BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pada bab ini akan dibahas hasil pengujian dan analisa dari sistem yang telah dirancang. Dari hasil pengujian akan diketahui apakah sistem yang dirancang memberikan hasil seperti yang diharapkan tercantum pada spesifikasi yang telah ditulis. Kemudian akan dianalisa hasil dari pengujian dengan hasil perancangan. 4.1. Mekanik Mekanik diuji kemampuannya dalam menahan beban orang yang memijak anak tangga. Pengujian dilakukan oleh beberapa orang yang memiliki berat badan beragam. Pijakan diberikan pada tiap anak tangga untuk melihat kemampuan mekanik dalam menahan beban. Berikut ini adalah realisasi pengujian mekanik pada Gambar 4.1 dan data berat badan subyek yang menaiki anak tangga pada Tabel 4.1. Gambar 4.1. Realisasi Pengujian Mekanik. 21
Tabel 4.1. Berat Badan Subjek Subjek ke- Berat Badan (kg) 1 93 2 64 3 71 4.2 Generator Pengujian generator dilakukan untuk mengetahui besarnya keluaran yang mampu dihasilkan masing-masing generator dengan beragam beban mulai dari 1Ω sampai 1kΩ. Pengukuran dilakukan sebanyak 10 kali untuk tiap beban dan didapatkan hasil keluaran rata-rata untuk tiap beban menggunakan multimeter FLUKE 26 III. Berikut adalah hasil pengujian keluaran generator pada Tabel 4.2 hingga Tabel 4.5 beserta grafik hasil rata-rata keluaran pada Gambar 4.2 hingga Gambar 4.5. Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tegangan Generator I Pengujian ke - Tegangan (V) dengan Beban (Ω) 1 10 100 1K 1 1,8 3,7 4,6 4,5 2 2,3 4,3 4,8 5,3 3 2,6 3,8 5,3 4,6 4 2,0 3,7 4,6 5,4 5 2,0 3,9 4,8 4,6 6 2,2 3,5 4,4 4,2 7 1,7 4,7 4,7 4,2 8 2,4 4,0 4,7 4,2 9 1,9 3,8 4,9 4,5 10 2,0 4,5 4,8 4,9 Rata-rata 2,09 3,99 4,76 4,64 22
Tegangan (V) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator I 2,09 3,99 4,76 4,64 Beban (Ω) 1 Ω 10Ω 100Ω 1KΩ Gambar 4.2. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator I Tabel 4.3. Hasil Pengujian Arus Generator I Pengujian ke - Arus (ma) dengan Beban (Ω) 1 10 100 1K 1 1470 354 43,5 8 2 1700 380 31,0 9 3 1400 280 36,9 9 4 1600 395 46,1 10 5 1400 376 32,1 11 6 1900 339 41,3 8 7 1290 271 47,7 11 8 1790 307 38,6 10 9 1900 261 45,0 11 10 1800 407 37,5 9 Rata-rata 1625 337 39,97 9,6 Arus (ma) 2008 1508 Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator I 1625 1008 508 8 337 39,97 9,6 1 Ω 10Ω 100Ω Beban (Ω) 1KΩ Gambar 4.3. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator I 23
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Tegangan Generator II Pengujian ke - Tegangan (V) dengan Beban (Ω) 1 10 100 1K 1 1,46 2,8 4,3 3,1 2 1,6 2,6 4,1 3,5 3 1,4 2,4 3,7 2,6 4 1,5 2,6 3,5 2,8 5 2,0 2,6 3,2 3,4 6 1,6 2,8 3,5 2,5 7 1,9 2,6 3,3 2,9 8 1,5 2,7 2,9 3,1 9 1,6 2,4 3,4 3,4 10 1,47 3,2 2,9 3,5 Rata-rata 1,603 2,67 3,48 3,08 Tegangan (V) 4 Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator II 3,5 3,48 3 2,5 2,67 3,08 2 1,5 1,603 1 Ω 10Ω 100Ω Beban (Ω) 1KΩ Gambar 4.4. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator II Tabel 4.5. Hasil Pengujian Arus Generator II Pengujian ke - Arus (ma) dengan Beban (Ω) 1 10 100 1K 1 800 254 27,8 13,3 2 900 213 32,4 12,7 3 800 319 24,0 11,5 4 700 235 35,7 13,4 5 700 281 30,3 13,0 6 600 304 21,8 13,7 7 1000 329 35,7 15,2 8 900 227 27,6 10,8 9 1100 291 25,0 12,7 10 900 261 26,1 11,8 Rata-rata 840 271,4 28,64 12,81 24
Arus (ma) 810 Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator II 840 610 410 210 10 271,4 28,64 12,81 1 Ω 10Ω 100Ω Beban (Ω) 1KΩ Gambar 4.5. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator II Setelah tegangan dan arus keluaran diketahui, maka dapat dihitung daya keluaran dari masing-masing generator yang terdapat pada Tabel 4.6 dan Tabel 4.7. Tabel 4.6. Perhitungan Daya Generator I Tegangan (V) Arus (ma) Daya (W) 2,09 1625,00 3,39625 3,99 337,00 1,34463 4,76 39,97 0,19025 4,64 9,60 0,04454 Tabel 4.7. Perhitungan Daya Generator II Tegangan (V) Arus (ma) Daya (W) 1,60 840,00 1,34652 2,67 271,40 0,72463 3,48 28,64 0,09966 3,08 12,81 0,03945 4.3 Konverter 4.3.1 Konverter AC-DC Pengujian dilakukan dengan memberi beragam beban pada keluaran penyearah. Rangkaian pengujian seperti pada Gambar 4.6. 25
Generator Konverter AC-DC Vout DC Iout DC R Gambar 4.6. Rangkaian Pengujian Konverter AC-DC Nilai resistor yang diberikan beragam, mulai dari 1Ω sampai 1kΩ. Hasil pengujian berupa tegangan dan arus rata-rata dari 10 kali pijakan untuk masing-masing variasi beban. Kemudian hasil pengujian digunakan untuk menghitung daya serta efisiensi yang dihasilkan oleh konverter AC-DC. Berikut ini adalah hasil pengujian konverter AC-DC pada Tabel 4.8 beserta grafiknya pada Gambar 4.7. Tabel 4.8. Hasil Pengujian Tegangan Konverter AC-DC Pengujian ke - Tegangan (V) dengan Beban (Ω) 1 10 100 1K 1 1,10 2,6 11,8 13,5 2 1,12 3,6 9,4 13,7 3 1,12 2,2 7,3 13,7 4 1,19 2,3 9,9 11,4 5 1,48 4,0 8,7 13,8 6 1,18 2,9 7,5 11,0 7 1,30 3,2 10,8 12,8 8 1,13 3,3 9,8 13,7 9 1,00 3,4 7,2 13,8 10 1,06 2,4 9,2 11,8 Rata-rata 1,168 2,99 9,16 12,924 Tegangan (V) 14 12 10 8 6 4 2 0 Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Konverter AC-DC 2,99 Gambar 4.7. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Konverter AC-DC 9,16 12,924 1,168 Beban (Ω) 1 Ω 10Ω 100Ω 1KΩ 26
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Arus Konverter AC-DC Pengujian ke - Arus (ma) dengan Beban (Ω) 1 10 100 1K 1 1220 361 80,0 14,3 2 1180 383 110,0 14,0 3 969 414 97,5 14,4 4 1170 421 108,0 13,1 5 1150 375 115,0 14,3 6 1030 394 99,1 14,4 7 981 365 90,1 14,1 8 860 358 85,7 9,2 9 885 408 94,0 12,0 10 869 360 96,0 9,5 Rata-rata 1031,4 383,9 97,54 12,93 Arus (ma) 1012 812 Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Konverter AC-DC 1031,4 612 412 212 12 383,9 97,54 12,93 1 Ω 10Ω 100Ω Beban (Ω) 1KΩ Gambar 4.8. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Konverter AC-DC Setelah didapat nilai tegangan dan arus, maka dapat dihitung daya dari konverter AC-DC seperti pada Tabel 4.10. ` Tabel 4.10. Perhitungan Daya Konverter AC-DC Tegangan (V) Arus (ma) Daya (W) 1,168 1031,40 1,20467 2,990 383,90 1,14786 9,160 97,54 0,89346 12,924 12,93 0,16710 Dengan menggunakan data yang terdapat pada Tabel 4.10 dibuat grafik daya pada Gambar 4.9. 27
Arus (ma) 1,4 1,2 1 0,8 Daya Konverter AC-DC 1,20467 1,14786 0,89346 0,6 0,4 0,2 0 1031,4 383,9 97,54 12,93 0,1671 Daya (W) Gambar 4.9. Grafik Daya Konverter AC-DC 4.3.2 Konverter DC-DC Konverter yang digunakan dan diuji merupakan konverter penaik tegangan DC. Pengujian dilakukan untuk mengetahui efisiensi elektris mulai dari penyearah tegangan hingga penaik tegangan. Diberikan beban bervariasi mulai dari 1Ω sampai 1kΩ menggunakan resistor 5W dan diukur dengan multimeter FLUKE 26 III. Rangkaian uji coba seperti pada Gambar 4.10 dan hasil uji coba tercantum pada Tabel 4.11. Dari hasil pengujian yang didapat bahwa efisiensi elektris rata-rata adalah 31,58%. Beban (Ω) Tegangan Input (AC) Arus Input (AC) Tabel 4.11. Hasil Pengujian Efisiensi Elektris Tegangan Output (DC) Arus Output (DC) Daya Input (W) Daya Output (mw) Efisiensi 1 1,5 V 100 ma 0,45 V 81,7 ma 0,150 36,76 24,51 % 10 2,1V 90 ma 0,72 V 71,8 ma 0,189 51,69 27,35 % 100 3,7 V 59 ma 3,12 V 30,8 ma 0,218 96,09 44,08 % 1k 3,6 V 61 ma 8,02 V 8,3 ma 0,219 66,56 30,39 % Iin AC Funct Gen Vin AC AC-DC Boost Iout DC Vout DC R1 Gambar 4.10. Rangkaian Pengujian Efisiensi Elektris 28
4.4 Hasil Energi Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan alat dalam menghasilkan energi dan kemudian mengisi akumulator. Pengujian dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan dari tiap pijakan yang kemudian mengisi akumulator menggunakan multimeter FLUKE 26 III. Dari uji coba didapatkan hasil sebagai berikut. Tabel 4.12. Hasil Pengisian Akumulator Pengujian ke- Tegangan (V) Arus (ma) 1 13,69 380 2 13,71 387 3 13,40 421 4 12,87 405 5 13,44 455 6 13,27 433 7 12,60 389 8 12,57 384 9 12,90 392 10 13,44 452 Rata-rata 13,20 409,8 Dengan menggunakan hasil pengujian pada Tabel 4.12 dapat dihitung daya total yang dapat disimpan ke dalam aki.... (4.1) Rata-rata lamanya rotor berputar dalam satu kali pijakan adalah 0,5 detik, maka dapat dihitung besarnya energi total yang dihasilkan dalam satu kali pijakan.... (4.2) 29
4.5 Penjumlahan Tegangan Dikarenakan alat yang dibuat mengggunakan multi generator, yaitu 2 buah generator dan 1 media penyimpanan berupa akumulator kering maka hasil keluaran dari generator- generator perlu dijumlahkan terlebih dahulu. Prinsip penjumlahan tegangan DC yang digunakan adalah dengan series voltage kedua buah tegangan untuk menghasilkan tegangan dan arus DC yang lebih besar. Diketahui besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan oleh masing-masing konverter DC-DC ditiap pijakan anak tangga dapat dilihat pada Tabel 4.12. Apabila kedua konverter DC-DC menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 13,2 volt dan arus rata-rata sebesar 409,8 ma maka hasil seri rata-rata kedua keluaran adalah...(4.3) dan Maka daya daya total ideal yang dapat disimpan ke dalam aki. Lamanya rotor berputar dalam satu kali pijakan adalah 0,5 detik, maka dapat dihitung besarnya energi total yang dihasilkan dalam satu kali pijakan bersama menggunakan Persamaan 4.4. 30
Apabila sekali pijakan menghasilkan energi sebesar dan kapasitas penuh akumulator adalah 60 wh menurut Persamaan 3.8, maka untuk mengisi penuh aki akan membutuhkan pijakan sebanyak. 4.6 Penyimpanan Energi Pengujian selanjutnya adalah pengujian untuk mengetahui berapa banyak energi yang dihasilkan dalam 5 menit pijakan beruntun pada kedua buah generator. Pertamatama tegangan akumulator dikurangi hingga 10,27 volt kemudian diisi dengan cara anak tangga dipijak selama 5 menit. Pengisian selama 5 menit tersebut menyebabkan akumulator terisi hingga 10,34 volt. Kemudian pengujian dilanjutkan dengan menggunakan akumulator sebagai sumber energi untuk menyalakan lampu LED 12VDC 3W. Selama penggunaan, tegangan dan arus akumulator diukur menggunakan multimeter FLUKE 115 dan didapatkan hasil pengujian yang tertulis pada Tabel 4.13. Tabel 4.13. Pengujian Akumulator Waktu (detik) Tegangan (volt) Arus (ma) 3 10,34 121 5 10,34 119 9 10,33 117 12 10,33 116 17 10,33 115 20 10,32 114 27 10,32 112 31 10,31 110 58 10,31 109 64 10,30 107 71 10,29 104 75 10,29 103 78 10,29 102 79 10,28 101 83 10,27 100 85 10,27 99 Rata-Rata 10,30 109,31 31
Tegangan (V) 10,35 10,34 10,33 10,32 10,31 10,3 10,29 10,28 10,27 10,26 Tegangan Akumulator 10,34 10,34 10,33 10,33 10,33 10,32 10,32 10,31 10,31 10,30 10,29 10,29 10,29 10,28 10,27 10,27 Waktu (detik) 121 119 117 116 115 114 112 110 109 107 104 103 102 101 100 99 Gambar 4.11. Grafik Tegangan Pengosongan Akumulator Arus (ma) 125 Arus Akumulator 121 120 119 117 115 115 116 114 112 110 109 110 105 107 104 102 103 100 100 101 99 95 Waktu (detik) 3 5 9 12 17 20 27 31 58 64 71 75 78 79 83 85 Gambar 4.12. Grafik Arus Pengosongan Akumulator Dari hasil pengujian didapatkan tegangan rata-rata sebesar 10,30 volt, arus ratarata 109,31 ma, dan waktu 85 detik maka daya yang didapat adalah 1,125 watt dan energi yang didapat adalah 95,70 joule. Namun dikarenakan adanya faktor lain seperti kuatnya pijakan, berat badan orang yang naik tangga serta gaya yang timbul pada mekanik maka besarnya keluaran tidak menentu. Jika pijakan lemah atau berat badan orang yang memijak anak tangga itu ringan, maka sistem tidak dapat menghasilkan keluaran yang cukup untuk mengisi 32
akumulator. Sehingga hasil penjumlahan keluaran tidak selalu seperti hasil yang tertulis pada Persamaan 4.3. 4.7 Hasil Akhir Alat Dan Pengujian Hasil akhir alat dan pengujian terhadap sistem adalah sebagai berikut : 1. Dimensi tiap anak tangga adalah, tinggi 18 cm x panjang 50 cm x lebar 25 cm ditunjukkan oleh Gambar 3.2. 2. Dari hasil pengujian mekanik pada Subbab 4.1, alat dapat dipijak dengan beban massa lebih dari 80 kg. Gambar 4.1 menjadi bukti bahwa alat mampu menahan beban hingga total 228 kg. 3. Menggunakan multi generator sebanyak 2 buah sebagai pembangkit energi yang terdapat pada 2 anak tangga dinamis. Realisasinya dapat dilihat pada Gambar 3.7. 4. Menggunakan aki kering 12V 5Ah sebagai media penyimpanan energi yang ditunjukkan oleh Gambar 3.10. 5. Energi yang tersimpan dipakai menghidupkan beban berupa lampu LED berdaya 3 watt yang ditunjukkan oleh Gambar 3.11. 6. Realisasi energi listrik yang dihasilkan oleh alat ini yaitu dalam satu kali pijakan bersama pada kedua generator. Apabila ada 300 orang melewati anak tangga, maka energi yang dihasilkan adalah Maka dengan 300 pijakan aki akan terisi dengan energi sebanyak... (4.4) 33