Bab I Pendahuluan - Repository

Bab I
I.1
Pendahuluan
Latar Belakang
Elektromekanik adalah sebuah sistem yang menggabungkan proses elektrik dan
mekanik. Tren yang dimiliki pada masa kini tentang pengembangan teknologi
elektromekanik yang lebih jauh berpusat pada pengembangan peralatan bergerak, motor
elektrik, elektronik daya, dan digital controller[1].Salah satu hal penting yang sering
dijadikan
objek
penelitian
dalam
bidang
elektromekanik
adalah
bidang
motor
elektrik.Permasalahan pengontrolan dari sebuah elemen mechatronicterutama motor listrik
sangatlah penting dalam bidang industri maupun keseharian[1]. Motor DC adalah sumber
penting dari pergerakan dalam bidang elektromekanik[2].Pengontrolan pada motor DC dapat
dilakukan dalam berbagai aspek yang salah satunya adalah mengenai kecepatan putar.
Kecepatan putar adalah variabel penting yang perlu dikontrol karena kecepatan putar adalah
output utama dari sebuah motor. Kesesuaian antara output yang aktual dengan yang output
yang dikehendaki atau set point adalah kriteria agar sebuah motor dikatakan handal. Sebuah
motor yang mengeluarkan putaran lebih kecil atau berlipat ganda dari set point tidak dapat
dipakai karena motor tersebut tidak dapat menjamin keselamatan pengguna dan efisiensi
sumber tenaga.
Untuk memperoleh kriteria tersebut, maka sebuah motor harus dikondisikan atau
dikontrol. Proses pengendalian kecepatan putar motor DC dapat dilakukan melalui
pengontrolan tegangan masuk pada motor[3]. Tegangan masuk berhubungan dengan sumber
energi yang digunakan.Permasalahan tentang ketersediaan sumber energi pada masa ini
membuat pentinggnya penggunaan sumber energi alternatif.Hidrogen adalah salah satu bahan
bakar alternatif yang dapat digunakan sebagai sumber energi.Hidrogen memiliki keunikan
yang membuatnya berbeda dari unsur lain. Hidrogen merupakan unsur dengan presentase
75% dari masa unsur alam semesta sehingga dapat mengatasi masalah ketersediaan
sumber.Salah satu teknologi yang populer digunakan untuk memanfaatkan hydrogen sebagai
sumber bahan bakar adalah fuel cell.Fuel cellmenerima umpan hydrogen dan mengubahnya
menjadi energi listrik dan air melalui reaksi dengan oksigen.Berkaitan dengan kontrol
tegangan keluaran pada teknologi ini, untuk mencapai rapat arus yang maksimal maka
1
kondisi kelembapan membrane dan jumlah umpan hydrogen adalah variable yang harus
diperhatikan[4].Memperbesar laju umpan hydrogen akan secara tidak langsung menaikan
mempercepat reaksi dan menaikan tegangan keluaran fuel cell. Rasio dari reaktan yang
tersedia dibandingkan dengan rasio reaktan yang dibutuhkan akan mempengaruhi rapat arus
yang dihasilkan yang akan mempengaruhi tegangan yang dihasilkan[4]. Dengan
menggunakan variabel tersebut maka dengan mengatur laju umpan hydrogen dapat secara
tidak langsung mengatur kecepatan putar motor mlalui tegangan keluaran fuel cell.
Sepeda Hidrogen adalah salah satu inovasi yang memanfaatkan Hidrogen.Sesuai
dengan namanya, alat ini adalah jenis sepeda yang dimodifikasi yang bekerja dengan
memanfaatkan Hidrogen sebagai bahan bakar serta tidak menghasilkan gas buangan berupa
Karbon Monoksida.Alat ini menggunakanfuel cell sebagai penghasil sumber energi elektrik
untuk menggerakanmotor utama.Dalam rangka penelitian dan pengembangan dari teknologi
transportasi tersebut, salah satu hal yang dapat dijadikan objek penelitian adalah kontrol
penggerak yang dalam hal ini adalah motor.Berbicara lebih jauh tentang kontrol penggerak,
kecepatan adalah salah satu hal penting yang perlu dikontrol dalam implementasi
pengembangan sistem penggerak dengan alasan efisiensi dan safety.Sistem kontrol kecepatan
dapat mengurangi penggunaan bahan bakar jika dibandingkan dengan sistem tanpa
kontrol.Pengendara dimungkinkan untuk meningkatkan atau menurunkan kecepatan sesuai
kondisi dan kebutuhan. Dengan demikian, tingkat safetysecara langsung akan meningkat
dikarenakan alat penggerak dapat dijaga agar tetap berada pada kecepatan yang dapat
dikendalikan pengguna. Tingkat efisiensi juga dapat ditingkatkan melalui sistem kontrol
karena penggunaan energi untuk menggerakan motor dapat diatur sesuai dengan output yang
dikehendaki.
Dalam penggunaan fuel cell sebagai sumber energi, hal yang perlu diperhatikan adalah
input umpan hidrogen ke dalam fuel cell. Tegangan keluaran fuel cell dapat diatur sesuai
dengan laju aliran hidrogen yang diumpankan ke dalamnya. Umpan hidrogen yang masuk ke
dalam fuel cellakan terbuang percuma ketika fuel cell telah mencapai tegangan keluaran
maksimumnya tetapi aliran hidrogen tetap ditingkatkan. Dengan alasan efisiensi bahan bakar
yang berupa hydrogen, maka dipilih metode pengaturan kecepatan motor sepeda fuel cell
dengan mengatur tegangan keluar dari fuel cell melalui pengaturan laju aliran umpan
hidrogen ke dalam fuel cell.
Melalui penelitian ini akan dibangun sebuah sistem kecepatan kontrol putar Brush DC
motordengan mengatur tegangan keluar dari fuel cell melalui pengaturan laju aliran umpan
hidrogen ke dalam fuel cell. PID adalah sistem kontrol yang akan diimplementasikan ke
2
dalam rancangan peneliti. PID terdiri dari tiga unsur yaitu kontrol P, kontrol I, dan kontrol D.
Sistem ini dipilih karena dengan sistem PID, peneliti dapat mengamati lebih jauh mengenai
respon rise time, settling time, dan steady state sehingga lebih mudah untuk dianalisa.
Dengan rancangan tersebut diharapkan akan tercipta sebuah sistem kontrol kecepatanyang
handal yang dapat diimplementasikan secara baik pada sepeda fuel cell dimasa yang akan
datang.
I.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan di atas, perumusan masalah pada
penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana karakteristik perputaran motor terhadap set point berupa laju aliran umpan
hidrogen?
2.
Bagaimanakarakteristik dinamik sistem secara keseluruhan?
3.
Bagaimana rancangan kontrol PID yang sesuai untuk sistem?
I.3
Batasan Masalah
Batasan masalah pada pengerjaan Tugas Akhir ini adalah:
1.
Motor yang digunakan adalah brush DC motor 180V DC .
2.
Tipe fuel cell yang digunakan adalah PEMFC 300W.
3.
Fokus dari penelitian ini adalah mengatur kecepatan putar brushless DC motor sesuai
dengan nilai acuan yang berasal dari set pointyang mempengaruhi laju aliran umpan
hidrogen ke dalam fuel cell.
4.
Sistem kontrol yang digunakan adalah sistem kontrol PID dengan parameter kontrol
PID ditentukan melalui metode kedudukan akar.
5.
Faktor gesekan diabaikan dan pengujian dilakukan pada kondisi ideal.
I.4
Tujuan Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dengan tujuan untuk merancang sebuah kontrol pengatur
kecepatan putar motor dengan meninjau pengaruh dari umpan hidrogen ke dalam fuel
cell.Kontrol yang dirancang dengan menggunakan metode PID memiliki target mampu
membuat sistem dengan respon transien yang memiliki % overshoot yang kecil dan respon
rise time yang cepat dengan zero offset.
I.5
Metode Penelitian
3
Metode yang digunakan oleh penulis dalam proses penyelesaian tugas akhir ini adalah:
1.
Studi Literatur
Proses untuk mencari dan memahami landasan teori yang berguna dalam penyelesaian
tugas akhir ini yang berasal dari berbagai referensi seperti jurnal penelitian, buku,
datasheet komponen atau alat, dan berbagai referensi penunjang lainnya.
2.
Observasi
Proses pencarian hardware yang diperlukan untuk melakukan kegiatan rancang bangun
sistem.
3.
Perancangan dan Realisasi Sistem
Proses membangun sistem berdasarkan rancangan yang telah dibuat sebelumnya.
4.
Pengukuran dan Pengambilan Data
Proses pengukuran dan pengambilan data kinerja sistem kinerja sistem yang telah
dibuat
5.
Analisis Data
Proses memilah dan menganalisis data dari sistem yang telah dibangun untuk diambil
kesimpulan mengenai kinerja alat.
6.
Penyusunan Laporan
Proses penyusunan laporan akhir mengenai penelitian yang telah dikerjakan.
I.6
Sistematika Penulisan
Penelitian ini diuraikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini berisi uraian mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, batasan penelitian, metodologi penelitian,sistematika penulisan, dan timeline
penelitian.
Bab II Dasar Teori
Bab yang berisi tentang beberapa teori yang relevan untuk digunakan oleh penulis dalam
menyelesaikan permasalahan pada tugas akhir ini.
Bab III Perancangan Sistem dan Implementasi
Bab yang berisi tentang gambaran sistem yang akan diimplementasikan pada proses
penelitian.
4
Bab IV Pengumpulan dan Analisis Pengolahan Data
Bab yang berisi tentang data – data sistem dimulai dari karakteristik hingga pengujian sistem
yang dirancang.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab yang berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran untuk penelitian berikutnya.
5