BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Agustus 2013 di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara, Medan.
3.2. Bahan Pengujian
- Air Hujan ±40 Liter
Air hujan ditampung dalam wadah jerigen yang bersih dan baru, yang diambil langsung saat hujan datang di halaman yang terbuka untuk menghindari kontaminasi
dari benda – benda lain atau atap rumah.
3.3. Alat Penelitian dan Spesifikasinya
Peralatan - Peralatan yang digunakan untuk melakukan pengujian meliputi : 1 unit trafo uji
Spesifikasi: 200100.000 Volt; 50 Hz; 10 kVA. 1 unit autotrafo
Spesifikasi: 2200-200 Volt; 10 kVA. 1 unit tahanan peredam
Spesifikasi: 10 MΩ; 60 MW. Elektroda bola –bola, jarum – jarum, jarum piring
1 unit barometerhumiditymeterthermometer digital
Spesifikasi: merek Lutron PHB 318; range tekanan 7,5-825,0 mmHg; range kelembaban 10-110 RH; range suhu 0-50 °C.
1 unit multimeter Spesifikasi: merek Excel DT9205A; 0,2-750 VAC; 0,2-1000 VDC; 0,02-20
AAC; 0,002-20 ADC. Kotak uji,
Universitas Sumatera Utara
Tegangan rendah bolak balik 220 V
F-N
frekuensi 50 Hz, Peralatan pembuat simulasi hujan
Pompa air listrik
3.3.1 Kotak Uji
Ada 2 kotak uji yang digunakan dalam penelitian ini, dimana kotak uji ini berbentuk balok.
Kotak uji yang pertama terbuat dari bahan plastic acrylic transparan dengan ketebalan 3 mm dan ukuran dimensi luar yaitu panjang 50 cm,
lebar 40 cm dan tinggi 150 cm.
Kotak uji yang kedua terbuat dari bahan kaca dengan ketebalan 5 mm
dimana memiliki ukuran panjang 50 cm, lebar 40 cm dan tinggi 50 cm.
Kotak uji digunakan untuk meletakkan elektroda bola -bola, elektroda jarum –
jarum, dan elektroda jarum piring sebagai media uji untuk mengetahui tegangan tembus
udara, seperti yang terlihat pada Gambar. 3.1
a Kotak Uji Pertama b Kotak Uji Kedua Gambar 3.1 Kotak Uji
Universitas Sumatera Utara
3.3.2. Elektroda
Pada percobaan ini elektroda yang digunakan adalah elektroda bola – bola,
elektroda jarum – jarum dan elektroda jarum piring. Berikut ini spesifikasi elektroda
yang digunakan tersebut :
Elektroda Bola
Elektroda bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus dielektrik udara dibuat dengan menggunakan bahan stainless steel beronnga
dengan diameter 5 cm, seperti yang terlihat pada Gambar 3.2. Jarak elektroda
akan mempengaruhi tegangan tembus yang diterapkan pada isolasi gas. Jarak elektroda pada pengujian adalah bevariasi mulai dari 1,5 cm, 2,0 cm, 2,5 cm, 3,0
cm, 3,5 cm, dan 4,0 cm.
DIAMETER BOLA 5 cm
DIAMETER BOLA 5 cm
DIAMETER BOLA 5 cm
Gambar 3.2 Elektroda Bola
Diameter elektroda d = 5 cm Material bahan elektroda = Stainless steel
Elektroda Jarum
Elektroda jarum yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus dielektrik udara mempunyai sudut 45
o
. Elektroda jarum dibuat dengan
menggunakan bahan Besi Fe, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.3.
Jarak sela elektroda pada pengujian jarum - jarum adalah sama seperti pengujian pada elektroda bola - bola.
Universitas Sumatera Utara
2,5 cm 4,5 cm
1 cm 2,2 cm
Gambar 3.3 Elektroda Jarum
Diameter elektroda d = 15 mm
Sudut kelancipan elektroda α = 45
o
Material bahan elektroda = Besi Fe
Elektroda Jarum Piring
Elektroda piring yang digunakan dalam percobaan ini memiliki diameter 10 cm yang terbuat dari bahan besi baja. Sementara untuk elektroda jarum,
menggunakan elektroda jarum yang sama pada percobaan elektroda jarum –
jarum seperti yang terlihat pada Gambar 3.4 dibawah ini. Sementara jarak
sela elektroda pada pengujian jarum piring juga sama seperti pada pengujian pada elektroda bola
– bola dan jarum – jarum.
2,5 cm 4,5 cm
1 cm 2,2 cm
1,5 cm
Gambar 3.4 Elektroda Jarum Piring
Diameter elektroda piring d = 10 cm Material bahan elektroda = Besi baja
Universitas Sumatera Utara
3.3.3. Pembuatan Simulasi Hujan
Pembuatan simulasi hujan dilakukan untuk melakukan media pengujian kotak uji pada kondisi hujan, dimana ukuran butiran air hujan dapat diatur dengan membuat
lubang pada silinder tabung hujan yang bervariasi mulai berukuran 1 mm, 1,5 mm, 2
mm, 2,5 mm dan 3 mm. Seperti pada Gambar 3.5 berikut ini.
`
Gambar 3.5 Lubang Silinder Tabung Hujan yang Membuat Ukuran Butiran Air Hujan dapat di Atur
Air hujan dimasukkan kedalam silinder tabung hujan yang telah diberi lubang tersebut sesuai ukuran butiran air hujan yang hendak diuji. Kemudian
sebuah plat tipis berbentuk lingkaran berdiameter 7 cm yang dikopel dengan sebuah motor listrik dan juga telah dilubangi dengan ukuran lubang yang sama
diletakkan kedalam tabung dan diletakkan sedemikian rupa sehingga lubang pada plat tipis ini posisinya sama dengan lubang pada silinder tabung hujan.
Selanjutnya plat tipis tersebut di putar oleh motor listrik tersebut. Tujuannya
Universitas Sumatera Utara
adalah supaya air hujan yang lewat dari tabung hujan ini seolah-olah terputus, dimana saat keadaan lubang pada tabung hujan bertemu dengan lubang pada plat
tipis maka air hujan dapat mengalir atau jatuh, demikian pada hal sebaliknya diamana saat lubang pada tabung hujan tidak bertemu dengan lubang pada plat
tipis maka air hujan tidak dapat mengalir atau jatuh. Sehingga air hujan yang mengalir jatuh seolah-olah terputus, sesuai keadaan hujan yang sesungguhnya.
Peralatan simulasi hujan yang dibuat dapat dilihat seperti pada Gambar 3.6 dibawah ini.
Gambar 3.6 Alat Pembuatan Simulasi Hujan
Universitas Sumatera Utara
Keterangan : 1.
Motor listrik, untuk memutar plat tipis dalam tabung hujan 2.
Besi tiang penyangga 3.
Selang, dimana tempat masuknya air hujan ke tabung hujan 4.
Silinder Tabung hujan, tempat penampungan air hujan yang terbuat dari stainless stell guna untuk memastikan tidak adanya kontaminasi antara wadah silinder tabung hujan
dengan air hujan. 5.
Kotak uji 6.
Elektroda bola 7.
As besi, untuk mengkopel plat tipis dengan motor listrik 8.
Karton untuk mengurangi efek kapasitasi dengan tiang penyangga 9.
Kaki besi
3.4. Variasi Pengujian
Dalam percobaan ini, variasi pengujian dilakukan untuk mengetahui bagaimana perubahan nilai tegangan tembus udara pada keadaan :
Kondisi sebelum di hujani Kondisi saat dihujani dengan ukuran butiran air hujan yang bervariasi
yaitu mulai berukuran diameter 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm dan 3 mm.
Kondisi saat dihujani dengan jarak ketinggian jatuh hujan yang bervariasi yaitu mulai ketinggian 1 m, 2 m, dan 3 m. Hal ini dilakukan
untuk mendapatkan variasi kecepatan jatuhnya tetesan hujan yang
berbeda juga. Sesuai dengan yang terlihat digrafik pada Gambar 2.21
di Bab 2, dimana kecepatan jatuhnya tetesan hujan berhubungan
dengan ketinggian dan diameter butiran air hujan.
Variasi pengujian meliputi variasi jarak antar sela dan variasi elektroda pengujian yaitu pengujian terhadap elektroda bola
– bola, elektroda jarum – jarum dan elektroda jarum piring.
Universitas Sumatera Utara
3.5. Prosedur Percobaan
3.5.1. Pengujian Tegangan Tembus Udara Sebelum Di Hujani
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.
Mempersiapkan alat dan bahan. 2.
Pastikan sistem dalam keadaan Off. 3.
Masuk kesangkar Faraday ruang pengujian dengan membawa stick grounding yang terdapat disisi pintu masuk untuk membuang tegangan sisa.
4. Membuat rangkaian percobaan seperti pada Gambar 3.7 dibawah ini :
Rp
S1
V TU
AT
KOTAK UJI
Vin S2
Ket : AT = Autotrafo; TU = Trafo uji; S1 = Saklar utama; S2 = Saklar sekunder;
Rp = Tahanan peredam; Vin = Tegangan masukan; V = Voltmeter
Gambar 3.7 Rangkaian Percobaan Sebelum Dihujani
5. Memastikan rangkaian telah tersusun dan terhubung dengan baik dan benar untuk
menghindari kesalahan dalam pengujian. 6.
Mengatur jarak sela elektroda bola, pada jarak 4,0 cm. 7.
Mengukur temperatur dan tekanan pada ruang uji. 8.
Saklar utama S1 ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol. 9.
Kemudian saklar sekunder S2 ditutup.
Universitas Sumatera Utara
10. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap sampai terjadi tegangan tembus
pada udara. 11.
Pada saat yang bersamaan, tegangan V dicatat dan saklar S1 dan S2 dibuka. 12.
Ulangi langkah 8-11 sampai 5 kali hingga diperoleh lima data tegangan tembus udara pada kondisi jarak sela 4,0 cm yang nanti dihitung tegangan rata-ratanya guna
untuk memperoleh data yang lebih akurat. 13.
Langkah 12 dilakukan untuk jarak sela elektroda bola yang bervariasi yaitu 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm dan 1,5 cm.
14. Ulangi semua langkah 1-13 diatas untuk pengujian elektroda jarum
– jarum dan elektroda jarum piring.
3.5.2. Pengujian Tegangan Tembus Udara Pada Saat Keadaan Hujan Dengan Ukuran Butiran Hujan yang Bervariasi di Ketinggian Jatuh Hujan 1 meter.
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.
Mempersiapkan alat dan bahan. 2.
Pastikan sistem dalam keadaan Off. 3.
Masuk kesangkar Faraday ruang pengujian dengan membawa stick grounding yang terdapat disisi pintu masuk untuk membuang tegangan sisa.
4. Membuat rangkaian percobaan seperti pada Gambar 3.8 dibawah ini
Rp
S2 S1
V TU
AT
KOTAK UJI
Vin
Motor Listrik 220 V
Tabung Hujan
1 m
Gambar 3.8 Rangkaian Percobaan pada Ketinggian Hujan 1 Meter
Universitas Sumatera Utara
5. Memastikan rangkaian telah tersusun dan terhubung dengan baik dan benar
untuk menghindari kesalahan dalam pengujian. 6.
Mengatur ketinggian jatuhnya air hujan pada ketinggian 1 m, seperti pada Gambar 3.8.
7. Memasang lubang hujan yang berdiameter 1 mm pada silinder tabung hujan.
8. Mengatur jarak sela elektroda bola, pada jarak 4,0 cm.
9. Mengukur temperatur dan tekanan pada ruang uji.
10. Saklar utama S1 ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol.
11. Kemudian saklar sekunder S2 ditutup.
12. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap sampai terjadi tegangan
tembus pada udara. 13.
Pada saat yang bersamaan, tegangan V dicatat dan saklar S1 dan S2 dibuka. 14.
Ulangi langkah 10 -12 sampai 5 kali hingga diperoleh lima data tegangan tembus udara pada kondisi jarak sela 4,0 cm yang nanti dihitung tegangan rata-ratanya
guna untuk memperoleh data yang lebih akurat. 15.
Langkah 8 - 12 dilakukan untuk jarak sela elektroda bola yang bervariasi yaitu 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm dan 1,5 cm.
16. Ulangi langkah 8-15 diatas untuk pengujian elektroda jarum
– jarum dan elektroda jarum piring.
17. Ulangi kembali langkah 7-16 untuk pengujian diameter butiran hujan yang
berbeda yaitu 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, dan 3 mm.
3.5.3. Pengujian Tegangan Tembus Udara Pada Saat Keadaan Hujan Dengan Ukuran Butiran Hujan yang Bervariasi di Ketinggian Jatuh Hujan 2 meter
dan 3 meter.
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.
Mempersiapkan alat dan bahan. 2.
Pastikan sistem dalam keadaan Off. 3.
Masuk kesangkar Faraday ruang pengujian dengan membawa stick grounding yang terdapat disisi pintu masuk untuk membuang tegangan sisa.
Universitas Sumatera Utara
4. Membuat rangkaian percobaan seperti pada Gambar 3.9, dibawah ini :
Z
Rp
S S
V TU
AT
KOTAK UJI Vin
Motor Listrik 220 V
Tabung Hujan
Ketinggian 2 meter
Gambar 3.9 Rangkaian Percobaan pada Ketinggian Hujan 2 Meter dan 3 Meter
5. Memastikan rangkaian telah tersusun dan terhubung dengan baik dan benar
untuk menghindari kesalahan dalam pengujian. 6.
Mengatur ketinggian jatuhnya air hujan pada ketinggian 1 m, seperti pada Gambar 3.9.
7. Memasang lubang hujan yang berdiameter 1 mm pada silinder tabung hujan.
8. Mengatur jarak sela elektroda bola, pada jarak 4,0 cm.
9. Mengukur temperatur dan tekanan pada ruang uji.
10. Saklar utama S1 ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol.
11. Kemudian saklar sekunder S2 ditutup.
12. Tegangan keluaran AT dinaikkan secara bertahap sampai terjadi tegangan
tembus pada udara. 13.
Pada saat yang bersamaan, tegangan V dicatat dan saklar S1 dan S2 dibuka.
Universitas Sumatera Utara
14. Ulangi langkah 10 -12 sampai 5 kali hingga diperoleh lima data tegangan
tembus udara pada kondisi jarak sela 4,0 cm yang nanti dihitung tegangan rata-ratanya guna untuk memperoleh data yang lebih akurat.
15. Langkah 8 - 12 dilakukan untuk jarak sela elektroda bola yang bervariasi yaitu
3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm dan 1,5 cm. 16.
Ulangi langkah 8-15 diatas untuk pengujian elektroda jarum – jarum dan
elektroda jarum piring. 17.
Lakukan kembali langkah 7-16 untuk pengujian diameter butiran hujan yang berbeda yaitu 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, dan 3 mm.
18. Ulangi semua langkah 1-17 untuk pengujian jatuh hujan dengan ketinggian 3
meter dengan mengatur jarak ketinggian jatuh tetesan hujan pada alat percoabaan.
Universitas Sumatera Utara
3.6. Flowchart Penelitian
Mulai
Menampung Air Hujan
Merancang Alat Pengujian
Simulasi Hujan Buatan
Pembuatan Alat Pengujian
Simulasi Hujan Buatan
Berhasil
Ya
Tidak
Lakukan Pengujian
Pengukuran Parameter Tegangan Tembus
Sebelum Dihujan
i
Setelah Dihujani, dengan ukuran butiran:1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm
dan 3 mm.
Pada Ketinggian 1 meter
Pada Ketinggian 2 meter
Pada Ketinggian 3 meter
Analisis
Selesai
Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 3.10 dapat dijelaskan bagaimana proses penelitian ini dilakukan, dimana proses penelitian ini dilakukan dengan tahap awal menampung air hujan, kemudian merancang
alat pembuatan simulasi hujan yang akan digunakan dalam penelitian ini. Tujuannya adalah supaya alat simulasi hujan buatan ini dapat digunakan sesuai eksperimen yang akan dilakukan.
Setelah selesai dirancang, selanjutnya masuk ketahap pembuatan alat pengujian simulasi hujan buatan, dan apabila alat berhasil dibuat maka dapat dilakukan pengujian untuk pengambilan data
percobaan, tetapi apabila yang terjadi adalah sebaliknya maka alat kembali dirancang ulang supaya alat tersebut berhasil melakukan pengujian.
Setelah alat berhasil dibuat, maka masuk ketahap pengujian dimana dengan terlebih dahulu mengukur parameter tegangan tembus seperti suhu dan tekanan udara sekitar lingkungan
pengujian. Kemudian dilanjutkan ketahap pengujian, yaitu pengujian : Sebelum dihujani
Setelah dihujani dengan ukuran butiran 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3mm. dengan
ketinggian yang bervariasi yaitu 1 meter, 2 meter dan 3 meter.
Semua data hasil pengujian dicatat dan selanjutnya akan dianalisis untuk menarik kesimpulan dari hasil percobaan yang telah dilakukan.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Tujuan dari eksperimen ini adalah untuk mencari hubungan antara ukuran butiran air hujan terhadap perubahan tegangan tembus udara, dengan menggunakan peralatan
simulasi hujan buatan dengan media uji elektroda bola – bola, jarum – jarum dan jarum
piring dengan posisi horizontal.
4.1. HASIL DATA PENGUJIAN Hasil data pengujian tegangan tembus udara diberikan pada Lampiran A Tabel A.1
sampai Tabel A.48. Hasil data ini terdiri dari:
Tegangan tembus udara pada kondisi saat belum dihujani Tegangan tembus udara pada kondisi setelah dihujani, dengan ukuran butiran
air hujan 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm dan 3 mm. Dimana ketinggian jatuh tetesan air hujan bervariasi, yaitu :
Ketinggian 1 meter h = 1 m Ketinggian 2 meter h = 2 m
Ketinggian 3 meter h = 3 m
4.2. ANALISA DATA
Tegangan tembus yang diperoleh masih dalam suhu dan tekanan udara sembarang. Oleh karena itu, perlu diolah untuk memperoleh tegangan tembus pada
keadaan standar, yaitu pada suhu 20 C dan tekanan 760 mmHg yang dihitung
menggunakan Persamaan 2.6. Nilai tegangan tembus tersebut ditunjukkan pada lampiran A. berdasarkan data perhitungan pada Lampiran A, dapat dibuat tabel yang menyatakan
hubungan antara ukuran butiran air hujan dengan tegangan tembus udara seperti yang diberikan pada Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.
Universitas Sumatera Utara
Kategori