31
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini akan membahas mengenai pengujian dan analisa setiap modul dari sistem yang dirancang. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui apakah sistem yang dirancang sudah sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Pengujian dilakukan pada setiap modul yang telah direalisasikan dan pada seluruh sistem yang telah direalisasikan, berikut ini akan dijabarkan mengenai pengujian pada setiap bagian.
4.1 Pengujian Modul Elektronik
Pada perancangan ini terdapat dua modul elektronik terpenting yang menunjang kinerja dari sistem yang telah dirancang. Diperlukan pengujian untuk mengetahui apakah kedua modul bekerja sesuai dengan fungsinya. Berikut akan dibahas mengenai pengujian modul elektronik dan analisa terhadap hasil yang didapat dari pengujian.
4.1.1. Pengujian Modul Driver Pemanas
Pengujian pada modul driver pemanas dilakukan dengan cara memberi masukan logika “1” jika TRIAC ingin dinyalakan dengan TRIAC akan non-aktif bila mendekati titik nol pada tegangan AC. Langkah awal proses pengujian pada modul ini adalah membuat program sederhana untuk mengetahui sudut picuan TRIAC dapat berubah-ubah atau tidak. Sudut picuan dibuat antara 0o – 180o dengan membuat waktu tunda sebesar 0 – 10 ms.
Saat mikrokontroler mendapat interrupt dari modul zero crossing detector maka mikrokontroler akan mengaktifkan TRIAC dan TRIAC akan diaktifkan lagi atau dipicu kembali 10 ms, 20 ms, 30 ms, hingga seterusnya karena TRIAC akan non-aktif bila melewati persilangan nol disebabkan adanya beda potensial tegangan negatif antara katoda dan anoda pada TRIAC. Nilai tegangan didapatkan dari nilai perhitungan menggunakan Persamaan 3.10.
Saat α = 50% (50% dari nilai π = π/2) Vo = VRMS 1 𝜋
(π − α +
sin 2𝛼 2)
Vo = VRMS 1 𝜋(π −
π 2+
sin 2(𝜋/2) 2)
32 Vo = VRMS 1 3,14 1,57 + 0 Vo = 220 V 0,5 Vo = 155,56 V
Tabel 4.1. Hasil pengukuran dan perhitungan tegangan keluaran berdasarkan sudut picuan (α). α (% dari 180o) Pengukuran (V) Perhitungan (V) Ralat (%) 0 212 220 3,64 10 210 219,29 4,24 25 197 209,77 6,09 50 151 155,56 2,93 75 61 66,28 7,97 90 10 17,6 43,18 100 0 0 0 Ralat rata-rata 9,72
Dari Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa semakin besar sudut picuan, semakin kecil nilai VRMS. Terdapat perbedaan ralat sebesar 2,52% dengan perancangan yang dibuat sebelumnya. Perbedaan hasil perhitungan dan percobaan disebabkan oleh tidak idealnya komponen yang digunakan pada perancangan modul ini sehingga, sudut picuan kurang tepat.
4.1.2. Pengujian Modul Zero Crossing Detector
Fungsi dari modul zero crossing detector adalah mendeteksi gelombang sinus AC 220V yang melewati titik tegangan nol. Untuk mengetahui apakah modul ini berfungsi maka, dilakukan pengujian pada modul zero crossing detector dengan cara melihat pulsa keluaran modul ini dengan osciloskop. Titik nol dideteksi saat peralihan tegangan AC dari fase positif ke fase negatif dan peralihan dari fase negatif ke fase positif.
Saat titik nol dideteksi maka, keluaran dari rangkaian zero crossing detector bernilai high atau berlogika “1”. Saat sinyal keluaran dari penyearah gelombang penuh lebih dari nol maka, keluaran dari rangkaian zero crossing detector bernilai low atau berlogika “0”. Mengacu pada jaringan listrik PLN dengan tegangan AC berbentuk gelombang sinus yang memiliki frekuensi sebesar 50 Hertz maka, waktu periode satu
33
gelombang sinus adalah 1/50 detik atau 20 milidetik (ms). Jadi pendeteksian titik nol dilakukan pada periode 0 ms, 10 ms, 20 ms, 30 ms, 40 ms dan seterusnya. Gambar 4.1 akan menunjukkan bentuk sinyal keluaran pada modul penyearah gelombang penuh dan modul zero crossing detector.
Gambar 4.1. Sinyal keluaran pada modul penyearah gelombang penuh dan modul
zero crossing detector.
4.2 Pengujian Modul Sensor
Sensor suhu dan kelembaban yang digunakan dalam perancangan ini adalah SHT 11, proses kalibrasi diperlukan untuk memastikan bahwa nilai suhu dan kelembaban yang di ukur oleh sensor sesuai dengan kondisi sebenarnya. Kalibrasi dilakukan dengan cara membandingkan keluaran nilai suhu dan kelembaban dari SHT 11 dengan Hygrometer
merk GOOD sehingga, mendapatkan hasil keluaran suhu dan kelembaban yang akurat.
Oleh karena, kelembaban udara sangat tergantung pada tekanan udara. Pengujian dilakukan di Lab Skripsi Universitas Kristen Satya Wacana di Salatiga yang memiliki tekanan ≤ 1 atm dengan cara menempatkan sensor SHT 11 pada salah satu sudut bagian atas pada lemari dan hygrometer digantung pada hanger sehingga, pengukuran suhu dan kelembaban dapat diamati dengan jelas. Nilai suhu ruangan yang terukur pertama kali pada saat dilakukan pengujian adalah suhu sebesar 28oC dan kelembaban sebesar 79%. Gambar 4.2 menunjukkan nilai suhu dan kelembaban suhu ruangan yang terukur oleh SHT 11 dan
hygrometer. Sinyal keluaran rangkaian penyearah gelombang penuh Sinyal keluaran rangkaian zero crossing detector
34
Gambar 4.2. Kalibrasi SHT 11 dengan Hygrometer.
Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali dan mendapatkan hasil seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.2 Untuk pengukuran suhu didapatkan hasil yang tidak terlalu berbeda jauh. Selisih pengukuran berkisar diantara 0,5oC dampai 1oC dan didapatkan perbedaan rata-rata untuk pengukuran suhu sebesar 0,5oC. Sedangkan untuk pengukuran kelembaban menunjukkan perbedaan, selisih perbedaan rata-rata pengukuran kelembaban adalah 5,6%. Grafik kenaikan pengukuran suhu dan kelembaban pada sensor dan
hygrometer dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4.
Tabel 4.2 Hasil pengujian suhu dan kelembaban pada SHT 11 dan Hygrometer.
Pengujian ke- SHT 11 Hygrometer Selisih pengukuran SHT 11 dengan Hygrometer Ralat Suhu (oC) RH (%) Suhu (oC) RH (%) Suhu (oC) RH (%) Suhu (%) RH (%) 1 25 83 25,5 70 0,5 13 1,96 18,57 2 28 79 28,5 69 0,5 10 1,76 14,49 3 30 63 30 59 0 4 0 6,78 4 32 59 32 53 0 6 0 11,32 5 34 54 34,5 52 0,5 2 1,45 3,85 6 39 50 40 49 1 1 2,5 2,04 7 42 47 42,5 41 0,5 6 1,18 14,64 8 45 40 45 37 0 3 0 8,12 9 47 39 48 32 1 7 2,08 21,88 10 50 31 51 27 1 4 1,96 14,82 Ralat rata-rata 1,29 11,65
35
Gambar 4.3. Grafik suhu terhadap pengujian pada SHT 11 dan Hygrometer.
Gambar 4.4. Grafik kelembaban terhadap pengujian pada SHT 11 dan Hygrometer.
Gambar 4.3 menunjukkan grafik pengujian suhu pada SHT 11 dan hygrometer, tidak ada perbedaan yang signifikan pada pengukuran suhu. Dari perhitungan didapatkan ralat pengukuran sebesar 1,29%. Sedangkan, untuk pengukuran kelembaban seperti
0 10 20 30 40 50 60 SHT 11 Hygrometer 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 SHT 11 Hygrometer
36
ditunjukkan pada Gambar 4.4 didapatkan perbedaan hasil berkisar antara 1% hingga 13%. Ralat pengukuran kelembaban yaitu sebesar 11,65%. Perbedaan ini disebabkan oleh penempatan sensor dan hygrometer yang berjauhan selain itu, pada saat pengukuran pintu pada lemari dibuka tutup untuk melihat hasil pengukuran oleh hygrometer sehingga, mengakibatkan data kelembaban yang terukur tidak sama dengan data yang terukur oleh SHT 11.
Selain itu, sensor memiliki waktu respon yang berbeda dengan hygrometer. SHT 11 memiliki respon yang lebih cepat jika dibandingkan dengan dengan hygrometer baik respon waktu pada pengukuran suhu maupun kelembaban. Pengukuran akan lebih akurat jika suhu pada lemari stabil, perubahan suhu yang begitu cepat dapat mempengaruhi keakuratan sensor saat mengukur kelembaban lemari pengering baik pengukuran dengan SHT 11 maupun hygrometer.
4.3 Pengujian Modul Mikrokontroler
4.3.1. Pengujian Port Mikrokontroler
Pengujian dilakukan dengan cara memasukkan program sederhana untuk menyalakan LED yang dihubungkan dengan port keluaran mikrokontroler. Dalam pengujian ini digunakan PORT A.0 – A.7, PORT B.0 – B.7, PORT C.0 – C.7, PORT D.0 – D.7. Langkah pertama pengujian adalah membuat program sederhana dan mengirimkan data 00h ke setiap port, apabila program berjalan dengan baik ditandakan dengan LED pada tiap port yang menyala setelah 1 detik program dijalankan. Hal ini berarti bahwa rangkaian mikrokontroler sudah berjalan dengan baik.. Gambar 4.5 menunjukkan diagram alir pengujian tiap port mikrokontroler.
37
Gambar 4.5. Diagram alir pengujian tiap port mikrokontroler.
4.3.2. Pengujian Timer dan Interrupt Mikrokontroler
Pengujian terhadap timer dan interrupt mikrokontroler diperlukan karena program pada perancangan ini menggunakan timer dan interrupt. Pengujian dilakukan dengan cara membuat program sederhana animasi LED yang berhubungan dengan timer dan interrupt. Pada kaki interrupt 0 (INT 0) atau interrupt 1 (INT 1) dihubungkan dengan tombol dan
timer digunakan untuk membuat waktu tundaan 1 detik. Saat tombol ditekan maka, semua
LED pada PORT A akan berkedip-kedip dengan waktu tundaan sebesar 1 detik. Jika hasil yang diperoleh sesuai dengan yang diinginkan maka, modul mikrokontroler telah bekerja dengan baik.
4.4 Pengujian Sistem Keseluruhan
4.4.1. Pengujian Pengeringan Pakaian
Pengujian pengeringan pakaian dilakukan pada lemari pengering dengan dimensi 110 cm x 110 cm x 180 cm. Percobaan pengeringan pakaian berdasarkan pilihan jenis kain dengan jumlah kain dilakukan sebanyak 10 kali untuk jenis kain katun, campuran. Sedangkan, untuk jenis kain wol percobaan dilakukan sebanyak 3 kali dan 5 kali percobaan dilakukan untuk jenis kain jeans dengan metode yang berubah untuk mencari cara tercepat agar pakaian kering. Jenis kain yang dikeringkan adalah jeans, katun, campuran dan wol dengan jumlah kain maksimum adalah 15 potong atau ± 8 kg. Tidak ada estimasi waktu
38
untuk menentukan bahwa kain kering, namun sesuai dengan perancangan yang telah dibuat sebelumnya diharapkan waktu yang diperlukan sistem untuk mengeringkan pakaian yaitu ±3 jam atau 180 menit. Tabel 4.3 menunjukkan hasil percobaan pengeringan kain pada masing-masing jenis kain sesuai dengan jumlah kain yang dikeringkan.
Dari data percobaan didapatkan bahwa proses pengeringan berlangsung lebih lama jika dibanding dengan perancangan sebelumnya, hal ini sangat disebabkan oleh berbagai faktor diantaranya adalah :
1. Dimensi dari lemari yang lebih besar jika dibanding dengan perancangan sebelumnya. Dimensi ruang sangat berpengaruh pada proses pengeringan pakaian, semakin besar dimensi lemari maka, semakin lama proses kenaikan suhu pada lemari, kelembaban dalam ruang juga semakin tinggi karena, ruang yang besar menyimpan uap air yang lebih banyak jika dibandingkan dengan ruangan yang lebih kecil.
2. Penggunaan sensor suhu dan kelembaban yang hanya satu buah saja dirasa kurang akurat dalam mengukur suhu dan kelembaban dalam dimensi yang besar karena, nilai suhu dan kelembaban pada dasar lemari berbeda dengan nilai suhu dan kelembaban pada bagian atas lemari.
Proses pengeringan pakaian sangat bergantung pada banyak sedikinya jumlah kain, tebal tipisnya kain, dan berat ringannya kain yang dikeringkan. Semakin banyak, tebal dan berat kain yang dikeringkan maka, semakin lama proses pengeringan berlangsung. Hal ini dikarenakan, apabila baju yang dikeringkan berjumlah banyak dan memiliki tekstur kain yang tebal, kandungan uap air pada kain basah tersebut cenderung tinggi dan berdampak pada nilai kelembaban yang tinggi sehingga, proses pengeringan pakaian akan memakan waktu yang lama.
Exhaust yang digunakan pada perancangan ini adalah satu buah, untuk menjaga
agar panas yang dihasilkan oleh pemanas tidak keluar. Namun, hal ini berdampak pada proses pengeringan pakaian dimana, proses pengeringan menjadi lebih lama karena uap air yang dihasilkan oleh kain yang basah tidak dapat keluar dengan cepat. Oleh karena itu, perancangan dibuat dengan menambahkan hanger yang diputar oleh motor power window atau moving hanger. Penambahan moving hanger berpengaruh terhadap proses pengeringan karena, kain yang dikeringkan dapat bergerak sehingga menghasilkan angin sehingga sirkulasi udara di dalam lemari lancar dan proses pengeringan pakaian menjadi lebih cepat dibanding tidak terdapat moving hanger.
40
Tabel 4.4. Rata-rata nilai kelembaban untuk menentukan bahwa kain kering.
Jumlah kain
Rata-rata kelembaban udara pakaian dianggap
kering 1 38,00% 3 41,43% 5 42,00% 7-13 36,50% ≥15 46,33%
Tabel 4.4. merupakan nilai rata-rata kelembaban yang dihitung dari nilai kelembaban yang didapatkan dari percobaan proses pengeringan pada beberapa jumlah kain yang dikeringkan. Percobaan pengeringan dilakukan pada kain dengan jenis campuran yang memiliki berat berbeda-beda dan tingkat ketebalan yang berbeda-beda. Jumlah kain dikelompokkan menjadi lima bagian karena pada saat percobaan didapatkan nilai yang mendekati diantara masing-masing jumlah pakaian. Namun, pada jumlah kain 7 – 13 potong hasil rata rata nilai kelembaban yang didapatkan lebih rendah jika dibandingkan dengan nilai kelembaban rata-rata yang lain. Hal ini disebabkan oleh percobaan proses pengeringan untuk jumlah kain 9, 11 dan 13 potong hanya 1 kali, tentunya hal ini sangat berpengaruh pada perhitungan nilai kelembaban rata-rata.
4.4.2. Mencari Parameter Pengendali Kp dan Ti
Untuk menentukan nilai dari Proportional dan Integral diperlukan mencari parameter pengendalian Kp dan Ti terlebih dahulu. Nilai Proportional dan Integral yang didapatkan dari perhitungan berfungsi sebagai pengendali nilai suhu pada lemari agar stabil pada nilai 60oC untuk jenis kain denim, 50oC untuk jenis kain katun dan campuran, dan 40oC untuk jenis kain wol. Untuk menentukan nilai parameter tersebut dapat dilihat pada nilai suhu suhu terhadap perubahan waktu pada Tabel 4.5.
41
Tabel 4.5. Percobaan pengeringan pakaian tanpa menggunakan kontrol PI.
Suhu (oC) Waktu (detik) 27 0 28 60 29 105 30 165 31 210 32 240 33 430 34 575 35 600 36 720 37 750 38 960 39 1050 40 1134 41 1160 42 1200 43 1450 44 1600 45 1750 46 1800 47 2040 48 2400 49 3000 50 3600 51 3780 52 3840 53 4260 54 4320 55 4380
Sebelumnya telah dilakukan percobaan pemanasan pada lemari untuk mengetahui suhu maksimum pada lemari. Selama 1 jam didapatkan suhu sebesar 50oC dengan kelembaban sebesar 60%. Sedangkan, percobaan tanpa menggunakan kontrol PI dilakukan dengan cara melakukan proses pengeringan 1 kain dengan jenis katun menggunakan 1
exhaust dan kering selama 48 menit. Dari percobaan pengeringan pakaian tanpa kontrol PI
42
Maka akan diketahui nilai Kp dan Ki dari perhitungan dibawah ini : K = 55oC – 27oC = 28 oC T1 = 1132 detik Td = 2 detik Kp = 0,9 𝑇𝑖 𝐾𝑇𝑑
(4.1) Kp = 0,9 𝑥 1132 28 𝑥 2 Kp = 18,19 Ti = 3Td (4.2) Ti = 3 x 2 Ti = 6 Ki = 𝐾𝑝 𝑇𝑖
(4.3) Ki = 24,26 6 Ki = 4,04
Pengukuran tidak selalu tepat dan sesuai dengan perhitungan dan percobaan yang telah dilakukan, sehingga diperlukan trial error pada sistem agar sistem bisa dikendalikan sesuai dengan masukan. Dari percobaan didapatkan nilai Kp yaitu sebesar 5 dan nilai Ki sebesar 5.
4.4.3. Pengujian Sistem Menggunakan Pengendali PI
Dengan memakai nilai Kp dan Ki yang telah didapat dari percobaan dan perhitungan maka dilakukan percobaan pengeringan pakaian menggunakan kontrol PI yang hasilnya bisa dilihat pada Tabel 4.6. Oleh karena pada perancangan lemari ini menggunakan tiga suhu acuan sesuai jenis kain yaitu 60oC untuk jenis kain jeans, 50oC untuk jenis kain katun dan campuran, dan 40oC untuk jenis kain wol maka, terdapat tiga jenis suhu yang diolah dengan perhitungan kontrol PI. Namun, sebagai contoh percobaan pengeringan pakaian menggunakan kontrol PI diambil nilai rata-rata diantara ketiga suhu acuan yaitu 50oC. Seperti pada percobaan sebelumnya tanpa menggunakan kontrol PI, percobaan dilakukan dengan cara mengeringkan 1 kain berjenis katun dan kering selama 1 jam 6 menit.
43
Tabel 4.6. Percobaan pengeringan pakaian dengan menggunakan kontrol PI.
Suhu (oC) Waktu (detik) 27 0 28 45 29 87 30 120 31 175 32 190 33 230 34 245 35 310 36 408 37 495 38 530 39 655 40 1120 41 1290 42 1345 43 1490 44 1790 45 2010 46 2210 47 2480 48 2685 49 3095 50 3895
Percobaan pengeringan pakaian dengan menggunakan kontrol PI menunjukkan kestabilan saat suhu bernilai 50oC. Namun, penggunaan kontrol PI menyebabkan kenaikan suhu pada lemari pengering menjadi lebih lama dibandingkan dengan kenaikan suhu tanpa menggunakan kontrol PI. Proses pengeringan tanpa kontrol PI membutuhkan waktu selama 1 jam atau 3600 detik untuk mencapai suhu 50 oC sedangkan, dengan penggunaan kontrol PI proses kenaikan suhu mencapai 50 oC membutuhkan waktu selama 3895 detik. Hal ini disebabkan oleh karena, kontrol PI memberikan pembatasan terhadap tegangan yang diberikan kepada pemanas, sehingga menyebabkan pemanas berpendar secara tidak maksimal untuk menghasilkan suhu yang stabil. Pancaran panas dari lampu pemanas yang
44
tidak maksimal berakibat pada proses kenaikan suhu yang lebih lama jika dibandingkan dengan proses kenaikan suhu tanpa kontrol PI.
4.4.4. Pengujian Penghematan Daya
Digunakan atau tidaknya kontrol PI tentunya sangat berpengaruh pada konsumsi daya dari sistem yang dirancang ini. Pemanas tanpa kontrol PI akan mengeringkan pakaian dengan suhu lebih dari 50oC dengan daya 300 W yang digunakan dalam jangka waktu 3600 detik atau 1 jam. Maka, perhitungan daya total pada pemanas dapat diketahui dengan perhitungan dengan rumus dibawah ini,
W = P.t (4.4)
Diketahui : P = Daya t = Waktu
Dengan menggunakan persamaan 4.4. didapatkan besarnya daya total pemanas, W = 300 W x 3600 detik
W = 1080 kWs (kilowattsecond) W = 0,3 kWh (kilowatthour)
Pada awal saat lemari dihidupkan dan memulai proses pengeringan dengan menggunakan kontrol PI daya awal pemanas untuk mencapai suhu 50oC hingga 48oC adalah 300 W. Nilai α yang digunakan semakin naik hingga 40% dari sudut total 180o. Untuk kenaikan suhu dari 48 oC hingga 49oC memerlukan selang waktu selama 410 detik yaitu dapat diketahui saat α = 20%. Berikut perhitungannya :
Diketahui : P total = 300 W I = 𝑃 𝑉𝑅𝑀𝑆
(4.5) I = 300 𝑊 220 𝑉
I = 1,36 A
Saat α = 20% =
𝜋 545 Vo = VRMS 1 𝜋
(π − α +
sin 2𝛼 2)
Vo = 220 1 𝜋(π −
π 5+
sin 2(𝜋/5) 2)
Vo = 220 1 3,142,52 + 0,48
Vo = 220 0,96 Vo = 215,56 V P = 215,56 V x 1,36 A P = 293,16 WUntuk kenaikan suhu dari 49 oC hingga 50oC memerlukan selang waktu selama 800 detik yaitu dapat diketahui saat α = 40%. Berikut perhitungannya :
Diketahui : P total = 300 W I = 𝑃 𝑉𝑅𝑀𝑆
I = 300 𝑊 220 𝑉
I = 1,36 Ampere
Saat α = 40% =
2𝜋 5Vo = VRMS 1 𝜋
(π − α +
sin 2𝛼 2)
Vo = 220 1 𝜋(π −
2π 5+
sin 2(2𝜋/5) 2)
Vo = 220 1 3,141,89 + 0,29
Vo = 220 0,6946 Vo = 182,75 V
P = 182,75 V x 1,36 A P = 248,54 W
Sehingga, daya total yang dikeluarkan hingga pakaian kering adalah : (300W.2685 detik) + (248,54W.410 detik) + (293,16W.800detik) = (805,5 + 101,9 + 234,53) kWs = 1141,93 kWs atau 0,32 kWh.
Perbandingan konsumsi daya penggunaan kontrol PI dan tanpa kontrol PI dapat diketahui dengan perhitungan dibawah ini :
PI = 0,32 kWh Tanpa PI = 0,3 kWh
Maka, diantara kedua metode didapatkan selisih sebesar 0,04 kWh atau sebesar 0,02
0,62 x
100% = 3,23 %. Sehingga, diketahui bahwa penggunaan pemanas lampu inframerah dengan kontrol PI jika dibandingkan dengan tanpa penggunaan kontrol PI hanya hemat 3,23%.
