JEECAE. Journal Of Electrical, Electronic, Control and Automotive Engineering. Volume 1, No.1, Oktober 2016 ISSN e-issn

Volume 1, No.1, Oktober 2016

ISSN 2541-0288 e-ISSN 2528-0708

JEECAE

Journal Of Electrical, Electronic, Control and Automotive Engineering

Penerbit : Jurusan Teknik Politeknik Negeri Madiun Jalan Serayu Nomor 84 Madiun KodePos 63133 Telepon +62 351 452970 Faksimile +62 351 452960

JEECAE

Volume 01,No.1, Oktober 2016


Dewan Redaksi

Pelindung

: Direktur

Penanggung Jawab

: Ketua Jurusan Teknik

Ketua Redaksi

: Basuki Winarno, S.T.,M.T. (Power System)

Penyunting

: Ir. Gigih Prabowo, M.T. (Power Electronic) M.Erik Echsony, S.ST.,M.T. (Predictive Control System) Asih Setiarini, S.T.,M.Sc. (Electronic)

Redaktur

: Ardian Prima Atmaja, S.Kom.,M.Cs. (Computer Science) Hanum Arrosida, S.ST.,M.T. (Automation System)

Sekretariat

: Yustina Rachma Sakti, A.Md. Ariati Winda Nintias, A.Md. Linda Yulia Krismawati, A.Md.

i

JEECAE

Volume 01,No.1, Oktober 2016


Daftar Isi

Dewan Redaksi..........................................................................................................i Daftar Isi ..................................................................................................................ii Analisis Simulasi Power System Stabilizers (PSS) pada Single Machine Damping System .....................................................................................................................1 Optimalisasi Daya Pembangkit Listrik Tenaga Angin Turbin Sumbu Horizontal dengan Menggunakan Metode Maximum Power Point Tracker ............................ 7 Kajian Harmonisa Arus pada Gedung M.Nuh Lantai 3 Politeknik Negeri Madiun .13 .13 Sistem Kendali Arah pada Robot Berstruktur Origami dengan Variasi Gangguan Roda Berbasis Gyrorate Sensor .................................................................................19 .................................................................................19 Pengendalian Gerak Robot Penghindar Halangan Menggunakan Citra dengan Kontrol PID ....................................................................................................25 ....................................................................................................25 Decision Support System untuk Pelayanan Gangguan Listrik Pelanggan ...............31 ...............31 Monitoring Perbandingan Kualitas Air Danau dan PDAM Menggunakan Sensor Turbidity, pH, dan Suhu berbasis Web ................................................................37 ................................................................37 Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Perubahan Sudut Injektor pada System EFI Terhadap Performa Motor 4 Langkah ................................................................47 ................................................................47 Pengaruh Variasi Diameter Pulley Alternator dan Daya Motor Terhadap Arus dan Kecepatan Proses Pengisian Baterai 12 Volt .......................................................53 .......................................................53 Pengaruh Penggunaan Panas Gas Hasil Pembakaran Terhadap Penguraian Gas CO (Karbon Monoksida) Menjadi C (Karbon) dan O2 (Oksigen) pada Asap Knalpot Sepeda Motor dengan Adsorben Zeolit .............................................................59 .............................................................59 Kekuatan Sambungan AL/CFRP Menggunakan Adhesif Epoksi/Serbuk-AL dengan Variasi Pressure Level ....................................................................................65 ....................................................................................65 Studi Eksperimen Rancang Bangun Rangka Jenis Ladder Frame pada Kendaraan Sport .............................................................................................................71 .............................................................................................................71

i ii

Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE)

Analisis Simulasi Power System Stabilizers (PSS) pada Single Machine Damping System R. Jasa Kusumo Haryo

Sukamto

Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia e-mail: [email protected]

Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia e-mail: [email protected]

Abstrak — Untuk menyuplai kebutuhan energi listrik dibutuhkan kemampuan pada sistem pembangkit yang dapat dihandalkan, hal ini berpengaruh pada kualitas daya listrik yang disalurkan kepada konsumen tersebut. Untuk memperoleh daya listrik yang berkualitas dibutuhkan pengaturan sistem pada sisi pembangkit yang efektif dan efisien. Maka dari itu perlu dilakukan pengaturan desain pada pembangkit yang dalam hal ini generator pembangkit sehingga didapatkan generator yang benar-benar baik dan dapat dihandalkan kualitasnya. Untuk mendapatkan hasil terbaik, maka dilakukan simulasi pada sisi generator sebagai wujud perkembangan teknologi yang pada akhirnya dengan memanfaatkan perkembangan teknologi pada sistem tenaga listrik akan lebih mudah dalam mendesain dan memperoleh hasil sesuai dengan yang diinginkan.

Kata kunci— simulasi, kualitas daya, generator, Power System Stabilizers (PSS).

I. PENDAHULUAN Generator pembangkit memiliki banyak komponen yang berpengaruh terhadap kualitas daya listrik yang dihasilkan. Pada Generator Sinkron ada 2 (dua) bagian pengontrol yang digunakan sebagai umpan balik untuk pengaturan generator, yaitu tegangan dan frekuensi. Pada makalah ini akan dibahas pemodelan pada sistem eksitasi generator pembangkit menggunakan Power System Stabilizers (PSS) untuk menganalisis kestabilan sistem pembangkit tenaga listrik dari sisi pengaturan medan generator. Penelitian ini membahas tentang simulasi Power System Stabilizers (PSS) pada generator sistem pembangkit tenaga listrik dalam menyuplai energi kepada konsumen. Simulasi dilakukan pada sistem tenaga listrik yang dapat meredam osilasi daya sehingga pada sistem pembangkit tidak dijumpai lagi adanya osilasi daya yang tentunya sangat berpengaruh terhadap kinerja pembangkit. Untuk meredam osilasi daya pada sistem pembangkit, dalam penelitian ini akan dilakukan metode simulasi dengan software MATLAB pada sistem generator pembangkit yang dilengkapi PSS. Hasil dari penelitian ini adalah osilasi daya yang teredam dengan ditandai settling time yang cepat dan overshoot yang rendah sehingga akan diperoleh respon frekuensi pada pembangkit yang baik.

Tujuan dari sistem eksitasi pada generator adalah untuk mengontrol arus medan generator sinkron tersebut. Simulasi yang dilakukan menggunakan Matlab/Simulink untuk memodelkan sistem eksitasi generator menggunakan PSS. II. METODOLOGI A. Model Linear Sistem Tenaga Listrik Model linear sistem tenaga listrik digunakan untuk menganalisis perilaku sistem akibat gangguan kecil, seperti perubahan beban yang kecil. Pada saat terjadi gangguan, sistem cenderung untuk menuju kondisi operasi yang baru. Selama terjadi perubahan dari kondisi awal ke kondisi operasi yang baru, sistem mengalami osilasi. Jika perubahan variabel state sistem sangat kecil (perubahan parameter xi dari xi0 sampai xi0+∆xi, dengan ∆xi adalah perubahan dari parameter xi yang kecil), maka sistem beroperasi di dekat daerah kondisi awal. Kondisi awal sistem dapat dianggap sebagai kondisi operasi awal yang tetap. Untuk menguji perilaku sistem saat terjadi gangguan kecil, persamaan sistem dilinearisasi dengan kondisi awal yang tetap. Dengan cara linearisasi, persamaan linear dapat diperoleh dari persamaan sistem. Persamaan linear baru yang diperoleh, diasumsikan valid dalam daerah dekat kondisi awal yang tetap. Sebagai contoh, diberikan perkalian xixj. Variabel xi dan xj mempunyai kondisi awal xi0 dan xj0 yang dapat direpresentasikan sebagai nilai perubahan ∆xi dan ∆xj. Kondisi awal perkalian ini adalah xi0xj0. B. Transformasi Park Transformasi Park digunakan untuk menyederhanakan model matematik dari generator sinkron. Dalam transformasi tersebut, didefinisikan variabel baru yang diperoleh dari hasil proyeksi tiga variabel yang ada. Variabel baru itu adalah d (direct axis), q (quadrature axis), dan stationary axis. Transformasi dikembangkan secara matematik diperlihatkan pada pada Gambar 1.

JEECAE Vol.1, No.1, Oktober 2016 1

Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Sumbu a Sumbu d

Sumbu q

 fb n' ib

Arah putaran

iD

iQ

sa

iD Sumbu b

sc

iF iF

n' fc ic

vd  rid  Lq iq  kM Q iQ  n' ia

iQ sb

dari beberapa persamaan yang membentuk suatu model generator. Persamaan tegangan sumbu d dalam p.u sebagai berikut, Ld  M M id  k F iF  D iD

R

R

R

Persamaan tersebut dapat dilinearisasi dengan proses sebagai berikut,

fa

Sumbu c

Gambar 1. Representasi Mesin Sinkron

Dari Gambar 1 dapat diperoleh besaran-besaran dalam sumbu d, q yang diproyeksikan dari sumbu a, b, dan c yang ada. Jika arus ia, ib, dan ic dinyatakan dalam koordinat d, q, maka dapat diperoleh Persamaan sebagai berikut: isumbuq  (2 / 3)[ia sin  ib sin(  2 / 3)  ic sin(  2 / 3)]

isumbud  (2 / 3)[ia cos  ib cos(  2 / 3)  ic cos(  2 / 3)]

vd 0  vd   rid 0  id   0   Lq iq0  iq 







L  k 0   M Q iQ0  iQ  d i  i d R d 0 M M  k F i  i  D i  i F 0 F D R  R D0











Dengan menguraikan Persamaan di atas, maka didapat Persamaan sebagai berikut.   vd 0  vd    rid 0  0Lqiq(2.3) 0  0kM QiQ0  Ld id 0  kM F iF 0  kM DiD0  rid  0 Lq iq  iq0 Lq   0 kM QiQ

(2.4)

Dalam tranformasi ini, sumbu a dijadikan sebagai sumbu referensi. Pengaruh Tranformasi Park adalah pengubahan semua besaran stator dalam phasa a, b, c ke dalam besaran baru yang bergerak bersama rotor. Jika terdapat tiga variabel ia, ib, ic maka diperlukan tiga variabel baru. Tranformasi Park menggunakan dua variabel baru dalam sumbu d, q dan satu variabel lagi berupa arus stasioner yang sebanding dengan arus urutan nol. Bentuk matematik dari Transformasi Park adalah sebagai berikut, iodq  Piabc

dengan, P

1 / 2 2  cos 3 sin 

  cos(  2 / 3) cos(  2 / 3) , sin(  2 / 3) sin(  2 / 3)   1/ 2

iQ0 kM Q   Ld id  kM F iF  kM D iD

Pada Persamaan di atas, nilai vdo sama dengan nilai suku di dalam kurung di sisi kanan. Sehingga persamaan perubahan vd dapat dituliskan menjadi Persamaan berikut.





vd  rid  0Lq iq  0kM QiQ  iq0 Lq  iQ0kM Q  Ld id  kM F iF  kM D iD

(2.5) Jika q0 = (iq0Lq + iQ0kMQ), maka Persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut.

1/ 2

 io  ia    iodq  id  dan iabc  ib  i  ic   q

Transformasi di atas juga berlaku untuk besaran tegangan dan fluks bocor. Transformasi tersebut digunakan untuk memodelkan generator yang akan disimulasikan dalam penelitian ini.

vd  rid  0Lq iq  0kM QiQ  q0 Ld id  kM F iF  kM D iD

Dengan cara yang sama, persamaan perubahan tegangan pada sumbu q dapat dituliskan sebagai berikut. vq  0 Ld id  0 kM F iF  0 kM D iD  id 0 Ld  iF 0 kM F

 iD0 kM D   riq  Lq iq  kM Q iQ

Jika d0 = (id0Ld + iF0kMF + iD0kMD), maka Persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut.

C. Model Linear Generator Sinkron Dalam penelitian ini disimulasikan model linear generator sinkron karena model generator yang ada masih dalam bentuk nonlinear . Model generator harus dilinearisasi sehingga menjadi model linear generator. Model generator sinkron terdiri


vq  0 Ld id  0 kM F iF  0 kM D iD  d 0 

 riq  Lq iq  kM Q iQ

(

Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Persamaan kumparan medan dari generator sinkron dalam bentuk linear ditunjukkan pada Persamaan di bawah ini .  vF  rF iF  kM F id  LF iF  M R iD Persamaan kumparan peredam yang telah dilinearisasi terdapat pada Persamaan di bawah ini. 0  rD iD  kM D id  M R iF  LD iD 0  r i  kM i  L i Q

Q

Q

q

Q

Q

Persamaan linear torsi dituliskan pada Persamaan berikut ini.









1 Ld iq0  q0 id  d 0  Lq id 0 iq  kM F iq0 iF 3  kM Diq0iD  kM Qid 0iQ  D

 j   Tm 



Persamaan di atas dapat diubah ke dalam bentuk Persamaan sebagai berikut. Tm 

Ld iq0  q0  i  d 0  Lqid 0  i



3 kM D iq0 3

d

iD 

3

kM Q id 0 3

q



kM F iq 0 3

 Ld kM F  kM LF  F kM D M R 0  0  0 0   0 0  0 0 

kM D

0

0

0

MR LD

0 0

0 0

0 0

kM Q

0

0(2.13)Lq 0

kM Q

0

0

LQ 0

0

0

0

0  j 0

0  id  0  iF    0 iD  0  iq    0  iQ  0      1 





(2.14) atau dalam bentuk Persamaan : v  Kx  Mx (2.15) Persamaan tersebut dapat diubah ke dalam bentuk umum persamaan matriks keadaan x  Ax  Bu , sebagai berikut: v  Kx  Mx Mx  Kx  v x  M 1Kx  M 1v

dengan A = - M-1K, B = - M-1 Model generator dapat disimulasikan dengan beberapa cara. Pada penelitian ini, blok diagram model linear generator disimulasikan dalam bentuk Gambar 2.

iF

iQ  D   j 

Persamaan perubahan sudut rotor generator diberikan pada Persamaan: 0     Persamaan -persamaan di atas merupakan persamaan linear generator sinkron tanpa beban. Persamaan linear generator tersebut dapat dituliskan ke dalam model matriks keadaan sebagai berikut. r   vd    v  0  F  0  0    vq      0 Ld   0   0   q 0  Ld iq 0  Tm   3  0     0 

 0 kM Q 0 0 0 rQ kM Q id 0 3 0

q 0

0

  id  0 0   i F   0 0  i D    d 0 0   iq  0 0   i  Q      D 0       1 0

0

0

0 Lq

rF 0  0 kM F 0  kM F iq 0 3 0

0

0

rD  0 kM D 0  kM D iq 0 3 0

0 r 0  kM Q id 0 3 0

Gambar 2. Blok Diagram Simulink Model Linear Generator

Matrik A, B, C, D dari generator sinkron ditulis dalam m-file, dan nilainya di-load dengan menggunakan block function state-space yang terdapat pada simulink. D. Plant Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik yang disimulasikan ditunjukkan pada Gambar 3. Sistem tenaga listrik digunakan sebagai plant dalam simulasi. Sistem tenaga listrik terdiri dari 1 buah pembangkit dengan jumlah bus total sebanyak 5 bus.



Parameter dinamik mesin, data beban dan pembangkitan serta data saluran transmisi digunakan untuk perhitungan reduksi admitansi jaring dan parameter model linear single machine. PSS dipasang pada sisi generator. PSS menggunakan penyimpangan kecepatan rotor generator sebagai sinyal input. Output PSS merupakan tegangan yang diumpankan pada sistem eksitasi.

Gain1 -K-

1

1

1 Wd

Tg1.s+1

Tm

Sum1

filter1

0 GSC

Gambar 5. Model Governor dalam Simulink

Fast exciter yang digunakan adalah model fast exciter pada Gambar 6. 2 VT

Ka1

1

1

Ta1.s+1

VR Sum

Transfer Fcn

Efd Saturation

3 Vpss

Gambar 3. Sistem Tenaga Listrik

Pemodelan PSS pada generator sistem pembangkit ditunjukkan pada Gambar 4.

VQ

1

VD

VD

VQ

id

1

-v F

iF

id Terminator

0

v1

iD

Constant

vq

iq

2

0

v2

iQ

iq

Constant1

Tm

w

0

v3

del

Constant2

2

vd

Tm

vq

del

Terminator2 3

4 del1

Wd

governor

1 W

DQ-dq

-KKpss7

3 In1

Power System Stabilizers (PSS) berfungsi untuk meredam osilasi frekuensi pada sistem pembangkit yang disebabkan oleh adanya perubahan beban yang fluktuatif. PSS merupakan peralatan yang menghasilkan sinyal kontrol untuk diumpankan pada sistem eksitasi. Fungsi dasar PSS adalah menambah batas kestabilan dengan mengatur eksitasi generator untuk memberi redaman terhadap osilasi rotor mesin sinkron. Komponen PSS tampak pada gambar 7.

del

Generator

vd

Terminator1

Gambar 6. Model Fast Exciter dalam Simulink

T1(7).s+1

T3(7).s+1

T2(7).s+1

T4(7).s+1

Washout

lead-lag

Lead-lag

1 Vs

VR

VR Vt

Tw(7).s Tw(7).s+1

VT

Ef d

Gambar 7. Komponen PSS

-1

In2

Gain

Vpss

Subsystem

FastExciter1 Scope1 Vs

Scope3

III. HASIL DAN ANALISIS

W

PSS

Gambar 4. Model Generator dalam Simulink

Adapun governor yang dipakai pada simulasi ini menggunakan model seperti pada Gambar 5.

Simulasi pada sistem yang dilakukan membandingkan overshoot dan settling time antara sistem tanpa kontrol dan sistem yang dilengkapi dengan PSS. Pengamatan dilakukan pada 1 buah pembangkit sistem interkoneksi jaringan tenaga listrik. A. Parameter Dinamik Mesin pada Pembangkit Data simulasi yang digunakan adalah sistem tenaga listrik sebagai plant dalam simulasi. Sistem tenaga listrik yang disimulasikan adalah jaring tenaga listrik yang terdiri dari 1 buah pembangkit dengan jumlah bus total sebanyak 5 bus.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Untuk mengerjakan penelitian ini, diperlukan data-data parameter dinamik mesin. Data-data tersebut ditunjukkan dalam Tabel 1 berikut,

-4

4

3

2

Tabel 1 Parameter Dinamik Mesin

Grati

X’

X ’’

X

X’

X ’’

(pu)

(pu)

(pu)

(pu)

(pu)

(pu)

1.7

0.25

0.19

1.64

0.38

0.19

d

d

d

q

q

q

Tanpa Kontrol

H Kg (det)(pu) 3.5

20

T

K

(det)

(pu)

(det) (det)

1

100

0.04

g

T

A

A

T ’ do

5.9

1 Variasi Frekuensi (p.u)

Pembangkit

X

PLTGU Grati

x 10

0

-1

-2

-3

-4

B. Beban dan Pembangkitan

-5 0

Sebelum melakukan simulasi lebih lanjut, diperlukan data beban dan pembangkitan yang dapat diperoleh dengan melakukan simulasi menggunakan software MATLAB. Hasil dari simulasi ini mendapatkan hasil berupa Daya Aktif dan Daya Reaktif pada pembangkitan dan konsumsi daya. Datadata tersebut ditunjukkan dalam Tabel 2 berikut,

PSS

5 Waktu (detik)

10

Gambar 8. Respon variasi frekuensi PLTGU Grati

IV. KESIMPULAN

Grati

Generator

2

Pedan

Beban

-

-

424.0

219.0

3

Ungaran

Beban

-

-

213.0

284.0

Dari hasil simulasi pemasangan PSS pada pembangkit untuk meredam osilasi pada sistem jaring tenaga listrik dapat disimpulkan sebagai berikut, 1. Pemasangan PSS pada pembangkit dapat meredam osilasi pada sistem jaringan listrik. 2. Sistem yang dilengkapi PSS dapat menekan overshoot respon variasi frekuensi pada pembangkit dari -5.10-4 p.u. menjadi -3,4.10-4 p.u. 3. Sistem yang dilengkapi PSS dapat mempercepat settling time respon variasi frekuensi menjadi 5 detik.

4

Kediri Surabaya Barat (Krian)

Beban

-

-

401.0

230.0

DAFTAR PUSTAKA

Beban

-

-

787.0

58.0

Tabel 2. Data Beban dan Pembangkitan

No 1

5

Bus

Jenis

Pembangkitan P(MW) Q(Mvar) 442.00 212.63

Konsumsi P(MW) 104.0

Q(Mvar) 15.0

C. Saluran Transmisi Untuk melakukan simulasi berikutnya, diperlukan data beban saluran transmisi. Hasil simulasi pada saluran transmisi tampak pada Tabel 3 berikut, Tabel 3. Beban Saluran Transmisi

No.

Saluran

R + j X (pu)

Jarak(Km)

1

Ungaran-krian

0.0147 + j 0.1413

251.00

2

Ungaran-Pedan

0.0088 + j 0.0836

75.00

3

Krian-Grati

0.0103 + j 0.1151

74.00

4

Pedan-Kediri

0.0206 + j 0.2303

202.78

[1] K. R. Padiyar, ‖Power System Dinamics : Stability and Control‖, John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd, Singapore and Interline Publishing Pvt Ltd, Bangalone, India, 1996. [2] D. P. Kothari, I. J. Nagrath, ― Modern Power System Analysis‖, McGraw-Hill Eduation (Asia), Singapore, 2004. [3] Hadi Saadat, ―Power System Analysis‖, McGraw-Hill, Eletrial Engineering Series, Singapore, 1999. [4] P.M. Anderson & A.A. Fouad, Power system control and stability, The Lowa State University Press, 1977. [5] M.A. Pai, Power System Stability, North Holland Publishing Company, 1931. [6] Kundur P, Power system stability and control, NewYork: McGraw-Hill,1994. [7] Qian Liu, Damping controller design for FACTS devices in power systems using novel control techniques, Iowa State University, Iowa, 2006. [8] Imam Robandi, Desain Sistem Tenaga Modern: Optimisasi, Logika Fuzzy, dan Algoritma Genetika. Andi Offset, 2006 [9] Hendrik Maryono, Koordinasi Power System(PSS) dan Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC)Damping Controller Menggunakan AIS Via Clonal Selection, Proceeding of The 7th Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (SITIA) Surabaya-Indonesia, May 2nd, 2006.

Respon variasi frekuensi pada PLTGU Grati terlihat pada Gambar 8.



Halaman ini sengaja dikosongkan


Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE)

Optimalisasi Daya Pembangkit Listrik Tenaga Angin Turbin Sumbu Horizontal dengan Menggunakan Metode Maximum Power Point Tracker Nur Asyik Hidayatullah

Hanifah Nur Kumala Ningrum

Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Madiun Indonesia Email: [email protected]

Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Madiun Indonesia Email: [email protected]

Abstrak— Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang terus meningkat serta tuntutan energi yang ramah lingkungan, efisien dan berkelanjutan, maka pemanfaatan energi terbarukan harus terus ditingkatkan. Metode yang digunakan adalah dengan membangun pembangkit listrik tenaga angin turbin sumbu horizontal. Teknologi ini mempunyai kelebihan bisa menangkap angin dengan kuat, karena posisinya yang tinggi, efisiensi rotor yang lebih tinggi di banding tipe vertikal, bisa diarahkan ke arah angin, dan mempunyai mekanisme perlindungan terhadap angin yang merusak.Keunggulan teknologi ini sangat cocok dengan topografi negara Indonesia yang memiliki kecepatan angin relatif rendah.Pembangkit listrik tenaga anginturbin sumbu horizontal mempunyai rasio daya yang rendah. Rasio daya keluaran pembangkit listrik tenaga angin dengan turbin tipe horizontal hanya sekitar 30% dari daya angin yang melewati turbin. Pada penelitian ini, untuk meningkatkan daya keluaran pembangkit listrik tenaga angin maka digunakan metode Maximum Power Point Tracker. Dari hasil percobaan dengan berbagai kecepatan angin di dapati bahwa rata-rata daya tanpa MPPT hanya sekitar 44,33% saja sedangkan yang dengan MPPT rasio daya rata-rata mengalami kenaikan yaitu sebesar 49,51%.

dengan kincir anginnya. Memasuki abad ke-21 penggunaan energi angin semakin meluas ke negara berkembang dan kapasitasnya bertambah 25 % setiap tahunnya [1]. Pembangkit listrik tenaga angin mempunyai efisiensi daya yang rendah. Namun energi angin yang bisa ditangkap hanya sekitar 3040%. Permasalahan inilah yang akan dibahas pada penelitian ini, yaitu meningkatkan rasio daya keluaran pembangkit listrik tenaga angin.

Kata kunci — Turbin Angin Horizontal; MPPT; Optimalisasi Daya Pembangkit.

B. Daya pada Turbin Energi kinetik pada turbin bisa dirumuskan [2]:

I.

PENDAHULUAN

Listrik dikenal sebagai sumber energi pembawa, energi pembawa adalah suatu substansi atau sistem yang memindahkan energi dalam suatu bentuk dari satu tempat ke tempat yang lain. Listrik dibangkitkan oleh suatu pembangkit, dari suatu energi primer dikonversikan dalam energi listrik. Sebagai contoh sumber energi primer adalah bahan bakar fosil (batubara, minyak bumi, dan gas alam) air, sinar matahari, angin, biomassa, dan lain-lain. Mulai tahun 1970-an, penggunaan energi fosil mulai dikurangi karena dampaknya yang tidak bersahabat dengan lingkungan dan jumlah ketersediaannya di alam yang semakin berkurang. Dan digantikan dengan sumber energi yang ramah lingkungan dan ketersediannya melimpah yang disebut energi terbarukan. Jenis energi terbarukan ini salah satunya adalah energi angin. Penggunaan angin untuk sumber energi sudah dimanfaatkan sejak dulu oleh bangsa Belanda yang terkenal

II. METODOLOGI A. Turbin Angin Turbin angin merupakan suatu bagian dari sistem pembangkit tenaga angin dimana berperan sebagai penangkap energi angin untuk ditransformasikan menjadienergi gerak untuk memutar generator. Ada banyak tipe dari turbin angin menurut bentuknya. Antara lain jenis propeller, darrieus, sailwing, fan-type, savious, tipe vertikal dan horizontal.

Ek= 1/2 mv2 (1) Karena massa bisa diganti dengan kerapatan udara ρ, Luas area A, dan kecepatan v, maka bisa ditulis: m = ρAv (2) Sehingga bila persamaan (1) dan (2) digabungkan maka: Pw = 1/2ρAV3 (3) Dengan ; Pw adalah daya angin (Watt) Ρ adalah kerapatan udara (kg/m3) (pada 15o C dan tekanan 1 atm, ρ= 1.225 kg/m3) A adalah luas area turbin yang dilewati angin (m2) (A = (π/4)D2), V adalah kecepatan angin (m/s)

Daya yang bisa ditangkap oleh turbin :


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Po = (v2-vo2) (4) Po adalah daya yang bisa diektraksi turbin/ daya output turbin ( Watt) V adalah kecepatan upstream yang melewati turbin Vo adalah kecepatan downstream yang melewati turbin

Koefisien daya ini bisa dihitung dengan berbagai persamaan, untuk menghitung Cp kita gunakan persamaan [4]: Cp (λ, β) = c1(

- c3 β – c4 )

λ

+ c6λ

(11)

Dengan Karena kecepatannya tidak selalu tetap maka kita mengambil rata-rata dari kecepatan upsteam dan downstream yaitu 1/2( v+vo) maka persaman (2) menjadi: ˙ m = ρA ((v+vo)/2) (5) Dan daya yang bisa diekstraksi menjadi[2] :

Po= 0

(

)

1(

)

(6)

λ

=

λ

β

–

β

(12)

λ = tip speed ratio (kecepata rotor dibanding kecepatan angin) β = sudut sudu turbin (o) Dari persamaan ini kita bisa melihat ada pengaruh sudut sudu turbin terhadap koefisien daya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Persamaan ini menjadi [2]: (

),

( ) -

Po= (7) P o=

(8) (

),

( ) -

Cp=

(9)

Cp adalah koefisien daya atau efisiensi turbin.

Gambar 2. Karateristik β terhadap Cp[4]

Sudut sudu (β) merupakan sudut yang dibentuk antara sudu dengan sumbu horizontal rotor. Bila β bertambah besar maka daya mekanik turbin akan semakin berkurang. Bila kecepatan angin semakin besar maka daya akan semakian besar. Untuk menghindari beban berlebih maka β ini diatur agar system tetap aman.

Gambar 1.Kurva efisiensi rotor dibandingkan dengan Vo/V atau Cp [3]

Berdasarkan gambar 1 nilai maksimum Cp adalah 0.59. namun ini hanya secara teori saja, nilai pada umumnya antara 0.4 sampai 0.5 untuk turbin kecepatan tinggi dan 0.2-0.4 untuk turbin kecepatan rendah. C. Pengaturan Sudut Sudu Daya pada turbin angin dipengaruhi oleh besarnya kecepatan angin yang memutar turbin (persamaan 3) semakin besar kecepatan angin ,daya yang dihasilkan semakin besar. Untuk menghitung daya mekanik turbin kita gunakan koefisien daya (Cp) sebagai pengalinya sesuai rumus: Pm = Cp x Pw


(10)

D. Maksimum Power Point Tracker Maksimum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu metode yang digunakan untuk mengoptimalkan daya keluaran berbagai pembangkit listrik. Pada pembangkit listrik tenaga angin, MPPT biasa digunakan untuk mengoptimalkan daya keluaran dari generator dengan menggunakan konverter daya elektronik. Selain itu MPPT bisa digunakan untuk menghindari kelebihan daya bila ada penambahan kecepatan angin. Contoh hubungan antara kecepatan angin dengan daya yang dibangkitkan bisa dilihat pada gambar 3. Pada gambar ini, sudu mulai bergerak pada kecepatan 4 m/s dan efisiensi optimal aerodinamiknya didapat pada kecepatan angin 15 m/s. pada kecepatan 25 m/s daya yang diterima dibatasi untuk menghindari kelebihan beban pada turbin angin. Pada kecepatan cutout angin, turbin berhenti berputar untuk menghindari kerusakan [5].

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) input Kecepatan Angin

Wind turbine

V Penyearah

Generator

Penyearah

Boost DCDC Converter

Beban

Duty Cycle Daya Beban

MPPT

Gambar 4. Diagram Blok Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan MPPT

Gambar 3.Daya output turbin angin sebagi fungsi dari kecepatan angin [6].

Selama kondisi kecepatan angin maksimal, generator angin menggunakan metode yang bervariasi untuk algoritma MPPTnya, salah satunya dengan Perturbation and Observation (P&O) Control. MPPT ini didasarkan pada monitoring output wind-generator (WG) dengan mengukur tegangan atau arus keluaran dari WG dan mengatur duty cycle dari dc/dc converter sesuai hasil perbandingan antara nilai daya keluaran WG.

H. Pemodelan Sistem Tanpa MPPT Pemodelan sistem tanpa MPPT yaitu gambar 5 digunakan untuk mengetahui karakteristik sistem pembangkit listrik tenaga angin. Sistemnya terdiri dari turbin angin generator induksi, kemudian disearahkan dengan rectifier dan diukur daya keluaran dengan memasang amperemeter dan voltmeter. Daya yang diperoleh dihitung berdasakan hasil kali nilai pada amperemeter dan voltmeter yang sudah di-RMS-kan.

E. Bost Converter Pada MPPT ini digunakan boost converter berfungsi untuk mengatur tegangan wind turbine ke tegangan beban, sedemikian sehingga daya output selalu berada di titik daya maksimum [7]. F. Inverter Inverter digunakan untuk mengubah tegangan input DC menjadi tegangan AC. Keluaran inverter dapat berupa tegangan yang dapat diatur dan tegangan yang tetap. Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, cell bahan bakar, tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Tegangan output yang biasa dihasilkan adalah 120 V 60 Hz, 220 V 50 Hz, 115 V 400 Hz [8]. G. Metodologi Penelitian Tujuan utama penelitian ini adalah bagaimana meningkatkan rasio daya keluaran sistem pembangkit listrik tenaga angin tipe horizontal wind turbine. Agar mendapatkan hasil kerja yang baik serta maksimal, maka dalam pelaksanaannya dilakukan perancangan, instalasi dan evaluasi sistem di Politeknik Negeri Madiun. Agar mendapat hasil yang akurat maka perlu dibandingkan antara sistem dengan memakai MPPT dan tanpa MPPT. Desain Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan MPPT Desain sistem penelitiannya yaitu dengan menggunakan pembangkit listrik tenaga angin turbin sumbu horizontal dengan daya keluaran sekitar 1kW. Pada bagian keluaran generator dihubungkan dengan Maximum Power Point Tracker (MPPT) .

Gambar 5. Pemodelan sistem tanpa MPPT

-

Pemodelan Sistem dengan MPPT dengan Menggunakan Algoritma Perturbation & Observation (P&O) Untuk pengaturan daya yang optimal digunakan Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan mengatur duty cycle pada Boost DC-DC Converter. Algoritma yang digunakan adalah Perturbation & Observation (P&O) yang cukup sederhana dan mudah. Gambar 6 menunjukkan Sistem dengan MPPT.

-

Gambar 6. Pemodelan sistem dengan MPPT



III. HASIL DAN ANALISA Dalam bab ini akan dibahas mengenai hasil simulasi dan analisis data dari pengujian sistem pembangkit listrik tenaga angin yang meliputi: 1). Pengujian tanpa MPPT dengan beberapa kecepatan angin dan variasi beban. 2). Pengujian dengan MPPTdengan beberapa kecepatan angin dan variasi beban. Data yang dianalisis meliputi: Untuk pengujian 1) dan 2) meliputi daya dan daya ratarata dari sistem pembangkit listrik tenaga angin. A. Pengujian sistem tanpa MPPT Pengujian ini untuk mengetahui karakteristik dari sistem. Pada pengujian ini akan dihitung daya elektris yang dibangkitkan generator dengan menghitung daya pada keluaran rectifier tiga fasa dan pada keluaran rectifier yang dipasang di beban. Daya keluaran ini dihitung berdasarkan nilai tegangan dan arus yang terbaca pada voltmeter dan amperemeter. Untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus yang pasti (tanpa ripple) dipasang signal rms untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus rms. Kemudian hasil perkalian tegangan dan arus kita plot dalam grafik yang menampilkan karakteristik pengaruh beban terhadap daya keluaran sistem. Hasil simulasi bisa dilihat di Tabel 1. Tabel 1 Hasil simulasi tanpa MPPT untuk berbagai kecepatan angin dan variasi beban.

R (ohm) 25 50 100 500 1000 5000 10K

2 m/s 2.004 327.8 369.8 225.1 135.7 76.97 45.42

Daya pada kecepatan angin (Watt) 3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 1.126 0.5 0.19 0.11 363.8 419.4 493.9 596.7 403.6 452.7 519.5 603.7 239.5 260.8 288.4 323.4 155.7 171.2 171.2 190.8 77.72 78.77 80 81.65 45.86 46.48 47.26 48.19

8 m/s 0.08 896.8 833.8 417.2 242.8 86.03 50.69

Pada pengujian tanpa MPPT ini didapatkan bahwa fluktuasi perubahan dayanya cukup tinggi. Semakin besar nilai beban daya yang dihasilkan semakin turun. Daya beban naik dan turun sesuai dengan pertambahan beban. Kecepatan angin yang berbeda maka didapatkan daya yang berbeda pula, semakin besar kecepatan angin maka daya yang di dapat juga semakin besar. Sesuai dengan rumus (3) : =

ρA

Maka kita lihat dari persamaan tersebut bahwa semakin besar kecepatan angin maka daya yang terukur semakin besar.


Gambar 7. Kurva daya untuk kecepatan 1 m/s sampai 8 m/s

B. Pengujian dengan MPPT Untuk pengujian dengan MPPT turbin angin yang telah kita buat kita sambungkan ke rectifier untuk mendapatkan gelombang DC. Kemudian kita hubungkan ke konverter untuk mengatur besar tegangan. MPPT bekerja dengan mensensor tegangan pada keluaran rectifier dan daya pada keluaran konverter dengan mengalikan tegangan dan arus yang didapat dari voltmeter dan amperemeter dan nilai tersebut sudah dirata-rata dengan memasang signal rms agar kita bisa mendapatkan nilai yang nyata tanpa terpengaruh besarnya ripple. Dan pengaturan besar tegangan tersebut dilakukan dengan cara mengatur duty cycle yang kemudian terhubung dengan PWM. Perubahan duty cycle tersebut mengikuti perubahan dari daya output yang terukur pada beban. Konverter DC-DC tersebut terhubung dengan beban R yang besarnya berubah, dari 25 ohm sampai 1000 ohm, daya beban yang diamati kemudian dicatat sesuai dengan perubahan nilai hambatan pada beban. Berdasarkan karakteristik sistem, didapatkan daya maksimal pada hampir semua kecepatan angin didapatkan pada beban 100Ω, oleh karena itu pengujian sebagai daya maksimum untuk menghitung efisiensi pembangkit, diambil daya acuan (daya pembangkitan maksimal) pada beban 100Ω. Tabel 2. Perbandingan hasil simulasi tanpa MPPT dan dengan MPPT dengan kecepatan angin 3 m/s

R (ohm) 25 50 100 500 1000 5000 10000

Daya (Watt) pada kec. Angin 3 m/s Tanpa MPPT MPPT 1.126 7.6 363.8 365 403.6 430 239.5 268 155.7 150.5 77.72 80.5 45.86 60.8 Rata-rata (%)

Rasio Daya (%) tanpa MPPT 0.28 90.14 100.00 59.34 38.58 19.26 11.36 45.57

dengan MPPT 1.88 90.44 106.54 66.40 37.29 19.95 15.06 48.22

Dari hasil didapatkan bahwa rata-rata daya dibandingkan daya maksimum: • Untuk pengujian tanpa MPPT = 45,57 %

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) •

Untuk pengujian dengan MPPT= 51,88 % Tabel 3 Rasio daya dari beban tanpa MPPT dan dengan MPPT untuk kecepatan angin 4 m/s

R (ohm)

Daya (Watt) pada kec. Angin 4 m/s Tanpa MPPT MPPT

Rasio Daya (%) tanpa dengan MPPT MPPT

25

0.5

5.8

0.11

1.28

50

419.4

470

92.64

103.82

100

452.7

497.6

100.00

109.92

500

260.8

300.5

57.61

66.38

1000

171.2

211.8

37.82

46.79

5000

78.77

89.8

17.40

19.84

10000

46.48

68.5

10.27

15.13

45.12

51.88

Rata-rata (%)

Dari hasil didapatkan bahwa rata-rata daya dibandingkan daya maksimum: • Untuk pengujian tanpa MPPT = 45,12 % • Untuk pengujian dengan MPPT= 51,88 % Tabel 4 Perbandingan hasil simulasi tanpa MPPT dan dengan MPPT untuk kecepatan angin 5 m/s.

R (ohm)



25

0.19

6.74

0.04

1.30

50

493.9

530.5

95.07

102.12

100

519.5

587.34

100.00

113.06

500

288.4

304.73

55.51

58.66

1000

171.2

212.5

32.95

40.90

5000

80

90.67

15.40

17.45

10000

47.26

68.9

9.10

13.26

44.01

49.54

Rata-rata(%)

Dari hasil didapatkan bahwa rata-rata daya dibandingkan daya maksimum: • Untuk pengujian tanpa MPPT = 44,01 % • Untuk pengujian dengan MPPT= 49,54 %

100

603.7

689

100.00

114.13

500

323.4

367.1

53.57

60.81

1000

190.8

234.5

31.61

38.84

5000

81.65

100.6

13.52

16.66

10000

48.19

67.9

7.98

11.25

43.65

49.58

Rata-rata(%)

Dari hasil didapatkan bahwa rata-rata daya dibandingkan daya maksimum: • Untuk pengujian tanpa MPPT = 43,65 % • Untuk pengujian dengan MPPT= 49,58 % Tabel 6. Perbandingan hasil simulasi tanpa MPPT dan dengan MPPT untuk kecepatan angin 8 m/s

R (ohm)


25

0.08

3.5

0.01

0.42

50

896.5

860.6

107.52

103.21

100

833.8

945.3

100.00

113.37

500

417.2

503.1

50.04

60.34

1000

242.8

323.6

29.12

38.81

5000

86.03

100.6

10.32

12.07

10000

50.69

83

6.08

9.95

43.30

48.31

Rata-rata (%)

Dari hasil didapatkan bahwa rata-rata daya dibandingkan daya maksimum: • Untuk pengujian tanpa MPPT = 43,30 % • Untuk pengujian dengan MPPT= 48,31 % Berdasarkan besarnya rasio daya pada 5 sampel kecepatan angin, bisa dilihat bahwa sistem pembangkit listrik tenaga angin dengan MPPT mempunyai rasio daya rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan yang tidak menggunakan MPPT. Artinya pembangkit listrik tenaga angin dengan MPPT mempunyai kinerja dan efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan yang tanpa MPPT. Tabel 7. Rasio Daya Rata-Rata tanpa dan dengan Menggunakan MPPT

Kecepatan angin Tabel 5 Perbandingan hasil simulasi tanpa MPPT dan dengan MPPT untuk kecepatan angin 6 m/s


tanpa MPPT

dengan MPPT

25

0.11

5.6

0.02

0.93

50

596.7

630.5

98.84

104.44

R (ohm)

Rasio Daya (%)


Rasio Daya Rata-Rata(%) tanpa MPPT

dengan MPPT

3 m/s

45.57

48.22

4 m/s

45.12

51.88

5 m/s

44.01

49.54

6 m/s

43.65

49.58

8 m/s

43.30

48.31

Dari berbagai kecepatan angin di atas bisa kita lihat bahwa rata-rata daya tanpa MPPT hanya sekitar 44,33% saja


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) sedangkan yang dengan MPPT rasio daya rata-rata mengalami kenaikan yaitu sebesar 49,51%. IV. KESIMPULAN Penelitian ini telah memaparkan secara komprehensive teknologi turbin sumbu horisontal untuk pembangkit listrik tenaga angin. Untuk meningkatkan rasio daya keluaran sistem pembangkit listrik tenaga angin maka di gunakan metode Maximum Power Point Tracker (MPPT). Dari hasil simulasi didapatkan bahwa sistem yang dilengkapai dengan MPPT bisa meningkatkan efisiensi daya dari sistem. Dari kelima pengujian berdasarkan kecepatan angin didapatkan hasil bahwa pembangkit listrik tenaga angin yang menggunakan MPPT, rasio daya rata-ratanya lebih tinggi daripada yang tidak menggunakan MPPT, oleh karena itu MPPT dapat digunakan untuk meningkatkan rasio daya pembangkit listrik tenaga angin yang dihubungkan pada beban yang bervariasi. UCAPAN TERIMAKASIH

Penelitian ini dibiayai oleh Dana DIPA Nomor: SP DIPA042.04.2.400020/2015 Politeknik Negeri Madiun. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4]

[5] [6]

[7] [8]

Muyen, S.M.. Tamura, Junji.Murata, Toshiaki.‖Stability Augmentation of a Grid-connected Wind Farm‖.Springer.London.2009 Masters, Gilbert M.. ―Renewable &Efficient Electric *Power System‖. Wiley Interscience.London.2004. Patel, Mukund P. ―Wind and Solar Power Systems Second Edition.Taylor&Francis.New York.2006. Wind Turbine :: Blocks (SimPowerSistems™)... Diakses pada 4 April 2015. Ragheb, M. ―Control of Wind Turbines. https://netfiles.uiuc.edu/mragheb . Diakses Pada 16 April 2015. Abarzadeh, Mustafa. Kojabadi, Hossein Madadi. Chang, Liuyen.‖Small Scale Wind Energy Conversion System. Sahand University of Technology. Iran. 2010. Rashid, Muhammad H.‖Power Electronic Handbook‖.Elsevier.2007 Evelina, Winna. ―Analisis Karakteristik Pengaturan. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Jakarta.2008



Kajian Harmonisa Arus pada Gedung M.Nuh Lantai 3 Politeknik Negeri Madiun Hanifah Nur Kumala N.

Asih Setiarini

Teknik Listrik Politeknik Negeri Madiun, PNM Madiun, Indonesia [email protected]

Teknik Komputer Kontrol Politeknik Negeri Madiun, PNM Madiun, Indonesia [email protected]

Abstrak— Energi listrik merupakan komponen utama yang dibutuhkan bagi peralatan listrik yang tersimpan dalam arus listrik dan tegangan listrik. Sebagian besar pemakaian beban listrik di masyarakat hampir 90% memakai beban elektronika atau beban non linier. Pemakaian beban nonlinier akan menimbulkan gangguan harmonisa, merupakan fenomena yang disebabkan oleh pengoperasian beban listrik yang tidak linier. Harmonisa ini mengakibatkan terbentuknya gelombang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi dasar 50/60 Hz untuk gelombang AC, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan secara ideal akan menjadi cacat. Pada beban, harmonisa mengakibatkan overheated pada peralatan yang mengakibatkan derating pada insulasinya sehingga terjadi kerusakan pada peralatan elektronik. Parameter besarnya harmonisa sering dinyatakan dengan THD (Total Harmonic Distortion). Pada penelitian ini Gedung M. Nuh lantai tiga Politeknik Negeri Madiun sebagai objek penelitian karena merupakan pusat laboratorium untuk prodi Teknik Listik dan Teknik Komputer Kontrol yaitu Laboratorium Komputer, LaboratoriumInstalasi Listrik, dan Laboratorium PLC dan Mikrokontoler. Laboratorium tersebut terdapat banyak beban listrik nonlinear yang dapat membangkitkan distorsi harmonik sehingga menyebabkan terganggunya kualitas daya listrik. Berdasarkan pengukuran dan analisis besar Total Harmonic Distortion (THD) yang terjadi di Gedung M. Nuh lantai tiga Politeknik Negeri Madiun didapatkan hasil THD-F dan THD-R arus rata-rata pada segment utara (LP-3A) dan segment selatan (LP-3B) melebihi standar IEEE 512-1992 yaitu sebesar 5%; dan nilai THDi segment LP-3B lebih besar dibanding segment LP-3A. Kata Kunci : Overheated; Beban nonlinier; Total Harmonic Distortion.

I.

Pada sisi beban, harmonisa mengakibatkan overheated pada peralatan yang bisa menyebabkan berkurangnya umur peralatan. Oleh sebab itu, diperlukan harmonisa serendah mungkin. Parameter besarnya harmonisa sering dinyatakan dengan THD (Total Harmonic Distortion). Gedung M. Nuh lantai tiga Politeknik Negeri Madiun merupakan pusat laboratorium untuk prodi Teknik Listik dan Teknik Komputer Kontrol yaitu Laboratorium Komputer, Laboratorium Instalasi Listrik, dan Laboratorium PLC dan Mikrokontoler. Laboratorium tersebut terdapat banyak beban listrik nonlinear seperti motor listrik, generator, transformator, computer, dan peralatan praktikum lainnya yang dapat membangkitkan distorsi harmonik sehingga menyebabkan terganggunya kualitas daya listrik. Oleh karena itu jika Gedung M. Nuh lantai tiga terdapat puluhan perangkat komputer, lampu Tube Lamp (TL) air conditioner, motor listrik dan peralatan elektronik lainnya, maka distorsi harmonisa arus dan tegangan listrik yang terjadi bisa berpengaruh terhadap peralatan-peralatan tersebut. Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini akan mencoba mempelajari dan menganalisis berapa besar Total Harmonic Distortion (THD) yang terjadi di Gedung M. Nuh lantai tiga Politeknik Negeri Madiun sebagai akibat banyaknya bebanbeban listrik nonlinier. II.

METODOLOGI

A. Harmonisa

PENDAHULUAN

Saat ini sebagian besar pemakaian beban listrik di masyarakat hampir 90% memakai beban elektronika atau beban non linier. Pemakaian beban nonlinier yaitu, lampu fluorescent, televisi, komputer, printer, scanner, charger, pendingin ruangan, lemari es, pemanas air, setrika dan rice cooker, motor listrik, transformator, alat las, dan sebagainya. Harmonisa merupakan fenomena yang disebabkan oleh pengoperasian beban listrik yang tidak linier, yang mana akan terbentuk gelombang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi dasar 50/60 Hz untuk gelombang AC, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan secara ideal merupakan gelombang sinusoidal murni akan menjadi cacat [1]-[6].

Harmonisa adalah sebuah fenomena pada sistem tenaga listrik yang menimbulkan permasalahan kualitas dimana bentuk gelombang arus atau tegangan dari suplai akan menjadi terdistorsi sehingga bisa menimbulkan bahaya pada peralatan listrik. Dalam definisi lain harmonisa juga diartikan sebagai gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnyaFrekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonik keduanya adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonik ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya [7]-[11]. Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni atau aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara gelombang


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) murni sesaat dengan gelombang ditunjukkan dalam Gambar 1[12].

harmoniknya

yang

50%

B. Indeks Harmonisa Harmonisa adalah gelombang yang terdistorsi secara periodik yang terjadi pada gelombang tegangan, arus, atau daya terdiri dari gelombang-gelombang sinus yang frekuensinya merupakan kelipatan bulat frekuensi sumber / fundamental, sehingga bentuknya tidak sinusoidal. Hubungan antara frekuensi harmonik dan fundamental ditunjukkan dalam persamaan 1. (1)

Gambar 1. Bentuk gelombang fundamental, gelombang harmonik dan gelombang fundamental yang terdistorsi [12]

Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban non linier. Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedensi dan perubahan tegangan. Sedangkan beban non linier adalah bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengan siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi). Fenomena ini disebut sebagai harmonisa. Timbulnya harmonisa pada sistem tenaga listrik salah satunya disebabkan oleh adanya alat-alat yang mempunyai impedansi tidak linier. Contoh peralatan dengan impedansi tidak linier yang sekarang pemakaiannya sangat berkembang adalah lampu hemat energi. Standar harmonisa diukur berdasarkan standar IEEE 519-1992 yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa. Yaitu batasan untuk harmonisa arus, dan batasan untuk harmonisa tegangan. Untuk standard harmonisa arus, ditentukan oleh rasio ISC/IL. ISC merupakan arus hubung singkat yang ada pada PCC (Point of Common Coupling), sedangkan IL adalah arus beban fundamental nominal. Standard harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang dipakai yang ditunjukkan dalam Tabel 2.

Dengan fn adalah frekuensi harmonic, n adalah kelipatan gelombang (bilangan bulat), danfi adalah frekuensi fundamental. Gelombang harmonik ini akan menumpang pada gelombang fundamental sehingga akan terbentuk gelombang yang terdistorsi. Ini dikarenakan efek penjumlahan dari gelombang harmonisa dengan gelombang fundamentalnya. Gelombang harmonisa ini dapat dijabarkan pada deret Fourier dalam persamaan 2. ( ) ∑ * ( ) ( )+ (2) dengan : T /2 1 (3) Ao   f (t ) dt T T /2 T /2

An 

2 f (t ) cos(nωt) dt T T/ 2

(4)

T /2

Bn 

2 f (t ) sin(nωt) dt T T/ 2

Dimana, A0 adalah komponen sedangkan An dan Bn adalah komponen AC.

(5)

DC,

Berdasarkan persamaan (2)-(5), secara umum harmonisa tegangan dan arus dinyatakan dalam deret fourier yang ditunjukkan dalam persamaan (6) dan (7). 

v(t )   An Cos (hωt+  h)

Tabel 1. Standard harmonisa Arus [13]

Isc/ILoad < 20 20-50 50-100 1001000 >1000

<11

11-16

17-22

23-24

>35

Total Harmonic Distortion

4 7 10

2 3.5 4.5

1.5 2.5 4

0.6 1 1.5

0.3 0.5 0.7

5 8 12

12

5.5

5

2

1

15

15

7

6

2.5

1.4

20

Harmonic Order

Tabel 2. Standard harmonisa tegangan [13] System Voltage < 69 kV 69–138 kV >138 kV Individual Harmonic 3.0 1.5 1.0 Total Harmonic 5.0 2.5 1.5 For condition lasting more than one hour. Shorter periods increase limit by Maximum Distortion (in %)


(6)

h 1



i(t )   Bn Cos(hωt+  h)

(7)

h 1

Dimana h adalah orde harmonisa, yaitu bilangan 1,2,3,dan seterusnya. Total Distorsi Harmonisa (THD) merupakan rasio nilai rms dari komponen harmonisa ke nilai rms dari komponen dasar yang biasanya dinyatakan dalam persen (%). Indeks tersebut digunakan untuk mengukur deviasi dari bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonisa dari gelombang sinus sempurna. Persamaan (8)-(9) menunjukkan perhitungan THD tegangan dan arus.

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) 

V

V T HD 

n2

2 n

(8)

V1

Dimana :

Vn =

Nilai tegangan harmonisa

V1

= Nilai fundamental n = Komponen harmonisa maksimum yang diamati 

I

I THD 

n2

2

C. Tahapan Penelitian

n

(9)

I1

Dimana :

In =

Nilai arus harmonisa

I1

= Nilai fundamental n = Komponen harmonisa maksimum yang diamati

Berdasarkan kesepakatan yang disepakati dunia internasional (standar IEEE 519-1992), THD yang diterima adalah apabila bernilai dibawah 5% dari tegangan atau arus fundamentalnya [10]. Apabila diatas batas tersebut maka bisa berefek pada peralatan elektronik. Distorsi harmonisa individu (IHD) adalah rasio antara nilai rms dari harmonisa individual terhadap nilai rms dari dasar.Standar harmonisa yang digunakan adalah standar IEEE519 [11]. Ada dua kriteria yang biasa digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa yaitu; batasan harmonisa pada arus dan batasan harmonisa untuk tegangan. Presentasi (%)ITHD adalah presentase jumlah total arus yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya. Untuk menentukan presentasi (%) ITHD tergantung dari besarnya rasio dari Isc dan IL. VTHD adalah persentase jumlah total tegangan yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya. Presentasi (%)VTHD ditentukan tergantung pada tegangan sistem yang dipakai. Persamaan THD dan hubungan antara THD dan IHD ditunjukkan dalam (10) dan (11). √∑

.

/

THD-F adalah perbandingan nilai komponen harmonik dengan nilai komponen utamanya, sedangkan THDR adalah perbandingan komponen harmonik urutan ke-2 dan seterusnya terhadap total harmonik keseluruhannya. Besarnya THD-F dan THD-R ini tidak akan jauh berbeda, misalnya bila (2.8) maka nilai THD-R sebesar 9,95% nilai THD-F sebesar 10%, (perbedaannya hanya 0,05%)[14]. Harmonik pada peralatan menyebabkan efek jangka pendek berupa kesalahan operasi pada peralatan, dan efek jangka panjang berupa panas yang mempengaruhi umur isolasi, bahkan kerusakan pada peralatan. Efek dari harmonik ini tergantung dari nilai harmonik dan orde harmonik [15].

Pada penelitian ini, dilakukan kajian tentang harmonisa arus dan tegangan pada Gedung M.Nuh Lantai 3 Politeknik Negeri Madiun. Alat yang digunakan untuk mengetahui spektrum harmonisa adalah Power Quality Analyzer, akan tetapi karena alat tersebut belum ada di Politeknik Negeri Madiun, maka alat tersebut dapat digantikan dengan Power Meter dan Osiloskop yang dilengkapi FFT Analysis. Berdasarkan penelitian sebelumnya tentang harmonisa, harmonisa mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap peralatan. Oleh karena itu, perlu adanya studi lebih tentang harmonisa pada Lantai 3 Gedung M.Nuh. Flowchart tahapan penelitian untuk Kajian Harmonisa Arus ditunjukkan dalam Gambar 2. Start

Pengumpulan Data

Pengukuran besaran listrik dengan Power Meter

Pengukuran Harmonisa arus dan tegangan dengan DSO

Menghitung THD dari spektrum harmonisa

(10) Membandingkan hasil perhitungan THD dengan standar IEEE 519-1992

dimana : Ish : arus harmonik pada orde ke-h (A) Is1 : arus fundamental (A) THD : Total Harmonic Distrotion (%)

Penarikan Kesimpulan

√∑ End

(11) √∑ √∑

(12)

Gambar 2. Flowchart Penelitian


(2.

Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Pengukuran besaran daya listrik dengan Power Meter Kyoritsu 6305 pada panel listrik di lantai 3 Gedung M. Nuh Politeknik Negeri Madiun. Dalam proses pemasangan power meter yang berfungsi untuk membaca besaran listrik seperti, daya, arus, tegangan, faktor daya, frekuensi, harmonik, beban puncak, arus maupun tegangan maksimum dan minimum, dll, yang dikonsumsi oleh Politeknik Negeri Madiun khususnya Gedung M.Nuh lantai 3. Power meter ini dipasang pada panel hubung bagi yang ada pada sisi bagian utara dan sisi bagian selatan. Gambar 3 menunjukkan Skema Pengukuran besaran daya listrik dengan Power Meter Kyoritsu 6305[16].

dan LP-3B. Untuk tiap grup beban, di proteksi dengn MCB 1 fasa dengan kapasitas 10 A, 16 A, dan 20 A. Pembagian beban terdapat pada gambar 5 dan gambar 6. 30 x (@2 x 36 W) TL = 2160 W

R

NYM 3 x 2.5 mm2 In conduit PVC Ø20

10 x (@1 x 36 W) TL = 360 W 3 x (@200 W) stop kontak = 600 W AC LAB = 1250 W AC RUANG = 2 x 1.5 PK = 2400 W 15 x (@2 x 36 W) TL = 1080 W

MCB 3Ø 40 A

S


9 x (@1 x 13 W) TL = 117 W 3 x (@200 W) stop kontak = 600 W AC LAB = 1250 W AC RUANG = 2 x 1.5 PK = 2400 W 12 x (@2 x 36 W) TL = 864 W

Pengukuran pada panel penerangan Pengukuran harmonisa arus dan tegangan dengan menggunakan Osiloskop Tektronik TPS 2014B dengan FFT Analysis. Digital Storage Oscilloscope yang dilengkapi dengan FFT Analysis berfungsi untuk membaca spektrum harmonisa pada saluran antara sumber dengan beban (load). FFT analysis pada Osiloskop Tektronik TPS 2014B digunakan untuk menampilkan spektrum harmonisa, harmonisa mana yang lebih dominan muncul dan sebagai acuan untuk menghitung Total Harmonic Distortion (THD) dari arus. Skema pengukuran spektrum harmonisa dengan oscilloscope pada panel hubung bagi ditunjukkan dalam Gambar 4.

T


9 x (@1 x 36 W) TL = 324 W 3 x (@200 W) stop kontak = 600 W AC Ruang Dosen = 2500 W AC RUANG = 2 x 1.5 PK = 2400 W

Gambar 5. Pembagian beban tiap fasa pada segment 3A (utara) 15 x (@2 x 36 W) TL = 1080 W

R


15 x (@1 x 36 W) TL = 1080 W 10 x (@1 x 36 W) TL = 360 W 3 x (@200 W) stop kontak = 600 W AC LAB = 1250 W AC RUANG = 2 x 1.5 PK = 2400 W

MCB 3Ø 40 A

15 x (@2 x 36 W) TL = 1080 W

S


27 x (@13 W) Downlight = 351 W 3 x (@200 W) stop kontak = 600 W AC LAB = 1250 W AC RUANG = 2 x 1.5 PK = 2400 W 12 x (@2 x 36 W) TL = 864 W

T


11 x (@1 x 36 W) TL = 396 W 3 x (@200 W) stop kontak = 600 W AC Ruang Dosen = 2500 W AC RUANG = 2 x 1.5 PK = 2400 W

Gambar 6. Pembagian beban tiap fasa pada segment 3B (selatan)

III.

Gambar 3. Skema Pengukuran besaran daya listrik dengan Power Meter Kyoritsu 6305

HASIL DAN ANALISA

Pada penelitian ini yang dihitung adalah harmonisa arus pada panel hubung bagi yang memisahkan beban berdasarkan fasanya. Dengan menggunakan oscilloscope tipe TPS 2014B (dengan FFT analysis) maka spektrum harmonisanya bisa didapatkan dengan memasang probe arus pada fasa yang diukur. Penelitian dilakukan dengan menghitung harmonisa arus pada tiap fasa dengan sampling 3 data pada pukul 12.00, 13.00 dan 14.00. Penelitian disini dilakukan hanya pada waktu tersebut, karena penggunaan ruang untuk gedung M.Nuh lantai 3 sangat padat,sehingga data tersebut dianggap mewakili pengukuran aktual untuk harmonisa arus. Hasil spektrum harmonisa dengan menggunakan TBS-1056 pada fasa S pada pukul 12.30-13.00 segment 3B ditunjukkan dalam Gambar 7.

Gambar 4. Skema Pengukuran spektrum harmonisa dengan OscilloscopeTPS 2014B pada panel hubung bagi (PHB)

Jenis beban yang ada pada lantai 3 gedung M.Nuh sebagian besar merupakan beban non linier. Pembagian beban berdasarkan R, S, dan T pada segment LP-3A (utara) dan LP3B (selatan) dibagi berdasarkan kapasitas pembebanannya. Pada panel Utama Gedung M.Nuh terdapat MCB 3 fasa dengan kapasitas 40A masing-masing untuk segment LP-3A


Gambar 7. Hasil spektrum harmonisa dengan menggunakan TBS-1056 pada fasa S pada pukul 12.30-13.00 segment 3B

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Berdasarkan tampilan spektrum harmonisa pada Oscilloscope TPS 2014B, individual harmonisa berdasarkan orde bisa diperoleh dengan meletakkan cursor pada orde harmonik yang ingin ditampilkan nilainya. Nilai THD-F dan THD-R didapatkan berdasarkan total harmonik disemua orde. Dalam Gambar 7 didapatkan nilai harmonik orde-3 sebesar 6,6%, nilai THD-F sebesar 8,5%, dan nilai THD-R sebesar 8,47%. Bentuk gelombang arus pada fasa S pukul 12.30-13.00 tidak berbentuk sinusoidal murni yang ditunjukkan dalam Gambar 8. Hal ini bisa diindikasikan bahwa nilai harmonik arusnya cukup tinggi. Hasil pengukuran tiap orde harmonik tiap fasa pada waktu-waktu pengukuran dituangkan dalam tabel 3.

B. Hasil Pengukuran Harmonisa pada LP-3B Tabel 4 menunjukkan hasil pengukuran harmonisa arus berdasarkan orde dan nilai THD-F dan THD-R pada tiap fasa pada layout 3B (selatan). Nilai orde harmonik yang paling menonjol pada segment 3B (selatan) adalah harmonik ganjil dengan yang paling dominan harmonik orde-3 dan orde-5. Di beberapa waktu, muncul harmonik orde genap yaitu orde-2. Nilai harmonik paling besar ada pada fasa R. Dimana hal ini dipengaruhi oleh pembagian beban pada tiap fasa. Pada fasa R beban yang paling dominan adalah beban dengan lampu TL, lampu TL ini mempunyai ballast electronic untuk proses penyalaan, dimana komponen dari ballast ini menggunakan komponen switching yang bisa menyebabkan nilai harmonisanya tinggi. Tabel 4. Hasil pengukuran harmonisa arus berdasarkan orde dan nilai THD-F dan THD-R pada tiap fasa pada layout 3B (selatan) 11.30-12.00

12.30-13.00

13.30-14.00

Orde

R

S

T

R

S

T

R

S

T

2

-

-

-

-

7.4

-

-

16

-

3

11.6

7.3

13.1

10.6

7.1

10.8

12.5

8.6

12.4

5

6.9

8.7

6.7

6.8

7.2

7.8

6.7

5.7

8.6

7

2.1

1.1

1.3

0.8

1.8

1.6

2.3

2.6

1.4

Gambar 8. Bentuk gelombang arus pada fasa S pada pukul 12.30-13.00 segment 3B

9

0.4

0.7

0.2

0.4

0.6

0.4

0.9

0.8

0.6

A. Hasil Pengukuran Harmonisa Arus pada LP-3A(utara)

11

0.6

0.6

0.3

0.1

0.4

0.2

0.7

0.6

0.3

13

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.1

0.3

0.6

0.1

THD -F

16.2

11.1

15

13.4

13.3

14.7

18.9

20

15.9

THD -R

16

10.5

13.5

13.1

13

14.3

18.5

19

15.3

Pada segment LP-3A, nilai orde harmonik yang paling menonjol adalah harmonik ganjil dengan yang paling dominan harmonik orde-3 dan orde-5. Di beberapa waktu, muncul harmonik orde genap yaitu orde-2. Hasil pengukuran harmonisa arus berdasarkan orde dan nilai THD-F dan THD-R pada tiap fasa pada layout 3A (utara) ditunjukkan dalam Tabel 3. Nilai harmonik paling besar ada pada fasa R. Hal ini dipengaruhi oleh pembagian beban pada tiap fasa. Pada fasa R beban yang paling dominan adalah beban dengan lampu TL, lampu TL ini mempunyai ballast electronic untuk proses penyalaan yang bisa menyebabkan nilai harmonisanya tinggi. Tabel 3. Hasil pengukuran harmonisa arus berdasarkan orde dan nilai THD-F dan THD-R pada tiap fasa pada layout 3A (utara) 11.30-12.00 Orde

R

S

12.30-13.00 T

R

S

13.30-14.00 T

R

S

T

Tabel 5 menunjukkan nilai harmonisa rata-rata untuk tiap fasa pada segmen 3B. Tabel 6 menunjukkan nilai harmonisa rata-rata untuk tiap fasa pada segmen 3B. Data tersebut didapatkan nilai harmonisa arus pada segment LP-3B (selatan) lebih besar dibanding segmen LP-3A(utara). Hal ini disebabkan pembagian beban pada segment LP-3B lebih banyak lampu TL yang mempunyai ballast electronic dan terdapat Laboratotium komputer di segmen LP-3B maka nilai harmonisa arusnya lebih besar dibandingkan dengan segment LP-3A.

2

-

-

-

-

-

-

-

6

-

3

6.9

6.5

7.8

6.3

4

7.5

5.6

5

6.7

5

5.2

4.2

4.7

6

4.2

5.2

-

4.7

-

Rata - rata

R

S

T

6

-

-

-

-

-

-

5.2

3.4

3.2

THD-F

11.6

9.8

9.5

7

1.6

2.5

1.3

1.2

1.3

1.1

1.9

3

2.1

THD-R

11.5

9.7

9.5

9

0.3

0.5

0.2

0.1

0.3

0.4

0.8

0.7

0.6

11

0.2

0.4

0.4

0.1

0.3

0.2

0.6

0.3

0.4

13

0.4

0.2

0.3

0.2

0.3

0.2

1.5

0.4

0.3

10.1

8.48

9.74

10.3

6.3

9.5

15.7

11.1

8.51

10.1

8.46

9.72

10.2

6.2

9.47

15.4

11

8.46

THD -F THD -R

Tabel 5. Rata-rata hasil THDi untuk tiap fasa pada segment 3A(utara)

Tabel 6. Rata-rata Hasil THDi untuk tiap fasa pada segment 3B (selatan)

Rata - rata

R

S

T

THD-F

16.2

14.7

15.2

THD-R

15.9

14.3

14.4


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Hasil pengukuran besaran listrik pada segmen 3A dan 3B dengan menggunakan Power Meter kyoritsu 6305 ditunjukkan dalam Tabel 7 dan Tabel 8. Analisis yang didapatkan bahwa faktor daya untuk tiap fasa masih sangat baik, hanya pada fase R di LP-3B saja yang faktor dayanya tidak sesuai standar. Tabel 7. Pengukuran besaran listrik pada segment 3A dengan menggunkan power meter

Indikator Frekuensi (Hz) Tegangan (V) Arus (A) Daya (kW) Faktor Daya

R 50 224,5 37 8,07 0,98

Fasa S 50 228 20,9 4,7 0,98

T 50 226 13,9 3,11 0,98

Hasil pengukuran clamp meter yang ditunjukkan dalam Tabel 9 didapatkan pembagian beban tiap fasa tidak seimbang. Pada fasa R, beban lampu Tube Lamp menarik arus yang besar, sehingga terdapat ketidakseimbangan beban yang menyebabkan ada arus yang mengalir ke netral. Tabel 8. Pengukuran besaran listrik pada segment 3B dengan menggunkan power meter

Indikator Frekuensi (Hz) Tegangan (V) Arus (A) Daya (kW) Faktor Daya

R 50 225 25 2,35 0,42

Fasa S 50 227 28,5 6,45 0,98

T 50 225 19 4,19 0,98

Tabel 9. Pengukuran dengan clamp meter

Ruangan

R 35,2 A 25,2 A

LP-3A LP-3B IV.

Fasa S 20,1 A 27,9 A

T 13,69 A 19,08 A

DAFTAR PUSTAKA [1]

Arrilaga, Jos and Watson, Neville. Power System Harmonics. Chicester: John Walley and Sons. 2003.

[2]

Skvarenia, Timothy.L and Dewitt, William.E. Electrical Power and Controls. New Jersey : Prentice hall. 2001

[3]

Sankaran, C. Power Quality. Florida : CRC Press LLC, 2002.

[4]

Sergio Manuel Rivera Sanhueza, Fernando Lessa Tofoli, Fabio Lima de Albuquerque, José Carlos de Oliveira, and Geraldo Caixeta Guimarães, ―Analysis and Evaluation ofResidential Air Conditioners for PowerSystem‖Studies IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, no. 2, May 2007.

[5]

Manual Book Power Harmonics Analyzer Fluke 41B. New York: Fluke Corporation, July 1995.

[6]

Rice, David E., "Adjustable Speed Drive and Power Rectifier Harmonics - Their Effect on Power Systems Component", IEEETrans. Ind. Appl. IA-22, 161-177. 1986.

[7]

Stratford, Ray P., "Rectifier Harmonics in Power System", IEEE Trans. Ind. Appl. 29, 528-535.1980.

[8]

Harsono, T dan Pratilastiarso, J. Harmonisa dan Pengaruhnya pada faktor Daya. Jurnal IES. 2003

[9]

Sugiarto, Hadi. ―Kajian Harmonisa Arus Dan Tegangan Listrik di Gedung Administrasi Politeknik Negeri Pontianak‖.Volume 8, Nomor 2. Juni 2012.

[10]

Setiawan, Awan. ―Kajian Pengaruh Harmonisa Terhadap Sistem Tenaga Listrik‖. Jurnal ELTEK, Vol. 05 No. 02. 2007

[11]

Manual Book Power Harmonics Analyzer Fluke 41B. New York: Fluke Corporation, July 1995.

[12]

Priyadi,Irnanda.Studi Penggunaan Rangkaian Filter Mengurangi Efek Harmonisa Pada Lampu Hemat Energi.

[13]

IEEE Std 519-1992. IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems.

[14]

Shmilovitz, Doron. On the Definition of Total Harmonic Distortion and its Effect on Measurement Interpretation. IEEE Transactions on Power Delivery ( Volume: 20, Issue: 1, Jan. 2005 )

[15]

Baggini, Angelo. Handbook Of Power Quality. John Wiley and Son. 2008

[16]

Manual Book Power MeterKyoritsu 6305.Tokyo:Kyoritsu Electrical Instrument Works, Ltd.

KESIMPULAN

Pengukuran harmonisa arus pada segment LP-3A dan LP3B maka didapatkan nilai THD-F dan THD-R nya tidak memnuhi standar yang diijinkan (THDi< 5%), dengan harmonik orde ganjil yang dominan terutama orde ke-3 dan


ke-5. Nilai THDi pada segment LP-3B lebih tinggi dibanding LP-3A dan nilai harmonik terbesar pada kedua segment berada pada fasa R. Hal ini disebabkan jenis beban pada R yang berupa lampu Tube Lamp (TL) yang mempunyai ballast electronic. Hal tersebut bisa berbahaya untuk peralatan. Untuk penanganan lebih lanjut perlu adanya desain filter harmonisa untuk mengurangi nilai THDi pada lantai 3 gedung M.Nuh.

Untuk


Sistem Kendali Arah pada Robot Berstruktur Origami dengan Variasi Gangguan Roda Berbasis Gyrorate Sensor Rakhmad Gusta Putra

Budi Artono



Abstrak— Robotika terkenal dengan harga mahal dan rumit dalam pembuatannya. Hal ini terjadi karena perangkat yang digunakan sangat kompleks dan perlu tenaga ahli. Untuk mengatasi hal tersebut, para peneliti mengembangkan struktur robot dengan prinsip origami dengan bahan sederhana dan dapat ditiru orang awam. Struktur origami memiliki kelemahan dari sifat lentur dari lipatan dan bahan sehingga mengakibatkan ketidak presisian. Berdasarkan hal tersebut dimungkinkan robot akan berjalan tidak sesuai dengan trajectory yang direncanakan. Oleh karena itu diperlukan sistem pengendali arah secara close loop agar robot beralan sesuai dengan harapan. Dalam penelitian ini digunakan robot beroda dengan struktur origami sebagai obyek penelitian. Target gerakan adalah gerakan lurus. Sistem yang diusulkan adalah pengendalian arah robot berbasis gyrorate dengan kontroler PID. Pada percobaan dilakukan dengan memberikan variasi kondisi roda untuk menguji konsistensi sistem. Berdasarkan pengujian, sistem yang diusulkan secara signifikan mendekati dari trajectory yang direncanakan dibandingkan dengan sistem open loop. Kata kunci— Kendali Arah; PID; Gyrorate; Origami .

I.

PENDAHULUAN

Penggunaan teknologi robotika kian meluas setiap harinya, dari industri manufaktur hingga rumah tangga. Sampai saat ini robot masih terkenal dengan harga mahal dan kompleks. Hal ini terkait dengan kerumitan teknologi yang digunakan. Struktur robot yang memerlukan banyak sekali bagian-bagian dengan tingkat presisi yang baik, perangkat elektronik yang mumpuni dan perangkat lunak yang handal. Untuk mendesain satu jenis robot biasanya dibutuhkan desain oleh seorang pakar dengan perangkat yang kompleks dan memerlukan pengembangan terus-menerus. Hal ini juga membuat teknologi robot hanya dikuasai oleh ahli saja. Salah satu metode membangun struktur robot yang mudah dan murah adalah dengan menggunakan prinsip kirigami atau origami. Kirigami adalah cabang dari origami yang dalam prosesnya melibatkan proses pemotongan [1]. Seperti yang kita ketahui, origami adalah seni melipat kertas yang populer di Jepang. Origami memungkinkan membangun obyek 3D dari lembaran kertas 2D. Hal inilah yang menjadi poin penting prinsip ini. Jika origami hanya mengandalkan melipat saja, dengan kirigami kita dapat memodifikasi dengan menambahkan proses memotong, mengelem, melapisi dll. Proses ini lebih mirip membuat kartu pop-up tapi dengan tetap

mempertahankan prinsip origami. Dengan menggunakan prinsip ini maka proses produksi akan lebih mudah dan murah. Dengan mengembangkan database bentuk-bentuk struktur robot yang ada maka pembuatan akan dapat dilakukan oleh siapa saja. Pembuatan robot dengan prinsip origami telah banyak dikembangkan oleh para peneliti. Mulai dikembangkan roda robot dengan prinsip origami yang dapat berubah bentuk [2],[3]. Pembuatan robot berkaki dengan prinsip SCM untuk membuat robot berkaki juga dikembangkan [4],[5]. Termasuk didalamnya adalah DASH dan octoROACH. Para peneliti juga mengembangkan open source software untuk mengembangkan hardware dengan model origami [6],[7]. Dengan menggunakan prinsip origami maka kepresisian akan menurun dikarenakan sifat kelenturan bahan [8]. Dengan mengorbankan kepresisian struktur maka sistem harus ditunjang dari sisi lain yaitu perangkat elektronik dan perangkat lunak. Perangkat elektronik kian hari kian berkembang dengan dimensi yang semakin kecil. Performa yang baik juga memungkinkan untuk diselipkan sistem perangkat lunak yang lebih kompleks dengan harga yang relatif terjangkau. Dalam penelitian ini diambil contoh robot inspeksi dengan struktur origami sebagai obyek. Robot didesain berupa robot beroda dengan sistem pergerakan roda diferensial. Di lapangan dimungkinkan robot akan mengalami deformasi bentuk badan maupun roda akibat tekanan atau benturan. Hal tersebut akan membuat robot sulit untuk dikendalikan dari jarak jauh. Untuk membuat robot tetap mudah dikendalikan maka dikembangkan sistem kendali arah berbasis gyrorate sensor. Sistem kemudi akan dibantu untuk menjaga robot berada pada jalur yang sesuai. Sistem didasarkan pada orientasi gerak robot yang dibaca oleh sensor gyrorate. Kecepatan motor kanan dan kiri akan dikendalikan dengan kontroler PID agar arah geraknya sesuai. Untuk mengetahui kinerja dari sistem kemudi semi otomatis ini dilakukan pengujian dengan variasi gangguan pada roda, sehingga robot akan memiliki kecenderungan untuk berjalan tidak lurus. Variasi dilakukan pada roda kanan dan kiri secara bergantian, serta penggunaan beberapa halangan untuk membuat roda robot selip.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) II. METODOLOGI A. Perancangan Sistem Robot yang digunakan sebagai obyek penelitian adalah robot dengan struktur origami. Robot menggunakan sistem pergerakan diferensial dengan dua roda penggerak. Robot yang digunakan ditampilkan dalam Gambar 1. Badan dan Roda robot keseluruhannya meenggunakan struktur origami yang terbuat dari pelat PVC 0.5 mm. Penggerak menggunakan dua mini motor DC dengan spesiikasi yang sama.

Gambar 1. Prototipe robot dengan struktur origami yang digunakan

Sistem keseluruan terdiri dari beberapa bagian seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Pembahasan difokuskan pada blok diagram sistem yang berada dalam garis putus-putus. Robot menggunakan kontroler utama Raspberry Pi 3 yang dilengkapi dengan library openCV untuk pengolahan citra. Driver motor sebagai pengendali motor, dua motor DC sebagai penggerak. Gyrorate sensor sebagai sensor orientasi robot yang pembacaannya menggunakan komunikasi I2C. Komputer digunakan sebagai display dan bagian pengendali manual. Komunikasi antara komputer dan kontroler robot menggunakan jaringan wifi. Komputer juga digunakan untuk memonitor dan mencatat pergerakan dari robot.

B. Pengaturan Robot secara Open Loop Pengaturan robot secara open loop menggunakan metode diferential steering. Artinya untuk membuat robot berjalan lurus maka kecepatan motor kanan dan kiri harus sama. Begitu pula untuk kasus belok kanan, belok kiri, mundur, dan sebagainya. Kecepatan motor diasumsikan berbanding lurus dengan Pulse Width Modulation (PWM) yang diberikan oleh driver motor. Frekuensi PWM di tentukan 100 Hz dengan lebar pulsa dari 0-100 % dengan resolusi 1%. Pengaturan robot secara open loop dilakukan dengan memberikan nilai PWM yang sudah ditentukan secara pasti. Untuk gerakan maju maka motor kanan maupun motor kiri diberikan perintah maju dengan nilai PWM yang sama yaitu 70%. Untuk mundur, motor kanan dan kiri diberikan perintah mundur dengan PWM konstan 60%. Untuk belok kanan maka motor kanan diberikan perintah mundur dan motor kiri diberikan perintah maju dengan PWM konstan 40%. Untuk belok kiri maka motor kanan diberikan perintah maju dan motor kiri diberikan perintah mundur dengan PWM konstan 40%. C. Pengaturan Arah Robot secara Close Loop dengan Gyrorate Sensor Pengaturan robot semi otomatis dilakukan khususnya untuk gerak maju. Sistem gerak diferensial memiliki kelemahan dimana kedua motor harus identik agar geraknya sesuai. Struktur dan roda robot yang terbuat dari PVC juga menambahkan ketidak presisian gerak. Sifat roda yang lentur dapat meredam benturan berupa impuls akan tetapi mudah terjadi deformasi bentuk. Oleh karena itu data gyrorate digunakan untuk mengkompensasi ketidak tepatan gerak.

Gambar 3. Diagram sistem kendali arah gerak dengan umpan balik gyrorate

Untuk melakukan gerak maju lurus maka sudut orientasi dari robot harus selalu nol. Untuk mendapatkan data orientasi robot digunakan sensor gyrorate. Gyro memberikan data berupa kecepatan sudut, sehingga untuk mendapatkan nilai sudut perlu dilakukan proses integral satu kali. Persamaan untuk mengkonversi nilai kecepatan sudut (ω) ke sudut (θ) ditampilkan dalam persamaan 1. Gambar 2. Blok diagram sistem


( )

∫ ( )

(1)

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Diagram blok sistem kendali arah gerak robot dengan umpan balik sensor gyrorate ditunjukkan dalam Gambar 3. Secara garis bersal terdapat tiga bagian utama yaitu kontroler PID, inisialisasi PWM awal (ωDef) dan plan berupa dua motor DC. Gyrorate mendeteksi kecepatan sudut dalam tiga axis, X,Y dan Z. Pada sistem ini anya digunakan satu axis saja yaitu Z. Set point (θ(t)Set Point) diberikan nilai nol, kemudian dicari error (e(t)) berdasarkan nilai sudut pembacaan dan set point. Setelah diketahui errornya selanjutnya menuju ke kontroler dan menghasilkan sinyal kontrol (u(t)). Sinyal kontrol dikombinasikan dengan inisialisasi PWM awal (ωDef) untuk diteruskan ke motor kanan dan kiri. Dari motor akhirnya menghasilkan gerakan dari robot. Kontroller yang digunakan adalah kontroler PID. Dengan persamaan PID yang digunakan seperti dalam Persamaan 2. Dimana u(t) adalah sinyal kontrol yang nilainya merepresentasikan persentase PWM. Secara praktis perhitungan nilai PWM yang diberikan kepada motor kanan dan kiri untuk sistem yang dibangun ditunjukkan dalam Persamaan 3. ( ) ( )

( ) ∫ ( )

( )

( )

( ) ( )

(2)

(3)

dalam Gambar 4. Roda yang digunakan adalah roda dalam keadaan normal dan roda dalam keadaan mengalami perubahan bentuk atau rusak.

III. HASIL DAN ANALISA Pengujian dilakukan dengan melakukan perbandingan metode open loop dan close loop untuk berbagai variasi kondisi roda. Parameter yang diamati adalah orientasi robot, PWM motor dan jalur gerak robot. Untuk setiap pengujian open loop, nilai PWM yang diberikan selalu sama yaitu 70% seperti terlihat dalam Gambar 7. Hal ini dilakukan untuk semua variasi kondisi roda yang digunakan. A. Hasil Pengujian untuk Kedua Kondisi Roda Normal Hasil pengujian sistem dengan kedua kondisi roda normal dengan metode open loop dengan memberikan nilai PWM konstan membuat robot cenderung berbelok arah sudut negatif seperti terlihat dalam Gambar 5. Dalam waktu + 3 detik orientasi sudah berubah menjadi -60°. Arah sudut negatif membuat robot cenderung bergerak ke kiri seperti ditunjukkan dalam Gambar 9. Gambar 10 (a) menunjukkan urutan gerakan robot dengan sistem open loop. Penyimpangan jalur yang terjadi dalam waktu tersebut sekitar 60 cm ke kanan. Untuk kedua roda normal idealnya gerakan akan tetap lurus. Hal ini dimungkinkan karena ketidak identikan motor yang digunakan atau roda yang tidak presisi.

D. Metode Eksperimen Eksperimen dilakukan dengan menggunakan prototipe robot beroda dengan struktur origami. Pengujian sistem dan prototipe dilakukan dengan eksperiman membandingkan sistem gerak open loop dengan sistem kendali arah secara close loop dengan gyrorate.

Gambar 5. Grafik Orientasi Robot Saat kondisi Maju dengan Sistem Open Loop untuk kedua kondisi roda normal

Gambar 4. Setup roda normal (kiri) dan roda rusak (kanan)

Pengujian dilakukan dengan target adalah berjalan maju lurus. Variasi eksperimen adalah dengan mengubah – ubah roda yang digunakan. Variabel yang diamati adalah penyimpangan sudut dari set point dan penyimpangan lintasan. Hasil dari metode open loop dengan PWM konstan dibandingkan dengan metode close loop dengan pengaturan PWM motor kanan dan kiri otomatis. Setup roda ditunjukkan

Gambar 6. Grafik Orientasi Robot Saat kondisi Maju dengan Sistem Close Loop untuk kedua kondisi roda normal



(a)

Gambar 7. Grafik PWM Motor Kanan dan Kiri dengan Sistem Open Loop

Pengujian dengan metode yang diusulkan secara close loop berbasis gyrorate didapatkan hasil yang yang lebih baik. Sistem mengubah nilai dari PWM sesuai dengan orintasi sudut yang dibaca oleh sensor seperti ditunjukkan dalam Gambar 8. Nilai PWM yang diberikan ke motor DC menyesuaikan dengan orientasi robot. Robot berusaha bertahan pada sudut 0° agar dapat bergerak secara lurus. Penyimpangan terbesar adalah + 10° dan terus dikoreksi. Dengan metode ini penyimpangan jalur gerak robot yang terjadi tidak terlalu besar seperti ditunjukkan dalam Gambar 9. Dalam waktu + 4,5 detik penyimpangan jalur kurang lebih 10 cm. Gambar 10(b) menunjukkan urutan gerakan robot dengan sistem close loop.

(b) Gambar 10. Urutan Gerak Robot dengan Sistem Open Loop (a) dan Close Loop (b) untu kedua kondisi roda normal

B. Hasil Pengujian untuk Roda Kanan Normal dan Roda Kiri Rusak Hasil pengujian sistem dengan kondisi roda kanan normal dan roda kiri rusak menggunakan metode open loop dengan memberikan nilai PWM konstan membuat robot cenderung berbelok arah sudut positif seperti terlihat dalam Gambar 11. Dalam waktu + 4,5 detik orientasi sudah berubah menjadi 100°. Arah sudut positif membuat robot cenderung bergerak ke kiri seperti ditunjukkan dalam Gambar 14. Gambar 15 (a) menunjukkan urutan gerak robot dengan sistem open loop. Penyimpangan jalur yang terjadi dalam waktu tersebut sekitar 70 cm sampai dengan 90 cm ke kiri. Untuk kondisi roda tersebut idealnya gerakan akan cenderung bergerak ke kiri. Hal ini terjadi karena diameter roda kiri lebih kecil daripada diameter roda kanan.

Gambar 8. Grafik PWM Motor Kanan dan Kiri dengan Sistem Close Loop untuk kedua kondisi roda normal

Gambar 11. Grafik Orientasi Robot Saat kondisi Maju dengan Sistem Open Loop untuk roda kanan normal dan roda kiri rusak

Gambar 9. Grafik Perbandingan Jalur Robot untuk Sistem Open Loop dan Close Loop untuk kedua kondisi roda normal Gambar 12. Grafik Orientasi Robot Saat kondisi Maju dengan Sistem Close Loop untuk roda kanan normal dan roda kiri rusak



Gambar 13. Grafik PWM Motor Kanan dan Kiri dengan Sistem Close Loop untuk roda kanan normal dan roda kiri rusak

Pengujian dengan metode yang diusulkan secara close loop berbasis gyrorate didapatkan hasil yang yang lebih baik. Sistem mengubah nilai dari PWM sesuai dengan orientasi sudut yang dibaca oleh sensor seperti ditunjukkan dalam Gambar 12. Robot berusaha bertahan pada arah sudut 0°. Penyimpangan terbesar adalah + 15° dan terus dikoreksi. Dengan metode ini penyimpangan jalur gerak robot yang terjadi tidak terlalu besar seperti ditunjukkan dalam Gambar 14. Gambar 15 (b) menunjukkan urutan gerak robot dengan sistem close loop. Dalam waktu + 7 detik penyimpangan jalur kurang lebih 0 cm sampai dengan 40 cm.

C. Hasil Pengujian untuk Roda Kanan Rusak dan Roda Kiri Normal Hasil pengujian sistem dengan kondisi roda kanan rusak dan roda kiri normal menggunakan metode open loop dengan memberikan nilai PWM konstan membuat robot cenderung berbelok arah sudut negatif seperti terlihat dalam Gambar 16. Dalam waktu + 3 detik orientasi sudah berubah menjadi -90°. Arah sudur positif membuat robot cenderung bergerak ke kanan seperti ditunjukkan dalam Gambar 19. Gambar 20 (a) menujukkan urutan gerak robot dengan sistem open loop. Penyimpangan jalur yang terjadi dalam waktu tersebut sekitar 60 cm ke kanan. Untuk kondisi roda tersebut memang idealnya gerakan akan cenderung bergerak ke kanan. Hal ini terjadi karena diameter roda kanan lebih kecil daripada diameter roda kiri. Percobaan untuk sistem close loop sedikit dimodiikasi dengan memberikan gangguan berupa penghalang yang dapat membuat selip roda. Pengujian dengan metode yang diusulkan secara close loop berbasis gyrorate didapatkan hasil yang yang lebih baik. Sistem mengubah nilai dari PWM sesuai dengan orientasi sudut yang dibaca oleh sensor seperti ditunjukkan dalam Gambar 17. Robot berusaha bertahan pada sudut 0°. Penyimpangan terbesar adalah + 15° dan terus dikoreksi. Dengan metode ini penyimpangan jalur gerak robot yang terjadi tidak terlalu besar seperti ditunjukkan dalam Gambar 19. Gambar 20 (b) menunjukkan urutan gerak robot dengan sistem close loop. Dalam waktu + 8 detik penyimpangan jalur kurang lebih 8 cm sampai dengan 40 cm.

Gambar 14. Grafik Perbandingan Jalur Robot untuk Sistem Open Loop dan Close Loop untuk roda kanan normal dan roda kiri rusak

Gambar 16. Grafik Orientasi Robot Saat kondisi Maju dengan Sistem Open Loop untuk roda kanan rusak dan roda kiri normal

(a)

(b) Gambar 15. Urutan Gerak Robot dengan Sistem Open Loop (a) dan Close Loop (b) untu roda kanan normal dan roda kiri rusak

Gambar 17. Grafik Orientasi Robot Saat kondisi Maju dengan Sistem Close Loop untuk roda kanan rusak dan roda kiri normal



Gambar 18. Grafik PWM Motor Kanan dan Kiri dengan Sistem Close Loop untuk roda kanan rusak dan roda kiri normal

sistem yang diusulkan dapat memperbaiki jalur gerak robot secara signifikan. Hal ini ditandai dengan konsistensi sistem menghadapi variasi setup roda yang berbeda-beda untuk berjalan lurus. Sistem juga masih baik ketika robot menghadapi halangan yang membuat roda selip. Respon sistem dari hasil percobaan menunjukkan keadaan yang tidak steady state untuk mengatasi hal tersebut perlu dikembangkan sistem kendali yang lebih adaptif. Dengan sistem tersebut memungkinkan nantinya dapat diterapkan pada kendaraan roda empat dalam menghadapi selip roda, yang mana merupakan salah satu penyebab terjadinya kecelakaan ketika pengendara tidak dapat mengendalikan kendaraannya. UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada Politeknik Negeri Madiun yang telah mendanai penelitian ini, serta laboratorium teknik komputer kontrol atas fasilitas yang digunakan. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]

Gambar 19. Grafik Perbandingan Jalur Robot untuk Sistem Open Loop dan Close Loop untuk roda kanan rusak dan roda kiri normal

[3]

[4]

[5] (a) [6]

(b)

[7]

Gambar 20. Urutan Gerak Robot dengan Sistem Open Loop (a) dan Close Loop (b) untu roda kanan rusak dan roda kiri normal

IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, diketahui bahwa sistem kendali arah robot berbasis gyrorate sensor telah berhasil direalisasikan. Dengan membandingkan dengan sistem open loop konvensional didapatkan bahwa


[8]

Paul Jackson, ―The Complete Origami Course,‖. New York: Gallery Books, 1989. D.Y.Lee, G.P. Jung, M.K. Sin, S.H. Ahn and K.J. Cho, ―Deformable Wheel Robot Based on Origami Structure,‖ in Proc. 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany, 2013. pp. 5613–5617. D.Y.Lee, G.P. Jung, M.K. Sin, S.H. Ahn and K.J. Cho, ―Fabrication of Origami Wheel using Pattern Embedded Fabric and its Application to a Deformable Mobile Robot,‖ in Proc. 2014 IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA), 2014. Hong Kong, China. pp. 2565. P. Birkmeyer, K. Peterson and R. S. Fearing, ―DASH: A Dynamic 16g Hexapedal Robot,‖ in Proc. 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2009. pp. 2683-2689. A.O. Pulliny, N.J. Kohut, D. Zarrouk and R. S. Fearing, ―Dynamic turning of 13 cm robot comparing tail and differential drive,‖ in Proc. Robotics and Automation (ICRA), 2012 IEEE International Conference on, 2012.. pp. 5086-5093. A.M. Mehta and D. Rus, ―An End-to-End System for Designing Mechanical Structures for Print-and-fold Robots,‖ in Proc 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2014. pp. 1460-1465. A. M. Mehta, J. DelPreto, B. Shaya, and D. Rus, ―Cogeneration of Mechanical, Electrical, and Software Designs for Printable Robots from Structural Specifications,‖ in Proc. 2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) September 14-18, 2014. Chicago, IL, USA, pp. 2892-2897. Hoover and A. Murdock, ―Design of Minimally Actuated Legged MilliRobots Using Compliant Mechanisms and Folding,‖ Ph.D. dissertation, Dept. Mech. Eng., UC, Berkeley, 2010.


Pengendalian Gerak Robot Penghindar Halangan Menggunakan Citra dengan Kontrol PID Basuki Winarno, S.T., M.T.

Meliyana Wahyu Putri Pratama

Jurusan Teknik Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected]

Jurusan Teknik Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected]

Abstrak— Paper ini membahas tentang robot yang yang diintregasikan dengan kamera sebagai pengolah citra sehingga memiliki kemampuan untuk menghindari halangan. Hasil citra yang di tangkap kamera akan diolah menjadi sebuah titik koordinat, kemudian dikirim ke Arduino Uno menggunakan komunikasi USART (Universal Synchronous / Asynchronous Receiver/Transmitter). Arduino Uno sebagai pusat pengaturan gerak menggunakan kontroler PID (Proportional, Integral, Derivative). Kontroler PID berfungsi untuk memuluskan pergerakan robot saat menghindari halangan dengan menghasikan nilai Kp= 4, Ki= 0,00015, Kd= 5.

titik koordinat X yang selanjutnya dikirim ke Arduino menggunakan komunikasi USART (Universal Synchronous / Asynchronous Receiver / Transmitter). Setelah mendapat nilai koordinat, sistem robot akan menentukan nilai set point yang akan digunakan untuk menentukan arah gerak robot. Diagram kerja pengendalian gerak robot penghindar halangan di tampilkan pada Gambar 1.

Kata kunci— Gerak Robot; PID; Arduino Uno; USART .

I.

PENDAHULUAN

Robot merupakan suatu mekanik yang dapat diperintah secara otomatis untuk memproses suatu benda agar dapat bekerja sesuai dengan permintaan tertentu sehingga dapat meringankan pekerjaan manusia. Robot penghindar halangan merupakan kombinasi antara robotika dan kamera yang terintegrasi sehingga robot memiliki kemampuan menghindari halangan. Hasil citra yang di tangkap kamera akan diolah untuk menjadi sebuah titik koordinat, kemudian di kirim ke Arduino Uno menggunakan komunikasi USART. Arduino Uno sebagai pusat pengaturan gerak robot menggunakan sistem gerak differnsial.[1] Kontroler PID merupakan control cerdas untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut. Kontroler PID (Proporsional, Integral, Differential) di tambahkan pada robot penghindar halangan untuk mengatur kecepatan motor sehingga pergerakan robot saat menghindari halangan menjadi lebih halus. Hal ini disebabkan karena hasil pembacaan citra memiliki nilai yang berubah di setiap robot bergerak. II. METODOLOGI

Gambar 1. Diagram kerja robot penghindar halangan

Kamera type Webcam WB100 5MP digunakan sebagai masukan untuk mendeteksi halangan. Raspberry Pi 2 Model B digunakan untuk pengolahan citra. Arduino UNO digunakan untuk pengendali sistem gerak robot. Aktuator untuk mengendalikan motor yang digunakan berupa motor DC dengan driver L298N. B. Kontroler PID Kontroler PID berfungsi untuk memperhalus gerakan robot saat menghindari halangan dengan menggerakkan motor DC berdasarkan besar error yang diperoleh. Kontroler PID ini didapat menggunakan metode trial and error dengan software bantu dengan blok diagram ditampilkan pada Gambar 2.

A. Sistem Gerak Robot Pada sistem gerak robot penghindar halangan, Arduino digunakan sebagai pusat pengolahan data saat dilakukan pengendalian gerak robot dengan masukan citra yang dihasilkan dari kamera. Hasil citra diolah menjadi sebuah



Gambar 2. Blok diagram PID

Gambar 2 adalah blok diagram pada matlab versi student untuk menentukan nilai Kp, Ki dan Kd pada kontroler PID yang akan digunakan. Berdasarkan tunnning PID yang dilakukan, nilai PID yang diperoleh adalah Kp=3, Ki=0,00015 dan Kd=5. Namun saat diterapkan pada robot, nilai Kp=3 memiliki respon lambat pada robot sehingga nilai Kp diubah menjadi 4. Gambar 3 adalah respon saat nilai Kp=4, Ki=0,00015 dan Kd=5. Nilai kontroler PID ini sesuai saat digunakan pada robot untuk menghindari halangan.

Gambar 4. Diagram alir sistem gerak robot penghindar halangan

Output dari pengolahan citra berupa koordinat dan diolah menjadi arah gerak. Apabila robot mendeteksi halangan, maka kontroler PID akan mengatur kecepatan motor DC agar bergerak menghindari halangan. C. Metode Differential Sistem kemudi yang digunakan adalah sistem penggerak differential. Robot penghindar halangan memiliki dua roda utama yang masing-masing digerakan oleh penggerak tersendiri dan satu buah roda castor yang ditempatkan dibagian belakang robot yang berfungsi sebagai penyeimbang ditampilkan pada Gambar 5. Gambar 3. Grafik respon kontroler PID dengan nilai Kp=4, Ki= 0,00015 dan Kd=5

Diagram alir sistem pengendalian gerak robot penghindar halangan ditunjukkan pada Gambar 4. Inisialisasi data dilakukan dengan nilai Kp, Ki dan Kd yang telah didapatkan untuk menentukan nilai set point yang akan digunakan sebagai acuan pembacaan koordinat. Hasil dari pembacaan digunakan untuk mencari nilai gain (G) dengan akumulasi error dan perhitungan Kp, Ki dan Kd pada PID sehingga diperoleh nilai Vr dan Vl sebagai proses bergeraknya robot saat menghindari halangan berupa balok kuning sehingga robot akan bergerak lurus, ke kanan atau ke kiri untuk menghindari halangan tersebut.


Gambar 5. Posisi dan orientasi mobile robot dalam sistem koordinat cartesian

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Gambar 5 merupakan arsitektur robot dilihat dari bagian atas. Jika kedua roda penggerak tersebut berputar dengan kecepatan yang sama maka robot tersebut akan bergerak dengan arah yang lurus, sedangkan jika kecepatan salah satu roda lebih lambat maka robot akan bergerak membentuk kurva dengan arah lintasan menuju salah satu roda yang bergerak lebih lambat. Gerak kedua roda berdasar output dari motor DC dengan gerakan maju, ke kanan atau ke kiri. Sedangkan roda castor akan mengikuti arah gerak kedua roda utama. D. Perancangan Perangkat Keras Sistem mekanik yang baik dapat mendukung pergerakkan robot menjadi lebih baik. Desain robot dari bahan dasar akrilik dengan dimensi lebar 13 cm, panjang 15 cm, dan tinggi 14 cm yang ditampilkan pada Gambar 6.

III. HASIL DAN ANALISA A. Penerimaan Hasil Pengolahan Citra Berupa Koordinat X Piksel Titik Tengah Objek Penghalang. Pada saat dilakukan pengujian, dan sistem menjadi mode Running maka raspberry menampilkan citra asli yang di tangkap kamera dan Serial Monitor menunjukkan koordinat titik tengah objek. Selanjutnya data dikirim melalui komunikasi USART ke Arduino dengan nilai koordinat X titik tengah objek penghalang. Penghalang yang digunakan berupa berupa tabung berwarna kuning yang diletakkan secara acak di sekitar robot di tunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 6. Desain robot penghindar halangan

Robot memiliki 3 tingkatan. Tingkat pertama terdapat driver L298N, Motor DC dan roda. Tingkat kedua terdapat arduino, rangkaian buzzer dan button. Tingkatan ketiga terdapat kamera, kipas, baterai dan raspberry pi. Hasil rancangan robot penghindar halangan yang telah dibuat, di tampilkan pada Gambar 7 dan Gambar 8.

Gambar 7 Robot mendeteksi halangan

Gambar 8. Tampilan koordinat X titik tengah halangan yang terbaca kamera

Gambar 8 merupakan hasil pengolahan citra pada tampilan mode running raspberry yang dikirim ke arduino berupa koordinat X titik tengah halangan yang terdeteksi, sedangkan koordinat yang di terima Arduino ditampilkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Tampilan koordinat X titik tengah halangan yang diterima arduino


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Gambar 9 merupakan hasil pengolahan citra pada tampilan mode running arduino akan diubah menjadi arah gerak robot untuk menghindari halangan. B. Perhitungan Kontroler PID Nilai kontroler PID yang diperoleh berdasarkan metode trial and error adalah Kp=4, Ki=0,00015, Kd=5 yang digunakan sebagai masukan untuk perhitungan nilai error, Gain, Vr dan Vl sesuai Persamaan 1,2,3 dan 4. error = set point – XG ……………………………….. (1) G =(Kp*error)+(Kd*(error–previous error)+ (Ki*∑error) G ……………………………..….. (2) Vr = 192 + G …………...…………….................... (3) Vl = 192 – G ……………….....….......................... (4) Keterangan : G Kp Ki Kd ∑error Set Point X Vr Vl 192

Gambar 11. Hasil monitoring robot bergerak ke kanan

= Gain (Konstanta PID) = Konstanta Proportional = Konstanta Integral = Konstanta Derivative = Total error = 100 (jika halangan berada di kiri) 300(jika halangan berada di kanan) = Koordinat halangan yang terbaca kamera berdasarkan nilai piksel pada sumbu X. = Kecepatan Roda Kanan = Kecepatan Roda Kiri = Nilai PWM

Pengujian 1 Halangan Berada di Sebelah Kanan Robot

Perhitungan pada robot saat halangan yang terdeteksi berada di sebelah kanan robot adalah previous error = set point - X = 300 - 272 = 28 error = set point - X = 300 – 273 = 27 G = (Kp*error)+(Kd*(error-previous error)) + (Ki*∑error) = (4*27)+(5*(27-28))+(0,00015*(27+28)) = 108 – 5 + 0,00825 = 103,00825 Vr = 192 + G = 192 + 103,00825 = 295,00825 = 192 Vl = 192 – G = 192 – 103,00825 = 89,000825 Pengujian 2 Halangan Berada di Sebelah Kiri Robot

Gambar 10. Halangan di kanan robot kanan

Gambar 10 menampilkan bahwa halangan berada di sebelah kanan robot, maka nilai koordinat yang terbaca >200 seperti Gambar 10. Apabila halangan berada di sebelah kanan robot, maka nilai set point adalah 300. Kemudian robot akan mencari nilai error, gain, Vl dan Vr berdasarkan persamaan 1 sampai dengan 4. Gambar 12. Halangan di kiri robot


Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Gambar 12 menampilkan bahwa halangan berada di sebelah kiri robot, maka nilai koordinat yang terbaca <200 seperti Gambar 12. Apabila halangan berada di sebelah kiri robot, maka nilai set point adalah 100. Kemudian robot akan mencari nilai error, gain, Vl dan Vr berdasarkan persamaan 1 sampai dengan 4.

Pengujian 3 Halangan Berada > 50cm Dari Robot

Gambar 14. Halangan berada >50 cm dari robot

Gambar 13. Hasil monitoring robot bergerak ke kiri

Perhitungan pada robot saat halangan yang terdeteksi berada di sebelah kanan robot adalah previous error = set point - X = 100 - 166 = -66 error = set point - X = 100 – 167 = -67 G = (Kp*error)+(Kd*(error-previous error)) + (Ki*∑error) = (4*(-67))+(5*(-67+66))+(0,00015*(-133)) = (-268) + (-5) + 0,01995 = -272,98005 Vr = 192 + G = 192 + (-272,98005) = -80 =0 Vl = 192 G = 192 – (-272,98005) = 464 = 192 Berdasarkan perhitungan diatas, dapat diketahui jika nilai Vr/Vl > 192 maka nilai Vr/Vl = 192. Jika nilai Vr/Vl 0, maka nilai Vr/Vl = 0. Sedangkan nilai gain, Vr dan Vl yang ditampilkan pada serial monitor arduino tidak sesuai dengan hasil perhitungan dikarenakan adanya perhitungan dari nilai total error. Nilai total error yang digunakan pada control PID adalah keseluruhan nilai error sejak robot bergerak, sedangkan perhitungan manual, nilai total error yang digunakan hanya dua nilai error yaitu error sekarang dan error sebelumnya.

Gambar 14 menampilkan halangan berada >50 cm dari robot dan hasil yang didapat adalah halangan tidak akan terdeteksi oleh robot karena input yang di hasilkan saat pembacaan adalah 0. Hal ini dapat diketahui dari hasil monitoring saat robot membaca halangan berada lebih dari 50 cm pada Gambar 15.

Gambar 15. Hasil monitoring halangan berada >50cm dari robot

IV. KESIMPULAN Pengendalian Robot penghindar halangan yang di integrasikan dengan kamera sebagai pengolah citra dapat di aplikasikan. Komunikasi USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) dapat digunakan untuk mengirim dan menerima koordinat X sebagai titik tengah objek penghalang. Nilai kontroler PID yang diperoleh berdasarkan metode trial and error adalah Kp=4, Ki=0,00015, Kd=5. Hasil pembacaan nilai koordinat


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) jika <200 maka halangan berada di sebelah kiri robot dan set point menjadi 100 sehingga robot akan bergerak ke kanan. Jika nilai koordinat yang terbaca >200 maka halangan berada di sebelah kanan robot dan set point menjadi 300 sehingga robot akan bergerak ke kiri. Gerak robot untuk menghindari halangan akan berjalan lebih baik lagi jika menggunakan spesifikasi motor yang lebih baik. Selain itu dapat juga ditambahkan sensor rotary encoder serta sensor kompas untuk mengetahui posisi robot yang lebih akurat


DAFTAR PUSTAKA [1]

[2]

[3] [4] [5]

S.Aditya, F.Ardilla, A.R.A. Besari ―Robot Pendeteksi Wajah dan Penghindar Halangan‖, Paper, Jurusan Teknik Komputer,Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,1955. J. Guilberto,‖ An Autonomous Robot with Reconfigurable Hardware and RT Linux For Fire-Fighting”, Intelligent Systems and Robotics Group, Electrical Engineering Department, New Mexico Institute of Mining and Technology, New Meksiko A. Dian,‖Pengenalan Arduino‖,Yogyakarta, 2012 Atmel,Datasheet Arduino Uno R3 Atmel, IC L298N


Decision Support System untuk Pelayanan Gangguan Listrik Pelanggan Budi Artono

Ardian Prima Atmaja

Teknik Komputer Kontrol Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected]

Teknik Komputer Kontrol Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected]

Priyanto Teknik Komputer Kontrol Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected] Abstrak— Pemilihan dan penentuan jenis gangguan listrik menjadi suatu proses yang sangat dibutuhkan oleh petugas teknik dalam menangani gangguan listrik pada pelanggan PLN. Dalam kasus penentuan jenis gangguan listrik banyak terdapat peluang untuk membuat keputusan yang salah karena proses pemilihan dan penentuan jenis gangguan masih berdasarkan subyektifitas dan pengetahuan dari petugas teknik yang pastinya dari satu petugas dengan petugas yang lain memiliki pengetahuan dan pengalaman yang berbeda. Ini memungkinkan bahwa gangguan listrik yang terjadi dengan penanganannya masih belum sesuai dengan stadart operasinal prosedur yang telah ditentukan dan dimungkinkan juga terjadinya penentuan jenis gangguan yang belum tepat. Oleh karena itu dibuatlah suatu sistem pendukung keputusan yang dapat melakukan proses perhitungan terhadap seluruh kriteria untuk penentuan dan pemilihan jenis gangguan listrik. Sudah dilakukan diklat dan pelatihan bagi petugas teknik untuk menunjang peningkatan kemampuan petugas dalam menentukan dan menangani gangguan listrik. Decision Support System dibuat untuk dapat membantu petugas teknik dilapangan dalam pemilihan dan penentuan serta dalam menangani gangguan listrik sesuai dengan masing masing kriteria jenis gangguan listrik PLN. Kata kunci— Gangguan Listrik; Decision Support System; Pelayanan Teknis PT.PLN; Web-based.

I.

PENDAHULUAN

Pelayanan teknis merupakan bentuk PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN) Persero untuk menjaga mutu pelayanan penanganan gangguan listrik pelanggan serta untuk meningkatkan kehandalan pasokan distribusi listrik hingga ke tingkat pelanggan. Pelayanan teknis adalah satu produk PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN) Persero dalam rangka peningkatan pelayanan kepada pelanggan [1]. Energi listrik merupakan kebutuhan dasar masyarakat, sehingga keberadaannya menjadi sangat vital jadi tidak salah jika setiap terjadi gangguan pada jaringan listrik, maka pihak PLN

menjadi sorotan utama. Banyak tantangan yang harus dihadapi PT. PLN Persero mulai dari jumlah pengaduan dan keluhan yang semakin bertambah dengan meningkatnya jumlah pelanggan pengguna listrik PLN. Pemahaman pelanggan tentang tanggung jawabnya sebagai pelanggan dimana sebagai pelanggan PLN boleh melaporkan terjadinya gangguan listrik jika gangguan tersebut berkaitan dan terhubung dengan jaringan listrik PLN bukan gangguan listrik yang terhubung dengan jaringan listrik yang masuk ke rumah pelanggan. Kemudian proses monitoring dan kontrol penanganan gangguan yang masih terbatas memungkinkan terjadinya penanganan yang kurang optimal. Banyak upaya dalam menekan terjadinya gangguan listrik mulai dari perbaikan jaringan, peningkatan mutu pasokan energi, peningkatan mutu SDM serta proses integrasi perkembangan teknologi yang merupakan faktor pendukung tercapainya mutu layanan PLN terhadap pelanggan. Bentuk layanan teknik PLN Rayon Ngunut terhadap pelanggan lainnya adalah pelayanan penanganan gangguan listrik 24 jam yang telah terintegrasi dengan manajemen call center 123 yang salah satu fungsinya adalah menerima pengaduan atau keluhan – keluhan pelanggan yang mempunyai masalah terhadap kebutuhan listrik. Pelayanan gangguan pada tingkat Area Pelayanan Jaringan (APJ) difungsikan untuk menangani masalah pelanggan dalam area yang sudah ditentukan maupun pengaduan pelanggan yang sebelumnya sudah terdata di tingkat PLN pusat melalui fasilitas ‗call-center 123‘. Pelayanan gangguan ini dikatakan dapat berfungsi optimal apabila setiap pengaduan dan keluhan pelanggan mampu terselesaikan dengan baik sesuai dengan SOP (Standard Operation Prosedure) serta SLA (Service Level Agreement) yang telah ditentukan oleh pihak PLN. SLA dalam pelayanan gangguan berkenaan dengan standarisasi lamanya waktu respon dan waktu penanganan gangguan yang telah ditetapkan


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) dimana saat ini di PLN Rayon Ngunut ditentukan bahwa waktu respon gangguan maksimum adalah 45 menit terhitung Material mulai pelanggan melaporkan adanya gangguan sampai petugas tiba dilokasi, Sementara waktu penanganan gangguan maksimum adalah 90 menit, terhitung mulai petugas tiba dilokasi sampai dengan penanganan gangguan selesai dikerjakan. Penelitian yang terdahulu telah dikerjakan oleh Joni Triboy Sandi yang merancang sistem informasi penanggulangan gangguan listrik yang dilakukan di PT.PLN Wilayah Sumatra Barat Cabang Solok Rayon Kota Solok, sistem secara komputerisasi sudah bisa digunakan dalam menanggulangi masalah pengolahan data pelanggan yang mengalami gangguan listrik, sehingga penyampaian informasi kepada petugas di lapangan bisa tepat waktu disampaikan, rekapitulasi laporan tiap bulannya bisa diselesaikan dengan baik dan keterlambatan juga dapat diatasi, serta pekerjaan para petugas dapat diselesaikan dengan cepat. Dengan penyimpanan database sudah dapat memaksimalkan dalam proses penanggulangan gangguan listrik, sehingga penyimpanan berkas dan file-file dapat tersimpan dengan aman, diharapkan mampu mengatasi kemungkinan adanya kerusakan dan kehilanggan terhadap data-data penting. Secara umum hasil yang didapatkan peningkatan kinerja pelaksanaan dalam menanggulangi gangguan. Sasarannya adalah petugas teknis dapat menindak lanjuti gangguan yang dilaporkan oleh pelanggan secara cepat dan pimpinan cepat dalam pengambilan keputusan [2]. Penelitian oleh Erdisna tentang Sistem Penunjang Keputusan dalam Menetapkan Daya Listrik Pelanggan PLN. sistem yang dirancang digunakan untuk melakukan analisis terhadap permintaan konsumen dalam memilih tenaga listrik dengan menghitung dan memperkirakan output yang tepat dalam bentuk tenaga listrik yang ideal dengan kebutuhan pelanggan. Hasil yang didapatkan adalah sistem mampu dan membantu keputusan manajemen dalam penetapan daya listrik, mendukung keputusan pelanggan untuk memilih daya yang sesuai dengan kebutuhan serta mampu meminimalisir pasokan listrik dari PLN dan menghemat pemakaian listrik oleh pelanggan dengan harapan agar mampu meningkatkan pelayanan dan pembuatan informasi yang akurat pada proses pemasangan baru maupaun perubahan daya listrik PLN. [3] Penelitian Hendra Gunawan dan Irwan Agustian tentang Aplikasi Pelayanan Gangguan Listrik Berbasis Web di PLN Rayon Banjaran. Sistem aplikasi yang dirancang untuk pelayanan gangguan listrik dapat digunakan untuk mengatur dan mengolah data kerjaan perbaikan atas komplain yang di ajukan pelanggan dan sangat membantu di PLN Rayon Banjaran. Sistem dibuat online dan juga interaktif pelayanan gangguan listrik dapat dilihat dan di update oleh setiap user yang terlibat diantaranya admin dan petugas perbaikan. Sistem juga memudahkan admin untuk mengetahui laporan data perbaikan atas gangguan (komplain) yang diajukan oleh


pelanggan yang di tampilkan perbulannya. [4]. Pelayanan teknik bertujuan meningkatkan mutu pelayanan terhadap pelanggan, mengantisipasi terjadinya gangguan serta mengoptimalkan kecepatan terhadap penanganan gangguan pelanggan yang menjadi prioritas utama pelayanan teknik dalam menjaga kualitas pasokan tenaga listrik ke pelanggan. PLN Rayon Ngunut merupakan salah satu rayon PT. PLN Persero Area Kediri. Banyak perbaikan yang dilakukan oleh PT. PLN Persero salah satunya adalah penerapan strategi perang gangguan pelanggan yang merupakan salah satu strategi yang dilakukan oleh PLN Rayon Ngunut untuk meningkatkan layanan pelanggan guna mendukung tercapainya mutu layanan PLN yang maksimal. Guna mendukung penerapan SLA (Service Level Agreement) dalam pelayanan gangguan teknik maka dirancang sebuah sistem yang dapat membantu manajemen dalam proses pengambilan keputusan. Dengan Mempertimbangkan semua faktor di atas dan untuk menambah program aplikasi yang sudah ada, serta untuk membantu mempercepat petugas teknis dalam menganalisis gangguan maka fokus dari penelitian ini adalah pengembangan sebuah Decision Support System untuk membantu dalam mengambil keputusan tentang gangguan listrik yang terjadi PLN Rayon Ngunut. Tujuan penelitian ini adalah merancang sebuah sistem dan melakukan pengembangan sistem informasi penanganan gangguan pelanggan di PLN Rayon Ngunut berbasis web yang bisa diakses oleh pengambil keputusan melalui internet. Proses yang dilakukan dengan membuat klasifikasi dan kodefikasi jenis gangguan, gejala gangguan, tools dan proses penanganan gangguan. Penentuan kriteria sebagai kategori terjadinya sebuah gangguan, dan melakukan seleksi terhadap faktor-faktor pendukung untuk membantu petugas teknis sebagai upaya meningkatkan kualitas dalam menangani gangguan listrik agar mampu meningkatkan mutu pelayanan terhadap pelanggan. II.

METODOLOGI

A. Decision Support System Decision Support System adalah suatu sistem informasi yang spesifik yang ditujukan untuk membantu manajemen dalam mengambil keputusan yang berkaitan dengan persoalan yang bersifat semi terstruktur secara efektif dan efisien, serta tidak menggantikan fungsi pengambil keputusan dalam membuat keputusan [5]. Decision Support System dapat diartikan pula sebagai sebuah sistem informasi berbasis computer yang interaktif, fleksibel dan mudah beradaptasi, didesain secara khusus untuk membantu masalah managemen yang bersifat tidak terstruktur untuk memperbaiki pengambilan keputusan[6]. Sistem ini bertujuan untuk menghasilkan informasi yang berkaitan langsung dengan proses pengambilan keputusan baik yang bersifat semi terstruktur maupun yang tidak terstruktur. Dibutuhkan suatu sistem yang mampu memberikan berbagai alternatif keputusan dalam waktu yang

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) cepat. Di sinilah Decision Support System yang berbasis komputer dapat berperan dengan baik. Pengambilan keputusan merupakan proses pemilihan alternatif tindakan untuk mencapai tujuan atau sasaran tertentu. Menurut Herbert A. Simon, ahli manajemen pemenang Nobel dari CarnegieMellon University, keputusan sebagai pilihan tentang suatu bagian tindakan [7], sedangkan menurut Daihani Keputusan adalah suatu pilihan dari strategi tindakan [8]. Sehingga dapat dirumuskan bahwa:  Keputusan adalah suatu pilihan yang mengarah kepada tujuan yang diinginkan.  Keputusan adalah aktivitas pemilihan tindakan dari sekumpulan alternatif untuk memecahkan suatu masalah. Pengambilan keputusan dilakukan dengan pendekatan sistematis terhadap permasalahan melalui proses pengumpulan data menjadi informasi serta ditambah dengan faktor – faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pengambilan keputusan. Sistem database berisi kumpulan dari semua data jenis gangguan yang dimiliki oleh PLN Rayon Ngunut, baik yang berasal dari laporan gangguan listrik sehari-hari, maupun data dasar (master file) yang sudah dimiliki sebelumnya. Untuk keperluan DSS, diperlukan data yang relevan dengan permasalahan yang hendak dipecahkan melalui simulasi. Dalam model DSS terdapat model base atau suatu model yang merepresentasikan permasalahan ke dalam format kuantitatif (model matematika) sebagai dasar simulasi atau pengambilan keputusan, termasuk di dalamnya tujuan dari permasalahan (obyektif), komponen-komponen terkait, batasan-batasan yang ada (constraints), dan juga hal-hal terkait lainnya. Kedua komponen dia atas selanjutnya disatukan dalam komponen ketiga berupa software system, setelah sebelumnya direpresentasikan dalam bentuk model yang ―dimengerti‖ komputer . Contoh penggunaan nya adalah teknik RDBMS (Relational Database Management System), OODBMS (Object Oriented Database Management System) untuk memodelkan struktur data. Sedangkan MBMS (Model Base Management System) dipergunakan untuk mere-presentasikan masalah yang ingin dicari pemecahannya. Entiti lain yang terdapat pada produk DSS baru adalah DGMS (Dialog Generation and Management System), yang merupakan suatu sistem untuk memungkinkan terjadinya ―dialog‖ interaktif antara komputer dan manusia (user) sebagai pengambil keputusan.  Tujuan Decision Support System Decision Support System dibangun dengan tujuan sebagai berikut : 1. Membantu manajer membuat keputusan untuk memecahkan masalah semi terstruktur. 2. Mendukung penilaian manajer bukan mencoba menggantikannya. 3. Meningkatkan efektifitas pengambilan keputusan manajer.  Tujuan-tujuan tersebut mengacu pada tiga prinsip dasar dari

sistem pendukung keputusan, yaitu : 1. Struktur masalah: untuk masalah terstruktur, penyelesaian dapat dilakukan dengan menggunakan rumus-rumus yang sesuai, sedangkan untuk masalah tak terstruktur tidak dapat dikomputerisasi. Sistem pendukung keputusan dikembangkan khususnya untuk masalah yang semiterstruktur. 2. Dukungan keputusan: DSS tidak dimaksudkan untuk menggantikan manajer, karena komputer berada di bagian terstruktur, sementara manajer berada di bagian tak terstruktur untuk memberi penilaian dan melakukan analisis. Manajer dan komputer bekerja sama sebagai sebuah tim pemecah masalah semi terstruktur 3. Efektifitas keputusan: tujuan utama dari DSS bukan mempersingkat waktu pengambilan keputusan, tapi agar keputusan yang dihasilkan dapat lebih baik.  Kriteria Decision Support System Decision Support System memiliki kriteria sebagai berikut : 1. Interaktif : DSS memiliki user interface yang komunikatif sehingga pemakai dapat melakukan akses secara cepat ke data dan memperoleh informasi yang dibutuhkan. 2. Fleksibel: DSS memiliki kemampuan menampung sebanyak mungkin variabel masukan, kemampuan untuk mengolah dan memberikan keluaran yang menyajikan alternatif - alternatif keputusan kepada pemakai. 3. Data kualitas: DSS memiliki kemampuan untuk menerima data kualitas yang dikuantitaskan yang sifatnya subyektif dari pemakainya, sebagai data masukan untuk pengolahan data. 4. Prosedur pakar: DSS mengandung suatu prosedur yang dirancang berdasarkan rumusan formal atau berupa prosedur kepakaran seseorang atau kelompok dalam menyelesaikan suatu bidang masalah dengan fenomena tertentu. B. Data Flow Diagram (DFD) Metodologi penelitian mencakup uraian mengenai tahapan penelitian, pada penelitian ini digambarkan dengan menggunakan diagram aliran data (Data Flow Diagram / DFD). DFD berikut ini menunjukkan bagaimana alur kerja sistem yang diusulkan. Gambar 1 menunjukkan bahwa ada tiga sumber data pada sistem, yaitu pelanggan, operator/admin dan petugas teknis. Operator / admin bisa berasal dari administrasi teknik. Petugas teknis adalah petugas teknis lapangan yang bertanggung jawab melakukan penanganan gangguan. Sedangkan pelanggan adalah user pelanggan PLN yang melaporkan pengaduan dan keluhan gangguan. Seorang operator/admin akan melakukan proses insert dan update terhadap sistem dengan validasi dari pakar. Petugas teknis akan mengakses secara detail hasil analisis gangguan dan proses kerja penanganan gangguan yang sudah sesuai dengan Standar Operasional Prosedur (SOP) serta melaporkan langsung kondisi penanganan gangguan sesuai dengan yang terjadi dilapangan.



PETUGAS Data Login

MANAGER

Status Penanganan Report Peralatan

Report

Proses Login

Report Biaya

Data Login

Proses Login

Sertifikasi Petugas

OPERATOR / ADMIN

Report Kecakapan Petugas

Petugas Pelaksana Macam Gangguan

Data Petugas Data Pelanggan

Petugas Pelaksana

Data Peralatan

DSS Pelayanan Gangguan Pelanggan

Kompetensi Petugas

Petugas

Data Berita

Peralatan Gangguan

Biaya

Keputusan Gangguan

Laporan Penanganan

Respon Pertanyaan Pertanyaan / Komentar

Data Keluhan

Keluhan

Rekomendasi Tanggung Jawab Gangguan

Input Data Pelanggan Rekomendasi Tanggung Jawab Baca Status Penanganan

Status Penanganan Gangguan

Respon Pertanyaan

Kontak

Perintah Penanganan

Laporan Penanganan

Input Data Dari Pelanggan

Peralatan Jenis Gangguan Perintah Penanganan

Laporan Penanganan Gangguan

Analisis Keluhan

Biaya Operasional Berita Gangguan

Data Gangguan

Data Operator

Lihat Status Penanganan Gangguan

Penanganan Gangguan

Entry Data Master

Kompetensi Petugas Peralatan Gangguan Data Pelanggan

Analisis Gangguan

Login Valid

Proses Login

PELANGGAN

Lihat Status Penanganan Gangguan

Gambar 1. Data Flow Diagram DSS Pelayanan Gangguan Listrik Pelanggan

Sedangkan seorang pelanggan akan mengakses sistem untuk melaporkan pengaduan dan keluhan gangguan listrik serta untuk mendapatkan hasil analisis gangguan. Proses autentifikasi dibutuhkan untuk membedakan hak akses seorang pelanggan, petugas teknis, operator / admin dan manager berdasarkan kebutuhan masing – masing sehingga akan ditampilkan hasil analisis yang sesuai sebagai bahan pendukung pengambilan keputusan yang akan diambil. Proses pengecekkan dalam database akan menghasilkan daftar prioritas jenis gangguan yang sesuai dengan yang dilaporkan oleh pelanggan. Hasil keluaran (output) sistem berupa hasil analisis dan juga informasi yang ditampilkan dalam bentuk dashboard yang bisa di akses oleh manager.  Entity Relationship Diagram (ERD) Untuk menyimpan data pada sistem Decision Support System pelayanan gangguan pelanggan PLN Rayon Ngunut, dibutuhkan sebuah database yang terdiri dari beberapa tabel yang saling terhubung / berelasi. Untuk menggambarkan relasi antar tabel tersebut, penulis menggunakan Entity Relationship Diagram (ERD). Berdasarkan Gambar 2 dapat dijelaskan bahwa desain awal Decision Support System pelayanan gangguan pelanggan terdiri dari beberapa entitas (tabel) yang seluruhnya akan dikembangkan menjadi sebuah kesatuan data, dikumpulkan menjadi satu membentuk sebuah database. Database pada penelitian ini dibangun dengan menggunakan perangkat lunak MySQL Database Version 5.0.51b. Selama proses pembuatan, peneliti tidak menggunakan bahasa query, tetapi dengan menggunakan aplikasi phpMyAdmin Database Manager Version 2.10.3 yang berbasis web dan dapat diperoleh secara gratis.


 Desain Interface Pada bagian ini akan dijelaskan Gambaran dari desain interface pada sistem DSS pelayanan gangguan listrik pelanggan PLN Rayon Ngunut dengan berbasis web. Terdapat empat halaman utama yaitu halaman untuk pelanggan, halaman admin/operator, petugas teknis dan manager. Skema desain interface pada sistem DSS pelayanan gangguan pelanggan PLN Rayon Ngunut ditunjukkan pada Gambar 3. III.

HASIL DAN ANALISA

Setiap pengaduan dan keluhan pelanggan PLN tidak bisa langsung ditangani, diperlukan analisis untuk menentukan jenis gangguan sebelum kemudian dilakukan proses penanganan. Pada umumnya proses awal untuk melakukan analisis gangguan adalah dengan melihat gejala yang muncul pada instalatir listrik milik pelanggan. Dari gejala - gejala tersebut akan dilakukan proses analisis untuk mengetahui jenis gangguan yang terjadi di rumah pelanggan. Skema desain interface ditunjukkan dalam Gambar 3. Kesalahan dalam menentukan jenis gangguan akan mengakibatkan penanganan gangguan tidak tepat sasaran dan membawa pengaruh negatif bagi kinerja pelayanan teknis. sys_pelanggan PK,FK1

IDPEL

FK1 FK1

Penyulang Gardu Linecab Tarif Daya Nama Hp Alamat Keterangan KID Gejala

sys_analisis PK PK PK

ANID KID GID

sys_penanganan

sys_pengaduan PK,FK1 PK PK

KID IDPel Gejala

FK1 FK2 FK2 FK2 FK2 FK3

Pelapor IDMeter NamaPel Daya Alamat Telp Email TglGangguan TglLapor Keluhan Status ANID GID GjID PnID TID IDS

PK

sys_biayaops

IDS KID PgID Status TglStatus Keterangan Tanggal

OpID Tanggal Berangkat Datang Kendaraan BBM KID Jarak sys_sertifikat

sys_petugas PK,FK1

PgID

PK

SRID

Nama Alamat Hp Jabatan Password

FK1

NamaSR Kategori PgID

Persen Tanggal Username

sys_sertifikasi sys_gangguan PK,FK1,FK2,FK2,FK3,FK4 PK,FK4 PK,FK3 PK,FK1

sys_toolgangguan PK PK

GID TID

Gangguan Kategori SubGangguan Tools Keterangan Status

Username

sys_tool PK,FK1

TID

FK1

Tools Keterangan Status GID

PK

PgID

FK1,FK1

NSR TglSR Sumber TglEntry GID

GID GjID PnID TID

sys_srtgangguan PK PK

PK PK,FK1

SRID GID Username

sys_penanganan_gangguan GID PnID User

sys_grubgangguan sys_penanganan PK

PnID Penanganan Tanggal

PK PK,FK1

GID GjID Persen Username

sys_gejala PK

GjID Gejala Keterangan Status

Gambar 2. Entity Relationship Diagram DSS Pelayanan Gangguan Listrik Pelanggan

Untuk itu dibutuhkan suatu solusi berupa pengembangan sebuah sistem yang berfungsi untuk membantu dalam proses pengambilan keputusan apakah telah terjadi gangguan atau tidak, apa jenis gangguannya, bagaimana proses penanganan yang tepat serta peralatan apa saja yang harus dibawa dalam proses penanganan gangguan dengan sistem informasi penanganan gangguan pelanggan ini pelanggan diminta untuk memilih gejala yang sesuai dengan ciri-ciri saat tejadi gangguan.

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Sistem juga dikembangkan untuk membantu manager mengetahui secara cepat kondisi pelayanan teknik terjadi kondisi tertentu manager bisa mangambil keputusan yang terbaik untuk peningkatan kualitas pelayanan teknik PLN Rayon Ngunut. Data Keluhan Pengaduan Pelanggan Data Pelanggan Gejala Gangguan

Admin/Operator

Tool

Halaman Home Admin/Opertor

Report Pelayanan Gangguan

perkembangan penanganan gangguan dan tools / jumlah peralatan yang dimiliki setiap terjadi gangguan sehingga jika melengkapi data pelapor tampilannya seperti pada Gambar 6. Untuk pelanggan tinggal melengkapi data pelanggan setelah menginputkan nomor ID pelanggan dan data akan ditampilkan. Pelanggan hanya bisa melakukan perubahan data khusus untuk nama pelapor, telp/Hp, email, tanggal gangguan dan jam serta keluhan gangguan (keterangan detail dari gangguan jika beberapa gejala yang sudah tersedia masih belum bisa menggambarkan kejadian gangguan di rumah pelanggan).

Penanganan Gangguan Data Petugas Biaya Operasional Gangguan Sertifikasi Kompetensi Petugas Teknis

Halaman Login

Analisis Gangguan Petugas Teknik

Halaman Home Petugas Teknik

Keluhan Pengaduan Pelanggan

Penanganan Gangguan

Polling Penilaian Pelayanan Teknik Manager

Halaman Home Manager

Biaya Operasional Gangguan

Dashboard Pelayanan Pelanggan

Report Pelayanan Gangguan

Gambar 3. Skema Desain Interface

Pada penelitian ini digunakan data laporan gangguan pelanggan yang didapatkan dari PLN Rayon Ngunut, Tulungagung. Data diambil dalam jangka waktu antara Maret hingga Mei 2015. Alur proses dari program ditunjukkan pada Gambar 4. INPUT

Pengaduan dan Keluahan Pelanggan

PROSES

Gambar 5. Tampilan Halaman home

OUTPUT

Identifikasi

Gejala Gangguan Database

Hasil Analisi Gangguan

Report Penanganan Gnagguan

Dashboard pelayanan Teknik

Gambar 4. Diagram Alir Konsep Penelitian

Bagian awal dari aplikasi adalah halaman home yang tampilannya ditunjukkan dalam Gambar 5. Pada halaman home terdapat tujuh menu yaitu halaman home, profile, lapor gangguan, status lapor gangguan, polling, artikel dan berita. Pada menu home pelanggan PLN Rayon Ngunut dapat mengetahui informasi detail tentang Decision Support System pelayanan gangguan listrik pelanggan. Pada proses awal pelanggan bisa memilih menu lapor gangguan pelanggan untuk melaporkan terjadinya gangguan atau keluhan dan pengaduan dengan menginputkan nomor ID pelanggan serta

Gambar 6. Tampilan halaman lapor gangguan pelanggan

Dari data yang telah diinputkan pelanggan kemudian bisa memilih gejala gangguan sesuai dengan yang terjadi di tempat pelanggan kemudian menekan tombol periksa untuk mengetahui hasil analisa jenis gangguan listrik sehingga akan ditampilkan hasil analisis gangguan dan bisa dicetak dengan format pdf Gambar 7. Pada halaman petugas, petugas teknik dapat mengetahui laporan gangguan atau keluhan dan pengaduan pelanggan


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) beserta data lengkap pelanggan untuk bisa segera dilakukan penanganan serta hasil analisa gangguan dan kemudian bisa langsung melaporkan hasil dari proses penanganan gangguan sesuai dengan keadaan dilapangan. Pada halaman manager, manager dapat mengetahui kondisi terkini tentang pelayanan gangguan teknis yang akan di tampilkan detail dalam laporan dan dashboard. Pengujian aplikasi Decision Support System untuk pelayanan gangguan pelanggan terdiri dari pengujian verifikasi dan pengujian prototype.

Keterangan :  n = Total hasil sesuai

 nt = Total seluruh data.

Berdasarkan perbandingan hasil analisis yang divalidasi oleh pakar, maka terlihat ada beberapa kasus yang mengalami kondisi tidak sesuai antara analisis pakar dengan sistem. Ketidakcocokkan hasil analisis ini dikarenakan setiap pakar memiliki kriteria penilaian nilai prosentase yang tidak sama untuk menganalisis suatu gangguan. prosentase hasil analisis pakar didapatkan nilai seperti berikut : Prosentase tingkat kebenaran = (87/100) x 100% = 87% Hasil yang didapat adalah prosentase tingkat kebenaran sebesar 87%. Hasil keseluruhan sistem akan didapatkan nilai 100% setelah nilai bobot prosentase gejala sudah ditentukan oleh seorang pakar (seorang koordinator teknis). IV.

Gambar 7. Tampilan Hasil Analisis Format PDF

a) Pengujian Verifikasi Pengujian verifikasi ini bertujuan untuk mengetahui apakah prototype yang terbentuk telah berjalan sesuai rancangan. Pengujian verifikasi yang dilakukan adalah verifikasi rancangan antarmuka sehingga dapat di akses oleh petugas teknis, operator/admin dan manager PLN Rayon Ngunut. Aplikasi Decission Support System untuk pelayanan gangguan di PLN Rayon Ngunut dibangun dengan menggunakan bahasa pemrograman berbasis web yaitu PHP dan database nya menggunakan MySQL. Pada aplikasi ini terdapat menu antarmuka pelanggan, antarmuka petugas teknis, antarmuka admin dan antarmuka manager PLN Rayon Ngunut. b) Validasi Validasi pengujian Decision Support System dengan melakukan penilaian output sistem berdasarkan input gejala yang diberikan pelanggan, yaitu apakah output yang dihasilkan sudah tepat bila dinilai dari sudut pandang pakar. Nilai prosentase keberhasilan dihitung dengan persamaan (1). % Tingkat kebenaran =  n x100% (1)  nt


KESIMPULAN

Decision Support System dapat dan mampu menganalisis gangguan pada pelanggan. Hal tersebut ditampilkan pada hasil yang mampu membantu dan mempercepat dalam memberikan laporan perkembangan pelayanan gangguan listrik pelanggan. Dengan proses ini response time dan waktu pemulihan dapat ditingkatkan hingga 72 %, dibuktikan dengan simulasi bahwa waktu respon gangguan yang semula 45 menit bisa dimaksimalkan menjadi 40 menit, terhitung mulai pelanggan melaporkan sampai petugas tiba di lokasi. Waktu penanganan gangguan yang semula 90 menit bisa dimaksimalkan menjadi 70 menit, terhitung mulai petugas tiba di lokasi sampai dengan penanganan gangguan selesai dikerjakan. Hasil validasi yang dilakukan pada sistem menunjukkan rata - rata tingkat keberhasilan adalah 87% DAFTAR PUSTAKA [6] [7]

[8]

[9]

[10]

[11] [12] [13] [14]

Standar Operational Prosedur Pelayanan Teknis 2012, Arsip PT.PLN Persero Area Kediri Rayon Ngunut. Sandi, J. T., ―Analisis Implementasi Sistem Informasi Penanggulangan Gangguan Listrik pada Pelanggan PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatra Barat Cabang Solok Rayon Kota Solok dengan Aplikasi Bahasa Pemograman Java didukung dengan Database Mysql,‖ Padang, 2010. Erdisna. Sistem Penunjang Keputusan Dalam Menetapkan Daya Listrik Pelanggan PLN. jurnal teknologi informasi & pendidikan issn : 2086 – 4981 vol. 5 no. 2 september 2012. Padang. Hendra Gunawan., Irwan Agustian. Aplikasi Pelayanan Gangguan Listrik Berbasis Web Di Pln Rayon Banjaran. Jurnal Informasi Volume VI No. 2/November/2014 Budi Akademika. Universitas Brawijaya. ―Decision Support System‖ [online] http://pbsabn.lecture.ub.ac.id/2012/05/keputusan-decision/. Tanggal akses 17 September 2013. Turban, E., 1995., Decicion Support System And Expert System, Prentice Hall International, United State Simon, H. A., 1960. Decision Making and Organizational Design. In D.S. Pugh. Organization Theory. Great Britain: Pinguin Education. Daihani, D. U., 2001. Komputerisasi Pengambilan Keputusan. Jakarta: PT Elex Media Komputindo Gramedia. Artono, Budi, ―DSS Menggunakan Metode Group Technology untuk Pelayanan Teknis PT. PLN Rayon Ngunut,‖ Jurnal EECCIS, Vol. 8, No. 2, Desember 2014.


Monitoring Perbandingan Kualitas Air Danau dan PDAM Menggunakan Sensor Turbidity, pH, dan Suhu berbasis Web Sukamto, S.T., M.T. NIP. 197811142014041001 Jurusan Teknik Politeknik Negeri Madiun Madiun, Jawa Timur, Indonesia Email : [email protected] Abstrak — Pemantauan kualitas air pada sumber-sumber air diperlukan untuk mengetahui kualitas air pada sumber air tersebut. Tapi pada saat ini pemantauan pada sumber-sumber air masih manual. Seiring perkembangan teknologi, maka dibutuhkan kemudahan dalam segala hal termasuk penerapan dalam sistem monitoring. Monitoring perbandingan Kualitas Air Danau dengan perusahaan daerah air minum (PDAM) berbasis Web ini berperan dalam membantu proses monitoring pada air yang dapat membantu pihak-pihak yang membutuhkan dalam pemantauan air guna mengetahui kualitas air untuk kepentingan konsumsi sehari-hari. Monitoring kualitas air danau dan PDAM ini menggunakan 3 parameter monitoring yaitu kekeruhan, pH dan suhu. Untuk parameter kekeruhan menggunakan sensor Turbidity. Untuk parameter pH menggunakan sensor pH dan untuk parameter suhu menggunakan sensor suhu DS18B20. Arduino Mega 2560 sebagai pengolah data dan dikirim menggunakan RF433 ke Arduino Nano. Adapun hasil pengujian ialah bekerja dengan baik. Sensor Turbidity mampu mengukur tingkat kekeruhan 0-987 NTU dengan nilai deviasi 1,33 NTU. Sensor pH mampu mengukur tingkat kadar pH air 0-14 yang telah dikalibrasi dengan pH buffer 4.01. Sensor suhu mampu mendeteksi nilai suhu dengan range -55°C - 125°C. Dan pada suhu 10°C - 85°C memiliki nilai akurasi kurang lebih 0.5°C. Dan pada RF 433Mhz dapat mampu mengirim serta menerima data dengan jarak jangkauan maksimal 70m. Kata kunci— Monitoring; Arduino Mega 2560; Arduino Nano; Sensor Turbidity; Sensor pH; Sensor Suhu DS18B20; RF 433Mhz .

I.

PENDAHULUAN

Sistem monitoring yang memantau keadaan kualitas air saat ini telah menjadi kebutuhan yang mendesak bagi danaudanau yang ada di Indonesia. Danau merupakan sumber daya yang memberi banyak sekali manfaat bagi manusia, diantaranya adalah sebagai sumber air, pariwisata, kegiatan ekonomi seperti dengan kegiatan keramba jaring apung (KJA), pemanfaatan, dan lain sebagianya.[pusperdal] Dari banyaknya kegiatan yang bisa dilakukan di danau maka diperlukan sebuah sistem monitoring untuk memantau kualitas air yang ada pada danau, dan dapat dipantau secara real-time berbasis web. Tujuan Penelitian ini adalah untuk :

a.

Dapat melakukan monitoring kualitas air danau secara real time. b. Dapat mengetahui cara kerja setiap sensor sesuai dengan parameter yang ada. c. Dapat mengirim data menggunakan RF 433Mhz tanpa kabel. Dalam penelitian ini memfokuskan pada bagaimana cara untuk memonitoring kualitas air danau serta membandingakan dengan kualitas dari perusahaan daerah air minum (PDAM) menggunakan sensor turbidity, sensor pH, dan sensor suhu serta menampilkan data melalui web dengan modul RF 433Mhz. Pada penelitian ini hanya melakukan monitoring kekeruhan air, pH, dan temperatur/suhu air untuk menetukan kualitas air tersebut tanpa adanya pengendalian atau kontrol kualitas air danau. Air danau yang digunakan sebagai sampel monitoring ialah air danau Ngebel, Ponorogo. II. METODOLOGI A. PERANCANGAN SISTEM Pada diagram kerja sistem tersebut Arduino Mega mengolah data dari ketiga sensor (kekeruhan, pH, dan suhu) dan mengirim melalui frekuensi radio RF433 dan diterima Arduino Nano yang telah terkoneksi dengan PC/laptop kemudian data disimpan aplikasi Java ke Database untuk selanjutnya ditampilkan di web. Berikut ini merupakan proses kerja monitoring kualitas air danau menggunakan sensor Turbidity, sensor pH, dan sensor suhu berbasis web.

Gambar 1. Digram kerja sistem


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Pada rangkaian power supply ini dibutuhkan beberapa komponen yaitu : 1. Lippo battrey 2s 7,4 Volt merk Tiger dan XT60 connector 2. Terminal. 3. Kapasitor 100µF dan 470µF 4. Resistor 470Ω 5. LED 2 warna

Pada rangkaian dibawah ini, wiring sebagai berikut : 1. VCC = VCC 5V (Power supply) 2. pHO = A7 (Analog In) 3. GND = GND (Power supply)

Gambar 2. Rangkaian power supply

Perencanaan Skematik Pada Arduino Mega 2560 Pada perencanaan ini penulis menggunakkan mikrokontroler board arduino Mega 2560. Arduino mega 2560 ini digunakan sebagai pemroses data dari sensor yang akan di olah lalu diteruskan ke komponen keluaran yang disini adalah RF 433 MHz.

Gambar 5. Rangkaian modul sensor pH pada Arduino (Sumber : datasheet)

Rangkaian Sensor Turbidity Terdapat modul dan sensor pada rangkaian sensor turbidity dalam pengunaan monitoring kualitas air danau. Modul serta sensor turbidity ini berfungsi untuk mendeteksi kekeruhan pada air. Dan berikut gambar 9 merupakan skematik diagram pada sensor turbidity.

Gambar 3.Rangkaian Pada Arduino Mega 2560

Rangkaian Sensor pH Perencanaan pembuatan alat ini penulis menggunakan rangkaian modul untuk pembacaan sensor pH. Gambar 3 merupakan rangkaian skematik dari modul sensor pH v1.1. Input dari probe sensor menggunakan BNC connector sedangkan ouputan menggunakan pinhead. Pinhead outputan terdiri atas VCC, GND, GND, Po, To, Do. Pin yang digunakan ialah VCC ke 5v, GND-GND ke ground, Po ke pin analogIn (0) pada arduino mega 2560. Pada perencanaan pada sensor pH disini dibutuhkan yaitu, Arduino Mega 2560, modul sensor pH v1.1, serta pH probe.

Gambar 6. Skematik diagram sensor turbidity (Sumber : datasheet)

Dari gambar tersebut maka rangkaian dapat disusun pada Arduino Mega 2560 dengan gambar berikut.

Gambar 7. Sensor turbidity pada Arduino Mega 2560

Pada rangkaian sensor turbidity berikut adalah susunan wiring antara sensor serta arduino : 1. VCC = VCC (Power supply) 2. AO = A0 (Arduino) 3. GND = GND (Power supply) Gambar 4. Rangkaian Skematik pada modul sensor pH v1.1 (Sumber : forum.arduino.cc)


Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Rangkaian Sensor Suhu Sensor DS18B20 memiliki tiga pin. Pin pertama berupa ground, pin kedua merupakan data input/output (DQ), dan pin ketiga power supply voltage (VCC). Pin pertama dihubungkan pada pin ground pada power supply, pin kedua sensor dihubungkan dengan resistor dengan besar 4,7 KΩ kemudian dihubungkan pada pin ke-2 digital Arduino Mega serta pin ketiga sensor dihubungkan pada 5V pada power supply. Gambar 10.Rangkaian receiver di Arduino Nano

Adapun pin-pin RF 433 mHz penerima yang terhubung ialah VCC dengan VCC pada Arduino Nano, GND pada GND Arduino Nano, dan DATA pada pin 12 Arduino Nano. Gambar 8.rangkaian skematik pada proteus

Rangkaian RF 433 Mhz Pada rangkaian RF 433 Mhz ini dibagi menjadi 2 bagian yaitu pengirim dan penerima. Dari bagian-bagian tersebut sudah memiliki tugas dan fungsi masing-masing, serta ditempatkan pada arduino yang berbeda. RF 433 Mhz Transmitter Pada rangkaian ini berfungsi untuk mengirim data dari ketiga sensor, yaitu sensor turbidity, sensor pH, sensor suhu. Data diperoleh dari pembacaan sensor yang telah diolah oleh Arduino Mega 2560. Data dikirim melalui radio frekuensi dengan nilai frekuensi 433 Mhz.

B. Prosedur Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja dari sistem monitoring kualitas air danau menggunakan sensor turbidity, sensor pH, sensor suhu berbasis web adalah memantau kualitas air danau dengan parameter kekeruhan, pH, suhu yang kemudian dikirim ke PC/Laptop (Server). Untuk mendapat data tersebut menggunakan sensor turbidity, sensor pH, dan sensor suhu yang di olah oleh board Arduino Mega 2560. Setelah data didapatkan, maka data tersebut dikirim oleh Arduino Mega 2560 lewat RF 433 MHz (transmitter) dan diterima oleh RF 433 MHz dan diolah oleh Arduino Nano. Setelah diolah oleh Arduino Nano maka data dikirim ke PC/Laptop (Server) untuk nantinya dikirim ke web. Diagram Kerja Sistem Rangkaian alat yang akan dibuat mulai proses kerja input, proses dan output dari sistem monitoring kualitas air danau menggunakan sensor turbisity, sensor pH, dan sensor suhu berbasis web dari beberapa blok yang seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 9.Rangkaian RF 433 Mhz Pengirim

Pada rangkaian tersebut VCC dihubungkan pada 5V bisa power supply atau bisa juga dari arduino. Disini penulis mengambil tegangan 5V dari Arduino. Begitu pula dengan GND yang diambil dari GND Arduino. Sedangkan kaki ATAD disambungkan pada pin 11 pada Arduino Mega 2560. RF 433 Mhz Receiver Pada rangkaian ini berfungsi untuk menerima data yang dikirm oleh Rangkaian pengirim RF 433 Mhz. Dan pada rangkaian penerima ini terletak pada arduino yang berbeda dengan yang rangkaian pengirim yaitu pada arduino Nano. Pada gambar 3.18 merupakan contoh rangkaian RF 433 Mhz penerima, yang digabungkan pada arduino nano.

Gambar 11. Diagram kerja

Pada gambar 3berikut ini merupakan flowchart dari monitoring kualitas air danau menggunakan sensor turbidity, sensor pH, dan sensor suhu berbasis web.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Dalam pengujian power supply ini menguji pada lima titik pengujian, yaitu pada input sebelum masuk rangkaian, lalu ke 4 titik output yang masing-digunakan untuk mensuplai tegangan ke arduino, sensor turbidty, sensor pH, dan sensor suhu.

Gambar 13 Power supply

Gambar 12. Flowchart Sistem

III. HASIL DAN ANALISA Pengujian Alat Setelah semua kommponen dan rangkaian pada sistem monitoring kualitas air danau selesai dibuat, perlu diadakan pengujian dari hasil rangkaian dan setiap komponen yang digunakan. Adapun beberapa tujuan dilaksakannya pengujian terhadap rangkaian dan komponen yang telah dibuat adalah : 1. Untuk mengetahui hasil perancangan dan pembuatan alat. 2. Untuk menganalisa kesalahan dan kelemahan alat kemuadian dibandingkan. 3. Untuk mengetahui kekerungan dan kelemahan dari rangkaian atau perangkat ini sehingga apabila ada kesalahan atau kerusakan dapat diperbaiki. Pengujian Setiap Bagian Pada tahapan ini atas dilakukan pengujian terhadap masing-masing rangkaian. Hasil pengujian ini akan digunakan untuk bahan perbandingan dengan rangkaian alat yang telah dibuat. Adapun beberapa bagian yang akan dilakukan pengukuran dan pengujian antara lain : Pengujian Rangkaian Power supply Supaya rangkaian power supply dapat bekerja dengan baik perlu adanya pengujian. Pengujian diperlukan untuk mengetahui kompenen-kompenen bekerja dengan baik, dan apakah Vout/tegangan keluaran pada power supply sesuai dengan yang diharapkan. Langkah pertama hubungkan batteray dengan rangkaian power supply. Kemudian ambil multimeter untuk mengetahui keluaran output pada setiap tegangan DC yang keluar, multimeter yang digunakan yaitu multimeter jenis digital.


Pada perencanaan kali ini rangkaian power supply menggunakan IC Regulator 7805 didalamnya, yang berguna untuk menurunkan tegangan keluaran pada battrei yaitu sebesar 7,4V yang akan diturunkan menjadi 5V. Dalam pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tegangan sebelum masuk pada rangkaian, supaya mengetahui berapa tengangan sebelum diturunkan. Dengan menggunakan multimeter kita dapat mengetahui berapa tegangan yang belum masuk pada rangkaian. Dengan cara pengujian tersebut maka hasil yang seharusnya diperoleh ialah tegangan keluaran harus sebesar 5V jika tidak maka rangkaian power supply masih belum berhasil. Pengujian pada setiap terminal ouput pada rangkaian power supply. Tabel 1. Hasil pengukuran power supply

Pengujian Arduino Supaya Arduino dapat bekerja dengan baik perlu adanya pengujian. Pengujian diperlukan untuk mengetahui bahwa board arduino bekerja dengan baik, dan sesuai dengan apa yang diharapkan. Pengujian dilakukan pada 2 board arduino yaitu Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano. Untuk menguji board Arduino persiapkan alat-alat yang dibutuhkan yaitu : 1. Board Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano 2. Kabel Serial 3. Laptop atau komputer yang sudah terinstal aplikasi Arduino.IDE Selanjutnya ialah masukkan hubungkan board Arduino dengan Laptop/komputer dengan menggunakan kabel serial. Hal ini dilakukan untuk mengupload program yang nantinya digunakan sebagai bagian dalam tahapan pengujian ini.


Gambar 14 Icon Arduino IDE , Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano

Setelah itu buka aplikasi Arduino.IDE. Setelah terbuka lalu pilih File - Examples - 01.Basics - Blink. Setelah itu Compile program tersebut, jika sudah dan terdapat kata ―Done Compiling‖, maka program tersebut tidak terdapat error dan siap untuk di upload. Sebelum proses upload maka pastikan pada aplikasi Arduino board yang akan diupload adalah benar dengan apa yang akan dipakai. Yaitu dengan cara ToolsBoard-‗pilih board yang akan dipakai‘. Lalu untuk memastikan processor yang dignakan yaitu dengan ToolsProcessor-‗pilih processor yang sesuai dengan board dipakai‘. Setelah itu klik Tools-Port digunakan untuk memilih board Arduino yang dipakai. Setelah semua sudah dipastikan benar maka program siap untuk di upload. ‗Done Uploading‘ merupakan tanda bahwa program telah selesai di upload. Dan hasil pengujian Arduino adalah sesuai dengan apa yang diharapkan. Pada program yang di upload yaitu Blink yaitu mengatur mati dan menyalanya led dengan waktu delay 1 detik. Dan pada board arduino pengujiannya dengan melihat led yang terhubung dengan pin 13. Berikut gambar 4.9, lampu led yang berwarna oranye pada Arduino Mega 2560 terhubung pada pin digital 13. Pada pengujian Arduino Nano langkah-langkah pengujiannya sama dengan Arduino Mega 2560. Sebelum meng-upload program Blink pastikan dulu untuk memilih Board, processor, dan port yang sesuai dengan Arduino nano. Setelah itu tinggal mengupload program Blink ke Arduino Nano.

Gambar 16. LED blink pada Arduino Nano Tabel 2. Hasil pengujian sensor turbidity

No.

Sampel

NTU

Tegangan

4.2.1

Air Jernih

0

4,85 Volt

4.2.2

Kopi

433

0,82 Volt

Dari pengujian yang telah dilakukan hasil pengujian board Arduino Mega 2560 dan board Arduino Nano adalah berjalan dengan baik dan dan berjalan sesuai dengan perintah program yaitu LED mati-nyala dalam kurun waktu 1 detik. 1. Pengujian Rangkaian Sensor Turbidity Pengujian dilakukan dengan mengambil beberapa sampel. Sampel diambil dengan parameter tingkat kekeruhan/partikel zat yang terkandung dalam air dinyatakan dengan satuan NTU (Nephleometric Turbidity Units). Dalam pengujian kali ini berikut adalah beberapa langkah-langkah untuk menguji rangkaian pada sensor turbidity. Pertama, menyiapkan alat yang dibutuhkan, yaitu sensor turbidity, arduino, laptop/PC, dan multimeter serta sampel yang akan di uji. Selanjutnya upload program yang telah dibuat. Dan selanjutnya dalam pengujian siapkan beberapa parameter untuk diuji dan ukur dengan multimeter. Selanjutnya pengujian pada sampel kopi, berikut adalah gambar pada saat pengujian berlangsung pengambilan nilai kekeruhan terhadap air kopi yang akan menguji dari kinerja sensor turbidity. Pengujian dilakukan dengan memasukkan sensor turbidity kedalam kopi lalu melihat hasil pembacaannya pada serial monitor. Setelah itu diukur dinilai tegangan yang dihasilkan oleh sensor turbidity dengan multimeter.

Gambar 15 LED mati menyala pada pin 13



Gambar 19 Hasil pembacaan sensor pH Gambar 17. Pengujian terhadap kopi

Setelah pengujian sesnsor turbidity yang telah dilakukan di dapat hasil pengujian pada tabel 4.2 berikut.

Pengujian Rangkaian Sensor Ph Pada rangkaian sensor pH juga memerlukan pengujian supaya hasil pembacaan sesuai dengan apa yang diharapkan. Dalam pengujian ini dilakukan beberapa pengambilan sampel. Dalam pengujian pada sensor pH hal-hal yang perlu disiapkan ialah sensor pH, arduino, laptop/PC, dan multimeter serta sampel yang akan di uji. Dan selanjunya menyiapkan semua alat dan bahan. Untuk bahan sampel yang akan di uji ialah serbuk pH buffer dengan nilai pH 4.01 serta air PDAM. Upload program sensor pH, dan lakukan pengujian tegangan serta pH yang dapat dilihat dari serial monitor pada Arduino.IDE. Pada tampilan di serial monitor akan menampilkan berapa pH yang akan di baca oleh sensor pH. Berikut merupakan program untuk membaca sensor. setelah program berhasil di upload maka pada alat tersebut dapat dilakukan pengujian. Pengujian tegangan menggunakan multimeter Serbuk pH buffer 4,01 dicampurkan kedalam air wadah gelas yang nantinya digunakan untuk pengujian. Hasil yang ingin nantinya didapat ialah berapakah nilai pH pada saat di uji lalu berapakah tegangan yang keluar pada saat pengujian pH. Berikut gambar 4.14 pada saat pengujian sensor pH pada sampel pH buffer 4,01.

Gambar 18. Pengujian sampel serbuk pH 4,01

Dan berikut merupakan hasil di serial monitor yang terdapat pada Arduino.IDE. Pada tampilan di serial monitor langsung menunjukkan berapakah nilai kadar pada air sampel yang di uji. Hasil nilai pH yang keluar pada saat dilakukan pengujian dapat dilihat pada gambar 4.15


Selanjutnya ialah pengujian pada air PDAM. Pengujian pada air PDAM ini bertujuan untuk melihat bagaimana sensor pH ini dapat bekerja dan mendeteksi pH pada air tersebut. Pengujian pada air PDAM bertujuan untuk membandingkan serta menunjukan bahwa sensor pH dapat mampu bekerja dengan baik. Berikut merupakan beberapa gambar hasil pengujian air PDAM. Yang pertama ialah memasukkan pH probe ke dalam wadah yang berisi air sempel PDAM. Pada tahap berikutnya ialah melihat tegangan keluaran yang dihasilkan pada saat pengujian sampel air PDAM. Hasil data yang diperoleh pada saat pengujian sensor pH ditampilkan pada tabel 4.3 berikut. Tabel 3 Hasil pengujian pada sensor pH

Pengujian Rangkaian Sensor Suhu Pengujian dilakukan untuk mengetahui bagaimana kinerja dari setiap rangkaian pada monitoring kualitas air danau. Selanjutnya ialah pengujian untuk mengetahui suhu pada air danau, yaitu menggunakan sensor suhu DS18B20. Dan pengujian ini dilakukan beberapa sampel pengujian untuk mengetahui seberapa baikkah kinerja rangkaian sensor suhu ini. Dalam pengujian pada sensor suhu hal-hal yang perlu disiapkan ialah sensor pH, arduino, laptop/PC, dan sesnsor ruangan serta sampel yang akan di uji. Dan bahan sampel yang akan di uji ialah air biasa, air es, air dan air hangat. Cara untuk menguji sensor suhu ialah dengan membandingkan hasil pembacaan sensor suhu yang keluar di serial monitor dengan thermometer suhu ruangan. Pengujian yang pertama untuk menguji sensor suhu ialah menguji pada bahan sampel air biasa.

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) 2. 3. 4. 5. 6.

Gambar 20 Pengujian air biasa dan air es

Pengujian yang kedua yaitu bahan sampel air es yang digunakan untuk menguji sensor suhu. Pengujian sensor suhu dengan bahan sampel air hangat. Kemudian untuk melihat hasil pembacaan sensor suhu DS18B20 dengan cara melihat pada Serial Monitor pada Arduino.IDE di laptop/PC. Berikut gambar 4.21 hasil pembacaan sensor suhu pada serial monitor.

Arduino Mega 2560 Arduino Nano RF 433 Mhz (transmitter dan receiver) Adaptor 5V Kabel jumper Kemudian rangkai RF transmitter pada Arduino Mega 2560 dengan kondisi seperti gambar 4.12 dengan menghubungkan VCC pada transmitter ke pin 5V pada Arduino. GND pada transmitter dihubungkan ke pin GND pada Arduino. Sedangkan pin data pada transmitter dihubungkan ke pin digital 12. Langkah selanjutnya ialah upload program untuk mengirim data hasil pembacaan ketiga sensor pada Arduino Mega 2560. Ketika sudah selesai upload program, di Arduino Mega 2560 LED pada pin 13 menyala dengan selang waktu 1 detik, maka transmitter RF 433 Mhz telah mengirim data tersebut. Dan berikut adalah realisasi gambar 4.22 yang diaplikasikan pada rangkaian Arduino Mega 2560.

Gambar 21 Transmitter RF 433Mhz

Gambar 21 Hasil pembacaan sensor suhu pada air biasa, air es,dan air hangat

Setelah pengujian sensor suhu di peroleh data yang terdapat pada tabel 4.4 berikut.

Selanjutnya merangkai rangkaian rf receiver pada arduino nano. Pada rangkaian RF 433 Mhz pin VCC dihubungkan pada pin 5V di Arduino Nano. Pin GND pada receiver RF 433 Mhz dihubungkan pda pin GND pada Arduino Nano. Dan pada pin DATA di receiver RF 433 Mhz dihubungkan pada pin 11 pada Arduino Nano. Berikut merupakan gambar 4.23 yang merupakan rangakaian receiver RF 433 Mhz.

Tabel 4. Data pengujian sensor suhu

No. 4.4.1 4.4.2 4.4.3

Sampel Air biasa Air es Air hangat

Pembacaan sensor

Suhu ruangan

29°C

30°C

7°C

10°C

48°C

48°C

Pengujian RF 433 Mhz Selanjutnya ialah pengujian RF 433 Mhz pada tahap ini pengujian ini dimaksudkan untuk mengetes rangkaian RF yang terdiri dari transmiter dan receiver dapat bekerja dan mengirim data dengan baik atau tidak serta jarak jangkauan yang dapat di jangkau oleh transmitter dan receiver. Untuk menguji RF 433 Mhz maka yang harus dilakukan pertama ialah mempersiapkan komponen-komponen yang digunakan yaitu : 1. Laptop/PC

Gambar 22 Receiver RF 433 Mhz

Pada tabel berikut merupakan hasil pengujian jarak yang dapat dijangkau oleh RF 433 Mhz.

Tabel 5 Pengujian jarak jangkauan RF 433 Mhz



No.

Jarak

4.5.1

15 m

4.5.2

20 m

4.5.3

30 m

4.5.4

40 m

4.4.5

50 m

4.4.6

60 m

4.4.7

65 m

4.4.8

70 m

Tansmitter RF 433 Mhz Mengirim data Mengirim data Mengirim data Mengirim data Mengirim data Mengirim data Mengirim data Mengirim data

Receiver RF 433 Mhz Data diterima Data diterima Data diterima Data diterima Data diterima Data diterima Data diterima Data diterima

serta pengujian pada pengiriman data yang menggunakan RF 433 Mhz. Hasil Tabel 6 Pengujian alat secara keseluruhan

Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Gagal

Pengujian proses tampil data bertujuan untuk mengetahui apakah web dapat menampilkan data dari Database ―monitoring‖ sesuai dengan kategorinya yaitu kekeruhan, pH dan suhu. Pengujian ini dilakukan dengan cara menginputkan data ke Database ―monitoring‖ secara manual untuk melihat apakah web dapat menampilkan data yang diinputkan. Suhu dengan nilai 31.4, pH dengan nilai 8.9, dan kekeruhan dengan nilai 4. Setelah web dibuka, hasilnya bisa dilihat pada gambar 23. Terlihat pada gambar dibawah hasil pengujian dari air danau ngebel, dengan tingkat suhu, kekeruhan dan pH air danau ngebel. Untuk standart NTU pada tingkat kekeruhan kami menampilkan output berupa tegangan sebesar 5 volt, dengan referensi yang ada di datasheet pada saat air tersebut keruh maka tegangan output yang dihasilkan akan kecil. Maka sebaliknya pada saat tegangan yang dihasilkan besar atau mendekati 5 volt maka air pada danau tersebut jernih atau tidak mengalami pencemaran.

Gambar 23 Hasil pengujian proses tampil data

Pengujian Alat Keseluruhan Pada pengujian ini dilakukan secara keseluruhan, dan pengujian dilakukan pada box yang di isi air. pengujian ketiga sensor, sensor turbidity, sensor pH, dan sensor suhu DS18B20

44

Tabel 7 Pengujian setiap bagian

No.

Pengujian Proses Tampil Data

JEECAE Vol.1, No.1, Oktober 2016

Setelah melakukan pengujian keseluruhan didapat data hasil pengujian setiap bagian pada tabel 4.7

4.7.1

Bagian Pengujian Pengujian Power supply

4.7.2

Pengujian Arduino

4.7.3

Pengujian Sensor Turbidity

4.7.4

Pengujian Sensor pH

4.7.5

Pengujian Sensor Suhu

4.7.6

Pengujian RF 433 Mhz

4.7.7

Pengujian Keseluruhan

Hasil Pengujian Rangkaian power supply dapat bekerja dengan baik. Board Arduino dapat bekerja dengan baik Dapat mengidentifikasi parameter kekeruhan air dengan baik Dapat mengidentifikasi parameter pH air dengan baik. Dapat mengidentifikasi parameter suhu air dengan baik. Dapat mengirim dan menerima data dengan baik. Seluruh komponen dapat bekerja dengan baik.

Pembahasan Dari pengujian yang telah dilakukan dari pengujian power supply sampai pengujian keseluruhan pada setiap bagian dapat bekerja dengan baik. Ketiga sensor dapat bekerja dengan baik. Serta transmitter RF 433 Mhz dapat mampu mengirim data dari Arduino Mega 2560 dan receiver pada Arduino Nano dapat memnerima data yang telah dikirim. Pada tabel 6, pengujian perbandingan antara air danau ngebel dan perusahaan daerah air minum (PDAM) dari karakteristik tingkat kekeruhan air, Ph, dan suhu pada air ngebel dan PDAM. Dilakukan pengujian 3 periode yaitu pagi, siang dan malam hari. Dari tingkat Ph dan suhu tidak ada perbedaan signifikan antara air danau ngebel dan PDAM baik pada saat dilakukan monitoring pagi, siang dan malam hari. Pada pagi hari tingkat Ph air danau didapat 6,95 dan air PDAM 6,89. Tingkat suhu juga tidak jauh berbeda pada rentang 25-27⁰c pada air danau ngebel, dan 28-31⁰c untuk air PDAM. Akan tetapi pada tingkat kekeruhan antara air danau

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) dan PDAM terdapat perbedaan signifikan, hal ini dikarenakan pada danau ngebel saluran drehinase kurang baik serta penduduk sekitar kurang menjaga lingkungan dengan baik. Dalam pengujian kali ini masih terdapat beberapa hasil yang kurang, yaitu pada setiap pembacaan sensor masih kurang sesuai dan kurang sensitif serta membutuhkan waktu untuk mengidentifikasi pada parameternya. Dan pada pengiriman data jarak maksimal yang dapat dijangkau 65 meter dan pada ruang terbuka. Jika pada terdapat halangan seperti ruang/ tembok pengiriman sulit untuk mengirim data. IV. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari analisa dan pengujian monitoring danau ngebel dapat ditarik kesimpulan : 1. Sensor turbidity,Ph dan sensor suhu mampu bekerja dengan baik. RF yang digunakan 433Mhz juga mampu bekerja dengan baik atau mampu mengirimkan data sampai 70 meter, tergantung dari tingkat naise, halangan dantara Tx dan Rx serta sumber tegangan yang digunakan menentukan jauh tidaknya pengiriman data. 2. Dilakukan pengujian 3 periode yaitu pagi, siang dan malam hari. Dari tingkat Ph dan suhu tidak ada perbedaan signifikan antara air danau ngebel dan PDAM baik pada saat dilakukan monitoring pagi, siang dan malam hari. 3. Pada pagi hari tingkat Ph air danau didapat 6,95 dan air PDAM 6,89. Tingkat suhu juga tidak jauh berbeda pada rentang 25-27⁰c pada air danau ngebel, dan 28-31⁰c untuk air PDAM. Akan tetapi pada tingkat kekeruhan antara air danau dan PDAM terdapat perbedaan signifikan, hal ini

dikarenakan pada danau ngebel saluran drehinase kurang baik serta penduduk sekitar kurang menjaga lingkungan dengan baik. Saran Adapun saran untuk kemajuan alat yang telah dibuta oleh penulis bisa dikembangkan lebih lanjut ialah sebagai berikut : 1. Perencanaan mekanik yang lebih baik agar mempermudah peletakan saat di danau. 2. Memperbanyak variabel sensor agar monitoring kualitas air danau dapat dilakukan lebih efektif. DAFTAR PUSTAKA [1] Nuswantoro, Kharisma. 2009. Sistem Monitoring Air Bersih dengan Parameter Kekeruhan Air dan pH berbasis PC. Tugas Akhir, Politeknik Negeri Madiun. [2] Alat Alat Laboratorium. Alatalatlaboratorium.com/bolg/turbidity-meter. Diakses pada tanggal 01/06/2016, 12:15 wib. [3] AliExpress Coorporation. 2010-2015. AliExpress .www.aliexpress.com. Diakses pada tanggal 19/01/2016, 18.15 wib. [4] Anonim. ATMega32-AVR, http://atmega32-avr.com/arduino-mega-2560/. Diakses pada tanggal 21/01/2016, 9:52 wib. [5] Anonim. Elektrinoka Dasar, www.elektronika-dasar.com. Diakses pada tanggal 19/01/2016, 21:12 wib. [6] Anonim. BAB II Tinjauan Pustaka[pdf]. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123 456789/26867/4/Chapter%20II.pdf. Diakses pada tanggal 27/01/2016 19:03 WIB [7] Arduino. Arduino Forum. https://forum.arduino.cc/. Diakses pada tanggal 21/01/2016, 9:58 wib. [8] Mahasiswa Teknik Elektronika Politeknik Negeri Semarang. 2014. Belajar Arduino, http://belajarduino.blogspot.co.id/2014/01/pengukuran-sensor-phlarutan-disimpan.html. Diakses pada tanggal 19/01/2016, 5:56 wib. [9] Marta Dinata, Yuwono, 2015. Arduino itu Mudah. PT Elex Media Komputindo. Jakarta.



Halaman ini sengaja dikosongkan



Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Perubahan Sudut Injektor pada System EFI Terhadap Performa Motor 4 Langkah Noorsakti Wahyudi, ST.,M.T Program Studi Mesin Otomotif Politeknik Negeri Madiun Madiun Indonesia [email protected]

Abstrak—Dua teknologi untuk mesin kapasitas bensin kecil pada kendaraan yaitu sistem karburator dan injeksi bahan bakar elektronik atau Electronic Fuel Injection (EFI) sistem. Salah satu sebab perubahan dari karburator ke injeksi karena dalam mesin injeksi pengabutan lebih sempurna, namun ukuran proses pembakaran belum dapat di ukur seberapa besar peningkatan performansi yang didapatkan. Untuk mendapatkan penyempurnaan proses pembakaran maka modifikasi dilakukan pada injektor. Injektor merupakan komponen utama pada mesin injeksi, yang berfungsi untuk menginjeksikan bahan bakar kesaluran intake manifold yang dilalui oleh udara, sebelum masuk ke ruang bakar. Proses tersebut diperlukan perubahan pada sudut injector. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan pada performa mesin yaitu daya, torsi, konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang setelah sudut injector diubah. Dengan penelitian ini dapat di ketahui apakah perubahan performa mesin akan naik ataupun turun serta bagaimana emisi gas buangnya.

Kata kunci— ;Injeksi;injector;torsi .

I.

PENDAHULUAN

Kenaikan harga BBM pada pertengahan tahun 2013 memaksa banyak orang untuk memilih sepeda motor sebagai sarana transportasi untuk bekerja dan bersantai daripada mengendarai mobil serta untuk tujuan tunggal untuk mengurangi biaya bahan bakar. Berdasarkan hasil statistik Kakorlantas POLRI tahun 2012 terdapat 77.755.658 juta kendaran sepeda motor. Ini sudah cukup membuat jalan-jalan didaerah perkotaan menjadi penuh sesak belum termasuk mobil penumpang, bus,khusus serta truk barang. Saat ini, ada dua teknologi untuk mesin kapasitas bensin kecil yaitu sistem karburator dan injeksi bahan bakar elektronik atau Electronic Fuel Injection (EFI) sistem. Pada kendaraan konvensional, mesin bensin kapasitas kecil menggunakan karburator untuk mengontrol jumlah udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran sedangkan pada system EFI menggunakan elektronik untuk percampuran bahan bakar dan jumlah udaranya. Permintaan dari masyarakat untuk mesin kapasitas kecil dengan daya tinggi untuk perbandingan berat dan emisi rendah akhi-akhir ini mengalami peningkatan yang signifikan. Kesadaran akan polusi udara, emisi gas buang yang berbahaya hasil

pembakaran kendaraan karburator, harga bahan bakar bensin yang semakin mahal serta bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui juga membuat perusahanperusahan kendaraan berlomba membuat kendaraan yang ramah lingkungan serta mengikuti standart Euro 3 yang mulai diterapkan. Dan jawaban atas permasalahan di atas adalah mesin bensin kecil dengan sistem EFI yang mampu memaksimalkan konsumsi bahan bakar, menghasilkan daya tinggi, dan karakteristik emisi rendah dibandingkan dengan sistem pengisian bahan bakar konvensional (karburator). Di dalam system EFI, Injektor merupakan komponen utama pada mesin injeksi, yang berfungsi untuk menginjeksikan bahan bakar kesaluran intake manifold yang dilalui oleh udara, sebelum masuk ke ruang bakar. Karena disinilah peranan penting injektor,mengingat pasokan bahan bakar yang masuk ke ruang bakar akan diatur oleh injector yang berada diintake manifold. Banyak percobaan pada injector dilakukan untuk memperbaiki performa mesin ataupun mengurangi emisi gas buangnya agar mampu mengoptimalkan kinerja motor serta tuntutan yang dibutuhkan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan pada performa mesin yaitu torsi, daya, konsumsi bahan bakardan emisi gas buang setelah sudut injektornya diubah. II. METODOLOGI A. MekanismePengujianBenda Uji

Fuel

Tank Dynometer

1. Daya 2. Torsi 3. Konsumsi BB

Gambar 1. Mekanisme Pengujian Benda Uji


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) B. MetodePengujian 1) Metode Pengujian Dengan Dynometer Metode yang digunakan adalah dengan menggunakan dynometerchasis, daya dan torsi di dapat dari roda belakang. Pengujian ini dengan pembebanan tetap, data didapat dari rol yang diputar roda listrik, dan data diambil pada 4000 rpm sampai rpm tertinggi atau full open trotle pada gigi transmisi 4. Lalu dikonversi secara komputerisasi menjadi data yang terbaca di tampilan komputer. Pengujian dilakukan dilaboratorium Mototech Indonesia, Bantul, Yogyakarta. 2) Metode Pengujian Dengan Automotive Emission Analyzer Metode yang digunakan adalah dengan menggunakan automotive emission analyzer yaitu CO, CO2 dan HC di dapat dari knalpot. Pengujian ini didapat dari putaran idle setiap kendaraan. Karena menggunakan sepeda motor Yamaha Vixion yang idlenya pada 1500 rpm. Data diambil dengan memasukkan probe ke dalam knapot, lalu secara komputerisasi menjadi data yang terbaca dan di print keluar. Pengujian ini dilakukan di Kantor Lingkungn Hidup Kota Madiun. III. HASIL DAN ANALISA A. Proses Perhitungan Sudut Hasil Modifikasi Untuk mengidentifikasikan cara pengukuran sudut injektor, maka manifold standart dibelah menjadi dua untuk melihat sudut yang terbentuk.

Gambar 2. Manifold standart yang telah dibelah menjadi dua bagian

― Sudut yang berhadapan akan sama besarnya‖.

Gambar 3. Cara mengukur sudut manifold modifikasi


B. Data Hasil Pengujian Dynometer Hasil perbandingan pengujian standart dan pengujian modifikasi adalah sebagai berikut : 1). Pengujian Daya Sepeda Motor Yamaha Vixion. a. Pengujian Daya Sepeda Motor Yamaha Vixion Standart Dari pengujian yang dilakukan pada motor Yamaha Vixion standart dengan sudut injektor pada manifold65 derajat, dan hasil pengujian motor pada dynamometer dengan pengambilan data mulai dari rpm 4250 sampai full open throttle dengan menggunakan gigi tranmisi 4, maka diperoleh hasil yaitu berupa tabel dan grafik 1. Tabel 1. Hasil data daya manifold standart 65º pada dynometer

Daya Standart 65º Putaran Mesin (rpm) Daya (HP) 4250 3. 4500 6.0 4750 7.3 5000 7.7 5250 8.2 5500 8.8 5750 9.5 6000 9.9 6250 10.5 6500 11.2 6750 12.2 7000 13.0 7250 13.7 7400 14.0 7500 14.2 7750 14.6 8000 14.9 8250 15.1 8387 15.2 (MAX) 8500 15.1 8750 14.9 9000 13. 9250 14.0 9500 13.6 9750 12.9 10000 11.4


Daya (HP)

Manifold Standart 65º

y = -3E-14x4 + 6E-10x3 - 5E-06x2 + 0.0241x - 38.914 R² = 0.9915

Poly. (Daya Standart)

Putaran Mesin (rpm) Gambar 4. Grafik hubungan putaran mesin terhadap daya pada daya manifold standart

Tabel 1. dan grafik 4. diatas menunjukkan pengujian dari benda uji manifold standart Yamaha Vixion bahwa daya tertinggi mencapai 15,2 HP pada putaran mesin 8387rpm. b. Pengujian Daya Sepeda Motor Yamaha Vixion Perubahan 1 Dari pengujian yang dilakukan pada motor Yamaha Vixion standart dengan sudut injektor pada benda uji perubahan pertama yaitu manifold dengan sudut 60 derajat, dan hasil pengujian motor pada dynamometer dengan pengambilan data mulai dari rpm 4250 sampai full open throttle dengan menggunakan gigi tranmisi 4 Hasil data daya manifold perubahan 1 60º pada dynometer.

Daya Perubahan 1 60º

Putaran Mesin (rpm)

Daya (HP)

4250

5.3

4500

6.6

4750

7.5

5000

7.8

5250

8.4

5500

8.9

5750

9.6

6000

10.0

6250

10.6

6500

11.4

12.2

7000

13.1

7250

13.7

7406

14.1

7500

14.3

7750

14.8

8000

15.1

8250

15.3

8397

15.5 (MAX)

8500

15.4

8750

15.3

9000

15.0

9250

14.8

9500

14.1

9750

13.6

10000

11.5

Manifold Perubahan 1 Sudut 60º y = -3E-14x4 + 7E-10x3 - 6E-06x2 + 0.025x - 36.346 R² = 0.9947

Daya (HP)

Tabel 2.

6750

Poly. (Daya Perubahan 1)

Putaran Mesin (rpm)

Gambar 5. Grafik hubungan putaran mesin terhadap daya pada daya manifoldperubahan 1

Tabel 2 dan grafik 5. diatas menunjukkan pengujian dari benda uji manifold perubahan 1 Yamaha Vixion bahwa daya tertinggi mencapai 15,5 HP pada putaran mesin 8397 rpm. c. Pengujian Daya Sepeda Motor Yamaha Vixion Perubahan Kedua Dari pengujian yang dilakukan pada motor Yamaha Vixion standart dengan sudut injektor pada benda uji perubahan pertama yaitu manifold dengan sudut 70 derajat, dan hasil pengujian motor pada dynamometer dengan pengambilan data mulai dari rpm 4250 sampai full open throttle dengan menggunakan gigi tranmisi 4.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Tabel 3. Hasil data daya manifold perubahan 2 70º pada dynometer

Manifold Perubahan 2 Sudut y = 1E-14x4 - 5E-10x3 +70º 6E-06x2 - 0.0324x + 61.412 R² = 0.9971

Putaran Mesin (rpm)

Daya (HP)

4250

7.0

4500

7.1

4750

7.5

5000

7.8

5250

8.5

5500

9.1

5750

9.7

6000

10.2

6250

10.7

6500

11.6

6750

12.5

7000

13.3

7250

13.9

7500

14.6

PUTARAN

HP

HP

HP

7660

14.8

MESIN ( RPM )

Standart

Perubahan

Perubahan

7750

15.0

1

2

8000

15.3

8250

15.4

8500

Poly. (Daya Perubahan 2)

Putaran Mesin (rpm) Gambar 6. Grafik hubungan putaran mesin terhadap daya pada daya manifold perubahan 2

Tabel 3. dan grafik 6. diatas menunjukkan pengujian dari benda uji manifold perubahan 2 Yamaha Vixion bahwa daya tertinggi mencapai 15,6 HP pada putaran mesin 8671rpm. d.

Perbandingan Data Daya Sepeda Motor Yamaha Vixion Standart, Perubahan 1 dan Perubahan 2. Dari hasil pengujian yang dilakukan pada benda uji motor Yamaha Vixion standar, perubahan 1 dan perubahan 2 yang telah dimodifikasi sudut injektor di manifold diperoleh perbandingan hasil pengujian daya yaitu berupa tabel dan grafik daya seperti di bawah ini: Tabel 4. Hasil data perbandingan daya

Perbandingan Daya Benda Uji

4250

4.4

5.3

7.0

4500

6.0

6.6

7.1

4750

7.3

7.5

7.5

15.6

5000

7.7

7.8

7.8

8671

15.6 (MAX)

5250

8.2

8.4

8.5

8750

15.6

5500

8.8

8.9

9.1

9000

15.1

5750

9.5

9.6

9.7

9250

14.6

6000

9.9

10.0

10.2

9500

14.5

6250

10.5

10.6

10.7

6500

11.2

11.4

11.6

9750

14.0

6750

12.2

12.2

12.5

10000

12.6

7000

13.0

13.1

13.3

7250

13.7

13.7

13.9

7500

14.0

14.1

14.6


Daya (HP)

Daya Perubahan 2 70º

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) 7660

14.2

14.3

14.8

7750

14.6

14.8

15.0

8000

14.9

15.1

15.3

8250

15.1

15.3

15.4

8387

15.2

-

-

8397

-

15.5

-

8500

15.1

15.4

15.6

8671

-

-

15.6

8750

14.9

15.3

15.6

9000

14.4

15.0

15.1

9250

14.0

14.8

14.6

9500

13.6

14.1

14.5

9750

12.9

13.6

14.0

10000

11.4

11.5

12.6

Daya (HP)

Perbandingan Daya Standart, Perubahan 1 dan Perubahan 2

Putaran Mesin (rpm)

Gambar 7. Grafik hubungan putaran mesin terhadap daya pada daya manifoldstandart, perubahan 1dan perubahan 2

Dari Tabel 4 Grafik 7. di atas terlihat perbedaan hasil daya yang di dapat antara standart, perubahan 1 dan perubahan 2.Daya tertinggi di dapat pada perubahan 2 sebesar 15,6 HP pada putaran mesin 8671rpm,dengan kenaikan 2,6% dari standart.Sedangkan perubahan 1 mengalami kenaikan hingga 15,5 HP pada putaran mesin 8397rpm naik sebesar 1,3%. Perbedaan hasil daya ini diakibatkan campuran bahan bakar dan udara pada perubahan 2 lebih bagus dibandingkan dengan perubahan 1 dan standart.

Tabel 5. Prosentase perbandingan hasil pengujian daya Prosentase Perbandingan Hasil Pengujian Daya Putaran Mesin (rpm)

Daya Standart (HP)

Daya Perubahan 1 (HP)

Daya Perubah an 2 (HP)

4250

4,4

5,3

7,0

9,09 %

6000

9,9

10,0

10,2

1,01%

8000

14,9

15,1

15,3

1,34 %

59,0 9% 3,03 % 2,68 %

Data hasil pengujian secara aktual sepeda motor Yamaha Vixion standar pada dynamometer diperoleh daya tertinggi sebesar 15.2 hp pada putaran mesin 8387 rpm dan torsi tertinggi sebesar 13.45 N.m pada putaran mesin 7400 rpm. Data dari hasil pengujian terhadap benda uji perubahan 1 diperoleh daya tertinggi sebesar 15.5 hp pada putaran mesin 8397 rpm dan Torsi tertinggi sebesar 13.55 N.m pada putaran 7406 rpm. Sedangkan data dari hasil pengujian terhadap benda uji perubahan 2 diperoleh daya tertinggi sebesar 15.6 hp pada putaran mesin 8671 rpm dan Torsi tertinggi sebesar 13.75 N.m pada putaran mesin 7660 rpm. Pada grafik pengujian daya dan torsi secara aktual pada masing - masing benda uji terjadi penurunan setelah mencapai kondisi tertinggi pada rpm tertentu hal tersebut dikarenakan oleh karakteristik dari motor bakar bensin. Pada saat putaran mesin (rpm) tinggi suplai campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam ruang bakar tidak mampu untuk mengimbangi kecepatan piston pada rpm tinggi sehingga pada saat setelah mencapai kondisi daya dan torsi tertinggi pada rpm tertentu grafik daya dan torsi cenderung mengalami penurunan. Data hasil konsumsi bahan bakar standar yaitu pada putaran mesin 4000 rpm sebesar 0.21 ⁄ , putaran mesin 6000 rpm sebesar 0.30 ⁄ dan putaran mesin 8000 rpm sebesar 0.36 ⁄ . Data dari hasil pengujian terhadap benda uji perubahan 1 pada putaran mesin 4000 rpm sebesar 0.23 ⁄ , pada putaran mesin 6000 rpm sebesar 0.33 ⁄ , dan ⁄ . Sedangkan data dari putaran mesin 8000 rpm 0.38 hasil pengujian terhadap benda uji perubahan 2 pada putaran ⁄ , pada putaran mesin mesin 4000 rpm sebesar 0.21 6000 rpm sebesar 0.31 ⁄ , dan pada putaran mesin 8000 rpm 0.38 ⁄ . IV. KESIMPULAN Berdasarkan analisa hasil tersebut di atas maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : Pada dynamometer motor Yamaha Vixion standar, perubahan 1 dan perubahan 2 diperoleh hasil torsi, daya, konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang yaitu :  Daya tertinggi pada benda uji standar yang diperoleh adalah 15.2hp yang dicapai pada putaran mesin 8387 rpm.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE)  Torsi tertinggi pada benda uji standar yang diperoleh adalah 13.45Nm yang dicapai pada saat putaran mesin 7400 rpm.  Konsumsi bahan bakar tertinggi pada benda uji standar yang adalah sebesar 0,36 ⁄ pada putaran mesin 8000 rpm.  Emisi gas buang CO 2.48 %, CO2 8.7 % dan HC 314 ppm. DAFTAR PUSTAKA [1] Basyirun, SPd., MT, Winarno, Drs., DR., M.PD, Karwono, ST., MT. 2008.“Mesin Konversi Energi”, Semarang, Universitas Negeri Semarang. [2] Bell, Graham. 1981. “Modern Engine Tuning”, England of Hayne Publishing Group. [3] Hardiyanto, Rahmad. 2013. “Studi Eksperimen Perubahan Lubang Intake Dan Exhaust Terhadap UnjukKerja Motor 4 Langkah Dengan Alat Ukur Flowbench Dan Dynometer”, Madiun. Politeknik Negeri Madiun [4] Heywood, J.B., “Internal Combustion Engine Fundamentals”. 1988, New York: McGraw-Hill. [5] Hushima, M.F, Alimina, A.J, Rashida, L.A, Chamari, M.F. “Influence of Fuel Injector Position of Port-fuel Injection Retrofit-kit to the Performances of Small Gasoline Engine”, Johor, Malaysia.Department of Plant & Automotive Engineering Faculty of Mechanical & Manufacturing Engineering, UniversitiTun Hussein [6] Pullkabrek, Willard W,“Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine”, New Jersey of Prentice Hall Publishing Group. [7] Ruswid, Spd. 2008.“Modul 4 EFI, SMK AL Hikmah 1 Sirampog”, Sirampog [8] Septian Pratomo, Idra. 2013. “Study Eksperimen Efek Perubahan Diameter Throttle Body Terhadap Performa Mesin 4 Langkah”, Madiun, PoliteknikNegeriMadiun [9] Yamaha Education Departement,2004.Jakarta.Penerbit Yamaha Motor.



Pengaruh Variasi Diameter Pulley Alternator dan Daya Motor Terhadap Arus dan Kecepatan Proses Pengisian Baterai 12 Volt Kholis Nur Faizin, S.Pd.,M.T. Mesin Otomotif Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected]

Abstrak— Otomotif merupakan sebuah aset yang sangat diperlukan dalam kehidupan manusia, yang merupakan kebutuhan primer sebagai bagian dari transportasi. Beberapa sistem dan subsistem yang terdapat pada mobil saling berkaitan satu sama lain salah satu diantaranya adalah sistem kelistrikan. Gangguan-gangguan yang paling sering muncul antara lain sistem pengisian tidak bekerja dengan baik, tegangan pengisian tidak stabil dan berubah rubah, dan tegangan pengisian terlalu tinggi. Salah satu solusi mendapatkan sistem pengisian yang baik adalah sistem pengendalian tegangan pengisian harus bekerja dengan baik, terukur dan akurat. Dari pertimbangan tersebut maka diajukan sebuah usulan penelitian tentang pengaruh variasi diameter pulley alternator dan daya motor terhadap arus dan kecepatan proses pengisian baterai 12 volt. Hubungan antara pulley motor terhadap alternator cenderung linear, hal ini berbanding dengan semakin besar putaran pulley motor maka torsi yang dihasilkan akan semakin kecil, Arus yang terbaik adalah arus terkecil keluar dari alternator adalah sebesar 16A yaitu pada pengujian pulley alternator 7cm dan pulley motor 7cm, menggunakan variasi ini waktu yang didapatkan untuk melakukan pengisian adalah sebesar 2,625 jam (2 jam 37 menit 30 detik). Arus yang terbesar adalah 159A yaitu pada variasi pulley motor 7cm dan diameter pulley 10cm dan 12cm, pada arus 159A diharapkan untuk tidak digunakan karena akan mempercepat memory deffect pada baterai. Kata kunci— Sistem Kelistrikan; Sistem pengisian; Arus pengisian.

I.

PENDAHULUAN

Otomotif merupakan sebuah aset yang sangat diperlukan dalam kehidupan manusia, yang merupakan kebutuhan primer sebagai bagian dari transportasi. Oleh karena itu perkembangan teknologi dunia otomotif selalu mengalami perkembangan terutama untuk otomotif mesin kendaraan ringan. Salah satu contoh pemakaian mesin yang ringan untuk kehidupan harian yaitu mobil. Mobil merupakan sebuah sistem yang sengaja didesain untuk membawa penumpang dengan

mengutamakan keamanan dan kenyamanan, untuk menuntuk dua hal tadi maka dituntut mendapatkan keutamaan yaitu performa dan kinerja mobil serta untuk efisiensi penggunaan komponen-komponen yang ada di dalam suatu mobil. Beberapa sistem dan subsistem yang terdapat pada mobil saling berkaitan satu sama lain sehingga gangguan yang terjadi pada satu blok sistem dapat mempengaruhi kinerja sistem dan subsistem yang lain. Misalnya jika terjadi gangguan pada sistem pengisian baterai maka kinerja sistem penerangan bodi kendaraan dan beberapa sistem kelistrikan lainnya juga mengalami masalah. berubah rubah, dan tegangan pengisian terlalu tinggi. Di antara gangguan- gangguan tersebut yang mempunyai dampak paling fatal pada komponenkomponen kelistrikan mobil ialah gangguan yang berupa besar tegangan pengisian yang terlalu tinggi atau tidak stabil. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan komponen kelistrikan seperti lampu utama, komponen indicator di dashboard, kapasitas baterai dan lain-lain. Oleh karena itu sistem pengendalian tegangan pengisian harus bekerja dengan baik, terukur dan akurat. Hingga saat ini belum adanya penelitian khusus tentang sistem pengisian pada baterai mobil 12 volt, sehingga penelitian ini juga dapat menunjang dalam proses pembelajaran kelistrikan pengisian. Dari pertimbangan tersebut maka akan diajukan sebuah usulan penelitian tentang pengaruh variasi diameter pulley alternator dan daya motor terhadap arus dan kecepatan proses pengisian baterai 12 volt , penelitian yang berupa rancang bangun ini dijadikan sebagai penelitian awal untuk dunia otomotif. Beberapa permasalahan yang penting belum terpecahkan dirangkum dalam sebuah rumusan masalah yaitu Bagaimana mendapatkan diameter pulley motor dan pulley alternator yang tepat untuk mendapatkan arus pengisian yang aman dan kecepatan pengisian yang stabil. Serta bagaimana mendapatkan daya motor yang tepat untuk mendapatkan arus pengisian yang aman dan kecepatan pengisian yang stabil. Beberpa batasan


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) masalah diambil untuk mendapatkan hasil yang spesifik diantara batasan masalah penelitian adalah Hanya membahas prinsip kerja sistem pengisian pada kendaraan roda empat. Hanya membahas sistem pengisian menggunakan tipe kontak point. Tujuan dari penelitian sistem pengisian pada kendaraan roda empat ini yaitu untuk mengetahui apakah ada pengaruh antara besar pulley dan daya motor terhadap arus yang dihasilkan dan kecepatan pengisian pada sistem pengisian baterai. II. METODOLOGI Pertimbangan utama menggunakan metode penelitian rancang bangun alat pengisian pada baterai 12 volt adalah dengan memfariasikan berbagai pulley untuk mendapatkan putaran kritis dan laju arus pengisian yang aman. Kinerja pengisian tersebut apabila sudah memenuhi persyaratan yang telah ditentukan maka sistem pengisian dapat diterapkan pada kendaraan. Variabel penelitian a. Pulley yang digunakan diameter 7cm, 10cm, 12cm. b. Motor yang digunakan ½ HP, 1 HP. Studi awal - Hasil dari studi awal yang dilakukan adalah memerlukan perhitngan diameter pulley yang tepat agar didapat putaran konstan yang tepat sehingga arus pengisian bisa stabil dan kontinyu. - Peralatan yang digunakan adalah alat pengisi baterai 12 volt dan divariasikan pulley alternator serta pulley motor juga daya motor Prosedur Metode dari penelitian ini meliputi kegiatankegiatan yaitu (1) perancangan model desain kelistrikan sistem pengisian (2) uji kelaikan sistem berupa variasi diameter pulley alternator, pulley motor, dan variasi daya motor. Berikut ini pembahasan secara rinci dari langkah-langkah tersebut diatas. a. Perancangan model desain kelistrikan sistem pengisian baterai 12 volt. b. Uji Kelaikan Sistem. Uji kelaikan system meliputi kegiatan pengujian pada sistem pengisian baterai. Tolak ukur dari uji kelaikan system adalah dengan memperhatikan kinerja (performance) system yang uji, meliputi kinerja : a. Pengujian diameter pulley alternator. b. Pengujian diameter pulley motor. c. Pengujian besar daya motor.

Keterangan:

(5). (6).

Gambar 1. Desain Prototype Pengisian kelistrikan 12 Volt

III. HASIL DAN ANALISA A. Analisis Arus Yang Mengalir Untuk Mengisi Baterai Untuk menentukan besar arus yang mengalir untuk mengisi baterai pada alat peraga sistem pengisian ditentukan sebagai berikut: Menggunakan diameter puley sama pada motor 1 dengan daya 1/2HP Diketahui: Besar putaran motor 1400 rpm, Besar diameter puli motor 7 cm. Besar diameter puli alternator 7 cm untuk menghasilkan putaran minimal 800 rpm. Putaran Motor

X = 1400 rpm jadi putaran alternator yang keluar adalah 1400 rpm. b. Daya motor = 1 hp = 745,7 watt = 0,746 KW.

Daya akan ditransmisikan melalui pully pada motor dengan diameter 7 cm.


Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Torsi pulley motor diperoleh berdasarkan perhitungan: T = F . d (motor) = 373 . 0,0035 m = 1,3055Nm Power pulley motor diperoleh berdasarkan perhitungan torsi yang didapat pada pully motor Torsi (Nm) x 2

Diketahui: Besar putaran motor 1400 rpm Besardiameter puli motor 7 cm Besar diameter puli alternator 10 cm untuk menghasilkan putaran minimal 800 rpm.

Data: a.

Putaran motor

X = 980 rpm jadi putaran alternator yang keluar adalah 980 rpm. Putaran pully motor akan ditransmisikan melalui belt kepada pullyalternator dengan diameter pully alternator sebesar 7 cm Karena diameter pully alternator sama dengan diameter pully motor, maka putaran pully alternator sama dengan putaran pully motor dan Torsi pada pulley alternator diperoleh melalui rumus (

)

Daya akan ditransmisikan melalui pulley pada motor adalah 980 rpm. Torsi pulley motor diperoleh berdasarkan perhitungan: T = F . d(motor) = 373 . 0,0035 m = 1,3055 Power pulley motor diperoleh berdasarkan perhitungan torsi yang didapat pada pully motor Torsi (Nm) x 2

Jadi arus yang keluar dari alternator dapat diperoleh melalui

Perbandingan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi baterai sampai penuh antara menggunakan charge baterai dengan menggunakan alat peraga. Data yang diperoleh dari laboratorium Otomotif Politeknik Negeri Madiun: charge baterai kapasitas 15 A digunakan untuk mengisi baterai sampai penuh dengan output sebesar 50 A membutuhkan waktu 2 jam. Sedangkan outputyang dihasilkan alternator sebesar 16 A. maka untuk menentukan berapa lama waktu yang dibutuhkan alat peraga mengisi baterai sampai penuh dengan menggunakan rumus perbandingan.

Putaran pully motor akan ditransmisikan melalui belt kepada pullyalternator dengan diameter pully alternator sebesar 10 cm. Karena diameter pully alternator t i d a k sama dengan diameter pully motor, maka putaran pully alternator tidak sama dengan putaran pully motor dan Torsi pada pulley alternator diperoleh melalui rumus (

)


B. Menggunakan diameter puley sama pada motor 2 dengan daya 1HP Jadi dapat disimpulkan sebagai berikut: 16 A alat peraga untuk mengisi baterai 50 A = (1,875 jam) atau setara dengan 1 jam 52 menit 30 detik. Jadi dapat disimpulkan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi baterai sampai penuh antara menggunakan charge baterai dengan alat peraga yaitu lebih cepat menggunakan alat peraga. Langkah kedua:

Diketahui: Besar putaran motor 1400 rpm Besardiameter puli motor 7 cm, Besar diameter puli alternator 7 cm untuk menghasilkan putaran minimal 800 rpm. Putaran motor

X = 1400 rpm jadi putaran alternator yang keluar adalah


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) 1400 rpm. b. Daya motor = 1 hp = 745,7 watt = 0,746 KW. Daya akan ditransmisikan melalui pully pada motor dengan diameter 7 cm. Torsi pulley motor diperoleh berdasarkan perhitungan: T = F . d(motor) =746 . 0,0035 m = 2,611nm2/s Power pulley motor diperoleh berdasarkan perhitungan torsi yang didapat pada pully motor

Sedangkan 15A untuk mengisi 70 A baterai adalah 1,31 Jam atau setara 1 jam 18 menit 36 detik. Tabel 1. Perbandingan Arus Pengisian Pada Motor ½ HP Perbandingan Arus Pengisian pada motor ½ Hp pulley motor D7 Pulley alternator

D10

D12

D7 D10 D12

Torsi (Nm) x 2

Grafik analisa perbandingan pengisian

Putaran pully motor akan ditransmisikan melalui belt kepada pullyalternator dengan diameter pully alternator sebesar 7 cm Karena diameter pully alternator sama dengan diameter pully motor, maka putaran pully alternator sama dengan putaran pully motor dan Torsi pada pulley alternator diperoleh melalui rumus (

Berdasarkan tabel analisa pada penggantian pulley motor diameter D 7 cm, dipasangkan pada pulley alternator diameter 10 cm didapatkan arus sebesar 159 A, arus ini sangat besar sekali untuk melakukan pengisian, kemudian untuk dimeter 7cm dipasangkan dengan diamete pulley alternator 12cm didapatkan arus yang keluar alternator sebesar 159A, pengisian tidak mengalami perubahan arus yang keluar analisa sementara yang dapat disimpulkan adalah segai gambar 4.1 dibawah ini:

)


Data yang diperoleh dari laboratorium Otomotif Politeknik Negeri Madiun: charge baterai kapasitas 15 A digunakan untuk mengisi baterai sampai penuh dengan output sebesar 50 A membutuhkan waktu 2 jam. Sedangkan outputyang dihasilkan alternator sebesar 16 A. maka untuk menentukan berapa lama waktu yang dibutuhkan alat peraga mengisi baterai sampai penuh dengan menggunakan rumus perbandingan.

Gambar 1. Grafik Perbandingan Diameter Pulley motor 7cm terhadap pulley Alternator 7,10,12 cm

Berapa lama waktu yang diperlukan alat peraga mengisi baterai sampai penuh dengan menggunakan

Jadi dapat disimpulkan sebagai berikut: 32 A alat peraga untuk mengisi baterai 50 A = (0,93 jam) atau setara dengan 56 menit 15 detik. Jadi dapat disimpulkan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi baterai sampai penuh antara menggunakan charge baterai dengan alat peraga yaitu lebih cepat menggunakan alat peraga.



Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Dari analisa dua keadaan diatas terbukti bahwa pada motor penggerak ½ HP dan diameter pulley motor 7cm dan 10cm jika dipasangkan berturut turut pada keadaansemakin besar diameter pulley alternator maka arus yang semakin besar.

terjadi adalah perbandiangan pulley motor 7cm,10cm,12cm terhadap kerja menjadi lebih besar 10cm dan diameter apabila arus yang keluar dari alternator melebihi memory deffect pada baterai. (baterai akan mengalami kegagalan pengisian yang diakibatkan daya dan arus yang berlebihan, elemen baterai akan cepat rusak dan menyimpan tegangan).


Analisa yang dilaksanakan untuk mendapatkan arus yang terbaik jika dilakukan penggantian pulley motor terhadap pulley alternator, dalam hal ini pulley motor divariasikan berturut turut 7cm, 10cm dan 12 cm kemudian pulley hipotesa awal putaran alternator akan semakin berkurang hal ini dimungkinkan akan mengurangi besar arus yang keluar dari alternator. Hasil dari perbandingan pulley motor terhadap variabel tetap pulley alternator dapat dilihat pada grafik dibawah ini:

Gambar 4. Grafik Arus yang didapatkan dari perbandingan pulley motor 7cm, 10cm, 12 cm terhadap pulley alternator 7 cm

Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa pada diameter pulley motor sebesar 7cm dan diameter pulley alternator 7 cm akan didapatkan arus pengisian yang keluar dari alternator sebesar 16 A , sesuai dengan realita dalam proses pengisian mobil bahwa beban yang bekerja pada suatu mobil dangat berpengaruh terhadap daya yang tersimpan di dalam baterai mobil, hal ini alternator berfungsi untuk selalu menyiapkan dan mengisi baterai apabila baterai mobil mengalami loses daya. Kemudian apabila diameter motor diubah menjadi alternator tetap pada 7cm maka akan terjadi penambahan besar arus karena putaran torsi yang bekerja pada pulley motor semakin besar hal ini menunjukkan hubungan yang linear arus yang keluar menjadi 22,7 A begitu juga apabila diameter pulley pada motor diperbesar menajdi 12 cm maka arus yang akan keluar melalui alternator menjadi 24 A, semakin besar arus yang keluar melalui alternator maka proses pengisian akan semakin cepat, namun hal lainnya yang harus dipertimbangkan adalah arus baterai sebesar 70A maka yang

Gambar 5. grafik arus yang dihasilkan dari perbandingan pulley motor 7cm, 10cm, 12cm terhadap pulley alternator 10cm.

Gambar 5 menunjukkan arus yang dihasilkan oleh alternator dengan diameter pulley 10cm pada saat dipasangkan dengan pulley motor 7cm maka arus yang didapatkan sangat besar sekali yaitu 159 melakukan pengisian dengan arus ini karena baterai akan cepat rusak, kemudian berturut turut apabila dipasangkan dengan pulley motor 10cm maka arus yang mengalir pada alternator cenderung menurun menjadi 27,2 lebih dapat diterima, kemudian jika dipasangkan dengan pulley motor 12 A maka arus yang diperoleh akan menjadi 25A. Jika semakin besar arus yang mengalir pada alternator maka proses pengisian akan semakin cepat tetapi berbanding terbalik dengan baterai, yang kemungkinan akan merusak elemen dan struktur pada baterai. Hasil dari penelitian ini nanti akan diperoleh pada ukuran pulley motor berapa dan bagaimana sehingga arus yang keluar dari alternator akan benar benar seimbang dengan lifetime dari baterai mobil yang diisi.

Gambar 6. Grafik arus yang dihasilkan dari perbandingan pulley alternator 7cm, 10cm, 12 cm terhadap pulley motor 12cm

Gambar 6 menunjukkan arus yang dihasilkan oleh alternator dengan diameter pulley 12cm pada saat dipasangkan dengan pulley motor 7cm maka arus yang didapatkan sangat besar sekali yaitu 159A, sangat tidak mungkin untuk melakukan pengisian dengan arus ini karena baterai akan cepat rusak, kemudian berturut turut apabila dipasangkan dengan pulley


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) motor 10cm maka arus yang mengalir pada alternator cenderung menurun menjadi 28A lebih dapat diterima, kemudian jika dipasangkan dengan pulley motor 12A maka arus yang diperoleh akan menjadi 30A. Untuk itu disarankan untuk tetap mempertahankan pulley alternator 7cm.

menggunakan variasi ini waktu yang didapatkan untuk melakukan pengisian adalah sebesar2,625jam (2 jam 37 menit 30 detik). Sedangkan untuk arus yang terbesar adalah 159A yaitu pada variasi pulley motor 7cm dan diameter pulley 10cm dan 12cm, pada arus 159A diharapkan untuk tidak digunakan karena akan mempercepat memoory deffect pada baterai.

IV. KESIMPULAN Dari hasil perancangan dan pembuatan sistem pengisian pada tipe kendaraan 5K ini diperoleh beberapa analisa dan kesimpulan diantaranya hubungan antara pulley motor terhadap alternator cenderung linear yaitu semakin kecil desain pulley motor akan dapat mempercepat putaran pada pulley altenator, hal ini berbanding dengan semakin besar putaran pulley motor maka torsi yang dihasilkan akan semakin kecil, demikian juga apabila divariasikan pulley alternator yang berturut turut 7cm, 10cm, dan 12cm maka akan didapatkan putaran yang melambat pada alternator, semakin lambat alternator berputar maka arus yang keluar dari altermnator akan semakin kecil. Dalam penelitian ini arus yang terkecil keluar dari alternator adalah sebesar 16A yaitu pada pengujian pulley alternator 7cm dan pulley motor 7cm,


DAFTAR PUSTAKA [1]. Anonim. Dasar-Dasar Automotive. Jakarta: PT. Toyota - Astra Motor. 1987. [2]. Anonim. Teknik - Teknik Servis Dasar. Jakarta: PT. Toyota – Astra Motor. 1995. [3]. Anonim. Komponen pengisian asruddin.freevar.com. 2013. [4]. Anonim.Sistem pengisian pada mobil. blog.elearning.unesa.ac.id.2013. [5]. Denny333. Wordpress. Com.Sistem Pengisian. 2012. [6]. Kevin Sullivan‘s Automotive Training And Resource Site For Automotive Electronics: Autoshop(2001). [7]. Mahendra, H. Modul Sistem Pengisian.Pendidikan Teknik Otomotif.Padang: Teknik Otomotif. (2011). [8]. New Step 1 Training Manual. Jakarta: PT. Toyota-Astra Motor. 1995. [9]. Rusyiamblogspot.com.prinsip-kerja-sistem-pengisian-ic.html. . 2011. [10]. Team ToyotaNew Step 1: Trainning Manual. Jakarta: Toyota Astra Motor PT. 1995. [11]. Team Toyota. Toyota Step 2: Materi Pelajaran Chasis Group.Jakarta.1995


Pengaruh Penggunaan Panas Gas Hasil Pembakaran Terhadap Penguraian Gas CO (Karbon Monoksida) Menjadi C (Karbon) dan O2 (Oksigen) pada Asap Knalpot Sepeda Motor dengan Adsorben Zeolit Farid Majedi Mesin Otomotif Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia Email : [email protected]

Abstrak— Zat beracun seperti karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC), oksida nitrogen (Nox), sulfur oksida (SOx), zat debu timbal (Pb), dan partikulat. Untuk mengurangi kadar CO dari asap knalpot menjadi unsur yang tidak beracun. Untuk mengurangi emisi gas buang CO, maka dibuat alat yang menggunakan panas gas buang yang berfungsi untuk memecah molekul CO(g) menjadi C(s) + O2(g), sehingga dengan alat re-heater ini diharapkan bisa mengurangi unsur emisi gas buang CO. Dari hasil pengujian, prosentase CO mengalami penurunan hingga 30 - 75%, prosentase HC mengalami penurunan hingga 40 - 65%, presentase CO2 mengalami peningkatan hingga 11 - 12%, dengan menggunakan tambahan modifikasi reheater dan re-heater + Zeolit. Kata kunci— Reduksi Emisi gas buang, motor, zeolit (;) .

I.

PENDAHULUAN

Kendaraan bermotor mengeluarkan gas buang terdiri dari zat yang tidak beracun, seperti nitrogen (N2), karbondioksida (CO2), dan uap air (H2O), dan zat beracun seperti karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC), oksida nitrogen (Nox), sulfur oksida (SOx), zat debu timbal (Pb), dan partikulat. Zatzat yang dikeluarkan dari knalpot kendaraan mempunyai komposisi yaitu 72% N2, 18,1% CO2, 8,2% H2O, 1,2% gas mulia, 1,1% O2, dan 1,1% gas beracun yang terdiri dari 0,13% Nox, 0,09 HC, 0,9% CO. Selain dari gas buang unsur HC dan CO dapat pula keluar dari penguapan bahan bakar ditangki dan blow by gas dari mesin [1]. Dari Komposisi gas beracun memang prosentasenya kecil tapi akibatnya yang besar, contohnya gas CO pada konsentrasi yang tinggi dan jangka waktu tertentu dapat mengakibatkan pingsan dan kematian [6]. Dengan adanya problem ini penulis berkeinginan untuk mengurangi kadar CO dari asap knalpot menjadi unsur yang tidak beracun. Untuk mengurangi emisi gas buang CO, maka dibuat alat yang menggunakan panas gas buang yang berfungsi untuk memecah molekul CO(g) menjadi C(s) + O2(g), sehingga dengan alat re-heater ini diharapkan bisa mengurangi emisi gas buang CO. Untuk menambah fungsi alat re-heater ini ditambahkan batu zeolit alam. Zeolit, satu nama mineral/batu yang dapat dijadikan sebagai adsorben untuk mengatasi pencemaran lingkungan [10]. Diharapkan dengan

penambahan Zeolit ini dapat menambah kinerja re-heater dalam memecah molekul CO(g) menjadi C(s) + O2(g). Dari beberapa penelitian yang berorientasi pada penurunan emisi gas buang terutama gas karbon monoksida (CO) antara lain: Dengan Alat penurun emisi gas buang dapat menurunkan kadar CO [5], Penggunaan pencampuran bioetanol pada bahan bakar dan pemakaian alat penghemat HCS menunjukkan penurunan emisi gas CO dan meningkatkan efisiensi bahan bakar [3], Modifikasi knalpot yang berisi zeolit, dapat mengurangi kadar CO hingga 50% persen [2], Penggunaan adsoben zeolit alam tanpa dan dengan didealuminasi menggunakan HCl 6M dapat mengurangi kadar CO dari 42 – 98% [8] Dari penelitian sebelumnya hanya membahas tentang alat, pencampuran bioetanol dan pemakaian zeolit untuk mengurangi kadar CO. Dengan adanya problem ini penulis mencoba melakukan riset tentang penggunaan alat re-heater ditambah dengan zeolit untuk mengurangi kadar CO pada emisi gas buang. Dalam melalukan risetmenggunakan variasi penelitian knalpot standar, dengan alat re-heater dan alat re-heater + zeolit. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui penurunan kadar CO dengan cara memecah ikatan molekul CO(g) menjadi C(s) + O2(g) menggunakan panas dari gas buang itu sendiri dan ditambah zeolit. II. METODOLOGI A. Alat Penguji Alat Dalam penelitian ini diuji dengan menggunakan sepeda motor yamaha mio 2008 dengan knalpot standar. Alat reheater dipasang dibelakang knalpot. (lihat gambar 1) B. Metode Penelitian Dalam penelitian ini menggunakan metode pengujian langsung dengan menghidupkan sepeda motor sampai dengan


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) 4000 rpm. Kemudian di tes dengan alat gas analyser untuk mengetahui emisi gas buang. Variasi penelitian yaitu : 1. Knalpot standar 2. Knalpot dengan alat re-heater 3. Knalpot dengan alat re-heater + zeolit

 Bilangan Reynolds

Selain pengujain langsung juga dilakukan perhitungan untuk mengetahui panas yang dapat memecah ikatan pada molekul gas CO(g) menjadi C(s) + O2(g), dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut :  Menghitung perpindahan panas dengan rumus: Q = U.A.∆T

Dengan : k = konduktifitas termis gas buang pada temperatur d = diameter reheater yang digunakan dalam distribusi gas buang = 7mm Re = bilangan Reynold Pr = bilangan Prandtl

(1)

(5) Dengan : ρ = massa jenis gas um

= kecepatan gas

Dengan : U = harga perpindahan panas menyeluruh yang mampu dipertukarkan di dalam alat tambah A

= luas permukaan total dari alat tambah

 Menghitung beda temperatur logaritmik (

) (

)

) (

,(

)-

(2) Dengan : ΔTlmtd = beda temperatur logaritmik antara gas buang temperatur tinggi dengan gas buang temperatur rendah

Gambar 1. Letak alat re-heater

T2i

= temperatur gas buang yang masuk ke dalam alat tambahan T2o = temperatur gas buang yang disirkulasikan kembali Tli = temperatur gas buang dari knalpot Tlo = temperatur gas buang yang dilepas ke udara  Menghitung harga perpindahan panas menyeluruh (

) (

(3)

)

Gambar 2. Re-heater + zeolit

Dengan : hhot = koefisien pertukaran panas konveksi pada temperatur T2i hcold = koefisien pertukaran panas konveksi pada temperatur T1i  Menghitung hhot pada temperatur T2i dan hcold pada temperatur T1i ⁄


(4)

III. HASIL DAN ANALISA A. Perhitungan Panas pada Re-heater Untuk menghitung perpindahan panas yang terjadi pada re-heater, kita hitung dengan cara :  Menghitung beda temperatur logaritmik (Persamaan 2) Di ketahui T2i = 176,85oC = 450 K T2o = 69,85oC = 350 K Tli = 76,85oC = 343 K Tlo = 61,85oC = 335 K

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) ( ,( ( ,(

)

( ) (

) )-

)

( ) (

) )-

(

)

(

)

Jadi angka Nusselt pada T2i = 1,18 Setelah bilangan Renault dan Nusselt pada T 2i, langkah berikutnya adalah menentukan hhot , berikut adalah harga hhot dari T2i :

 Untuk menghitung harga perpindahan panas menyeluruh yang mampu dipertukarkan di dalam alat tambah, maka dihitung hhot pada temperatur T2i dan hcold pada temperatur T1i .

/

(

)

 Menghitung hhot pada temperatur T2i dan hcold pada temperatur T1i. Untuk menentukan koefisien pertukaran panas konveksi pada temperatur T2i (hhot) dicari berdasarkan pada Reynolds dan Prandtl numbers, dengan persamaan 4 : ⁄

Spesifikasi udara pada T = 450 K : ρ = massa jenis gas buang = 0,7833 kg/m3 cp = kalor spesifik pada tekanan konstan = 1,0207 kj/ kgoC Pr = Prandtl number = 0,683 k = konduktifitas termal gas buang = 0,03707 W/m.K μ = kekentalan dinamis dari gas buang = 2,484 x 10-5 kg/ m.s Langkah pertama untuk menentukan harga hhot yaitu mencari nilai Reynolds number nya terlebih dahulu, yaitu sebagai berikut : (um = 0,75 m/s)

Jadi nilai hhot pada T2i adalah sebesar 6,25 W/m K Setelah nilai hhot pada T2i telah ditemukan langkah selanjutnya adalah menentukan nilai hcold, untuk menentukannya persamaan dan rumus yang digunakan sama seperti mencari nilai hhot. Untuk menentukan hcold yang dihitung adalah pada temperatur gas buang yang disirkulasikan kembali yaitu T2o dengan temperatur T 350 K Spesifikasi udara pada T 350 K = massa jenis gas buang = 0,9980 kg/m3 cp = kalor spesifik pada tekanan konstan = 1,0090 kj/ kgoC Pr = Prandtl number = 0,697 k = konduktifitas termal gas buang = 0,03003 W/m. K μ = kekentalan dinamis dari gas buang = 2,075 x 10 kg/ m.s Untuk menentukan harga hcold langkah pertama yaitu mencari nilai Reynolds nya terlebih dahulu, yaitu sebagai berikut :

Jadi bilangan Reynolds pada T2o = 252,51 Langkah selanjutnya mencari bilangan Nusselt

Jadi Bilangan Reynold pada T21 = 165,82 Langkah selanjutnya mencari Bilangan Nusselt



Jadi bilangan Nusselt pada T2o = 1,66 Setelah bilangan Reynolds dan Nusselt pada T2o , langkah berikutnya adalah menentukan hcold, berikut adalah harga hhot dari T2o :

dengan masa atom gas buang CO ( 28 gram/mol ), atau sebesar 3,8 x 10-3 mol Jumlah energi yang digunakan untuk memutuskan rantai CO di dalam reheater (setiap detiknya) adalah :

Jadi untuk dapat memecah gas CO dalam knalpot memerlukan waktu :

Jadi nilai hcold pada T2o adalah sebesar 7,12 W/moK Nilai hhot dan hcold yang sudah ditemukan nilainya berdasarkan persamaan rumus di atas, langkah selanjutnya adalah mencari koefisien perpindahan panas menyeluruh dengan memasukan nilai hhot dan hcold kedalam persamaan 3: .

/

(

)

(

)

(

)

Langkah selanjutnya adalah mencari luas penampang reheater. Dimana : D = diemeter pipa tembaga = 0,007 m L = panjang pipa tembaga pendistribusian gas T 2i = 0,75 m

Hukum Thermodinamika I, pada sistem dimana kerja tidak dilakukan, maka seluruh panas yang diterima sistem diubah menjadi energi oleh sistem tersebut. Karena proses pada tekanan konstan (isobaris), serta selisih antara enthalpy penguraian gas buang CO (-26 kkal/mol) dengan jumlah panas yang diterima oleh gas buang ( 0,129 kkal/mol ) menghasilkan energi bias yang negatif, maka proses akan berlangsung secara spontan dan terus menerus secara periodik maka dalam wakru 3,04 menit dapat memecah ikatan gas CO. B. Data Pengujian 1. Pengujian Emisi Pada Knalpot Standart Untuk mengetahui emisi gas buang di lakukan pengujian di mesin gas analyser, dilakukan dua kali dengan hasil sebagai berikut : Tabel 1. Hasil Uji Emisi Gas Buang pada Knalpot Standart Presentase Emisi Gas Buang Knalpot Standart Pengujian CO%

HC ppm

CO2 %

I

5,70

133

11,10

II

5,62

119

11,40

2. Pengujian Emisi Pada Knalpot Modifikasi Reheater

Menentukan harga perpindahan panas yang terjadi di dalam reheater dengan rumus sebagai berikut :

Pengujian emisi gas buang pada knalpot modifikasi reheater pengujian dan pengambilan datanya pada putaran mesin 4000 rpm dengan melakukan dua kali pengujian sebagai berikut : Tabel 2. Hasil Uji Emisi Gas Buang padaKnalpot Modifikasi Re-heater Presentase Emisi Gas Buang Knalpot Re-heater Pengujian

Harga perpindahan panas yang terjadi di dalam reheater adalah sebesar 2,06 watt, sedangkan harga perpindahan panas yang diperlukan untuk memanaskan rantai CO adalah sebesar 26 kkal/mol. Karena masa gas buang yang maksimum mengalir di dalam reheater adalah sebesar 1,07 x 10 -4 kg/s, maka jumlah mol gas buang CO yang mengalir di dalam reheater adalah sebesar : 1,07 x 10-4 kg (setiap detiknya) dibagi


CO%

HC ppm

CO2 %

I

1,45

39

13,60

II

2,56

56

13,10

3. Pengujian Emisi Pada Knalpot Modifikasi Reheater dan Zeolit Pengujian emisi gas buang pada knalpot modifikasi reheater pengujian dan pengambilan datanya pada putaran mesin 4000 rpm dengan melakukan dua kali pengujian sebagai berikut :

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Tabel 3. Hasil uji emisi pada knalpot modifikas reheater dan zeolit Presentase Emisi Gas Buang modifikasi + zeolit Pengujian CO%

HC ppm

CO2 %

I

4,01

79

12,5

II

4,22

104

12,2

4. Perbandingan Hasil Uji Emisi Gas Buang Knalpot Standar, Modifikasi Re-heater dan Modifikasi Re-heater + Zeolit

Dari Gambar 4 terlihat prosentase HC mengalami penurunan hingga 65% dengan menggunakan tambahan modifikasi re-heater. Sedangkan dengan tambahan modifikasi re-heater + Zeolit mengalami penurunan prosentase HC sebesar 40 %. Gambar 5 terlihat presentase CO2 mengalami peningkatan hingga 12% dengan menggunakan tambahan modifikasi reheater. Sedangkan dengan tambahan modifikasi re-heater + Zeolit mengalami peningkatan presentase CO2 sebesar 11 %.

Tabel 4. Perbandingan Hasil Uji Emisi Gas Buang Knalpot Standar, Modifikasi Re-heater dan Modifikasi Re-heater + Zeolit Presentase Emisi Gas Buang modifikasi + zeolit

Knalpot

CO%

HC ppm

CO2 %

Standar

5,70

133

11,10

Modifikasi Re-heater

1,45

39

13,60

Modifikasi Re-heater + Zeolit

4,01

79

12,5

CO2 %

15 Standar

10

Modifikasi Re-heater

5 0 Standar

Untuk membandingkan hasil uji emisi gas buang antara knalpot standar, modifikasi Re-heater dan modifikasi Reheater + Zeolit menggunakan pengujian pertama

Modifikasi Modifikasi Re-heater Re-heater + Zeolit

Modifikasi Re-heater + Zeolit

Gambar 5. Perbandingan Presentase CO2 dengan knalpot Standar, Modifikasi Re-heater dan Modifikasi Re-heater + Zeolit Presentase CO (%)

6 4 2 0

Standar Modifikasi Reheater Standar ModifikasiModifikasi Re-heater Re-heater + Zeolit

Modifikasi Reheater + Zeolit

Gambar 3. Perbandingan Presentase CO dengan knalpot Standar, Modifikasi Re-heater dan Modifikasi Re-heater + Zeolit

Dari Gambar 3 terlihat prosentase CO mengalami penurunan hingga 75% dengan menggunakan tambahan modifikasi re-heater. Sedangkan dengan tambahan modifikasi re-heater + Zeolit mengalami penurunan prosentase CO sebesar 30 %. HC ppm

150 100 50 0

Standar Modifikasi Reheater Modifikasi Reheater + Zeolit

Gambar 4. Perbandingan Presentase CO2 dengan knalpot Standar, Modifikasi Re-heater dan Modifikasi Re-heater + Zeolit

C. Analisa Pengaruh Penggunaan re-heater dan zeolit terhadap Pemutusan Gas CO menjadi C + O Pengaruh Penggunaan re-heater dan zeolit terhadap Pemutusan Gas CO menjadi C + O, dapat dilihat dari data Tabel 4 dan Gambar 3. Di gambar 3 terlihat bahwa dengan menggunakan alat tambahan re-heater, presentase CO mengalami penurunan hingga 75%. Hal ini disebabkan dengan menggunakan re-heater, panas dari gas buang digunakan untuk memutus rantai molekul CO menjadi C + O. Dimana diperlukan waktu 3,04 menit untuk mencapai energi yang dapat memutuskan ikatan molekul CO sebesar 26 kkal/mol. Dalam reaksi dekomposisi umumnya menggunakan panas untuk membantu reaksinya. Saat senyawa memanas, atom akan bergetar lebih keras, dan dapat memutuskan ikatan kimia. Sebagai contoh, jika Karbon Monoksida (CO2) dipanaskan dengan suhu tinggi, akan terurai menjadi karbon (C) dan oksigen (O). Dalam menguraikan senyawa menggunakan temperatur tergantung pada kekuatan ikatan yang menjaga tetap bersama-sama.[4]. Gas karbonmonoksida adalah gas yang relative tidak stabil dan cenderung bereaksi dengan unsur lain. Karbon monoksida, dapat diubah dengan mudah menjadi CO2 dengan bantuan sedikit oksigen dan panas. Saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, emisi CO pada ujung knalpot berkisar 0.5% sampai 1% untuk mesin yang dilengkapi dengan sistem injeksi atau sekitar 2.5% untuk mesin yang masih menggunakan karburator.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Sedangkan dengan tambahan modifikasi re-heater + Zeolit mengalami penurunan presentase CO sebesar 30 %. Hal ini disebabkan, pertama karena panas gas buang yang dialirkan ke alat tambahan re-heater temperatur mulai turun karena kualitas isolator tahan panas yang dipakai mulai menurun. Penyebab kedua karena zeolit yang ditempatkan bersamaan dengan pipa pemanas, ternyata zeolit yang bersifat sebagai katalis dan penghantar panas dari pipa pemanas sehingga sifat zeolit sebagai penyerap polutan sedikit. Emisi gas buang CO berkurang, maka reaksi di dalam alat re-heater adalah menguraikan senyawa CO menjadi unsur C dan O2. Unsur C menempel di dalam alat re-heater, karena terhalang oleh sekat dan pipa panas,, seperti disajikan pada Gambar 2. Unsur O2 menjadi unsur bebas yang ke luar ke lingkungan. Dari data tabel 4.1 terlihat prosentase CO sebesar 5,7% (pengujian I) dan 5,62% (pengujian II) , Sedangkan standar nilai ambang batas CO menurut Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006 sebesar 5,5 %, sehingga masih diatas standar. Setelah penggunaan re-heater, prosentase CO menjadi 1,45% (pengujian I) dan 2,56% (pengujian II) sehingga sudah dibawah ambang batas. Setelah penggunaan re-heater + zeolit, prosentase CO menjadi 4,01% (pengujian I) dan 4,22% (pengujian II) sehingga masih dibawah ambang batas.

dan pada konsentrasi yang tinggi dan jangka waktu tertentu dapat mengakibatkan pingsan dan kematian. Dari hasil pengujian, Unsur CO mengalami penurunan prosentase sebesar 30-75%. Dengan penurunan konsentrasi ini maka prosentase CO bisa dibawah ambang batas sesuai dengan Sedangkan standar nilai ambang batas CO menurut Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006

D. Analisa Pengaruh Penggunaan Re-heater dan Zeolit Terhadap Presentase HC dan CO2 Dari data Tabel 4 dan Gambar 4 terlihat bahwa pengaruh penggunaan Re-heater dan Zeolit terhadap prosentase HC mengalami penurunan hingga 65% dengan menggunakan tambahan modifikasi re-heater. Sedangkan dengan tambahan modifikasi re-heater + Zeolit mengalami penurunan prosentase HC sebesar 40 %. Didalam emisi gas buang molekul HC ada dua yaitu : (1) Bahan bakar yang keluar menjadi gas mentah karena tidak terbakar dan; (2) Bahan bakar yang berubah menjadi gugusan HC yang lain karena terpecah reaksi panas, yang keluar bersama gas buang. Senyawa HC berkurang karena dengan dipanaskan kembali maka Molekul HC akan terutai menjadi unsur H2 dan C. Unsur C terdeposit di dinding alat re-heater sedang molekul H2 bersenyawa dengan O2 menjadi H2O. Dari Gambar 5 terlihat presentase CO 2 mengalami peningkatan hingga 12% dengan menggunakan tambahan modifikasi re-heater. Sedangkan dengan tambahan modifikasi re-heater + Zeolit mengalami peningkatan presentase CO2 sebesar 11 %. Dengan terurainya CO(g) menjadi C(s) + O2(g). Dan molekul HC menjadi H2 dan O2. Dengan banyaknya O2 maka ada juga O2 bereaksi dengan C menjadi CO2. Hal ini terlihat di Gambar 5, unsur CO2 mengalami peningkatan hingga 11-12% baik dengan tambahan alat re-heater mupun alat re-heater + zeolit. IV. KESIMPULAN Dengan menggunakan alat re-heater dan zeolit dapat menguraikan unsur CO yang merupakan polutan yang beracun


DAFTAR PUSTAKA [1]

A. Syahrani, ―Analisa Kinerja Mesin Bensin Berdasarkan Hasil Uji Emisi‖, jurnal.Smartek Vol 4, No 4. Tadulako : Universitas Tadulako, 2006

[2]

Agustina, ―Pembuatan Knalpot Ramah Lingkungan dengan penambahan zeolit‖, Bandar Lampung: SMAN 2, 2011

[3]

F. Akbar, ―Analisis Penurunan Emisi Gas Karbon Monoksida (Co) Dan Efisiensi Bbm Pada Kendaraan Roda Empat Yang Menggunakan Alat Penghemat Dan Pencampuran Bioetanol‖ , Semarang : Program Pascasarjana, Universitas Diponegoro, 2013

[4]

G. T. Rivai, ―Makalah Kesetimbangan Kimia‖, Jakarta: Universitas Indonesia, 2015

[5]

I G B W. Kusuma, ―Alat Penurun Emisi Gas Buang Pada Motor, Mobil, Motor Tempel Dan mesin Pembakaran Tak Bergerak‖, Denpasar : Program Studi Teknik Mesin, Universitas Udayana Bali, 2006

[6]

Isnanda, ―Pengaruh Gas Buang Terhadap Kinerja Motor Bensin‖, Jurnal Teknik Mesin Vol. 4 no 1. Padang : Politeknik Negeri Padang, 2007

[7] [8]

J.P. Holman, ―Perpindahan Kalor”, Jakarta : Erlangga, 1997 L. Tarbiyatun,. N. Maleiva, B. Sitorus, D. R Jati, ―Penurunan Konsentrasi Gas Karbon Monoksida Dari Kendaraan Bermotor Menggunakan Adsorben Zeolit Alam‖, Pontianak: JKK, vol. 4(1) hal. 26-33

[9]

RM B. Irawan. ―Rancang Bangun Catalytic Converter Material Substrat Tembaga Berlapis Mangan Untuk Mereduksi Emisi Gas Karbon Monoksida Motor Bensin”. Semarang: Universitas Negeri Semarang, 2012

[10] W. Trisunaryati, ―Zeolit Alam Indonesia: Sebagai Absorben Dan Katalis Dalam Mengatasi Masalah Lingkungan Dan Krisis Energi”, Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar dalam Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta: Universitas Gajah Mada, 2009


Kekuatan Sambungan AL/CFRP Menggunakan Adhesif Epoksi/Serbuk-AL dengan Variasi Pressure Level Bi Asngali Mesin Otomotif, Jurusan Teknik Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia [email protected] Abstrak— Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh pressure level terhadap kekuatan geser sambungan single lap joint (SLJ) antara Al 2024 dan CFRP dengan adesif epoksi/serbuk Al. Variasi pressure level yang digunakan adalah 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 dan 1 MPa. Pembuatan dan pengujian spesimen uji geser mengacu pada ASTM D 1002. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pressure level dapat meningkatkan kekuatan geser sambungan. Pada variabel pressure level terbaiknya yaitu 0,9 MPa menghasilkan kekuatan geser tertinggi (8,59 MPa). Pada kondisi tersebut, penampang patahan menunjukkan jenis kegagalan kombinasi antara kegagalan cohesive, light fiber tear dan fiber-tear. Kata kunci— pressure level; epoksi/serbuk-Al; kekuatan geser; single lap joint .

I.

PENDAHULUAN

Industri transportasi darat, udara dan laut membutuhkan inovasi material yang memenuhi kuat dan ringan. Penggunaan bahan-bahan aluminium dan komposit sudah banyak menjadi alternatif pengganti baja pada kendaraan karena memiliki massa jenis yang lebih ringan dan tidak mudah terkorosi. Penggunaan bahan yang lebih ringan pada kendaraan berdampak penghematan bahan bakar. Sambungan carbon fiber reinforced polymers (CFRP) dengan logam digunakan pada industri pesawat (misalnya bagian lambung pesawat), industri mobil (misalnya struktur atap mobil) [1]. Proses penyambungan yang sering digunakan adalah dengan paku keling atau baut, karena sederhana dan mudah untuk pembongkaran. Apabila sambungan tersebut menerima beban tinggi atau benturan, kerusakan akan terjadi pada lubang karena terjadi konsentrasi tegangan [2]. Lubang untuk sambungan tersebut sering menjadi penyebab retak sehingga membahayakan kontruksi. Kebutuhan struktur yang kuat dan ringan, mendorong banyak peneliti dan insinyur desain untuk mencari bahan dan pola sambungan alternatif. Penggunaan aluminium dan komposit yang disambung dengan adhesive menjadi alternatif dalam rekayasa struktur yang ringan. Resin epoksi digunakan sebagai perekat antara logam karena kemampuannya yang tidak mudah menguap dan penyusutan yang rendah (kurang dari 0,5%) pada curing [3]. Perekat epoksi memiliki afinitas yang baik untuk permukaan paduan aluminium dan lapisan oksida yang dihasilkan selama

persiapan permukaan [4]. Epoksi dapat mengikat dengan baik ke berbagai permukaan logam dengan perlakuan atau tanpa perlakuan [5]. Filler berupa serbuk aluminium dapat memperkuat epoksi yang digunakan pada single lap joint antara aluminium dan aluminium [6]. Kontruksi mesin pasti membutuhkan sistem sambungan yang kuat dan efisien seperti sambungan adhesive. Penggunaan adhesive, harus dipilih adhesive yang dapat memberikan ikatan yang baik pada kedua permukaan dalam jangka waktu yang panjang pada sebuah struktur. Epoxy resin dibentuk lewat reaksi kimia, dimana resin dengan hardener atau resin dengan katalis dicampur dalam satu tempat kemudian terjadilah proses pengerasan (polimerisasi) [7]. Sekali terjadi pengerasan, epoxy ini tidak bisa mencair lagi sekalipun dilakukan pemanasan sehingga resin ini memiliki karakteristik mekanik yang bagus, daya penyusut yang rendah, perekat yang bagus untuk banyak bahan logam, dan tahan terhadap kelembaban udara serta tahan terhadap tekanan. Penambahan filler serbuk aluminium pada epoksi dapat meningkatkan kualitas perekat (adhesive). Penerapan beda tekanan penyambungan pada single-lap joint (SLJ) menarik untuk diteliti. Pengaturan besarnya penekanan (pressure level /PL) akan diperoleh kekuatan sambungan yang optimal.

Gambar 1. Grafik hubungan antara kekuatan sambungan terhadap kandungan serbuk aluminium (filler) [8]

Kekuatan sambungan adhesif epoksi dengan filler nano silika/serbuk aluminium [8]. Gambar 1 menunjukkan grafik hasil pengujian sambungan. Kandungan 12.5 wt% serbuk aluminium pada adhesif menghasilkan tegangan geser 6.92


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) MPa. Tipe kegagalan yang terjadi pada sambungan ini adalah cohesive failure. Dibandingkan dengan adhesive failure, cohesive failure memiliki tegangan geser yang lebih baik [2]. Beberapa jenis kegagalan yaitu kegagalan adhesive, kegagalan cohesive, kegagalan thin-layer cohesive, kegagalan fiber-tear, kegagalan light fiber-tear dan kegagalan stockbreak yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Kegagalan adhesive adalah kegagalan antarmuka antara perekat dan salah satu adherend. Kegagalan ini merupakan indikasi dari batas lapisan perekat yang lemah. Kegagalan cohesive terjadi ketika hasil rekahan pada lapisan perekat tersisa pada kedua permukaan adherend.

ditemukan di industri kedirgantaraan (misalnya segmen lambung), industri mobil (misalnya struktur atap CFRP), dan permesinan umum [1]. Pengaruh ketebalan adhesive dan kandungan serbuk aluminium pada adhesive joint antara aluminium dan aluminium. Kekuatan joint tertinggi didapatkan pada ketebalan adhesive 0.5 mm [6]. Filler berupa serbuk aluminium dapat memperkuat ikatan single lap joint pada sambungan antara aluminium dan aluminium. Kekuatan sambungan epoksi dengan serbuk aluminium lebih baik dibandingkan dengan sambungan tanpa serbuk aluminium. Penielitian ini dilakukan untuk mengetahui besar tekanan (Pressure Level) yang memberikan kekuatan paling besar yang ditunjukkan dengan jenis kerusakan sambungan. II.

Gambar 2 Jenis kegagalan yang mungkin terjadi pada sambungan adhesive yang melibatkan komposit [2]

Tipe kegagalan adhesive menunjukkan ikatan yang lemah antara perekat dan adherend, sehingga kekuatan tarik geser sambungan rendah. Kegagalan cohesive merupakan kegagalan yang bisa diterima pada industri penerbangan. Ikatan yang sama kuat antara perekat dan adherend diperlihatkan pada kegagalan cohesive. Tipe kegagalan light fiber-tear atau interlaminar menghasilkan kekuatan tarik geser yang tinggi. Kerusakan pada salah satu adherend menunjukkan ikatan yang sangat kuat pada perekat dengan adherend tersebut [9]. Kegagalan fiber tear terjadi ketika kekuatan perekat mampu merobek fiber. Kegagalan stock break terjadi jika salah satu adherend patah. Jenis kegagalan pada adhesive dapat menjadi indikasi tegangan geser dari spesimen uji. Dibandingkan dengan adhesive failure, cohesive failure memiliki tegangan geser yang lebih baik. Perkembangan teknologi sambungan kususnya sambungan yang menggunakan adhesive joint telah banyak dipelajari. Pengujian sambungan adhesive joint yang paling sering digunakan adalah single-lap joint (SLJ) [10]. Umumnya, sambungan adhesive joint dapat dikategorikan sebagai berikut [11], [1]: - Polimer / polimer (misalnya CFRP / CFRP, GFRP / GFRP) - Logam / logam (misalnya Al / Al) - Polimer / logam (misalnya CFRP / Al, GFRP / Al) Bahan carbon fiber reinforced polymers (CFRP) dan logam semakin banyak digunakan. Contoh umum untuk struktur hibrida antara CFRP dan logam tersebut dapat


METODOLOGI

Perekat epoxy/serbuk Al dipoles pada salah satu sisi Aluminium. Satu sisi dari Aluminium yang sudah ada perekatnya akan ditempel di atasnya CFRP. Ketebalan perekat akan diatur dengan plat tipis 0,5 mm, overlep diatur sepanjang 25,4 mm. Lama waktu mulai penekanan (start time to pressure/STP) pada penelitian ini adalah sebesar 20 menit [12]. Pengujian sambungan mekanik antara dua bahan dilakukan dengan pengujian geser. Pada pengujian ini, bentuk spesimen adalah mengacu pada ASTM D-1002 yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Hasil tes uji geser akan baik ketika tumpahan perekat dibersihkan termasuk kontrol fillet sekitar sambungan. 101,6

25, 4 L=25, 4

76.2

Gambar 3. Spesimen pengujian geser berdasarkan ASTM D-1002 (dalam mm)

Metode sambungan ditunjukkan dalam Gambar 4. Aluminium berada di bawah diberi adhesive epoksi/serbuk-Al setebal 0,5 mm. Di atas adhesive epoksi/serbuk-Al diletakkan CFRP sesuai Pressure Level. Pressure Level yang optimal dalam proses penyambungan antara Aluminium dengan CFRP divariasikan antara 0,6 MPa sampai 1 MPa. Tahapan proses penekanan sesuai dengan penyambungan Al 2024 dan CFRP Bahan Al 2024 memiliki karakteristik machinability yang baik dan kemampuan permukaan akhir. Aluminium ini unggul karena tegangan tinggi dan kemampuan kerja yang memadai. Bahan Al 2024 adalah aluminium paduan yang menjadi material utama yang digunakan industri pesawat terbang komersial. Aluminium juga memiliki sifat konduktivitas

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) termal dan listrik yang baik, dan non-magnetik, tidak menimbulkan bunga api dan non-toksik. Bakan komposit yang digunakan adalah carbon fiber reinforced polymers (CFRP) dengan tebal 3 mm dengan jumlah 8 lapis serat karbon. Perbandingan massa serat karbonresin poliester bisfenolik yaitu 40:60.

Gambar 5. Tegangan geser sambungan Al/CFRP dengan variasi Pressure Level

Gambar 4. Sambungan Aluminium / Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) dan tebal adhesive Epoxy/Al Powder 0,5 mm

Bahan perekat (adhesive) yang digunakan adalah Epoksi resin yang diproduksi dari reaksi epichlorohydrin dan bisphenol-A (epoxy A). Sedangkan hardener terbuat dari polyaminoamide (epoxy B). Epoxy A ditimbang dengan perbandingan berat 44% dicampur dengan serbuk Al 12% dan epoxy B dengan perbandingan berat 44% diaduk dengan kecepatan putaran pengadukan 60 rpm dengan lama waktu pengadukan 4-6 menit [13]. Proses penyambungan Al 2024 dan CFRP dengan ketebalan perekat 0,5 mm, overlep diatur sepanjang 25,4 mm. Pengujian sambungan mekanik antara dua bahan dilakukan dengan pengujian geser. Hasil tes uji geser akan baik ketika tumpahan perekat dibersihkan termasuk kontrol fillet sekitar sambungan. Variasi pressure level sebanyak 5 variasi : 0,6 MPa; 0,7MPa; 0,8MPa; 0,9MPa dan 1MPa. Masing-masing variasi sebanyak 5 sample.

III.

HASIL DAN ANALISA

Pengaruh besar penekanan (Pressure Level /PL) memberikan hasil yang berbeda pada kekuatan sambungan Al/CFRP. Hasil pressure level ditunjukkan dalam Gambar 5. Pressure Level (PL) 0,6 MPa mengasilkan kekuatan sambungan Al/CFRP yang masih rendah yaitu 7,24 MPa. Kegagalan yang terjadi pada spesimen dengan Pressure Level 0,6 MPa adalah kegagalan adhesive dan cohesive. Kegagalan tipe adhesive menghasilkan tegangan tarik geser terendah dibandingan dengan kegagalan tipe yang lain, hal ini sesuai dengan pendapat [2].

Pressure Level (PL) 1 MPa sesuai hasil uji geser menunjukkan hasil paling rendah. Pressure Level 1 MPa terjadi kegagalan mengikat pada aluminium dengan tipe kegagalan adhesive failure dan cohesive failure. Besar penekanan 1MPa memberikan pengaruh bonding yang kurang baik. Adhesive failure terjadi karena antara adhesive dengan adherend aluminium tidak terjadi ikatan yang baik, sehingga sebagian besarnya terlepas pada permukaan aluminium [2]. Gambar 6 menunjukkan PL 0,6 MPa, perekat epoksi/serbuk-Al gagal mengikat aluminium pada sebagian bidang lekat (adhesive failure). Sebagian yang lain kegagalan sambungan pada perekat (cohesive failure).

Gambar 6. Foto Makro pada permukaan kerusakan spesimen Al, Pressure Level 0,6MPa

Gambar 7. Foto makro pada permukaan kerusakan sambungan CFRP, Pressure Level 0,7 MPa


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Pressure Level (PL) 0,7; 0,8 dan 0,9 MPa memiliki tegangan geser di atas 8 MPa foto makronya menunjukkan kerusakan light fiber tear. Kerusakan light fiber tear merupakan ikatan yang lebih baik dari pada kerusakan adhesive. Permukaan kerusakan sambungan CFRP, Start Time to Pressure 20 menit, Pressure Level 0,7 MPa menunjukkan kegagalan light fiber tear [12]. Permukaan kerusakan CFRP bagian luar terangkat ditunjukkan dalam Gambar 7. Sedikit adhesive yang tertinggal pada adherend CFRP.

terjadi pada CFRP PL 0,7 MPa. Gambar 9 menunjukkan hasil dari foto SEM. Gambar 9 (a) menunjukkan serat karbon yang terangkat. Serat karbon yang terangkat menunjukkan retakan sebagai akibat gaya adhesi dengan adherend karena proses perlawanan saat pengujian geser. Beberapa serat karbon melekat kuat pada adherend aluminium. Adherend aluminium PL 0,7 MPa terlihat void atau rongga yang terdapat pada spesimen akan menyebabkan initial crack yang ditunjukkan dalam Gambar 9 (b), penyebab terjadinya konsentrasi tegangan saat diberi pembebanan. Konsentrasi tegangan akibat retakan dan void pada perekat yang cukup dalam [14]. Foto makro permukaan kerusakan specimen variasi Pressure Level (PL) 0,9 MPa yang ditunjukkan dalam Gambar 10a menunjukkan kerusakan yang dialami sebagian besar pada adherend CFRP. Gambar 10b memperjelas kegagalan sambungan terjadi pada CFRP adalah serat karbon yang tegak lurus dengan arah tegangan geser merupakan kegagalan fiber tear.

Gambar 8. Foto SEM pada permukaan kerusakan sambungan CFRP, Pressure Level 0,7 MPa

Gambar 8 menunjukkan hasil foto SEM bahwa permukaan patah sambungan pada PL 0,7 MPa berupa patahan serat karbon. Serat karbon terlihat jelas akibat kerusakan permukaan komposit yang melekat pada perekat epoksi. Kegagalan light fiber tear ditunjukkan dengan sebagian serat karbon terangkat dan sebagian putus.

Gambar 10. Foto Makro pada permukaan kerusakan spesimen Al dan CFRP,dengan perekat epoxy/serbuk Al, Pressure Level 9

Gambar 9. Permukaan kerusakan sambungan Al/CFRP, Pressure Level 0,7 MPa: (a) adherend CFRP; (b) adherend aluminium

Permukaan kerusakan sambungan Al/CFRP, PL 0,7 MPa. Gambar 8 menunjukkan jenis kegagalan light fiber tear yang


Gambar 11. Kurva uji geser PL 0,7 MPa dan PL 0,9 MPa

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) Hasil uji geser Pressure Level 0,7 MPa memiliki satu data yang mengalami penguatan diatas rata-rata. Penguatan satu data ini terjadi diperkirakan karena jumlah void yang lebih sedikit. Sedangkan uji geser pada Pressure Level 0,9 MPa menunjukkan tercapainya penguatan dari Pressure Level 0,7 MPa seperti ditunjukkan dalam Gambar 11. Kurva uji geser PL 0,7 MPa dan PL 0,9 MPa. Kurva uji geser menunjukkan perbedaan elongasi yang menunjukkan juga kekuatannya (tonghness). Pressure Level 0,7 MPa sebagian besar memiliki elongasi mencapai 2 mm. Pressure Level 0,9 MPa terjadi penambahan kekuatan (tonghness) ditunjukkan dengan elongasi menacai 3mm lebih. Tipe kegagalan pada Pressure Level 0,9 MPa adalah kegagalan fiber tear yang terjadi pada adherend komposit, ditunjukkan dalam Gambar 12.

Serat karbon melakat pada adherend aluminium dan diatasnya lagi masih ada lapisan resin sebagai bagan penyusun komposit CFRP. Serat karbon yang terkelupas merupakan serat dengan arah horisontal maupun vertikal ditunjukkan dalam Gambar 13a. Adherend CFRP yang ditunjukkan dalam Gambar 13b merupakan hasil SEM dari adherend CFRP yang menunjukkan ada beberapa bagian dari CFRP yang terurai.

Gambar 14. Foto SEM pressure level 0,9 MPa sisi potongan

Gambar 12. Permukaan kerusakan sambungan Al/CFRP, Pressure Level 0,9 MPa

Pressure level (PL) 0,9 MPa terjadi kegagalan fiber tear lebih jelas ketika dilakukan pengamatan pada adherend aluminium pada bagian samping. Gambar 14 dan Gambar 15 menunjukkan ketebalan serat karbon yang terbawa adherend aluminium. Potongan adherend aluminium ditunjukkan dalam Gambar 14 hasil foto SEM terlihat ada tiga lapis. Urutan lapisan dari bawah, lapis pertama merupakan adherend aluminium, bagian tengah lapisan perekat epoksi/serbuk-Al dan bagin atas lapisan serat karbon yang terbawa adherend aluminium. Hasil SEM ditunjukkan dalam Gambar 15. Ketebalan serat karbon pada gambar mencapai 190m.

Gambar 15. foto SEM pressure level 0,9 MPa sisi potongan

Gambar 13. Permukaan kerusakan sambungan Al/CFRP, Start Time to Pressure 20 menit, Pressure Level 0,9 MPa: (a) adherend aluminium; (b) adherend CFRP

Hasil dan analisa dari penelitian yang telah dilakukan menunjukkan pressure level berpengaruh terhadap tegangan sambungan. Pressure level tertentu merupakan pekanan yang mampu mengurangi void yang terjadi. Apabila penyambungan dilakukan pada tekanan itu, akan menghasilkan tegangan geser maksimal dari Single Lap Joint antara alumunium dan komposit.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) IV.

KESIMPULAN

Perekat epoksi/serbuk-Al dengan variasi pressure level (besar tekanan) terbaik adalah 0,9 MPa. Tegangan geser ratarata mencapai 8,59 MPa. Foto makro dan SEM menunjukkan tipe kegagalan fiber tear mencapai dengan tebal serat komposit terbawa adherend aluminium mencapai 190m. Penggunaan perekat epoksi/serbuk-Al sangat dianjurkan melakukan penekanan antara 0,7-0,9 MPa. Jika dilakukan diluar itu kekuatan lekatnya akan menurun. DAFTAR PUSTAKA [11] Möller, F., Thomy, C., Vollertsen, F., Schiebel, P., Hoffmeister, C., Herrmann, A. S. 2010. Novel method for joining CFRP to aluminium. Physics Procedia 5:37–45 [12] Banea, M.D. dan Silva, L.F.M., 2009. Adhesively Bonded Joints in Composite Materials: An Overview. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials Design and Applications 223: 1 DOI: 10.1243/14644207JMDA219 [13] Tai, R.C.L. dan Szklarska-Smialowska, Z., 1993. Absorption of Water by Different Fillers-Incorporated Automotive Epoxy Adhesives. J. Mater. Sci. 28, 6199–6204. [14] Chasser, A.M., Makhlouf, J.M., dan Schneider, J.R., 1993. RubberBased Structural Adhesive is A New Option for Metal Bonding. Adhes. Age, 36-39 March 1993. [15] Mohan, R., February 1990. Analyzing adhesively bonded joints for automotive applications. Plast. Eng., 47–51. [16] Kahraman, R., Sunar, M., dan Yilbas, B., 2008. Influence of adhesive thickness and filler content on the mechanical performance of aluminium single-lap joints bonded with aluminium powder filled epoxy adhesive. Journal of materials processing technology. Vol. 205, Issues 1-3:183– 189. [17] Firmansyah, Astuti 2013, Sintesis dan Karakterisasi Sifat Mekanik Bahan Nanokomposit Epoxy-Titanium Dioksida. Jurnal Fisika Unand Vol. 2, No. 2. ISSN 2302-8491 [18] Diharjo, K., Afandi, R., Agus Purwanto, Neng Sri Suharty, Bagus Hayatul Jihad, Syah Johan A Nasiri, Yohanes Firdaus, D. Danardono D. P. Tjahjana. 2013. Adhesive Nanosilica/Aluminium Powder - Epoxy for Joint Application on Composite Car Body of Electrical Vehicle. Joint International Conference on Rural Information & Communication Technology and Electric-Vehicle Technology 978-1-4799-3363-1. [19] Flinn, D., dan Phariss, M., 2009. The Effect of Peel-Ply Surface Preparation Variables on Bond Quality. Department of Material Science and Engineering University of Washington Seattle, WA 98103. DOT/FAA/AR-06/28, Federal Aviation Administration August 2006. [20] Adams, R.D., 2005. In: Adams, R.D. (Ed.), Adhesive Bonding: Science, Technology and Application. Woodhead Publising Limited, Cambridge. [21] Matsuzaki Ryosuke, Motoko Shibata, Akira Todoroki., 2008. Improving performance of GFRP/aluminium single lap joints using bolted/co-cured hybrid method. Composites.: Part A 39:154–163. [22] Asngali, B., September 2015. Pengaruh waktu penempelan (start time to pressure) sambungan Single lap joint (SLJ) antara Al 2024 dan CFRP terhadap kekuatan geser. Politeknosains, vol XIV, no. 2. ISSN: 18296181 [23] Ghosh, P.K., dan Nukala, S.K., 2008. Properties of Adhesive Joint of Inorganic Nano-Filler Composite Adhesive. Indian journal of engineering & materials science. Vol. 15, pp. 68-74. [24] Adams, R. D., and Peppiatt, N. A., 1974. Stress analysis of adhesivebonded lap joints. J. Strain Anal. 9, 185–196.



Studi Eksperimen Rancang Bangun Rangka Jenis Ladder Frame pada Kendaraan Sport Noorsakti Wahyudi, S.T., M.T. Politeknik Negeri Madiun Madiun. Indonesia Email : [email protected]

Abstrak— Permasalahan energi sudah menjadi permasalahan hampir di seluruh negara di dunia termasuk Indonesia. Untuk menanggulangi krisis energi yang berupa bahan bakar tersebut banyak dilakukan riset dan penelitian khusus dalam upaya penghematan pemakaian bahan bakar dengan bereksperimen supaya dapat meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar. Kendaraan KENDARAAN SPORTsalah satunya, KENDARAAN SPORTadalah kendaraan yang menggunakan mesin Vespa 2tak menjadi 4tak sehingga penggunaan bahan bakar lebih efisiensi. Kendaraan KENDARAAN SPORTterdiri dari beberapa system yang saling bekerja. Salah satunya adalah rangka yang merupakan bagian terpenting dalam kendaraan. Pada pembuatan rangka hal – hal yang perlu diperhatikan adalah kekuatan rangka, jenis dari kendaraan tersebut, karena hal tersebut sangat mempengaruhi dari bentuk rangka nantinya. Proses rangka dilakukan dengan bantuan Software AutoCAD 2006. Untuk mengetahui kekuatan rangka perlu dilakukan beberapa pengujian, yaitu pengujian statis dengan diberi beban variasi dan dinamis dengan diberi beban maksimal 150 kg, Pengujian juga dilakukan dengan bantuan Software Solidworks 2010 untuk mendapatkan data mengenai bagian rangka yang menerima tegangan maksimum. Hasil pengujian pada rangka tidak terjadi deformasi atau perubahan bentuk pada struktur rangka baik dilihat visual dan dengan menggunakan Software pada berbagai kondisi diperoleh rangka mampu bekerja dengan baik. Rangka kendaraan sport mampu menahan beban 1706,94 N sesuai dengan perhitungan. Kata kunci: Rangka; Kekuatan; Desain; Sofware

I. PENDAHULUAN Kendaraan sport dalam penelitian ini adalah suatu rancangan mobil menggunakan mesin 2T yang akan di modifikasi menjadi mesin 4T yang lebih ramah lingkungan, sedangkan pada penggunaan mobil tentunya membutuhkan sebuah rangka yang berfungsi sebagai penompang semua beban yang ada pada kendaraan, untuk sebuah kontruksi rangka itu sendiri harus memiliki kekuatan, ringan dan mempunyai nilai kelenturan. Rangka merupakan salah satu bagian penting pada mobil yang harus mempunyai kontruksi kuat untuk menahan atau memikul beban kendaraan. Oleh karena itu setiap kontruksi rangka harus mampu untuk menahan semua beban dari kendaran. Dalam rancang bangun ini, penyususun akan merancang dan membuat rangka yang kuat namun ringan pada kendaraan sport dengan menggunakan jenis rangka Ladder Frame

Yoga Ahdiat Fahrudi, S.Pd., M.T. Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia Email : [email protected]

(rangka tangga/H) karena mudah di desain. Selain itu Ladder Frame dapat menyokong kendaraan dan menyediakan dudukan yang kuat dari berat beban dan umumnya berdasarkan kekuatannya. Disini bahan yang digunakan menggunakan pipa kotak (Baja Campuran ST 37 / AISI 1045) dengan spesifikasi lebar 40 mm, tinggi 60, dan tebal 1 mm, karena bahan ini standart yang digunakan. Selain itu bahan tersebut mempunyai sifat yang mudah dilas dan dibentuk. Maka dari itu penyusun memilih bahan pipa kotak (Baja Campuran ST 37 / AISI 1045). Berdasarkan penjelasan diatas penyusun ingin berperan aktif dalam kendaraan sport dengan pembuatan rangka jenis Ladde Frame. Tujuan penelitian dari rancang bangun rangka pada kendaraan sport adalah merancang dan membuat rangka yang dapat menahan beban dengan maksimal, serta mengetahui dan menganalisa bagian rangka yang mengalami tegangan tinggi. Untuk membantu peneliti mempermudah membuat rangka, peneliti memerlukan metode literature. Metode literatur adalah suatu metode untuk mendapatkan suatu data dan informasi yang diambil dari buku-buku bacaan yang materinya berkaitan dengan masalah yang diteliti, atau didapat dari browsing internet. (1)http://en.wikipedia.org yang diakses pada 11 Januari 2016 pukul 23.05, (2)https://sistempemipaan.co.id/jenispipa/? yang diakses pada 11 Januari 2016 pukul 23.55, (3)http://www.compositesworld.com, (4)https://ASTM.co.us, dan juga beberapa buku yang dijadikan literatur, (5)―Mekanika Teknik‖, Sularso – Kyosatsu Koga, Penelitian (6)―Rancang Bangun Rangka pada Electric Race Car‖, Politeknik Negeri Madiun,Miftah Chusyairi, 2013. (7)―Diktat elemen mesin‖, Agustinus Purna Irawan, 2009. (8)Skripsi ―Perancangan Rangka Chasis Mobil Listrik Untuk 4 Penumpang Menggunakan Software Siemens Nx8‖, Universitas Negeri Semarang, Ali Sadikin, 2013, (9)Elemen Mesin, Porf. Dr. Ir. DAHMIR DAHLAN M.Sc, (10)Mekanika Kekuatan Material Lanjut, Mhd. Daud Pinem, (11)Mekanika Teknik edisi kedua, ZAINUL ASTAMAR.


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) II. METODOLOGI A. Pengertian Rangka Kendaraan Rangka merupakan salah satu bagian penting pada mobil yang harus mempunyai kontruksi kuat untuk menahan atau memikul beban kendaraan. Semua beban dalam kendaraan baik itu penumpang, mesin, sistem kemudi, dan segala peralatan kenyamanan semuanya diletakan di atas rangka. Oleh karena itu setiap kontruksi rangka harus mampu untuk menahan semua beban dari kendaraanya. Rangka adalah suatu struktur yang ujung-ujungnya disambung kaku. Semua batang yang disambung secara kaku harus mampu menahan gaya aksial, gaya normal, dan momen. Oleh karena itu, dibutuhkan material yang kuat untuk memenuhi spesifikasi tersebut. Ada juga beberapa fungsi utama dari rangka, yaitu untuk menahan torsi dari mesin, transmisi, aksi percepatan perlambatan, dan juga menahan kejutan yang diakibatkan bentuk permukaan jalan, untuk meredam dan menyerap energi akibat beban kejut yang diakibatkan benturan dengan benda lain, Sebagai landasan untuk meletakkan komponen kendaraan, untuk menahan getaran dari mesin dan getaran akibat permukaan jalan. Rangka pada mobil pada umumnya mempunyai kontruksi yang sederhana, terdiri dari bagian yang membujur dan melintang. Bagian yang membujur umumnya mengikat bagian yang melintang agar konstruksi rangka lebih kokoh dan kuat menahan beban. Agar dapat berfungsi sebagaimana mestinya, rangka harus memenuhi beberapa persyaratan, diantaranya : 1. Kuat dan kokoh, sehingga mampu menopang mesin beserta kelengkapan kendaraan lainnya, menyangga penumpang maupun beban tanpa mengalami kerusakan atau perubahan bentuk. 2. Ringan, sehingga tidak terlalu membebani mesin (meningkatkan efektivitas tenaga yang dihasilkan mesin). 3. Mempunyai nilai kelenturan atau fleksibilitas, yang berfungsi untuk meredam getaran atau goncangan berlebihan yang diakibatkan tenaga yang dihasilkan mesin maupun akibat kondisi jalan yang buruk

Dua batang memanjang tersebut merupakan bagian yang utama untuk menahan beban longitudinal akibat percepatan dan pengereman. Kemudian batang yang melintang hanya menahan agar chassis tetap dalam keadaan rigid/kaku. Disini bahan yang digunakan untuk membuat rangkamenggunakan pipa kotak (Baja Campuran ST 37 /AISI 1045) dengan spesifikasi pipa kotak yaitu lebar 40 mm, tinggi 60 mm, dan tebal 1,4 mm, karena bahan ini standart yang digunakan. Selain itu bahan tersebut mempunyai sifat yang mudah dilas dan dibentuk. Maka dari itu penyusun memilih bahan pipa kotak (Baja Campuran ST 37 / AISI 1045). Rangka utama dibuat lurus dari depan sampai belakang atau tidak terdapat sambungan sehingga akan didapatkan rangka yang lebih kuat. Kemudian diberi penyesuaian dengan komponen kendaraan. C. Metode Pembuatan Untuk melakukan proses pengerjaan Penelitian Rancang Bangun Rangka pada Kendaraan sport maka diperlukan kerangka rencana, alat dan bahan. Alat yang digunakan adalah gerinda, pembengkok pipa, las listrik, busur, mistar baja 30 cm, mistar siku, meteran, tool set, sarung tangan, kacamata las, spidol market, dan masker. Dan bahan yang digunakan untuk membuat rangka adalah pipa kotak 60x40, 40x40, 20x40, pipa bulat ½‖, elektroda, mata gerinda perata, mata gerinda potong. Untuk Merancang rangka dimulai dengan proses desain rangka menggunakan Software AutoCAD 2006. Setelah itu pemilihan bahan menggunakan pipa kotak yang terbuat dari baja campuran ST 37 / AISI 1045. Dan dimulai dengan proses pemotongan bahan, setelah itu bahan dirakit Dan di las menggunakan las listrik. Kemudian setelah rangka utama jadi barulah membuat tempat differential dan penyetelan shock absorber, setelah itu pembuatan tempat bantalan poros belakang. Setelah semua selesai di las dan rangka sudah jadi barulah yang terakhir mengecetnya dan merakit komponen komponen untuk menjadi sebuah konstruksi mobil.

III. HASIL DAN ANALISA B. Perancangan Rangka Ladder Frame adalah dua batangan panjang yang menyokong kendaraan dan menyediakan dukungan yang kuat dari berat beban dan umumnya berdasarkan desain angkut. Dinamakan demikian karena kemiripannya dengan tangga. Ladder Frame adalah yang paling sederhana dan tertua dari semua desain. Ini terdiri hanya dari dua rel simetris, atau balok, dan crossmembers menghubungkan mereka. Ladder frame merupakan chassis paling awal yang digunakan sekitar tahun 1960-an, namun sampai sekarang masih banyak kendaraan yang menggunakan chassis jenis ini terutama kendaraan jenis SUV. Bahan material yang paling umum untuk jenis Ladder frame ini adalah material dengan bahan baja ringan.


A. Pengujian Statis Untuk mengetahui kekuatan rangka yang telah di desain maka perlu dilakukan pengujian secara langsung. Yang pertama pengujian statis dilakukan dengan cara memberi beban pada pengemudi dan penumpang secara bervariasi. Dan dilihat secara visual apakah rangka mengalami deformasi bentuk (bengkok, retak, patah) atau tidak. 1.

2.

Pengujian pertama dilakukan dengan member beban pengemudi sebesar 50 kg dan penumpang 50 kg, setelah itu di lihat rangka dari depan, samping dan belakang tidak mengalami deformasi (bengkok, retak dan patah). Pengujian kedua dilakukan dengan member beban pengemudi sebesar 50 kg dan penumpang 60 kg,


3.

4.

setelah itu di lihat rangka dari depan, samping dan belakang tidak mengalami deformasi (bengkok, retak dan patah). Pengujian ketiga dilakukan dengan member beban pengemudi sebesar 60 kg dan penumpang 70 kg, setelah itu di lihat rangka dari depan, samping dan belakang tidak mengalami deformasi (bengkok, retak dan patah). Pengujian keempat dilakukan dengan member beban pengemudi sebesar 70 kg dan penumpang 80 kg, setelah itu di lihat rangka dari depan, samping dan belakang tidak mengalami deformasi (bengkok, retak dan patah).

Pada Pengujian ini, Kendaraan akan diuji pada jalan datar dan jalan bergelombang pada kecepatan maksimal 35 km/jam, dengan beban yang bervariasi.

Gambar 2. Pengujian Dinamis

(a)

(b)

(a) (b) Gambar 3. (a) rangka sebelum diuji, (b) rangka setelah diuji

Dari pengujian dinamis, mobil dijalankan dengan kecepatan 35km/jam menempuh jarak 3 km dengan berat beban paling maksimal yaitu pengemudi 70 kg dan penumpang 80 kg setelah di amati secara visual rangka yang di uji dinamis di jalan datar tidak mengalami deformasi perubahan bentuk (bengkok, retak, dan patah). (b)

(d)

Gambar 1. Pengujian Statis (a)beban 50,50, (b)beban 50,60, (c)beban 60,70, (d)beban 70,80 Tabel 1. Tabel Pengujian Statis

No

Berat pengemudi, penumpang (kg)

Total Berat (kg)

1

50,50 = 100kg

191 + 100 = 291kg

2

50,60 = 110kg

191 + 110 = 301kg

3

60,70 = 130kg

191 + 130 = 321kg

4

70,80 = 150kg

191 + 150 = 341kg

Hasil Rangka tidak mengalami deformasi bentuk (bengkok, retak,patah) Rangka tidak mengalami deformasi bentuk (bengkok, retak,patah) Rangka tidak mengalami deformasi bentuk (bengkok, retak,patah) Rangka tidak mengalami deformasi bentuk (bengkok, retak,patah)

Dari hasil pengujian tersebut dengan beban bervariasi setelah diamati secara visual rangka tidak mengalami deformasi atau perubahan bentuk (bengkok, retak dan patah). B. Pengujian Dinamis

C. Analisa Berat Kendaraan Berdasarkan hasil penimbangan, berat total dari kendaraan kendaraan sport 190 kg tanpa penumpang. Berat ini didapat dari beban terpegas (Sprungmess) dan beban tak terpegas (unsprungmess). Adapun berat komponen-kompenen tersebut adalah sebagai berikut : Tabel 2. Sprungmess

No

Nama Komponen

Berat

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Aki MotoBatt Komponen Kemudi Komponen Pengereman Mesin Transmisi Differential Poros Belakang Alumunium Rantai dan Gear (set) Rangka Kendaraan Jok Akrilik Lain-lain Total

2kg 6 kg 5 kg 22,5 kg 8 kg 2,5 kg 2 kg 2,5 kg 2,5 kg 59 kg 10 kg 3 kg 2 kg

Jumla h 2 1 1 1 1 1 2 6 2 1 2 1 -

Berat Total 4 kg 6 kg 5 kg 22,5 kg 8 kg 2,5 kg 4 kg 15 kg 5 kg 59 kg 20 kg 3 kg 2 kg 156 kg


Journal of Electrical, Electronic, Control, and Automotive Engineering (JEECAE) Tabel 3. Unsprungmess

No 1 2 3 4

Nama Komponen Arm Suspensi Roda Disc Brake

9,81 = 412,02 N

Berat

Jumlah

1,5 kg 1 kg 5 kg 0,5 kg

6 4 4 4

Total

Total berat

Berat Total 9 kg 4 kg 20 kg 2 kg 35 kg

F4

= Body kendaraan (Alumunium + Akrilik) + lain = 18 kg + 2 kg = 20 kg x 9,81 = 196,2 N x 1,2 m = 235,44 Nm

Jika diilustrasikan, maka pembebanan yang diterima oleh rangka kendaran KENDARAAN SPORTadalah sebagai berikut :

= Beban terpegas + Beban tak terpegas

= 156 kg + 35 kg = 191 kg Dari data diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa kendaraan relatif nyaman jika dikendarai, karena jika beban terpegas lebih besar dari beban tak terpegas ,maka kendaraan relatif nyaman. Hal ini juga ditunjang oleh suspensi independen pada setiap roda, sehingga kenyamaan tercipta. D. Analisa Pembebanan

Gambar 4. Ilustrasi Pembebanan

Sebelum menganalisa, perlu diketahui lebih dulu data tentang berat komponen yang ditumpu oleh rangka. Adapaun komponen-komponen tersebut adalah sebagai berikut : Tabel 4.

Beban yang Diterima Rangka

No

Nama Komponen

Berat

Jumlah

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Aki MotoBatt Komponen Kemudi Komponen Pengereman Mesin Transmisi dan Kopling Differential Poros Belakang Alumunium Rantai dan Gear (set) Rangka Kendaraan Jok Akrilik Lain-lain Total

2 kg 6 kg 5 kg 22,5 kg 8 kg 2,5 kg 2 kg 2,5 kg 2,5 kg 59 kg 10 kg 3 2 kg

2 1 1 1 1 1 2 6 2 1 2 1 -

Berat Total 4 kg 6 kg 5 kg 22,5 kg 8 kg 2,5 kg 4 kg 15 kg 5 kg 59 kg 20 kg 3 kg 2 kg 151 kg

Untuk memudahkan perhitungan, maka perlu dikelompokan terlebih dahulu beban-beban yang terletak pada satu titik pusat. Pengelompokannya adalah sebagai berikut: Untuk merubah menjadi satuan gaya, maka dikalikan resultan g = 9,81m/s2. F1

(1)

o ∑Ma = 0 (

)

(

(

)

(

= Master rem + komponen kemudi

= Pengemudi + Aki + Jok = 150 kg + 4 kg + 20 kg= 174 x 9,81 = 1706,94 N

F3

= Mesin + Differential + Poros Belakang + Gear set + transmisi = 22,5 kg + 2,5 kg + 4 kg + 5 kg + 8 kg = 42 kg x


(

)

(

)

)

(

)

o ∑Mb = 0

= 3 kg + 6 kg = 9 kg x 9,81 = 88,29 N F2

)

Fby + Fay 1375,98 + 1066,71

= 2442,69 N = 2442,69 N

)

(

Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE) 2442,69 N

= 2442,69 N (terbukti)

Berdasarkan ilustrasi di atas bagian yang menerima beban terbesar adalah bagian titik ke 2 yaitu 1706,94 N. Maka, Fmax = 1706,94 N Luas penampang yang dipakai adalah A = A1 – A2 = (40 x 60) - (37,2 x 57,2) =272,16 mm2 Dari data di atas, dapat dicari tegangan lentur maksimum yang terjadi. (2)

= 6,27 N/mm2 = 0,627 x 107 N/mm2

Safety Factor =

αbahan αmax

(3)

27000000 N/m2 6270000 N/m2 = 4,31 =

Safety factor dianggap aman apabila hasil perhitungan > 1. Pembuktian aman tidaknya rangka kendaraan didapat dari analisan bagian dan pengujian langsung. E. Analisa Bagian Rangka yang Menerima Tegangan Tinggi Untuk mendapatkan data mengenai bagian rangka yang menerima tegangan maksimum, digunakan bantuan dari software Solidworks 2010. Berikut hasil pengujian menggunakan software Solidworks 2010 :

IV. KESIMPULAN Merancang rangka dimulai dengan proses desain rangka menggunakan Software AutoCAD 2006 dan simulasi kekuatan rangka pada Software SolidWorks 2010. Setelah itu pemilihan bahan yang digunakan rangka pada Kendaraan Sport yaitu menggunakan pipa kotak yang terbuat dari baja campuran ST 37 / AISI 1045. Dan dimulai dengan proses pemotongan bahan, setelah itu bahan dirakit Dan di las menggunakan las listrik. Kemudian setelah rangka utama jadi barulah membuat tempat differential dan penyetelan shock absorber, setelah itu pembuatan tempat bantalan poros belakang. Setelah semua selesai di las dan rangka sudah jadi barulah yang terakhir mengecetnya dan merakit komponen komponen untuk menjadi sebuah konstruksi mobil. Untuk mengetahui rangka dapat menahan beban dengan baik dilakukan dengan serangkain pengujian, baik statis maupun dinamis dengan diberi beban yang bervariasi pada penumpang dan pengemudi hinggal maksimal 150 kg. Setelah dilakukan proses pengujian rangka dianalisa secara teori yang diketahui beban maksimal yang terjadi adalah 1706,94 N. Beban maksimal ini terjadi pada bagian tengah rangka karena terdapat tempat duduk, aki 2 buah, pengemudi dan penumpang. Selain dengan kedua pengujian tersebut, rangka dianalisa dengan menggunakan Software SolidWorks untuk mengetahui tegangan tinggi sehingga pada berbagai kondisi diperoleh rangka mampu menahan beban maksimal sebesar 17062442,69 N. Dan dapat disimpulkan rangka Kendaraan Sport tidak mengalami perubahan bentuk atau deformasi bentuk.Berdasarkan hasil perancangan dan hasil analisis yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.

DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4]

[5]

[6] Gambar 5. Pengujian Bagian Kritis dari Rangka

Pada simulasi bagian rangka yang mengalami tegangan paling tinggi adalah bagian yang berwarna orange kemerah merahan. Bagian tersebut merupakan bagian tengah dari rangka yang menopang beban paling tinggi yaitu 2 buah jok, 2 buah aki, pengemudi dan penumpang dengan berat total 1706,94 N. Bagian tersebut mengalami tegangan paling tinggi namun tidak mengalami deformasi. Dapat disimpulkan bahwa rangka kuat menahan beban yang ada pada kendaraan Sport.

[7] [8] [9] [10]

Chusyairi, Miftah. 2013. Rancang Bangun Rangka pada Eleectric City Car. Politeknik Negeri Madiun Irawan, Agustinus Purna. 2009. Diktat Elemen Mesin. Universitas Tarumanegara. PPPDT VEDC MALANG. 2000. Chasis dan Transmisi Sadikin, Ali. 2013. Perancangan Rangka Chasis Mobil Listrik Untuk 4 Penumpang Menggunakan Software Siemens Nx8. Universitas Negeri Semarang Sularso & Kiyokatsu Suga. 2004. Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin cet II. Jakarta : Pradnya Paramita Anonim, http://www..en.wikipedia.com diakses pukul diakses pukul 23.05 WIB tanggal 04 Januari 2015 Anonim. http://ASTM.com/ diakses pukul pukul 02.30 WIB tanggal 05 Januari 2015 Mhd, Pinem Daud. Mekanika Kekuatan Material Lanjut hal. 2. :Rekayasa Sains Astamar, Zainul. Mekanika Teknik Edisi Kedua hal 108. :Erlangga Dahlan, Dahmir. Elemen Mesin hal. 13. Jakarta: Citra Harta Prima




JEECAE Journal Of Electrical, Electronic, Control and Automotive Engineering

DAFTAR ISI 1. Analisis Simulasi Power System Stabilizers (PSS) pada Single Machine Damping System .....................................................................1 2. Optimalisasi Daya Pembangkit Listrik Tenaga Angin Turbin Sumbu Horizontal dengan Menggunakan Metode Maximum Power Point Tracker ................................................................................... 7 3. Kajian Harmonisa Arus pada Gedung M.Nuh Lantai 3 Politeknik Negeri Madiun ...............................................................................13 4. Sistem Kendali Arah pada Robot Berstruktur Origami dengan Variasi Gangguan Roda Berbasis Gyrorate Sensor ..........................19 5. Pengendalian Gerak Robot Penghindar Halangan Menggunakan Citra dengan Kontrol PID ..............................................................25 6. Decision Support System untuk Pelayanan Gangguan Listrik Pelanggan ......................................................................................31 7. Monitoring Perbandingan Kualitas Air Danau dan PDAM Menggunakan Sensor Turbidity, pH, dan Suhu berbasis Web ..........37 8. Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Perubahan Sudut Injektor pada System EFI Terhadap Performa Motor 4 Langkah ..................47 9. Pengaruh Variasi Diameter Pulley Alternator dan Daya Motor Terhadap Arus dan Kecepatan Proses Pengisian Baterai 12 Volt......53 10. Pengaruh Penggunaan Panas Gas Hasil Pembakaran Terhadap Penguraian Gas CO (Karbon Monoksida) Menjadi C (Karbon) dan O2 (Oksigen) pada Asap Knalpot Sepeda Motor dengan Adsorben Zeolit .......................................................................................................59 11. Kekuatan Sambungan AL/CFRP Menggunakan Adhesif Epoksi/Serbuk-AL dengan Variasi Pressure Level ..........................65 12. Studi Eksperimen Rancang Bangun Rangka Jenis Ladder Frame pada Kendaraan Sport ..................................................................71

JEECAE. Journal Of Electrical, Electronic, Control and Automotive Engineering. Volume 1, No.1, Oktober 2016 ISSN e-issn

Recommend Documents