BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian dan analisa dari setiap modul yang mendukung sistem secara keseluruhan. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui apakah sistem yang dirancang dapat memberikan hasil sesuai dengan harapan dalam hal ini sesuai dengan spesifikasi yang telah ditulis, sedangkan analisis digunakan untuk membandingkan hasil perancangan dengan hasil pengujian. 4.1. Mekanik 4.1.1. Beban Bertingkat Mekanik Target beban abstraknya adalah 27,5 kg, 30 kg dan 32,5 kg yang dianggap merupakan beban awal ditarik. Karena ada faktor gaya gesek dan masa piringan yang tidak bisa diabaikan untuk mencari beban tarikannya maka dicari melalui pengujian dengan cara menarik secara perlahan hingga generator mulai bergerak. Dengan menggunakan alat pengukur massa maka dapat diketahui beban awalnya dalam satuan kilogram. Gambar alat pengukur massa dan tabel hasil pengujiannya sebagai berikut.
Gambar 4.1. Alat Pengukur Massa
36
Tabel 4.1. Jumlah Rata-rata Beban Bertingkat Nomor 1 2 3 4 5 6
Jumlah Gerigi 28 24 21 18 16 14
1 28 30 35 42 46 50
Tarikan (dalam kg) 2 3 4 28 29 27 31 30 32 34 33 34 43 44 42 48 46 48 50 50 50
5 28 30 33 42 48 50
Rata-rata tarikan (kg) 28 30,6 33,8 42,6 47,2 50
Dari data yang didapat, beban 28 kg, 30,6 kg, dan 33,8 kg mendekati nilai rata-rata tarikan berturut-turut pada gear nomor 1 (28kg), 2(30,6 kg) ,dan 3 (33,8kg).
Gambar 4.2. Realisasi Mekanik Pengatur Beban Bertingkat
4.1.2. Efisiensi Mekanik Kemudian diuji coba mencari nilai efisiensi sistem mekanik dengan cara melihat banyaknya putaran generator (melalui sensor rpm meter) pada saat ditarik dengan besar beban tertentu (melalui alat pengukur massa). Dari hasil pengujian didapatkan saat ditarik dengan beban 34 kg, energi potensialnya didapatkan melalui persamaan 2.4 didapatkan sebagai berikut.
(4.1) (4.2)
37
Kemudian diketahui massa piringan generator adalah 5 kg dan diameternya adalah 40 cm generator berputar dengan kecepatan sudut 174 rpm atau sebesar 18,22 rad/s, maka menggunakan persamaan 2.8 energi kinetiknya sebagai berikut. Ek = ½ (½ m r2) ω2 Ek = ½ (½ 5 0,22) 18,22
(4.3)
Ek = 16,6 Joule
(4.4)
Dengan mengetahui nilai energi potensial dan kinetik dari mekanik maka efisiensi mekanik adalah (4.5) (4.6) (4.7) Dari perhitungan didapati bahwa efisiensi rata-rata mekanik yang dirancang adalah 7%. Hal ini dipengaruhi oleh gaya pegas dari pegas dan gaya gesek antara rantai dan gear. Tabel 4.2. Efisiensi Mekanik Nomor Gigi 1 2 3
Kecepatan Generator 87 rpm 116 rpm 174 rpm
Tarikan Beban 22 kg 30 kg 34 kg
Energi Potensial 107,8 joule 147 joule 166,6 joule
Energi Efisiensi Kinetik 16,6 joule 4% 29,5 joule 7% 66,4 joule 10 %
4.2. Generator Tujuannya adalah untuk mencari tegangan output dan efisiensi energi pada generator. Pada pengujian yang pertama adalah menguji tegangan keluaran generator dengan variabel kecepatan sudut berbeda-beda. Semakin tinggi kecepatan sudut generator berputar, semakin tinggi tegangan outputnya.
38
Tabel 4.3. Kecepatan dan Tegangan Tanpa Beban Generator Nomor Gigi 1 2 3
Kecepatan Generator 87 rpm 116 rpm 174 rpm
Tegangan AC Tanpa Beban 124 volt 150 volt 190 volt
Pengujian yang kedua adalah untuk mencari daya generator dicari tegangan dan arus listrik outputnya dengan beban yang divariasi dari 10 Ω sampai 100 kΩ. Hasil dari uji coba alat didapatkan tabel dan grafiknya sebagai berikut. Tabel 4.4. Daya Generator Beban 100 kΩ 10 kΩ 1 kΩ 100 Ω 10 Ω
Kecepatan Generator 116 rpm 116 rpm 116 rpm 116 rpm 116 rpm
Tegangan AC 182 V 166 V 70 V 12,5 V 1,2 V
Arus AC 1 mA 12 mA 30 mA 125 mA 120 mA
Daya Generator 0,18 W 1,992 W 2,1 W 1,56 W 1,44 W
Daya(watt)
Beban(Ω)
Gambar 4.3. Grafik Daya terhadap Beban
39
4.3. Konverter Rangkaian konverter terbagi menjadi 5 bagian yaitu konverter AC-DC, komparator, konverter penaik tegangan, dan konverter penurun tegangan.
Gambar 4.4. Blok Diagram Keseluruhan Konverter
Gambar 4.5. Blok Diagram Pengujian Konverter Pertama
Gambar 4.6. Blok Diagram Pengujian Konverter Kedua
Tujuannya adalah untuk mengetahui besarnya efisiensi elektris baik penyearah tegangan AC, penaik, dan penurun tegangan. Pengujiannya dengan memberikan beban yang bervariasi yaitu 10 Ω, 100 Ω, 1 kΩ, 10 kΩ dan 100 kΩ. Hasilnya adalah sebagai berikut. Tabel 4.5. Hasil Pengujian Konverter Pertama
10
Tegangan Input (AC) 1,75 V
Arus Tegangan Input Output (AC) (DC) 16,7 mA 1V
Arus Output (DC) 16,7 mA
100
2,4 V
11,3 mA
1,5 V
1k
3 V 10,75 mA
10k
3V
100k
3V
Beban
Daya Output
Efisiensi
29,23 mW
16,7 mW
57,10%
10,5 mA
27,1 mW
15,8 mW
58,30%
4,5 V
4,3 mA
32,3 mW
19,4 mW
60,00%
5,38 mA
10 V
1 mA
16,1 mW
10 mW
62,10%
1 mA
14 V
0 mA
3 mW
-
-
40
Daya Input
Dari uji coba konverter penaik tegangan, rata-rata efisiensinya adalah sebesar 60 % Tabel 4.6. Hasil Pengujian Konverter Kedua
10
Tegangan Input (AC) 11 V
Arus Input (AC) 2 mA
Tegangan Output (DC) 1V
Arus Output (DC) 22 mA
100
14,5 V
3 mA
1,5 V
1k
18 V
5 mA
10k
18 V
100k
18 V
Beban
Daya Input
Daya Output
Efisiensi
33 mW
20,1 mW
61,00%
16 mA
32 mW
20,2 mW
62,50%
4,5 V
12 mA
135 mW
88,2 mW
65,00%
1 mA
14 V
2 mA
18,9 mW
12,6 mW
66,60%
0 mA
14 V
0 mA
-
-
-
Dari uji coba konverter penaik tegangan, rata-rata efisiensinya adalah sebesar 62%.
4.4. Penyimpanan Energi Tujuannya adalah untuk mengetahui besarnya energi yang dapat disimpan dalam akumulator. Cara pengujiannya adalah akumulator dikosongkan terlebih dahulu. Akumulator kosong tegangannnya adalah 10,9 volt, kemudian alat dijalankan selama 5 menit sehingga tegangannya mencapai 11,05 volt. Akumulator digunakan untuk sumber tegangan lampu LED dan diukur arus dan waktunya sampai tegangan aki kembali menjadi 10,9 volt.
Gambar 4.7. Pengujian Alat 41
Tegangan(V)
Waktu(detik)
Arus(A)
Waktu(detik)
Gambar 4.8. Grafik Arus dan Tegangan Terhadap Waktu Dari grafik didapatkan tegangan rata-ratanya adalah 10,98 volt, arus rata-ratanya adalah 129 mA, dan waktunya adalah 270 detik maka daya yang didapat adalah 1,42 watt dan energi yang didapat adalah 382,4 joule. Apabila setiap orang dianggap melakukan kegiatan ini selama 2 menit (120 detik) dan tiap harinya pengunjung rata-rata 50 orang maka tiap harinya akumulator mendapat pengisian energi sebesar (4.8) (4.9) (4.10)
42
4.5. Penerangan
Gambar 4.9. Pengujian Lampu LED Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya daya yang dibutuhkan lampu LED. Dari hasil pengujian lampu membutuhkan arus 160 mA dengan tegangan 12 volt. Maka daya lampu adalah 2,16 watt. Pengujian ini ditunjukkan oleh Gambar 4.8. Kemudian diujicoba alat dipakai sebanyak 50 kali dengan asumsi setiap aktivitas terdiri 3 set 12 tarikan.
Tegangan akumulator kosong mula-mula adalah 10,9 volt,
kemudian tegangan akhirnya mencapai 11,9 volt. Akumulator digunakan untuk menghidupkan lampu sampai tegangan akumulator kembali menjadi 10,9 volt. Waktu yang didapat adalah 3.720 detik atau 1 jam 2 menit.
4.7. Perbandingan Dengan Spesifikasi Pengujian selanjutnya adalah membandingkan alat yang telah dibuat dengan spesifikasi alat, yaitu : 1. Dimensi keseluruhan alat sekitar 200 cm (P)x100 cm (L)x200cm (T) Tidak ada perubahan dimensi mekanik, ditunjukkan gambar 4.10.
43
Gambar 4.10. Gambar Keseluruhan Alat
2. Dapat ditarik dengan beban bertingkat 27,5 kg, 30 kg, dan 32,5 kg. Dari data yang didapat, beban 28 kg, 30,6 kg, dan 33,8 kg mendekati nilai rata-rata tarikan berturut-turut pada gear nomor 1 (28kg), 2(30,6 kg) ,dan 3 (33,8kg). 3. Menggunakan akumulator kering 12V sebagai media penyimpanan energi. Media penyimpanan menggunakan aki kering 12 V 5,5Ah dengan realisasi ditunjukkan oleh gambar 4.9. 4. Energi yang tersimpan akan dipakai untuk microcontroller sebagai kendali otomatis, dan LCD sebagai HMI(Human Machine Interface). Realisasi Beban dalam hal ini mikrokontroler Arduino Mega2560, LCD 16x2, dan keypad 16 yang digunakan sebagai pemandu aktivitas olahraga fitness. Selain itu digunakan sebagai penerangan yaitu lampu LED dengan daya realisasinya 2,16 watt.
44
