41
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISIS
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 Dimensi Mekanik Oscillating Water Column
Pengujian dimensi mekanik dilakukan untuk mengetahui ukuran panjang, lebar, dan tinggi mekanik Oscillating Water Column. Dalam pengujian ini digunakan sebuah meteran standar yang digunakan sebagai alat ukur.
42
Gambar 4.2. Pengujian lebar mekanik Oscillating Water Column.
Gambar 4.3. Pengujian tinggi mekanik Oscillating Water Column.
Dari hasil pengujian mekanik didapat dimensi mekanik Oscillating Water Column
43 4.2. Pengujian Keluaran Generator
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui keluaran generator murni sebelum digabungkan dengan rangkaian lain.
Tabel 4.1 Keluaran Turbin terhadap beban
Beban (Ω) Tegangan (V) Arus (mA)
22 0.1 120
100 1.4 17
1000 1.4 1.4
2000 1.4 0.65
4700 1.4 0.3
5600 1.4 0.03
Gambar 4.4 Grafik arus terhadap beban.
Gambar 4.5 Grafik tegangan terhadap beban.
0 20 40 60 80 100 120 140
0,22 100 1000 2000 4700 5600
Arus (mA)
Arus (mA)
0 0,5 1 1,5
0,22 100 1000 2000 4700 5600
Tegangan (V)
44
Terlihat pada Gambar 4.4 bahwa, semakin besar arus yang mengalir maka semakin kecil hambatan sehingga sesuai dengan hukum ohm yaitu besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatan. Jika dihitung secara teori arus yang mengalir pada beban 100 Ω adalah 14 mA. Hal ini nilai arus yang dihasilkan mendekati sama dengan teori.
Terlihat pada Gambar 4.5 bahwa, tegangan mencapai nilai konstan saat beban 100 Ω sehingga daya maksimum yang diperoleh sebesar 23.8 mW.
4.3. Pengujian ADC pcDuino
Pengujian ADC pcDuino yang dilakukan meliputi pengujian ADC dengan nilai tegangan pada multimeter dan konversi tegangan pada pcDuino dengan nilai tegangan pada multimeter.
4.3.1 Pengujian ADC dengan Nilai Tegangan pada Multimeter
Pengujian ini dilakukan untuk melihat keluaran ADC pcDuino linear terhadap perubahan nilai tegangan pada multimeter. Pengujian ini dilakukan dengan cara tegangan yang masuk pada pin ADC pcDuino diparalel dengan multimeter dan data yang dihasilkan ditampilkan ke layar.
Tabel 4.2 Keluaran pin ADC pcDuino dengan nilai tegangan multimeter
Tegangan Nilai ADC
Multimeter ( V ) A2 A3 A4 A5
0 123 116 108 152
0.33 461 471 483 449
0.66 954 938 947 952
0.99 1377 1366 1392 1401
1.32 1834 1846 1881 1797
1.65 2297 2315 2252 2279
1.98 2710 2693 2689 2754
2.31 3185 3297 3164 3248
2.64 3650 3599 3446 3511
2.97 4083 4062 3992 3948
45
Gambar 4.6 Grafik Nilai ADC terhadap Nilai Tegangan Multimeter.
Terlihat pada Gambar 4.6 bahwa, 0 - 2.31VDC menunjukkan garis yang linear namun pada saat tegangan 2.97 VDC hingga 3.3 VDC menyatakan bahwa garis tidak linear sehingga mempengaruhi proses data selanjutnya. Hal ini disebabkan oleh sensitivitas dari ADC pcDuino yang berbeda-beda pada tiap titiknya.
4.3.2 Pengujian Konversi Tegangan pcDuino dengan Nilai Tegangan Multimeter Pengujian ini dilakukan untuk melihat konversi tegangan pcDuino sama dengan nilai tegangan multimeter. Pengujian ini dilakukan dengan cara data ADC pcDuino diolah pada program menjadi satuan tegangan.
46
Gambar 4.7 Grafik ADC konversi Tegangan terhadap Nilai Tegangan Multimeter.
Terlihat pada Gambar 4.7 menunjukkan bahwa data konversi tegangan A2-A5 dengan nilai tegangan pada multimeter terjadi gap yang tidak sama. Gap yang terjadi cukup besar sehingga mempengaruhi pengukuran digital menjadi tidak akurat. Supaya pengukuran digital lebih baik, data grafik A2-A5 dikurangi 0.285. Setelah tahap pengurangan tersebut data yang diperoleh masih ada selisih namun tidak besar sehingga pengukuran digital ini mempunyai ralat sebesar ± 0.02 A.
4.4. Pengujian Sensor ACS712
Pengujian ini dilakukan untuk melihat sensitivitas tiap sensor ACS712 dan konversi arus sama dengan arus yang terbaca pada multimeter. Pengujian ini dilakukan dengan cara output ACS712 dibandingkan dengan multimeter yang terpasang secara seri dengan ACS712 yang terhubung dengan supply 12 VDC 10 A dengan beban yang bervariasi.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
0 0,33 0,66 0,99 1,32 1,65 1,98 2,31 2,64 2,97 3,3
Konversi Tegangan ( V ) A2
Konversi Tegangan ( V ) A3
Konversi Tegangan ( V ) A4
47
Tabel 4.4 Keluaran konversi arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan nilai arus pada multimeter
Gambar 4.8 Grafik Konversi Arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan Nilai Arus pada Multimeter terhadap Beban Resistor yang Terpasang.
48
Terlihat pada Gambar 4.7 menunjukkan bahwa keluaran tiap sensor ACS712 memiliki sensitivitas yang berbeda-beda pada tiap titiknya sehingga diperlukan pengujian ini untuk mengetahui perbedaan selisih pengukuran. Selisih pengukuran yang didapat pada tiap sensor ACS akan diambil nilai rata-ratanya untuk memperkecil perbedaan nilai tersebut. Nilai sensor ACS yang terbaca dipengaruhi oleh nilai ADC pcDuino yang kurang akurat pada setiap titik sensitivitasnya sehingga diperlukan proses kalkulasi error
pengukuran dengan rerata selisihnya. Dengan pendekatan inilah akan didapatkan pengukuran yang lebih akurat.
Tabel 4.5 Keluaran konversi arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan nilai arus pada multimeter seletah pendekatan pengukuran
Beban
(Ω) Multimeter (A)
Arus ACS1 (A)
Arus ACS2 (A)
Arus ACS3 (A)
Arus ACS4 (A)
49
Gambar 4.9 Grafik Konversi Arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan Nilai
Arus pada Multimeter terhadap Beban Resistor yang Terpasang Setelah Pendekatan Pengukuran.
Dengan adanya pendekatan pengukuran maka nilai pengukuran mendekati dengan nilai pada multimeter. Pendekatan pengukuran ini memiliki nilai ralat sebesar ± 0.02 A dengan prosentase ralat sebesar 0.4%.
4.5. Pengujian Konverter Tegangan
Pengujian konverter tegangan meliputi pengujian konverter tegangan 5 VDC to 3.3 VDC dan pengujian konverter tegangan 12 VDC to 3.3 VDC.
4.5.1 Pengujian Konverter Tegangan 5 VDC to 3.3 VDC
Pengujian ini dilakukan untuk melihat tegangan output linear terhadap input. Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan nilai tegangan pada input dengan menggunakan supply dan output yang terukur pada multimeter.
-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
Multimeter (A)
Arus ACS1 (A)
Arus ACS2 (A)
Arus ACS3 (A)
Arus ACS4 (A)
50
Tabel 4.6 Keluaran konverter 5 VDC to 3.3 VDC terhadap inputsupply
Input Supply (V) Output 5VDC to 3.3VDC (V)
0,5 0,306
1 0,712
1,5 1,03
2 1,352
2,5 1,662
3 2,015
3,5 2,315
4 2,646
4,5 2,998
5 3,317
Gambar 4.10 Grafik Keluaran konverter 5VDC to 3.3 VDC terhadap Input Supply.
Pada Gambar 4.10 grafik menunjukkan bahwa keluaran konverter 5VDC to 3.3VDC adalah linear terhadap input yang diberikan. Dengan konverter tegangan yang linear seperti ini, memudahkan pemrosesan ke tahap selanjutnya untuk menghindari error
yang terjadi.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Output 5VDC to 3.3VDC (V)
51
4.5.2 Pengujian Konverter Tegangan 12 VDC to 3.3 VDC
Pengujian ini dilakukan untuk melihat tegangan output linear terhadap input. Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan nilai tegangan pada input dengan menggunakan supply dan output yang terukur pada multimeter.
Tabel 4.7 Keluaran konverter 12 VDC to 3.3 VDC terhadap inputsupply
Input Supply (V) Output 12VDC to 3.3VDC (V)
0,5 0,136
1 0,271
1,5 0,404
2 0,544
2,5 0,678
3 0,817
3,5 0,952
4 1,079
4,5 1,22
5 1,362
5,5 1,495
6 1,624
6,5 1,762
7 1,905
7,5 2,018
8 2,162
8,5 2,304
9 2,448
9,5 2,576
10 2,718
10,5 2,85
11 2,988
11,5 3,121
52
Gambar 4.11 Grafik Keluaran konverter 12VDC to 3.3 VDC terhadap Input Supply.
Pada Gambar 4.11 menunjukkan bahwa keluaran konverter 12VDC to 3.3VDC terhadap input yang diberikan adalah linear. Konverter tegangan yang linear memudahkan untuk proses selanjutnya untuk menghindari terjadinya error pada pengukuran.
4.6. Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian kesuluruhan sistem merupakan pengujian lanjutan dari pengujian Sub Bab sebelumnya. Pengujian ini dilakukan untuk melihat pengukuran tegangan dan arus pada generator, supercapacitor, beban, alat pembuat gelombang (motor) dan mengukur kecepatan turbin yang sesuai dengan spesifikasi perancangan dengan berbagai konfigurasi PWM. Pengujian keseluruhan sistem meliputi pengujian keseluruhan sistem dengan PWM cepat, pengujian keseluruhan sistem dengan PWM Sedang dan pengujuan keseluruhan sistem dengan PWM Lambat. Hasil pengujian yang dilakukan secara detail terlampir pada lampiran B.
4.6.1 Pengujian Keseluruhan Sistem dengan PWM Cepat
Pengujian keseluruhan sistem dengan PWM cepat dilakukan untuk melihat daya energi listrik yang dihasilkan. Pengujian ini dilakukan dengan berbagai konfigurasi yaitu kondisi Surut dengan beban, surut tanpa beban, pasang dengan beban dan pasang tanpa beban. Pada skripsi ini kondisi pasang saat ketinggian air diatas 8 cm dan kondisi surut ketinggian air diatas ± 1 cm dari kolom osilasi udara. Pengujian ini dilakukan dengan cara melihat perubahan nilai tegangan dan arus setiap menitnya.
0
Output 12VDC to 3.3VDC (V)
53
Gambar 4.12 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa Beban
Pengujian yang dilakukan ini, menghasilkan hasil tegangan seperti diatas, tegangan boost, SC (supercapacitor), dan beban terjadi peningkatan tiap menitnya. Sedangkan, tegangan generator tidak pasti terjadi peningkatan secara kontinyu terhadap waktu. Hal ini disebabkan, tegangan generator bergantung pada tenaga angin akibat dari motor yang bergerak sebagai pembuat gelombang buatan. Tegangan boost, SC dan beban terjadi peningkatan secara kontinyu hingga tegangan mencapai 5 VDC. Hal ini terjadi karena supercapacitor dalam kondisi pengisian. Tegangan motor selalu konstan mendekati 12VDC karena supply yang mengalir adalah 12VDC.
54
Pada Gambar 4.13 adalah grafik arus keseluruhan sistem kondisi surut tanpa beban, terlihat bahwa arus yang mengalir pada generator mengalami naik-turun yang tidak menentu karena turbin yang bergerak tidak menentu konstan pada kecepatan tertentu. Arus boost, SC dan Beban terlihat kecil dibanding arus pada generator. Ini terjadi karena pada rangkaian boost terjadi penstabilan tegangan sehingga tegangan yang semula kecil namun memiliki arus yang cukup besar, arus tersebut akan diubah menjadi nilai tegangan melalui rangkaian boost tersebut. Arus motor mengalami naik-turun yang tidak menentu ini dikarenakan oleh gerakan rotasi ke translasi ada gaya yang mendorong gerakan rotasi translasi oleh gelombang air buatan dan juga oleh pengaruh motor yaitu memiliki beban bersifat induktif.
Gambar 4.14 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan Beban
Terlihat pada grafik diatas, tegangan pada boost, SC dan beban mengalami peningkatan kemudian stabil pada tegangan ± 3VDC. Hal ini diakibatkan beban led 1watt yang terpasang pada rangkaian.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tegangan (V) Generator
Tegangan (V) Boost
Tegangan (V) SC
Tegangan (V) Beban
55
Gambar 4.15 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan
Beban
Pada Gambar 4.15 arus yang mengalir pada beban led 1watt cukup kecil namun masih ada perbedaan dibanding dengan arus yang mengalir pada Gambar 4.13. Perbedaan arus yang terjadi dipengaruhi oleh beban led 1watt yang terpasang.
Gambar 4.16 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa Beban
Perbandingan grafik pada Gambar 4.16 dengan Gambar 4.12 terjadi perbedaan. Peningkatan tegangan yang kontinyu secara waktu mengalami peningkatan yang lebih kecil dibanding dengan kondisi surut tanpa beban. Pada Gambar 4.16, menit ke-8 tegangan
56
yang dihasilkan dibawah 4 VDC dan untuk menjadi 5 VDC membutuhkan waktu yang lebih lama.
Gambar 4.17 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa Beban
Arus pada rangakaian sangat mempengaruhi tegangan. Tegangan pada kondisi pasang tanpa beban menghasilkan arus yang lebih kecil daripada kondisi surut tanpa beban. Putaran turbin juga mempengaruhi hasil dari arus yang mengalir.
Gambar 4.18 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang dengan Beban
57
Gambar 4.18 menit ke-4 tegangan menjadi 2VDC. Dengan mengetahui perbedaan seperti ini, kondisi pasang tanpa beban lebih kecil nilai tegangan dan perubahan terhadap waktu.
Gambar 4.19 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang dengan Beban
Arus memiliki peranan penting pada setiap rangkaian. Arus pada kondisi pasang dengan beban lebih kecil daripada kondisi surut dengan beban. Dilihat dari hasil data yang diperoleh, kondisi surut dan pasang dengan beban maupun tanpa beban mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan. Kondisi surut menghasilkan daya listrik jauh lebih besar daripada kondisi pasang.
4.6.2 Pengujian Keseluruhan Sistem dengan PWM Sedang
Pengujian keseluruhan sistem dengan PWM Sedang dilakukan untuk melihat daya energi listrik yang dihasilkan.
-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Arus (A) Generator
Arus (A) Boost
Arus (A) SC
Arus (A) Beban
58
Gambar 4.20 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut
tanpa Beban
Pada Gambar 4.20 terlihat bahwa menit ke-8 tegangan belum mencapai 5VDC. Untuk mencapai nilai tegangan 5VDC dibutuhkan waktu yang lebih lama dibanding PWM cepat kondisi surut tanpa beban. Semakin besar PWM yang diberikan maka akan semakin besar keluaran tegangan generator maupun boost, SC dan beban. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil keluaran tegangan boost, SC dan beban adalah tegangan yang dihasilkan oleh generator semakin besar maka keluaran tegangan tersebut akan semakin besar dan semakin cepat peningkatan tegangan terhadap waktu. Terlihat pada grafik tersebut bahwa tegangan yang dihasilkan generator lebih kecil daripada tegangan yang dihasilkan generator saat PWM cepat pada kondisi pasang tanpa beban.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tegangan (V) Generator
Tegangan (V) Boost
Tegangan (V) SC
Tegangan (V) Beban
59
Gambar 4.21 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa Beban
Pada Gambar 4.21 Arus motor dibawah 2A DC oleh pengaruh PWM yang diberikan dalam kategori sedang. Nilai rerata arus generator saat kondisi surut tanpa beban lebih kecil daripada saat PWM cepat kondisi pasang tanpa beban.
Gambar 4.22 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan Beban
-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Arus (A) Generator
Arus (A) Boost
Arus (A) SC
Arus (A) Beban
Arus (A) Motor
0 2 4 6 8 10 12 14
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tegangan (V) Generator
Tegangan (V) Boost
Tegangan (V) SC
Tegangan (V) Beban
60
Gambar 4.23 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan Beban
Pada Gambar 4.22 terlihat bahwa saat menit ke-4 nilai tegangan telah melampaui 2VDC sedangkan kondisi tanpa beban belum mencapai 2 VDC. Hal ini disebabkan oleh pemasangan beban led 1watt. Pada Gambar 4.23 Grafik arus motor dibawah 2 A DC karena pengaruh nilai PWM yang diberikan adalah kategori sedang. Arus yang dihasilkan pada generator adalah lebih kecil daripada saat PWM cepat kondisi surut dengan beban maupun tanpa beban. Hal ini mengakibatkan PWM berpengaruh pada nilai keluaran dari generator.
Gambar 4.24 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
61
Gambar 4.25 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa
Beban
Pengujian ini dilakukan dengan nilai awal dengan diatas ± 1VDC. Terlihat pada grafik tersebut bahwa peningkatan tegangan masih terjadi namun peningkatannya tidak terlalu jauh tiap menitnya. Hal ini disebabkan karena sumber tenaga yang diterima oleh turbin tidak sebesar kondisi surut. Dibanding dengan kondisi surut dengan beban maupun tanpa beban, peningkatan tegangan terhadap waktu jauh lebih cepat daripada kondisi pasang ini.
62
Gambar 4.27 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
dengan Beban
Pengujian ini dilakukan dengan nilai awal 2.8 VDC agar dapat melihat perubahan yang terlalu kecil. Pada Gambar 4.26 seperti tidak ada perubahan peningkatan secara signifikan. Hal ini dipengaruhi oleh beban yang terpasang sehingga arus yang mengalir lebih besar pada beban dan mengakibatkan tegangan semakin menurun perlahan-lahan karena input dan output yang tidak seimbang.
4.6.3 Pengujian Keseluruhan Sistem dengan PWM Lambat
Pengujian keseluruhan sistem dengan PWM Lambat dilakukan untuk melihat daya energi listrik yang dihasilkan.
-0,5 0 0,5 1 1,5 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Arus (A) Generator
Arus (A) Boost
Arus (A) SC
Arus (A) Beban
63
Gambar 4.28 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut
tanpa Beban
Gambar 4.29 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa Beban
Hasil pengujian terlihat pada grafik Gambar 4.28 dan 4.29, semakin kecil PWM yang diberikan maka semakin kecil tegangan generator yang dihasilkan sebagai input boost. Peningkatan tegangan keluaran pada boost, SC, dan beban terhadap waktu terlihat sangat lambat. Arus pada motor juga terlihat pada Gambar 4.29 menunjukkan nilai arus ± 1.5 A DC, akibat dari PWM yang diberikan adalah kategori lambat.
64
Gambar 4.30 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut
dengan Beban
Gambar 4.31 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan Beban
Terlihat pada Gambar 4.30 perubahan yang terjadi sangat lambat daripada konfigurasi yang lainnya. Untuk menghasilkan keluaran boost, SC dan beban 5VDC membutuhkan waktu yang sangat lama. Dalam hal ini PWM yang diberikan sangat berpengaruh kepada keluaran generator maupun yang lainnya. Semakin besar PWM yang diberikan maka akan semakin besar keluaran yang dihasilkan.
65
Gambar 4.32 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
tanpa Beban
Gambar 4.33 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa Beban
0 2 4 6 8 10 12 14
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tegangan (V) Generator
Tegangan (V) Boost
Tegangan (V) SC
Tegangan (V) Beban
Tegangan (V) Motor
-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Arus (A) Generator
Arus (A) Boost
Arus (A) SC
Arus (A) Beban
66
Gambar 4.34 Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
dengan Beban
Gambar 4.35 Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang dengan Beban
Pada konfigurasi ini PWM lambat, kondisi pasang dengan beban maupun tanpa beban tidak menghasilkan daya listrik untuk pengisian supercapacitor maupun menyalakan beban led 1 watt. Daya listrik yang dihasilkan adalah mendekati nol.
