BAB III METODE PENELITIAN
3.5 Prosedur Pengujian
3.5.4 Pengujian Pada Lintasan Miring
3.5.3 Pengujian Pada Lintasan Mendatar Dengan Hambatan
Adapun pengujian kursi roda pada lintasan mendatar dengan hambatan adalah sebagai berikut:
1. Kursi roda elektrik berpengendali posisi tubuh dibawa ke Halaman Parkir Departemen Teknik Elektro
2. Kursi roda elektrik berpengendali posisi tubuh dinyalakan.
3. Pengguna dengan berat badan 50 Kg menduduki kursi roda untuk digunakan.
4. Catat pembacaan arus dan tegangan yang dikeluarkan baterai.
5. Catat lama waktu kursi roda beroperasi hingga LED indikator baterai kursi roda berwarna merah.
6. Percobaan Selesai.
3.5.4 Pengujian Pada Lintasan Miring
Adapun pengujian kursi roda pada lintasan miring adalah sebagai berikut:
1. Kursi roda elektrik berpengendali posisi tubuh dibawa ke Jalan Dr. Mansyur Pintu 4 USU.
2. Kursi roda elektrik berpengendali posisi tubuh dinyalakan.
3. Pengguna dengan berat badan 50 Kg menduduki kursi roda untuk digunakan.
4. Catat pembacaan arus dan tegangan yang dikeluarkan baterai.
5. Catat lama waktu kursi roda beroperasi hingga LED indikator baterai kursi roda berwarna merah.
6. Percobaan Selesai.
Berikut adalah diagram alir (Flow Chart) pada penelitian yang akan dilakukan :
Gambar 3.2 Diagram alir (Flow Chart) pada penelitian performa baterai
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Umum
Kursi roda elektrik yang terdapat dipasaran pada umumnya menggunakan baterai aki sebagai sumber dayanya. Hal ini dikarenakan baterai aki sangat mudah digunakan serta dapat diisi ulang kembali. Peran baterai sangatlah penting bagi kursi roda elektrik, namun banyak pengguna kursi roda elektrik yang tidak memperhatikan performa baterai yang ia miliki sehingga menyebabkan kursi roda elektrik kehabisan sumber daya saat sedang digunakan. Maka dari itu sangat penting untuk mengetahui performa baterai berdasarkan karakterisitik beban pengguna kursi roda dan lintasan yang akan dilalui agar pengguna dapat memperkiraan daya tahan kursi roda untuk menghindari kursi roda kehabisan daya ditempat yang tidak diinginkan.Dalam bab ini akan dibahas bagaimana performabaterai pada kursi roda elektrik berpengendali posisi tubuh terhadap pembebanan dan jenis kontur lintasan.
5.2 Karakteristik Baterai
Pada kursi roda elektrik berpengendali posisi tubuh terpasang 2 motor dc untuk menggerakan kursi roda. Pengujian Baterai kursi roda bertujuan untuk mengetahui besar konsumsi daya oleh 2 motor DC tersebut. Berikut adalah perhitungan lama pengggunaan baterai aki pada kursi roda:
P = V x I ... (4.1) Dimana,
I = Kuat Arus (Ampere)
P = Daya (Watt) V = Tegangan (Volt) Jadi :
Kalkulasi Daya yang dibutuhkan 2 Motor DC : 12 Volt (2) X 4 Ampere = 96Watt
Kapasitas baterai :
12 volt X 4 Ah = 48 Vah/48 Watt per jam
Perhitungan berapa lama Baterai aki dapat melayani beban : - Daya maksimal 96 Watt.
- Baterai yang digunakan 12 V/4 Ah.
Maka didapat : I = 96 W/12 V = 8 Ampere Waktu pemakaian = 4 Ah/8A
=0,5 jam- dieffisiensi Baterai sebesar 20 %
= 0,5 jam - 0,1 jam
= 0,4 Jam ( 24 Menit)
Untuk mengetahui karakteristik motor perlu diketahui beberapavariabel utama yang harus sama dengan sebenarnya baik dalam kuantitas ataupun nilai nya untuk kemudian data dimasukkan sebagai ke dalam software. Simulasi ini menggunakan simulator yang dikembangkan oleh ebike.ca dimana berbagai macam spesifikasi motor telah diuji coba dalam berbagai kondisi. Adapun karakteistik yang diperoleh berdasarkan hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 4.1
Gambar 4.1 Performance Curve hasil simulasi melalui http://ebike.ca/simulator Dari gambar 4.1 grafik performance curve hasil simulasi pada motor listrik diketahui bahwa karakter motor DC yang digunakan memiliki nilai torsi yang besar mulai dari putaran rendah. Torsi maksimal yang dimiliki adalah 3.0 Nm. Grafik torsi terhadap daya pada motor DC cukup linear dan arahnya saling berbanding terbalik dimana torsi semakin besar pada putaran rendah dan torsi semakin kecil pada putaran tinggi.
Performa daya output dari motor DC diwakili oleh kurva berwarna merah.
Terlihat dari grafik bahwa daya bernilai nol ketika rpm motor juga nol, seiring
meningkatnya rpm motor maka daya output juga terus meningkat dan akan kembali menurun hingga bernilai nol kembali ketika motor listrik mencapai kecepatan no-load nya ( kecepatan saat tanpa pembebanan) yaitu 36,2 km/jam.
Menurut literatur, daya maksimum yang mampu dihasilkan motor bergantung pada desain kontrolernya. Apabila arus yang melewati motor listrik tidak dibatasi oleh kontroler maka daya maksimum akan tercapai pada range 40-50 % dari kecepatan no-load motor tersebut sedangkan apabila arus motor dibatasi oleh kontroler (dalam penelitian ini 15 Ampere maksimal) maka daya maksimal akan dihasilkan ketika besar arus tersebut melewati kontroler. Daya maksimum motor listrik yaitu 72 Watt tercapai pada kecepatan 0.06 km/jam.
Kurva hijau mewakili besarnya efisiensi motor listrik. Efisiensi motor listrik ini merupakan rasio perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh motor untuk menggerakkan kendaraan dengan daya yang diberikan oleh baterai.
Efisiensi ini dipengaruhi oleh internal resistance dari motor dan kontroler namun tidak dipengaruhi oleh internal resistance dari baterai. Efisiensi terus meningkat dari nol hingga titik maksimal yang dicapai yaitu 58,0% pada kecepatan 1,08 km/jam.
5.3 Pengaruh Pembebanan
Pada mode percobaan ini, performa kursi roda diuji dengan cara berjalan menempuh track yang mendatar tanpa hambatan dengan memvariasikan beban pengguna kursi roda.. Adapun terdapat 3 jenis metode pengambilan data yaitu pada pengguna kursi roda beban 50 kg, pengguna kursi roda beban 65 kg, serta pengguna kursi roda beban 80 kg yang akan dijelaskan lebih detail dibawah ini.
5.3.1 Pengujian Kursi Roda Pada Beban Pengguna 50 kg
Percobaan dilakukan dengan kondisi jalan ubin keramik dengan kondisi baik, Pengujian dilakukan dengan menempuh jarak 50 meter kemudian kursi roda berputar kembali kembali ke titik awal dan begitu seterusnya hingga baterai habis.
Berat kendaraan yang dikalkulasikan dari spesifikasi komponenen penyusun adalah 24 kg, sementara berat pengemudi adalah 50 kg.
Tabel 4.1 Pengujian Lama pemakaian Baterai Aki Dengan Lintasan Mendatar Bebas Hambatan
Gambar 4.2 Grafik Performa pada beban pengguna 50kg
Dari data yang didapat diketahui kursi roda elektrik berjalan dengan normal dengan daya tidak terlalu besar. Arus maksimum dapat dihasilkan dalam waktu start awal dengan hanya menggunakan 67 % arus maksimum motor listrik.
Dari grafik dapat dilihat bahwa kurva arus yang stabil nilainya berada dibawah kurva tegangan. Hal ini sangat memungkinkan terjadi karena pada kasus jalan datar, beban akibat gaya tarik gravitasi sangat minimal sehingga hanya dibutuhkan energi seminim mungkin untuk melawan gaya berat dari kendaraan.
5.3.2 Pengujian Kursi Roda Pada Beban Pengguna 65 kg
Adapun data yang diperoleh saat melakukan pengujian baterai kursi roda dengan beban 65 kg pada lintasan mendatar tanpa hambatan ditunjukan pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Pengujian Lama pemakaian Baterai Aki Dengan Beban 65 Kg
Gambar 4.3 Grafik performa pada beban pengguna 65 kg
Dari data yang didapat diketahui kursi roda elektrik berjalan dengan
V Baterai (Volt) I Load (Ampere) P * 10 (Watt) Kecepatan (km/jam)
kurva tegangan yang selalu konstan diatas kurva arus yang keluar dari baterai.
Arus yang diberikan berkisar antara 10 Ampere saat start awal yang berarti 80%
arus yang mampu diberikan kepada motor listrik. Hal ini sangat memungkinkan terjadi karena faktor beban pengguna kursi roda. Lama masa penggunaan baterai pun cukup singkat mengingat kapasitas baterai yang tidak terlalu besar danbeban dari penggguna kursi roda.
5.3.3 Pengujian Kursi Roda Pada Beban Pengguna 80 kg
Adapun data yan diperoleh saat melakukan pengujian baterai kursi roda dengan beban 80 kg pada lintasan mendatar tanpa hambatan ditunjukan oleh tabel 4.3
Tabel 4.3 Pengujian Lama pemakaian Baterai Aki Dengan Beban 80 Kg Lama Pemakaian
Gambar 4.4 Grafik performa pada beban pengguna 80 kg
Dari data yang didapat diketahui kursi roda elektrik berjalan dengan normal namun dengan arus yang besar hmpir memenuhi arus maksimum yang dapat diterima motor. Dari grafik dapat dilihat Arus yang diberikan berkisar antara 12 Ampere saat start awal yang berarti sejumlah 98% arus yang mampu diberikan kepada motor listrik. Hal ini sangat memungkinkan terjadi karena faktor beban pengguna kursi roda yang mencapai 80 kg. Lama masa penggunaan baterai pun jauh lebihsingkat yaitu sekitar 5 menit, hal ini mengingat kapasitas baterai yang tidak terlalu besar danfaktor beban dari penggguna kursi roda.
5.4 Pengaruh Medan Jalan
Pada mode percobaan ini, performa kursi roda diuji dengan cara berjalan menempuh track yang telah ditentukan. Pada percobaan ini variable jarak menjadi variable tetap sementara variable arus, tegangan, dan daya tahan baterai menjadi variable bebas yang diteliti. Dalam pengambilan data, jika kursi roda mencapai jarak yang telah ditentukan namun konsumsi daya belum habis maka kursi roda memutar arah dan menuju titik awaldan begitu seterusnya hingga daya pada baterai kursi roda habis dan pengambilan data selesai dilakukan. Adapun terdapat 3 jenis metode pengambilan data yaitu pada lintasan mendatar bebas hambatan,
lintasan mendatar dengan hambatan, serta pada lintasan yang memiliki slope kemiringan10% yang akan dijelaskan lebih detail dibawah ini.
5.4.1 Jalan Mendatar Dengan Hambatan
Percobaan dilakukan dengan kondisi jalan batu batako dengan kondisi permukaan kurang merata, Pengujian dilakukan dengan menempuh jarak 50 meter kemudian kursi roda berputar kembali kembali ke titik awal dan begitu seterusnya hingga baterai habis. Berat kendaraan yang dikalkulasikan dari spesifikasi komponenen penyusun adalah 24 kg, sementara berat pengemudi adalah 50 kg.
Adapun data pengujian kursi roda pada jalan mendatar dengan hambatan ditunjukanpada table 4.4.
Tabel 4.4 Pengujian Lama pemakaian Baterai Aki Dengan Lintasan Mendatar Dengan Hambatan
Gambar 4.5 Grafik performa pada lintasan mendatar denganHambatan
Jalanan lurus mendatar dengan hambatan secara teori akan memberikan dampak yang berbeda diabanding jalan lurus mendatar tanpa hambatan akibat adanya hambatan berupa perbedaan tinggi permukaan serta batu-batuan yang berada dipermukaan jalan sehingga dapat menghambat pergerakan kursi roda.
Pergerakan kendaraan yang dimaksud adalah kemampuan gelinding dari roda akan menurun akibat meningkatnya rolling resistance. Berdasarkan grafik, ditunjukkan bahwa kursi roda memerlukan arus listrik yang lebih besar daripada arus ketika berjalan dijalur mendatar tanpa hambatan. Hal ini terjadi ketika kursi roda elektrikmelewati permukaan jalan yang kurang merata, namun setelah itu arus yang digunakan menurun hingga mencapai arus normal ketika berada pada jalan mendatar tanpa hambatan. Ini disebabkan karena beban kerja dari kendaraan meningkat akibat gesekan antara karet ban dengan permukaan jalanan. Waktu akselerasi dari kecepatan rendah ke kecepatan stabil (1.2 m/s) menjadi lebih lama.
Sementara itu arus listrik dari grafik terlihat tidak stabil.
5.4.2 Jalan Menanjak (Kemiringan jalan ± 10%)
Percobaan pada kondisi jalan menanjak dilakukan lintasan aspal. Berat kendaraan yang dikalkulasikan dari spesifikasi komponenen penyusun adalah 24
0
P * 10 (Watt) Kecepatan (km/jam)
kg, sementara berat pengemudi adalah 50 kg. Adapun data pengujian kursi roda pada jalan menanjak adalah pada table 4.5
Tabel 4.5 Pengujian Lama pemakaian Baterai Aki Dengan Lintasan Menanjak
No. Lama
Gambar 4.6 Grafik performa pada lintasan menanjak
Dengan berat total kursi roda elektrik yang mencapai 24 kg ditambah pengguna kursi roda dengan berat 50 kg, performa motor listrik pada jalan menanjak terlihat kurang baik. Hal ini dapat dilihat dari waktu tempuh, variable arus listrik, serta konsumsi energi. Kemiringan jalan yang mencapai 10%
membuat beban yang harus ditanggung oleh motor menjadi bertambah hampir dua kali lipat. Daya input motor sebagian terbuang menjadi panas dan losses lain di kumparan sehingga kecepatan maksimum kursi roda membutuhkan waktu yang lama untuk dicapai. Konsumsi energi yang digunakan menjadi lebih besar untuk
0
mampu menggerakkan roda. Jalan menanjak yang dihadapai kersi roda pada jenis lintasan ini memperlambat waktu tempuh dan meningkatkan konsumsi baterai hampir 4 kali lebih besar disbanding lintasan mendatar tanpa hambatan.
Tabel 4.6 Pemetaan Konsumsi Energi Berdasarkan Berat Pengguna Kursi Roda Beban
Gambar 4.7 Grafik Lama Penggunaan Kursi Roda Berdasarkan Berat Pengguna
Dari data yang diperoleh dapat dilihat bahwa pengujian kursi roda pada berat pengguna 80 Kg baterai hanya dapat bertahan selama 6 menit, hal ini berbanding lurus dengan beban yang ditopang kursi roda yang menyebabkan arus berada dititik maksimum hingga kursi roda kehabisan daya, kemudian diikuti dengan pengujian dengan beban 65 kg yang bertahan selama 16 menit dan pengujian dengan beban 50 kg yang bertahan dengan durasi 19 menit.
0
Pemetaan Konsumsi Energi Berdasarkan Berat Pengguna
V maks (volt) I maks (ampere) P (Watt) Lama Penggunaan (Menit) Kecepatan (Km/Jam)
Tabel 4.7 Pemetaan Konsumsi Energi Berdasarkan Jenis Lintasan
Gambar 4.8 Grafik lama penggunaan kursi roda berdasarkan kontur lintasan
Pada lintasan datar tanpa hambatan kursi rtttoda dapat bertahan selama 19 menit, hal ini dikarenakan roda tidak mengalami Rolling Resistance yang terlalu besar, pada pengujian lintasan datar dengan hambatan durasi roda bertahan selama 15 menit dan pada lintasan menanjak yang bertahan hanya 5 menit akibat Slope lintasan yang mengakibatkan beban yang ditopang 2x lebih besar.
0
Pemetaan Konsumsi Energi Berdasarkan Jenis Lintasan
V maks (Volt) I maks (Ampere) P * 10 (Watt) Lama Penggunaan (menit) Kecepatan (Km/Jam)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang didapatkan oleh penulis pada penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Performa motor listrik pada jalan mendatar tanpa hambatan dan dengan hambatan cukup baik dilihat dari lamanya penggunaan kursi roda elektrik.
Sementara pada jalan menanjak, performa baterai dan motor DC kurang bertenaga untuk kursi roda bermassa 24 kg. Pada jalanan menanjak waktu tempuh yang digunakan cukup lama dan berefek pada melonjaknya konsumsi energi menjadi 4 kali lipat dibandingkan pada jalan mendatar.
2. Lamadaya tahan baterai pada lintasan menanjak dengan beban 50 kg selama 5 menit, pada lintasan mendatar tanpa hambatan dengan beban 80 kg selama 6 menit, kemudian lintasan mendatar dengan hambatan dengan beban 50 kg selama 15 menit, lalu lintasan mendatar tanpa hambatan dengan beban 65 kg 16 menit dan lintasan mendatar tanpa hambatan dengan beban 50 kg bertahan selama 19 menit.
5.2 Saran
Adapun saran yang diberikan oleh penulis pada penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Kursi roda disarankan untuk menggunakan jenis Baterai yang memiliki kapasitas (Ah) yang lebih besar minimal 8 Ah agar kursi roda elektrikdapat digunakan untuk waktu yang cukup lama.
2. Agar lebih akurat dan lengkap didalam menganalisa performa baterai untuk penelitian selanjutnya dapat ditambahkan parameter akselerasi dan temperatur baterai.
DAFTAR PUSTAKA
[1] M. ika, S. Rini, R. Karuniawati Dewi, A. Linda, Statistik Penduduk Lanjut Usia 2017, Jakarta : Badan Pusat Statistik, 2017.
[2] S. Raffiuddin, Simulasi dan Rancang bangun Kursi Roda Elektrik dengan Mekanisme Roda Gigi Lurus, Yogyakarta : TEKNO SIM, 2009.
[3] Nickelson, David W. Telehealth and the evolving health care system:
Strategic opportunities for professional psychology, Research and Practice, Vol. 29(6), pp.527-535, Dec. 1998.
[4] Li, Y.C., Wang, Johan, G.; Jen, S.L. The development of a distributed pressure measurement cushion to prevent bad sitting posture, IEEE ISIE 2006, pp. 2754-2759, July 2006.
[5] L. Yuliana Kathina Hatta, Rancang bangun Kursi Roda ElektrikMenggunakan Perintah Suara Berbasis Aplikasi Android, Surabaya : Jurnal ITS, 2012.
[6] M. Rumiyanto, Analisis Daya Pada Baterai Dengan Metode Charge dan Discharge, Medan : Repository USU, 2014.
[7] Purwadi Agus, Dozeno Jimmy, Heryana Nana, Testing Performance of 10 kWBLDC Motor and LiFePO4 Battery on ITB-1 Electric Car Prototype,Electrical Power Engineering, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2013.
[8] Vinod Kr Singh Patel, A.K.Pandey, Modeling and Simulation of Brushless DC Motor Using PWM Control Technique, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), Vol. 3, Issue 3, May-Jun 2013, pp.612-620.
[9] S.Ario Wibawa, Analisis Konsumsi Energi Menggunakan Profil Kecepatan Pada Kendaraan Listrik, Universitas Indonesia, Depok, 2012.
[10] B. Giri Laya, Purwarupa Robot Pembantu TIM SAR (DRU13SAR),Universitas Komputer Indonesia, Bandung, 2015.
LAMPIRAN
Proses pengujian pada baterai kursi elektrik berpengendali posisi tubuh ditunjukan gambar A.1
Gambar A.1 Pengujian Pada Lintasan Mendatar Bebas Hambatan
Proses pengukuran slope untuk pengujian kursi roda pada lintasan miring dilakukan di jalan dr. Mansyur,Medan dapat dilihat pada gambar A.2
Gambar A.2 Pengukuran Slope / Kemiringan Lintasan
Proses pembacaan nilai arus dan tegangan pada pengujian pada baterai kursi elektrik berpengendali posisi tubuh ditunjukan gambar A.3
Gambar A.3 Proses Pencatatan nilai Tegangan dan Arus
Baterai kursi roda yang diuji ditunjukan gambar A.4
Gambar A.4 Baterai Kursi Roda Elektrik yang Diuji Pada Penelitian Ini
Proses pengujian pada Kursi roda pada lintasan mendatar dengan hambatan ditunjukan gambar A.5
Gambar A.5 Pengujian Kursi Roda Pada Lintasan Mendatar Dengan Hambatan