rancang bangun sistem pengendalian unit

RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIAN UNIT PENYIMPANAN
DAYA DAN DISTRIBUSI BEBAN PADA MINI – MIKROHIDRO SKALA
LABORATORIUM DI WORKSHOP INSTRUMENTASI
ARI SUPRAYOGI
2409030030
Dosen Pembimbing :
Dr. Bambang L. Widjiantoro, ST,MT.
Program Studi D3 Teknik Instrumentasi
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2012
Abstrak
Listrik merupakan hasil akhir dari sebuah proses yang saling
berkesinambungan pada sebuah Mini-mikrohidro plant. Daya merupakan salah
satu variabel penting yang harus dikontrol dan dimonitoring karena itu
menunjukkan keberhasilan dari beberapa proses sebelumnya. Maka dari itu tujuan
pembuatan rancang bangun pengendalian daya ini sebagai pengontrol aliran daya
listrik dari generator ke unit distribusi maupun ke unit penyimpanan pada mini
mikrohidro plant. Prinsip kerja control daya ini adalah daya yang dihasilkan
generator akan disimpan di baterai dan didistribusikan langsung ke beban. Kedua
hal tersebut nantinya dikendalikan berdasar perintah/logika yang diberikan oleh
mikrokontroller dan daya yang diukur oleh sensor daya akan ditampilkan pada
sebuah layar LCD. Kemudian pemakaian masing-masing beban akan
dimonitoring. Fungsi sistem penyimpanan daya ini adalah sebagai sumber energi
kedua untuk disalurkan ke beban, sehingga beban tetap teraliri listrik walaupun
sumber energi utama yaitu generator berhenti beroperasi.
Kata kunci :Mini mikrohidro plant, pengendalian daya, mikrokontroller.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki potensi besar
cadangan energi baru dan terbarukan
tetapi pemanfaatannya masih belum
maksimal.
Berdasarkan
data
Kementerian
ESDM,
kapasitas
terpasang pembangkit listrik tenaga
air baik skala besar/kecil baru
mencapai 4200 MW atau sekitar
5,5% dari total potensi yang ada.
Sementara
untuk
yang
skala
mini/mikro mencapai 215 MW atau
sekitar 37,5% dari total potensi.
Dengan potensi yang cukup besar
dan bersifat terbarui, dan ramah
lingkungan,
Pemerintah
terus
mendorong upaya
pemanfaatan
tenaga
air
khususnya
skala
mini/mikro sebagai pembangkit
tenaga listrik. [1]
Pembangkit Listrik Tenaga
Mikro Hidro (PLTMH) merupakan
teknologi yang memanfaatkan aliran
air sebagai tenaga untuk memutar
turbin dan dinamo atau generator
sehingga menghasilkan energi listrik
kurang dari 100 kilowatt. PLTMH
biasanya digunakan untuk melayani
kebutuhan listrik bagi masyarakat
pedesaan yang tidak terjangkau
layanan listrik negara (PLN).
PLTMH merupakan salah satu
pilihan pengubahan energi yang
paling ramah lingkungan karena
tidak seperti pembangkit listrik
berskala besar, PLTMH tidak
mengganggu aliran sungai secara
signifikan. Tidak seperti pembangkit
listrik lainnya yang menggunakan
bahan bakar fosil (batu bara, bensin,
solar, dan sebagainya), PLTMH
sama sekali tidak menggunakan
bahan bakar tersebut. Penerapan
PLTMH merupakan upaya positif
untuk mengurangi laju perubahan
iklim global yang sedang menjadi isu
penting dewasa ini.
Daya listrik adalah hasil output
dari PLTMH biasanya semua proses
harus optimum untuk menghasilkan
suatu daya. Maka dari itu pada tugas
akhir kali ini saya sebagai penulis
merancang suatu alat pengendalian
daya pada PLTMH tersebut.
Pengendalian daya disini dalam
artian seperti pada sistem solar cell,
yaitu daya yang dihasilkan panel
surya akan disimpan di accu dan
didistribusikan langsung ke beban.
Kedua
hal
tersebut
nantinya
dikendalikan berdasar perintah atau
logika
yang
diberikan
oleh
mikrokontroller dan daya yang
diukur oleh sensor daya akan
ditampilkan pada sebuah layar LCD.
Fungsi sistem penyimpanan daya ini
adalah sebagai sumber energi kedua
untuk disalurkan ke beban, sehingga
beban tetap teraliri listrik walaupun
sumber energi utama yaitu generator
berhenti beroperasi.
1.2 Permasalahan
Dalam
tugas
akhir
ini
permasalahan yang akan diselesaikan
adalah
bagaimana
cara
mengendalikan dan memonitoring
daya listrik yang dihasilkan oleh
generator untuk disimpan dan
didistribusikan ke beban.
1.3 Batasan masalah
Batasan
masalah
yang
digunakan dalam pelaksanaan tugas
akhir ini adalah sebagai berikut :
• Variable process yang dicontrol
dan dimonitor adalah Daya
listrik.
• Controller yang digunakan
adalah Mikrokontroler ATMega
8535.
• Mode kontroler yang digunakan
adalah mode ON-OFF.
• Pada tugas akhir ini hanya
membahas
mengenai
pengendalian
daya
untuk
penyimpanan dan distribusi.
1.4 Tujuan
Tujuan dari pembuatan tugas
akhir ini adalah mengendalikan dan
memonitoring daya listrik yang
dihasilkan oleh generator untuk
disimpan serta mendistribusikannya
ke beban.
BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1 Sistem Distribusi Tenaga
Listrik
Karena
berbagai
persoalan
teknis,
tenaga
listrik
hanya
dibangkitkan pada tempat-tempat
tertentu. Sedangkan pemakai tenaga
listrik atau pelanggan tenaga listrik
tersebar diberbagai tempat, maka
penyampaian tenaga listrik dari
tempat dibangkitkan sampai ke
tempat
pelanggan
memerlukan
berbagai penanganan teknis. Tenaga
Listrik dibangkitkan dalam Pusatpusat Listrik seperti PLTA, PLTU,
PLTG, PLTP dan PLTD kemudian
disalurkan melalui saluran transmisi
setelah terlebih dahulu dinaikkan
tegangannya oleh transformator
penaik
tegangan
(step-up
transformer) yang ada di Pusat
Listrik. Saluran transmisi tegangan
tinggi
di
PLN
kebanyakan
mempunyai tegangan 66 KV, 150
KV dan 500 KV. Khusus untuk
tegangan 500 KV dalam praktek saat
ini disebut sebagai tegangan ekstra
tinggi.
Gambar 2.1 Bagan Penyampaian
Tenaga Listrik ke Pelanggan[2]
Masih ada beberapa saluran
transmisi dengan tegangan 30 KV
namun tidak dikembangkan lagi oleh
PLN. Saluran transmisi ada yang
berupa saluran udara dan ada pula
yang berupa kabel tanah. Karena
saluran udara harganya jauh lebih
murah dibandingkan dengan kabel
tanah maka saluran transmisi PLN
kebanyakan berupa saluran udara.
Kerugian
dan
saluran
udara
dibandingkan dengan kabel tanah
adalah bahwa saluran udara mudah
terganggu misalnya karena kena
petir, kena pohon dan lain-lain.
Setelah tenaga listrik disalurkan
melalui saluran transmisi maka
sampailah tenaga listrik di Gardu
Induk (GI) untuk diturunkan
tegangannya melalui transformator
penurun
tegangan
(step-down
transfomer)
menjadi
tegangan
menengah atau yang juga disebut
sebagai tegangan distribusi primer.
Tegangan distribusi primer yang
dipakai PLN adalah 20 KV, l 2 KV
dan 6 KV. Kecenderungan saat ini
menunjukkan
bahwa
tegangan
distribusi
primer
PLN
yang
berkembang adalah 20 KV.
Jaringan setelah keluar dan GI
biasa disebut jaringan distribusi,
sedangkan jaringan antara Pusat
Listrik dengan GI biasa disebut
jaringan transmisi. Setelah tenaga
listrik disalurkan melalui jaringan
distribusi primer maka kemudian
tenaga
listrik,
diturunkan
tegangannya dalam gardu-gardu
distribusi menjadi tegangan rendah
dengan tegangan 380/220 Volt atau
220/127 Volt, kemudian disalurkan
melalui Jaringan Tegangan Rendah
untuk selanjutnya disalurkan ke
rumah-rumah pelanggan (konsumen)
PLN melalui Sambungan Rumah.
manapun didalam kisaran 0V hingga
Vin.
2.2 Voltage Divider
Rangkaian pembagi tegangan
(voltage divider) disebut juga
sebagai rangkaian pembagi potensial
(potential divider). Input kesebuah
rangkaian pembagi tegangan adalah
Vin.
Tegangan
Vin
tersebut
menggerakkan arus I untuk mengalir
melewati kedua resistor, karena
kedua resistor terhubung secara seri,
maka arus yang sama mengalir
melewati tiap-tiap resistor.
2.3 Baterai
Baterai atau akumulator adalah
sebuah sel listrik dimana didalamnya
berlangsung proses elektrokimia
yang reversibel (dapat berkebalikan)
dengan efisiensinya yang tinggi.
Yang dimaksud dengan proses
elektrokimia
reversibel,
adalah
didalam baterai dapat berlangsung
proses pengubahan kimia menjadi
tenaga listrik (proses pengosongan),
dan sebaliknya dari tenaga listrik
menjadi tenaga kimia, pengisian
kembali dengan cara regenerasi dari
elektroda-elektroda yang dipakai,
yaitu dengan melewatkan arus listrik
dalam searah (polaritas) yang
berlawana didalam sel.
Jenis sel baterai ini disebut juga
storage battery, adalah suatu baterai
yang dapat digunakan berulang kali
pada keadaan sumber listrik arus
bolak balik (AC) terganggu. Tiap sel
baretai terdiri dari dua macam
elektroda yang berlainan, yaitu
elektroda positif dan eletroda negatif
yang dicelupkan dalam suatu larutan
kimia.
Menurut pemakaian baterai
dapat digolongkan ke dalam 2 jenis:
• stationary (tetap)
• portable
(dapat
dipindahpindah)
Gambar 2.2 Rangakaian pembagi
tegangan[3]
Tahanan efektif dari kedua
resistor seri ini adalah R1 + R2. Jatuh
tegangan pada gabungan kedua
resistor ini adalah Vin, menurut
hukum Ohm arus yang mengalir
adalah:
I = Vin / ( R1 + R2)
(2.1)
Tegangan pada R2 menjadi
Vout = I x R2
(2.2)
Mensubstitusikan
I
dengan
persamaan pertama, menghasilkan
Vout = Vin X R2 / (R1+R2) (2.3)
Persamaaan
ini
adalah
persamaan
untuk
menghuting
tegangan output yang dihasilkan oleh
sebuah rangkaian pembagi tegangan.
Dengan memilih dua resitor dengan
nilai tahanan yang sesuai, maka
dapat diperoleh nilai tengan output
Prinsip kerja baterai
a. proses dicharge pada sel
berlangsung menurut skema
gambar 2.3 bila sel dihubungkan
dengan beban maka, elektron
mengalir dari anoda melalui
beban kekatoda, kemudian ionion negatif mengalir ke anoda
dan ion-ion positif mengalir ke
katoda.
Gambar 2.3 Proses
pengosongan (Discharge)[3]
b. pada proses pengisian menurut
skema gambar 2.4 dibawah ini
adalah bila sel dihubungkan
dengan power supply maka
elektroda positif menjadi anoda
dan elektroda negatif menjadi
katoda dan proses kimia yang
terjadi adalah sebagai berikut:
Gambar 2.4 Proses
Pengisian (charge)[3]
•
Aliran elektron menjadi terbalik,
mengalir dari anoda melalui
power supply ke katoda.
• Ion-ion negatif mengalir dari
katoda ke anoda.
• Ion-ion positif mengalir dari
anoda ke katoda.
Jadi reaksio kimia pada saat
pengisian
(charging)
adalah
kebalikan dari saat pengosongan
(discharging).
2.4 Sumber Power
Sebagai sumber daya sebagian
besar
piranti
elektronika
membutuhkan
tegangan
searah
(Direct Current/DC). Penggunaan
baterai sebagai sumber daya DC
kurang efektif, hal ini disebabkan
daya yang dimiliki oleh baterai
hanya mampu digunakan dalam
beberapa waktu saja (tidak tahan
lama) dan harganya relatif mahal.
Satu-satunya sumber daya yang
mudah didapat dan paling murah
adalah tegangan listrik dari jaringan
PLN sebesar 110 / 220 volt dengan
frekuensi 50 – 60 Hz. Tegangan
jaringan ini berupa tegangan bolak –
balik (Alternate Current/AC), oleh
karena supaya dapat mensupply
piranti
elektronik
yang
membutuhkan tegangan DC, maka
diperlukan sebuah rangkaian yang
bisa merubah tegangan bolak – balik
menjadi tegangan searah yang
dinamakan rangkaian penyearah
yang tidak berkurang tegangan DC –
nya ketika arus beban yang lebih
besar dialirkan dari pensupply ini.
2.5 Mikrokontroler AVR ATMega
8535
ATMEGA 8535 merupakan
microcontroller berbasis AVR yang
menggunakan RISC architecture,
dimana untuk menjalankan satu
instruksi dapat dilakukan dalam satu
clock cycle saja. Hal ini jelas
membuat teknologi AVR jauh lebih
efisiensi dan lebih cepat dari
mikrocontroller yang berbasis CISC.
ATMEGA
8535
memiliki
karakteristik
sebagai
berikut,
mikrokontroler 8 bit yang memiliki
kemampuan tinggi dan konsumsi
daya yang rendah, 8K Byte
programmable flash, 512 byte
internal SRAM. 32 general pupose
register, 130 instruction, 8 channel,
10 bit ADC, 32 programmable I/O,
serta on-chip osilator.
Gambar 2.14 Mikrokontroler AVR
ATMega 8535[5]
2.6 Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD)
adalah modul penampil yang banyak
digunakan
karena
tampilannya
menarik. LCD pada gambar yang
paling banyak digunakan saat ini
ialah LCD M1632 refurbish karena
harganya cukup murah. LCD 14
M1632 merupakan modul LCD
dengan tampilan 2x16 (2 baris
x 16 kolom) dengan konsumsi daya
rendah. Modul tersebut dilengkapi
dengan mikrokontroler yang didesain
khusus untuk
mengendalikan LCD.
BAB III
PERANCANGAN DAN
PEMBUATAN ALAT
Konsep dasar perancangan
alat atau plant dibagi menjadi
menjadi 3 macam yaitu perancangan
mekanik
plant,
perancangan
hardware dan perancangan software.
Untuk perancangan mekanik plant
dibagi menjadi 2 macam yaitu
perancangan mekanik turbin dan
perancangan mekanik sistem power
controlnya. Untuk lebih jelasnya
dapat dilihat gambar flowchart
pengerjaan alat hingga selesai
dibawah ini.
Gambar 2.17 Gambar LCD[5]
Tabel 2.3 Susunan Kaki LCD[5]
Gambar 3.1 Flowchart pengerjaan
Tugas Akhir
3.1
Perancangan
Sistem
Pengendalian daya
Konsep dasar dari rancang
bangun sistem pengendalian daya
dan distribusi beban pada minimikrohidro ini ditunjukkan pada
gambar 3.1 dibawah ini :
Generator
Relay I
Sensor Daya
Relay II
Mikrokontroler
Baterai
LCD
Relay III
Beban
elay IV
Gambar 3.2 Diagram Blok Prinsip
Kerja Alat
Gambar 3.3 Rangkaian
pengendalian daya
Rancangbangun pengendalian
daya ini adalah sebagai media
simulasi penyaluran daya dari
Generator ke beban sekaligus
monitoring daya dari masing-masing
beban. Jadi prinsip kerja alat ini yaitu
pertama daya yang dihasilkan
Generator akan diukur oleh sensor
daya, kemudian output sensor
memberikan data ke rangkaian
mikrokontroller. Dari data yang
didapat,
mikrokontroller
akan
memberikan perintah diantaranya
apabila daya yang dihasilkan sama
dengan atau lebih dari set point yang
ditentukan, maka mikrokontroller
akan menyalakan relay kedua dan
ketiga yaitu memberikan perintah
untuk menyalurkan daya tersebut
pada sistem penyimpanan untuk
langsung di charge ke baterai, dan
juga menyalurkan langsung ke
beban. Sedangkan apabila daya yang
dihasilkan kurang dari set point,
mikrokontroller akan menyalakan
relay keempat yaitu memerintahkan
untuk menyalurkan daya dari baterai
tersebut langsung ke beban. Apabila
baterai
sudah
penuh
maka
mikrokontroler akan mematikan
relay
kedua
yaitu
untuk
menghentikan daya yang masuk ke
baterai. Dan yang terakhir setiap
daya yang masuk ke beban akan
dimonitoring untuk mengetahui daya
yang digunakan masing-masing
beban.
Peng
enda
lian
daya
Gambar 3.4 rangkaian Beban
Skema
Dari gambar diatas, beban yang
akan mendapat daya dari Generator
maupun baterai nantinya berjumlah 3
buah beban dengan rincian beban
pertama terdiri dari 2 buah beban
dimana setiap beban terdiri dari 3
lampu. Beban kedua terdiri dari 4
beban yang mana setiap beban terdiri
dari 3 buah lampu. Beban ketiga
terdiri dari 6 beban setiap beban
terdiri dari 3 buah lampu. Jadi setiap
beban akan diukur atau dimonitoring
berapa daya yang digunakan. Skema
rangkaian pada beban menggunakan
rangkaian paralel karena pembagian
daya disamping lebih mudah juga
tidak akan menjadi tambahan beban
bagi
turbin
untuk
memutar
Generator DC. Generator DC
memiliki karakteristik seperti motor
DC yaitu apabila diberikan beban
membutuhkan putaran yang besar
dan sama halnya dengan motor DC
apabila
diberikan
beban
membutuhkan daya listrik yang
cukup, jadi daya yang dihasilkan
oleh Generator DC tergantung dari
debit air yang keluar dari DAM yang
diberikan ke turbin dan besarnya
beban yang disalurkan ke Generator.
mikrokontroller. Input ke sebuah
rangkaian pembagi tegangan adalah
tegangan Vin. Tegangan Vin tersebut
menggerakkan arus I untuk mengalir
melewati kedua resistor. Karena
kedua resistor terhubung secara seri,
maka arus yang sama mengalir
melewati tiap-tiap resistor. Jadi
prinsip kerja sensor daya ini adalah
mengukur tegangan dan hasilnya
dibagi nilai resistor yang dipakai
untuk mencari nilai arus. Baru
setelah nilai arus diketahui, nilai
daya listrik juga diketahui seperti
pada rumus berikut:
(2.1)
I = Vin / ( R1 + R2)
Tegangan pada R2 menjadi
Vout = I x R2
I = Vout / R2
(2.2)
Mensubstitusikan
I
dengan
persamaan pertama, menghasilkan
Vout = Vin X R2 / (R1+R2) (2.3)
Vin= Vout . (R1+R2)/R2
Untuk mencari daya, yaitu:
P=Vin . I
P = Vout . (R1+R2) . Vout
R2 .R2
2
P = Vout . (R1+R2)
(2.4)
R22
Dimana:
P = Daya listrik (Watt)
V= Tegangan (Volt)
I = Arus (Ampere)
R = Tahanan (Ohm)
Gambar 3.5 Miniatur Rumah
Tinggal sebagai Beban pada
Rancang Bangun Power Control
3.2 Perancangan Hardware
3.2.1 Rangkaian Pembagi
Tegangan (Voltage Divider)
Rangkaian pembagi tegangan
(voltage divider) disini digunakan
sebagai sensor daya sebagai input
port
ADC
pada
rangkaian
Gambar 3.6 Rangkaian Voltage
Divider[3]
Gambar 3.7 Modul Voltage Divider
3.2.2 Rangkaian Charger Battery
Pada dasarnya rangkaian ini
memiliki cara kerja yang sangat
sederhana,
dimana
rangkaian
tersebut dirancang supaya tidak
terjadi short circuit atau hubungan
pendek antara tegangan supply
dengan batere yang akan di-charge.
Prinsip kerja rangkaian ini dimulai
dengan menghubungkan baterai
kosong pada terminal pengisian,
transistor Q1 akan langsung aktif
dikarenakan arus akan mengalir
melalui R1 dan akan memicu basis
transistor Q1. Pada kondisi ini arus
yang akan mengisi batere sebagian
besar berasal dari kolektor Q1 yang
terhubung langsung dengan terminal
positif supply. Kemudian selama
proses
pengisian
berlangsung
kenaikan tegangan pada baterai akan
memperbesar arus yang mengalir
pada basis Q2 melalui R5 10 Kohm,
VR1 dan dioda D2. VR1 merupakan
komponen yang digunakan sebagai
kalibrasi awal untuk menentukan
posisi yang tepat dalam perencanaan
proses switching rangkaian. Untuk
VR1 anda bisa menggunakan trimpot
atau potensio sesuai dengan selera
anda. Pada awal pengisian, aturlah
potensio pada posisi led indicator D3
pada kondisi mati, serta arus yang
mengalir masuk pada kolektor Q1
tidak terlalu besar dan tidak terlalu
kecil.
Jika batere sudah terisi penuh
maka led indicator secara otomatis
akan menyala dikarenakan kenaikan
tegangan pada batere yang di charge
akan menyebabkan kenaikan arus
yang mengalir pada basis transistor
Q2 serta akan memutuskan siklus
pengisian akibat transistor Q1
mengalami cut-off dikarenakan
kekurangan arus basis. Mengapa
pada kondisi tersebut Q1 akan
mengalami kekurangan arus basis hal
ini dikarenakan hampir semua arus
yang mengalir pada R1 10 Kohm
akan berpindah ke dioda D1 yang
secara logika terhubung langsung
dengan ground akibat Q2 mengalami
jenuh.
Gambar 3.8 Rangkaian Charger
Battery 12V[3]
Gambar 3.9 Modul charger battery
3.2.3 Rangkaian Mikrokontroller
Mikrokontroler ATmega 8535
mempunyai saluran IO sebanyak 32
buah, yaitu Port A, Port B, Port C
dan Port D keempat port tersebut
bisa dipakai sebagai port parallel
dengan 8 bit saluran data, atau
digunakan sebagai bit adresseble
(Satu pin saluran dipakai sebagai pin
masukan tersendiri yang terpisah
dengan pin-pin yang lain).
Sebagai pengendali yang utama
dari sistem power control ini
digunakan
rangkaian
minimum
sistem mikrokontroler ATmega
8535. Dimana disini digunakan
untuk mengolah data yang berasal
dari
sensor
daya
kemudian
dikirimkan
ke
LCD
melalui
komunikasi serial dan mengirimkan
perintah logika pada relay sebagai
aktuator
Pada alat power control ini, port
pada mikrokontroler yang digunakan
sebagai port input data ADC adalah
PORTA, port untuk komunikasi
serial adalah PORTC.0, sedangkan
port untuk read and write ADC
adalah PORTC.6 dan PORTC.7.
Disamping port masukan dan
keluaran, perlu dipasang input reset
untuk sistem mikrokontroler pada
kaki nomor 9 dengan menambahkan
rangkaian komponen resistor sebesar
1K ohm dan kapasitor elektrolit
sebesar 10 mF.
Skema dan tabel fungsi dari
sistem minimum mikrokontroler
ATmega8535 dapat dilihat pada
gambar di bawah ini.
Gambar 3.10 Rangkaian Minimum
System Mikrokontroller
ATmega8535[5]
Gambar 3.11 Modul Minsis
Mikrokontroller ATmega8535
3.2.4
Rangkaian Display LCD
4x20
LCD yang digunakan 4 baris x
20 kolom. LCD memiliki memori
internal yang berisi definisi karakter
sesuai dengan standar ASCII (
CGROM – Character Generator
ROM ) dan memori sementara
(RAM) yang bisa digunakan bila
memerlukan karakter (berkapasitas
8 karakter). RAM ini juga berfungsi
untuk menyimpan karakter yang
ingin ditampilkan di LCD.
Gambar dibawah merupakan
rangkaian untuk display LCD 2x16
yang dikoneksikan dengan rangkaian
minimum sistem
ATMega8535
mikrokontroler
Gambar 3.12 Rangkaian Output
Panel LCD 4x20[5]
3.3 Perancangan Software
Perancangan software digunakan
untuk
mendukung kerja dari
perangkat hardware. Perancangan
software
ini
dibuat
dengan
menggunakan program CodeVision
AVR. Pada saat kontroler diaktifkan
maka aksi awal adalah pembacaan
sensor serta tampilan status proses
dan dilanjutkan dengan perintah set
point, setelah itu ditampilkan hasil
dari monitoring daya listrik tersebut.
Manipulasi data melalui kontroller
dengan algoritma ON-OFF. Hasil
manipulasi
data
kontroller
ditransmisikan
sebagai
sinyal
manipulasi relay baik untuk kontrol
set point maupun status proses. Jika
nilai proses variabel sudah sesuai
dengan set point dan status sudah
sesuai maka sistem stabil dan jika
belum sinyal PV dikembalikan ke
kontroller
untuk
dilakukan
perhitungan kembali.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Setelah dilakukan perancangan
dan
pembuatan
miniplant
mikrohidro, maka perlu dilakukan
pengujian terhadap alat yang sudah
dibuat serta melakukan analisa
secara menyeluruh terhadap hasil
pengujian tersebut. Hal ini dilakukan
dengan tujuan untuk mengetahui
performansi alat secara keseluruhan.
Pengujian alat secara keseluruhan
dilakukan pada perangkat keras
(hardware) dan perangkat lunak
(software).
Mekanisme kerja pada sistem
pengendalian daya adalah didasarkan
pada pengukuran tegangan yang
berada pada rangkaian pembagi
tegangan sebagai sensor daya.
Keluaran
dari
sensor
berupa
tegangan atau sinyal analog yang
kemudian masuk ke port ADC untuk
dikonversi menjadi data digital yaitu
0-255 bit. Setelah data digital hasil
konversi dari ADC dimasukkan dan
diolah oleh mikrokontroler, maka
hasil pengukuran tersebut akan
ditampilkan pada LCD berupa
pengukuran digital dan memberikan
perintah berupa eksekusi melalui
rangkaian relay.
4.1 Pengujian Komponen
Seluruh komponen elektronika
yang disusun dalam perancangan alat
ini akan dilakukan pengujian, agar
nantinya dapat diketahui keakuratan
dan kepresisian masing-masing
komponen.
4.1.1 Pengujian Rangkaian catu
daya
Rangkaian catu daya dengan
keluaran tegangan 5 Volt. Rangkaian
ini digunakan sebagai supply ke
rangkaian
mikrokontroler
yang
membutuhkan tegangan input 5 V.
Dalam pengujiannya, rangkaian ini
disambungkan ke rangkaian power
supply 12 VDC.
Tabel 4.1 Data hasil pengujian pada
rangkaian Regulator 5 Volt
No Data Aktual
%
(Volt)
Error
4,98
0,4
1.
4,98
0,4
2.
4,98
0,4
3.
4,99
0,2
4.
4,98
0,4
5.
Rata – rata
0,36
4.1.2
Pengujian
Rangkaian
Charger Battery
Rangkaian ini digunakan sebagai
charger atau pengisi baterai yang
berkapasitas 12 V dengan arus 700
miliAmpere. Baterai yang dipakai
membutuhkan tegangan 12 V untuk
proses
chargingnya.
Dalam
pengujiannya,
rangkaian
ini
disambungkan ke rangkaian power
supply 24 V.
Tabel 4.2 Data hasil pengujian pada
rangkaian charger battery
No Data Aktual
%
(Volt)
Error
11,78
1,8
1.
11,80
1,6
2.
11,85
1,25
3.
11,80
1,6
4.
11,80
1,6
5
Rata – rata
1,57
4.1.3 Pengujian Sensor
Sensor yang digunakan adalah
rangkaian pembagi tegangan, dimana
cara kerjanya mengukur tegangan
keluaran dari setiap beban dan untuk
mendapatkan nilai daya sumber
listriknya yang didapat dari rumus
perhitungan nilai daya.
Dalam pengujiannya, rangkaian
ini disambungkan ke rangkaian
power supply 12 V.
Tabel 4.3 Pengujian sensor voltage
divider
No.
Power
supply (Volt)
Sensor voltage
divider (Volt)
1
6
1
2
12
2
3
18
3
4
24
4
5
30
5
Dari data hasil pengujian alat
diatas dapat dijelaskan dengan
bentuk grafik sebagai berikut:
Gambar 4.1 Grafik perbandingan
antara tegangan power supply
dengan sensor voltage divider
4.2 Pengujian Alat
Dalam pengujian alat, data yang
dihasilkan dibagi 2 yaitu data
pengujian kinerja alat dan data hasil
monitoring alat.
4.2.1 Pengujian Kinerja alat
Proses pengambilan data dimulai
dari mengukur daya pertama hasil
keluaran dari generator melalui
rangkaian
pembagi
tegangan.
Kemudian data tersebut dikirim ke
mikrokontroller dan selanjutnya
diproses untuk ditampilkan di LCD
dan
memberikan
perintah
pengaktifan relay 2, relay 3 dan
relay 4. Setpoint yang diberikan
adalah ketika tegangan yang diukur
sensor = 12V.
Untuk mencari daya yaitu nilai
kuluaran tegangan dikali nilai
resistor 1 dijumlah resistor 2
kemudian dibagi nilai resistor 2.
Semua
perhitungan
tersebut
Data
Kalibra
tor ( ),
(Watt)
3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
Data
Uji ( ,
(Watt)
3,40
3,34
3,38
3,34
3,38
3,38
3,38
3,35
3,40
3,34
-0,05
0,01
-0,03
0,01
-0,03
-0,03
-0,03
0
-0,05
0,01
0,03
-0,03
0,01
-0,03
0,01
0,01
0,01
-0,02
0,03
-0,03
Σ
dimasukkan
kedalam
mikrokontroller.
0,0009
-0,0009
0,0001
-0,0009
0,0001
0,0001
0,0001
-0,0004
0,0009
-0,0009
= 0,0009
program
Tahanan efektif dari kedua resistor
seri ini adalah R1 + R2. Jatuh
tegangan pada gabungan kedua
resistor ini adalah Vin, menurut
hukum Ohm arus yang mengalir
adalah:
I = Vin / ( R1 + R2)
(2.1)
Tegangan pada R2 menjadi
Vout = I x R2
I = Vout / R2
(2.2)
Mensubstitusikan
I
dengan
persamaan pertama, menghasilkan
Vout = Vin X R2 / (R1+R2) (2.3)
Vin= Vout . (R1+R2)/R2
Untuk mencari daya, yaitu:
P=Vin . I
P = Vout . (R1+R2) . Vout
R2 .R2
P = Vout2 . (R1+R2)
R22
(2.4)
Ket: P = Daya Listrik (watt)
V= Tegangan (volt)
I = Arus (Ampere)
R= Tahanan (ohm)
Pengujian alat ukur ini adalah
membandingkan nilai daya dari alat
yang standar dengan alat yang dibuat
dengan sumber tegangan yang sama.
Hal ini bertujuan untuk mengetahui
besar ketidakpastian alat ukur yang
dibuat. Pengambilan data pada
pengujian ini sebanyak 10 data.
Kemudian dicari nilai ketidakpastian
pengukuran, persamaan regresi, dan
ketidakpastian standar regresinya.
Pada tabel 4.4 adalah data yang telah
diambil ketika pengujian alat ukur.
4.2.1.1 Pengujian sensor daya
sumber
Tabel 4.4 Pengujian alat ukur untuk
nilai
Dari tabel 4.4 dapat dicari nilai
UA1, tetapi untuk mencari nilai UA1
harus ada nilai standar deviasinya
( ). Untuk mencari nilai standar
deviasi dan untuk mencari nilai UA1.
=
= 0,01
=
= 0,001
Sedangkan untuk mencari nilai
UA2, harus memncari nilai Yreg dan
SSR sehingga dapat menghitung
nilai UA2. Dan untuk menghitung
nilai Yreg harus ada nilai a dan b.
Berikut tabel 4.5 adalah data
pengujian untuk mencari nilai
ketidakpastian pendekatan regresi
(UA2).
y,
-0,17
0,0334
0,1014
0,033
0,1014
0,1014
0,1014
0
-0,17
0,0334
Tabel 4.5 Pengujian alat ukur untuk
nilai UA2
,
,
,
11,56
11,1556
-0,16
-0,22
0,11
0,23
0,0121
0,0529
11,4244
-0,18
0,15
0,0225
11,1556
-0,22
0,23
0,0529
11,424
-0,18
0,15
0,0225
11,424
-0,18
0,15
0,0225
11,424
-0,18
0,15
0,0225
11,2225
11,56
11,1556
-0,21
-0,16
-0,22
0,21 0,0441
0,11 0,0121
0,21 0,0441
Σ = 0,7843
Tabel 4.5 merupakan data untuk
mencari nilai UA2. Kemudian
mencari nilai UA2 harus mengetahui
nilai a dan b terlebih dahulu, yang
bertujuan untuk mencari persamaan
Yreg sehingga setalah dihitung
persamaan Yreg adalah -3,56 + x. Dan
untuk mencari nilai R adalah nilai Y
dikurangi nilai Yreg serta nilai SSR
adalah sebesar 0,7843.
UA2 = √
=√
Gambar 4.2 Grafik perbandingan
antara data kalibrator dengan data uji
4.3 Pengambilan data pada alat
ukur
Pengambilan data pada alat ukur
uni sebanyak 10 data. Sehingga
diperoleh data seperti tabel 4.6.
Tabel 4.6 pengambilan data alat
ukur.
No
Tegangan
sumber
(Volt)
Tegangan
Inverter
1
5
30
2
4,9
29,4
3
4,5
27
4
4,5
27
5
4,7
28,2
6
4,5
27
7
4,8
28,8
8
5
30
9
4,9
29,4
10
4,8
28,8
(Volt)
= 0,31
Nilai ketidakpastian pendekatan
regresi berdasarkan perhitungan yang
dihasilkan adalah sebesar UA2= 0,31.
Gambar 4.3 Grafik perbandingan
antara tegangan sumber dengan
tegangan inverter
4.4 Analisa data dan Pembahasan
Dilakukannya pengujian alat
dalam penelitian rancang bangun
pengendalian daya adalah agar alat
yang dibuat dapat bekerja sesuai
dengan perancangan. Dari pengujian
komponen yang telah dilakukan, data
yang diperoleh dapat dianalisa dari
yang pertama yaitu pengujian
rangkaian catu daya, dari Tabel 4.1
tegangan keluaran dari alat stabil
dikarenakan adanya komponen filter
tegangan seperti Regulator dan juga
kapasitor tetapi pada data aktual
berubah-ubah. Dari tabel 4.1 persen
error tertinggi 0,4% dan didapat nilai
persen error rata-rata= 0,36%. Untuk
pengujian
rangkaian
Charger
Battery, dari data yang didapat
tegangan keluaran dari Vout
rangkaian
charger
dipengaruhi
adanya komponen filter tegangan
seperti Regulator dan kapasitor juga
sehingga data aktual menjadi
berubah-ubah. Dari tabel 4.2 persen
error tertinggi 1,8% dan didapat nilai
persen error rata-rata= 1,57%. Dan
yang terakhir yaitu pengujian sensor
voltage divider, dari data yang
didapat daya keluaran dari rangkaian
sensor daya ini dipengaruhi adanya
komponen resistor sebagai pembagi
tegangan sehingga daya aktual
menjadi berubah-ubah.
Pada pengujian kinerja alat
dengan sensor daya dari sumber
dilakukan dengan membandingkan
nilai daya dari alat yang standar,
dengan alat yang dibuat dengan daya
yang sama. Pengambilan data pada
pengujian ini sebanyak 10 data. Pada
tabel 4.4 adalah data yang telah
diambil ketika pengujian alat,
sehingga dapat dicari nilai ketidak
pastian hasil pengukuran (UA1)
dengan nilai standar deviasi ( ).
Nilai standar deviasi berdasar
perhitungan didapat 0,01 dan nilai
ketidakpastian yaitu sebesar 0,001.
Pada tabel 4.5 merupakan data untuk
perhitungan nilai ketidakpastian
pendekatan regresi (UA2) sebesar
0,31. Jadi nilai ketidakpastian alat
ukur dalam pengukuran sebesar
0,001 dan nilai ketidakpastian alat
ukur pendekatan regresi sebesar
0,31.
Pada pengujian selanjutya yaitu
terhadap
alat
ukur
untuk
membandingkan tegangan sumber
yang dihasilkan oleh generator
dengan tegangan saat di inverter.
Seperti pada tabel 4.6 saa tegangan
sumber 5volt maka tegangan inverter
sebesar 30 volt. Ini terjadi karena
tegangan sumber dinaikkan sebesar 6
kali oleh rangkaian inverter.
Sedangkan untuk pengujian alat
yang telah dilakukan, dari data
pertama dapat dilakukan analisa
batas maksimal tegangan dari
generator 30 VDC, maksudnya debit
air yang mengalir ke turbin sehingga
memutar
generator
dan
menghasilkan listrik. kemudian
mengaliri daya ke beban dan
rangkaian charge baterai mencapai
tegangangan
maksimal 30VDC
dengan kondisi relay 2 dan relay 3
ON sebagai switch karena tegangan
yang dihasilkan dari generator lebih
dari setpoint sama dengan 12V. Dari
data pengujian dapat dianalisa bahwa
relay akan bersifat ON apabila daya
output generator lebih dari 3,53 watt,
kemudian relay bekerja sebaliknya
yaitu OFF apabila daya output
kurang dari 3,53 watt . Apabila relay
bersifat ON, daya akan tersambung
pada sistem penyimpanan dan
distribusi, jadi beban dihidupkan
oleh daya dari generator. Sedangkan
apabila daya yang dihasilkan
generator kurang dari setpoint yang
ditentukan berarti beban akan
dihidupkan oleh baterai. Untuk
menunjukkan hal itu dapat dilihat
dari gambar 4.5, grafik yang
menggambarkan
perbandingan
antara data tegangan sumber dengan
daya aktual didapatkan kesimpulan
bahwa semakin besar tegangan yang
dihasilkan generator, maka relay
yang kebeban dan charge baterai
akan ON begitupun sebaliknya jika
tegangan yang dihasilkan sumber
melemah maka relay penyimpanan
daya akan ON.
Dari data monitoring beban
yang didapat baik daya listrik
yang berasal dari generator
maupun baterai, dapat dilakukan
analisa bahwa daya yang terbagi
pada beban mempunyai nilai
yang hampir sama dengan daya
input. Hal itu disebabkan
rangkaian yang digunakan pada
beban adalah rangkaian paralel.
Jadi berapapun daya yang
diberikan pada beban, setiap
beban akan memperoleh daya
yang sama dengan input. Untuk
menunjukkan hal itu, dapat
dilihat dari gambar 4.4, grafik
yang
menggambarkan
perbandingan antara tegangan
yang diukur dari generator
dengan lama waktu charge
baterai.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian dan
penganalisaan terhadap data yang
telah didapat pada penelitian ini yaitu
rancang bangun sistem pengendalian
unit penyimpanan daya dan distribusi
beban pada minimikrohidro plant,
maka didapatkan kesimpulan yaitu
sebagai berikut:
•
•
•
•
semakin besar tegangan input
yang dihasilkan oleh generator,
maka
daya
yang
akan
didistribusikan pada beban
tetap sama yaitu 3,53 watt
karena tegangan pada beban
menggunakan setpoint 12V.
Tegangan yang dihasilkan dari
generator sebesar 5 volt,
kemudian setelah di inverter
dihasilkan tegangan sebesar 30
volt.
Daya yang digunakan pada
beban 1 sebesar 0,55 watt,
beban 2 sebesar 0,85 watt, dan
beban 3 sebesar 1,95 watt.
Beban akan tetap menyala
walaupun sumber energi utama
yaitu
generator
berhenti
beroperasi
karena
menggunakan energi kedua
yaitu dari sistem penyimpanan
(baterai).
5.2 Saran
Penulis berharap penelitian ini
dapat diamplikasikan secara nyata
karena sangat besar manfaatnya
seperti di pelosok desa yang belum
teraliri listrik Negara (PLN).
Pembangkit
mikrohidro
sangat
ramah lingkugan dan upaya positif
untuk mengurangi laju perubahan
iklim global yang sedang menjadi isu
penting dewasa ini.
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
www.ESDM.go.id/potensi-energibaru-terbarukan-ebt-indonesia.html
Seminar
Nasional
Aplikasi
Teknologi Informasi 2009 (SNATI
2009) Yogyakarta, “Membangun
Prototype Aplikasi Pengendali
Listrik Ruangan”
3.
4.
5.
Wahyu Purnomo. 2010. ”Pengisi
Baterai
Otomatis
Dengan
Menggunakan Solar Cell”. Teknik
Elektro,FTI
–
Universitas
Gunadarma.
Zuhal, “Dasar Tenaga Listrik”,
ITB, Bandung, 1986
Eko Putra, Agfianto, “Belajar
Mikrokontroler
ATMega8535”
Gaya Media, 2002.