Vol.1 No.3 2016: 47-56
PROTOTIPE PENGUKURAN PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK
PADA KAMAR KOS DALAM SATU HUNIAN BERBASIS
ARDUINO UNO R3 DAN GSM SHIELD SIM900
Yulizar*
1, Ira Devi Sara*
2, Mahdi Syukri*
3*Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala Jl. Tgk. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh, Indonesia
1[email protected] 2[email protected] 3[email protected]
Abstrak— Paper ini bertujuan untuk merancang dan
menghasilkan sebuah prototipe sistem pengukuran pemakaian energi listrik pada setiap kamar dalam satu hunian menggunakan jaringan GSM. Rancangan Prototipe ini menggunakan sensor tegangan dan sensor arus ACS721, mikrokontroler ATmega 328P pada Arduino Uno R3 dan menggunakan GSM Shield SIM900 sebagai alat komunikasi antara pemilik hunian untuk mengetahui konsumsi energi listrik dan biaya pemakaian energinya yang ditampilkan langsung pada layar LCD sistem pengukuran. Nilai pengukuran seperti tegangan dan arus diperoleh dari sampel gelombang masukan sensor tegangan dan sensor arus. Keakuratan dari prototipe sistem pengukuran ini diperoleh dengan membandingkan hasil pengukurannya dengan alat ukur digital lainnya yang terpercaya dengan tingkat akurasi 2%. Hasil pengujian diperoleh perbedaan pengukuran tegangan sebesar 2.5% dan arus sebesar 1.0% dan 0.85% serta Cos Phinya sebesar 2.0% dan energi listik sebesar 3.9%. Dari hasil ini dapat disimpulkan, prototipe sistem pengukuran energi listrik ini terpercaya dapat mengukur energi listrik dengan tingkat akurasi yang tinggi.
Kata kunci : Sistem pengukuran energi listrik, kWh Meter, Arduino Uno R3, Sensor Arus ACS712, Sensor tegangan.
I. PENDAHULUAN
Perkembangan tipe hunian modern di sekitar kampus telah menimbulkan permasalahan dalam tagihan listrik bulanan. Ini disebabkan oleh hanya tersedia satu meteran listrik PLN untuk setiap rumah hunian. Pada umumnya biaya tagihan listrik kamar ditentukan berdasarkan total tagihan pada rekening listrik meteran hunian dibagi dengan jumlah kamar. Cara penentuan biaya tagihan listrik untuk setiap kamar dirasakan tidak adil bagi setiap penghuni kamar. Ini disebabkan penghuni menggunakan beban listrik yang berbeda.
Untuk mengatasi masalah penagihan listrik diatas dan membuat penghuni setiap kamar puas juga senang dengan besar tagihan maka diperlukan sebuah inovasi terbaru sistem pengukuran energi listrik pada rumah kos yang dapat mengukur pemakaian energi listrik secara spesifik per kamar dan informasinya dapat dikirim secara otomatis ke suatu sistem monitoring dan dapat diakses secara wireles melalui jaringan GSM.
Dari permasalahan tersebut diatas maka akan dirancang sebuah prototipe sistem pengukuran energi listrik pada setiap kamar dalam satu hunian secara spesifik yang hasil pengukurannya dapat diakses melalui ponsel pengguna listrik dengan menggunakan jaringan GSM.
II. DASAR TEORI A. Pengukuran Daya Dan Energi
Daya listrik didefinisikan sebagai besarnya energi listrik yang dikonsumsi atau dihasilkan setiap waktu oleh peralatan listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengalir per satuan waktu (joule/detik) [1]. Berdasarkan jenisnya daya listrik dapat dikategorikan menjadi 2 jenis, yaitu daya listrik AC dan DC. Sebagian besar sistem kelistrikan dan beban yang dilayani adalah daya listrik AC. Daya listrik AC dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu: daya aktif, daya semu dan daya reaktif.
Pengukuran daya listrik dapat dilakukan dengan metode Ampere meter, Voltmeter dan Cosphi meter. Persamaan yang digunakan untuk Daya Listrik adalah [10]:
1 P u t i t dt U I Cos T (1) Dari rumus tersebut jika dimasukkan dalam waktu diskrit yang diterapkan dalam arduino agar dapat menghitung daya aktif seperti dalam prototipe maka rumus tersebut menjadi :
1 0 1 N N P u n i n N
(2) Perhitungan Cos Phi
Parameter untuk mendapatkan Cos Phi yaitu Real Power dan Apparent Power.
Real Power Cos Phi =
Apparent Power
(3)
Vol.1 No.3 2016: 47-56 Real Power dan Apparent Power disini merupakan hasil
perumusan didalam program arduino. dimana pada tahapan awalnya adalah masukan daripada sensor arus dan sensor tegangan[2].
Energi listrik dapat diukur menggunakan kWh meter kWh meter adalah alat ukur listrik digunakan untuk mengukur pemakaian energi listrik. Pada penelitian ini digunakan arduino Uno R3 sebagai prosessor untuk menghasilkan prototipe pengukuran energi listrik. dimana juga menggunakan sensor tegangan dan sensor arus ACS712 untuk mendapatkan arus dan tegangannya. Berikut adalah rumus untuk menghitung energi listrik pada rumah :
V. I . Cos
t kWh = 1000 P. t kWh = 1000 (4) Dimana : V = Tegangan ( Volt ) I = Arus ( Ampere ) Cos φ = Faktor daya
t = waktu pemakaian ( menit/jam ) kWh = Kilo watt hours
P = Daya aktif ( Watt )
B. Perangkat Pendukung kWh Meter
Berikut adalah peralatan yang digunakan sebagai pendukung prototipe yang dirancang:
1. Sensor Arus ACS712
Sensor ACS712 adalah merupakan sensor untuk mendeteksi arus. Sensor arus ACS-712 menggunakan prinsip Hall Effect untuk mengukur arus. Sensor ini dapat mengukur arus searah (DC) maupun bolak-balik (AC).
Gambar 1 Sensor Arus ACS721
Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional,sehingga sensitivitas pengukuran arusnya meningkat dan dapat mengukur perubahan arus yang kecil. Sensor arus ACS712 memiliki tipe variasi sesuai dengan arus maksimal yakni 5A, 20A, 30A.
Karakteristik sensor ACS712
• Memiliki sinyal analog dengan sinyal-ganguan rendah
(low-noise)
• Ber-bandwidth 80 kHz
• Total output error 1.5% pada Ta = 25 °C • Memiliki resistansi dalam 1.2 mΩ • Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V • Sensitivitas keluaran 66 sd 185 mV/A
•Tegangan keluaran proporsional terhadap arus AC ataupun DC
• Fabrikasi kalibrasi
• Tegangan offset keluaran yang sangat stabil • Hysterisis akibat medan magnet mendekati nol • Rasio keluaran sesuai tegangan sumber [3]. 2. Sensor Tegangan
Dalam penelitian ini dirancang sebuah sensor yang dapat memfilter tegangan PLN, yaitu 220V menjadi max 5V yang disebut dengan sensor tegangan. Sensor tegangan ini dirancang dengan menggunakan alat seperti trafo stepdown, diode bridge, dan kapasitor.
3. Arduino Uno R3
Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328P. Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset.
Board Arduino Uno dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt [4], [5].
Dalam penelitian ini dibuatlah sensor tegangan. Dimana dengan rancangan sensor tegangan ini maka arduino dapat membaca tegangan masukan dan dapat diubah menjadi tegangan sebenarnya yang diproses dalam arduino. dalam rancangan sensor tegangan digunakan trafo stepdown yang dapat menurunkan tegangan dari 220V menjadi lebih kecil dari 5V agar dapat dibaca arduino[6].
Papan arduino tidak dapat membaca tegangan AC. Jadi, untuk membuat sensor tegangan AC, diperlukan rangkaian penyearah yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Penyearah yang digunakan dalam penelitian ini adalah penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dioda bridge (non CT) [7].
4. GSM Shield SIM900
GSM Shield SIM900 adalah sebuah papan breakout dan sistem minimum modul SIM900 Quad-band/SIM900A Dual-band GSM/GPRS. Dapat berkomunikasi dengan controller melalui AT Command (GSM 07.07 ,07.05 and SIMCOM enhanced AT Commands) [8].
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Gambar 2 Modul SIM900
Fitur pada GSM Shield SIM900:
• Quad-Band 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz • Dual-Band 900/ 1900 MHz
• GPRS multi-slot class 10/8GPRS • Control via AT commands
III. METODEPENELITIAN
Adapun tahapan-tahapan yang digunakan untuk menghasilkan sebuah prototipe pengukuran pemakaian energi listrik setiap kamar kos dalam satu hunian adalah sebagai berikut:
Gambar 3. Diagram Alir Tahapan Penelitian
Prosedur penelitian dilakukan dalam beberapa tahap diantaranya, memilih peralatan yang digunakan, pembuatan program, perancangan sistem, aplikasi dan pengujian prototipe, pengujian yang dilakukan pengujian awal dan pengujian sistem ke beban. Indikator keberhasilan yang ditetapkan yaitu apabila prototipe dapat membaca daya listrik dengan akurasi yang tinggi. Dimana hasil pengujian dibandingkan dengan alat ukur pembanding terpercaya dengan selisih nilai yang hampir sama.
Berikut adalah Prosedur penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini:
A. Perancangan Sistem
Pada perancangan sistem, power supply, semua sensor, Display LCD, Beban, dan lampu dihubungkan agar dapat dikontrol sepenuhnya oleh Arduino UNO R3 sehingga memperoleh sebuah alat atau prototipe yang dapat berkerja secara otomatis dan dapat mengukur konsumsi energi listrik.
Gambar 4. Skema Rancangan Hardware keseluruhan Pada gambar diatas adalah skema rancangan sistem secara keseluruhan menggunakan sensor tegangan sebagai input, mikrokontroler ATmega 328P sebagai induk kendali, dan menggunakan LCD dimensi 20X4 GSM Shield SIM900 yang sebagai output untuk mengirimkan informasi atau data pemakaian per kamar yang berupa informasi arus, tegangan, Cos Phi dan W, dan kWh dari prototipe itu sendiri melalui jaringan GSM ke ponsel user atau pemilik kos.
Berikut adalah rancangan beberapa komponen utama yang digunakan didalam prototipe ini :
1. Rancangan Sensor ArusACS712
A1 Vcc Gnd Arduino Uno Vcc Out Gnd In In Modul Sensor Arus 12Vdc Gnd 5Vdc Phase Netral Listrik 220Vac
Gambar 5. Rancangan sensor arus
Sensor arus pada sistem ini digunakan untuk mengukur atau membaca arus yang mengalir pada beban. Sensor arus yang digunakan dalam prototipe ini yaitu sensor arus ACS721 30A yang dipasang secara seri dengan beban. Vcc sebagai sumber energi untuk menghidupkan sensor
Vol.1 No.3 2016: 47-56 ACS721, Output dari sensor ACS721 dipasang pada Pin A1
arduino dan ground dipasang pada Ground Arduino. 2. Rancangan Sensor Tegangan
Listrik AC 220 Volt Transformator Step Down Dioda Bridge Kapasitor A2 Vcc Gnd Arduino Uno 12Vdc Gnd
Gambar 6. Rancangan Sensor Tegangan
Rancangan sensor tegangan ini menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh agar arduino dapat membaca gelombang tegangan masukan dari sensor tegangan. Arduino dapat membaca tegangan DC maksimal 5V. Rancangan sensor tegangan dibuat menggunakan transformator step down, diode bridge dan kapasitor sebagai filter. Tegangan masukan dari belitan primer 220V dan belitan sekunder pada 3V sebagai Vef. Sensor tegangan ini dapat membaca gelombang tegangan AC yang masuk ke analog pin arduino.
Berikut adalah rangkaian penyearah gelombang penuh yang digunakan pada prototipe :
Gambar 7. Penyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor Pada rangkaian sensor tegangan ini digunakan satu buah diode bridge, 2 kapasitor dengan spesifikasi 2200 uF dan 220 uF, 35V. Proses penyearahan dengan menggunakan trafo non CT. Dengan menggunakan persamaan 5,6 maka didapatkan perhitungan sebagai berikut : 0.707 0.707 Vef Vm Vm Vef
2 2 3 0.707 3.14 2.7 Vm Vdc Vdc Vdc V Sampai disini tegangan keluaran sudah disearahkan dengan menggunakan diode,akan tetapi masih beriak naik turun. Dengan menggunakan kapasitor sebagai filter akan membuat gelombang tegangan keluaran lebih halus dan tidak beriak, seperti pada Gambar dibawah ini :
Gambar 8. Gelombang tegangan keluaran yang dihasilkan oleh kapasitor
3. Rancangan Modul GSM SIM900
Arduino Uno R3 Modul GSM SIM900
Power Jack Power Jack
12V 5-12V
Tx Rx 12
13
Gambar 9. Rancangan Modul GSM SIM900 Modul GSM SIM900 digunakan untuk mengirimkan data per kamar secara wireles menggunakan jaringan GSM ke ponsel user (penghuni/pemilik kos). Dari jangkauan dan keunggulan modul GSM SIM900 dibandingkan dengan perangkat wireless lainnya seperti modul Zigbee ataupun modul Ethernet maka dilihat dari spesifikasi dari masing-masing modul dapat disimpulkan bahwa modul GSM SIM900 lebih unggul dari pada modul wireless lainnya. B. Pembuatan Program
Perancangan software yaitu memprogram sistem yang dibuat menggunakan Arduino IDE.
Dalam prototipe ini ada beberapa parameter yang harus diprogram untuk mendapatkan dan mengkalkulasikan pemakaian energi listrik per kamar kos, parameter tersebut adalah Tegangan (V), Arus ( I ) dan Daya aktif ( P ). Berikut adalah penjelasannya details cara mendapatkan nilai sebenarnya dari V, I, P dan E pada Arduino Uno R3:
Perhitungan Nilai Tegangan dan Arus
Untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus, maka sensor dikalibrasi agar mendapat variabel pengukur untuk mendapatkan keakuratan sensor. Variabel tersebut digunakan dalam program arduino. Yang mana dari variabel tersebut dicari rata-rata dari data yang telah didapatkan saat kalibrasi dengan menggunakan persamaan regresi linear.
Perhitungan Cos Phi
Parameter untuk mendapatkan Cos Phi yaitu Real Power dan Apparent Power. Menggunakan persamaan 1. Persamaan yang digunakan untuk mendapatkan Real
Vol.1 No.3 2016: 47-56 Power tersebut adalah persamaan 2 [9]. Dari persamaan
tersebut jika dimasukkan dalam waktu diskrit yang diterapkan dalam arduino agar dapat menghitung daya aktif seperti dalam prototipe maka persamaan tersebut menjadi persamaan 3 dalam subbab II.
Perhitungan daya aktif dan energi.
Untuk mendapatkan nilai daya aktif dan energi maka juga di program dengan rumus seperti teori pada 2.1 . berikut adalah programnya :
Dimana Cos Phi merupakan konstata yang sama dengan PowerFactor yang telah ditentukan seperti diatas. Pada prototipe ini sudah ditentukan bahwa menggunakan dua kamar, dan program diatas bisa menghitung biaya pemakaian listrik masing-masing per kamar.
Mulai
Konversi Nilai Biner Sensor Arus A CS Ke Nilai Ampere
Baca Analog ADC Sensor Arus ACS
Konversi Nilai Biner Sensor Tegangan Menjadi Volt 220 V
Baca Analog ACS Sensor Tegangan 220 V
Hitung Cos Phi (KW/KVA)
Hitung kwh Sesuai Informasi Arus , Tegangan, dan Cos Phi.
Tampilkan kWh
Selesai
Gambar 10 Diagram alir tahapan program
IV. HASILDANPEMBAHASAN
A. Rancangan Prototipe
Prototipe alat ukur daya dan energi listrik yang dihasilkan dari penelitian ditunjukkan pada gambar 11 dibawah ini: 1 2 3 4 10 11 12 8 7 6 5 9 13
Gambar 11 Rancangan Prototipe Keterangan Gambar 11 sebagai berikut: 1. = Modul GSM SIM900
2. = USB Jack Arduino 3. = Sensor Arus 2
4. = Stop Kontak ( asumsi masing-masing kamar ) 5. = Arduino Uno R3 6. = LCD dimensi 20 x 4 7. = Sensor Tegangan 8. = Sensor Arus 1 9. = Box Akrilik 10. = Power Supply 11. = Keypad 12. = Dc-dc Stepdown 13. = Kabel Jack
B. Data Hasil Penelitian
Dalam sub bab ini akan diuraikan data-data hasil pengujian sebelum peralatan dirangkai, pengujian setelah peralatan dirangkai dan pengujian pengiriman data jarak jauh.
Berikut adalah data-data hasil pengujian dalam penelitian ini:
Pengujian Sebelum Peralatan dirangkai 1. Pengujian Sensor Tegangan
Pada pengkalibrasian dengan cara memberikan tegangan dengan nilai yang berbeda-beda pada autotrafo yang berada di Laboratorium energi listrik. setelah data diperoleh maka dilakukan perbandingan dan dihitung galat untuk mengetahi keakuratan dari sensor tegangan. Data pengujian dapat dilihat pada Tabel 1 dibawah ini:
Vol.1 No.3 2016: 47-56 No. Pembacaan Tegangan Multimeter (Volt) Pembacaan tegangan Arduino (Volt) Galat (%) 1 11 10 9.09091 2 23 21 8.69565 3 83 81 2.40964 4 116 118 1.72414 5 141 142 0.70922 6 168 168 0 7 184 186 1.08696 8 192 193 0.52083 9 203 205 0.98522 10 211 212 0.47393 Rata-Rata Galat 2.56965 % Dari data hasil pengujian ataupun kalibrasi sensor tegangan dapat dilihat bahwa sensor tegangan mempunyai galat rata-rata sebesar 2.56965 % seperti pada Tabel 1 diatas disimpulkan bahwa sensor tegangan sudah bisa digunakan untuk sistem pengukuran tegangan pada prototipe.
2. Pengujian Sensor Arus
Pada prototipe ini menggunakan dua sensor arus ACS721 30 A. Dimana diasumsikan satu sensor arus yaitu satu kamar kos. Pada pengkalibrasian sensor arus dilakukan dengan membandingkan output bit arduino dan
output pengukuran menggunakan amperemeter.
Pengkalibrasian dilakukan untuk melihat keakuratan output dari sensor agar ketika pemakaian dikemudian hari tidak terjadi error. Pada penelitian ini di uji dua sensor arus ACS721 30A secara terpisah.
Berikut adalah tabel data hasil kalibrasi sensor arus 1: Tabel 2 Data Hasil Kalibrasi Sensor Arus 1
Dari data hasil kalibrasi sensor arus 1 pada tabel diatas dapat dilihat bahwa rata-rata galat ataupun error pada sensor arus satu sebesar 1.00265%. dari hasil kalibrasi tersebut dapat disimpulkan bahwa sensor arus 1 mempunyai keakuratan yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk sistem pengukuran arus pada prototipe.
Berikut adalah tabel data hasil kalibrasi sensor arus 2: Tabel 3 Data Hasil Kalibrasi Sensor Arus 2
No. Pembacaan Arduino ( I ) Pembacaan Amperemeter ( I ) Galat ( % ) 1 2.51 2.514 0.15911 2 2.85 2.88 1.04167 3 3.05 3.09 1.2945 4 3.18 3.21 0.93458 5 3.37 3.39 0.58997 6 3.61 3.64 0.82418 Rata-Rata Galat 0.807335 Dari data hasil kalibrasi sensor arus 2 pada tabel diatas dapat dilihat bahwa rata-rata galat ataupun error pada sensor arus dua sebesar 0.807335% dan disimpulkan bahwa sensor arus 2 mempunyai keakuratan yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk sistem pengukuran arus pada prototipe.
3. Pengujian Faktor Daya
Pada pengujian faktor daya dilakukan dengan memasukkan program tertentu dan keluaran program tersebut dapat memperlihatkan perbedaan fasa antara tegangan dan arus masukan dari sensor masing-masing tersebut.
Berikut adalah tabel hasil pengujian faktor daya:
Setelah mendapatkan nilai kalibrasinya maka dilakukan pengujian dengan memprogram dan menambahkan nilai regresi yang telah didapatkan.
Tabel 4 Hasil Pengujian Faktor Daya No CosPhi Meter (φ) Arduino
(φ) Galat (%) 1 0.69 0.71 2.89855 2 0.72 0.75 4.16667 3 0.86 0.874 1.62791 4 0.93 0.938 0.86022 5 0.95 0.967 1.78947 6 0.98 0.989 0.91837 Galat rata-rata 2.043532 % Pengujian Setelah Peralatan dirangkai
Setelah peralatan dirangkai atau prototipe siap maka dilakukan pengujian untuk melihat keakuratan sistem yang telah dibuat. Pada pengujian setelah dirangkai dilakukan dengan menghubungkan antara prototipe dan beban. Jenis beban yang sering digunakan oleh penghuni kos-kosan biasanya adalah tipe beban resistif dan induktif.
N o. Pembacaan Arduino ( I ) Pembacaan Amperemeter ( I ) Galat ( % ) 1 2.49 2.50 0.4 2 2.83 2.81 0.71174 3 3.03 3.09 1.94175 4 3.17 3.21 1.24611 5 3.35 3.38 0.88757 6 3.59 3.62 0.82873 Rata-Rata Galat 1.00265
Vol.1 No.3 2016: 47-56 1. Pengukuran beban resistif dan induktif menggunakan
multimeter
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban resistif dengan menggunakan multimeter:
Tabel 5 Hasil Pengukuran beban resistif menggunakan multimeter
No Beban Arus ( I ) Tegangan ( V ) Daya aktif ( P ) Cos φ 1 Lampu Pijar 25W 0.095 193 18.5 1 2 Lampu Pijar 40W 0.095 197 19.0 1 3 Lampu Pijar 100W 0.385 197 76.5 1 4 Solder 0.100 188 19.0 1 5 Setrika 1.28 196 250.88 1
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban induktif dengan menggunakan multimeter:
Tabel 6 Hasil Pengukuran beban induktif menggunakan multimeter
No Beban Arus ( I ) Tegangan ( V ) Daya aktif ( P ) Cos φ 1 Kipas Angin (putaran 1) 0.160 197 31 0.99
2 Kipas Angin (putaran 2) 0.180 197 35.5 1
3 Kipas Angin
(putaran 3) 0.195 197 38.5 0.98
4 PC / Laptop 0.255 198 50.5 1 2. Pengukuran beban resistif dan induktif menggunakan
Prototipe
Prototipe yang dirancang juga dapat melihat energi yang dikonsumsi beban listrik. pada pengukuran ini juga akan dilihat energi yang dikonsumsi baik oleh beban resistif maupun beban induktif.
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban resistif dengan menggunakan prototipe:
Tabel 7 Hasil Pengukuran beban resistif menggunakan prototipe
No Beban Arus ( I ) Tegangan ( V )
Daya aktif ( P ) Cos φ Energi (kWh) 1 Lampu Pijar 25W 0.098 198 19.40 1 0.00485 2 Lampu Pijar 40W 0.098 203 19.90 1 0.00497 3 Lampu Pijar 100W 0.388 203 78.76 1 0.01969 4 Solder 0.103 193 19.68 0.99 0.00492 5 Setrika 1.32 199 260.06 0.99 0.06501 Pada Berikut adalah tabel pengukuran pada beban resistif dengan menggunakan prototipe dengan penggunaan beban ± 15 menit:
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban induktif dengan menggunakan prototipe:
Tabel 8 Hasil Pengukuran beban induktif menggunakan prototipe
No Beban Arus ( I ) Tegangan ( V ) Daya aktif ( P ) Cos φ Energi (kWh) 1 Kipas Angin (putaran 1) 0.163 201 32.43 0.99 0.00810 2 Kipas Angin (putaran 2) 0.184 203 36.60 0.98 0.00915 3 Kipas Angin (putaran 3) 0.198 202 38.79 0.97 0.00969 4 Laptop 0.257 201 50.62 0.98 0.012655 Pada Berikut adalah tabel pengukuran pada beban resistif dengan menggunakan prototipe dengan penggunaan beban ± 15 menit:
3. Pengujian Pengiriman data jarak jauh
Pengujian dilakukan menggunakan modul GSM SIM900. Pengiriman data diuji dengan mengirimkan data-data pada prototipe seperti tegangan, arus, daya, Cos Phi, energi dan biaya dengan permintaan ataupun perintah pengguna ( pemilik / penghuni ). Data-data prototipe yang dikirimkan masing-masing per kamar.
Dalam pengujian ini telah dideklarasikan parameter program untuk masing masing kamar dan ditentukan kata kunci yang harus dikirim oleh pengguna untuk mengetahui konsumsi energi listrik ditiap kamar kos dalam satu hunian.
Berikut adalah program kata kunci untuk mengetahui mengetahui konsumsi energi listrik ditiap kamar kos:
Program kata kunci kamar 1 :
Program kata kunci kamar 2 :
Kata kunci untuk melihat data kamar 1 adalah “Kamar1” dan kata kunci untuk melihat data kamar 2 dalah “Kamar2”.
C. Hasil dan Analisis
Untuk mengamati dan menentukan perbedaan keakuratan pengukuran maka dilakukan perbandingan pengukuran yang telah dilakukan pada subbab sebelumnya dari masing-masing beban yang menggunakan alat ukur terpercaya dan menggunakan prototipe yang sudah dirancang. Berikut adalah tabel persentase perbedaan
Vol.1 No.3 2016: 47-56 pengukuran beban resistif dan induktif menggunakan
multimeter dan prototipe:
1. Perbedaan keakuratan beban resistif
Berikut adalah persentase perbedaan arus pada beban resistif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 9 persentase perbedaan arus beban resistif
No Beban Arus Multimeter ( I ) Arus Prototipe ( I ) Perbedaan (%) 1 Lampu Pijar 25W 0.095 0.098 3.15789 2 Lampu Pijar 40W 0.095 0.098 3.15789 3 Lampu Pijar 100W 0.385 0.388 0.77922 4 Solder 0.100 0.103 3 5 Setrika 1.28 1.32 3.125 Rata-Rata Perbedaan 2.644 Berikut adalah persentase perbedaan tegangan pada beban resistif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 10 persentase perbedaan tegangan beban resistif
No Beban Tegangan Multimeter ( I ) Tegangan Prototipe ( I ) Perbedaan (%) 1 Lampu Pijar 25W 193 198 2.59067 2 Lampu Pijar 40W 197 203 3.04569 3 Lampu Pijar 100W 197 203 3.04569 4 Solder 188 193 2.65957 5 Setrika 196 199 1.53061 Rata-Rata Perbedaan 2.574446 Berikut adalah persentase perbedaan daya pada beban resistif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 11 persentase perbedaan daya beban resistif
No Beban Daya Multimeter ( I ) Daya Prototipe ( I ) Perbedaan (%) 1 Lampu Pijar 25W 18.5 19.40 4.86486 2 Lampu Pijar 40W 19.0 19.90 4.73684 3 Lampu Pijar 100W 76.5 78.76 2.95425 4 Solder 19.0 19.68 3.57895 5 Setrika 250.88 260.06 3.65912 Rata-Rata Perbedaan 3.958804 Berikut adalah persentase perbedaan Cos Phi pada beban resistif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 12 persentase perbedaan Cos Phi beban resistif
No Beban Cos 𝛗 Multimeter ( I ) Cos 𝛗 Prototipe ( I ) Perbedaan (%) 1 Lampu Pijar 25W 1 1 0 2 Lampu Pijar 40W 1 1 0 3 Lampu Pijar 100W 1 1 0 4 Solder 1 0.99 1 5 Setrika 1 0.99 1 Rata-Rata Perbedaan 0.4 2. Perbedaan keakuratan beban induktif
Berikut adalah persentase perbedaan arus pada beban induktif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 13 persentase perbedaan arus beban induktif
No Beban Arus Multimeter ( I ) Arus Prototipe ( I ) Perbedaan (%) 1 Kipas Angin (putaran 1) 0.160 0.163 1.78571 2 Kipas Angin (putaran 2) 0.180 0.184 2.22222
3 Kipas Angin (putaran 3) 0.195 0.198 1.53846
4 PC / Laptop 0.255 0.257 0.78431
Rata-Rata Perbedaan 1.582675 Berikut adalah persentase perbedaan tegangan pada beban induktif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 14 persentase perbedaan tegangan beban induktif
No Beban Tegangan Multimeter ( V ) Tegangan Prototipe ( V ) Perbedaan (%) 1 Kipas Angin (putaran 1) 197 201 2.03046 2 Kipas Angin (putaran 2) 197 203 3.04569
3 Kipas Angin (putaran 3) 197 202 2.53807
4 PC / Laptop 198 201 1.51515
Rata-Rata Perbedaan 2.282343 Berikut adalah persentase perbedaan daya pada beban induktif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Tabel 15 persentase perbedaan daya beban induktif
No Beban Daya Multimeter ( P ) Daya Prototipe ( P ) Perbedaan (%)
1 Kipas Angin (putaran 1) 31 32.43 4.6129
2 Kipas Angin (putaran 2) 35.5 36.60 3.09859 3 Kipas Angin (putaran 3) 38.5 38.79 0.75325 4 PC / Laptop 50.5 50.62 0.23762 Rata-Rata Perbedaan 2.17559 Berikut adalah persentase perbedaan Cos Phi pada beban induktif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Vol.1 No.3 2016: 47-56 Tabel 16 persentase perbedaan Cos Phi beban induktif
No Beban Cos𝛗 Multimeter Cos 𝛗 Prototipe Perbedaan (%)
1 Kipas Angin (putaran 1) 0.99 0.99 0
2 Kipas Angin (putaran 2) 1 0.98 2 3 Kipas Angin (putaran 3) 0.98 0.97 1.02041 4 PC / Laptop 1 0.98 2 Rata-Rata Perbedaan 1.255103
3. Proses Data Jarak Jauh Menggunakan Modul GSM SIM900
Penggunaan modul GSM SIM900 berfungsi sebagai media untuk pengiriman data jarak jauh. Data yang dimaksud adalah data tegangan, arus, Cos Phi , daya aktif , energi listrik dan biaya komsumsi per kamar dari prototipe. Modul GSM SIM900 bekerja berdasarkan sinyal 3G GSM layaknya sebuah ponsel.
Berikut adalah hasil pengujian data jarak jauh menggunakan modul GSM SIM900 :
1. Data Kamar 1
Gambar 12 Hasil pengujian kamar 1 2. Data Kamar 2
Gambar 13 Hasil pengujian kamar 2
V. KESIMPULANDANSARAN
Prototipe dapat mengukur pemakaian energi listrik disetiap kamar dan dapat memberi informasi biaya listrik yang telah dipakai.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan sistem pengukuran prototipe ini dapat mengukur arus dengan tingkat kesalahan 1.0% untuk sensor arus 1 dan 0.8% untuk sensor arus 2. Tingkat kesalahan untuk pembacaan tegangan 2.5%, cos phi 2.0%, daya 3.9%. Data menunjukkan bahwa sistem prototipe yang telah dirancang mempunyai nilai akurasi yang tinggi. Dengan penambahan modul GSM SIM900 pada sistem maka akan membuat sistem prototipe yang dirancang dapat menjadi smart meter karena dapat mengirimkan data konsumsi energi listrik setiap kamar ke ponsel pengguna ( penghuni/pemilik kos ). Untuk penelitian lebih lanjut dapat digunakan mikrokontroler dengan spesifikasi tinggi untuk meningkatkan kinerja arduino dan pengiriman data dapat ditambahkan dengan aplikasi android yang terhubung dengan server online, sehingga pengguna dapat memantau lewat ponsel pintar.
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan terselesaikannya Karya Ilmiah ini, penulis mengucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada :
1. Allah SWT atas limpahan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya Ilmiah ini. 2. Orang tua dan keluarga yang telah banyak
memberikan bantuan, dukungan, semangat dan doa. 3. Ibu Dr. Ira Devi Sara, S.T., M.Eng.Sc dan Bapak
Mahdi Syukri, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing I dan Dosen Pembimbing II yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan serta membimbing dengan penuh keikhlasan saya dalam penyusunan skripsi ini.
4. Bapak Ramdhan Halid Siregar, S.T., M.T dan Bapak Syukriyadin, S.T., M.T selaku Dosen Penguji I dan Dosen Penguji II, serta Bapak Dr. Rakhmad Syafutra Lubis, S.T., M.T.selaku Ketua Komite Seminar Karya Ilmiah.
5. Teman-teman mahasiswa teknik elektro, khususnya angkatan 2011 dan seluruh pihak yang telah membantu.
Akhir kata, semoga Allah SWT membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Vol.1 No.3 2016: 47-56 [1] Halliday and Resnick (1974). "6. Power". Fundamentals of Physics,
1974.
[2] RapidTables. (2015) Power Factor. [Online]. Available:
http://www.rapidtables.com/electric/Power_Factor.htm
[3] DEPOK INSTRUMENTS. (2012, Mar.) ACS712 (Allegro Current-Sensor).[Online].Available:
https://depokinstruments.com/2012/03/29/sensor-arus-listrik-acs712
[4] S. Monk, 30 "Arduino Projects for the Evil Genius. " McGraw Hill. USA., 2010.
[5] F Djuandi, "Pengenalan Arduino Tingkat Pemula. ": www.tobuku.com, 2011.
[6] Rida Angga. (2015, Mar.) Trafo Step down: Fungsi dan Kegunaannya » Skemaku.com. [Online]. Available :
http://skemaku.com/trafo-step-down-fungsi-dan-kegunaannya
[7] Dr. Ir. Gator Priowirjanto, RANGKAIAN PENYEARAH. Jakarta, Indonesia: Departemen Pendidikan Indonesia, 2003.
[8] Itead. (2015, Apr.) SIM900/SIM900A GSM/GPRS Minimum SystemModule.[Online].Available:
https://itead.cc/wiki/SIM900/SIM900A_GSM/GPRS_Minimum_Sy stem_Module
[9.] OpenEnergyMonitor. (2016) AC Power Theory - Advanced maths.[Online].Available:https://openenergymonitor.org/emon/bui
