BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian perbagian maupun keseluruhan sistem.
4.1. Pengujian Turbin Vertikal
Turbin yang digunakan dalam perancangan skripsi ini adalah turbin vertikal yaitu jenis turbin yang memiliki sumbu tegak ke atas.
Gambar 4.1 pengujian mekanik turbin
Sebelum mengetahui daya turbin vertikal yang dihasilkan perlu di bandingkan terlebih dahulu dengan daya angin yang tersedia dengan cara mencari kecepatan aliran angin, kerapatan udara, serta luas penampang obyek yang diterpa angin dengan mengacu persamaan 2.3 dan persamaan 2.4.
Dimana :
P = daya (watt)
ρ = kerapatan udara (kg/m3)
A = luas penampang (m2) 35cm=0,35m, lebar sudu 7cm= 0,07m, berat 4616 gr=4,616 kg dan memiliki blade atau bilah sebanyak 26. Kecepatan sudut yang dihasilkan turbin tersebut saat menggunakan kipas angin dengan kecepatan maksimal sebesar ± 70 rpm dengan kondisi telah digabungkan ke generator. Berikut adalah perhitungan matematis turbinnya.
P = daya (watt)
Sehingga:
A =
Po = ⁄ ⁄
Po = 1,655 Watt
- Efisiensi daya turbin
4.2. Pengujian Generator
Pengujian generator secara terkontrol di dalam ruangan dengan mengasumsikan semua sumber adalah ideal bertujuan untuk mengetahui efisiensi dan performa dari mekanik yang telah direalisasikan. Namun minim disini adalah dengan diameter kipas angin 0,5 m, apakah turbin mampu memanfaatkan tenaga angin yang ada. Dengan kecepatan angin yang berubah-ubah.
kecepatan angin
Pengujian daya yang dihasilkan dengan sumber kipas angin menggunakan beban resistor 5W 1Ω :
1. Menggunakan kipas angin dengan kecepatan 2,4 m/s (terbaca anemometer)
⁄ ⁄
2,059 Watt
⁄ ⁄
0.145 Watt
7%
2. Menggunakan kipas angin dengan kecepatan 3,4 m/s (terbaca anemometer)
⁄ ⁄
5,856 Watt
⁄ ⁄
7%
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian VOUT generator.
Gambar 4.3 Rangkaian pengujian IOUT generator
Gambar 4.4 Rangkaian penyearah tiga fase dengan dioda germanium
Gambar 4.5. Grafik daya Generator dengan Beban Resistor 5 Watt (penyearah
menggunakan dioda germanium)
Daya yang dihasilkan pada generator adalah :
Pengujian mekanik secara terkontrol bagian ke tiga masih seperti percobaan yang dilakukan sebelumnya dengan menggunakan kecepatan angin konstan sebesar 5,4 m/s terbaca anemometer. Turbin dapat berputar seperti yang diharapkan dan generator setelah disearahkan menunjukkan hasil keluaran tegangan sebesar 2,4 VDC pada 70 RPM dan arus sebesar 117 DCmA terbaca multimeter dalam kondisi generator telah disearahkan dengan rangkaian bridge yang dirancang menggunakan dioda schottky tipe 1N5821 dan beban resistor 1 ohm. Kemudian output generator diberikan beban berupa resistor 5 W yang nilainya divariasikan dan memperoleh hasil sebagai berikut:
0
Gambar 4.6 Rangkaian Penyearah Tiga Fase dengan dioda 1n5821
R Vo P Arus
(Ω) (V) (mW) (mA)
1 0,139 19,321 139
2 0,192 18,432 96
4,7 0,458 44,63064 97,44681 5,6 0,621 68,86446 110,8929 6,6 0,721 78,76379 109,2424 7,6 0,812 86,75579 106,8421 8,2 0,822 82,40049 100,2439 9,4 0,922 90,43447 98,08511
10 0,943 88,9249 94,3 12 1,013 85,51408 84,41667 14,7 1,27 109,7211 86,39456 15,6 1,12 80,41026 71,79487 16,4 1,194 86,92902 72,80488 17,4 1,331 101,8139 76,49425 18,2 1,26 87,23077 69,23077 19,2 1,336 92,96333 69,58333
20 1,304 85,0208 65,2
Tabel 4.3 Pengujian Generator dengan Beban Resistor dengan Penyearah
Gambar 4.7 grafik daya yang dihasilkan generator
Mengacu pada hasil pengamatan gambar di atas maka daya masimal yang dihasilkan oleh genertor sebesar 110 mWatt ketika generator diberi beban sebuah resistor 5 Watt
14,7Ω.
Gambar 4.8 Tegangan keluaran generator (kanan) dan arus keluaran (kiri)
4.3. Pengujian Boost Converter
Pengujian yang dilakukan terhadap modul boost converter dengan IC BL-8530 yang dilakukan adalah dengan mengukur tegangan masukan (VIN) dan tegangan keluaran (VOUT) yang dihasilkan oleh modul ini serta besarnya arus keluaran (IOUT) yang
1 2
mengalir seperti ditunjukkan Gambar. Modul boost converter ini diuji dengan memberikan tegangan masukan menggunakan generator AC yang telah di searahkan. Sesuai datasheet, IC ini akan bekerja jika terdapat tegangan masukan minimal (VIN(min)) sebesar 0,3V. Akan tetapi pada realisasinya, saat terdapat masukan sebesar 0,97V-2,11V modul ini sudah mampu bekerja menaikkan tegangan keluaran menjadi sebesar 5,27V.
generator (V) regulator (V)
0 0
Tabel 4.4 Pengujian Boost Regulator Tanpa Beban
Gambar 4.9 Uji performa modul boost regulator
Gambar 4.10. Rangkaian pengujian Iout Boost Regulator
Gambar 4.10 menunjukkan rangkaian pengujian arus keluaran IOUT dari modul boost converter. Besarnya nilai RLyang digunakan adalah 5Watt 1Ω. Sedangkan Gambar 4.11
menunjukkan rangkaian pengujian tegangan keluaran (VOUT) modul boost converter
Gambar 4.11 Rangkaian pengujian VOUT Boost Regulator
Gambar 4.13 tegangan keluaran generator dan tegangan keluaran boost regulator
Gambar 4.13 menunjukkan bahwa saat terdapat VIN dari generator sebesar 2.63V, VOUT dari boost converter terukur sebesar 5,39V. Dengan menguji besarnya PIN dan POUT , dapat dihitung besarnya efisiensi dari modul boost converter ini.
Dimana Pout dan Pin diperoleh dengan persamaan
Hasil pengujian pada Gambar 4.9 menunjukkan bahwa saat tegangan masukan (VIN)
sebesar 0,23V, modul sudah mampu bekerja dengan memberikan tegangan keluaran (VOUT) sebesar 0,15V dan modul boost converter bekerja. Saat tegangan masukan (VIN)
sebesar 0.97 V maka tegangan keluaran (VOUT) sebesar 5,27. Dengan demikian
R(Ω) Vo (V) P (mW)
Tabel 4.5 Pengujian Boost Regulator dengan Beban
Gambar 4.14 Uji performa modul boost regulator untuk mengetahui daya
maksimal yang dihasilkan
Pada gambar 4.14 terlihat berapa besar daya maksimum sebesar 26 mWatt yang dihasilkan regulator ketika diberi beban resistor 5 watt 8,2 Ω.
0
4.4. Pengujian Penyimpanan Energi pada Baterai
Tegangan keluaran yang telah diproses oleh rangkaian rangkaian Boost Converter selanjutnya digunakan untuk mengisi baterai. Pengujian dilakukan dengan mengamati tegangan dan arus baterai selama periode tertentu saat dilakukan pengisian. Terdapat LED sebagai indikator yang akan menyala ketika proses pengisian baterai.
Gambar 4.15 Rangkaian pengujian pengisian batere
Gambar 4.16 Grafik tegangan batere (atas) dan arus batere (bawah) ketika
Gambar 4.16 menunjukkan bahwa tegangan awal baterai (Vbat) adalah 1,45 V dengan arus (Ibat) 1,30 mA. Hal ini menunjukkan proses pengisian baterai sudah dimulai sebelumnya. Kemudian pada detik ke 30s, tegangan baterai berubah menjadi 1,509V dengan arus 1.36 mA. Hal ini berarti baterai sudah mengalami pengisian. Proses pengisian kemudian berlangsung sampai 300s, tegangan baterai menjadi sebesar 1.57V dengan arus sebesar 1.46 mA. Besarnya arus yang mengalir dalam proses pengisian mengalami penurunan dikarenakan saat mula-mula baterai harus terisi dahulu untuk dipancing. Ketika baterai semakin terisi tegangannya naik sehingga arus pengisian menurun. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa penyimpanan energi ke dalam baterai sudah dapat dilakukan oleh alat yang dibuat.
Gambar 4.17 Arus puncak yang terbaca ketika dibebani baterai saat kondisi
kosong atau saat memulai pengisian
4.5. Pengujian Keseluruhan Alat
secara maksimum setelah generator disearahkan, untuk kemudian dihubungkan pada
boost converter dan kemudian digunakan untuk mengisi baterai. Pengisian dilakukan dengan menghidupkan alat selama 24 jam yang dimulai pukul 15.00 pada hari sebelumnya sampai dengan 15.00 dihari berikutnya. Nilai arus maksimal yang tersimpan selama pengisian (Ibat) adalah sebesar 104 mA, Jadi hanya menggunakan 8,67% dari kapasitas baterai sedangkan tegangan baterai sebesar 3,68V .
Gambar 4.18 Arus terbaca setelah proses pengisian selama 24 jam
( )
Estimasi waktu agar batere terisi penuh dengan arus masukan sebesar 28,81 mA adalah
Kapasitas baterai yang digunakan sebesar 3,7 V 1200mAh.
Saat proses pengosongan baterai menggunakan beban berupa resistor sebesar 5 watt 1 Ω
dan sebuah led senter 1 Watt
Gambar 4.19 rangkaian saat proses pengosongan baterai
2190 87,8
Tabel 4.6 Arus Pengosongan
Gambar 4.20 Grafik arus saat proses pengosongan dalam waktu tertentu
Gambar 4.21 tegangan saat diberi beban baterai
Pada gambar 4.21 menunjukkan yang terjadi ketika alat dibebani sebuah baterai dan tegangan yang terbaca sebelum dibebani baterai adalah seperti gambar 4.13. Pada gambar 4.22 menunjukkan arus yang masuk selama proses pengisian. Pada proses pengisian arus yang terbaca berubah-ubah dari yang paling rendah dirunjukkan dengan nilai 8,98 mA dan tertinggi adalah 12,04mA.
Gambar 4.23 arus terbaca setelah pengisian 1 jam
Pengisian Baterai selama 1 jam diperoleh arus yang tersimpan sebesar 86,1mA dengan alat yang direalisasikan dan percobaan secara terkontrol atau lebih tepatnya percobaan di dalam ruangan diperoleh:
Energi yang tersimpan di baterai
4.6. Pengujian Aktual
4.7. Rencana Perubahan Spesifikasi
No Spesifikasi awal
Perbandingan dengan
spesifikasi awal
1 2
1. Menggunakan ventilator turbin angin dengan dimensi mekanis yang memiliki ukuran panjang diameter 45 cm dan tinggi 35 cm
Dimensi panjang 66 cm tinggi 35 cm
2. Bahan pembuatan turbin terbuat dari alumunium dengan ketebalan 0,3 mm atau stainless dengan ketebalan 0,3 mm.
3. Menggunakan gear yang terbuat dari bahan kuningan dengan perbandingan 10:1 dengan asumsi satu putaran turbin dapat
memutaarkan rotor generator sepuluh kali (jumlah gigi n1=100 dan n2 = 10)
4. Menggunakan penyimpan energi berupa baterai sebesar 3,7 v 1,2 Ah 5. Menggunakan generator DC dengan
spesifikasi tegangan kaluaran sebesar 12V-24V dan daya keluaran sebesar 20 watt
