bab iv pengujian alat dan analisis - uksw iv.pdfbab iv pengujian alat dan analisis pada bab ini akan...
Post on 23-Jun-2021
17 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB IV
PENGUJIAN ALAT DAN ANALISIS
Pada bab ini akan ditunjukkan hasil pengujian alat dan analisis dari hasil
pengujian yang didapatkan. Dilakukan pengujian modul pembelajaran wireless energy
transfer dengan induksi elektromagnetik pada variasi jarak dan sudut pada frekuensi
10KHz, 150KHz DAN 300KHz. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh
jarak dan sudut pada teknologi wireless energy transfer dengan induksi
elektromagnetik.
4.1. Pengujian Dengan Variasi JarakTelah dilakukan pengujian pada alat dengan variasi jarak dari 5cm sampai 20cm
pada frekuensi 300KHz, 150KHz dan 10KHz. Pengujian tersebut bertujuan untuk
mengetahui pengaruh jarak terhadap nilai tegangan keluaran DC pada alat ini. Hasil
pengujian ditunjukkan pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.1.
Dapat dilihat dari Tabel 4.1 dan Gambar 4.1 menunjukkan pengaruh jarak
terhadap tegangan output, dengan tegangan tertinggi pada frekuensi 300KHz sebesar
752 mili volt saat kumparan RX berada pada jarak 5cm dari kumparan TX. Tegangan
paling rendah pada frekuensi 300KHz sebesar 6,2 mili volt saat kumparan RX berada
pada jarak 20cm dari kumparan TX. Pada frekuensi 150KHz didapat tegangan sebesar
1402 mili volt pada saat kumparan RX berada pada jarak 5cm dari kumparan TX.
Tegangan paling rendah pada frekuensi 150KHz sebesar 10,6 mili volt saat kumparan
RX berada pada jarak 20cm dari kumparan TX. Sedangkan pada frekuensi 10KHz
didapat tegangan sebesar 680 mili volt pada saat kumparan RX berada pada jarak 5cm
dari kumparan TX. Tegangan paling rendah pada frekuensi 10KHz sebesar 6,4 mili volt
saat kumparan RX berada pada jarak 20cm dari kumparan TX.
21
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Pengaruh Jarak Terhadap Tegangan Keluaran
Jarak (cm)
Tegangan Output (mili volt)Frekuensi
300KHz
Frekuensi
150KHz
Frekuensi
10KHz5 752 1402 6806 604 1190 5647 420,1 994 3448 296,7 715 2649 214.4 392 19310 160,2 248 126,411 110,2 157 96,912 76,8 119 8013 52,3 84,2 49,114 39.6 61,3 4015 28.1 45 3416 19,7 32,4 22,817 15,8 25,6 14,218 11,3 18,6 1119 8,5 13,3 8,620 6,2 10,6 6,4
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Pengaruh Jarak Pada Tegangan Keluaran
frekuensi 300KHz
frekuensi 150KHz
frekuensi 10KHz
Jarak (cm)
tegangan keluaran (mili volt)
Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Jarak Pada Tegangan Keluaran
22
Percobaan ini membuktikan bahwa semakin besar jarak antar kumparan TX dan
kumparan RX maka tegangan output yang diperoleh dari induksi medan magnetik juga
semakin kecil. Hal ini dapat terjadi karena semakin jauh jarak kumparan RX dari
kumparan TX maka semakin kecil pula fluks medan magnet dari kumparan TX yang
merambat ke kumparan RX maka semakin kecil pula nilai induksi bersama antara
kumparan TX dan kumparan RX. Atau dapat dikatakan koefisien gandeng (k) yang
merupakan rasio perbandingan antar fluks lingkup terhadap fluks total bernilai kurang
dari satu (k<1) yang berati tidak semua fluks dari kumparan TX yang dapat
menginduksi kumparan RX atau terdapat fluks bocor.Sedangkan semakin kecil laju
perubahan fluks magnet pada kumparan RX maka semakin kecil pula GGL induksi
yang dihasilakan oleh kumparan RX. Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 menjelaskan
pengaruh jarak pada induksi kumparan TX dan RX.
Gambar 4.2. Induksi Jarak Dekat
Gambar 4.3. Induksi Jarak Jauh
23
Dilakukan pula pengukuran arus pada variasi jarak, hal ini dilakukan untuk
mengetahui daya (P) dari rangkaian transmitter maupun reciever. Daya dapat dihitung
dengan rumus sebagai berikut:
P=V . I ................................................(4.1)
Dimana :
P = Daya (watt)
V = Tegangan (volt)
I = Arus (amper)
Pada transmiter tegangan yang digunakan sebesar 12V pada setiap frekuensi,
sedangkan arus didapat dari pengukuran dengan multimeter yang dapat dilihat pada
Gambar 4.4, Gambar 4.5, dan Gambar 4.6 dan hasil perhitungan daya dilihat pada Tabel
4.2. Sedangkan receiver menggunakan tegangan yang didapat dari pengukuran pada
Tabel 4.1 dan untuk arus diukur menggunakan multimeter dengan diberi beban 10 ohm,
hasil pengukuran arus dan perhitungan daya dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 300KHz
24
Gambar 4.5. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 150KHz
Gambar 4.6. Hasil Pengukuran Arus Transmitter Pada Frekuensi 10KHz
Tabel 4.2. Perhitungan Arus dan Daya Pada Transmitter
FrekuensiTegangan
(volt)Arus (mili
amper)Daya(watt)
300KHz 12 9 0,108150KHz 12 10 0,12010KHz 12 8 0,096
25
Tabel 4.3. Perhitungan Arus dan Daya Receiver
Jarak (cm)
Frekuensi 300KHz Frekuensi 150KHz Frekuensi 10KHzIo (mA) P(mW) Io (mA) P(mW) Io (mA) P(mW)
5 0,7 0,526 0,85 1,1917 0,675 0,459
6 0,4 0,242 0,8 0,952 0,2 0,112
7 0,25 0,105 0,7 0,696 0,3 0,103
8 0,2 0,059 0,675 0,482 0,15 0,039
9 0,125 0,027 0,3 0,117 0,1 0,019
10 0,1 0,016 0,15 0,037 0,075 0,009
11 0,05 0,005 0,1 0,011 0,05 0,004
12 0,005 0,00038 0,075 0,0089 0,005 0,0004
13 0,004 0,00021 0,05 0,0042 0,004 0,00019
14 0,003 0,00012 0,0045 0,00027 0,003 0,00012
15 0,002 0,00006 0,003 0,00013 0,002 0,00006
16 0,002 0,00004 0,0025 0,00008 0,002 0,00004
17 0,0015 0,00002 0,002 0,00002 0,001 0,000014
18 0,001 0,00001 0,001 0,000018 0,001 0,000011
19 0,001 0,000008 0,001 0,000013 0,001 0,000008
20 0.001 0,000006 0,001 0,000001 0,001 0,000006
Pada Tabel 4.3 dapat dilihat daya maksimum pada frekuensi 300KHz sebesar
0,526 mili watt. Pada frekuensi 150KHz sebesar 1,1917 mili watt dan untuk frekuensi
10KHz sebesar 0,459 mili watt. Dengan mengetahui daya pada transmitter dan reciever
dapat dihitung efisiensi daya pada setiap frekuensi dengan rumus sebagai berikut:
Efisiensi ( )=Pout
P¿
×100 .......................................(4.2)
Efisiensi daya untuk 300KHz:
Efisiensi ( )=0,526108
×100=0,487 =0,5
Efisiensi daya untuk 150KHz:
Efisiensi ( )=1,1917120
×100=0,993 =1
26
Efisiensi daya untuk 10KHz:
Efisiensi ( )=0,45996
×100=0,478 =0,5
Dari hasil perhitungan efisiensi daya di atas didapat efisiensi daya paling besar
pada frekuensi 150KHz yaitu sebesar 1%. Sedangkan efisiensi daya pada frekuensi
300KHz dan frekuensi 10KHz hanya sebesar 0,5%.
4.2. PengujianDengan Variasi Sudut
Dilakukan pula pengukuran tegangan keluaran dengan variasi sudut yang
dilakukan pada jarak 10cm pada frekuensi 300KHz, 150KHz dan 10KHz. Pengujian
tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh sudut terhadap nilai tegangan keluaran
dari alat ini. Hasil pengujian alat seperti pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran
Sudut ( °)
Tegangan Output (mili volt)Frekuensi300KHz
Frekuensi 150KHzFrekuensi
10KHz0 164 243,1 150,4
10 97,8 235,2 14020 90,3 224,1 134,130 86,2 205,9 113,240 84,4 183,6 94,450 60,4 159,1 89,160 49,1 140,2 50,270 41,5 89,3 3480 29,5 71,6 14,690 2,4 5,9 4,9
100 3,8 8,1 15,2110 30,2 64,4 40120 39,4 81,9 49,8130 52,8 137,2 55,2140 71,1 156,3 78,9150 84,2 180,8 101,2160 91,8 205,3 120,1170 97,5 222,4 134,4180 136,5 233,1 144,7
27
0 10 2030
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140150
160170180190200
210220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330340
350 360
0
200
400
Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran
frekuensi 300KHz
frekuensi 150KHz
frekuensi 10KHz
Gambar 4.7. Grafik Pengaruh Sudut Terhadap Tegangan Keluaran
Pada Tabel 4.4 dan Gambar 4.7 menunjukkan pengaruh sudut kemiringan
kumparan RX pada jarak 10 cm dari kumparan TX. Pada pengujian didapatkan
tegangan tertinggi pada frekuensi 300KHz sebesar 164 mili volt, frekuensi 150KHz
sebesar 243,1 mili volt dan pada frekuensi 10KHz sebesar 150,4 mili volt saat sudut
kemiringan kumparan RX sebesar 0° terhadap kumparan TX. Sedangkan tegangan
terendah pada frekuensi 300KHz sebesar 2,4 mili volt, frekuensi 150KHz sebesar 5,9
28
mili volt dan pada frekuensi 10KHz sebesar 4,9 mili volt, saat sudut kemiringan
kumparan RX sebesar 90° terhadap kumparan TX.
Sedangkan pada rentang sudut 90° sampai 180° didapat nilai tegangan negatif
yang ditunjukkan dari perubahan fase pada sinyal keluaran AC, hal ini sesuai dengan
hukum Lenz yang menyatakan bahwa polaritas dari tegangan yang terinduksi pada
rangkaian kedua adalah sedemikian hingga jika rangkaian ini lengkap, maka arus akan
mengalir melalui koil kedua pada arah sedemikian hingga arus ini akan membangkitkan
fluks yang melawan fluks utama [6]. Gambar 4.8 menunjukkan sinyal keluaran AC saat
sudut kemiringan sebesar 20° dan Gambar 4.9 menunjukkan sinyal keluaran AC saat
sudut 160°.
Gambar 4.8. Sinyal Keluaran Saat Sudut Kemiringan Sebesar 20°
29
Gambar 4.9. Sinyal Keluaran Saat Sudut Kemiringan Sebesar 160°
Hasil yang didapat membuktikan bahwa nilai tegangan output yang dipengaruhi
oleh sudut kemiringan kumparan RX, semakin besar sudut kemiringan kumparan RX
terhadap kumparan TX maka tegangan yang ditransfer juga semakin kecil. Hal ini
disebabkan oleh fluks medan magnet yang diterima pada kumparan RX lebih kecil dari
fluks medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan TX, ini dapat dibuktikan dari
persamaan 2.2, ϕ=BA cosθ dimana nilai fluks magnet dipengaruhi oleh sudut arah
induksi magnet. Besarnya kemiringan juga berpengaruh terhadap adanya kebocoran
fluks magnet sehingga koefisien gandeng (k) atau rasio perbandingan antar fluks
lingkup terhadap fluks total bernilai kurang dari satu (k<1) sehingga semakin kecil pula
nilai induksi bersama antara kumparan TX dan kumparan RX. Sedangkan semakin kecil
laju perubahan fluks magnet pada kumparan RX maka semakin kecil pula GGL induksi
yang dihasilkan oleh kumparan RX.
4.3. Pengaruh Frekuensi Pada Tekonologi Wireless Energy TransferPada teknologi wireless energy transfer pemgaruh frekuensi dapat dijelaskan
dengan menurunkan persamaan 2.2, ϕ=BA cosθ dimana nilai A dan cosθ=1 dan
B merupakan fungsi waktu, dan dianggap B=ωcos t maka dapat ditulis sebagai berikut
ϕ=ω cos t . Dilanjutkan dengan mengunakan persamaan 2.3 maka dapat disebagai berikut :
30
ε=−N (ΔϕΔt
)
ε=−N (ω cos t
d t)
ε=−N (−ωsin t)
dengan ω=2πf maka didapat persamaan GLL sebagai berikut :
ε=−N (−2 πf sin t )
Dengan hasil persamaan di atas dapat diketahui jika konsanta pada frekuensi ( f ) nilainya
semakin besar maka maka nilai GGL yang didapat juga semakin besar dan tegangan yang di
dapat dari transfer energy juga semakin besar. Sedangkan pada pengujian yang dilakukan
pada frekuensi 300KHz, 150KHz dan 10KHz didapat nilai tegangan terbesar pada frekuensi
150KHz. Hal ini dapat disebabkan oleh efisiensi pada transitor yang digunakan pada rangkaian
osilator terbukti pada Tabel 4.2 daya terbesar didapat pada frekuensi 150 KHz.
4.4. Ujicoba Alat dan Pedoman Praktikum Pada MahasiswaPada pengujian alat dan pedoman praktikum pada mahasiswa, dilakukan kepada
10 mahasiswa yang sudah mengambil matakuliah Medan Elektromagnetik dan Energi
Baru Terbarukan (EBT). Setelah mahasiswa melakukan percobaan dengan alat dan
pedoman praktikum yang telah dibuat, mahasiswa diberi angket untuk menilai alat dan
pedoman praktikum, pada Gambar 4.10 merupakan respon penilaian alat dan pedoman
praktikum.
31
1 2 3 4 5 6 7 80
2
4
6
8
10
Hasil Penilaian Responden
Baik
Cukup
Buruk
Aspek Penilaian
Responden
Gambar 4.10. Grafik Hasil Penilaian Responden
Keterangan Aspek penilaian :1. Kemudahan penggunaan modul praktikum.2. Modul praktikum membantu memahami mengenai teknologi wireless energy
transfer.3. Modul praktikum membantu memahami pengaruh jarak pada teknologi wireless
energy transfer.4. Modul praktikum membantu memahami pengaruh sudut pada teknologi wireless
energy transfer.5. Modul Praktikum memberi gambaran tentang pengembangan alat pemanen
medan elektromagnetik.6. Pedoman praktikum mudah dimengerti.7. Pedoman praktikum membantu dalam menggunakan alat peraga.8. Dengan adanya praktikum ini, membantu dalam memahami materi yang telah
diajarkan saat kuliah.
Tabel 4.5. Persentase Penilaian Responden
Aspek penilaian Baik Cukup Buruk1 0% 90% 10%2 60% 40% 0%3 80% 20% 0%4 70% 30% 0%5 60% 40% 0%6 80% 20% 0%7 80% 20% 0%8 80% 20% 0%
32
Rata – rata 63,75% 35% 1,25%
Berdasar penilaian responden yang ditunjukan pada Gambar 4.10 dan
Persentase penilaian responden pada Tabel 4.5 pada aspek penilaian dua sampai delapan
mendapat penilaian baik diatas 60% dan penilaian cukup dibawah 40%. Sedangkan
pada aspek penilaian yang pertama, yaitu kemudahan penggunaan modul praktikum
mendapat nilai cukup sebesar 90 % dan nilai buruk sebesar 10%. Hal ini disebabkan,
pada perancangan modul praktikum masih digerakan secara manual untuk
memvariasikan jarak dan sudutnya. Secara keseluruhan modul praktikum dan panduan
praktikum yang telah di rancang mendapat penilaian baik sebesar 63,75%, penilaian
cukup sebesar 35%, dan buruk sebesar 1,25%.
33
top related