28

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil

pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil

perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan

setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian

perbagian maupun keseluruhan sistem.

4.1. Pengujian Turbin Vertikal

Turbin yang digunakan dalam perancangan skripsi ini adalah turbin vertikal

yaitu jenis turbin yang memiliki sumbu tegak ke atas.

Gambar 4.1 pengujian mekanik turbin

Sebelum mengetahui daya turbin vertikal yang dihasilkan perlu di bandingkan

terlebih dahulu dengan daya angin yang tersedia dengan cara mencari kecepatan aliran

angin, kerapatan udara, serta luas penampang obyek yang diterpa angin dengan

mengacu persamaan 2.3 dan persamaan 2.4.

Dimana :

P = daya (watt)

ρ = kerapatan udara (kg/m3)

v = kecepatan angin (m/s)

29

A = luas penampang (m2)

d = diameter sudu (m)

h = tinggi sudu (m)

sehingga didapat:

d = 66 cm =0,66 m

h = 35 cm =0,35 m

A = 0,66m x 0,35m = 0,231 m2

ρ = 1,29 kg/m3

v = 5,4 m/s

P = ½.ρ.A.v3

P = ½. 1,29kg/m3. 0,231 m2. (5,4m/s)3

P = 23,461 Watt

Daya angin yang tersedia adalah 23,461 Watt, berikutnya dapat dicari besar daya dari

turbinnya.

4.1.1. Turbin Ventilator

Turbin yang digunakan memiliki dimensi diameter 66 cm = 0,66m, tinggi

35cm=0,35m, lebar sudu 7cm= 0,07m, berat 4616 gr=4,616 kg dan memiliki blade atau

bilah sebanyak 26. Kecepatan sudut yang dihasilkan turbin tersebut saat menggunakan

kipas angin dengan kecepatan maksimal sebesar ± 70 rpm dengan kondisi telah

digabungkan ke generator. Berikut adalah perhitungan matematis turbinnya.

P = daya (watt)

ρ = kerapatan udara (kg/m3)

v = kecepatan angin (m/s)

A = luas penampang (m2)

30

( )( )

Sehingga:

A =

Po =

⁄ ( ⁄ )

Po = 1,655 Watt

- Efisiensi daya turbin

4.2. Pengujian Generator

Pengujian generator secara terkontrol di dalam ruangan dengan mengasumsikan

semua sumber adalah ideal bertujuan untuk mengetahui efisiensi dan performa dari

mekanik yang telah direalisasikan. Namun minim disini adalah dengan diameter kipas

angin 0,5 m, apakah turbin mampu memanfaatkan tenaga angin yang ada. Dengan

kecepatan angin yang berubah-ubah.

kecepatan angin

(kipas)

kecepatan angin

(terekstrak) CP tegangan arus jarak

m/s m/s DC V DC-mA cm

5,4

2,5 0,57469961 2,39 128 25

2,4 0,57956104 2,37 128 50

2 0,59119545 1,87 128 90

1,2 0,58093278 1,5 128 100

1 0,57227049 0 0 150

3,4

2,3 0,45464838 1,13 43,52 25

1,7 0,5625 0,74 43,52 50

0 0,5 0 0 90

0 0,5 0 0 100

0 0,5 0 0 150

2,4

1,3 0,54466869 0 0 25

0 0,5 0 0 50

0 0,5 0 0 90

0 0,5 0 0 100

0 0,5 0 0 150

Tabel 4.1 Pengujian Generator

31

Pengujian daya yang dihasilkan dengan sumber kipas angin menggunakan beban

resistor 5W 1Ω :

1. Menggunakan kipas angin dengan kecepatan 2,4 m/s (terbaca anemometer)

⁄ ( ⁄ )

2,059 Watt

⁄ ( ⁄ )

0.145 Watt

7%

2. Menggunakan kipas angin dengan kecepatan 3,4 m/s (terbaca anemometer)

⁄ ( ⁄ )

5,856 Watt

⁄ ( ⁄ )

0.413 Watt

32

7%

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian VOUT generator.

Gambar 4.3 Rangkaian pengujian IOUT generator

Pengujian mekanik secara terkontrol bagian ke dua di dalam ruang dengan cara

menembakkan angin dari kipas angin ke turbin ventilator dengan kecepatan angin

konstan sebesar 5,4 m/s terbaca anemometer. Turbin dapat berputar seperti yang

diharapkan dan generator setelah disearahkan menunjukkan hasil keluaran tegangan

sebesar 2,4V pada 70 RPM dan arus 0,023A= 23mA dalam kondisi generator telah

disearahkan dengan rangkaian bridge yang dirancang menggunakan dioda germanium

dan beban resistor 1 ohm. Kemudian output generator diberikan beban berupa resistor 5

W yang nilainya divariasikan dan memperoleh hasil sebagai berikut:

33

Gambar 4.4 Rangkaian penyearah tiga fase dengan dioda germanium

NO R

(Ω)

Vo

(Volt) Daya (watt)

1 1 0,04 0,0016

2 2 0,09 0,00405

3 4,7 0,2 0,008510638

4 5,6 0,25 0,011160714

5 5,7 0,25 0,010964912

6 6,6 0,27 0,011045455

7 6,7 0,29 0,012552239

8 7,6 0,3 0,011842105

9 8,2 0,33 0,013280488

10 9,4 0,37 0,01456383

11 9,2 0,35 0,013315217

12 10 0,38 0,01444

13 10,2 0,38 0,014156863

14 11 0,4 0,014545455

15 11,2 0,42 0,01575

16 12 0,42 0,0147

17 14,7 0,46 0,014394558

18 15,6 0,5 0,016025641

19 16,4 0,53 0,017128049

20 17,4 0,55 0,017385057

21 17,6 0,55 0,0171875

22 18,2 0,56 0,017230769

23 19,2 0,58 0,017520833

24 19,4 0,6 0,018556701

25 20 0,6 0,018

Tabel 4.2 Pengujian Generator dengan Beban Resistor

34

Gambar 4.5. Grafik daya Generator dengan Beban Resistor 5 Watt (penyearah

menggunakan dioda germanium)

Daya yang dihasilkan pada generator adalah :

Dimana :

P = Daya (Watt)

I = Arus listrik (A)

V = Tegangan (V)

= 55,2 mW

Pengujian mekanik secara terkontrol bagian ke tiga masih seperti percobaan yang

dilakukan sebelumnya dengan menggunakan kecepatan angin konstan sebesar 5,4 m/s

terbaca anemometer. Turbin dapat berputar seperti yang diharapkan dan generator

setelah disearahkan menunjukkan hasil keluaran tegangan sebesar 2,4 VDC pada 70

RPM dan arus sebesar 117 DCmA terbaca multimeter dalam kondisi generator telah

disearahkan dengan rangkaian bridge yang dirancang menggunakan dioda schottky tipe

1N5821 dan beban resistor 1 ohm. Kemudian output generator diberikan beban berupa

resistor 5 W yang nilainya divariasikan dan memperoleh hasil sebagai berikut:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25

day

a (m

W)

resistor (Ω)

daya generator setelah disearahkan (penyearah dengan dioda germanium)

35

Gambar 4.6 Rangkaian Penyearah Tiga Fase dengan dioda 1n5821

R Vo P Arus

(Ω) (V) (mW) (mA)

1 0,139 19,321 139

2 0,192 18,432 96

4,7 0,458 44,63064 97,44681

5,6 0,621 68,86446 110,8929

6,6 0,721 78,76379 109,2424

7,6 0,812 86,75579 106,8421

8,2 0,822 82,40049 100,2439

9,4 0,922 90,43447 98,08511

10 0,943 88,9249 94,3

12 1,013 85,51408 84,41667

14,7 1,27 109,7211 86,39456

15,6 1,12 80,41026 71,79487

16,4 1,194 86,92902 72,80488

17,4 1,331 101,8139 76,49425

18,2 1,26 87,23077 69,23077

19,2 1,336 92,96333 69,58333

20 1,304 85,0208 65,2

Tabel 4.3 Pengujian Generator dengan Beban Resistor dengan Penyearah

Menggunakan dioda 1n5821

36

Gambar 4.7 grafik daya yang dihasilkan generator

Mengacu pada hasil pengamatan gambar di atas maka daya masimal yang dihasilkan

oleh genertor sebesar 110 mWatt ketika generator diberi beban sebuah resistor 5 Watt

14,7Ω.

Gambar 4.8 Tegangan keluaran generator (kanan) dan arus keluaran (kiri)

4.3. Pengujian Boost Converter

Pengujian yang dilakukan terhadap modul boost converter dengan IC BL-8530

yang dilakukan adalah dengan mengukur tegangan masukan (VIN) dan tegangan

keluaran (VOUT) yang dihasilkan oleh modul ini serta besarnya arus keluaran (IOUT) yang

1 2

4,7

5,6 6,6

7,6 8,2 9,4 10 12

14,7

15,6 16,4

17,4

18,2 19,2

20; 85,0208

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25

Day

a (m

W)

resistor (Ω)

daya generator dengan beban resistor 5 watt (penyearah menggunakan dioda 1n5821)

37

mengalir seperti ditunjukkan Gambar. Modul boost converter ini diuji dengan

memberikan tegangan masukan menggunakan generator AC yang telah di searahkan.

Sesuai datasheet, IC ini akan bekerja jika terdapat tegangan masukan minimal (VIN(min))

sebesar 0,3V. Akan tetapi pada realisasinya, saat terdapat masukan sebesar 0,97V-

2,11V modul ini sudah mampu bekerja menaikkan tegangan keluaran menjadi sebesar

5,27V.

generator (V) regulator (V)

0 0

0,23 0,15

0,32 0,26

0,38 0,29

0,44 0,32

0,47 0,38

0,5 0,44

0,56 0,5

0,9 2,33

0,97 5,27

1,73 5,27

1,93 5,27

2,11 5,27

Tabel 4.4 Pengujian Boost Regulator Tanpa Beban

Gambar 4.9 Uji performa modul boost regulator

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Tega

nga

n R

egu

lato

r(V

)

Tegangan Generator (V)

Series1

38

Gambar 4.10. Rangkaian pengujian Iout Boost Regulator

Gambar 4.10 menunjukkan rangkaian pengujian arus keluaran IOUT dari modul boost

converter. Besarnya nilai RL yang digunakan adalah 5Watt 1Ω. Sedangkan Gambar 4.11

menunjukkan rangkaian pengujian tegangan keluaran (VOUT) modul boost converter

Gambar 4.11 Rangkaian pengujian VOUT Boost Regulator

Gambar 4.12 tegangan keluaran regulator (kanan) dan arus keluaran (kiri)

39

Gambar 4.13 tegangan keluaran generator dan tegangan keluaran boost regulator

Gambar 4.13 menunjukkan bahwa saat terdapat VIN dari generator sebesar 2.63V, VOUT

dari boost converter terukur sebesar 5,39V. Dengan menguji besarnya PIN dan POUT ,

dapat dihitung besarnya efisiensi dari modul boost converter ini.

Dimana Pout dan Pin diperoleh dengan persamaan

Hasil pengujian pada Gambar 4.9 menunjukkan bahwa saat tegangan masukan (VIN)

sebesar 0,23V, modul sudah mampu bekerja dengan memberikan tegangan keluaran

(VOUT) sebesar 0,15V dan modul boost converter bekerja. Saat tegangan masukan (VIN)

sebesar 0.97 V maka tegangan keluaran (VOUT) sebesar 5,27. Dengan demikian

jangkauan tegangan dapat digunakan untuk memberi masukan rangkaian Boost

Converter agar menghasilkan tegangan keluaran stabil di sekitar 5,27V.

40

R(Ω) Vo (V) P (mW)

1 0,1 10

2 0,18 16,2

4,7 0,33 23,17021

5,6 0,37 24,44643

6,6 0,38 21,87879

7,6 0,39 20,01316

8,2 0,46 25,80488

9,4 0,47 23,5

10 0,5 25

12 0,54 24,3

14,7 0,56 21,33333

15,6 0,61 23,85256

16,4 0,56 19,12195

17,4 0,56 18,02299

18,2 0,61 20,44505

19,2 0,6 18,75

20 0,67 22,445

Tabel 4.5 Pengujian Boost Regulator dengan Beban

Gambar 4.14 Uji performa modul boost regulator untuk mengetahui daya

maksimal yang dihasilkan

Pada gambar 4.14 terlihat berapa besar daya maksimum sebesar 26 mWatt yang

dihasilkan regulator ketika diberi beban resistor 5 watt 8,2 Ω.

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

Day

a (m

W)

resistor (Ω)

uji modul boost converter

41

4.4. Pengujian Penyimpanan Energi pada Baterai

Tegangan keluaran yang telah diproses oleh rangkaian rangkaian Boost

Converter selanjutnya digunakan untuk mengisi baterai. Pengujian dilakukan dengan

mengamati tegangan dan arus baterai selama periode tertentu saat dilakukan pengisian.

Terdapat LED sebagai indikator yang akan menyala ketika proses pengisian baterai.

Gambar 4.15 Rangkaian pengujian pengisian batere

Gambar 4.16 Grafik tegangan batere (atas) dan arus batere (bawah) ketika

pengisian.

300; 1,57

1,51,511,521,531,541,551,561,571,58

0 100 200 300 400

tega

ng(

Vo

lt)

t(sec)

tegangan pengisian

Series1

300; 1,46

1,34

1,36

1,38

1,4

1,42

1,44

1,46

1,48

0 100 200 300 400

aru

s(m

A)

t(sec)

Arus pengisian

Series1

42

Gambar 4.16 menunjukkan bahwa tegangan awal baterai (Vbat) adalah 1,45 V dengan

arus (Ibat) 1,30 mA. Hal ini menunjukkan proses pengisian baterai sudah dimulai

sebelumnya. Kemudian pada detik ke 30s, tegangan baterai berubah menjadi 1,509V

dengan arus 1.36 mA. Hal ini berarti baterai sudah mengalami pengisian. Proses

pengisian kemudian berlangsung sampai 300s, tegangan baterai menjadi sebesar 1.57V

dengan arus sebesar 1.46 mA. Besarnya arus yang mengalir dalam proses pengisian

mengalami penurunan dikarenakan saat mula-mula baterai harus terisi dahulu untuk

dipancing. Ketika baterai semakin terisi tegangannya naik sehingga arus pengisian

menurun. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa penyimpanan energi ke

dalam baterai sudah dapat dilakukan oleh alat yang dibuat.

Gambar 4.17 Arus puncak yang terbaca ketika dibebani baterai saat kondisi

kosong atau saat memulai pengisian

4.5. Pengujian Keseluruhan Alat

Pengujian keseluruhan dilakukan dengan menggabungkan keseluruhan modul.

Pengujian keseluruhan alat yang pertama dilakukan adalah dengan menggunakan kipas

Angin dengan kecepatan maksimum yaitu 5,4m/s terbaca anemometer dan diposisikan

pada jarak 25 cm dengan turbin angin, agar memperoleh tegangan keluaran generator

43

secara maksimum setelah generator disearahkan, untuk kemudian dihubungkan pada

boost converter dan kemudian digunakan untuk mengisi baterai. Pengisian dilakukan

dengan menghidupkan alat selama 24 jam yang dimulai pukul 15.00 pada hari

sebelumnya sampai dengan 15.00 dihari berikutnya. Nilai arus maksimal yang

tersimpan selama pengisian (Ibat) adalah sebesar 104 mA, Jadi hanya menggunakan

8,67% dari kapasitas baterai sedangkan tegangan baterai sebesar 3,68V .

Gambar 4.18 Arus terbaca setelah proses pengisian selama 24 jam

(

) (

)

Estimasi waktu agar batere terisi penuh dengan arus masukan sebesar 28,81 mA adalah

Kapasitas baterai yang digunakan sebesar 3,7 V 1200mAh.

Perhitungan Energi yang tersimpan pada baterai adalah

44

Saat proses pengosongan baterai menggunakan beban berupa resistor sebesar 5 watt 1 Ω

dan sebuah led senter 1 Watt

Gambar 4.19 rangkaian saat proses pengosongan baterai

t arus

(sec) (mA)

0 104

30 103,9

60 103,9

90 103,9

120 103,8

150 103,5

180 103,3

210 103

240 102,6

270 102,2

300 101,7

330 101,2

360 100,8

390 100,3

420 99,8

450 99,4

480 98,9

510 98,6

540 98,2

570 97,8

600 97,4

630 97,1

660 96,7

690 96,5

720 96,2

750 95,9

780 95,6

810 95,4

840 95,2

870 94,9

900 94,7

930 94,5

960 94,3

990 94,1

1020 93,9

1050 93,6

1080 93,4

1110 93,2

1140 93,1

1170 92,9

1200 92,8

1230 92,6

1260 92,4

1290 92,3

1320 92,1

1350 91,8

1380 91,6

1410 91,4

1440 91,2

1470 91,1

1500 90,9

1530 90,8

1560 90,6

1590 90,5

1620 90,3

1650 90,2

1680 90

1710 89,9

1740 89,7

1770 89,6

1800 89,6

1830 89,4

1860 89,1

1890 89,1

1920 88,8

1950 88,7

1980 88,6

2010 88,4

2040 88,3

2070 88,3

2100 88

2130 88

2160 87,9

DC A

1.3

83 A

D1LED1

+ V13.7V

RL1

45

2190 87,8

2220 87,6

2250 87,6

2280 87,4

2310 87,3

2340 87,1

2370 87

2400 86,8

2430 86,7

2460 86,6

2490 86,5

2520 86,4

2550 86,3

2580 86,2

2610 86

2640 85,9

2670 85,7

2700 85,6

2730 85,5

2760 85,4

2790 85,3

2820 85,1

2850 84,9

2880 84,8

2910 84,7

2940 84,6

2970 84,5

3000 84,3

3030 84,2

3060 84

3090 83,9

3120 83,7

3150 83,6

3180 83,5

3210 83,3

3240 83,2

3270 83,1

3300 82,9

3330 82,8

3360 82,7

3390 82,5

3420 82,4

3450 82,3

3480 82,2

3510 82

3540 81,9

3570 81,6

3600 81,4

Tabel 4.6 Arus Pengosongan

Gambar 4.20 Grafik arus saat proses pengosongan dalam waktu tertentu

300; 101,7 101,5

102

102,5

103

103,5

104

104,5

0 50 100 150 200 250 300 350

Aru

s B

ate

rai (

mA

)

t(s)

Arus

46

Gambar 4.21 tegangan saat diberi beban baterai

Pada gambar 4.21 menunjukkan yang terjadi ketika alat dibebani sebuah baterai dan

tegangan yang terbaca sebelum dibebani baterai adalah seperti gambar 4.13. Pada

gambar 4.22 menunjukkan arus yang masuk selama proses pengisian. Pada proses

pengisian arus yang terbaca berubah-ubah dari yang paling rendah dirunjukkan dengan

nilai 8,98 mA dan tertinggi adalah 12,04mA.

Gambar 4.22 arus yang masuk selama proses pengisian

47

Gambar 4.23 arus terbaca setelah pengisian 1 jam

Pengisian Baterai selama 1 jam diperoleh arus yang tersimpan sebesar 86,1mA dengan

alat yang direalisasikan dan percobaan secara terkontrol atau lebih tepatnya percobaan

di dalam ruangan diperoleh:

Energi yang tersimpan di baterai

4.6. Pengujian Aktual

Pada pengujian aktual dilakukan pada tanggal 1 maret 2016 akan tetapi hanya

melakukan pengujian sebatas mekanik saja dengan cara menggabungkan turbin dengan

generator. Terlihat bahwa turbin dapat berputar seperti yang diharapkan pada kecepatan

2 m/s dan 3,3 m/s, akan tetapi hembusan angin tidak kontinyu. Ketika kecepatan angin

turun maka turbin angin tidak dapat berputar.

48

4.7. Rencana Perubahan Spesifikasi

No Spesifikasi awal

Perbandingan dengan

spesifikasi awal

1 2

1. Menggunakan ventilator turbin

angin dengan dimensi mekanis yang

memiliki ukuran panjang diameter

45 cm dan tinggi 35 cm

Dimensi

panjang 66 cm

tinggi 35 cm

2. Bahan pembuatan turbin terbuat

dari alumunium dengan ketebalan

0,3 mm atau stainless dengan

ketebalan 0,3 mm.

3. Menggunakan gear yang terbuat

dari bahan kuningan dengan

perbandingan 10:1 dengan asumsi

satu putaran turbin dapat

memutaarkan rotor generator

sepuluh kali (jumlah gigi n1=100

dan n2 = 10)

Jumlah gigi

n1= 110 dan

n2 =10

Menggunakan

pulley dengan

diameter d1=

9,2 mm dan

d2= 12,5cm

4. Menggunakan penyimpan energi

berupa baterai sebesar 3,7 v 1,2 Ah

5. Menggunakan generator DC dengan

spesifikasi tegangan kaluaran

sebesar 12V-24V dan daya keluaran

sebesar 20 watt

Menggunakan

generator AC 3

phase dengan

daya keluaran

300 watt

Menggunakan

dinamo sepeda

onthel 12 V-

6watt

6. Dapat menyalakan lampu led secara

oromatis ketika baterai telah terisi

penuh

Dapat

menyalakan

led pada waktu

tertentu (hidup

pukul 17.00

mati 04.00)

Langsung

digunakan

intuk

menghidupkan

LED