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%.