View
217
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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 – 180
o 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 1
oC 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.
39
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, 50
oC 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
didapatkan nilai Ti antara 2 – 1134 detik.
42
Maka akan diketahui nilai Kp dan Ki dari perhitungan dibawah ini :
K = 55oC – 27
oC = 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, 50
oC
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 o
C sedangkan, dengan penggunaan kontrol
PI proses kenaikan suhu mencapai 50 o
C 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 48
oC
adalah 300 W. Nilai α yang digunakan semakin naik hingga 40% dari sudut total 180o.
Untuk kenaikan suhu dari 48 o
C 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
5
45
Vo = VRMS 1
𝜋 (π − α +
sin 2𝛼
2)
Vo = 220 1
𝜋 (π −
π
5 +
sin 2(𝜋/5)
2)
Vo = 220 1
3,14 2,52 + 0,48
Vo = 220 0,96
Vo = 215,56 V
P = 215,56 V x 1,36 A
P = 293,16 W
Untuk kenaikan suhu dari 49 o
C 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
5
Vo = VRMS 1
𝜋 (π − α +
sin 2𝛼
2)
Vo = 220 1
𝜋 (π −
2π
5 +
sin 2(2𝜋/5)
2)
Vo = 220 1
3,14 1,89 + 0,29
Vo = 220 0,69
46
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%.
Recommended