Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Oscillating Water Column untuk Matakuliah Energi Baru dan Terbarukan

ALAT PERAGA OSCILLATING WATER COLUMN
UNTUK MATA KULIAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN

oleh
Wang Darmasin Gunadi
NIM: 612010023

Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga

Oktober 2015

i

ii


iii

INTISARI
Krisis global yang dihadapi oleh dunia saat ini adalah global warming dan krisis energi.
Sebagian besar wilayah Indonesia merupakan Lautan. Mata kuliah Energi Baru dan
Terbarukan merupakan mata kuliah baru di FTEK-UKSW pada awal tahun 2014. Dosen
pengampu berpandangan bahwa perlunya alat peraga yang dapat memberikan pemahaman
dan gambaran secara nyata dan jelas dari teori yang didapat pada perkuliahan, Khususnya
mahasiswa FTEK-UKSW. Oleh sebab itu, dalam skripsi ini direalisasikan sebuah alat
peraga Oscillating Water Column.
Alat yang dirancang adalah sebuah wadah (kotak) berisi air sebagian. Dalam wadah
tersebut, air yang diam diubah menjadi air yang bergelombang menyerupai ombak laut.
Motor Power Window sebagai penggeraknya. Gelombang air yang berosilasi akan
dikonversikan menjadi energi baru (energi angin) pada kolom udara, sehingga turbin yang
terletak pada bagian atas lubang kolom udara berputar dan menghasilkan energi baru yaitu
energi listrik. Energi listrik dipanen dengan menggunakan supercapacitor yang nantinya
akan digunakan untuk menghidupkan LED 1 watt. Dilakukan pengukuran arus dan
tegangan pada alat pembuat gelombang, keluaran generator, supercapacitor dan beban
sebagai pedoman praktikum Energi Baru dan Terbarukan. Pengukuran dilakukan sebanyak
3 kali dengan perubahan kecepatan motor yang telah ditentukan.

Hasil pengujian yang telah dilakukan, konfigurasi yang dipilih adalah PWM cepat yaitu
100%, kondisi surut tanpa beban karena mempunyai daya keluaran generator yang
maksimal yaitu 112 mWatt.

i

ABSTRACT
The global crisis faced by the world today is global warming and the energy crisis.
Most of Indonesia is the Ocean. Subjects New and Renewable Energy is a new course in
FTEK-UKSW in early 2014. Lecturer the opinion that the necessity of props that can
provide insight and tangible and clear description of the theory learned in lectures, student
Particularly FTEK-institution. Therefore, in this thesis realized an Oscillating Water
Column props.
Tool designed is a container partially filled with water. In the container, standing
water is converted into water that resemble ocean waves surging. Motor Power Window as
a driving force. Wave oscillating water will be converted into new energy (wind energy)
on a column of air, so that the turbine located at the top of the rotating column of air holes
and generate new energy that is electrical energy. Electrical energy harvested by using a
supercapacitor which will be used to turn the LED 1 watt. Current and voltage
measurements performed on a wave maker, generator output, supercapacitor and load as

practical guidelines for New and Renewable Energy. Measurements were performed 3
times with changes in motor speed that has been determined.
Results of the testing that has been done, the selected configuration is fast PWM is
100%, no-load conditions recede because it has a generator maximum power output is 112
mili-Watts.

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah Bapa, Yesus Kristus dan Roh Kudus atas segala
hikmat, karunia, mujizat dan penyertaanNya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan
dengan baik. Segala yang telah dicapai oleh penulis tidak terlepas dari dorongan semangat,
bantuan , perhatian dan dukungan dari berbagai pihak. Maka, perkenankanlah penulis
menyampaikan rasa ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Pembimbing I, Bapak Deddy Susilo, S.T., M.Eng dan pembimbing II, Bapak
Ir. Lukas B.Setyawan, M.Sc Terima kasih atas bimbingan, arahan, saran,
nasihat, waktu dan kesabaran yang telah diberikan kepada penulis.
2. Terima kasih yang tidak terhingga untuk Ayah Ong Bing Gie di surga yang
selalu bersama menemani dan Ibu Tjahja Rini Kijoetami, atas segala perhatian,

dorongan semangat,

dukungan material dan doa. Kiranya Tuhan Yesus

senantiasa memberkati.
3.

Terimakasih yang sebesar-besarnya untuk Paman Bing Kiem (Buana Wang)
dan Isterinya Bibi Julik, Paman Guan dan Isterinya Bibi Lely Lianawati,
Paman Bing Seng dan Bibi Nanik Lianawati, Paman Buana Heksa dan
isterinya Bibi Rita serta Paman Liep dan Bibi Jiu, atas segala dorongan
semangat, dukungan material, saran, waktu

dan doa. Kiranya Tuhan Yesus

senantiasa memberkati.
4. Kakakku yang terkasih, Wang Yanuar Gunadi. Terima kasih untuk dukungan,
saran, waktu dan doa serta kasihnya.
5. Terimakasih untuk Bapak Yohanes Bengkel Queen, Tingkir, Salatiga, atas
segala dukungan material, pikiran, waktu dan doa.

6. Terimakasih kepada Bapak Pdt. Surya Kusuma, atas dukungan doa, kasih dan
semangatnya.
7. Teman-teman Epafras, terimakasih
semangat.

iii

atas segala dukungan doa, kasih dan

8. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita, Mbak
Yola, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang, Mas Hari.
9. Teman-teman angkatan 2010, “ Ayo cepetan LULUS! ”.

10. Pihak-pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, yang turut andil dalam
usaha penulis menyelesaikan studi di Universitas Kristen Satya Wacana.
Selama studi dan penulisan tugas akhir ini, tentunya ada begitu banyak pihak yang
membantu penulis. Penulis mengucapkan terimakasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.


Salatiga,

Oktober 2015

Penulis

iv

DAFTAR ISI
INTISARI

i

ABSTRACT

ii

KATA PENGANTAR


iii

DAFTAR ISI

v

DAFTAR GAMBAR

vii

DAFTAR TABEL

xi

DAFTAR ISTILAH

xii

BAB I


1

PENDAHULUAN
1.1. Tujuan ................................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.3. Batasan Masalah .................................................................................. 3
1.4. Sistematika Penulisan ........................................................................... 3

BAB II

DASAR SISTEM

5

2.1. Prinsip Bernoulli ................................................................................... 5
2.2. Wave Motion ......................................................................................... 8
2.3. Wave Energy and Power .................................................................... 13
2.4. ACS712 .............................................................................................. 16
2.5. PCDUINO3 ........................................................................................ 18
BAB III


PERANCANGAN ALAT

20

3.1. Gambaran Alat .................................................................................... 20
3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ...................................... 21
3.2.1.

Perangkat Keras Modul Mekanik ......................................... 21

3.2.2.

Perangkat Keras Modul Elektronik ...................................... 24
3.2.2.1. Pengendali Utama ................................................. 24
3.2.2.2. Sensor Arus .......................................................... 25
3.2.2.3. Sensor Tegangan ................................................... 27
3.2.2.4. IC Mux 4067 ......................................................... 28
3.2.2.5. Sensor Kecepatan .................................................. 30
3.2.2.6. Storage System ..................................................... 30

3.2.2.7. Aktuator ................................................................ 33

3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak ..................................... 36
v

3.3.1.
BAB IV

Perangkat Lunak pcDuino ................................................... 36

PENGUJIAN DAN ANALISIS

41

4.1. Pengujian Dimensi Mekanik Oscillating Water Column ................... 41
4.2. Pengujian Keluaran Generator ........................................................... 43
4.3. Pengujian ADC pcDuino .................................................................... 44
4.3.1.

Pengujian ADC dengan Nilai Tegangan pada Multimeter ... 44


4.3.2. Pengujian Konversi Tegangan pcDuino dengan Nilai
Tegangan Multimeter. ......................................................................... 45
4.4. Pengujian Sensor ACS712 .................................................................. 46
4.5. Pengujian Konverter Tegangan ........................................................... 49
4.5.1.

Pengujian Konverter Tegangan 5 VDC to 3.3 VDC ............ 49

4.5.2.

Pengujian Konverter Tegangan 12 VDC to 3.3 VDC .......... 51

4.6. Pengujian Keseluruhan Sistem ........................................................... 52

BAB V

4.6.1.

Pengujian Keseluruhan Sistem dengan PWM Cepat ............ 52

4.6.2.

Pengujian Keseluruhan Sistem dengan PWM Sedang ......... 57

4.6.3.

Pengujian Keseluruhan Sistem dengan PWM Lambat ......... 62

KESIMPULAN DAN SARAN

67

5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 67
5.2. Saran Pengembangan .......................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA

69

LAMPIRAN A

71

LAMPIRAN B

84

LAMPIRAN C

92

vi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.

Ilustrasi konservasi energi: aliran naik dari

Gambar 2.2.

Permukaan Gelombang air

8

Gambar 2.3.

Karakteristik Gelombang

9

Gambar 2.4.

Gaya Resultan pada permukaan partikel

9

Gambar 2.5.

Percepatan dan kecepatan dari partikel permukaan air

9

Gambar 2.6.

ke

Dasar gerakan air, menunjukkan penurunan eksponensial amplitude dengan

kedalaman
Gambar 2.7.

6

13
Tabel sensitivitas keluaran pada ACS712

16

Gambar 2.8. Block Diagram ACS712

16

Gambar 2.9.

17

Deskripsi pin-out ACS712

Gambar 2.10. Grafik keluaran tegangan ACS712 terhadap arus yang mengalir

17

Gambar 2.11. Grafik sensitivitas tegangan keluaran terhadap arus pada ACS712

18

Gambar 2.12. Perangkat pcDuino3 tampak depan

19

Gambar 2.13. Perangkat pcDuino3 tampak belakang

19

Gambar 3.1.

Blok diagram keseluruhan alat yang dirancang

21

Gambar 3.2.

Desain mekanik tampak depan dan keterangan

22

Gambar 3.3.

Realisasi mekanik keseluruhan Oscillating Water Column tampak samping 22

Gambar 3.4.

Realisasi mekanik keseluruhan Oscillating Water Column tampak atas

kanan

23

Gambar 3.5.

Realisasi mekanik keseluruhan Oscillating Water Column tampak atas kiri 23

Gambar 3.6.

Skema pcDuino

25

Gambar 3.7.

Rangkaian pada ACS712

26

Gambar 3.8.

Realisasi rangkaian ACS712

26

Gambar 3.9.

Rangkaian sensor tegangan dengan converter 5VDC to 3,3VDC

27

Gambar 3.10. Rangkaian sensor tegangan dengan converter 12VDC to 3,3VDC

28

Gambar 3.11. Realisasi rangkaian sensor tegangan

28

Gambar 3.12. Skema input dan output pada IC4067

29

Gambar 3.13. Realisasi rangkaian mux 4067

29

Gambar 3.14. Realisasi Sensor Proximity sebagai sensor kecepatan

30

Gambar 3.15. Rangkaian Boost Converter

31

Gambar 3.16. Realisasi Boost Converter

31
vii

Gambar 3.17. Rangkaian Storage system pada supercapacitor dengan beban

32

Gambar 3.18. Realisasi Storage system pada supercapacitor dengan beban

32

Gambar 3.19. Realisasi motor power window

33

Gambar 3.20. Rangkaian driver motor

34

Gambar 3.21. Realisasi driver motor

34

Gambar 3.22. Realisasi lubang piringan

35

Gambar 3.23. Realisasi lubang tuas penggerak

35

Gambar 3.24. Realisasi turbin

36

Gambar 3.25. Diagram alir subrutin controller pengukuran

39

Gambar 3.26. Diagram alir subrutin controller PWM

40

Gambar 4.1.

Pengujian panjang mekanik Oscillating Water Column

41

Gambar 4.2.

Pengujian lebar mekanik Oscillating Water Column

42

Gambar 4.3.

Pengujian tinggi mekanik Oscillating Water Column

42

Gambar 4.4.

Grafik arus terhadap beban

43

Gambar 4.5.

Grafik tegangan terhadap beban

43

Gambar 4.6.

Grafik Nilai ADC terhadap Nilai Tegangan Multimeter

45

Gambar 4.7.

Grafik ADC konversi Tegangan terhadap Nilai Tegangan Multimeter

46

Gambar 4.8.

Grafik Konversi Arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan Nilai

Arus pada Multimeter terhadap Beban Resistor yang Terpasang
Gambar 4.9.

47

Grafik Konversi Arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan Nilai

Arus pada Multimeter terhadap Beban Resistor yang Terpasang Setelah Pendekatan
Pengukuran

49

Gambar 4.10. Grafik Keluaran konverter 5VDC to 3.3 VDC terhadap Input Supply

50

Gambar 4.11. Grafik Keluaran konverter 12VDC to 3.3 VDC terhadap Input Supply

52

Gambar 4.12. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa
Beban

53

Gambar 4.13. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa
Beban

53

Gambar 4.14. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut
dengan Beban

54

Gambar 4.15. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan
Beban

55

viii

Gambar 4.16. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
tanpa Beban

55

Gambar 4.17. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa
Beban

56

Gambar 4.18. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
dengan Beban

56

Gambar 4.19. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang dengan
Beban

57

Gambar 4.20. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa
Beban

58

Gambar 4.21. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa
Beban

59

Gambar 4.22. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut
dengan Beban

59

Gambar 4.23. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan
Beban

60

Gambar 4.24. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
tanpa Beban

60

Gambar 4.25. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa
Beban

61

Gambar 4.26. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
dengan Beban

61

Gambar 4.27. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang dengan
Beban

62

Gambar 4.28. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa
Beban

63

Gambar 4.29. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut tanpa Beban
63
Gambar 4.30. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut
dengan Beban

64

Gambar 4.31. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Surut dengan
Beban

64

ix

Gambar 4.32. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
tanpa Beban

65

Gambar 4.33. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang tanpa
Beban

65

Gambar 4.34. Grafik Tegangan Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang
dengan Beban

66

Gambar 4.35. Grafik Arus Keseluruhan Sistem Selama 8 menit Kondisi Pasang dengan
Beban

66

x

DAFTAR TABEL
Tabel 3.1.

Konfigurasi penggunaan pin pcDuino3 pada bagian pengendali utama

25

Tabel 4.1.

Keluaran Turbin terhadap beban

43

Tabel 4.2.

Keluaran pin ADC pcDuino dengan nilai tegangan multimeter

44

Tabel 4.3.

Keluaran pin ADC pcDuino berupa tegangan dengan nilai tegangan

multimeter
Tabel 4.4.

45
Keluaran konversi arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan nilai arus

pada multimeter
Tabel 4.5.

47

Keluaran konversi arus ACS1, ACS2, ACS3, ACS4, ACS5 dengan nilai arus

pada multimeter seletah pendekatan pengukuran

48

Tabel 4.6.

Keluaran konverter 5 VDC to 3.3 VDC terhadap input supply

50

Tabel 4.7.

Keluaran konverter 12 VDC to 3.3 VDC terhadap input supply

51

xi

DAFTAR ISTILAH

��

Kinetic Energy

��

Friction Energy

��

Potential Energy

ADC

Analog to Digital Converter

F

Gaya

LED

Light Emiting Diode

OWC

Oscillating Water Column

PWM

Pulse Width Modulation

SC

Supercapacitor

Luas penampang
Volume

Usaha




Percepatan gravitasi
Massa



Tekanan



Jarak



Kecepatan udara



Ketinggian



Amplitudo



Ketinggian permukaan





Periode

Kecepatan fase gelombang

xii




Konstanta Gelombang
Kecepatan Linear



Panjang Gelombang



Kecepatan Angular / Kecepatan sudut





Kerapatan jenis

Kemiringan sudut

xiii

Dokumen yang terkait

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Oscillating Water Column untuk Matakuliah Energi Baru dan Terbarukan T1 612010023 BAB I

0 0 4

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Oscillating Water Column untuk Matakuliah Energi Baru dan Terbarukan T1 612010023 BAB II

0 1 15

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Oscillating Water Column untuk Matakuliah Energi Baru dan Terbarukan T1 612010023 BAB IV

0 0 26

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Oscillating Water Column untuk Matakuliah Energi Baru dan Terbarukan T1 612010023 BAB V

0 0 2

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Oscillating Water Column untuk Matakuliah Energi Baru dan Terbarukan

0 0 32

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Energi Terbarukan Horizontal Axis Wind Turbine

0 0 14

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan "Marine Current Turbines"

0 0 12

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan "Marine Current Turbines" T1 612011802 BAB I

0 0 2

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan "Marine Current Turbines"

0 0 7

Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Penyusunan Alat Peraga untuk Matakuliah Elektronika Daya

0 0 12