T1__BAB IV Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat peraga Lampu Gravitasi (Gravity Light) T1 BAB IV

(1)

24 BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai pengujian alat, dan kemudian dilakukan analisis dari hasil pengujian tersebut. Pengujian tersebut bertujuan untuk mengetahui bagaimana alat bekerja, serta untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat yang bekerja sesuai dengan spesifikasi.

4.1. Pengujian Output Generator AC dengan Beban RL

Untuk mengetahui daya maksimum turntable motor, maka dilakukan pengujian menggunakan variasi beban RL (100 –1M Ω). Dalam percobaan ketika diuji dari 1 – 15 kg, minimum untuk menggerakkan alat adalah 9 kg. Dari pengujian, diketahui tegangan VRL menggunakan multimeter true rms GWINSTEK GDM-360 dan V peak

menggunakan osiloskop GOS-6103 sehingga dapat dihitung IRL dengan cara VRL / RL dan PRL dengan cara V

2

/ RL. Data yang didapatkan ditamplikan pada tabel 4.1 hingga tabel 4.7.

(2)

25

Tabel 4.1. Data Percobaan 4.1 Beban 9 kg

RL(Ω) VRL(V) IRL(mA) PRL(mW) VPeak(V)

(3)

26

(4)

27

(a) (b)

Gambar 4.2. Contoh Hasil Percobaan 4.1 Beban 12 kg (a) Multimeter (b) Osiloskop Tabel 4.5. Data Percobaan 4.1 Beban 13 kg

100 0,18 1,80 0,32 0,25

1k 1,30 1,30 1,69 2

10k 10,60 1,06 11,24 15

100k 56,50 0,57 31,92 80

150k 64,50 0,43 27,74 90

180k 66,50 0,37 24,57 95

200k 69,30 0,35 24,01 100

220k 72,00 0,33 23,56 103

270k 74,70 0,28 20,67 105

510k 84,00 0,16 13,84 125

830k 95,20 0,11 10,92 135

(5)

28

(6)

29

(a) (b)

Gambar 4.3. Contoh Hasil Percobaan 4.1 Beban 15 kg (a) Multimeter (b) Osiloskop Dari percobaan di atas dapat dilihat bahwa variasi beban RL berpengaruh pada output AC generator yang dihasilkan. Dari percobaan diperoleh bahwa Daya maksimum berada pada kisaran beban RL = 100K Ω. Variasi beban juga berpengaruh pada Daya yang dihasilkan. Percobaan ini dapat dirangkum dan dapat dilihat dari grafik di bawah.

(7)

30

Grafik 4.2. Perbandingan Arus terhadap Variasi Beban saat RL = 100K Ω

Grafik 4.3. Perbandingan Daya terhadap Variasi Beban saat RL= 100K Ω

Grafik 4.4. Contoh Perbandingan Daya RL (mW) terhadap Beban Hambatan (Ω) pada Percobaan 4.1 dengan Beban 15 kg

0

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

(8)

31

Maka dalam percobaan ini dapat diketahui bahwa daya maksimum keluaran generator berada pada kisaran beban RL 100K Ω. Dan semakin tinggi massa beban maka akan semakin tinggi pula Daya nya.

4.2. Pengujian Output Generator Setelah Dikonversi ke DC dengan Beban RL

Setelah diberi konverter berupa full wave bridge rectifier, Untuk mengetahui daya maksimum turn table motor setelah diubah ke DC maka dilakukan pengujian menggunakan variasi beban RL (100 –1MΩ). Dalam percobaan ketika diuji dari 1 – 15 kg, minimum untuk menggerakkan alat adalah 9 kg. Dari pengujian, diketahui tegangan VRL menggunakan multimeter true rms GWINSTEK GDM-360 dan V peak

(9)

32

(a) (b)

Gambar 4.5. Contoh Hasil Percobaan 4.2 Beban 9 kg (a) Multimeter (b) Osiloskop

100 - - - -

1k - - - -

10k 4,20 0,42 1,76 5

100k 21,00 0,21 4,41 30

150k 24,10 0,16 3,87 34

180k 25,30 0,14 3,56 37

200k 26,00 0,13 3,38 37

220k 25,60 0,12 2,98 36

270k 24,40 0,09 2,21 34

510k 28,70 0,06 1,62 41

830k 31,00 0,04 1,16 44

(10)

33

(11)

34

(12)

35

(a) (b)

Gambar 4.6. Contoh Hasil Percobaan 4.2 Beban 14 kg (a) Osiloskop (b) Multimeter Tabel 4.14. Data Percobaan 4.2 Beban 15 kg

100 0,17 1,70 0,29 0,24

1k 1,70 1,70 2,89 2,5

10k 14,20 1,42 20,16 22

100k 45,40 0,45 20,61 65

150k 46,60 0,31 14,48 67

180k 41,50 0,23 9,57 68

200k 47,90 0,24 11,47 68

220k 47,90 0,22 10,43 68

270k 47,10 0,17 8,22 67

510k 48,20 0,09 4,56 68

830k 48,70 0,06 2,86 69

1M 50,30 0,05 2,53 71

(13)

36

Grafik 4.5. Perbandingan Tegangan terhadap Variasi Beban saat RL= 100K Ω

Grafik 4.6. Perbandingan Arus terhadap Variasi Beban saat RL= 100K Ω

(14)

37

Grafik 4.8. Contoh Perbandingan Daya RL (mW) terhadap Beban Hambatan (Ω) pada Percobaan 4.2 dengan Beban 14 kg

Maka dalam percobaan ini diketahui output daya generator setelah disearahkan menggunakan rangkaian full wave bridge rectifier akan menurun dari sebelum disearahkan (Percobaan 4.1). Tetapi daya maksimum generator masih berada pada kisaran beban RL 100K Ω dan semakin berat massa beban akan semakin tinggi pula output dayanya.

4.3. Pengujian Waktu Pengisian dan Maksimum Pengisian Tegangan Kapasitor

Setelah diberi konverter berupa full wave bridge rectifier, Tegangan yang keluar masih membentuk sinus yang terpotong bagian bawahnya. Namun tegangan tersebut belumlah tegangan DC sepenuhnya. Oleh karena itu diperlukan sebuah kapasitor untuk menampung tegangan saat gelombang akan mulai turun, sehingga dapat diperoleh tegangan DC yang stabil. Selain itu kapasitor juga dapat digunakan untuk mencari

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

(15)

38

Gambar 4.8. Grafik dan Tabel Pengisian Kapasitor[12]

Perpindahan daya maksimum terjadi saat RIN = RL, maka dengan mencari RIN dapat diketahui apakah nilai itu akan sama dengan hambatan saat daya maksimum (RL) yang diuji pada percobaan 4.1 dan 4.2 atau tidak. Dapat diketahui RIN dengan cara mencari pengisian kapasitor pada saat :

t = τ (27) t = RIN.C

contoh saat beban 10 kg, maka :

Vc = 63% × VIN (28) Vc = 0,63 × VIN

Vc = 0,63 _× 54,07 V Vc = 34,06 V

dan diuji pada saat Vc = 34,06 V berada pada waktu t = 100,1 s

t = τ RIN = 100,1 s / 2350 uF

RIN = 42595,75 Ω = 42,6 KΩ

(16)

39

NO t

(17)

40

NO t pengisian(s) t

(18)

41

(a) (b)

Gambar 4.9. Contoh Hasil Percobaan 4.3 Beban 13 kg (a) Multimeter (b) Osiloskop

NO t

pengisian(s)

t turun(s)

V di C (V)

t = τ (s)

1 65 167 55,47 35

2 63 165 55,38 35

3 62 165 55,41 34

4 64 167 55,49 34

5 65 166 55,41 34

6 65 167 55,46 34,3

7 62 165 55,40 34,6

8 63 165 55,42 35,2

9 62 165 55,38 35

10 64 166 55,43 34

Rerata 63,5 165,8 55,43 34,51

(a) (b)

(19)

42

NO t

Karena dalam percobaan tidak menggunakan beban RL maupun LED, maka output generator yang dihasilkan relatif besar. Maka dari itu kapasitor yang digunakan ialah 2350 uF / 85 V karena VC maksimum yang dihasilkan antara 44,55 hingga 55,51 V. Nilai tersebut didapat dari penyusuan seri kapasitor 4700 uF / 35 V dengan 4700 uF / 50 V. Dari percobaan di atas dapat dilihat bahwa variasi beban input berpengaruh pada lamanya waktu pengisian kapasitor. Variasi beban input juga berpengaruh pada waktu turun alat dan output tegangan maksimal yang bisa tersimpan di kapasitor. Setelah dilakukan percobaan selama 10 kali diambil sebuah nilai rata - rata dan dirangkum dalam grafik berikut.

(20)

43

Grafik 4.10. Perbandingan Waktu Beban Turun terhadap Variasi Beban

Grafik 4.11. Perbandingan Tegangan pada Kapasitor terhadap Variasi Beban Berdasarkan persamaan 27 dan 28 maka didapat hasil R dari 12123 Ω hingga

46119 Ω dengan rerata 27023 Ω. Hasil ini berbeda dengan hambatan RL pada percobaan

(21)

44

4.4. Pengujian dengan Menggunakan Lampu LED Seri Sebagai Output

Setelah diberi konverter berupa full wave bridge rectifier dan diberi kapasitor untuk menyetabilkan tegangan output DC, Lampu LED sudah bisa menyala dengan intensitas terang bergantung pada beban yang diberikan. Percobaan dilakukan dari beban 1-15 Kg dan minimal beban yang dibutuhkan untuk menjalankan alat ialah 9 kg. Percobaan dilakukan selama 10 kali setiap kenaikan beban. Percobaan ini menggunakan multimeter true rms GWINSTEK GDM-360 untuk mengukur tegangan dan arus output serta menggunakan stopwatch android untuk mengukur waktu turun. Data yang didapatkan ditamplikan pada tabel 4.22 hingga tabel 4.28.

Gambar 4.11. Rangkaian Percobaan 4.4

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

MIN MAX Rerata MIN MAX Rerata MIN MAX Rerata

1 22,11 22,29 22,20 0,25 0,44 0,35 5,53 9,81 7,67 515 2 22,10 22,26 22,18 0,24 0,42 0,33 5,30 9,35 7,33 525 3 22,13 22,28 22,21 0,24 0,43 0,34 5,31 9,58 7,45 507 4 22,14 22,29 22,22 0,24 0,45 0,35 5,31 10,03 7,67 535 5 22,09 22,26 22,18 0,22 0,41 0,32 4,86 9,13 6,99 530 6 22,08 22,31 22,20 0,25 0,47 0,36 5,52 10,49 8,00 520 7 22,11 22,29 22,20 0,22 0,42 0,32 4,86 9,36 7,11 530 8 22,13 22,26 22,20 0,27 0,44 0,36 5,98 9,79 7,88 510 9 22,11 22,28 22,20 0,25 0,43 0,34 5,53 9,58 7,55 515 10 22,10 22,29 22,20 0,25 0,44 0,35 5,53 9,81 7,67 525

(22)

45

(23)

46

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

1 22,50 22,62 22,56 0,89 1,14 1,02 20,03 25,79 22,91 318 2 22,47 22,61 22,54 0,99 1,25 1,12 22,25 28,26 25,25 341 3 22,51 22,59 22,55 0,96 1,26 1,11 21,61 28,46 25,04 320 4 22,52 22,61 22,57 1,01 1,36 1,19 22,75 30,75 26,75 322 5 22,53 22,64 22,59 0,92 1,22 1,07 20,73 27,62 24,17 341 6 22,47 22,58 22,53 1,02 1,33 1,18 22,92 30,03 26,48 320 7 22,49 22,62 22,56 0,92 1,31 1,12 20,69 29,63 25,16 331 8 22,48 22,60 22,54 0,94 1,34 1,14 21,13 30,28 25,71 320 9 22,50 22,60 22,55 0,89 1,26 1,08 20,03 28,48 24,25 318 10 22,48 22,57 22,53 0,96 1,24 1,10 21,58 27,99 24,78 332

Rerata 22,50 22,60 22,55 0,95 1,27 1,11 21,37 28,73 25,05 326,3

(a) (b)

(24)

47

(a) (b)

(c)

Gambar 4.13. Contoh Hasil Percobaan 4.4 Beban 12 kg Vmin & Imin (a) Osiloskop (b) Multimeter (c) Stopwatch Android

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

1 22,60 22,69 22,65 1,24 1,57 1,41 28,02 35,62 31,82 260 2 22,59 22,68 22,64 1,21 1,56 1,39 27,33 35,38 31,36 263 3 22,58 22,68 22,63 1,22 1,60 1,41 27,55 36,29 31,92 263 4 22,57 22,66 22,62 1,20 1,61 1,41 27,08 36,48 31,78 262 5 22,57 22,67 22,62 1,20 1,53 1,37 27,08 34,69 30,88 263 6 22,56 22,67 22,62 1,15 1,61 1,38 25,94 36,50 31,22 262 7 22,55 22,67 22,61 1,21 1,54 1,38 27,29 34,91 31,10 262 8 22,56 22,68 22,62 1,22 1,61 1,42 27,52 36,51 32,02 261 9 22,58 22,68 22,63 1,23 1,61 1,42 27,77 36,51 32,14 262 10 22,55 22,67 22,61 1,16 1,56 1,36 26,16 35,37 30,76 262

(25)

48

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

(26)

49

(a) (b)

(c)

Gambar 4.14. Contoh Hasil Percobaan 4.4 Beban 15 kg Vmin & Imin (a) Osiloskop (b) Multimeter (c) Stopwatch Android

(a) (b)

(27)

50

Dari percobaan di atas dapat dilihat bahwa variasi beban berpengaruh pada tegangan, arus , dan daya output yang dihasilkan oleh alat. Variasi beban juga berpengaruh pada waktu turun alat. Setelah dilakukan percobaan selama 10 kali diambil sebuah nilai rata - rata dan di rangkum dalam grafik berikut.

Grafik 4.12. Perbandingan Tegangan Output terhadap Variasi Beban

Grafik 4.13. Perbandingan Arus Output terhadap Variasi Beban

(28)

51

Grafik 4.15. Perbandingan Waktu Turun Alat terhadap Variasi Beban

Mengacu pada hasil perhitungan pada persamaan 19 hingga 22 didapatkan waktu turun pada saat beban dianggap mampu menjalankan alat. Waktu turun beban alat bermacam - macam tiap kenaikan beban dan dihasilkan waktu turun sebesar 175 s hingga 521 s.

Mengacu pada hasil perhitungan pada persamaan 23 dan persamaan 24 didapatkan Daya input sesuai berat massa beban dan waktu jatuh beban. Dan dengan menggunakan persaam 25 dan persamaan 26 didapatkan efisiensi alat. Hasil dari efisiensi alat bermacam - macam tiap kenaikan beban dan dihasilkan efisiensi sistem sebesar 5,4% hingga 8,6 % pada percobaan di atas.

Dapat dilihat dari hasil yang didapat pula nilai hambatan lampu dengan cara R = V / I. Didapat hasil R dengan kisaran 10449 Ω hingga 65294 Ω dan menghasilkan rerata hambatan sebesar 26794 Ω. Hasil tersebut hampir sama dengan rerata hambatan dalam pada percobaan 4.3 sehingga disimpulkan bahwa pada alat tersebut terjadi transfer daya maksimum pada generator.

Maka dari percobaan dapat dilihat bahwa output tegangan DC keluaran generator setelah disearahkan menggunakan rangkaian full wave bridge rectifier dan diberi filter kapasitor akan menjadi DC yang mampu menyalakan LED yang diseri. Dalam percobaan ini semakin berat beban maka tegangan, arus , dan daya yang dihasilkan samekin besar pula seperti terlihat pada grafik di atas. Akan tetapi dengan seiring penambahan beban pula, waktu turun beban yang dihasilkan akan semakin cepat.

(29)

52

4.5. Pengujian Lampu dengan Arus Konstan (Regulator)

Setelah mengetahui besarnya output pada pengujian 4.4, Maka penulis menguji kebenaran keluaran arus yang diukur dengan cara memberikan sumber arus konstan pada lampu. Pengujian ini menggunakan rangkaian regulator arus LM317 seperti pada gambar 4.16. Penguji ingin menguji nyala lampu pada percobaan 4.4 apakah akan sama intensitas cahayanya apabila diberikan tegangan dan arus yang sama menggunakan

regulator. Dengan memberi hambatan sebesar 550 Ω pada regulator, maka hasil

pengujian ditampilkan pada gambar 4.17.

Gambar 4.16. Rangkaian Percobaan 4.5

Gambar 4.17. Hasil Intensitas Maksimum Percobaan 4.5

(30)

53

Jadi dapat dilihat dari percobaan bahwa perbedaan ini mungkin disebabkan oleh daya losses pada rangkaian lampu serta sumber tegangan DC yang tidak sepenuhnya konstan dari generator alat skripsi berbeda dengan regulator yang mengunakan sumber tegangan DC konstan dari power suply. Dan dapat disimpulkan bahwa LED yang digunakan cocok dengan alat karena dengan arus yang kecil dapat menghasilkan intensitas cahaya yang cukup sebagai alternatif pengganti lampu.

4.6. Pengujian Menggunakan Beban Counter

Setelah mecoba melakukan pengujian menggunakan LED dan berhasil menyala dengan lama waktu yang bervariasi sesuai variasi beban input, maka selanjutnya diperlukan pengujian dengan menggunakan beban counter dengan harapan didapat waktu menyala lampu yang lebih lama dan dapat dicari efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan alat. Pengujian dilakukan dengan rangkaian seperti pada gambar 4.18.

Gambar 4.18. Rangkaian Percobaan 4.6 4.6.1. Analisa Hasil Menggunakan Beban Counter 0,7 kg

(31)

54

Tabel 4.29. Data Percobaan 4.6.1 Beban 11 kg

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

(32)

55

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

(33)

56

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

Dari percobaan di atas dapat dilihat bahwa pemberian beban counter 0,7 kg berpengaruh pada tegangan, arus , dan daya output yang dihasilkan oleh alat cenderung lebih kecil seperti pada tabel data di atas. Beban counter tersebut juga berpengaruh pada waktu turun alat yang cenderung lebih lama bahkan hingga dua kali lipat pada beban 11 kg dari percobaan 4.4. Setelah dilakukan percobaan selama 10 kali diambil sebuah nilai rata - rata dan dirangkum dalam grafik berikut.

(34)

57

Grafik 4.17. Perbandingan Arus Output terhadap Variasi Beban dan Beban Counter 0,7 kg

Grafik 4.18. Perbandingan Daya Ouput terhadap Variasi Beban dan Beban Counter 0,7 kg

(35)

58

Dari percobaan yang dilakukan didapat hasil bahwa penambahan beban counter 0,7 kg dapat memperpanjang waktu lampu menyala yang berkisar antara 224,6 detik hingga 614,8 detik. Waktu ini signifikan lebih lama dibanding pada percobaan 4.4 yang tanpa beban counter meskipun mengurangi sedikit daya yang dihasilkan.

4.6.2. Analisa Hasil Menggunakan Beban Counter 1 kg

Dalam pengujian ini variasi beban counter yang digunakan ialah 1 kg sesuai dengan spesifikasi yang sudah ditentukan penulis. Percobaan dilakukan dari beban 1-15 kg dan minimal beban yang dibutuhkan untuk menjalankan alat ialah 12 kg. Percobaan dilakukan selama 10 kali setiap kenaikan beban. Percobaan ini menggunakan multimeter true rms GWINSTEK GDM-360 untuk mengukur tegangan dan arus output serta menggunakan stopwatch android untuk mengukur waktu turun. Data yang didapatkan ditampilkan pada tabel 4.34 hingga 4.37.

(36)

59

NO V (V) I (mA) P (mW) t(s)

(37)

60

Dari percobaan di atas dapat dilihat bahwa pemberian beban counter 1 kg berpengaruh pada tegangan, arus , dan daya output yang dihasilkan oleh alat cenderung lebih kecil seperti pada tabel data di atas. Beban counter tersebut juga berpengaruh pada waktu turun alat yang cenderung lebih lama. Setelah dilakukan percobaan selama 10 kali diambil sebuah nilai rata - rata dan dirangkum dalam grafik berikut.

(38)

61

Grafik 4.21. Perbandingan Arus Output terhadap Variasi Beban dan Beban Counter 1 kg

Grafik 4.22. Perbandingan Daya Ouput terhadap Variasi Beban dan Beban Counter 1 kg

(39)

62

Dari percobaan yang dilakukan didapat hasil bahwa penambahan beban counter 1 kg dapat memperpanjang waktu lampu menyala yang berkisar antara 259,7 detik hingga 509,4 detik. Waktu ini signifikan lebih lama dibanding pada percobaan 4.4 yang tanpa beban counter meskipun mengurangi sedikit daya yang dihasilkan.

Setelah mecoba menggunakan kedua beban counter yang berbeda yaitu 0,7 kg dan 1 kg maka kita dapat mengetahui efisiensi alat yang menggunakan beban counter dengan mengacu pada persaaam 23 hingga 26 dengan modifikasi pada persamaan 23 di mana beban m = m beban - mcounter karena memiliki arah yang berlawanan. Dari hasil perhitungan didapat bahwa efisiensi menggunakan beban counter 0,7 kg kisaran 6% hingga 8,7% sedangkan efisiensi menggunakan beban counter 1 kg berkisar antara 7,43% hingga 8,64%.

Dapat diketahui pula bahwa efisiensi tertinggi yang dihasilkan alat berada pada beban 13 kg dengan beban counter 0,7 kg yaitu sebesar 8,7%. Hal ini berbeda sedikit dengan percobaan tanpa beban counter yang menghasilkan maksimum efisiensi 8,6% pada beban 12 kg.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan beban counter bermanfaat untuk memperpanjang waktu menyalanya lampu tanpa mengurangi efisiensi output yang signifikan meskipun daya output berkurang. Dapat dilihat pada beban 13 kg dengan dan tanpa beban counter menghasilkan efisiensi dan waktu turun masing – masing sebagai berikut:

Tabel 4.38. Data Perbandingan Beban 13 kg dengan dan tanpa Beban Counter