rumah tangga dan lainnya. Salah satunya pada pompa hisap untuk alat pencuplik udara.. Motor yang digunakan disini adalah jenis motor listrik ac 1 fasa , 220 volt 50 Hz 76 watt. Hal ini tentu saja bisa dioperasikan dengan catu daya langsung dari PLN. Sebagai sumber daya listrik selain itu tentu juga bisa digunakan asal memenuhi keperluan motor listrik tersebut di antaranya tegangan, frekuensi dan kapasitas mencukupi. Hal itu bisa dilakukan dengan gen-set, bateray atau solar cell yang diperlengkapi dengan Inverter. HIPOTESIS Bila menyimak teori di atas seharusnya alat pencuplik udara dengan komponen utama motor listrik daya 76 watt, tegangan 220 volt, frekuensi 50 Hz, dapat dioperasikan dengan bateray/ accu Intelligent Inverter 12 volt dc – 230 volt ac 600 watt 50 Hz gelombang sinus termodifikasi. Bila hasil penelitian sesuai dengan yang diharapakan maka pencuplikan sampel udara dapat dilakukan dimana saja termasuk di luar kawasan instalasi nuklir, sehingga kondisi bahaya nuklir karena debu radioaktif bisa teridentifikasi dan diminimalisir selanjutnya masyarakat pekerja radiasi maupun

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – BATAN


masyarakat umum keselamatannya.

lebih

terjamin

menggunakan alat-alat dan bahan sebagai berikut :

METODE PENELITIAN STTN

Kegiatan penelitian ini telah dilakukan di BATAN Yogyakarta dengan

Bahan penelitian 1

High Volume Air Samplers AS-2 VB-001SE. Daya

: 0,076 kW

Frekuensi

: 50 Hz

Tegangan

: 220 V ac

Arus

: 0,55 A

Laju alir

3

3

: 100 – 500 ft /jam (2,83 – 14,2 m /jam) : 17 kg

Berat

2. Intelligent Inverter 12 volt dc – 230 volt ac 600 watt Tegangan Input

: 10 – 15 volt dc

Arus beban puncak

: 60 A

Arus kondisi idle

: < 0,6 A

Tegangan output

: 220 - 230 ± 5%

Frekuensi output

: 50 Hz

Gelombang output

: Modified Sine Wave

Daya output kontinu

: 600 watt

Daya output darurat (surge power) Efesiensi

: 1500 watt : 85 % – 90 %

3. Baterai Kering Nama

Tegangan /Kapasitas Arus

Dimensi P x L x T (cm)

Berat (kg)

Allways Rechargeable Sealed Lead Acid Battery

12 volt / 7,5 A.h

15 x 6,3 x 9,3

2

Hyundai Enercell CALCIUM MF Battery

12 volt / 40 A.h

18 x 12 x 1

8

4. Beban Resistif (lampu pijar)

Nama

Volt/watt

Jumlah

Phillips

220 v ac / 60 watt

1

Phillips

220 v ac / 100 watt

5


360

Yadi Yunus, dkk


Alat Penelitian Alat-alat penunjang penelitian terdiri berbagai alat ukur listrik dan elektronika di antaranya adalah multi tester, ampere meter, timer, batteray charger, oscilloscope serta kabel-kabel konektor, obeng, alat hitung dan alat tulis. Jalan Penelitian Urutan langkah percobaan analisis inverter ini adalah sebagai berikut :

a. Siapkan semua peralatan dan bahan termasuk unit air sampler sebagai beban inverter yang merupakan obyek utama

dalam penelitian ini seperti terlihat pada Gambar 7. b. Isi ulang daya kedua unit baterai satu persatu meggunakan I-MAX digital baterry charger hingga pada layar panel charger menampilkan angka 100 atau ‘FULL’ yang berarti tegangan dan arus baterai dalam kondisi penuh dan siap digunakan untuk percobaan. c. Rangkai peralatan percobaan seperti Gambar 8, gunakan baterai Hyundai Enercell 12 V / 40 A.h.

Gambar 7. Alat dan bahan utama penelitian analisis inverter.

Gambar 8. Susunan rangkaian percobaan analisis inverter

d. Hidupkan unit inverter amati dan catat penunjukan arus dan tegangan pada alatalat ukur. e. Hidupkan unit pencuplik udara, catat penunjukan arus dan tegangan pada alat361

alat ukur, laju alir udara yang ditunjukkan flow meter pada unit pencuplik udara setiap lima menit hingga nada peringatan daya input rendah pada unit inverter berbunyi


maka matikan unit pencuplik udara dan unit inverter.

baterai Hyundai Enercell 12 volt / 40 A.h, lalu matikan unit pencuplik udara.

f. Lakukan kembali langkah d dan e dengan menggunakan baterai Allways 12 volt / 7,5 A.h, dengan pencatatan data setiap 1 (satu) menit.

i.

Lakukan perhitungan daya input inverter dan daya outputnya saat unit pencuplik udara beroperasi menggunakan kedua jenis baterai dan hitung efesiensinya.

g. Lepaskan unit inverter dan baterai dari rangkaian pada langkah c. Hubungkan secara langsung unit pencuplik udara ke jala-jala listrik PLN.

j.

Lakukan perhitungan daya saat unit pencuplik udara beroperasi menggunakan listrik jala-jala PLN lalu bandingkan dengan perhitungan daya output inverter pada langkah i.

h. Hidupkan unit pencuplik udara, catat penunjukan arus dan tegangan pada alatalat ukur dan laju alir udara pada flow meter di unit pencuplik udara setiap lima menit hingga jumlah data sama dengan saat unit pencuplik udara dioperasikan meggunakan

k. Untuk mengetahui frekuensi output unit inverter, hubungkan alat ukur digital SANWA DCM 400 / SANWA CD800a / FLUKE 8060 A seperti gambar 9.

Gambar 9. Pengukuran frekuensi tegangan output unit inverter.

l.

Untuk mengetahui bentuk gelombang output unit inverter jika dibandingkan dengan gelombang jala-jala PLN, penulis menggunakan oscilloscope Textronik SC 504 80 Mhz

m. Untuk tujuan membandingkan efesiensi inverter terhadap beban yang bersifat resistif, pasang lampu pijar pada output inverter hingga total beban mencapai 560 watt. n. Hidupkan unit inverter, lalu hidupkan lampu satu persatu hingga total beban maksimal 560 watt, catat penunjukan alat ukur pada setiap tingkat beban. o. Lakukan perhitungan daya input, daya output dan efesiensi inverter sebagai pembanding hasil perhitungan pada langkah i. Kesulitan-Kesulitan yang Dihadapi Kesulitan yang dihadapi adalah pengisian ulang baterai karena memerlukan waktu lama, untuk baterai dengan kapasitas 12 V/ 40 A.h,

waktu yang dibutuhkan sekitar 12 jam dan untuk baterai dengan kapasitas 12 V/ 7,5 A.h, waktu yang dibutuhkan sekitar 5 jam. Sehingga setiap kali percobaan sampai dengan daya baterai habis maka untuk percobaan lagi harus menunggu waktu isi ulang berjam-jam. HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Dari percobaan seperti , penulis mendapatkan data-data percobaan seperti yang diperlihatkan pada beberapa tabel di bawah ini : Percobaan I Operasi Alat Pencuplik Udara dengan Catu daya Inverter dengan Baterai Hyundai Enercell 12 V / 40 A.h.diperoleh data seperti tabel IV.1, percobaan II dengan catu daya Inverter dan baterai Always Rechargeable Sealed Lead Acid, percobaan III dengan catu daya langsung dari PLN, percobaan IV catu daya baterai dan inverter dengan beban resistif berupa lampu pijar.

362


Tabel IV.1. Input unit inverter menggunakan baterai Hyundai Enercell 12V/40 A.h. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Menit 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Vin inv

Iin inv

Vout inv

Iout inv

Laju Alir

(V) 12,5 12,4 12,3 12,3 12,2 12,2 12,1 12,0 12,0 12,0 11,9 11,9 11,8 11,6 11,4 11,3 11,1 10,6 10,3 10,0

(A) 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,7 10,7 10,7 10,8 10,8 10,8 10,8 10,9 11,2 11,4 12,2 12,5 12,6

(V) 231,50 230,46 229,44 228,28 227,08 225,64 224,76 227,24 226,00 224,60 224,32 223,66 225,20 223,06 221,32 222,80 218,58 215,84 212,02 205,70

(A)

(ft /jam) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250

3

0,479 0,481 0,476 0,478 0,477 0,479 0,476 0,476 0,473 0,474 0,475 0,477 0,478 0,480 0,485 0,500 0,508 0,545 0,550 0,560

Tabel 4.2. Input unit inverter saat menggunakan Baterai Allways 12 V / 7,5 No 1 2 3 4 5

Menit

Vin inv

Iin inv

Vout inv

Iout inv

Laju Alir

(V)

(A)

(V) 231,4 229,5 224,5 223,1 213,2

(A)

(ft /jam) 250 250 250 250 250

1 5 10 15 20

12 12 11,8 11,2 10,6

11 11 11 11,25 12,5

3

0,479 0,479 0,479 0,501 0,538

Tabel 4.3. Input beban saat menggunakan jala-jala PLN 220 V.

No

Menit

1 2 3 4 5 6 7 8 9

5 10 15 20 30 40 45 50 60

Tegangan (V) 208,4 208,9 208,6 208,8 205,2 205,9 206,6 207,6 207,2 363

Arus (A) 0,462 0,459 0,458 0,457 0,459 0,456 0,458 0,455 0,456

Laju Alir 3

(ft /jam) 250 250 250 250 250 250 250 250 250


Tabel 4.3. Input beban saat menggunakan jala-jala PLN 220 V (lanjutan) No

Menit

10 11 12 13 14

70 80 90 95 100

Tegangan (V) 208 208,2 207 207,5 208,8

Arus (A) 0,454 0,450 0,456 0,457 0,457

Laju Alir 3

(ft /jam) 250 250 250 250 250

Tabel IV.4. Catu daya Inverter baterai beban lampu pijar BATERAI 12 volt / 40 A.h – INVERTER BEBAN

V

(watt)

I

(V dc)

(A)

(watt)

(V ac)

(A)

(watt)

Eff (%)

60

12.56

6.00

75.37

229.48

0.28

64.71

85.86

160

12.24

14.00

171.33

223.00

0.62

137.81

80.44

260

12.03

22.40

269.52

220.76

1.02

225.18

83.55

360

11.84

31.70

375.39

218.08

1.38

300.95

80.17

460

11.66

39.00

454.58

211.26

1.75

369.71

81.33

560

11.48

46.00

528.26

201.16

2.05

412.78

78.14

1

1

P

V

1

2

I

2

P

2

Alat ukur : Fluke 8060 A True RMS Multimeter

ANALISA DAN PEMBAHSAN Daya Input, Output dan efisiensi Inverter. Daya input inverter adalah daya output dari baterai dihitung menggunakan persamaan (4) : PB = VB x IB Dengan mengambil nilai rata-rata dari arus I B dan tegangan V B didapatkan daya input rata-rata inverter dengan baterai Hyundai Enercell 12 V / 40 Ah adalah P B = P I 1 = 128,518 VA. Dan dengan mengambil nilai ratarata dari arus I O dan tegangan V O output dari inverter diperoleh daya rata-rata output PO adalah 109,776 VA. Dengan diketahui daya input dan output inverter maka dengan persamaan (2)

maka diperoleh efisiensi dari inverter dengan baterai Hyunday Enercell adalah Ef1 = 85,417 %. Untuk percobaan dengan inverter dan baterai Always 12 v / 7,5 Ah dengan cara yang

sama didapatkan daya rata-rata input inverter PI2 = 129,478 VA, daya output rata-rata inverter PO2 = 109,758 watt. Dan efisiensinya Ef2 = 84,77 %. Ketika Baterai dan inverter digunakan percobaan pembebanan resistif dari lampu pijar bisa didapatkan efisiensi rata-rata inverter E = 81,58 %. Kemudian pada operasi alat pencuplik udara dengan catu daya langsung PLN daya input rata-ratanya adalah tegangan rerata dikali arus rerata = 207,62 x 0,457 = 94,88 VA. Bila diperhatikan kapasitas daya yang ditransfor masikan oleh inverter masih jauh dari kapasitas inverter yaitu bila diambil input maksimum terjadi pada yang baterai Always PI2 = 129,478 VA, sedangkan kapasitas inverter 600 watt (secara vektoris lebih dari 600 VA). Kemudian untuk efisiensi inverter dari data teknis antara 85 – 90 % , sedang dari hasil analisa dan percobaan diperoleh antara 84 – 86 %.

364


Frekuensi dan bentuk gelombang output inverter

persamaan (1)

, jika T = 4 div x 5 ms/div

= 20 ms, maka

Dari hasil pengukuran frekuensi dengan menggunakan frekuensi meter digital SANWA DCM400, SANWA CD800a dan FLUKE 8060 A diperoleh frekuensi F = 0,050 kHz = 50 Hz. Kemudian dari pengamatan dengan oscilloscope TEKTRONIX SC 504 80 Mhz seperti terlihat pada gambar 10 ( b) dari layar oscilloscope gelombang output inverter berbentuk gelombang kotak termodifikasi (modified sine wave) , gambar 10 (a) gelombang jala-jala PLN, gambar 10 (c) gelombang dari inverter diukur bersamaan dengan PLN. Puncak gelombang tegangan inverter sedikit di bawah puncak gelombang tegangan jala-jala PLN. Pada saat dilakukan pengamatan, posisi skala vertikal kanal A dan B oscilloscope adalah 10 volt / div, prob pembagi tegangan pada posisi 11 kali (x 11) dan skala horisontal adalah 5 ms/div.

Jadi frekuensi output inverter adalah FI = 50 Hz. Jika puncak gelombang 2,45 div , maka tegangan puncak V p = 2,45 div x 10 volt/div x 11, VP = 269,5 volt , dan tegangan efektifnya adalah V= = 190,6 volt. Jadi tegangan puncak dan efektif output inverter masing-masing adalah VPI = 269,5 volt dan VEI = 190,6 volt. Gambar 10 (a) adalah gelombang jala-jala PLN 1 siklus gelombang ≈ 4 div , puncak gelombang ≈ 2,8 div, dengan persamaan yang sama , jika T = 4 div x 5 ms/div = 20 ms, maka

Jadi frekuensi jala-jala PLN adalah FJ = 50 Hz. Jika puncak gelombang 2,8 div , maka tegangan puncak V p = 2,8 div x 10 volt/div x 11, VP = 308 volt , dan tegangan efektifnya adalah (a)

Jadi tegangan puncak dan efektif jalajala PLN masing-masing adalah VPJ = 308 volt dan VEI = 217,79 volt. Bila diperhatikan dari ketiga percobaan pengoperasian ternyata untuk frekuensi yang diperlukan alat pencuplik udara sudah sama dengan yang tersedia dari PLN maupun inverter yaitu 50 Hz. Sedangkan bentuk gelombangnya untuk inverter agak sedikit cacat sehingga tegangan efektif inverter agak kurang tinggi (190, 6 volt).

(b)

Daya Input, Output dan efisiensi Alat Pencuplik udara.

(c) Gambar 10. Bentuk gelombang hasil pengamatan

Gambar 10 (b) adalah gelombang output inverter, terlihat 1 siklus gelombang ≈ 4 div dan puncak gelombang ≈ 2,45 div,dengan

Daya input alat pencuplik udara adalah sama dengan daya output inverter sedangkan outputnya bentuk parameternya sudah berbeda, dalam hal ini adalah laju aliran volume udara yang dihisap. Disimak dari sana daya output pencuplik udara semuanya sama baik ketika dioperasikan dengan sumber listrik PLN, maupun dengan inverter baterai, yaitu 250 ft 3 / jam. Sedangkan jika menurut data teknis alat ,output alat pencuplik udara adalah 76 watt.

365


Ditinjau dari situ maka efisiensi dari alat pencuplik udara ketika dioperasikan dengan inverter dengan baterai Hyundai Enercell 12 V / 40 Ah adalah ECU = 76 dibagi PO inverter dikali 100 % = 76/109,776 x 100 % = 69 % Untuk percobaan dengan inverter dan baterai Always 12 v / 7,5 Ah dengan cara yang sama didapatkan Efisiensi alat pencuplik udara tetap hampir sama yaitu ECU = 76/758 x 100 % = 69 %. Sedangkanketika pengoperasian alat cuplik udara dengan catu daya PLN efisiensi alat adalah = 76/94,88 x 100 % = 80 %. Ada perbedaan efisiensi alat pencuplik udara ketika dioperasikan dengan catu daya langsung PLN dibanding dengan catu daya inverter dengan baterai ini mungkin karena bentuk gelombang output inverter yang belum sempurna. Daya output Baterai

Sedangkan untuk kemampuan baterai bertahan dalam mensuplai daya ke beban, terlihat baterai Hyundai Enercell dapat bertahan lebih lama karena kapasitas dayanya lebih besar yaitu 12 V x 40 A.h = 480 watt, yang berarti baterai ini sanggup mensuplai daya sebesar 480 watt selama satu jam, sedangkan untuk baterai Allways, kemampuan suplai dayanya adalah 12 V x 7,5 A.h = 90 watt selama satu jam. Dari percobaan dengan baterai Hyunday Enercell 40 Ah sebagaimana ditunjukkan pada table VI.1 pada menit ke 35, tegangan output inverter menurun hingga 224,76 volt, lalu naik pada menit ke 40 hingga 227,24 volt, hal serupa terjadi kembali pada menit ke 60 dan 75 hingga akhirnya tegangan output benar-benar turun dan sistem mati pada menit ke 100.bagi dengan jumlah waktu tiap titk pencuplikan optimum = 15 menit , maka baterai type ini bisa digunakan untuk lebih dari 6 titik pencuplikan. Pada percobaan operasi dengan baterai Always 7,5 Ah terjadi hal yang sama pada data table IV.2 di atas terlihat pada menit ke 9, tegangan output inverter adalah 222,5 volt, lalu pada menit ke 10 tegangan output inverter naik menjadi 224,5 volt. Hal tersebut berulang kembali pada menit ke 14 dan menit ke 18 hingga akhirnya sistem padam pada menit ke 21 karena inverter secara otomatis memutuskan aliran listrik dari baterai ketika tegangan baterai di bawah 10 volt ini mempunyai tujuan

melindungi baterai supaya sel-selnya tidak rusak. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Intelligent Inverter 12 volt dc – 230 volt ac 600 watt dengan efisiensi lebih dari 84 % layak digunakan sebagai pengganti catu daya alat pencuplik udara High Volume Air Samplers AS-2 VB -001 SE dalam tugas melaksanakan pengambilan sample udara di daerah yang tidak ada sumber listrik besar seperti PLN, karena dengan itu alat dapat bekerja baik, hal itu ditunjukan oleh laju alir udara yang dihisap alat ketika menggunakan catu daya baterai-inverter sama dengan ketika menggunakan listrik dari jala-jala PLN yaitu 250 ft 3 /jam, dalam kondisi operasi suhu inverter maupun alat senantiasa normal dan stabil. 2. Dari aspek jumlah waktu pencuplikanan sampel, alat pencuplik uadara seperti di atas dengan jumlah waktu pencuplikan tiap titik 15 menit maka dari 2 baterai yang digunakan untuk penelitian baterai Hyunday Enercell lebih layak dipasangkan dengan inverter di atas untuk pekerjaan pencuplikan sampel di kawasan luar instalasi nuklir yang jauh dari sumber listrik PLN. Karena dengan baterai tersebut jumlah titik pengambilan bisa mencapai lebih dari 6 titik pencuplikan. Sedangkan dalam 1 (satu) hari kerja maksimum yang bisa dilakukan 5 titik lokasi mengingat waktu untuk preparasi dan perjalanan yang kadang menyulitkan. Saran

1. Pergunakan kabel-kabel konektor yang sesuai dengan arus dan tegangannya, pergunakan baterai dengan kapasitas daya lebih besar namun mempunyai dimensi lebih kecil dan lebih ringan. 2.

366

Pemasangan kapasitor dengan besaran tertentu secara pararel pada unit pencuplik udara dengan tujuan untuk memperbaiki faktor daya motor listrik agar daya yang disuplai oleh sistem baterai-inverter menjadi lebih efektif.


DAFTAR PUSTAKA 1.

DOKUMEN KK 99 PRO 50 03, 2000, Rencana Pengelolaan Lingkungan Peningkatan Daya 1 MW Menjadi 2 MW Dan Pengoperasian Reaktor TRIGA MARK II P3TkN, BATAN, Bandung.

2.

U.S. DEPARTMENT OF ENERGY, 1992, Doe Fundamentals Handbook Electrical Science Volume 3, FSC-6910 Washington, D.C. 20585,USA.

3.

TONY R. KUPHALDT, 2007, Lessons In Electric Circuits, Volume II – AC Sixth Edition, www.ibiblio.org/obp/electricCircuits.

4.

The Random House Dictionary of the English Language, 1996 "battery" (def. 6), The nd

Unabridged Edition (2 edition), http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(electrici ty)#cite_ref-16 5.

DINGRANDO 665, http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(electrici ty)#cite_ref-17

6.

BBC- Rough Science Library, 2007 http://www.open2.net/science/roughscience/li brary/batteries.htm

7.

SASLOW

338,

http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(el ectricity)#cite_ref-19 8.

DINGRANDO

666,

http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(el ectricity)#cite_ref-20 9.

KNIGHT

943,

http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(el ectricity)#cite_ref-pse943_21-0, http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(el ectricity)#cite_ref-pse943_21-1 10. KNIGHT

976,

http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(el ectricity)#cite_ref-pse976_22-0, http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_(el ectricity)#cite_ref-pse976_22-1 11. BATTERY UNIVERSITY, 2008, How does the internal battery resistance affect performance? http://www.batteryuniversity.com/partone22.htm.

367


368

ANALISIS INVERTER SEBAGAI CATU DAYA ALAT PENCUPLIK UDARA

Recommend Documents