BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi adalah sebuah kebutuhan yang mutlak bagi kehidupan manusia, tak terkecuali energi listrik. Menurut Direktur Operasi Jawa-Bali PT.PLN (Persero), Ngurah Adyana, saat ini sedikitnya terdapat 11 ribu desa di Indonesia yang belum mendapat aliran listrik dari PT. PLN. Jumlah itu kurang lebih 13% dari total jumlah seluruh desa / kelurahan yang ada di Indonesia yang mencapai 73 ribu desa / kelurahan. Faktor yang mempengaruhi 11 ribu desa ini belum teraliri listrik adalah lokasi desa yang berada di pelosok serta kurangnya dana yang dimiliki PT.PLN untuk menambah infrastruktur dan memperluas jaringan listrik yang ada (Dhani : 2013). Salah satu cara agar 11 ribu desa tersebut agar dapat teraliri listrik adalah dengan menggunakan sumber energi alternatif penghasil listrik yang berasal dari potensi tiap-tiap daerah, sumber energi penghasil listrik ini dapat berupa sel surya, kincir angin maupun air. Namun terdapat beberapa kendala dalam menghasilkan energi listrik dari sumber energy alternatif tersebut. Harga sel surya yang relative mahal merupakan hambatan dalam menghasilkan listrik dari sumber energi alternatif. Menurut Ridwan Kamil, arsitek kelas Internasional yang juga menjabat sebagai Walikota Bandung saat ini, penggunaan sumber energi listrik alternatif yang berasal dari sel surya adalah sebuah ide yang bagus, namun kita tetap harus melihat realita, karena untuk menerapkan penggunaan solar cell di Indonesia masih sulit dan mahal. Kesulitan dan kemahalan karena produk solar cell tersebut masih diimpor dari luar negeri, sehingga harganya di pasaran dapat mencapai Rp7-10 juta untuk ukuran 1x1 meter. (Benu : 2012). tak hanya itu, masalah lain yang dapat menjadi hambatan dalam menghasilkan listrik dari sumber energi alternatif adalah tidak adanya hembusan angin dan arus air yang cukup kencang yang menyebabkan generator tidak dapat berputar dan menghasilkan energi listrik.Gravitasi adalah gaya tarik menarik antara semua partikel yang ada di alam semesta (sears : 1962). Bumi memiliki massa yang besar sehingga menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda di sekitarnya. Gravitasi dapat ditemukan di seluruh permukaan bumi, gravitasi bumi dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan gerak yang nantinya gerak tersebut akan dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Pada prinsipnya jika suatu benda digantung pada sebuah ketinggian ia akan memiliki energi potensial yang dapat dikonversi menjadi energi listrik. Namun proses tersebut hanya dapat berjalan sekali. Ketika beban berada diposisi minimum maka energi potensial benda akan bernilai nol dan beban akan berhenti bergerak, ketika beban berhenti bergerak maka tidak ada energi mekanik yang dapat dikonversi menjadi energi listrik, sehingga diperlukan sebuah energi luar yang dapat mengembalikan beban pada posisi semula untuk kemudian mengulangi kembali proses tersebut. Energi luar yang diperlukan untuk mengembalikan beban pada posisi semula dapat berasal dari angina maupun air. Migrain menggunakan energi luar yang berasal dari air karena air memiliki massa jenis yang besar, sehingga air dapat ditampung pada wadah dengan volume tertentu dengan tujuan memanfaatkan massa air untuk menghasilkan gaya yang dapat mengembalikan beban pada posisi semula, sehingga Migrain dapat menghasilkan energi listrik secara terus - menerus.

1.2 Rumusan Masalah

Dengan melihat latar belakang diatas, maka masalah yang dapat dirumuskan adalah : Terdapat 11 ribu desa yang belum mendapatkan aliran energi listrik dari PT.PLN Belum adanya alat yang menghasilkan sumber energi alternatif dengan memanfaatkan gravitasi sebagai sumber energi utamanya

1.3 Tujuan penulisanKarya tulis ini dibuat dengan tujuan : Menyediakan Alternatif sumber energi listrik untuk 11 ribu desa yang belum mendapat aliran energi listrik dari PT.PLN Membuat sebuah alat yang dapat menghasilkan sumber energi alternatif dengan memanfaatkan gravitasi sebagai sumber energi utamanya.

1.4 Manfaat penulisanManfaat dibuatnya karya tulis ini adalah : Terselesaikannya masalah krisis energi listrik di 11 ribu desa yang belum mendapat aliran listrik dari PT.PLN Adanya sebuah alat yang dapat menghasilkan sumber energi alternatif dengan memanfaatkan gravitasi sebagai sumber energi utamanya.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gravitasi

2.1.1 Definisi Gravitasi

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta, Hukum gravitasi newton menyatakan bahwa gaya antara dua benda bermasa m yang dipisahkan pada jarak r akan berbanding lurus dengan perkalian massa dua benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari kedua pusat massa dari kedua pusat massa tersebut (digilib.itb.ac.id).

2.1.2 Energi Potensial GravitasiEnergi potensial gravitasi adalah sebuah energi yang dihasilkan dari suatu partikel yang bermasa m yang dipindahkan dari posisi awal h1 menuju suatu posisi akhir h2 (file.upi.edu)

2.2 Kinematika Rotasi2.2.1 Kecepatan sudut rata rataKecepatan sudut rata- rata (laju), , dari benda tegar adalah perbandingan dari perpindahan sudut dengan selang waktu tertentu

2.2.2 Kecepatan sudut sesaat (laju) Kecepatan sudut sesaat didefinisikan sebagai limit dari laju rata-rata dengan selang waktu mendekati nol

2.2.3 Percepatan sudut rata-rata () Percepatan sudut rata-rata dari sebuah benda didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan laju sudut dengan selang waktu yang diperlukan benda untuk mengalami diperlukan benda untuk mengalami perubahan laju sudut tersebut

2.2.4 Percepatan SentripetalSaat benda bergerak secara melingkar, besar dari v tetap, tetapi arahnya selalu berubah. Hal ini memberikan percepatan yang besarnya juga tetap, (tidak nol) dan arahnya terus menerus berubah. Kecepatan v selalu menyinggung lingkaran dalam arah gerak, sedangkan percepatan a selalu radial kedalam. Percepatan a disebut percepatan sentripetal

2.3 Dinamika Rotasi

2.3.1 Momen InersiaMomen inersia adalah jumlah dari perkalian massa partikel dengan kuadrat jaraknya terhadap sumbu rotasi

2.3.2 TorsiTorsi adalah gaya yang bekerja pada gerak rotasi yang sangat berkaitan erat dengan percepatan sudut. Jika sebuah gaya (F) bekerja pada suatu partikel tunggal di suatu titik (P) asal suatu kerangka acuan inersial diberikan oleh vector pergeseran (r),dan karena torsi adalah besaran vector, maka torsi yang bekerja pada partikel adalah :

(Halliday : 1978)

2.4 Pully dan Sabuk

Sabuk adalah elemen transmisi daya yang fleksibel yang dipasang secara ketat pada pully atau cakra. Jika sabuk digunakan untuk penurunan kecepatan, pully dipasang kecil pada poros yang berkecepatan tinggi, semisal poros motor listrik. Pully besar dipasang pada mesin yang digerakkan. Sabuk ini dirancang untuk mengitari dua pully tanpa selip. Pemilihan jenis transmisi sabuk ini sangat tergantung pada lingkup pemakaiannya. Efisiensi transmisi sabuk biasanya lebih rendah dibandingkan roda gigi atau rantai. Karena alasan itulah mengapa transmisi sabuk tidak dijumpai pada rangkaian penggerak utama (system transmisi) kendaraan jalan raya, dimana faktor irit bahan bakar menjadi pertimbangannya. Untuk membandingan efisiensi dalam mentrasmisikan daya, gambar berikut memperlihatkan kinematik dan kinetic dari system transmisi rodangigi dan sabuk pully. Lingkaran roda gigi digambarkan dengan lingkaran pitch dimana tidak terdapat slip selama operasinya. Ini yang menjadi cirri dari system transmisi bermekanisme gerak positif, karena adanya gigi-gigi yang saling bertautan. Secara umum transmisi sabuk diaplikasikan dimana putaran pully relatif tinggi. Kecepatan linear sabuk biasanya 2500-7000 ft/menit (12,5-35 m/s). pada kecepatn lebih rendah, gaya tarik sabuk menjadi sangat besar untuk penampang sabuk tertentu. Pada putaran lebih tinggi, efek dinamis seperti daya sentrifugal, cambukan sabuk dan getaran menurunkan efektifitas dan umur sabuk. Kecepatan sabuk ideal adalah 4000 ft/menit (20 m/s). Jenis-Jenis Transmisi Sabuk : 1. Sabuk rata (flat Belt) adalah jenis yang paling sederhana, sering terbuat dari kulit atau berlapis karet. Permukaan pullynya juga rata dan halus, dan karena itu gaya penggeraknya dibatasi oleh gesekan murni antara sabuk dan pully. Beberapa perancang lebih suka memakai sabuk rata untuk mesin-mesin yang rentan karena sabuk harus selip jika suatu torsi berkecenderungan meningkat sampai pada tingkat yang cukup tinggi akan merusak mesin tersebut. 2. Sabuk sinkron (synchronous belt), kadang-kadang disebut sabuk gilir (timing belt). Bergerak bersama pully (juga disebut sproket) yang mempunyai alur-alur yang sesuai dengan gigi-gigi pada sisi dalam sabuk. Ini merupakan gerak positif, hanya dibatasi oleh kekuatan tarik sabuk dan kekuatan geser gigi-giginya, 3. Sabuk bergerigi, digunakan pada pully standart V. gigi-gigi ini menyebabkan sabuk mempunyai fleksibilitas dan effisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sabuk-sabuk standart. Sabuk ini dapat beroperasi pada diameter pully yang kecil. 4. Sabuk V, bentuk V menyebabkan sabuk V dapat terjepit alur kencang, memperbesar gesekan dan memungkinkan torsi yang tinggi dapat ditransmisikan sebelum terjadi selip. Sebagian sabuk memiliki senar-senar serabut berkekuatan tarik tinggi yang ditempatkan pada diameter jarak bagi dari penampang melintang sabuk, yang berguna untuk meningkatkan kekuatan tarik pada sabuk. Senar-senar serabut ini, terbuat dari serat alami, serabut sintetik, atau baja yang dibenamkan dalam campuran karet yang kuat untuk menghasilkan fleksibilitas yang diperlukan supaya sabuk dapat mengitari pully. Sering ditambahkan pelapis luar supaya sabuk menjadi lebih tahan lama.

Jenis-Jenis Pully Ada beberapa type pulley yaitu: 1. Pulley type V 2. Pulley Timming 3. Pulley Variable (pulley V bisa disetting besar kecil) 4. Pulley Round (alur U) 5. Loss pulley ( biasa sebagai adjustment)

2.5 Tingkat EfisiensiSistem kerja Migrain adalah dengan mengubah mekanik menjadi energi listrik menggunakan generator listrik. Tingkat efisiensi energi dari energi mekanik menjadi energi listrik adalah antara 95-100 % (Culp : 1979).

BAB IIIMETODE PENULISAN3.1 Tahapan Penulisan Penyusunan karya tulis ini memiliki tahapan-tahapan dalam proses penulisannya yang dilakukan sebagai landasan untuk pengembangan konsep dasar dalam perumusan permasalahan yang diangkat. Tahapan-tahapan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Tahap perumusan tema dan permasalahan Tahapan ini merupakan suatu awal bagi perumusan keseluruhan isi karya tulis. Penentuan tema dan penjabaran masalah-masalah yang diangkat merupakan tujuan dalam tahap ini yang dapat dianalogikan sebagai suatu pijakan pertama bagi keselanjutan proses dalam penyelesaian karya tulis. 2. Tahap pengumpulan landasan teori dan data Tahap pengumpulan teori merupakan tahap lanjutan dari penjabaran permasalahan. Tahap ini secara makro memiliki tujuan mencari beberapa teori dan data atau informasi yang memiliki relevansi dengan penjabaran permasalahan dan studi kasus yang diangkat dalam penyusunan karya tulis. 3. Tahap analisis Tahap penganalisaan data dan teori yang digunakan dalam penulisan, dirumuskan dalam tahapan ini. Keduanya akan disintesa dan dihubungkan dengan permasalahan yang diangkat sehingga hubungan keduanya jelas dan dapat ditemukan beberapa alternatif solusinya. Tujuan utama dalam tahap ini adalah mencapai tujuan yang telah dijabarkan dalam tahapan pendahuluan yang dikemukakan pada bagian awal penulisan. 4. Tahapan kesimpulan dan rekomendasi Tahap ini bertujuan untuk menyimpulkan keseluruhan isi penulisan menjadi satu pemahaman yang utuh dan bersifat komprehensif. Berdasarkan kesimpulan yang diambil dari keseluruhan isi penulisan akan ditemukan beberapa alternatif solusi yang dapat ditawarkan untuk mengatasi permasalahan yang dibahas.

3.2 Metode Pengumpulan Data Pengumpulan data yang dilakukan dalam penyusunan makalah ini menggunakan beberapa metode-metode yaitu : 1. Tinjauan pustaka Data-data yang diperoleh diambil dari reverensi buku yang diperoleh dari perpustakaan yang memiliki relevansi dengan pembahasan. 2. Tinjauan media Informasi-informasi lain yang diperoleh sebagai input dalam penyusunan makalah ini diperoleh dari internet, media cetak dan media elektronik Informasi yang diperoleh dalam tinjauan ini merupakan tambahan dari teori- teori yang menjadi acuan. 3.3 Metode Analisa Metode pendekatan pada proses analisa yang dilakukan dalam penulisan karya tulis ini :1. Metode analisa deskriptif yaitu analisa untuk mengelola dan menafsirkan data yang diperoleh sehingga dapat menggambarkan keadaan yang sebenarnya pada obyek yang dikaji. 2. Metode analisa komparatif untuk melihat perbandingan gagasan yang ditawarkan dengan beberapa teori yang relevan dengan gagasan. 3.4 Kerangka Berpikir Tulisan ini memiliki kerangka berpikir dalan proses penulisannya. Kerangka atau alur berpikir digunakan untuk mempermudah proses penulisan. Adapun kerangka berpikir dalam tulisan ini akan dijelaskan pada gambar 3.1 berikut ini :IDE TULISAN Adanya krisis energi di Indonesia Adanya gaya gravitasi yang tidak banyak dimanfaatkan

Tinjauan Pustaka Gravitasi Kinematika Rotasi Dinamika Rotasi

Eksplorasi permasalahan Krisis energi listrik terjadi di 11 ribu desa di Indonesia Kurangnya pemanfaatan gaya gravitasi sebagai sumber energi Konsep energi alternatif

Inovasi Alternatif Sumber Energi Bertenaga Gravitasi Bumi

Pembuatan Rancangan Migrain

Kesimpulan dan Saran

BAB IVPEMBAHASAN

4.1 Konsep Perancangan MigrainKonsep perancangan Migrain dijabarkan dalam diagram alur berikut :START

Tahap Persiapan

Studi Literatur

Perancangan Migrain

Perhitungan

Hasil Rancangan Migrain

4.2 Rancangan MigrainRancangan sistem kerja alat Migrain adalah sebagai berikut :

Gambar 1 : Rancangan sistem kerja Migrain1. Air masuk ke dalam bak penampung2. Ketika bak penampung penuh, maka momen gaya di lengan kuasa (bak penampung) akan lebih besar daripada momen gaya di lengan beban (beban 1) sehingga tuas bergerak berlawanan arah jarum jam3. Pergerakan tuas dengan arah berlawanan dengan arah jarum jam menyebab kanbeban 2 tertarik keatas4. Saat beban 2 berada diatas ia memiliki gaya berat kebawah sehingga ia akan bergerak kebawah dan memutar roda5. Agar kecepatan sudut roda dapat menjadi besar, maka kecepatan sudut diubah dengan menggunakan converter6. Roda dari converter dihubungkan dengan generator sehingga generator dapat berputar7. Perputaran generator menghasilkan listrik melalui metode induksi magnet8. Air pada bak penampung tumpah sehingga bak penampung kembali ke posisi semula9. Apabila proses ini telah usai, maka proses kembali ke no 1

4.3 Perhitungan4.3.1 Perhitungan Pully dan sabuk Perbandingan antara yang digerakan dan menggerakan ( putaran dan diameter pully )

n1 = putaran pully penggerak (rpm) n2 = putaran pully yang digerakkan (rpm)d2 = Diameter pully yang digerakan (mm)d1 = Putaran pully yang digerakan (rpm)

Kecepatan linier sabuk (v)

v = kecepatan linear sabuk (m/s) d2 = diameter pully yang digerakan (mm) n2 = putaran pully yang digerakan (rpm)

Panjang keliling sabuk

L= Panjang keliling sabuk (mm) C = Jarak antara kedua titik sumbu pully (mm) Sudut Kontak antara pully dan sabuk

r1 : jari-jari pully besar (m) r2 : jari-jari pully kecil (m) d : jarak kedua pully (m) : sudut kontak pully terhadap sabuk (radian)

Torsi

= momen gaya (N.m)P = daya (Watt) = 3,14n1 = putaran pully penggerak (rpm)

4.3.2 Perhitungan massa bebanasumsi 1 kali proses menggunakan ketinggian h dan waktu tMaka :

... (1)H = ketinggian beban yang di inginkan (m)Vo = kecepatan awal beban (m)T = waktu (s)a = percepatan (m/s2)

percepatan gerak turunya beban Ditinjau dari katrol

....(2) Ditinjau dari beban

....(3)

Pers 2 dan 3

4.3.3 Perhitungan Volume Bak Penampung AirAsumsi air = 1000 kg/m3

Maka volume bak penampung yang diperlukan adalah

F = gaya (N)g = 9,8 m/s2a = percepatan (m/s2)mair = massa air (kg)mbeban = massa beban (kg)t = selang waktu (s)v = kecepatan (m/s)air = massa jenis air (kg/m3)h = ketinggian (m)

4.3.4 Perhitungan dayaSistem kerja Migrain adalah dengan mengubah mekanik menjadi energi listrik menggunakan generator listrik. Tingkat efisiensi energi dari energi mekanik menjadi energi listrik adalah antara 95-100 % (Culp : 1979). Maka besar daya yang dapat dihasilkan dari Migrain adalah :

P = daya (Watt) = efisiensi g = 9,8 m/s2mbeban = massa beban (Kg)t = selang waktu (s)

BAB VKESIMPULAN5.1 SimpulanDari hasil analisis data yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan,1. Migrain dapat diterapkan di berbagai daerah yang memiliki sumber air meskipun tidak berarus deras karena prinsip kerja Migrain menggunakan gravitasi bumi sebagai tenaga penggeraknya.2. Konep teknologi Migrain mudah dilakukan di Indonesia karena Indonesia banyak memiliki potensi sumber air sehingga dapat menyelesaikan permasalahan krisis energi listrik yang terdapat di 11 ribu desa yang belum mendapatkan aliran listrik dari PT.PLN.

5.2 SaranBerdasarkan keseluruhan pembahasan dalam tulisan ini dapat diberikan beberapa saran yaitu: 1. Perlu dilakukan pengembangan konsep Migrain oleh institusi pendidikan, BPPT, atau instansi riset sehingga mampu diaplikasikan dalam skala besar. 2. Pemerintah perlu melakukan pemberian bantuan biaya realisasi Migrain agar dapat digunakan untuk menyelesaikan krisis energi listrik di 11 ribu daerah yang belum mendapatkan aliran listrik dari PT.PLN.

DAFTAR PUSTAKA

Sears, Zemansky. 1982. Fisika Untuk Universitas Jilid 1. Bandung : Penerbit Bina Cipta. Halliday, David dan Robert Resnick. Fisika Jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga. Culp, Archie W.1991. Prinsip Prinsip Konversi Energi. Jakarta : Penerbit Erlangga http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/679/jbptitbpp-gdl-adityabudi-33940-3-2009ta-2.pdf diunduh pada tanggal 24 Oktober 2014 pukul 22.17 WIB http://finance.detik.com/read/2013/05/23/183635/2254399/1034/kasihan-10211-desa-di-indonesia-belum-teraliri-listrik diunduh pada tanggal 18 Oktober 2014 pukul 08.45 WIB http://economy.okezone.com/read/2012/05/01/471/621700/solar-cell-di-indonesia-masih-mahal diunduh pada tanggal 19 oktober 2014 pukul 22.58 WIB12