BAB IV ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT 4.1 Hasil Penelitian Setelah alat dan bahan didapat dan dipersiapkan maka perangkat-keras dan perangkat-lunak telah berhasil dibuat sesuai dengan rancangan awal walau masih perlu sedikit penyempurnaan. Hasil dari proses pembuatan berupa suatu perangkat keras yang bisa dioperasikan secara manual ataupun otomatis melalui Serial monitor yang ada pada perangkat lunak Arduino Gambar 4.1 Hasil perancangan alat 41
4.2 Analisa Alat Pada perancangan alat ini, dihasilkan suatu perangkat simulator yang pada awalnya menampilkan pemilihan mode operasi, yakni manual maupun otomatis pada layar LCD seperti gambar berikut ini. Gambar 4.2 Tampilan awal layar LCD Dengan dihubungkannya port serial USB di modul Arduino ke komputer (sebagai HMI), maka kita dapat memerintah perangkat melalui Serial monitor yang merupakan fitur dari perangkat lunak Arduino Gambar 4.3 Menu Serial monitor 42
Pada menu Serial monitor tersebut, untuk masuk ke mode operasi manual, maka ketik m, kemudian perangkat akan menampilkan parameter-parameter pada mode operasi manual di LCD-nya yang terdiri dari nilai aktual atau kondisi Fan1 (fan1), Fan2 (fan2), posisi servo valve (valve), dan nilai suhu aktual (T) seperti pada gambar berikut ini: (a) LCD (b) Serial monitor Gambar 4.4 Tampilan pada mode manual Sedangkan untuk masuk ke mode operasi otomatis, maka pada Serial monitor ketik a, kemudian perangkat akan menampilkan parameter-parameter pada mode operasi otomatis di layar LCD-nya yang terdiri dari nilai setpoint (s), Fan1 (f1), Fan2 (f2), servo valve (vlv) dan nilai suhu aktual (T) seperti gambar berikut ini 43
(a) LCD (b) Serial Monitor Gambar 4.5 Tampilan saat mode otomatis 4.2.1 Cara kerja mode manual Pada mode manual, operator memasukkan nilai parameter kecepatan untuk Fan1, Fan2, dan servo valve secara bersama dengan mengetik di layar Serial monitor dengan format s(nilai fan1),(nilai fan2),(nilai posisi servo valve), kemudian tekan enter. Sebagai contoh: s100,200,90. Maka Fan1 akan berputar dengan umpan nilai PWM 100, Fan2 berputar dengan umpan nilai PWM 200 dan servo valve akan bergerak/berputar sejauh 90 0 (1/4 putaran). Nilai parameter di Serial monitor dan LCD juga akan tertampil sesuai setingan dari Serial monitor tersebut. Untuk melakukan perubahan parameter, lakukan kembali pengisian parameter seperti pengetikan diatas sesuai kebutuhan operasi. 44
Gambar 4.6 Memasukkan parameter mode manual 4.2.2 Cara kerja mode otomatis Setelah melakukan pemilihan mode otomatis, maka operator hanya melakukan pengisian nilai setpoint suhu pada Serial monitor sesuai dengan kebutuhan. Format yang diketik di Serial monitor untuk memasukkan setpoint cukup dengan ketik s (nilai setpoint), kemudian tekan enter. Sebagai contoh: s30. Dengan memasukkan suhu setpoint tersebut, kemudian perangkat akan membandingkan nilainya dengan suhu aktual yang didapat dari sensor suhu yang telah dikonversi pada program Arduino. Apabila nilai setpoint lebih kecil dari suhu aktualnya, maka perangkat otomatis akan mengaktifkan (memutar) Fan1 dan menaikkan putarannya sampai didapatkan suhu aktual sama dengan setpoint dan seterusnya seperti yang telah dijelaskan di bab sebelumnya. Mengenai besarnya peningkatan dan penurunan 45
putaran yang disesuaikan dengan selisih nilai setpoint dan suhu aktual juga berhasil dilakukan setelah beberapa kali uji coba. Operator bisa melakukan pengisian untuk merubah nilai setpoint setiap saat. Untuk tampilan saat memasukkan parameter setpoint pada mode otomatis pada Serial monitor adalah seperti gambar berikut: Gambar 4.7 Memasukkan parameter setpoint mode otomatis Perangkat ini juga memberikan kemudahan untuk operator apabila menginginkan perubahan mode operasi pada saat suatu mode operasi sedang berjalan. Yakni dengan ketik mode operasi yang diinginkan pada Serial monitor. Sebagai contoh: saat mode operasi manual sedang dijalankan, untuk mengubah menjadi mode otomatis hanya dengan ketik a di Serial monitor kemudian enter. Mode operasi langsung 46
berubah ke mode otomatis. Begitu pula sebaliknya dari mode otomatis ke manual yaitu dengan ketik m di Serial monitor kemudian enter. Kemudian pada saat perubahan operasi dilakukan, operator juga tidak dikhawatirkan oleh nilai parameter untuk aktuator maupun setpoint, karena dengan adanya penyimpanan data ke EEPROM, maka nilai parameter akan menyesuaikan dengan kondisi terakhir sebelum terjadi perubahan mode operasi. Adanya fasilitas reset pada perangkat yang terdapat pada LCD keypad shield bermanfaat untuk mengembalikan kondisi operasi seperti awal sebelum pemilihan mode operasi, yakni tampilan pemilihan mode manual maupun otomatis. 4.3 Pengujian Alat Pengujian alat ini dilakukan untuk membuktikan bahwa perangkat yang dibuat memiliki manfaat untuk menghemat konsumsi daya listrik jika dibandingkan dengan kondisi yang ada saat ini yakni dengan sistem DOL (Direct Online). Selain itu juga pembuktian adanya perubahan kecepatan putar yang berbeda-beda saat berada pada mode otomatis dengan kondisi selisih nilai setpoint dan suhu aktual yang berbeda. 4.3.1 Pengujian penghematan konsumsi daya Untuk pengujian yang pertama ini, digunakan mode operasi manual agar terlihat perbedaan konsumsi daya pada keadaan yang tetap (stabil) sehingga pengukuran yang dilakukan bisa terlihat. Pengukuran yang dilakukan adalah untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus saat kondisi putaran yang berbeda-beda. Sehingga dengan mendapatkan kedua parameter itu, kita bisa mengetahui konsumsi daya yang 47
dihasilkan. Disini kita melakukan perubahan putaran dengan mengubah-ubah nilai PWM yang diumpankan ke aktuator seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Yakni dengan memasukkan nilai parameter seperti pada mode manual. Hasil dari pengukuran untuk sebuah kipas pendinginnya adalah sebagai berikut Tabel 4.1 Pengujian konsumsi daya listrik Bit (PWM) Tegangan (Vdc) Arus (ma) Daya (P=mWatt) 25 2.86 26.3 75.218 50 4.02 40.5 162.81 75 5.06 54.4 275.264 100 5.85 67.8 396.63 125 6.80 81.2 552.16 150 7.45 94.2 701.79 175 8.30 107.5 892.25 200 9.18 119.0 1092.42 225 10.04 128.2 1287.128 255 (max) 11.00 145.3 1598.3 Pada tabel diatas dapat terlihat saat kecepatan maksimum yang kondisinya sama dengan sistem tanpa pengontrol kecepatan atau DOL (Direct online) akan mengkonsumsi daya sebesar 1.5983 watt. Saat kondisi kecepatan putar diatur, maka konsumsi daya menjadi lebih sedikit. Semakin kecil kondisi putarannya, maka daya konsumsi daya juga menjadi semakin kecil sehingga terbukti sistem kontrol yang 48
dilakukan perangkat dapat melakukan penghematan daya listrik yang cukup signifikan. 4.3.2 Pengujian respon kecepatan putar pada mode otomatis Pada pembahasan terdahulu sudah dijelaskan bahwa pada mode otomatis, perangkat akan menjalankan semua aktuator (dua kipas pendingin dan satu motor servo). Aksinya tergantung dari penghitungan selisih nilai suhu aktual dan suhu setpoint dimana model algoritmanya dan hasil pengujiannya adalah sebagai berikut: - Jika nilai selisih adalah nol, artinya suhu aktual sama dengan nilai setpoint, maka aksi aktuator adalah tetap mempertahankan kondisinya. Hasil pengujiannya adalah sebagai berikut Gambar 4.8 Suhu aktual sama dengan setpoint - Jika nilai suhu aktual lebih besar dari setpoint, maka kecepatan putar Fan1 akan meningkat sampai nilai maksimumnya dilanjutkan Fan2 sampai nilai maksimumnya dan terakhir dilanjutkan motor servo yang menutup perlahan tiap satu derajat dengan aturan sebagai berikut: 49
a. jika nilai selisihnya adalah satu, maka peningkatan kecepatan adalah per-1 bit PWM dan menutupnya motor servo tiap satu derajat pergerakan. Hasil pengujiannya adalah sebagai berikut: Gambar 4.9 Suhu aktual lebih besar 1 o C dari setpoint b. jika nilai selisihnya adalah 2 sampai 5, maka peningkatan kecepatannya adalah per-3 bit PWM dan menutupnya motor servo tiap satu derajat pergerakan. Hasil pengujiannya adalah sebagai berikut: 50
Gambar 4.10 suhu aktual lebih besar 2 o C dari setpoint Gambar 4.11 Suhu aktual lebih besar 5 o C dari setpoint 51
c. jika nilai selisihnya adalah 6 sampai 9, maka peningkatan kecepatannya adalah per-5 bit PWM dan menutupnya motor servo tiap satu derajat pergerakan. Hasil pengujiannya adalah sebagai berikut: Gambar 4.12 Suhu aktual lebih besar 8 o C dari setpoint d. jika nilai selisihnya sama atau lebih dari 10 o C, maka peningkatan kecepatannya adalah per-7 bit PWM dan menutupnya motor servo tiap satu derajat pergerakan. Hasil pengujiannya adalah sebagai berikut: 52
Gambar 4.13 Suhu aktual lebih besar 13 o C dari setpoint - Jika nilai suhu aktual lebih kecil dari setpoint, maka motor servo yang membuka perlahan tiap satu derajat sampai membuka maksimal, dilanjutkan kecepatan putar Fan2 akan menurun dari maksimum sampai berhenti (nilainya nol) dan terakhir dilanjutkan Fan1 juga menurun sampai berhenti dengan aturan sebagai berikut: a. jika nilai selisihnya adalah satu maka menutupnya motor servo tiap satu derajat pergerakan dan penurunan kecepatan kipas pendinginnya adalah per-1 bit PWM. Hasil pengujiannya bisa dilihat pada gambar berikut: 53
Gambar 4.14 suhu aktual lebih kecil 1 o C atau 2 o C dari setpoint b. jika nilai selisihnya adalah 2 sampai 5, maka membukanya motor servo tiap satu derajat pergerakan dan penurunan kecepatan kipas pendinginnya adalah per-3 bit PWM. Hasil pengujiannya sebagian sudah tampak pada gambar 4.14 diatas (selisih 2 o C) dan juga hasil pengujian berikut: 54
Gambar 4.15 suhu aktual lebih kecil 5 o C atau 6 o C dari setpoint c. jika nilai selisihnya adalah 6 sampai 9, maka membukanya motor servo tiap satu derajat pergerakan dan penurunan kecepatan kipas pendinginnya adalah per-5 bit PWM. Hasil pengujiannya sebagian sudah terlihat pada gambar 4.15 diatas (selisih 6 o C) dan hasil pengujian berikut: 55
Gambar 4.16 Suhu aktual lebih kecil 9 o C atau 10 o C dari setpoint d. jika nilai selisihnya sama atau lebih dari 10 o C, maka menutupnya motor servo tiap satu derajat pergerakan dan penurunan kecepatan kipas pendinginnya adalah per-7 bit PWM. Hasil pengujiannya sebagian sudah terlihat pada gambar 4.16 diatas (selisih 10 o C). Dari hasil beberapa pengujian yang ditampilkan diatas, maka dapat terangkum dalam tabel berikut ini: 56
Tabel 4.2 Hasil Pengujian respon aktuator pada mode otomatis Suhu aktual Setpoint Aksi kontrol ( O C) ( O C) Kecepatan Kipas Servo 28 28 tetap Tetap 28 27 Naik per-1bit PWM menutup per-1 o 28 23 s/d 26 Naik per-3bit PWM Menutup per-1 o 28 20 (atau 19 s/d 22) Naik per-5bit PWM Menutup per-1 o 28 15 (atau <19) Naik per-7bit PWM Menutup per-1 o 28 29 Turun per-1bit PWM Membuka per-1 o 27 29 Turun per-3bit PWM Membuka per-1 o 28 33 Turun per-3bit PWM Membuka per-1 o 27 33 Turun per-5bit PWM Membuka per-1 o 28 37 Turun per-5bit PWM Membuka per-1 o 27 37 Turun per-7bit PWM Membuka per-1 o Terlihat pada tabel pengujian diatas menunjukkan perangkat yang dibuat memiliki tanggapan perubahan yang berbeda untuk tiap perbedaan nilai suhu aktual dan setpoint. Sisi positif yang bisa dirasakan adalah kontrol tersebut diharapkan akan mempercepat kondisi suhu aktual sesuai dengan kebutuhan operasional turbin kompresor agar bekerja lebih optimal. 57