Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Penjejak Radiasi Matahari Menggunakan Algoritma Plataforma Solar De Almerya (PSA) untuk Menggerakan Stirling Engine T1 612009024 BAB IV
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil
pengujian pada algoritma pengikut matahari dan sistem – sistem lainnya. Tujuan
dari pengujian adalah mengetahui hasil perancangan alat dari semua sistem yang
dapat bekerja sesuai dengan perancangan yang telah dibuat.
Pada sub bab 4.1 akan dibahas mengenai pengujian hardware sistem, pada
sub bab 4.2 akan dibahas mengenai pengujian software sistem dengan
menggunakan algoritma Plataforma Solar de Almerýa (PSA), dan pada sub bab
4.3 akan mengenai tentang pengujian mekanik sistem.
4.1. Pengujian Hardware Sistem
4.1.1.
Modul Arduino Uno
Pada modul Arduino Uno menggunakan mikrokontroler
ATmega328 yang membutuhkan tegangan sebesar 5 volt. Didalam
modul Arduino Uno ini sudah dilengkapi regulator, maka dari itu
dibutuhkan tegangan dari luar antara 7-12 Volt. Arduino uno akan
mendapatkan tegangan dari luar sebesar 12 Volt dari aki.
4.1.2.
Modul Motor Driver
Pada 4 buah optocoupler ( PC 817 ) ini akan diberi inputan dari
mikrokontroler pada pin 12 dan pin 11 sebagai kontrol gerak altitude,
pin 10 dan pin 9 sebagai kontrol gerak azimuth. Keluaran pada
optocoupler akan mengaktifkan relay yang telah ditentukan. Modul ini
diberi masukan tegangan sebesar 12 volt. Pada Tabel 4.1 dibawah ini
akan menjelaskan logika yang menentukan pergerakan motor melalui
relay.
33
Tabel 4.1. Logika Pada Motor Driver.
4.1.3.
Logika
Logika
Pergerakan Motor
Pin 12 dan pin 10
Pin 11 dan pin 9
0
0
Tidak bergerak
0
1
Searah jarum jam
1
0
Berlawanan jarum jam
1
1
Tidak bergerak
Modul Rotary Encoder
Pada keluaran modul rotary encoder ini, akan masukan pada
interupsi eksternal pin 2 untuk menghitung langkah pergerakan motor
altitude sedangkan interupsi eksternal pin 3 menghitung langkah
pergerakan motor azimuth. Mode interupsi eksternal pada Arduino
Uno adalah Change. Change adalah penggabungan antara mode Rising
( perubahan tegangan dari low ke high ) dan Falling ( perubahan
tegangan dari high ke low ).
Pada
motor
bertorsi
yang telah
dibuat,
solar
dish
0
membutuhkan 7,77 interupsi pada pin 2 untuk bergerak 1 terhadap
altitude dan 2.07 interupsi pada pin 3 untuk bergerak 10 terhadap
azimuth. Berikut ini ( Tabel 4.2 ) adalah jumlah interupsi yang
dibutuhkan untuk menjalankan solar dish pada sudut tertentu.
Tabel 4.2. Jumlah Interupsi pada Motor.
Sudut
Jumlah perubahan tegangan pada interupsi
Motor Altitude ( pin 2 )
Motor Azimuth ( pin 3 )
10
7.77
2.07
300
233.1
62.1
450
349.65
93.15
0
466.2
124.2
900
699.3
186.3
1800
1398.4
372.6
60
34
Pada pengujian modul rotary encoder ini, menghitung interupsi
eksternal pada motor altitude maupun azimuth pada sudut 900
sebanyak 10 kali percobaan. Jumlah counter seharusnya pada Rotary
Encoder Altitude adalah 699 dan Rotary Encoder Azimuth adalah 186
Berikut ini adalah hasil penghitungan interupsi eksternal serta pin 2
menghitung langkah pergerakan motor altitude sedangkan interupsi
eksternal pin 3 menghitung langkah pergerakan motor azimuth.
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Rotary Encoder.
Counter pada Rotary Encoder
No
Selisih
Motor
Motor
Motor
Motor
Altitude
Azimuth
Altitude
Azimuth
1
692
188
7
2
2
688
190
11
4
3
702
185
3
1
4
695
180
4
6
5
705
183
6
3
6
692
189
7
3
7
708
192
9
6
8
703
178
4
8
9
693
187
6
1
10
689
191
10
5
Jumlah
67
39
Rata - Rata
6.7
3.9
Persentase error
0.95 %
2.1 %
35
a.
b.
Gambar 4.1. a. Jumlah interupsi terhadap Altitude dan b. jumlah
interupsi terhadap motor Azimuth.
4.2. Pengujian Software Sistem
Pada pengambilan nilai waktu kini seperti jam, menit, detik, tanggal,
bulan, tahun akan diolah pada Algoritma Plataforma Solar de Almerýa
(PSA) yang akan menghasilkan sudut Altitude dan sudut Azimuth pada
matahari. Algoritma Plataforma Solar de Almerýa ( PSA ) juga
membutuhkan koordinat pada letak solar dish yaitu Latitude, Longitude dan
GMT offset. Latitude, Longitude dan GMT offset yang digunakan adalah 7,34 , 110,45 dan 7. Latitude, longitude dan GMT offset berfungsi untuk
menentukan letak posisi parabola tersebut.
Pada Gambar 4.2 adalah grafik elevasi terhadap waktu, Gambar 4.3
adalah grafik azimuth terhadap waktu dan Gambar 4.4 adalah grafik Azimuth
terhadap elevasi pada matahari yang didapat pada Algoritma Plataforma
Solar de Almerýa ( PSA ).Grafik pada Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Gambar
4.4 diambil pada tanggal 20 – 05 – 2015 yang dirujuk pada lampiran A hasil
data pengujian Algoritma Plataforma Solar de Almerýa ( PSA ) halaman 40.
Tabel dari hasil data pengujian dari pengujian Algoritma Plataforma
Solar de Almerýa ( PSA ) terdiri dari Time, d, B, LT ( Local Time ), LSTM (
Local Standard Time Meridian ), EoT ( Equation of Time ), TC ( Time
Correction Factor ), HRA ( Hour Angle ), Delta ( Declination Angle ),
Altitude Angle, Azimuth Angle.
36
Solar Elevation vs. Hour of Day
80
Sudut Elevasi ( O)
70
60
50
40
30
20
10
0
0:00:00
6:00:00
12:00:00
18:00:00
0:00:00
Waktu
Gambar 4.2. Grafik Elevasi Pada Matahari Terhadap Waktu.
Solar Azimuth vs. Hour of Day
450
400
350
Sudut Azimuth ( O)
300
250
200
150
100
50
0
0:00:00
-50
6:00:00
12:00:00
18:00:00
0:00:00
Waktu
Gambar 4.3. Grafik Azimuth Pada Matahari Terhadap Waktu.
37
Solar Azimuth vs. Elevation Angle
360
315
Sudut Azimuth ( O)
270
225
180
135
90
45
0
-45 0
10
20
30
40
50
Sudut Elevasi (
60
70
80
90
O)
Gambar 4.4. Grafik Azimuth Terhadap Elevasi Pada Matahari.
Solar dish akan mengkoreksi letak matahari setiap matahari bergeser
satu derajat. Pengkoreksi ini berlaku untuk gerak motor altitude maupun
motor azimuth. Solar dish akan mengikuti letak matahari dari jam 8 pagi
sampai 3 sore. Setelah jam 3 sore, solar dish akan kembali posisi semula
yaitu menghadap ke timur. Solar dish dapat menghadap ke timur dengan
menggunakan limit switch yang telah ditentukan.
Gambar 4.5. Posisi Awal Pada Solar Dish Menghadap Ke Timur.
38
4.3. Pengujian Mekanik Sistem
Pengujian pada mesin Stirling dilakukan pada tanggal 28juni 2015
dari jam 10:00:00 sampai 10:20:50 dengan sumber panas dari daya radiasi
dari luar yang telah difokuskan oleh solar dish. Setiap data diambil setiap
10 detik.
Data yang diambil pada pengujian mesin Stirling ini adalah RPM
(Rotation per minute), Tc (⁰C) atau temperatur pada sisi tabung dingin, Th
(⁰C) atau temperatur pada sisi tabung panas, tekanan (Pascal), tegangan
(volt) dan arus (mA). Beban yang digunakan untuk mengukur arus adalah 56
ohm. Pada Gambar 4.6 adalah grafik suhu sisi tabung panas dan dingin,
Gambar 4.7 adalah grafik thermal eff terhadap waktu dan Gambar 4.7 adalah
grafik hasil daya terhadap RPM yang dirujuk pada lampiran B hasil data
pengujian mesin Stirling halaman 43.Tabel data hasil dari pengujian mesin
Stirling terdiri dari RPM, Tc (⁰C), Tc (K), Th (⁰C), Th (K),Tekanan (Pa),
Tegangan (V), Arus (mA), Daya (mW) dan Thermal Eff (%).Thermal eff
didapat dengan memakai persamaan (13).
300
250
⁰C
200
150
Tc ⁰C
100
Th ⁰C
50
0
09:57:36
10:04:48
10:12:00
10:19:12
10:26:24
Waktu
Gambar 4.6. Suhu sisi tabung panas dan dingin pada mesin Stirling.
39
Thermal Eff vs. waktu
40
35
30
25
20
%
Thermal Eff (%)
15
10
5
0
09:57:36
-5
10:04:48
10:12:00
10:19:12
10:26:24
Waktu
Gambar 4.7. Grafik Thermal Eff terhadap waktu pada mesin Stirling.
Grafik pada Gambar 4.6 terlihat temperatur menurun pada waktu
10:12:00 karena percobaan ini dilakukan hanya selama 12 menit. Setelah
menit ke 12, mesin ini tidak menerima sumber panas dari solar dish sampai
suhu kembail ke semula.
Daya vs. RPM
7
6
milliWatts
5
4
Daya (mW)
3
2
1
0
0
100
200
RPM
300
400
Gambar 4.8. Grafik Hasil Daya pada mesin Stirling.
Pada Gambar 4.8 menggambarkan grafik daya yang dihasilkan oleh
mesin Stirling melalui generator listrik terhadap RPM. Beban yang
digunakan untuk mengukur arus adalah 56 ohm. Pada grafik terlihat RPM
yang semakin meningkat maka daya yang dihasilkan pun semakin
meningkat.
40
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil
pengujian pada algoritma pengikut matahari dan sistem – sistem lainnya. Tujuan
dari pengujian adalah mengetahui hasil perancangan alat dari semua sistem yang
dapat bekerja sesuai dengan perancangan yang telah dibuat.
Pada sub bab 4.1 akan dibahas mengenai pengujian hardware sistem, pada
sub bab 4.2 akan dibahas mengenai pengujian software sistem dengan
menggunakan algoritma Plataforma Solar de Almerýa (PSA), dan pada sub bab
4.3 akan mengenai tentang pengujian mekanik sistem.
4.1. Pengujian Hardware Sistem
4.1.1.
Modul Arduino Uno
Pada modul Arduino Uno menggunakan mikrokontroler
ATmega328 yang membutuhkan tegangan sebesar 5 volt. Didalam
modul Arduino Uno ini sudah dilengkapi regulator, maka dari itu
dibutuhkan tegangan dari luar antara 7-12 Volt. Arduino uno akan
mendapatkan tegangan dari luar sebesar 12 Volt dari aki.
4.1.2.
Modul Motor Driver
Pada 4 buah optocoupler ( PC 817 ) ini akan diberi inputan dari
mikrokontroler pada pin 12 dan pin 11 sebagai kontrol gerak altitude,
pin 10 dan pin 9 sebagai kontrol gerak azimuth. Keluaran pada
optocoupler akan mengaktifkan relay yang telah ditentukan. Modul ini
diberi masukan tegangan sebesar 12 volt. Pada Tabel 4.1 dibawah ini
akan menjelaskan logika yang menentukan pergerakan motor melalui
relay.
33
Tabel 4.1. Logika Pada Motor Driver.
4.1.3.
Logika
Logika
Pergerakan Motor
Pin 12 dan pin 10
Pin 11 dan pin 9
0
0
Tidak bergerak
0
1
Searah jarum jam
1
0
Berlawanan jarum jam
1
1
Tidak bergerak
Modul Rotary Encoder
Pada keluaran modul rotary encoder ini, akan masukan pada
interupsi eksternal pin 2 untuk menghitung langkah pergerakan motor
altitude sedangkan interupsi eksternal pin 3 menghitung langkah
pergerakan motor azimuth. Mode interupsi eksternal pada Arduino
Uno adalah Change. Change adalah penggabungan antara mode Rising
( perubahan tegangan dari low ke high ) dan Falling ( perubahan
tegangan dari high ke low ).
Pada
motor
bertorsi
yang telah
dibuat,
solar
dish
0
membutuhkan 7,77 interupsi pada pin 2 untuk bergerak 1 terhadap
altitude dan 2.07 interupsi pada pin 3 untuk bergerak 10 terhadap
azimuth. Berikut ini ( Tabel 4.2 ) adalah jumlah interupsi yang
dibutuhkan untuk menjalankan solar dish pada sudut tertentu.
Tabel 4.2. Jumlah Interupsi pada Motor.
Sudut
Jumlah perubahan tegangan pada interupsi
Motor Altitude ( pin 2 )
Motor Azimuth ( pin 3 )
10
7.77
2.07
300
233.1
62.1
450
349.65
93.15
0
466.2
124.2
900
699.3
186.3
1800
1398.4
372.6
60
34
Pada pengujian modul rotary encoder ini, menghitung interupsi
eksternal pada motor altitude maupun azimuth pada sudut 900
sebanyak 10 kali percobaan. Jumlah counter seharusnya pada Rotary
Encoder Altitude adalah 699 dan Rotary Encoder Azimuth adalah 186
Berikut ini adalah hasil penghitungan interupsi eksternal serta pin 2
menghitung langkah pergerakan motor altitude sedangkan interupsi
eksternal pin 3 menghitung langkah pergerakan motor azimuth.
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Rotary Encoder.
Counter pada Rotary Encoder
No
Selisih
Motor
Motor
Motor
Motor
Altitude
Azimuth
Altitude
Azimuth
1
692
188
7
2
2
688
190
11
4
3
702
185
3
1
4
695
180
4
6
5
705
183
6
3
6
692
189
7
3
7
708
192
9
6
8
703
178
4
8
9
693
187
6
1
10
689
191
10
5
Jumlah
67
39
Rata - Rata
6.7
3.9
Persentase error
0.95 %
2.1 %
35
a.
b.
Gambar 4.1. a. Jumlah interupsi terhadap Altitude dan b. jumlah
interupsi terhadap motor Azimuth.
4.2. Pengujian Software Sistem
Pada pengambilan nilai waktu kini seperti jam, menit, detik, tanggal,
bulan, tahun akan diolah pada Algoritma Plataforma Solar de Almerýa
(PSA) yang akan menghasilkan sudut Altitude dan sudut Azimuth pada
matahari. Algoritma Plataforma Solar de Almerýa ( PSA ) juga
membutuhkan koordinat pada letak solar dish yaitu Latitude, Longitude dan
GMT offset. Latitude, Longitude dan GMT offset yang digunakan adalah 7,34 , 110,45 dan 7. Latitude, longitude dan GMT offset berfungsi untuk
menentukan letak posisi parabola tersebut.
Pada Gambar 4.2 adalah grafik elevasi terhadap waktu, Gambar 4.3
adalah grafik azimuth terhadap waktu dan Gambar 4.4 adalah grafik Azimuth
terhadap elevasi pada matahari yang didapat pada Algoritma Plataforma
Solar de Almerýa ( PSA ).Grafik pada Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Gambar
4.4 diambil pada tanggal 20 – 05 – 2015 yang dirujuk pada lampiran A hasil
data pengujian Algoritma Plataforma Solar de Almerýa ( PSA ) halaman 40.
Tabel dari hasil data pengujian dari pengujian Algoritma Plataforma
Solar de Almerýa ( PSA ) terdiri dari Time, d, B, LT ( Local Time ), LSTM (
Local Standard Time Meridian ), EoT ( Equation of Time ), TC ( Time
Correction Factor ), HRA ( Hour Angle ), Delta ( Declination Angle ),
Altitude Angle, Azimuth Angle.
36
Solar Elevation vs. Hour of Day
80
Sudut Elevasi ( O)
70
60
50
40
30
20
10
0
0:00:00
6:00:00
12:00:00
18:00:00
0:00:00
Waktu
Gambar 4.2. Grafik Elevasi Pada Matahari Terhadap Waktu.
Solar Azimuth vs. Hour of Day
450
400
350
Sudut Azimuth ( O)
300
250
200
150
100
50
0
0:00:00
-50
6:00:00
12:00:00
18:00:00
0:00:00
Waktu
Gambar 4.3. Grafik Azimuth Pada Matahari Terhadap Waktu.
37
Solar Azimuth vs. Elevation Angle
360
315
Sudut Azimuth ( O)
270
225
180
135
90
45
0
-45 0
10
20
30
40
50
Sudut Elevasi (
60
70
80
90
O)
Gambar 4.4. Grafik Azimuth Terhadap Elevasi Pada Matahari.
Solar dish akan mengkoreksi letak matahari setiap matahari bergeser
satu derajat. Pengkoreksi ini berlaku untuk gerak motor altitude maupun
motor azimuth. Solar dish akan mengikuti letak matahari dari jam 8 pagi
sampai 3 sore. Setelah jam 3 sore, solar dish akan kembali posisi semula
yaitu menghadap ke timur. Solar dish dapat menghadap ke timur dengan
menggunakan limit switch yang telah ditentukan.
Gambar 4.5. Posisi Awal Pada Solar Dish Menghadap Ke Timur.
38
4.3. Pengujian Mekanik Sistem
Pengujian pada mesin Stirling dilakukan pada tanggal 28juni 2015
dari jam 10:00:00 sampai 10:20:50 dengan sumber panas dari daya radiasi
dari luar yang telah difokuskan oleh solar dish. Setiap data diambil setiap
10 detik.
Data yang diambil pada pengujian mesin Stirling ini adalah RPM
(Rotation per minute), Tc (⁰C) atau temperatur pada sisi tabung dingin, Th
(⁰C) atau temperatur pada sisi tabung panas, tekanan (Pascal), tegangan
(volt) dan arus (mA). Beban yang digunakan untuk mengukur arus adalah 56
ohm. Pada Gambar 4.6 adalah grafik suhu sisi tabung panas dan dingin,
Gambar 4.7 adalah grafik thermal eff terhadap waktu dan Gambar 4.7 adalah
grafik hasil daya terhadap RPM yang dirujuk pada lampiran B hasil data
pengujian mesin Stirling halaman 43.Tabel data hasil dari pengujian mesin
Stirling terdiri dari RPM, Tc (⁰C), Tc (K), Th (⁰C), Th (K),Tekanan (Pa),
Tegangan (V), Arus (mA), Daya (mW) dan Thermal Eff (%).Thermal eff
didapat dengan memakai persamaan (13).
300
250
⁰C
200
150
Tc ⁰C
100
Th ⁰C
50
0
09:57:36
10:04:48
10:12:00
10:19:12
10:26:24
Waktu
Gambar 4.6. Suhu sisi tabung panas dan dingin pada mesin Stirling.
39
Thermal Eff vs. waktu
40
35
30
25
20
%
Thermal Eff (%)
15
10
5
0
09:57:36
-5
10:04:48
10:12:00
10:19:12
10:26:24
Waktu
Gambar 4.7. Grafik Thermal Eff terhadap waktu pada mesin Stirling.
Grafik pada Gambar 4.6 terlihat temperatur menurun pada waktu
10:12:00 karena percobaan ini dilakukan hanya selama 12 menit. Setelah
menit ke 12, mesin ini tidak menerima sumber panas dari solar dish sampai
suhu kembail ke semula.
Daya vs. RPM
7
6
milliWatts
5
4
Daya (mW)
3
2
1
0
0
100
200
RPM
300
400
Gambar 4.8. Grafik Hasil Daya pada mesin Stirling.
Pada Gambar 4.8 menggambarkan grafik daya yang dihasilkan oleh
mesin Stirling melalui generator listrik terhadap RPM. Beban yang
digunakan untuk mengukur arus adalah 56 ohm. Pada grafik terlihat RPM
yang semakin meningkat maka daya yang dihasilkan pun semakin
meningkat.
40