STUDI EKSPERIMENTAL MODEL TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL 3 (TIGA) SUDU
STUDI EKSPERIMENTAL MODEL TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL 3 (TIGA) SUDU
Ismail, Budhi M Suyitno, Razivky F Anshari
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila, Jagakarsa Jakarta Selatan 12640
Ismail2k7@gmail.com
Abstrak
Turbin angin sumbu horizontal merupakan salah satu tipe turbin angin yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Studi eksperimental model turbin angin dilakukan dengan penekanan kepada kemampuan model turbin angin dengan NACA airfoil 4421 untuk mengekstraksi energi angin secara optimal dengan melakukan pengujian performansi model turbin angin. Metode yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan melakukan eksperimen model turbin angin di dalam terowongan angin. Hasil dari eksperimen yang dilakukan pada model turbin angin di dalam terowongan angin, didapatkan hasil daya maksimum turbin untuk pada kecepatan 7 m/s adalah 3.967 W, efisiensi turbin sebesar 30% dan Tip Speed Ratio sebesar 1.233. Data perbandingan daya turbin berdasarkan kecepatan angin antara data teoritis dan pengujian dapat dinyatakan kehilangan energi dari perbandingan tersebut sebesar ±25% untuk desain Airfoil NACA 4421 dengan sudu di twist.
Kata Kunci : Airfoil, Energi Angin, Turbin Angin, NACA.
LATAR BELAKANG MASALAH
pada model turbin angin dilakukan dengan penekanan kepada kemampuan turbin angin
Energi alternatif sangat dibutuhkan untuk mengekstraksi energi angin secara pada zaman sekarang ini. Angin dapat
optimal.
dimanfaatkan untuk menghasilkan energi terbarukan [1]. Ada dua jenis utama dari
Turbin Angin
turbin angin, yakni dengan sumbu vertikal dan Turbin angin merupakan salah satu dengan sumbu horizontal. Turbin angin dapat
konverter energi. Turbin angin mempunyai digunakan untuk menghasilkan listrik dalam
independen atau tidak jumlah besar baik di darat dan di lepas
aplikasi
yang
membutuhkan sumber energi lain. Jenis atau pantai..
desain rinci semua turbin angin memiliki Di Indonesia, kecepatan angin menurut
kesamaan bahwa turbin angin mengubah Data Badan Pusat Statistik (BPS) dari tahun
energi kinetik dari massa udara yang mengalir 2007-2010 di seluruh Indonesia berada pada
menjadi energi mekanik rotasi. Daratan Asia, angka terendah ±3 m/s sampai angka
pertama kali kincir angin bersumbu vertikal tertinggi ±8 m/s [2]. Potensi kecepatan angin
dikembangkan. Lalu bangsa Eropa mulai di Indonesia umumnya berkecepatan rata-rata
mengembangkan kincir angin bersumbu ±5 m/s. Hal ini tidak terlepas karena Indonesia
horizontal setelah kincir angin sumbu vertikal merupakan negara kepulauan terbesar di
dikembangkan di Asia [4]. Dapat dilihat pada dunia dengan 17.504 pulau dan luas perairan 2 Gambar 1 yang merupakan model turbin
laut 5.8 juta km 2 (terdiri dari luas laut teritorial angin hasil dari model horizontal dan vertikal.
0.3 juta km 2 , luas perairan kepulauan 2.95 Inovasi baru dan potensi dalam model
secara terus menerus Indonesia (ZEEI) 2,55 juta km ) [3]. Hal ini
juta km , dan luas Zona Ekonomi Eksklusif 2 turbin
angin
dieksploitasi, terutama terkonsentrasi pada merupakan wilayah yang potensial untuk
bagian sudu, di mana sudu dibentuk agar pengembangan turbin angin.
lebih ringan dengan fitur aerodinamis yang Melihat dari potensi yang ada, energi
lebih baik. Selain itu, sistem pengendalian angin
pada turbin angin pun terus dikembangkan menggunakan turbin angin. Penelitian ini
dapat dimanfaatkan
dengan
untuk mendapatkan hasil energi listrik. Salah dilakukan pada model turbin angin sumbu
utama untuk horizontal 3 (tiga) sudu. Studi eksperimen
satu
pengendalian
memaksimalkan kinerja dari turbin angin ialah
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
kecepatan angin [6].
dibiarkan airfoil untuk bergerak ke arah gaya angkat. Gerakan ini akan menggabungkan gerak udara untuk menghasilkan arah angin relatif ditunjukkan pada Gambar 3. Airfoil akan terreorientasi untuk mempertahankan gaya angkat yang baik untuk rasio gaya dorong [6].
Misalkan
Gambar 1. Turbin angin tipe horizontal dan vertikal [5].
Secara keseluruhan, industri energi angin mencapai kemajuan yang sangat pesat dalam dua dekade terakhir ini dan hal ini akan
Gambar 3. Gaya angkat dan gaya tarik pada memainkan peran penting dalam tujuan dari airfoil [6]. turbin angin untuk meningkatkan produksi
listrik dari sumber energi terbarukan. Salah satu parameter penting dari sudu Aliran udara yang mengenai turbin
adalah pitch angle, yaitu sudut antara chord angin dipengaruhi peran dari airfoil dari sudu line sudu dan bidang rotasi. Angle of attack turbin. Aliran udara di atas airfoil stasioner seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Chord menghasilkan dua kekuatan, sebuah gaya line adalah garis lurus yang menghubungkan angkat tegak lurus terhadap aliran udara dan tepi terdepan dan terbelakang dari airfoil [6]. gaya tarik ke arah aliran udara, seperti
ditunjukkan pada Gambar 2. Gaya angkat tergantung pada aliran laminar yang mengalir di atas airfoil, yang berarti bahwa udara mengalir lancar di kedua sisi airfoil. Jika aliran turbulen ada daripada aliran laminar, akan ada sedikit gaya angkat atau tidak akan ada gaya angkat sama sekali. Udara yang mengalir di atas airfoil dapat dipercepat
karena jarak yang lebih besar untuk Gambar 4. Pitch a ngle β dan angle of attack γ melakukan
kecepatan menyebabkan sedikit penurunan
tekanan. Perbedaan tekanan di airfoil ini Beberapa contoh lebih lanjut juga menghasilkan gaya angkat, yang tegak lurus
diberikan untuk menggambarkan perbedaan terhadap arah aliran udara [6].
utama antara kedua sudut penting ini. Contoh pertama menunjukkan tiga airfoil pada angle of attack yang sama namun pada pitch angle yang berbeda. Situasi ini menunjukkan bahwa airfoil dapat dengan mudah berada pada angle of attack yang sama seperti yang ditujukkan pada Gambar 5.
Gambar 2. Gaya angkat dan gaya tarik pada airfoil stasioner [6].
Udara yang bergerak di atas airfoil juga menghasilkan gaya tarik ke arah aliran udara. Ini adalah istilah rugi dan harus diminimalkan sebanyak mungkin dalam turbin angin kinerja
tinggi. Kedua gaya angkat dan gaya tarik Gambar 5. Airfoil pada sudut serang konstan harus berbanding lurus dengan densitas
tetapi berbeda sudut pitch [7].
2 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 2 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Contoh kedua menunjukkan airfoil pada
rasio camber, x f adalah
camber, d adalah ketebalan maksimum airfoil, dengan pitch angle. Seperti yang dijelaskan
d/c thickness-chord ratio, x d adalah posisi pada persamaan gaya angkat, jika kecepatan
ketebalan maximum airfoil, r N adalah nose angin berkurang maka angle of attack harus
radius, y o adalah upper surface, y u adalah meningkat untuk mempertahankan gaya
lower surface.
angkat yang dapat dilihat pada Gambar 6. Setiap parameter dalam Airfoil NACA memiliki
dan kekurangannya masing-masing. Persamaan 4 merupakan daya dari aliran udara secara bebas. Tidak semua daya dapat diambil karena ada aliran udara yang lewat melalui sudu. Sehingga didapatkan persamaan baru daya turbin yang ditujukan pada Persamaan 1 [6].
kelebihan
Gambar 6. Angle of attack yang selalu sama (1) dengan pitch angle [7].
Dengan adalah daya turbin (W), NACA (National Advisory Committee
3 massa jenis udara ( = 1.225 2 for Aeronautics) merupakan salah satu
kg/m ), A adalah luas penampang turbin (m ), referensi pemilihan airfoil yang paling popular
V adalah kecepatan angin (m/s), Cp adalah pada saat ini. Pengujian-pengujian yang
daya koefisien. Profil tekanan dan kecepatan dilakukan oleh NACA lebih sistematik dengan
aliran angin untuk suatu volume sebagai membagi pengaruh dari efek kelengkungan
model bentuk aliran udara yang melewati dan distribusi ketebalan (thickness) serta
suatu kincir dapat ditampilkan seperti Gambar pengujiannya yang dilakukan pada berbagai
Bilangan Reynold. Airfoil NACA memiliki parameter-parameter
dalam
bentuknya.
Gambar 7 di bawah menunjukan beberapa parameter yang terdapat dalam airfoil NACA [8].
Gambar 8. Profil tekanan dan kecepatan aliran angin [6].
Efisiensi Turbin umumnya digunakan untuk menunjuk efisiensi keseluruhan sistem turbin. Seperti ditunjukkan dalam Persamaan
2 di bawah ini, umumnya didefinisikan sebagai rasio dari "daya listrik yang dihasilkan oleh turbin angin" ( ) dibagi dengan "daya angin ke dalam turbin" ( ). Lalu dapat juga disebut "daya angin yang tersedia" yang ditunjukkan pada Persamaan 2.
Gambar 7. Parameter geometris airfoil dari (2) seri airfoil NACA [8].
Dengan c adalah panjang chord, f
adalah maksimum camber, sedangkan f/c
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
mempengaruhi nilai antara lain adalah
jumlah baling-baling,
bagian
airfoil,
permukaan baling-baling (bentuk dan sudut). Ketika kecepatan angin berubah maka
kecepatan rotasi harus mencapai nilai
terbaik. Hal ini berarti
dan harus
digabung dalam sebuah parameter sebelum sebuah kurva dapat kita gambarkan. Variabel ini
merupakan perbandingan
antara
kecepatan ujung rotor terhadap kecepatan angin dan disebut sebagai tip speed ratio (TSR) yang ditujukan pada Persamaan 3 [9].
Dengan adalah tip speed ratio, V adalah kecepatan angin (m/s),
adalah
kecepatan pada ujung rotor (m/s),
adalah
radius rotor (m),
adalah
kecepatan
angular (rad/s) -1 adalah frekuensi pada rotasi (s ). Karena setiap tipe turbin memiliki karakteristik yang berbeda-beda, maka faktor daya sebagai fungsi dari TSR juga berbeda sebagaimana yang ditunjukan oleh Gambar 9.
Gambar 10. Diagram alir penelitian
diperlihatkan pada Gambar 10 dimulai dari mendesain model, pembuatan
Tahapan
yang
dengan pengujian. Pengujian turbin angin sumbu horizontal 3 (tiga) sudu ini menggunakan beberapa variabel pengujian. Variabel pengujian yang ditentukan
sampai
adalah perbedaan kecepatan angin selama proses pengujian. Beberapa variabel pengujian ini yaitu pada kecepatan angin diatur pada 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, 6 m/s dan 7 m/s.
di
sini
Gambar 9. Perbandingan Cp dengan tip
kecepatan angin dilakukan speed ratio [10].
Pengukuran
dengan hotwire anemometer, putaran rotor dengan tachometer dan daya turbin dengan
multitester.
METODE PENELITIAN
HASIL DAN PEMBAHASAN
penelitian yang dilakukan
digambarkan
melalui diagram alir penelitian yang dijelaskan Model turbin angin sumbu horizontal 3 pada Gambar 10.
(tiga) sudu dibagi menjadi 3 komponen yaitu spesifikasi rotor sudu turbin, spesifikasi rotor sudu turbin twist dan spesifikasi tower turbin. Rancangan model perancangan turbin angin sumbu horizontal 3 (tiga) sudu tanpa di twist dan turbin angin sumbu horizontal 3 (tiga)
4 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 4 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
turbin angin
Tabel 2. Perbandingan tip speed ratio model
turbin angin
Gambar 11. Rancangan assembly turbin angin sumbu horizontal 3 (Tiga) dengan sudu tanpa di Twist
Hasil dari pengujian ditunjukkan pada Gambar
hasil tersebut memperlihatkan bahwa daya yang dihasilkan oleh model turbin angin dengan sudu yang di twist menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan sudu yang tidak di twist.
dari
Gambar 12. Rancangan assembly turbin Hal ini dapat kita lihat hasil dari pengujian angin sumbu horizontal 3 (Tiga) dengan sudu
pada kecepatan 7 m/s, yang mana untuk daya di Twist
yang dihasilkan dari model turbin angin yang di twist menghasilkan daya sebesar 3.976 W,
Swept area adalah luas efektif dari rotor sedangkan model turbin angin dengan sudu turbin angin yang menerima energi kinetik dari
tanpa di twist menghasilkan daya sebesar angin adalah sebesar
0.554. Nilai efisiensi dari daya turbin hasil memperlihatkan perbandingan putaran rotor
. Tabel 1
pengujian sudu twist yang dibangkitkan oleh yang dihasilkan oleh model turbin angin baik
angin pada kecepatan angin maksimal dengan sudu yang di twist maupun dengan
sebesar 30%. Data perbandingan daya turbin sudu tanpa di twist. Hasil yang ditunjukkan
berdasarkan kecepatan angin antara data putaran yang dihasilkan oleh model turbin
teoritis dan pengujian dapat dinyatakan angin dengan sudu yang di twist lebih besar
kehilangan energi dari perbandingan tersebut dibandingkan dengan tanpa di twist. Tabel 2
sebesar ±25% untuk desain Airfoil NACA memperlihatkan perbandingan tip speed ratio
4421 dengan sudu di twist.
untuk kedua model turbin tersebut. Hasilnya
tip speed ratio yang dihasilkan oleh model turbin angin dengan sudu di twist lebih besar dibandingkan dengan sudu tanpa di twist.
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
4. Robert, G. & Jochen, T., Wind Power Plants
(Fundamentals, Design, Construction and Operation), Second Edition,
Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin, 2012.
5. Frida Kurniawati., Kemanakah Kincir itu Menghilang.
http://hwc2015.nvo. or.id/647-ke-manakah-kincir-itu- menghilang/ (Diakses 12 Maret 2017).
6. Johnson, Gary L., Wind Energy System, Electronic Edition, Manhattan, KS., 2006.
7. Jeff Scott. Angle of Attack and Pitch
Gambar 13. Perbandingan kecepatan angin Angle. http://www.aero terhadap daya turbin teoritis terhadap model
spaceweb.org/question/aerodynamics/q0 turbin angin
165.shtml (Diakses 10 Agustus 2017)
8. Jacobs E. N, K. E. Ward, & R. M. Pinkerton.1933. “The characteristics of
KESIMPULAN
78 related airfoil sections from tests in the variable- density wind tunnel”. NACA
9. M. Ragheb., “Optimal Rotor Tip Ratio sumbu horizontal 3 (tiga) sudu dengan swept
Berdasarkan hasil dan pembahasan
Report No. 460.
Speed”. New York, USA. area turbin angin sebesar
maka didapat bahwa model turbin angin
10. http://www.energyhunters.it/content/turbi potensial sebesar
, daya
, data daya ne-eoliche-ad-asse-orizzontale-o- turbin teoritis berdasarkan kecepatan angin
verticale-unconfronto (Diakses 12 Mei sebesar
, data daya turbin 2017). berdasarkan
kecepatan angin
maksimal
model sudu twist sebesar 3.976 W, Nilai tip speed ratio sebesar 1.233 dan nilai efisiensi dari daya turbin hasil pengujian dengan sudu di twist yang dibangkitkan oleh angin pada kecepatan angin maksimal sebesar 30%. Data perbandingan daya turbin berdasarkan kecepatan angin antara data teoritis dan pengujian dapat dinyatakan kehilangan energi dari perbandingan tersebut sebesar ±25% untuk desain Airfoil NACA 4421 sudu di twist.
DAFTAR PUSTAKA
1. Markus N. A., Y. Teguh Triharyanto, Ricky Octavianus Prasetya, Kincir Angin Sumbu Horizontal Bersudu Banyak, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta Januari 2008.
2. Badan Pusat Statistik. Tabel Satistik https://www.bps.go .id/linkTabelStatis/view/id/1348 (Diakses
9 Maret 2017).
3. Kementerian Kelautan dan Perikanan, Laporan Kinerja Kemeterian Kelautan dan Perikanan Tahun 2015, Jakarta Februari
http://kkp.go.id/wp-
6 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
DISTRIBUSI TEMPERATUR FLUIDA DAN KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PADA HEAT EXCHANGER TIPE COUNTERFLOW DENGAN PIPA SPIRAL MENGGUNAKAN SOLIDWORKS
Sandy Suryady
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma
Email : sandy22@staff.gunadarma.ac.id
Abstrak
Alat penukar kalor (heat exchanger) tipe counterflow banyak digunakan untuk perangkat elektronik dan transportasi.Nilai koefisien perpindahan panas dipengaruhi oleh karakteristik aliran. Tujuan penelitian ini menganalisa distribusi temperatur dan koefisien perpindahan panas konveksi pada heat exchanger tipe counterflow dengan pipa spiral menggunakan Solidworks. Dua buah pipa digunakan, dengan pipa air pendingin panjang 996 mm diameter 83,5 mm dan pipa air panas berupa pipa spiral panjang 986 mm diameter 11 mm digunakan dalam penelitian. Perubahan o o o
C ,dan air panas 85 3 C. Debit aliran dijaga konstan dengan 0,0001625 m /s untuk air panas dan 0,0001625 m /s untuk air pendingin. Hasil menunjukan dengan penggunaan pipa spiral maka temperatur fluida air panas mengalami o o penurunan 10
temperatur dikontrol pada air dingin 17 3 C, air normal 32
C. Kenaikan nilai koefisien perpindahan panas dipengaruhi oleh variasi kenaikan temperatur dan debit aliran.
C dan kenaikan temperatur air dingin 5
Kata Kunci : heat exchanger, temperatur, keseimbangan energi bilangan nusselt, bilangan reynold, dan koefisien konveksi
PENDAHULUAN
dipelajari oleh regers dan mayhew . Mereka mengamati bahwa bahkan untuk alat uap
panas, temperatur yang tinggi seragam memanfaatkan
Fenomena perpindahan
panas
dinding tidak diperoleh terutama disebabkan melakukan suatu keperluan industri seperti
oleh distribusi kondensat uap atas permukaan [3] perangkat elektronik dan transportasi. Namun,
coil . Pada aliran sepenuhnya dikembangkan pada fluida heat transfer konvensional seperti
dalam acurved pipa dengan fluks panas yang air umumnya memiliki properti panas yang
seragam untuk jumlah temperatur besar. rendah. Kegunaan dari heat exchanger dalam
Aliran dan temperatur dipelajari dengan industri adalah mengurangi temperatur pada
eksperimen. Mereka menganggap bahwa aliran fluida pembuangan dengan cara
aliran dibagi menjadi dua bagian, lapisan memberikan fluida pendingin. Jenis aliran
batas kecil dekat dinding pipa dan wilayah inti yang biasa digunakan adalah counterflow,
besar yang membuat aliran yang tersisa. yang dimana counterflow itu aliran yang saling berlawanan antara pipa luar dan pipa dalam pada heat exchanger. Dalam penggunaan
TINJAUAN PUSTAKA
pipa spiral dalam heat exchanger sangatlah efektif karena dengan berbentuk spiral akan
Perpindahan panas terjadi melalui tiga semakin banyak penurunan temperatur yang
mekanisme dasar adalah perpindahan melalui didapat.
cara pertama yang disebut perpindahan Penukar panas adalah perangkat di
panas konduksi. Cara kedua perpindahan mana energi ditransfer dari satu cairan lain
panas melalui konveksi dan yang ketiga permukaan penampang. Hal ini berbeda
perpindahan panas secara radiasi. untuk Penukar panas tradisional, khususnya [1]
suatu bagian benda Penukar panas shell-dan-tube . Perpindahan
Kalor
dari
bertemperatur lebih tinggi akan mengalir panas yang dihitung dalam tabung melingkar
melalui zat benda itu ke bagian lainnya yang
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
konveksi dimana tidak
perpindahan
kalor
merupakan konstanta proporsionalitas pada berpindah dari satu partikel ke lain partikel
mengalir sehingga
tenaga
kalor
persamaan pada hukum Newton pendinginan. dan
koefisien konveksi Perpindahan kalor cara ini disebut konduksi.
mencapai bagian
berhubungan dengan Kerapatan, Viskositas, Konveksi terjadi baik karena gerakan
Diameter pipa, Bilangan Reynold, Prandtl dan molekul
dan gerakan
Perpindahan panas
konveksi
dapat
dikategorikan ke dalam dua bentuk sesuai
dengan sifat aliran: Konveksi Natural dan
dimana
Konveksi Paksa. Dalam konveksi alami Re = Bilangan Reynolds (bebas),
= Kerapatan (kg/m 3 ) perbedaan
gerakan fluida
didorong oleh
= Kecepatan Aliran (m/s) perubahan
D = Diameter pipa (m) pemanasan atau pendinginan.
suhu yang
dihasilkan
oleh
μ = Viskositas dinamik fluida (Ns/m 2 ) Sementara transfer kedua konduksi
dan konveksi melibatkan aliran energi melalui zat padat atau cairan, media tidak diperlukan
untuk mencapai perpindahan panas radiasi.
dimana
Memang, radiasi elektro-magnetik yang paling
Pr = Bilangan Prandtl
efisien melalui ruang hampa, meskipun 2 ν = Viskositas kinematik fluida (m
2 /s) mampu melewati cukup efektif melalui gas
α = Thermal diffusivity (m /s) banyak,
cp = Kalor spesifik (J/kg°K) padatan, khususnya, lapisan yang relatif tipis 2 μ = Viskositas dinamik fluida (N.s/m )
cairan dan
melalui
beberapa
dari kaca dan plastik transparan. kf = Konduktifitas kalor fluida (W/m.K) Perpindahan tenaga kalor dapat dibagi
dalam beberapa golongan cara perpindahan. Kalor itu dapat merambat dari suatu bagian ke
dimana :
bagian lain melalui zat atau benda yang diam. = Bilangan Reynold Kalor juga dapat dibawa oleh partikel-partikel
= Bilangan Prandtl
zat yang mengalir. Pada radiasi kalor, tenaga = 0.4 (untuk pemanas) kalor dapat berpindah melalui pancaran yang
0.3 (untuk pendingin) merupakan juga satu cara perpindahan kalor. Umumnya perpindahan panas berlangsung dengan tiga cara. Perpindahan panas dapat
diketahui melalui perubahan temperatur. Oleh
dimana :
karenanya perlu ditentukan hubungan antara 2 = Koefisien konveksi (W/m .K) arus panas dan perubahan atau perbedaan
= Bilangan Nusselt
temperatur. Bagi kalorimeter yang mengalami = Konduktifitas thermal bahan (W/m.K) pertukaran panas dengan luar sistem, akibat
= Diameter pipa (m) perpindahan panas, Newton memberikan
suatu koreksi yang dikenal sebagai hukum pendinginan atau pemanasan Newton.
Pada hukum Newton pendinginan, Persamaan
dimana untuk semua mekanisme transfer 2 = Total koefisien konveksi (W/m .K) kalor, jika beda temperatur antara benda dan 2 =
Koefisien konveksi dalam (W/m .K) sekitarnya
2 = Koefisien konveksi luar (W/m .K) pendinginan sebuah benda hampir sebanding
dengan beda temperatur, yang dirumuskan sebagai berikut :
METODE PENELITIAN
dimana : Penelitian ini dilakukan dengan cara = Energi (Watt)
menganalisa aliran air pada pipa Heat = Laju aliran massa (kg/s)
exchanger dengan menggunakan Solidwork. = Perubahan suhu t akhir -t awal (°C)
Aliran tersebut ada dua perbedaan suhu = Kalor spesifik (J/kg.K)
yaitu : air dengan suhu air panas dan dingin.
8 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Pada prinsipnya air suhu panas akan mengalir di pipa berbentuk spiral dan air suhu dingin mengalir di pipa besar heat exchanger. Penelitian ini diselesaikan dengan mengikuti beberapa
menentukan data dan meng-analisis data, Gambar 2. Pipa Spiral kemudian
membuat tulisan. Tabel dimensi pipa spiral yang diguna- Dalam merancang Heat Exchanger
kan dalam melakukan simulasi, spesifikasi pada Gambar 1 akan diberikan fluida dalam
Tabel 2. sebagai berikut: rancangan tersebut. Analisa ini diberikan
kecepatan yang berbeda antara aliran air Tabel 2. Dimensi Pipa Spiral panas dengan air dingin serta beberapa
Nama Bagian
Ukuran (mm)
11 dingin.
eksperimen pada analisis air panas dan air
Diameter C1
Outlet Inlet
Diameter C2
Air Dingin Air Dingin
Diameter C3
90 Inlet
Panjang Pitch
Outlet
986 Air Panas
Panjang pipa spiral
Air Panas
Analisa yang pertama kali di lakukan Gambar 1. Heat Exchanger dengan bagian
adalah mendesain heat exchanger dengan dalam pipa spiral
pipa spiral di dalamnya kemudian me- masukan data-data yang akan dimasukan.
Berikut ini Tabel 1 yang digunakan Berikut ini adalah Langkah-langkah setelah dalam Heat Exchanger dengan dimensi
mendesain heat exchanger : sebagai berikut ini:
1. Memberikan input data material pada desain heat exchanger.
Tabel 1. Dimensi Heat Exchanger
2. Kemudian
menentukan suhu 0 aliran
Ukuran
masuk pada pipa yaitu dari 17
0 C dan dari
Bagian Heat Exchanger
85 C. Setelah itu masukan data - data ke
Flow simulation pada solid-work. Panjang Pipa
(mm)
3. Apabila data yang penting di masukan (seperti : suhu, laju aliran massa, dan
Tinggi Pipa
koefisien konveksi), di lakukan proses Diameter Luar Pipa Besar
Running Mesh. Kemudian akan keluar hasil output suhu pada Flow simulation.
4. Setelah mendapatkan data dari simulasi, Diameter
Diameter Luar Pipa Kecil
kemudian melalukan pengolahan data dan analisa data.
Besar
Diameter Dalam Pipa Kecil
Rancangan (set up) alat uji seperti terlihat pada Gambar 2 dimana fluida yang
Ketebalan Pipa Besar
akan dialirkan ditempatkan pada penam- Ketebalan Pipa Kecil
pungan fluida (wadah). Pada penampungan aliran air panas dipanaskan terlebih dahulu dengan kompor sampai keadaan suhu tertentu, air panas lalu dialirkan ke Heat Exchanger, kemudian dari penampungan air dingin apabila sudah memenuhi suhu yang diinginkan, air itu di alirkan ke Heat Exchanger bagian pipa atas.
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Gambar 3. Skema Alat Uji Gambar 4. Hasil simulasi pada air panas Dari gambar 3, beberapa peralatan
dengan air pendingin pendukung dalam rancangan heat exchanger
type counterflow dengan pipa spiral yaitu : 2 Kemudian mencari dan menganalisis Pompa air untuk air panas dengan air dingin,
data untuk mendapatkan nilai kesetimbang-an Pipa ukuran ¾ inch, 2 Katup, 4 Manometer, 4 energi panas. Nilai kesetimbangan energi Termometer, Kompor, Penampung air dengan panas dapat dilihat pada tabel 3. berbahan plastik dan berbahan Stainless
steel. Tabel 3. Nilai Kesetimbangan Energi Panas Keseimbangan Energi Panas pada Air Panas
dengan Air Dingin
HASIL DAN PEMBAHASAN
No
in out
Pada proses simulasi diberikan debit
3 aliran untuk air panas sebesar 0,0001625m /s
2 83 67,73 0,15757 4199,4 10104,15 untuk aliran air panas, kemudian untuk debit
3 81 66,44 0,15778 4197,8 9643,509 sebesar 0,00041 m 3 /s, sehingga sebelum
aliran air dingin dan air normal diberikan
Keseimbangan Energi Panas pada Air Panas mensimulasi harus menghitung Laju aliran
dengan Air Normal massa pada setiap spesimen yaitu: 3
in out spesimen untuk air panas dengan air dingin
No
dan 3 spesimen air panas dengan air normal.
4 85 71,99 0,15736 4201 8600,512 Di dalam gambar 4 menunjukan contoh hasil 0 5 83 70,96 0,15757 4199,4 7966,861
dari simulasi pada temperatur air panas 85 C
0 6 81 69,73 0,15778 4197,8 7464,447 dan air dingin 17 C.
pada analisis heat exchanger type counterflow dengan pipa spiral akan didapatkan perbandingan nilai koefisien konveksi pada air panas dengan air pendingin untuk gambar 5 dan 6 kemudian total nilai koefisien konveksi pada gambar 7 dan 8.
Setelah
itu
Air Panas
Gambar 5. Diagram pengaruh hubungan h
10 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
KESIMPULAN
Dalam rancangan heat exchanger type counterflow dengan pipa spiral memiliki efektifitas
tinggi dalam distribusi perpindahan panas antara air panas dengan air pendingin. Hal ini disebabkan oleh luas permukaan pada pipa spiral yang berisi air panas dengan di dinginkan oleh air pendingin pada pipa. Apabila semakin luas bidang pada
yang
Gambar 6. Diagram pengaruh hubungan pipa spiral maka akan semakin tinggi nilai
h vs n efektifitas tetapi kerugian terdapat pada air pendingin
semakin besar Pada gambar 5 dan 6 menunjukan
karena
temperaturnya. Kemudian dalam rancangan bahwa pada nilai koefisien konveksi apabila
ini memiliki beberapa keuntungan dalam suatu aliran fluida temperaturnya semakin
industri yaitu biaya produksi yang rendah dan tinggi maka akan semakin tinggi juga nilai
tidak menggunakan lahan yang besar. koefisien konveksinya dan sebaliknya apabila semakin kecil temperaturnya maka akan semakin kecil nilai koefisien konveksinya.
DAFTAR PUSTAKA
1. R.A. Seban, E. F. McLaughlin, Heat transfer in tube coils with laminar and turbulent flow, International Journal of heat and Mass Transfer, 6, 1963, 387- 395
2. G.F.C. Rogers, Y.R. mayhew, Heat transfer and pressure loss in helkically coiled
with turbulent flow, International Journal of heat and Mass Transfer, 7, 1964, 1207-1216 Gambar 7. Diagram pengaruh hubungan U vs 3. Y.Mori, W. Nakayama, study on forced Th in dengan Tc in convective heat transfer in curved pipe, International Journal of heat and Mass Transfer, 8, 1965, 67-82
tubes
4. Incropera, F.P., DeWitt, D.P., Bergman, T.L., Lavine, A.S. (2007). Fundamentals of Heat and Mass Transfer (6th ed.). United States of America: John Wiley & Sons.
5. Cengel, Yunus.A., Heat And Mass Transfer: A Practical Approach Third Edition (Si Unit), McGraw-Hill, Inc. New York, 2006.
6. Holman, J.P., Heat Transfer Sixth Edition, McGraw-Hill, Inc. New York,
Gambar 8. Diagram pengaruh hubungan U vs 1986. Th in dengan Tn in 7. Hewakandamby, Buddhi. N. A first course in Fluid Mechanics for Engineers,
Pada gambar 7 dan 8, apabila tem- University of Nottingham, UK,2012 peratur fluida semakin tinggi dan fluida
Engineering Fluid pendingin temperatur semakin kecil maka nilai
8. Al-Shemmeri,T.,
Staffordshire University, total koefisien konveksinya akan semakin
Mechanics,
rendah dan sebaliknya apabila apabila aliran
9. Chris Long & Naser Sayma, 2009, Heat air panas temperaturnya semakin rendah dan
Transfer,Ventus Publishing ApS,2009 mempunyai aliran pendingin tinggi maka akan
10. Gerhart M Philip, Fundamentals of Fluid memilki nilai total koefisien konveksi yang
Mechanics, Addison Wesley Publishing besar.
Company. 1985. P.443.
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
11. Kumar, K.L., Engineering
Fluid
Mechanics, Eurasia Publishing House Ltd., 2000.
12. Baehr, Hans Dieter & Stephan, Karl., Heat And Mass Transfer: Second, Revised Edition, Springer, Berlin, 2006
13. Ramadhan, Andrea., Makalah fisika dasar prinsip kerja pompa setrifugal, Depok, 2010
14. Kukuh, Budi Utomo., Studi Eksperimental Tentang Pengaruh Aliran Fluida Pada Pipa Spiral Terhadap Laju Perpindahan Panas, Surabaya 2002
15. Hassan, Teuku Aswinsyah.,
Kajian
Experimental Koefisien Konveksi Pada Heat Exchanger Tipe Aliran Counter Flow, Depok,2012
16. Ardianto, Rino., Koefisien Perpindahan Panas Pada Pipa Bulat, Depok, 2012
12 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
PERBANDINGAN TERMAL MENGGUNAKAN SIMULASI DAN EKSPERIMEN PADA BATERAI LIFEPO4 DAN ASSEMBLY KENDARAAN LISTRIK HYBRID
Abdul Muchlis Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma Email : muchlis07@staff.gunadarma.ac.id
Abstrak
Kendaraan listrik hybrid adalah kendaraan yang menggunakan kombinasi dari bahan bakar fosil dan motor listrik dengan tujuan untuk menghemat dan meningkatkan efisiensi konsumsi bahan bakar. Lithium Iron Phosphate (LiFeP04) memiliki keunggulan terhadap temperatur dan kimia yang stabil, sehingga memiliki karakteristik keamanan lebih baik dibandingkan dengan Lithium-ion yang dibuat dengan katoda. Baterai dirangkai seri dan dihubungkan ke motor listrik sehingga mengalami perubahan temperatur. Penelitian ini akan menjelaskan hasil perbandingan temperatur baterai dengan eksperimen dan simulasi menggunakan sistem pendingan dan tanpa sistem pendingin. Assembly komponen kendaraan listrik hybrid terbagi menjadi 4 bagian yaitu rangkaian baterai,
rangkaian sensor BMS (Batery Management System), rangkaian control system dan rangkaian 0 0 motor listrik. Eksperimen dilakukan ketika baterai mencapai temperatur 45 0 0 C (pengisian), 50 C
(pemakaian) dan 60 0 C (pemakaian). Saat temperatur mencapai 50
C alarm BMS akan menyala dan
60 C sistem elektrikal akan terputus otomatis.
Kata Kunci : Termal, Hi-Power LiFePO4, Assembly Kendaraan Listrik Hybrid.
PENDAHULUAN
Pada era ekonomi global mengarah kepada energi yang ramah lingkungan dalam perubahan iklim. Kendaraan alternatif untuk mengganti kendaraan yang menggunakan energi fosil yaitu dengan penggunaan ken- daraan listrik. Kendaraan alternatif meng- gunakan menggunakan sistem elektrik dari
baterai dan diteruskan ke energi kinetik Gambar 1. Mobil Hybrid melalui
motor elektrik.
Pengoperasian
kendaraan listrik ini menyebabkan temperatur Mobil hybrid ini memiliki 3 jenis tipe yang baterai tinggi, hal ini dapat mengurangi kinerja
berbeda,
baterai, oleh sebab itu manajemen baterai dapat mengontrol temperatur baterai tersebut.
1. Hybrid Tipe Paralel
Hybrid tipe paralel memiliki tangki bahan bakar dan baterai. Baik mesin
TINJAUAN PUSTAKA
berbahan bakar maupun mesin listrik dapat menggerakkan
transmisi pada saat Mobil hybrid merupakan gabungan dari
bersamaan, karena masing-masing mesin dua sistem yang bekerja pada mobil
terhubung ke transmisi secara independen, konvensional dan sistem yang bekerja pada
dan selanjutnya transmisi akan menggerak- mobil listrik.
kan roda-roda.
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Gambar 2 Hybrid Tipe Paralel Gambar 4. Hybrid Tipe Seri-Paralel
2. Hybrid Tipe Seri
Pada hybrid tipe seri mesin bensin atau
Baterai
diesel bekerja sebagai generator yang
komponen yang berfungsi sebagai pembangkit baterai atau
Baterai
adalah
merubah energi kimia menjadi energi listrik. tenaga motor listrik yang menggerakkan
Baterai yang digunakan pada perkembangan transmisi.
zaman sekarang adalah jenis litium. Hal ini langsung
Mesin bensin
tidak
pernah
disebabkan karena faktor keamanan yang kendaraan. Sistem kerja pada hybrid seri
paling baik. Berikut adalah keuntungan dari dimulai dari tangki bahan bakar menyuplai
baterai jenis litium :
bahan bakar ke mesin, selanjutnya mesin
Keuntungan :
menyuplai tenaga ke generator, lalu tenaga
1. Ringan
yang dihasilkan generator didistribusikan ke
2. Bertenaga
baterai, dari baterai energi listrik disuplai ke
3. Kuat Tahan Lama
mesin listrik.
4. Tidak perlu menunggu baterai benar-benar habis untuk mengisi ulang.
Motor Listrik
adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan termasuk dalam mesin listrik dinamis. Motor listrik diklasifikasikan sebagai berikut :
Motor
listrik
Gambar 3. Hybrid Tipe Seri
3. Hybrid Tipe Seri-Paralel Mesin bensin dan motor listrik langsung memutar roda (sama dengan paralel). Kendati demikian, mesin bisa dimatikan dan mobil hanya digerakkan oleh motor listrik (mobil listrik).
Dengan menggunakan dua penggerak ini, mesin lebih sering bekerja mendekati titik
efisiensi optimumnya.
Gambar 5. Jenis-jenis motor listrik rendah, mesin bekerja seperti hybrid seri.
Pada
kecepatan
Sebaliknya, pada kecepatan tinggi, mesin Untuk kendaraan listrik digunakan bekerja secara paralel.
motor listrik DC, hal ini dikarenakan motor tersebut mudah diatur kecepatan putar maupun torsi serta sistem pengereman pada motor tersebut.
14 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
METODE PENELITIAN
Penelitian ini
dilakukan
untuk
pengukuran tegangan ketika baterai tanpa beban secara manual dan menggunakan BMS (Battery Management System).
Penelitian ini hanya dilakukan pada 1 buah baterai sebagai model dari 45 baterai UG HEV untuk simulasi termal. Kapasitas 1
buah cell baterai adalah 3.65 V. Gambar 10. Termometer Digital dan Kipas Exhaust
Gambar 11. Rangka Pengujian
Pada gambar 11. terlihat kipas exhaust untuk membuang udara panas yang berada di kabin rangka yang disebabkan oleh kinerja
Gambar 7. Skema Kendaraan listrik baterai, Kipas pendingin terletak diatas baterai terlihat ada 2 kipas berwarna hitam.
Pengendalian Termal
Pemodelan ini disimulasikan dengan
Komponen Kendaraan Listrik
berfungsi untuk kipas digunakan untuk mendinginkan baterai.
diberikan kipas dari atas dan energi angin dari
Controller
mengendalikan atau sistem pada motor listrik yang mengontrol throtle, rem, rpm, voltage,
daya, torsi dan arus.
Gambar 8. Skema pengendalian termal pendinginan udara
Gambar 12. Kelly Controller dan DC/DC
Komponen Pengujian
converter.
Gambar 9. Baterai LIFEP04 dan Kipas Pendingin
Gambar 13. Diagram wiring Motor Controller dan motor listrik
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Analisa Data dan Simulasi
Simulasi dilakukan
dengan
menggunakan software solidwork
untuk
mendapatkan titik-titik panas dan akan dibandingkan
kemudian dari hasil eksperimen tersebut dibuat contour temperatur menggunakan software techplot 360.
Gambar 14. Titik pengamatan
Pada gambar 14. adalah titik-titik pengamatan untuk mencari nilai perpindahan panas yang terjadi pada baterai Hipower ketika kondisi charge dan discharge. Pada sumbu X jarak pengamatan 27 mm, sedangkan pada sumbu y jarak pengamatan
46 mm.
0 Gambar 16. (Simulasi dan eksperimen) 45 C
Gambar 17. Perbandingan 45 C.
17 terlihat hasil eksperimen dibanding lebih rendah sebesar 0,325%.
Pada
gambar
Gambar 15. Pengambilan data.
Pengujian Tanpa Pendingin
16 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Gambar 20. (Simulasi dan eksperimen) 60 0 C
eksperi men
Gambar 21.Perbandingan 60 C
21 terlihat hasil Gambar 18. (Simulasi dan eksperimen) 50 C eksperimen lebih rendah dibanding dengan simulasi sebesar 0,058%.
Pengujian dengan Kipas Pendingin
Gambar 19. (Simulasi dan eksperimen) 50 C
Pada gambar
19 terlihat
hasil
eksperimen dibanding lebih rendah sebesar 0,095%
Gambar 22. (Simulasi dan eksperimen) 45 C
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
0 0 Gambar 23. Perbandingan 45 C Gambar 25. Perbandingan 50 C
25 terlihat hasil eksperimen lebih rendah dibanding simulasi
Pada gambar
eksperimen lebih rendah dibanding simulasi sebesar 0,402%.
sebesar 0,787%.
0 Gambar 26. (Simulasi dan eksperimen) 60 C Gambar 24, (Simulasi dan eksperimen) 50 C
18 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Pada gambar 29 Temperatur tertinggi
49 adalah dari simulasi tanpa kipas pendingin 0
yaitu sebesar 50
C, sedangkan temperatur
eksperi
terendah adalah dari eksperimen mengguna- o
39 men
kan kipas pendingin yaitu sebesar 39.36 C.
ratu 45 simulasi
0 40 no fan
Gambar 27. Perbandingan 60 C Tem 35
30 eksperime Pada
25 n with fan eksperimen dibanding simulasi lebih rendah
simulasi sebesar 0,367%. with fan
Time (s)
HASIL PERBANDINGAN
Gambar 30. Perbandingan termal 60 C
Pada gambar 30. Temperatur tertinggi adalah dari simulasi tanpa kipas pendingin 0
45 experiment
yaitu sebesar 60
C, sedangkan temperatur
dari eksperimen
re
menggunakan kipas pendingin yaitu sebesar o
35 simulasi no
p e ratu
25 eksperimen
Koefesien Perpindahan Panas
Tem 20 with fan
Perpindahan panas 45 0
C (Pengisian)
simulasi
with fan
Time (S)
Gambar 28. Perbandingan termal 45 C Hasil nilai bilangan reynolds adalah Pada gambar 28. Temperatur tertinggi
74.87, nilai ini adalah aliran laminar. adalah dari simulasi tanpa kipas pendingin
yaitu sebesar 45 0
C, sedangkan temperatur
Bilangan Nusselt :
terendah adalah dari eksperimen mengguna- kan kipas pendingin yaitu sebesar 37.68 o C.
e ratu p 35 no fan
20 en with fan
Hasil
menunjukan 2 nilai koefesien
konveksi adalah
W/m .K
simulasi
Total koefesien konveksi pada cell
with fan
baterai adalah :
Time (s)
⁄ × 8 cells
Gambar 29. Perbandingan termal 50 C. ⁄ = 9.256
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Perpindahan panas 50 0
C (Pemakaian)
yaitu baterai hingga sistem penggerak motor listrik.
START ASSEMBLY
Hasil nilai bilangan reynolds adalah
SUMBER
CHARGE
72.86, nilai ini adalah aliran laminar.
TENAGA LISTRIK
PEMERIKSAAN TEGANGAN PADA BATERAI
MIN V ASSEMBLY
MONITORING
SISTEM
BMS
Hasil
menunjukan 2 nilai
koefesien
konveksi adalah
W/m .K
Total koefesien konveksi pada cell
PEMERIKSAAN
KONFIGURASI
baterai adalah :
DENGAN MODUL
BATERAI
BMS
⁄ × 8 cells
ASSEMBLY 0 SISTEM
PENGGERAK Perpindahan panas 60 C (Pemakaian) LISTRIK DENGAN KONTROLLER
PEMERIKSAAN KONFIGURASI ⁄ MOTOR LISTRIK DENGAN ⁄ NO KONTROLLER YES
Hasil nilai bilangan reynolds adalah
ASSEMBLY MOTOR LISTRIK
69.12, nilai ini adalah aliran laminar.
CONTROL BOX
DENGAN
PEMERIKSAAN MOTOR LISTRIK KONFIGURASI DENGAN KONTROL BOX NO YES FINISH
Gambar 31. Skema assembly kendaraan ⁄ listrik Hasil
menunjukan
nilai 2 koefesien
konveksi adalah
W/m .K.
Total
Assembly sumber tenaga listrik
koefesien konveksi pada cell baterai adalah : Baterai terdiri dari 3 pack dengan setiap ⁄ × 8 cells pack berjumlah 15. Baterai tersebut dirangkai
= 8.896 ⁄ seri guna untuk meningkatkan tegangan baterai.
Assembly Kendaraan Listrik
Assembly dilakukan untuk membuat kendaraan listrik mulai dari sumber tenaga
20 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Assembly main contactor dengan DC/DC converter
DC/DC konverter digunakan untuk menghidupkan main contactor, main contactor ini untuk menghubungkan rangkaian elektrikal controller. Sehingga apabila main contactor dalam posisi ON, maka controller dapat hidup atau dalam posisi ON.
Gambar 32. Assembly 45 Baterai
Assembly BMS
BMS digunakan untuk
memonitor
tegangan, arus, temperatur. Setiap sensor diletakkan pada setiap terminal (+) dan (-) baterai, dan sensor temperatur diletakkan pada celah baterai.
Gambar 35. Konfigurasi main contactor dengan DC/DC Converter
Pada gambar 35. terlihat Input DC/DC converter dihubungkan ke baterai, sedangkan output DC/DC converter dihubungkan ke main contactor. Untuk kabel berwarna hitam (negatif) dihubungkan keterminal hitam main contactor, dan kabel berwarna biru (positif) di- hubungkan ke terminal merah main contactor.
Gambar 33. Assembly sistem monitor BMS
Pemeriksaan konfigurasi dan aliran listrik Assembly Sistem Penggerak Kendaraan.
Baterai
Pemeriksaan baterai dilakukan dengan dihubungkan dengan terminal B(+) dan B (-)
voltmeter, kapasitas baterai yang diperlukan pada
untuk mengoperasikan motor listrik sebesar controller perlu adanya aliran listrik sebesar
controller. Untuk
menghidupkan
144 V.
12 VDC pada main conractor. Output Controller dengan simbol A/U, B/V, C/W dihubungkan dengan hall A,B,C pada motor listrik.
Gambar 36. Pengukuran tegangan 45 baterai
Pemeriksaan konfigurasi pada rangkaian kontroller
1. Pemeriksaan tegangan controller
Gambar 34. Konfigurasi motor listrik dengan controller
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
c. Koefesien konveksi pada 8 cell o baterai dengan temperatur 45 C adalah 8.896 ⁄
3. Penggunaan kipas pendingin memberi- kan temperatur pada baterai lebih 0 0 rendah sebesar 10 C-15 C
melakukan assembly kendaraan listrik, terdapat banyak kesalahan konfigurasi antara controller
4. Setelah
dengan motor listrik sehingga motor Gambar 37. Pemeriksaan tegangan
listrik belum dapat menyala, langkah controller perbaikan selanjutnya perbaikan pada
Pada gambar 37. besar tegangan konfigurasi kontroller.
antara B(+) dan B(-) adalah 142 V. Hal ini mengindikasikan bahwa kontroller
DAFTAR PUSTAKA
dalam keadaan baik.
2. Pemeriksaan Fuse Anderson C.D and Anderson J. “Electric
And A History Hybrid Cars Second dengan menggunakan alarmmeter, jika
Edition”. Mc.Farland & Company, alat ter-sebut berbunyi maka fuse tidak
putus. Fisk, H. dan Leijgard J. “A Battery
Management Unit”. Göteborg, Sweden. 2010
3. Michalek, J. da n Yuksel T. “Evaluation of the Effect of Thermal Management on Battery Life in Plug-in Hybrid Electric Vehicles”.
Carnegie Mellon,
Pittsburg.2010
4. Duvall, M. “Advanced Batteries for Electric- Drive
Vehicles”. EPRI,
California.2004
5. Ciprian, N. dan Veje C. “Analysis of the Thermal Behavior of a LiFePO4 Battery
Gambar 4.32 Pemeriksaan Fuse
Cell” Alsion 2, Denmark. 2012
KESIMPULAN
6. Ahmad A. Pesaran, dan David Swan. “Thermal Analysis and Performance of a
Battery Pack for a Hybrid Electric mana-jemen
Vehicle”. National Energy Laboratory, LiFeP04/HP-PW-100AH. Hasil yang dilakukan
Penelitian yang
7. www.hipowergroup.com sebagai berikut :
dengan simulasi dan eksperimen adalah
8. www.sunon.com
9. www.Kelly Controller.com dilakukan dengan simulasi sedikit lebih
1. Hasil pengendalian
termal
yang
panas pada
baterai
dibandingkan
dengan eksperimen sebesar 0.3 hingga 0.4%.
2. Koefesien Konveksi
a. Koefesien konveksi pada 8 cell o baterai dengan temperatur 45 C
adalah 9.256 ⁄
22 JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
PROTOTYPE SISTEM KENDALI OTOMATIS PALANG PINTU KERETA API BERBASISKAN MIKROKONTROLER AT89S52
Fauziah Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100 Pondok Cina, Depok fauziah87@staff.gunadarma.ac.id
Abstrak
Dalam penelitian ilmiah ini, akan membahas rangkaian palang pintu kereta otomatis dengan menggunakan sensor lintas dan tampilan berupa LCD yang berbasiskan mikrokontroller sebagai sistem kontrolnya. Ada pun mikrokontroller yang digunakan yaitu AT89S52, salah satu keluarga MCS-51 yang memiliki banyak fitur dan kelebihan tersendiri dibandingkan jenis yang mikrokontroller lainnya. Rangkaian ini menggunakan 8 (delapan) buah sensor lintas yang terdiri dari LED inframerah sebagai pemancar dan Dioda peka cahaya sebagai penerima sinar inframerah. Masing-masing sensor diletakkan pada jalur kanan rel dan jalur kiri rel yang terbagi menjadi 4 buah sensor. Sensor-sensor yang tepasang disetiap rel kereta mampu mendeteksi keadaan dalam posisi palang pintu kereta terbuka atau tertutup. Apabila cahaya yang dikirimkan oleh pemancar tidak sampai atau terhalang masuk kedalam penerima maka data diproses oleh mikrokontroller yang kemudian buzzer berbunyi, tampilan karakter pada layar LCD dan diteruskan dengan palang pintu kereta yang menutup atau membuka oleh motor DC.
Kata kunci : LCD, Mikrokontroler, Otomatis, Palang Pintu Kereta, Sensor Lintas.
PENDAHULUAN
menutup secara otomatis sampai kereta melintas di palang pintu tersebut kemudian
Dalam perkembangan teknologi orang palang pintu tersebut akan membuka kembali akan berfikir cara untuk mencegah terjadi
setelah terkena sensor yang berikutnya. kecelakaan
bantuan alat yang dapat memberitahukan kepada pengemudi kendaraan untuk berhati-
METODE PENELITIAN
hati dalam melintas di perempatan kereta yang berupa alarm suara peringatan dan
Perancangan Sensor Lintas
tampilan layar pemberitahuan yang telah dikembangkan melalui sistem kontrol yang
Sensor yang digunakan pada rangkaian ini telah terprogram dengan sensor sebagai alat
berupa sensor lintas dengan LED inframerah pendeteksi kereta api yang melintas pada
sebagai pemancar dan dioda peka cahaya perempatan.
cahaya dari LED Untuk
sebagai
penerima
inframerah sebanyak delapan buah. Pada alat Prototype Sistem Kendali Otomatis Palang
itu, dirancang
sebuah
alat
ini sensor lintas diletakkan pada jalur kanan pintu kereta Api Berbasiskan Mikrokontroler
rel dan jalur kiri rel yang terbagi menjadi 4 AT89S52. Alat ini menggunakan sensor lintas
buah sensor. Pada masing-masing sisi jalur yang dipasang pada sisi rel kereta api setinggi
kereta dipasang-kan pemancar berupa LED badan kereta. Sensor yang digunakan adalah
berfungsi untuk Led Inframerah sebagai pemancar dan Dioda
inframerah
yang
memancarkan sinar inframerah dan penerima peka cahaya sebagai penerima cahaya dari
berupa dioda peka cahaya yang berfungsi inframerah, sensor ini akan mendeteksi
untuk menerima cahaya yang dipancarkan apabila ada kereta yang melintas maka sinar
oleh LED infaramerah. Sensor ini diletakkan inframerah akan terhalang sehingga alarm
pada kedua sisi jalur rel yang telah siaga akan bersuara sebagai peringatan pertama
untuk mendeteksi kereta yang akan melewati dan LCD akan menampilkan suatu karakter,
perempatan.
kemudian palang pintu kereta api akan
JURNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 31 NOMOR 1 FEBRUARI 2018
Analisa Rangkaian Secara Blok Diagram
Berdasarkan fungsinya Prototype Sistem Kendali Otomatis Palang Pintu Kereta Api Berbasiskan Mikrokontroler AT89S52 dapat bagi menjadi beberapa blok. Masing-masing blok
tampak
pada gambar
Gambar 1. Pemasangan LED Inframerah.
Gambar 2. Diagram Blok Prototype Sistem Kendali Otomatis Palang Pintu Kereta Api Berbasiskan Mikrokontroler AT89S52
Analisa Rangkaian Per Blok
komparator di kaki pembalik akan berlogika 1 karena arus pada anoda tidak akan mengalir
Analisa Masukkan