Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Elektromekanik adalah sebuah sistem yang menggabungkan proses elektrik dan mekanik. Tren yang dimiliki pada masa kini tentang pengembangan teknologi elektromekanik yang lebih jauh berpusat pada pengembangan peralatan bergerak, motor elektrik, elektronik daya, dan digital controller[1].salah satu hal penting yang sering dijadikan objek penelitian dalam bidang elektromekanik adalah bidang motor elektrik.permasalahan pengontrolan dari sebuah elemen mechatronicterutama motor listrik sangatlah penting dalam bidang industri maupun keseharian[1]. Motor DC adalah sumber penting dari pergerakan dalam bidang elektromekanik[2].pengontrolan pada motor DC dapat dilakukan dalam berbagai aspek yang salah satunya adalah mengenai kecepatan putar. Kecepatan putar adalah variabel penting yang perlu dikontrol karena kecepatan putar adalah output utama dari sebuah motor. Kesesuaian antara output yang aktual dengan yang output yang dikehendaki atau set point adalah kriteria agar sebuah motor dikatakan handal. Sebuah motor yang mengeluarkan putaran lebih kecil atau berlipat ganda dari set point tidak dapat dipakai karena motor tersebut tidak dapat menjamin keselamatan pengguna dan efisiensi sumber tenaga. Untuk memperoleh kriteria tersebut, maka sebuah motor harus dikondisikan atau dikontrol. Proses pengendalian kecepatan putar motor DC dapat dilakukan melalui pengontrolan tegangan masuk pada motor[3]. Tegangan masuk berhubungan dengan sumber energi yang digunakan.permasalahan tentang ketersediaan sumber energi pada masa ini membuat pentinggnya penggunaan sumber energi alternatif.hidrogen adalah salah satu bahan bakar alternatif yang dapat digunakan sebagai sumber energi.hidrogen memiliki keunikan yang membuatnya berbeda dari unsur lain. Hidrogen merupakan unsur dengan presentase 75% dari masa unsur alam semesta sehingga dapat mengatasi masalah ketersediaan sumber.salah satu teknologi yang populer digunakan untuk memanfaatkan hydrogen sebagai sumber bahan bakar adalah fuel cell.fuel cellmenerima umpan hydrogen dan mengubahnya menjadi energi listrik dan air melalui reaksi dengan oksigen.berkaitan dengan kontrol tegangan keluaran pada teknologi ini, untuk mencapai rapat arus yang maksimal maka 1

2 kondisi kelembapan membrane dan jumlah umpan hydrogen adalah variable yang harus diperhatikan[4].memperbesar laju umpan hydrogen akan secara tidak langsung menaikan mempercepat reaksi dan menaikan tegangan keluaran fuel cell. Rasio dari reaktan yang tersedia dibandingkan dengan rasio reaktan yang dibutuhkan akan mempengaruhi rapat arus yang dihasilkan yang akan mempengaruhi tegangan yang dihasilkan[4]. Dengan menggunakan variabel tersebut maka dengan mengatur laju umpan hydrogen dapat secara tidak langsung mengatur kecepatan putar motor mlalui tegangan keluaran fuel cell. Sepeda Hidrogen adalah salah satu inovasi yang memanfaatkan Hidrogen.Sesuai dengan namanya, alat ini adalah jenis sepeda yang dimodifikasi yang bekerja dengan memanfaatkan Hidrogen sebagai bahan bakar serta tidak menghasilkan gas buangan berupa Karbon Monoksida.Alat ini menggunakanfuel cell sebagai penghasil sumber energi elektrik untuk menggerakanmotor utama.dalam rangka penelitian dan pengembangan dari teknologi transportasi tersebut, salah satu hal yang dapat dijadikan objek penelitian adalah kontrol penggerak yang dalam hal ini adalah motor.berbicara lebih jauh tentang kontrol penggerak, kecepatan adalah salah satu hal penting yang perlu dikontrol dalam implementasi pengembangan sistem penggerak dengan alasan efisiensi dan safety.sistem kontrol kecepatan dapat mengurangi penggunaan bahan bakar jika dibandingkan dengan sistem tanpa kontrol.pengendara dimungkinkan untuk meningkatkan atau menurunkan kecepatan sesuai kondisi dan kebutuhan. Dengan demikian, tingkat safetysecara langsung akan meningkat dikarenakan alat penggerak dapat dijaga agar tetap berada pada kecepatan yang dapat dikendalikan pengguna. Tingkat efisiensi juga dapat ditingkatkan melalui sistem kontrol karena penggunaan energi untuk menggerakan motor dapat diatur sesuai dengan output yang dikehendaki. Dalam penggunaan fuel cell sebagai sumber energi, hal yang perlu diperhatikan adalah input umpan hidrogen ke dalam fuel cell. Tegangan keluaran fuel cell dapat diatur sesuai dengan laju aliran hidrogen yang diumpankan ke dalamnya. Umpan hidrogen yang masuk ke dalam fuel cellakan terbuang percuma ketika fuel cell telah mencapai tegangan keluaran maksimumnya tetapi aliran hidrogen tetap ditingkatkan. Dengan alasan efisiensi bahan bakar yang berupa hydrogen, maka dipilih metode pengaturan kecepatan motor sepeda fuel cell dengan mengatur tegangan keluar dari fuel cell melalui pengaturan laju aliran umpan hidrogen ke dalam fuel cell. Melalui penelitian ini akan dibangun sebuah sistem kecepatan kontrol putar Brush DC motordengan mengatur tegangan keluar dari fuel cell melalui pengaturan laju aliran umpan hidrogen ke dalam fuel cell. PID adalah sistem kontrol yang akan diimplementasikan ke 2

3 dalam rancangan peneliti. PID terdiri dari tiga unsur yaitu kontrol P, kontrol I, dan kontrol D. Sistem ini dipilih karena dengan sistem PID, peneliti dapat mengamati lebih jauh mengenai respon rise time, settling time, dan steady state sehingga lebih mudah untuk dianalisa. Dengan rancangan tersebut diharapkan akan tercipta sebuah sistem kontrol kecepatanyang handal yang dapat diimplementasikan secara baik pada sepeda fuel cell dimasa yang akan datang. I.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan di atas, perumusan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana karakteristik perputaran motor terhadap set point berupa laju aliran umpan hidrogen? 2. Bagaimanakarakteristik dinamik sistem secara keseluruhan? 3. Bagaimana rancangan kontrol PID yang sesuai untuk sistem? I.3 Batasan Masalah Batasan masalah pada pengerjaan Tugas Akhir ini adalah: 1. Motor yang digunakan adalah brush DC motor 180V DC. 2. Tipe fuel cell yang digunakan adalah PEMFC 300W. 3. Fokus dari penelitian ini adalah mengatur kecepatan putar brushless DC motor sesuai dengan nilai acuan yang berasal dari set pointyang mempengaruhi laju aliran umpan hidrogen ke dalam fuel cell. 4. Sistem kontrol yang digunakan adalah sistem kontrol PID dengan parameter kontrol PID ditentukan melalui metode kedudukan akar. 5. Faktor gesekan diabaikan dan pengujian dilakukan pada kondisi ideal. I.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini dikerjakan dengan tujuan untuk merancang sebuah kontrol pengatur kecepatan putar motor dengan meninjau pengaruh dari umpan hidrogen ke dalam fuel cell.kontrol yang dirancang dengan menggunakan metode PID memiliki target mampu membuat sistem dengan respon transien yang memiliki % overshoot yang kecil dan respon rise time yang cepat dengan zero offset. I.5 Metode Penelitian 3

4 Metode yang digunakan oleh penulis dalam proses penyelesaian tugas akhir ini adalah: 1. Studi Literatur Proses untuk mencari dan memahami landasan teori yang berguna dalam penyelesaian tugas akhir ini yang berasal dari berbagai referensi seperti jurnal penelitian, buku, datasheet komponen atau alat, dan berbagai referensi penunjang lainnya. 2. Observasi Proses pencarian hardware yang diperlukan untuk melakukan kegiatan rancang bangun sistem. 3. Perancangan dan Realisasi Sistem Proses membangun sistem berdasarkan rancangan yang telah dibuat sebelumnya. 4. Pengukuran dan Pengambilan Data Proses pengukuran dan pengambilan data kinerja sistem kinerja sistem yang telah dibuat 5. Analisis Data Proses memilah dan menganalisis data dari sistem yang telah dibangun untuk diambil kesimpulan mengenai kinerja alat. 6. Penyusunan Laporan Proses penyusunan laporan akhir mengenai penelitian yang telah dikerjakan. I.6 Sistematika Penulisan Penelitian ini diuraikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut: Bab I Pendahuluan Bab ini berisi uraian mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan penelitian, metodologi penelitian,sistematika penulisan, dan timeline penelitian. Bab II Dasar Teori Bab yang berisi tentang beberapa teori yang relevan untuk digunakan oleh penulis dalam menyelesaikan permasalahan pada tugas akhir ini. Bab III Perancangan Sistem dan Implementasi Bab yang berisi tentang gambaran sistem yang akan diimplementasikan pada proses penelitian. 4

5 Bab IV Pengumpulan dan Analisis Pengolahan Data Bab yang berisi tentang data data sistem dimulai dari karakteristik hingga pengujian sistem yang dirancang. Bab V Kesimpulan dan Saran Bab yang berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran untuk penelitian berikutnya. 5