RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIAN UNIT PENYIMPANAN DAYA DAN DISTRIBUSI BEBAN PADA MINI – MIKROHIDRO SKALA LABORATORIUM DI WORKSHOP INSTRUMENTASI ARI SUPRAYOGI 2409030030 Dosen Pembimbing : Dr. Bambang L. Widjiantoro, ST,MT. Program Studi D3 Teknik Instrumentasi Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012 Abstrak Listrik merupakan hasil akhir dari sebuah proses yang saling berkesinambungan pada sebuah Mini-mikrohidro plant. Daya merupakan salah satu variabel penting yang harus dikontrol dan dimonitoring karena itu menunjukkan keberhasilan dari beberapa proses sebelumnya. Maka dari itu tujuan pembuatan rancang bangun pengendalian daya ini sebagai pengontrol aliran daya listrik dari generator ke unit distribusi maupun ke unit penyimpanan pada mini mikrohidro plant. Prinsip kerja control daya ini adalah daya yang dihasilkan generator akan disimpan di baterai dan didistribusikan langsung ke beban. Kedua hal tersebut nantinya dikendalikan berdasar perintah/logika yang diberikan oleh mikrokontroller dan daya yang diukur oleh sensor daya akan ditampilkan pada sebuah layar LCD. Kemudian pemakaian masing-masing beban akan dimonitoring. Fungsi sistem penyimpanan daya ini adalah sebagai sumber energi kedua untuk disalurkan ke beban, sehingga beban tetap teraliri listrik walaupun sumber energi utama yaitu generator berhenti beroperasi. Kata kunci :Mini mikrohidro plant, pengendalian daya, mikrokontroller. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia memiliki potensi besar cadangan energi baru dan terbarukan tetapi pemanfaatannya masih belum maksimal. Berdasarkan data Kementerian ESDM, kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga air baik skala besar/kecil baru mencapai 4200 MW atau sekitar
5,5% dari total potensi yang ada. Sementara untuk yang skala mini/mikro mencapai 215 MW atau sekitar 37,5% dari total potensi. Dengan potensi yang cukup besar dan bersifat terbarui, dan ramah lingkungan, Pemerintah terus mendorong upaya pemanfaatan tenaga air khususnya skala mini/mikro sebagai pembangkit tenaga listrik. [1]
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan teknologi yang memanfaatkan aliran air sebagai tenaga untuk memutar turbin dan dinamo atau generator sehingga menghasilkan energi listrik kurang dari 100 kilowatt. PLTMH biasanya digunakan untuk melayani kebutuhan listrik bagi masyarakat pedesaan yang tidak terjangkau layanan listrik negara (PLN). PLTMH merupakan salah satu pilihan pengubahan energi yang paling ramah lingkungan karena tidak seperti pembangkit listrik berskala besar, PLTMH tidak mengganggu aliran sungai secara signifikan. Tidak seperti pembangkit listrik lainnya yang menggunakan bahan bakar fosil (batu bara, bensin, solar, dan sebagainya), PLTMH sama sekali tidak menggunakan bahan bakar tersebut. Penerapan PLTMH merupakan upaya positif untuk mengurangi laju perubahan iklim global yang sedang menjadi isu penting dewasa ini. Daya listrik adalah hasil output dari PLTMH biasanya semua proses harus optimum untuk menghasilkan suatu daya. Maka dari itu pada tugas akhir kali ini saya sebagai penulis merancang suatu alat pengendalian daya pada PLTMH tersebut. Pengendalian daya disini dalam artian seperti pada sistem solar cell, yaitu daya yang dihasilkan panel surya akan disimpan di accu dan didistribusikan langsung ke beban. Kedua hal tersebut nantinya dikendalikan berdasar perintah atau logika yang diberikan oleh mikrokontroller dan daya yang diukur oleh sensor daya akan ditampilkan pada sebuah layar LCD. Fungsi sistem penyimpanan daya ini
adalah sebagai sumber energi kedua untuk disalurkan ke beban, sehingga beban tetap teraliri listrik walaupun sumber energi utama yaitu generator berhenti beroperasi. 1.2 Permasalahan Dalam tugas akhir ini permasalahan yang akan diselesaikan adalah bagaimana cara mengendalikan dan memonitoring daya listrik yang dihasilkan oleh generator untuk disimpan dan didistribusikan ke beban. 1.3 Batasan masalah Batasan masalah yang digunakan dalam pelaksanaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : • Variable process yang dicontrol dan dimonitor adalah Daya listrik. • Controller yang digunakan adalah Mikrokontroler ATMega 8535. • Mode kontroler yang digunakan adalah mode ON-OFF. • Pada tugas akhir ini hanya membahas mengenai pengendalian daya untuk penyimpanan dan distribusi. 1.4 Tujuan Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah mengendalikan dan memonitoring daya listrik yang dihasilkan oleh generator untuk disimpan serta mendistribusikannya ke beban.
BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Karena berbagai persoalan teknis, tenaga listrik hanya dibangkitkan pada tempat-tempat tertentu. Sedangkan pemakai tenaga listrik atau pelanggan tenaga listrik tersebar diberbagai tempat, maka penyampaian tenaga listrik dari tempat dibangkitkan sampai ke tempat pelanggan memerlukan berbagai penanganan teknis. Tenaga Listrik dibangkitkan dalam Pusatpusat Listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTP dan PLTD kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan (step-up transformer) yang ada di Pusat Listrik. Saluran transmisi tegangan tinggi di PLN kebanyakan mempunyai tegangan 66 KV, 150 KV dan 500 KV. Khusus untuk tegangan 500 KV dalam praktek saat ini disebut sebagai tegangan ekstra tinggi.
Gambar 2.1 Bagan Penyampaian Tenaga Listrik ke Pelanggan[2]
Masih ada beberapa saluran transmisi dengan tegangan 30 KV namun tidak dikembangkan lagi oleh PLN. Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan ada pula yang berupa kabel tanah. Karena saluran udara harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan kabel tanah maka saluran transmisi PLN kebanyakan berupa saluran udara. Kerugian dan saluran udara dibandingkan dengan kabel tanah adalah bahwa saluran udara mudah terganggu misalnya karena kena petir, kena pohon dan lain-lain. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi maka sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan (step-down transfomer) menjadi tegangan menengah atau yang juga disebut sebagai tegangan distribusi primer. Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 KV, l 2 KV dan 6 KV. Kecenderungan saat ini menunjukkan bahwa tegangan distribusi primer PLN yang berkembang adalah 20 KV. Jaringan setelah keluar dan GI biasa disebut jaringan distribusi, sedangkan jaringan antara Pusat Listrik dengan GI biasa disebut jaringan transmisi. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer maka kemudian tenaga listrik, diturunkan tegangannya dalam gardu-gardu distribusi menjadi tegangan rendah dengan tegangan 380/220 Volt atau 220/127 Volt, kemudian disalurkan melalui Jaringan Tegangan Rendah untuk selanjutnya disalurkan ke
rumah-rumah pelanggan (konsumen) PLN melalui Sambungan Rumah.
manapun didalam kisaran 0V hingga Vin.
2.2 Voltage Divider Rangkaian pembagi tegangan (voltage divider) disebut juga sebagai rangkaian pembagi potensial (potential divider). Input kesebuah rangkaian pembagi tegangan adalah Vin. Tegangan Vin tersebut menggerakkan arus I untuk mengalir melewati kedua resistor, karena kedua resistor terhubung secara seri, maka arus yang sama mengalir melewati tiap-tiap resistor.
2.3 Baterai Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berkebalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam searah (polaritas) yang berlawana didalam sel. Jenis sel baterai ini disebut juga storage battery, adalah suatu baterai yang dapat digunakan berulang kali pada keadaan sumber listrik arus bolak balik (AC) terganggu. Tiap sel baretai terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan eletroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia. Menurut pemakaian baterai dapat digolongkan ke dalam 2 jenis: • stationary (tetap) • portable (dapat dipindahpindah)
Gambar 2.2 Rangakaian pembagi tegangan[3] Tahanan efektif dari kedua resistor seri ini adalah R1 + R2. Jatuh tegangan pada gabungan kedua resistor ini adalah Vin, menurut hukum Ohm arus yang mengalir adalah: I = Vin / ( R1 + R2) (2.1) Tegangan pada R2 menjadi Vout = I x R2 (2.2) Mensubstitusikan I dengan persamaan pertama, menghasilkan Vout = Vin X R2 / (R1+R2) (2.3) Persamaaan ini adalah persamaan untuk menghuting tegangan output yang dihasilkan oleh sebuah rangkaian pembagi tegangan. Dengan memilih dua resitor dengan nilai tahanan yang sesuai, maka dapat diperoleh nilai tengan output
Prinsip kerja baterai a. proses dicharge pada sel berlangsung menurut skema gambar 2.3 bila sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban kekatoda, kemudian ionion negatif mengalir ke anoda
dan ion-ion positif mengalir ke katoda.
Gambar 2.3 Proses pengosongan (Discharge)[3] b. pada proses pengisian menurut skema gambar 2.4 dibawah ini adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
Gambar 2.4 Proses Pengisian (charge)[3] •
Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power supply ke katoda. • Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda. • Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda. Jadi reaksio kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari saat pengosongan (discharging). 2.4 Sumber Power Sebagai sumber daya sebagian besar piranti elektronika
membutuhkan tegangan searah (Direct Current/DC). Penggunaan baterai sebagai sumber daya DC kurang efektif, hal ini disebabkan daya yang dimiliki oleh baterai hanya mampu digunakan dalam beberapa waktu saja (tidak tahan lama) dan harganya relatif mahal. Satu-satunya sumber daya yang mudah didapat dan paling murah adalah tegangan listrik dari jaringan PLN sebesar 110 / 220 volt dengan frekuensi 50 – 60 Hz. Tegangan jaringan ini berupa tegangan bolak – balik (Alternate Current/AC), oleh karena supaya dapat mensupply piranti elektronik yang membutuhkan tegangan DC, maka diperlukan sebuah rangkaian yang bisa merubah tegangan bolak – balik menjadi tegangan searah yang dinamakan rangkaian penyearah yang tidak berkurang tegangan DC – nya ketika arus beban yang lebih besar dialirkan dari pensupply ini. 2.5 Mikrokontroler AVR ATMega 8535 ATMEGA 8535 merupakan microcontroller berbasis AVR yang menggunakan RISC architecture, dimana untuk menjalankan satu instruksi dapat dilakukan dalam satu clock cycle saja. Hal ini jelas membuat teknologi AVR jauh lebih efisiensi dan lebih cepat dari mikrocontroller yang berbasis CISC. ATMEGA 8535 memiliki karakteristik sebagai berikut, mikrokontroler 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi dan konsumsi daya yang rendah, 8K Byte programmable flash, 512 byte internal SRAM. 32 general pupose register, 130 instruction, 8 channel,
10 bit ADC, 32 programmable I/O, serta on-chip osilator.
Gambar 2.14 Mikrokontroler AVR ATMega 8535[5] 2.6 Liquid Crystal Display (LCD) Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD pada gambar yang paling banyak digunakan saat ini ialah LCD M1632 refurbish karena harganya cukup murah. LCD 14 M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Konsep dasar perancangan alat atau plant dibagi menjadi menjadi 3 macam yaitu perancangan mekanik plant, perancangan hardware dan perancangan software. Untuk perancangan mekanik plant dibagi menjadi 2 macam yaitu perancangan mekanik turbin dan perancangan mekanik sistem power controlnya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar flowchart pengerjaan alat hingga selesai dibawah ini.
Gambar 2.17 Gambar LCD[5] Tabel 2.3 Susunan Kaki LCD[5]
Gambar 3.1 Flowchart pengerjaan Tugas Akhir
3.1 Perancangan Sistem Pengendalian daya Konsep dasar dari rancang bangun sistem pengendalian daya dan distribusi beban pada minimikrohidro ini ditunjukkan pada gambar 3.1 dibawah ini : Generator Relay I
Sensor Daya
Relay II
Mikrokontroler
Baterai
LCD
Relay III Beban elay IV
Gambar 3.2 Diagram Blok Prinsip Kerja Alat
Gambar 3.3 Rangkaian pengendalian daya Rancangbangun pengendalian daya ini adalah sebagai media simulasi penyaluran daya dari Generator ke beban sekaligus monitoring daya dari masing-masing beban. Jadi prinsip kerja alat ini yaitu pertama daya yang dihasilkan Generator akan diukur oleh sensor daya, kemudian output sensor
memberikan data ke rangkaian mikrokontroller. Dari data yang didapat, mikrokontroller akan memberikan perintah diantaranya apabila daya yang dihasilkan sama dengan atau lebih dari set point yang ditentukan, maka mikrokontroller akan menyalakan relay kedua dan ketiga yaitu memberikan perintah untuk menyalurkan daya tersebut pada sistem penyimpanan untuk langsung di charge ke baterai, dan juga menyalurkan langsung ke beban. Sedangkan apabila daya yang dihasilkan kurang dari set point, mikrokontroller akan menyalakan relay keempat yaitu memerintahkan untuk menyalurkan daya dari baterai tersebut langsung ke beban. Apabila baterai sudah penuh maka mikrokontroler akan mematikan relay kedua yaitu untuk menghentikan daya yang masuk ke baterai. Dan yang terakhir setiap daya yang masuk ke beban akan dimonitoring untuk mengetahui daya yang digunakan masing-masing beban.
Peng enda lian daya
Gambar 3.4 rangkaian Beban Skema Dari gambar diatas, beban yang akan mendapat daya dari Generator maupun baterai nantinya berjumlah 3 buah beban dengan rincian beban pertama terdiri dari 2 buah beban dimana setiap beban terdiri dari 3
lampu. Beban kedua terdiri dari 4 beban yang mana setiap beban terdiri dari 3 buah lampu. Beban ketiga terdiri dari 6 beban setiap beban terdiri dari 3 buah lampu. Jadi setiap beban akan diukur atau dimonitoring berapa daya yang digunakan. Skema rangkaian pada beban menggunakan rangkaian paralel karena pembagian daya disamping lebih mudah juga tidak akan menjadi tambahan beban bagi turbin untuk memutar Generator DC. Generator DC memiliki karakteristik seperti motor DC yaitu apabila diberikan beban membutuhkan putaran yang besar dan sama halnya dengan motor DC apabila diberikan beban membutuhkan daya listrik yang cukup, jadi daya yang dihasilkan oleh Generator DC tergantung dari debit air yang keluar dari DAM yang diberikan ke turbin dan besarnya beban yang disalurkan ke Generator.
mikrokontroller. Input ke sebuah rangkaian pembagi tegangan adalah tegangan Vin. Tegangan Vin tersebut menggerakkan arus I untuk mengalir melewati kedua resistor. Karena kedua resistor terhubung secara seri, maka arus yang sama mengalir melewati tiap-tiap resistor. Jadi prinsip kerja sensor daya ini adalah mengukur tegangan dan hasilnya dibagi nilai resistor yang dipakai untuk mencari nilai arus. Baru setelah nilai arus diketahui, nilai daya listrik juga diketahui seperti pada rumus berikut: (2.1) I = Vin / ( R1 + R2) Tegangan pada R2 menjadi Vout = I x R2 I = Vout / R2 (2.2) Mensubstitusikan I dengan persamaan pertama, menghasilkan Vout = Vin X R2 / (R1+R2) (2.3) Vin= Vout . (R1+R2)/R2 Untuk mencari daya, yaitu: P=Vin . I P = Vout . (R1+R2) . Vout R2 .R2 2 P = Vout . (R1+R2) (2.4) R22 Dimana: P = Daya listrik (Watt) V= Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere) R = Tahanan (Ohm)
Gambar 3.5 Miniatur Rumah Tinggal sebagai Beban pada Rancang Bangun Power Control 3.2 Perancangan Hardware 3.2.1 Rangkaian Pembagi Tegangan (Voltage Divider) Rangkaian pembagi tegangan (voltage divider) disini digunakan sebagai sensor daya sebagai input port ADC pada rangkaian
Gambar 3.6 Rangkaian Voltage Divider[3]
Gambar 3.7 Modul Voltage Divider 3.2.2 Rangkaian Charger Battery Pada dasarnya rangkaian ini memiliki cara kerja yang sangat sederhana, dimana rangkaian tersebut dirancang supaya tidak terjadi short circuit atau hubungan pendek antara tegangan supply dengan batere yang akan di-charge. Prinsip kerja rangkaian ini dimulai dengan menghubungkan baterai kosong pada terminal pengisian, transistor Q1 akan langsung aktif dikarenakan arus akan mengalir melalui R1 dan akan memicu basis transistor Q1. Pada kondisi ini arus yang akan mengisi batere sebagian besar berasal dari kolektor Q1 yang terhubung langsung dengan terminal positif supply. Kemudian selama proses pengisian berlangsung kenaikan tegangan pada baterai akan memperbesar arus yang mengalir pada basis Q2 melalui R5 10 Kohm, VR1 dan dioda D2. VR1 merupakan komponen yang digunakan sebagai kalibrasi awal untuk menentukan posisi yang tepat dalam perencanaan proses switching rangkaian. Untuk VR1 anda bisa menggunakan trimpot atau potensio sesuai dengan selera anda. Pada awal pengisian, aturlah potensio pada posisi led indicator D3 pada kondisi mati, serta arus yang mengalir masuk pada kolektor Q1
tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil. Jika batere sudah terisi penuh maka led indicator secara otomatis akan menyala dikarenakan kenaikan tegangan pada batere yang di charge akan menyebabkan kenaikan arus yang mengalir pada basis transistor Q2 serta akan memutuskan siklus pengisian akibat transistor Q1 mengalami cut-off dikarenakan kekurangan arus basis. Mengapa pada kondisi tersebut Q1 akan mengalami kekurangan arus basis hal ini dikarenakan hampir semua arus yang mengalir pada R1 10 Kohm akan berpindah ke dioda D1 yang secara logika terhubung langsung dengan ground akibat Q2 mengalami jenuh.
Gambar 3.8 Rangkaian Charger Battery 12V[3]
Gambar 3.9 Modul charger battery
3.2.3 Rangkaian Mikrokontroller Mikrokontroler ATmega 8535 mempunyai saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D keempat port tersebut bisa dipakai sebagai port parallel dengan 8 bit saluran data, atau digunakan sebagai bit adresseble (Satu pin saluran dipakai sebagai pin masukan tersendiri yang terpisah dengan pin-pin yang lain). Sebagai pengendali yang utama dari sistem power control ini digunakan rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega 8535. Dimana disini digunakan untuk mengolah data yang berasal dari sensor daya kemudian dikirimkan ke LCD melalui komunikasi serial dan mengirimkan perintah logika pada relay sebagai aktuator Pada alat power control ini, port pada mikrokontroler yang digunakan sebagai port input data ADC adalah PORTA, port untuk komunikasi serial adalah PORTC.0, sedangkan port untuk read and write ADC adalah PORTC.6 dan PORTC.7. Disamping port masukan dan keluaran, perlu dipasang input reset untuk sistem mikrokontroler pada kaki nomor 9 dengan menambahkan rangkaian komponen resistor sebesar 1K ohm dan kapasitor elektrolit sebesar 10 mF. Skema dan tabel fungsi dari sistem minimum mikrokontroler ATmega8535 dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 3.10 Rangkaian Minimum System Mikrokontroller ATmega8535[5]
Gambar 3.11 Modul Minsis Mikrokontroller ATmega8535 3.2.4
Rangkaian Display LCD 4x20 LCD yang digunakan 4 baris x 20 kolom. LCD memiliki memori internal yang berisi definisi karakter sesuai dengan standar ASCII ( CGROM – Character Generator ROM ) dan memori sementara (RAM) yang bisa digunakan bila memerlukan karakter (berkapasitas 8 karakter). RAM ini juga berfungsi untuk menyimpan karakter yang ingin ditampilkan di LCD. Gambar dibawah merupakan rangkaian untuk display LCD 2x16 yang dikoneksikan dengan rangkaian
minimum sistem ATMega8535
mikrokontroler
Gambar 3.12 Rangkaian Output Panel LCD 4x20[5] 3.3 Perancangan Software Perancangan software digunakan untuk mendukung kerja dari perangkat hardware. Perancangan software ini dibuat dengan menggunakan program CodeVision AVR. Pada saat kontroler diaktifkan maka aksi awal adalah pembacaan sensor serta tampilan status proses dan dilanjutkan dengan perintah set point, setelah itu ditampilkan hasil dari monitoring daya listrik tersebut. Manipulasi data melalui kontroller dengan algoritma ON-OFF. Hasil manipulasi data kontroller ditransmisikan sebagai sinyal manipulasi relay baik untuk kontrol set point maupun status proses. Jika nilai proses variabel sudah sesuai dengan set point dan status sudah sesuai maka sistem stabil dan jika belum sinyal PV dikembalikan ke kontroller untuk dilakukan perhitungan kembali. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Setelah dilakukan perancangan dan pembuatan miniplant mikrohidro, maka perlu dilakukan
pengujian terhadap alat yang sudah dibuat serta melakukan analisa secara menyeluruh terhadap hasil pengujian tersebut. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui performansi alat secara keseluruhan. Pengujian alat secara keseluruhan dilakukan pada perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Mekanisme kerja pada sistem pengendalian daya adalah didasarkan pada pengukuran tegangan yang berada pada rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor daya. Keluaran dari sensor berupa tegangan atau sinyal analog yang kemudian masuk ke port ADC untuk dikonversi menjadi data digital yaitu 0-255 bit. Setelah data digital hasil konversi dari ADC dimasukkan dan diolah oleh mikrokontroler, maka hasil pengukuran tersebut akan ditampilkan pada LCD berupa pengukuran digital dan memberikan perintah berupa eksekusi melalui rangkaian relay. 4.1 Pengujian Komponen Seluruh komponen elektronika yang disusun dalam perancangan alat ini akan dilakukan pengujian, agar nantinya dapat diketahui keakuratan dan kepresisian masing-masing komponen. 4.1.1 Pengujian Rangkaian catu daya Rangkaian catu daya dengan keluaran tegangan 5 Volt. Rangkaian ini digunakan sebagai supply ke rangkaian mikrokontroler yang membutuhkan tegangan input 5 V. Dalam pengujiannya, rangkaian ini disambungkan ke rangkaian power supply 12 VDC.
Tabel 4.1 Data hasil pengujian pada rangkaian Regulator 5 Volt No Data Aktual % (Volt) Error 4,98 0,4 1. 4,98 0,4 2. 4,98 0,4 3. 4,99 0,2 4. 4,98 0,4 5. Rata – rata 0,36 4.1.2 Pengujian Rangkaian Charger Battery Rangkaian ini digunakan sebagai charger atau pengisi baterai yang berkapasitas 12 V dengan arus 700 miliAmpere. Baterai yang dipakai membutuhkan tegangan 12 V untuk proses chargingnya. Dalam pengujiannya, rangkaian ini disambungkan ke rangkaian power supply 24 V. Tabel 4.2 Data hasil pengujian pada rangkaian charger battery No Data Aktual % (Volt) Error 11,78 1,8 1. 11,80 1,6 2. 11,85 1,25 3. 11,80 1,6 4. 11,80 1,6 5 Rata – rata 1,57 4.1.3 Pengujian Sensor Sensor yang digunakan adalah rangkaian pembagi tegangan, dimana cara kerjanya mengukur tegangan keluaran dari setiap beban dan untuk mendapatkan nilai daya sumber listriknya yang didapat dari rumus perhitungan nilai daya. Dalam pengujiannya, rangkaian ini disambungkan ke rangkaian power supply 12 V.
Tabel 4.3 Pengujian sensor voltage divider No.
Power supply (Volt)
Sensor voltage divider (Volt)
1
6
1
2
12
2
3
18
3
4
24
4
5
30
5
Dari data hasil pengujian alat diatas dapat dijelaskan dengan bentuk grafik sebagai berikut:
Gambar 4.1 Grafik perbandingan antara tegangan power supply dengan sensor voltage divider 4.2 Pengujian Alat Dalam pengujian alat, data yang dihasilkan dibagi 2 yaitu data pengujian kinerja alat dan data hasil monitoring alat.
4.2.1 Pengujian Kinerja alat Proses pengambilan data dimulai dari mengukur daya pertama hasil keluaran dari generator melalui rangkaian pembagi tegangan.
Kemudian data tersebut dikirim ke mikrokontroller dan selanjutnya diproses untuk ditampilkan di LCD dan memberikan perintah pengaktifan relay 2, relay 3 dan relay 4. Setpoint yang diberikan adalah ketika tegangan yang diukur sensor = 12V. Untuk mencari daya yaitu nilai kuluaran tegangan dikali nilai resistor 1 dijumlah resistor 2 kemudian dibagi nilai resistor 2. Semua perhitungan tersebut Data Kalibra tor ( ), (Watt) 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35
Data Uji ( , (Watt) 3,40 3,34 3,38 3,34 3,38 3,38 3,38 3,35 3,40 3,34
-0,05 0,01 -0,03 0,01 -0,03 -0,03 -0,03 0 -0,05 0,01
0,03 -0,03 0,01 -0,03 0,01 0,01 0,01 -0,02 0,03 -0,03
Σ dimasukkan kedalam mikrokontroller.
0,0009 -0,0009 0,0001 -0,0009 0,0001 0,0001 0,0001 -0,0004 0,0009 -0,0009 = 0,0009 program
Tahanan efektif dari kedua resistor seri ini adalah R1 + R2. Jatuh tegangan pada gabungan kedua resistor ini adalah Vin, menurut hukum Ohm arus yang mengalir adalah: I = Vin / ( R1 + R2) (2.1) Tegangan pada R2 menjadi Vout = I x R2 I = Vout / R2 (2.2) Mensubstitusikan I dengan persamaan pertama, menghasilkan Vout = Vin X R2 / (R1+R2) (2.3) Vin= Vout . (R1+R2)/R2 Untuk mencari daya, yaitu:
P=Vin . I P = Vout . (R1+R2) . Vout R2 .R2 P = Vout2 . (R1+R2) R22
(2.4)
Ket: P = Daya Listrik (watt) V= Tegangan (volt) I = Arus (Ampere) R= Tahanan (ohm) Pengujian alat ukur ini adalah membandingkan nilai daya dari alat yang standar dengan alat yang dibuat dengan sumber tegangan yang sama. Hal ini bertujuan untuk mengetahui besar ketidakpastian alat ukur yang dibuat. Pengambilan data pada pengujian ini sebanyak 10 data. Kemudian dicari nilai ketidakpastian pengukuran, persamaan regresi, dan ketidakpastian standar regresinya. Pada tabel 4.4 adalah data yang telah diambil ketika pengujian alat ukur. 4.2.1.1 Pengujian sensor daya sumber Tabel 4.4 Pengujian alat ukur untuk nilai Dari tabel 4.4 dapat dicari nilai UA1, tetapi untuk mencari nilai UA1 harus ada nilai standar deviasinya ( ). Untuk mencari nilai standar deviasi dan untuk mencari nilai UA1. =
= 0,01
= = 0,001 Sedangkan untuk mencari nilai UA2, harus memncari nilai Yreg dan SSR sehingga dapat menghitung nilai UA2. Dan untuk menghitung nilai Yreg harus ada nilai a dan b. Berikut tabel 4.5 adalah data
pengujian untuk mencari nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2).
y, -0,17 0,0334 0,1014 0,033 0,1014 0,1014 0,1014 0 -0,17 0,0334
Tabel 4.5 Pengujian alat ukur untuk nilai UA2 , , , 11,56 11,1556
-0,16 -0,22
0,11 0,23
0,0121 0,0529
11,4244
-0,18
0,15
0,0225
11,1556
-0,22
0,23
0,0529
11,424
-0,18
0,15
0,0225
11,424
-0,18
0,15
0,0225
11,424
-0,18
0,15
0,0225
11,2225 11,56 11,1556
-0,21 -0,16 -0,22
0,21 0,0441 0,11 0,0121 0,21 0,0441 Σ = 0,7843
Tabel 4.5 merupakan data untuk mencari nilai UA2. Kemudian mencari nilai UA2 harus mengetahui nilai a dan b terlebih dahulu, yang bertujuan untuk mencari persamaan Yreg sehingga setalah dihitung persamaan Yreg adalah -3,56 + x. Dan untuk mencari nilai R adalah nilai Y dikurangi nilai Yreg serta nilai SSR adalah sebesar 0,7843. UA2 = √
=√
Gambar 4.2 Grafik perbandingan antara data kalibrator dengan data uji 4.3 Pengambilan data pada alat ukur Pengambilan data pada alat ukur uni sebanyak 10 data. Sehingga diperoleh data seperti tabel 4.6. Tabel 4.6 pengambilan data alat ukur. No
Tegangan sumber (Volt)
Tegangan Inverter
1
5
30
2
4,9
29,4
3
4,5
27
4
4,5
27
5
4,7
28,2
6
4,5
27
7
4,8
28,8
8
5
30
9
4,9
29,4
10
4,8
28,8
(Volt)
= 0,31
Nilai ketidakpastian pendekatan regresi berdasarkan perhitungan yang dihasilkan adalah sebesar UA2= 0,31.
Gambar 4.3 Grafik perbandingan antara tegangan sumber dengan tegangan inverter 4.4 Analisa data dan Pembahasan Dilakukannya pengujian alat dalam penelitian rancang bangun pengendalian daya adalah agar alat yang dibuat dapat bekerja sesuai dengan perancangan. Dari pengujian komponen yang telah dilakukan, data yang diperoleh dapat dianalisa dari yang pertama yaitu pengujian rangkaian catu daya, dari Tabel 4.1 tegangan keluaran dari alat stabil dikarenakan adanya komponen filter tegangan seperti Regulator dan juga kapasitor tetapi pada data aktual berubah-ubah. Dari tabel 4.1 persen error tertinggi 0,4% dan didapat nilai persen error rata-rata= 0,36%. Untuk pengujian rangkaian Charger Battery, dari data yang didapat tegangan keluaran dari Vout rangkaian charger dipengaruhi adanya komponen filter tegangan seperti Regulator dan kapasitor juga sehingga data aktual menjadi berubah-ubah. Dari tabel 4.2 persen error tertinggi 1,8% dan didapat nilai persen error rata-rata= 1,57%. Dan yang terakhir yaitu pengujian sensor voltage divider, dari data yang didapat daya keluaran dari rangkaian sensor daya ini dipengaruhi adanya komponen resistor sebagai pembagi tegangan sehingga daya aktual menjadi berubah-ubah.
Pada pengujian kinerja alat dengan sensor daya dari sumber dilakukan dengan membandingkan nilai daya dari alat yang standar, dengan alat yang dibuat dengan daya yang sama. Pengambilan data pada pengujian ini sebanyak 10 data. Pada tabel 4.4 adalah data yang telah diambil ketika pengujian alat, sehingga dapat dicari nilai ketidak pastian hasil pengukuran (UA1) dengan nilai standar deviasi ( ). Nilai standar deviasi berdasar perhitungan didapat 0,01 dan nilai ketidakpastian yaitu sebesar 0,001. Pada tabel 4.5 merupakan data untuk perhitungan nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2) sebesar 0,31. Jadi nilai ketidakpastian alat ukur dalam pengukuran sebesar 0,001 dan nilai ketidakpastian alat ukur pendekatan regresi sebesar 0,31. Pada pengujian selanjutya yaitu terhadap alat ukur untuk membandingkan tegangan sumber yang dihasilkan oleh generator dengan tegangan saat di inverter. Seperti pada tabel 4.6 saa tegangan sumber 5volt maka tegangan inverter sebesar 30 volt. Ini terjadi karena tegangan sumber dinaikkan sebesar 6 kali oleh rangkaian inverter. Sedangkan untuk pengujian alat yang telah dilakukan, dari data pertama dapat dilakukan analisa batas maksimal tegangan dari generator 30 VDC, maksudnya debit air yang mengalir ke turbin sehingga memutar generator dan menghasilkan listrik. kemudian mengaliri daya ke beban dan rangkaian charge baterai mencapai tegangangan maksimal 30VDC dengan kondisi relay 2 dan relay 3 ON sebagai switch karena tegangan
yang dihasilkan dari generator lebih dari setpoint sama dengan 12V. Dari data pengujian dapat dianalisa bahwa relay akan bersifat ON apabila daya output generator lebih dari 3,53 watt, kemudian relay bekerja sebaliknya yaitu OFF apabila daya output kurang dari 3,53 watt . Apabila relay bersifat ON, daya akan tersambung pada sistem penyimpanan dan distribusi, jadi beban dihidupkan oleh daya dari generator. Sedangkan apabila daya yang dihasilkan generator kurang dari setpoint yang ditentukan berarti beban akan dihidupkan oleh baterai. Untuk menunjukkan hal itu dapat dilihat dari gambar 4.5, grafik yang menggambarkan perbandingan antara data tegangan sumber dengan daya aktual didapatkan kesimpulan bahwa semakin besar tegangan yang dihasilkan generator, maka relay yang kebeban dan charge baterai akan ON begitupun sebaliknya jika tegangan yang dihasilkan sumber melemah maka relay penyimpanan daya akan ON. Dari data monitoring beban yang didapat baik daya listrik yang berasal dari generator maupun baterai, dapat dilakukan analisa bahwa daya yang terbagi pada beban mempunyai nilai yang hampir sama dengan daya input. Hal itu disebabkan rangkaian yang digunakan pada beban adalah rangkaian paralel. Jadi berapapun daya yang diberikan pada beban, setiap beban akan memperoleh daya yang sama dengan input. Untuk menunjukkan hal itu, dapat dilihat dari gambar 4.4, grafik yang menggambarkan perbandingan antara tegangan
yang diukur dari generator dengan lama waktu charge baterai. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Setelah melakukan pengujian dan penganalisaan terhadap data yang telah didapat pada penelitian ini yaitu rancang bangun sistem pengendalian unit penyimpanan daya dan distribusi beban pada minimikrohidro plant, maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut: •
•
•
•
semakin besar tegangan input yang dihasilkan oleh generator, maka daya yang akan didistribusikan pada beban tetap sama yaitu 3,53 watt karena tegangan pada beban menggunakan setpoint 12V. Tegangan yang dihasilkan dari generator sebesar 5 volt, kemudian setelah di inverter dihasilkan tegangan sebesar 30 volt. Daya yang digunakan pada beban 1 sebesar 0,55 watt, beban 2 sebesar 0,85 watt, dan beban 3 sebesar 1,95 watt. Beban akan tetap menyala walaupun sumber energi utama yaitu generator berhenti beroperasi karena menggunakan energi kedua yaitu dari sistem penyimpanan (baterai). 5.2 Saran
Penulis berharap penelitian ini dapat diamplikasikan secara nyata karena sangat besar manfaatnya
seperti di pelosok desa yang belum teraliri listrik Negara (PLN). Pembangkit mikrohidro sangat ramah lingkugan dan upaya positif untuk mengurangi laju perubahan iklim global yang sedang menjadi isu penting dewasa ini. DAFTAR PUSTAKA 1. 2.
www.ESDM.go.id/potensi-energibaru-terbarukan-ebt-indonesia.html Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2009 (SNATI 2009) Yogyakarta, “Membangun
Prototype Aplikasi Pengendali Listrik Ruangan” 3.
4. 5.
Wahyu Purnomo. 2010. ”Pengisi Baterai Otomatis Dengan Menggunakan Solar Cell”. Teknik Elektro,FTI – Universitas Gunadarma. Zuhal, “Dasar Tenaga Listrik”, ITB, Bandung, 1986 Eko Putra, Agfianto, “Belajar Mikrokontroler ATMega8535” Gaya Media, 2002.
