Perancangan electric energy recovery system pada sepeda ...

PERANCANGAN ELECTRIC ENERGY RECOVERY SYSTEM PADA SEPEDA LISTRIK

ANDHIKA IFFASALAM2105.100.080

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya2012

• LATAR BELAKANG

PENGEREMAN PADA KENDARAAN

•DEBU YANG MERUSAK KESEHATAN •ENERGI PANAS YANG TIDAK BERGUNA BAGI KENDARAAN

Kendaraan yang menggunakan energi listrik

Yang akan dibahas secara lebih lanjut

pada tugas akhir ini ialah:

PERANCANGAN ELECTRIC ENERGY

RECOVERY SYSTEM PADA SEPEDA LISTRIK

• LATAR BELAKANG

1.Bagaimana menganalisa prototype electric energyrecovery system (EERS) yang dapat memanfaatkanpengereman sepeda listrik untuk menghasilkanenergy listrik.

2.Bagaimana merancang prototype electric energyrecovery system (EERS) yang diterapkan pada sepedalistrik untuk mendapatkan konstruksi dan dimensiyang cocok.

3.Bagaimana memilih spesifikasi dari komponenmekanik yang dibutuhkan EERS pada sepeda listrikyang memiliki kemampuan dan kualitas kerja yangbaik.

4.mencari sudut inklinasi sehingga didapatkanpengereman pada kecepatan 40km/jam.

•PERUMUSAN MASALAH

1. Kendaraan berjalan pada kecepatan minimum30 km/jam dan maksimum 50 km/jam

2. Kendaraan melewati jalan datar atau menurunsehingga menyebabkan pengereman

3. Beban pengendara dianggap 60 kg4. Batasan dimensi pemasangan, dimana volume

keseluruhan 27900 cm3 . Dengan lebar 30 cm,panjang 30 cm dan tinggi 30 cm

5. Diasumsikan efisiensi penyerapan energialternator 100%

• BATASAN MASALAH

1. Menganalisa penerapan teknologi EERS yang dapatmemanfaatkan pengereman pada sepeda listrik untukdiubah menjadi energi listrik.

2. Merancang sistem EERS untuk diterapkan pada sepedalistrik berdasarkan peninjauan dari teori-teori yang ada.

3. Mendapatkan spesifikasi untuk mendukung peranti EERSdan mengoptimalkan energy baik pada pengisian ulangmaupun penggerak utamanya

•TUJUAN

1. Perjalanan lebih mudah sebagai alattransportasi

2. Ekonomis3. Minim perawatan4. Konvensional tetapi mengedepankan teknologi

•RELEVANSI

• KERS•TINJAUAN PUSTAKA

• SEPEDA LISTRIKSepeda listrik merupakan sebuah kendaraan yang menggunakan energilistrik sebagai tenaga penggeraknya. Motor listrik dan akumulatormerupakan komponen penting dari sepeda listrik. Kecepatan maksimumyang dapat dicapai oleh sepeda listrik ialah 60 km/jam dengan suduttanjak yang dapat dicapai 30 derajat. Pengisian ulang pada sumber listrik(charging) dengan lama waktu sekitas 5 jam.

•TINJAUAN PUSTAKA

ENERGI POTENSIAL

ENERGI KINETIK

PULLEY DAN BELT

GEAR

ALTERNATOR

ENERGI LISTRIKACCUMOTOR

LISTRIK

•PRINSIP KERJA

Studiliteratur

Perbaikan gambarperencanaan pada

FBD

Mencari besarnya gaya yang dibutuhkan

A

Mendapatkangaya yang

bekerja

B

•FLOWCHART •STUDI LITERATURPada studi literatur mempelajari tentang dasar teoriyang mendukung mengenai EERS. Yaitu lebih mengenaifungsi kerja KERS, bagaimana kinerja sepeda motorlistrik. sehingga nantinya dapat mempermudah kitadalam penelitian

PERBAIKAN GAMBAR PERENCANAAN PADA FBDPerbaikan pada gambar yang dilakukan untukmendapatkan dimensi alat yang tepat. Yang dahulumenggunakan V-belt kini coba di kompakkan denganmenggunakan gear.

Studiliteratur


FBD


A


bekerja

B

•FLOWCHART

Keterangan :Ff, Fr = gaya dorong pada roda depan dan belakangRrr, Rrf = gaya hambat rolling pada roda belakang dan depanFd = gaya hambatan angina = percepatan kendaraanƟ = sudut turunan jalanGaya hambatan total pada kendaraan adalah :

FR = Fd + Rr + RgDimana :Rr = Rrr + Rrf = total hambatan rolling (N)Rg = WsinƟ = hambatan tanjakan (N) (Geode resistance)

MENDAPATKAN GAYA YANG BEKERJATerlebih dahulu harus diketahui gaya-gaya yang adapada kendaraan

Studiliteratur


FBD


A


bekerja

B

•FLOWCHARTMENCARI BESARNYA GAYA YANGDIBUTUHKANSetelah mengetahui gaya-gaya yang bekerja, makadapat dicari data berupa sudut kemiringan, ketinggian,dan berat dari kendaraan sehingga nantinya dapatdiketahui energi potensial yang bekerja padakendaraan.

EP = W. h= m. g. h……….(1)

EK = ½ m. v2...........(2)

EK = EPW.h = ½ m.v2

m.g.h= ½.m.v2

g.h= ½.v2

v =

A

Perancangan akhir

Penentuan spesifikasi alatpendukung berdasarkan FBD

Analisa energi yang dihasilkan

Mendapatkanspesifikasi

alat

B

•FLOWCHARTPENENTUAN SPESIFIKASI ALAT PENDUKUNG BERDASARKAN FBDAlat yang digunakan nantinya dipilih sesuai spesifikasi, sehingga energi yang ditangkap dapat dimaksimalkan. Baikdari segi pemanenan maupun penggunaan.

A

Perancangan akhir




alat

B

•FLOWCHART

ANALISA ENERGI YANG DIHASILKANEnergi yang dihasilkan adalah energi listrik.Energi tersebut diharapkan memilikiefisiensi yang maksimal sesuai denganperhitungan.

EK = ½ m.(v*)2

WH = ½ m.(v*)2 + ELm.g.h = ½ m.(v*)2 + ELEL = m.g.h - ½ m.(v*)EL= perubahan sebagian energi kineticmenjadi listrik.

A

Perancangan akhir




alat

B

•FLOWCHARTMENDAPATKAN SPESIFIKASI ALATSetelah didapat gaya-gaya dan energi. Maka, dapatditentukan spesifikasi-spesifikasi alat yang akandigunakan untuk digunakan dalam perancangan akhirseperti:AKI

ALTERNATOR

A

Perancangan akhir




alat

B

•FLOWCHART PERANCANGAN AKHIRPada perancangan akhir, nantinya akandiperoleh desain berupa piranti EERS.Piranti tersebut diharapkan mudah dalampemasangan, murah dalam pembuatan,dan dimensi yang sesuai.

•BATTRAI/AKUMULATOR

Kontakon

Handle gas

Motor DC

Baterai

Kecepatan sepeda30 – 40 kph

Tuasrem

Alternator ON

BateraiTuasrem

Alternator OFF

Skema penggunaan baterai untuk sepeda listrik standar

Skema pengisian baterai pada sepeda listrik yang telahmenggunakan piranti EERS

•PEMUTUS DAYAPada sebuah hubugan transmisi, terdapat beban yang dihasilkan. Dimana gir salingbergesekan satu sama lain. Guna memaksimalkan pemanenan energi, makaditambahkanlah pemutus daya yang mekanismenya megadopsi kerja dari sepeda dansepeda motor. Dengan menggunakan beberapa piranti berikut ini:

•RANCANGAN GAMBAR

Design ini merupakan type standardari sepeda listrik standar. Sepedaini belum menggunakan piranti dariEERS.

Design ini merupakan modifikasiyang menggunakan transfer dayaberupa V-Belt yangmenghubungkan roda denganalterntor. Kelemahan dari designini adalah dimensi dari V-belt yangbesar, sehingga mengurangikenyamanan.

•IDE PERBAIKAN Perbaikan yang dilakukan pada

sepeda listrik adalah:

• penggunaan EERS

Penggunaan Spur Gear pada

sistem transfer daya, sehingga

meminimalkan slip dan

mengecilkan dimensi dari EERS

• penambahan kapasitas baterai

menambah jarak tempuh yang

dapat diraih dari sepeda listrik.

selain itu, penambahan baterai

juga dapat difungsikan untuk

menambah akselerasi dari sepeda

listrik.

•PERHITUNGANData-data yang ada:Bobot kendaraan : 60 kgDaya angkut : 90 kgLingkar roda : 16 inchiKecepatan maksimal : 40-50 km/jamUntuk mendapatkan nilai kecepatan pada jalan miring maka disimulasikan menggunakan sepedamotor, dimana:Bobot motor : 98 kgPengendara : 60 kgDan hasilnya dapat ditabelkan sebagai berikut:

no Jarak (m)

Sudut Berat (kg) Pengendara (kg) Kecepatan(km/jam)

1 31 7 98 60 28

2 31 7 98 60 30

3 31 7 98 60 27

4 18.24 13 98 60 30

5 18.24 13 98 60 31

6 31 13 98 60 34

7 31 13 98 60 40

•PERHITUNGANContoh perhitungan:h = r. sin (sudut)

= 31 m. sin 13h = 6,97 menergi potensial yang dapat dicari:EP = W. h

= m. g. h= 158 kg. 9.8 kg m /s2 . 6,97m= 10792.35 Nm= 10792.35 joule

Sedangkan untuk energi kinetik yangdidapat secara simulasi:

EK = ½. m. v2

= ½ . 158 kg. (40km/jam)2

= ½. 158kg. (11.11m/s)2

= 9751.14 Nm= 9751.14 joule

Untuk kecepatan secara teori:EP = EKW. h = ½.m. v2

m. g. h = ½. m . v2

g.h = ½. v2

v2 = 2.g.hv2 = 2. 9,8kg.m/s2.6.97mv = 11.688 m/spembandingan kecepatan, baik teori

maupun yang didapat langsung secarasimulasi:

v* = Kecepatan real= 11.11 m/ s

V = kecepatan teori= 11.688 m/ s

Mencari nilai energi yang dapatditangkap:

EL= m. g. h – ½. m.(v*)2EL = 10792.35 kg.m/s2 - 9751.14 kg.m/s2EL = 1041.21 NmEL = 0.289225 Wh (Watt-Hour)

•PERHITUNGANJika hasil dari simulasi diatas di cari energi kinetik dan potensial, kemudian kecepatan penurunandikurangi hingga 30%. Maka, energi dari pengurangan kecepatan tersebut dapat diserap melaluialternator. Seperti pada contoh perhitungan dibawah ini:EL1= m. g. h – ½. m.(v*)2

EL1 = 158kg. 9.8m/s2. 3,72m – ½. 158kg.(5,444m/s)2

EL1 = 5760.048 kg.m2/s2 – 2341.72 kg.m2/s2

EL1 = 3418.33 kg.m2/s2

EL1 = 3418.33 jouleEL1 = 0.949613 watt-hour

Sedangkan untuk penggunaan kendaraan selama 1 jam dengan kecepatan konstan 20km/jam:EK20 = ½.m.v2

EK20 = ½. 158kg. (5.55m/s)2

EK20 = 2433.298 kg. m2 /s2

Untuk penggunaan kendaraan selama 1 jam dengan kecepatan 30km/jam:EK30 = ½.m.v2

EK30 = ½. 158kg. (8.33m/s)2

EK30 = 5481.7 kg. m2/s2

untuk penggunaan kendaraan selama 1 jam dengan kecepatan 40km/jam:EK40 = ½.m.v2

EK40 = ½. 158kg. (11,11m/s)2

EK40 = 5751.1 kg. m2/s2

•PERHITUNGAN

•PERHITUNGANcontoh perhitungan untuk mencari jarak dan waktu yang dibutuhkan untukpenggunaan selama 1 jam dengan kecepatan 20km/jam tanpa hambatan padaperkotaan:

•PERHITUNGAN

Dari kecepatan real yang diketahui, terlebih dahulu dicari putaran roda permenit. V = 40 km/jam . 1jam/3600s . 1.103/1kmV = 11.11 m /sR =16/2 inchiR = 8 inchi = 0.2032 meterω =

= 11.11m/s . = 54.68 rad/s

ω = 2. π. ff = ω/2. π

= = 522.16 RPM

•PERHITUNGAN RODA GIGI

Dimana untuk menggerakkan sebuahalternator dibutuhkan putaran minimal3000 Rotasi Per Menit. Sehinggadibutuhkan sebuah transmisi agardapat meningkatkan putaran dari522.16 RPM menjadi lebih dari 3000RPM. Maka dengan bantuan beberapadata berikut dapat dirancang transmisiuntuk meningkatkan putaran menujualternator.Data-data:Gir depan =33 mataGir belakan =20 mataRuangan yang tersedia = 27900 cm3

Dari data-data diatas maka perhitungan

selanjutnya dapat dihitung:Dari roda belakang ke gir depan:


12

N2

N2

Putaran dari gir depan ditransfer menggunakan gir dan rantai. Dimana rasiogir dan rantai dibuat sama. Hal ini dikarenakan gir dan rantai berfungsi untukpenyalur daya dan putaran dari gir depan sepeda menuju gir box:


Dari gir depan putaran kembalidinaikkan menggunakan perbandingangigi sebagai berikut:


1

2

Setelah didapatkan putaran 1044, makaputaran dinaikkan lagi menjadi 3132 rpm:

Dari roda gigi ini nantinya putaran akanditeruskan langsung menuju alternator.Yang mana nantinya alternator tersebutdapat merubah energi gerak menjadienergi listrik dan disimpan didalambaterai.


3

4

•GAMBAR RODA GIGIDari roda belakang

Menuju alternator

•GAMBAR RODA GIGI

• Dimensi Gear box:• Panjang : 22.6cm• Lebar dengan alternator : 22.8cm• Tinggi : 12.5cm• Sehingga, volume total ruang yang dibutuhkan

untuk meletakkan perangkat ini adalah:• Panjang* lebar* tinggi= volume perangkat• 22.6* 22.8* 12.5= 6441cm3:

• Dimana batasan dari ruang yang disediakan: 27900cm3. Maka masih tersisa ruang : 21459cm3.

•GAMBAR RODA GIGI

• Ukuran;P*L*T : 12cm*8.5cm*12.5cmType : keringTegangan :12 volt

Arus :12 ampere

•Pemilihan Spesifikasi komponen

Ukuran;Diameter : 12cmPanjang : 11.5cm

Tegangan : 12 voltArus : 55 ampere

•Pemilihan Spesifikasi komponen

1. Dari hasil percobaan dan perhitungan didapatbahwa semakin besar pengereman maka semakinbesar energi didapat, sebagai contoh dimanadengan pengurangan kecepatan 30% dengankecepatan awal 28km/jam menjadi 19.6km/jam maka didapat energi kinetic sebesar 3418.33 joule-meter. Sedangkan pengereman hingga 50% dengan kecepatan awal yang sama menjadi14km/jam dapat menangkap energi sebesar4565.29 joule-meter

•kesimpulan

2. Salah satu contoh dari tabel dapat dijelaskanbahwa, dengan mengurangi kecepatan sebanyak30% dari kecepatan 28km/jam dengankemiringan 7 derajat. Maka, akan dibutuhkanlintasan sepanjang 31.43Km dengan waktupengecasan 1.6 jam untuk menempuh kecepatan30 km/jam diperkotaan dengan kondisi jalandatar tanpa hambatan.

•kesimpulan

3. Dimensi dari gearbox dan ukuran gir-rantai yang digunakan:Gir belakang : 20 mataGir depan : 33 mataGir penghubung : 20 mataPada gearbox;Gir 1 : 60 mataGir 2 : 20 mataGir 3 : 60 mataGir 4 : 20 mataDimensi perangkat EERS

Panjang : 22.6cmLebar dengan alternator : 22.8cmTinggi : 12.5cmVolume total :6441 cm3

•kesimpulan

4. Spesifikasi komponen yang digunakan pada perangkat EERS ialah:Accu/battrai;

Voltase : 12 voltArus : 12 ampP.L.T : 12cm*8.5cm*12.5cm

Alternator;Ukuran;

Diameter : 12cmPanjang : 11.5cm

Tegangan : 12 voltArus : 55 ampere

•kesimpulan

Perancangan electric energy recovery system pada sepeda ...

Documents

Transcript of Perancangan electric energy recovery system pada sepeda ...