PEMANFAATAN ENERGI KINETIK PADA ALAT OLAHRAGA KEBUGARAN

LAT PULL DOWN UNTUK SUMBER ENERGI PENERANGAN DAN

MICROCONTROLLER YANG DIGUNAKAN SEBAGAI PEMANDU OTOMATIS

Oleh

Martino Suherman

NIM: 612009008

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Februari 2015

i

INTISARI

Aktivitas olahraga yaitu fitness, sekarang diminati banyak orang dengan banyak

munculnya pusat-pusat kebugaran (fitness center). Sifat olahraga ini tidak berpindah

tempat dan dapat mengeluarkan banyak kalori maka bisa dimanfaatkan sebagai sumber

energi alternatif. Pengembangan sumber energi alternatif perlu ditingkatkan karena masih

rendahnya penggunaannya di Indonesia, sedangkan ketersediaan bahan bakar fosil terus

menurun jumlahnya.

Oleh karena itu, pada skripsi ini dibuat sebuah alat fitness jenis Lat Pulldown yang

dimodifikasi untuk menghasilkan energi listrik alternatif yang dapat dipakai sebagai

sumber energi untuk penerangan maupun pemandu otomatis yang membantu program

aktivitas olahraga pada pusat kebugaran.

Alat fitness ini bekerja ketika ditarik tuasnya yang terhubung dengan girboks. Rotor

generator yang terhubung dengan girboks tersebut akan berputar dengan kecepatan sudut

sekitar 29,4 rad/detik. Dengan kecepatan sudut tersebut generator akan menghasilkan

tegangan 195,8 VAC. Tegangan AC ini selanjutnya dikonversi oleh penyearah gelombang

penuh menjadi tegangan DC sebesar 18,5 VDC. Tegangan DC yang masih fluktuatif ini

selanjutnya akan dipilih secara otomatis oleh rangkaian pemilih untuk dinaikkan atau

diturunkan tegangannya agar stabil pada 13,8 V. Ketika dibawah 13,8 V, maka akan

dinaikkan oleh IC LM2577, dan ketika diatas 13,8 V akan diturunkan oleh IC LM2576.

Dengan demikian akan diperoleh tegangan yang stabil untuk pengisian akumulator kering

12 V. Energi yang tersimpan di dalam aki, dapat dipakai sebagai sumber energi bagi lampu

LED 2,5 watt dan mikrokontoler yang digunakan sebagai pemandu fitness yang membantu

dalam aktivitas olahraga. Energi yang dihasilkan oleh alat ini untuk setiap harinya adalah

2,367 watt jam.

Kata kunci: pusat kebugaran, girboks, generator listrik

ii

ABSTRACT

Sport activity is fitness, now becomes the demand of people with many emergence of

fitness centers. The nature of this sport does not migrate and can spend a lot of calories that

can be used as an alternative energy source. Development of alternative energy sources

need to be increased due to the low use in Indonesia, while the availability of fossil fuels

continues to decline in number.

Therefore, in this thesis made a pull down kind of fitness equipment that is modified

to generate electrical energy alternatives that can be used as a source of energy for lighting

and automatic guide that helps program of sports activities in the fitness center.

Fitness equipment is working when pulled the level that is connected to the gearbox.

Generator rotor is connected to the gearbox rotates with angular velocity of about 29.4 rad

/ sec. With the angular velocity of the generator will produce a voltage 195.8 VAC. AC

voltage is then converted by the full-wave rectifier into a DC voltage of 18.5 VDC. DC

voltage is still fluctuating then be selected automatically by the selector circuit voltage to

be raised or lowered in order to stabilize at 13.8 V. When under 13.8 V, it will be raised by

the IC LM2577, and when above 13.8 V will be lowered by IC LM2576. One way to

stabilize voltage for charging dry accumulator 12 V. The energy stored in the battery, can

be used as an energy source for the LED lamp of 2.5 watts and microcontroller used as

fitness guides that assist in sport activities. The energy generated by this tool for each day

is 2,367 watt hours.

Key words: fitness centers, gearbox, electrical energy generator.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat

karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan

skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan

Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai

pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Yesus Kristus atas semua berkat yang tak terkira sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

2. Papaku tercinta Suherman dan almarhum mamaku tercinta Jiacinta Tinawati.

Terima kasih untuk segala dukungan dalam materi, doa dan dorongan dalam

pengerjaan skripsi ini.

3. Bapak Deddy Susilo, M. Eng. dan Bapak F. Dalu Setiaji, M.T. sebagai

pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan dan

solusi selama mengerjakan skripsi ini.

4. Bapak Andreas sebagai walidosen penulis.

5. Kakakku Oktarina Suherman dan adikku Julius Ivano Suherman atas doa-doanya.

6. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, yang turut andil dalam proses

pengerjaan skripsi ini.

7. Teman-teman angkatan 2009.

8. Teman khususnya yang membantu dan mendorong untuk segera lulus

Herlambang, Tria, Johny, Yonathan BO, Yosua, Tiara, Andre, Aksa, Wikan,

Vita, Anel, Yuli, Nissa, Mario, Kevin, Ricky, GusBud, dan Fefe.

9. Om Hepi atas bantuannya dalam realisasi mekanik dan generator.

10. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil dalam

proses pengerjaan skripsi ini.

iv

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, Februari 2015

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI ........................................................................................... i

ABSTRACT .......................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. ix

DAFTAR ISTILAH .............................................................................................. x

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1. Tujuan ......................................................................................... 1

1.2. Latar Belakang Permasalahan ..................................................... 2

1.3. Spesifikasi Alat ........................................................................... 3

1.4. Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................... 5

2.1. Energi Potensial .......................................................................... 5

2.2. Gerak Rotasi Benda Tegar .......................................................... 6

2.3. Perbandingan Roda Gigi ............................................................. 7

2.4. Generator ..................................................................................... 7

2.5. Penyearah Gelombang Penuh ..................................................... 8

2.6. IC (Integrated Circuit) LM2577-Adj .......................................... 9

2.7. IC (Integrated Circuit) LM2576-Adj ......................................... 12

2.8. Mikrokontroler ........................................................................... 14

BAB III PERANCANGAN SISTEM .............................................................. 15

3.1. Mekanik ...................................................................................... 15

3.2. Generator ..................................................................................... 19

3.3. Konverter .................................................................................... 21

vi

3.3.1. Konverter AC – DC .......................................................... 21

3.3.2. Konverter DC – DC .......................................................... 23

3.3.2.1. Rangkaian Pemilih ............................................... 23

3.3.2.2. Konverter Penaik Tegangan ................................. 24

3.3.2.3. Konverter Penurun Tegangan ............................... 27

3.4. Penyimpanan Energi ................................................................... 28

3.5. Penerangan .................................................................................. 29

3.6. Pemandu Otomatis ...................................................................... 30

3.6.1. Mikrokontroler ........................................................ 30

3.6.2. Sensor RPMmeter.................................................... 33

3.6.3. Sensor Photodiode ................................................... 33

3.6.4. LCD ......................................................................... 34

3.6.5. Keypad..................................................................... 34

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ......................................................... 36

4.1. Mekanik ...................................................................................... 36

4.1.1. Beban Bertingkat Mekanik ...................................... 36

4.1.1. Efisiensi Mekanik .................................................... 37

4.2. Generator ..................................................................................... 38

4.3. Konverter .................................................................................... 40

4.4. Penyimpanan Energi ................................................................... 41

4.5. Penerangan .................................................................................. 43

4.7. Perbandingan Dengan Spesifikasi ............................................... 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 45

5.1. Kesimpulan ................................................................................. 45

5.2. Saran Pengembangan .................................................................. 45

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 46

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Lat Pull Down. .............................................................................. 2

Gambar 2.1. Potensial Gravitasi......................................................................... 5

Gambar 2.2. Rotasi Benda Tegar ....................................................................... 6

Gambar 2.3. Kombinasi Roda Gigi .................................................................... 7

Gambar 2.4. GGL Induksi .................................................................................. 8

Gambar 2.5. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh ..................................... 8

Gambar 2.6. Susunan Pin IC LM2577-Adj ........................................................ 9

Gambar 2.7. Blok Diagram IC LM2577-Adj ..................................................... 9

Gambar 2.8. Grafik Pemilihan Nilai Induktor Pada LM2577 ............................ 11

Gambar 2.9. Susunan Pin IC LM2576-Adj ........................................................ 12

Gambar 2.10. Blok Diagram IC LM2576-Adj ..................................................... 12

Gambar 2.11. Grafik Pemilihan Nilai Induktor Pada LM2576 ............................ 13

Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ................................... 15

Gambar 3.2. Perancangan Mekanik ................................................................... 16

Gambar 3.3. Realisasi Mekanik ......................................................................... 16

Gambar 3.4. Gear Pegas ..................................................................................... 17

Gambar 3.5. Ilustrasi pada Gear Pegas .............................................................. 17

Gambar 3.6a. Rotor dan Stator ............................................................................ 20

Gambar 3.6b. Realisasi Generator ....................................................................... 20

Gambar 3.7a. Blok Diagram Konverter ............................................................... 21

Gambar 3.7b. Realisasi Konverter ....................................................................... 21

Gambar 3.8. Penyearah Jembatan Penuh ........................................................... 21

Gambar 3.9. Skema Rangkaian Pemilih ............................................................ 23

Gambar 3.10. Rangkaian Zener ........................................................................... 23

Gambar 3.11. Rangkaian Penaik Tegangan ......................................................... 25

Gambar 3.12. Pencarian Nilai Induktor Menggunakan RLCmeter ...................... 26

Gambar 3.13. Rangkaian Penurun Tegangan ....................................................... 28

Gambar 3.14. Akumulator Kering ....................................................................... 29

Gambar 3.15. Skema Penyimpanan Energi.......................................................... 29

Gambar 3.16. Lampu LED 2,5 Watt .................................................................... 30

Gambar 3.17. Keseluruhan Mikrokontroler ......................................................... 30

Gambar 3.18. Flowchart Software Mikrokontroler ............................................. 31

viii

Gambar 3.19 Arduino Mega 2560 ...................................................................... 32

Gambar 3.20. Blok Diagram Mikrokontroler ...................................................... 32

Gambar 3.21. Sensor RPMmeter ......................................................................... 32

Gambar 3.22. Rangkaian Sensor RPMmeter ....................................................... 33

Gambar 3.23. Sensor Photodiode......................................................................... 33

Gambar 3.24. Rangkaian Sensor Photodiode ...................................................... 33

Gambar 3.25. LCD Karakter 16 x 2 .................................................................... 34

Gambar 3.25. Rangkaian Pengatur Pencahayaan LCD ........................................ 35

Gambar 3.27. Keypad ........................................................................................... 35

Gambar 4.1. Alat Pengukur Massa .................................................................... 36

Gambar 4.2. Realisasi Pengujian Mekanik Pengatur Beban Bertingkat. ........... 37

Gambar 4.3. Grafik Daya terhadap Beban ......................................................... 39

Gambar 4.4. Blok Diagram Keseluruhan Konverter .......................................... 39

Gambar 4.5. Blok Diagram Pengujian Konverter Pertama ................................ 40

Gambar 4.6. Blok Diagram Pengujian Konverter Kedua .................................. 40

Gambar 4.7. Pengujian Alat ............................................................................... 41

Gambar 4.8. Grafik Arus dan Tegangan Terhadap Waktu ................................ 42

Gambar 4.9. Pengujian Lampu LED .................................................................. 42

Gambar 4.10. Gambar Keseluruhan Alat ............................................................. 43

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Fungsi Setiap Port .............................................................................. 31

Tabel 3.2. Fungsi Tombol Keypad ...................................................................... 35

Tabel 4.1. Jumlah Rata-rata Beban Bertingkat ................................................... 37

Tabel 4.2. Efisiensi Mekanik .............................................................................. 38

Tabel 4.3. Kecepatan dan Tegangan Tanpa Beban Generator ............................ 39

Tabel 4.4. Daya Generator .................................................................................. 30

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Konverter Pertama ................................................... 40

Tabel 4.6. Hasil Pengujian Konverter Kedua...................................................... 40

x

DAFTAR ISTILAH

AC Alternating Current

COM Common

DC Direct Current

GGL Gaya Gerak Listrik

GR Gear Ratio

IC Integrated Circuit

NC Normally Closed

NO Normally Open

Op-Amp Operational Amplifier

RMS Root Mean Square

VPP Volt Peak to Peak