PEMANFAATAN SEPEDA STATIS DENGAN GENERATOR LINIER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK RAMAH LINGKUNGAN

PUBLIKASI ILMIAH

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Elektro

Fakultas Teknik

Oleh:

AJI PURNOMO D400080 021

PROGRAM STUDI ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016

i

ii

iii

1

PEMANFAATAN SEPEDA STATIS DENGAN GENERATOR LINIER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK RAMAH LINGKUNGAN

Abstrak Energi listrik merupakan energy yang menjadi salah satu kebutuhan pokok kehidupan umat manusia. Penggunaan listrik untuk kebutuhan rumah tangga, industri bahkan transportasi. Banyak daerah di Indonesia yang belum bisa merasakan energi listrik, maka dari itu dilakukan pembangunan pembangkit listrik sangatlah penting. Sepeda yang merupakan salah satu sarana transportasi di Indonesia dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.Penelitian ini akan membahas pemanfaatan sepeda statis sebagai penggerak generator linier dan menganalisa pengaruh lilitan terhadap tegangan keluar. Generator linier menggunakan frame stator 6 slot dengan jumlah lilitan 300, 500 dan 800 lilitan dan rotor dengan menggunakan magnet permanen berjenis ferit berjumlah 5 pasang dengan diameter kawat tembaga 0.4 mm.Teganganterendah yang dihasilkan 3.1volt pada kecepatan 100 rpm dengan jumlah lilitan 300 dan tegangan tertinggi14.4volt pada kecepatan 300 rpmdengan jumlah lilitan800. Data diambil dari percobaan yang dilakukan dengan skala laboraturium, selanjutnya dapat dikembangkan untuk skala yang lebih besar sehingga bisa menghasilkan daya yang lebih besar. Kata Kunci: generator linier, magnet permanen,ramahlingkungan, sepeda

Abstract Electrical energy is energy which is one of the basic necessities of human life. The use of electricity for household, industrial and even transportation. Many areas in Indonesia who can not feel the electricity, therefore do the construction of power plants is very important. Bicycles which is one of the means of transportation in Indonesia can be used as a power plant. This study will discuss the use of a stationary bike as the driver of the linear generator windings and analyze the effect on the output voltage. Using a linear generator stator frame 6 slot with the number of windings 300, 500 and 800 winding and rotor using a permanent magnet-type ferrite amounting to 5 pairs of copper wire with a diameter of 0.4 mm. The lowest voltage generated 3.1 volts at 100 rpm with a number of loops 300 and the highest voltage of 14.4 volts at a speed of 300 rpm with a number of windings 800. The data were taken from experiments conducted by the laboraturium scale, can be developed to a larger scale so that it can generate power the greater one. Keywords: linear generator, a permanent magnet, environmentally friendly, bikes

2

PENDAHULUAN Energi listrik sekarang ini sudah menjadi kebutuhan pokok manusia. Baik untuk kebutuhan rumah tangga maupu untuk keperluan industri. Bahkan sekarang transportasi juga tidak lepas dari penggunaan listrik. sementara untuk menghasilkan Energi listrik dibutuhkan bahan bakar untuk mengopreasionalkan generator yang merupakan pembangkit listrik. Bahan bakar yang digunakan saat ini sebagian besar masih menggunakan bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui. Belum lagi masalah pencemaran lingkungan yang diakibatkan dari bahan bakar fosil tersebut. Belakangan isu pemanasan global sedang gencar-gencarnya. Untuk itu diperlukan penelitian sumber energi terbarukan dan ramah lingkungan.

Indonesia sendiri mempunyai potensi alam yang sangat besar untuk menciptakan energi terbarukan dan ramah lingkungan. seperti angin, mikrohidro, panas bumi, sel surya dan lainnya. Saat ini sudah banyak pembangkit yang dibangun di Indonesia untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat. Akan tetapi, masih ada daerah yang belum terjangkau dan belum bisa menikmati Energi listrik.

Sepeda yang merupakan salah satu transportasi yang banyak digunakan masyarakat Indonesia ternyata bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.Roda sepeda dihubungkan dengan generator.Pengaplikasiandarisepedastatissebagaipenggerak generator inibisadigunakanuntukpribadi, industry maupunkomersial.Apalagiuntukdaerah yang belumtersedia energy listrik, sehinggabisadijadikansebagaipembangkitlistrik alternative. (K. M. Nor et all., 2004)

Generator merupakan salah satu mesin listrik yang dapat merubah Energi mekanik menjadi Energi listrik. Generator linier merupakan salah satu dari jenis genertator induksi. Berbeda dengan generator radial maupun axial, perubahan bentuk energi mekanik menjadi energi listrik menggunakan gerakan berputar. Sementara pergerakan rotor generator linier maju mundur. (Nugroho et all., 2014)

Penggunaan generator linier dewasaini masih jarang.Perubahan bentuk energi mekanik menjadi energi listrik, kebanyakan menggunakan gerakan berputar.Pembangkit listrik konvensional sepertibatubara, minyak gas, nuklirdanlainnya,turbin angin,pembangkit listrik tenaga air, kendaraan, semua menggunakan generator berputar.Sistem generator berputar ini memiliki tingkat daya rendah. Generator linier dalam perubahan energi gelombang laut karakteristiknya berdaya tinggi (tergantung pada ukuran perubahan energi gelombang) dan kecepatan rendah. Karenaitudapatdijadikanpenelitianuntukmenciptakanpenemuansumber energy terbarukan. (H. Polinderet all., 2007)

Prinsip kerja darigenerator sendirimenggunakan prinsip percobaannya Faraday, yaitu menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet digerakkan dalam kumparan maka terjadi perubahan fluks gaya magnet (perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara ujung-ujung kumparan. Tegangan induksi generator dapat dihitung melalui persamaan berikut:

= 4,44 ∅ (1) dimana: Erms : Tegangan efektif induksi generator (V) N : jumlah lilitan f : frekuensi (Hz) ∅ : fluks maksimum (Wb)

3

Ns : jumlah kumparan Nph : jumlah fasa Penentuannilai frekuensi ditentukan dengan persamaan :

= (2) dimana: f : frekuensi (Hz) Nr : Kecepatan rotor (rpm) P : Jumlah kutub Magnet permanen digunakan untuk menghasilkan fluks magnet.

PersamaanuntukmenentukanFluks maksimum magnet (∅max) sebagaiberikut : ∅ = (3) dengan :

= ( ) ( ) (4) dan

(5) dimana: Amagn : luasan medan magnet(m2) Bmax : kerapatan fluks magnet maksimum (T) ro : radius luar magnet (m) ri : radius dalam magnet (m) Nm : Jumlah magnet

: jarak antar magnet (m) Br : kerapatan fluks magnet (T) lm : tinggi magnet (m)

: lebar celah udara (m) Tugas akhir ini merancang sepedastatis yang digunakansebagaipenggerak generator magnet

permanen bertipe linier 1 fasa dengan menggunakan 5 pasang magnet permanen jenis ferit dengan kerapatan fluks magnet 0,1 T dengandimensi 2x6x1 cm. disampingitudilakukandenganmembandingan jumlah lilitan pada statoruntuk mengetahui pengaruh jumlah lilitan pada stator terhadap keluaran generator linier. Sementarauntukpenggerak generator menggunakansepedastatis.Penelitianinidilakukandenganskalakecil yang dilaksanakan di laboraturium.Denganharapandarihasil yang didapatkandalamskalakecilinibisadilakukanpenelitiandenganskala yang lebihbesar di kemudianhari.Sehinggamenjadikansolusiakankonsumsienergilistrik yang ramahlingkungan. METODE

Pertama kali yang dilakukan untukpenelitian ini adalah studi literatur.Sebagaiacuanuntukstudi literature inidilakukan dengan caramengumpulkan data yang

4

tidak

diperlukandanberkaitan dengan penelitian. Data bisa berupa buku,karya ilmiah,jurnal ilmiah, media cetak dan elektronik (internet). Datayang diperoleh dari studi literatur digunakan sebagai dasar dari penelitian.

Langkah selanjutnya adalah perancangan alat. Alat pertama yang dirancang adalah generator linier terlebih dahulu. Dengan perhitungan matematis dan matang yang didapat dari dasar acuan pembuatan generator, diharapkan hasil yang diperoleh dari penelitian ini sesuai dengan target yang diharapkan.

Sebelummemulai pembuatan alat, bahan yang dibutuhkansesuairencanadikumpulkanterlebihdahulu. Pembuatan alat dilakukan dengan teliti dan presisisehingga alat yang dibuat sesuai dengan rancangan dan menghasilkan keluaran sesuai dengan perencanaan.

Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui hasil dari alat yang telah dibuat. Dalam pengujian dibandingkan hasil yang didapat dari penelitian dengan target yang ingin dicapai, apabila belum mencapai target yang diinginkan maka dilakukan perbaikan alat sampai didapat hasil yang diinginkan. Pengujian dilakukan dengan tanpa beban.

Analisa data dilakukan dengan mengumpulkan data yang diperoleh dari pengujian untuk dibandingkan dengan data yang diperoleh dari studi literatur. Hasil yang dianalisa harus sesuai dengan data yang didapat dari pengujian alat. Tahapan pada penelitian ini dapat dilihat padaGambar 1 flowchartpenelitian. Mulai

StudiLiteratur

Merancangdan membuatprototipe generator linier

Generator dapatberoperasiden

ganbaik?

Perbaikan

A

5

tidak

Gambar 1. Flowchart Penelitian Generator linier inimenggunakan stator dan rotor yang berbeda dengan generator model

radial maupun axial.Bahan yang digunakanuntukmembuat stator generator linier adalahakrilikdenganketebalan 50 mm. Akreliktersebutdirancanganmenjadi sebuah frame stator dengan 6 slot.Kawattembagaberukuran 0.4 mm yang digunakansebagaililitan statordenganjenisjermanyang memilikitingkatfleksibilitas yang lebihbaikdibandingdenganjeniskawatlainnya, namunkuat. Rotor menggunakan 10 buah magnet permanen jenis ferit yang dibagi menjadi 5 pasang dan disusun melingkari as rotor.

Gambar 2. Rancangan Stator

A

Apakahdata sudah memenuhi target?

Menambah jumlah lilitan

Analisa hasil

Pembuatan laporan

Selesai

6

Gambar 3. Rancangan Rotor

HASIL DAN PEMBAHASAN Tujuandaripenelitianiniadalahmemanfaatkansepedastatis yang telahdimodifikasisebagaipenggerak generator linier untukmenciptakanpembangkitlistrik yang ramahlingkungan.Untuk pelilitan stator dilakukan secaramanual dengan jumlah lilitan300, 500 dan 800 lilitan.Pada frame stator pertama, kawattembagadililitdengan arah lilitan dibuat searah jarum jam sampaisesuaidenganjumlah yang dikehendaki. Kemudian pada frame stator kedua, kawattembagadililit ke arah sebaliknya. Begituseterusnyasampaipada frame stator keenam. Padadasarnyaarahlilitan stator generator linier samadenganarahlilitan generator radial maupun axial. Hanyasaja yang membedakanantara generator linier dengan generator radial dan axial adalahpadapenyambunganantarlilitan.Sebagaimana dapat dilihat di Gambar 4untukpenyambungannya, garis warna hitam (A) menunjukkan awallilitansetiap frame stator dan garis warna merah (B) menunjukkan akhirlilitansetiap frame. Sedangkanarahlilitanditunjukkandengantandapanah. Tanda panah ke bawah menunjukkan lilitan searah jarum jam, sedangkan tanda panah ke atas menunjukkan arah lilitan berlawanan arah jarum jam.

7

Gambar 4. RancanganPenyambungan danArah Putaran Lilitan

Gambar 5. Pengaplikasian generator linier dengan sepeda statis Pemanfaatan sepeda statis pada penelitian ini digunakan sebagai penggerak generator linier

untuk keperluan pengujian. Dari gambar 5 untuk menggerakkan rotor generator linier menggunakan roda sepeda yang dihubungkan ke roda penggerak motor dengan perbandingan 1 : 10. Saat dikayuh roda piston akan mengkonversi gerakan berputar roda sepeda menjadi gerakan maju mundur pada

8

rotor generator linier.Magnet pada rotor dapat memotong medan magnet pada stator sehingga menghasilkan tegangan listrik pada ujung lilitan. Pengujian dilakukan dengan menggerakkan rotor pada kecepatan 100-300 rpm dengan kenaikan setiap 25 rpm. Pengukuran tegangan keluar dilakukan pada setiap perubahan kecepatan rotor sampai maksimal. Untuk pengujian dengan jumlah lilitan 300 dan 500 menggunakan motor listrik sebagai penggerak, sementara untuk jumlah lilitan 800 menggunakan sepeda statis sebagai penggerak. Dari pengujian tersebut didapat data sebagai berikut.

Tabel 1. Hasil pengukuran tegangan dengan 300, 500 lilitan dengan penggerak motor listrik

dan 800 lilitan dengan penggerak sepeda statis. RPM Tegangan (Volt)

300 lilitan 500 lilitan 800 lilitan 100 3,1 4,8 5.1 125 3,4 5,3 6.4 150 3,7 6,4 7.2 175 4 6,8 9.1 200 4,4 7,1 10.4 225 4,7 7,3 11.4 250 5 7,8 12.4 275 5,4 8,3 13.1 300 5,6 8,5 14.4

Gambar 7.Grafikteganganhasilpengujian

Keluaran teganan dari hasil pengujian ditunjukkan dari tabel 1 dan grafik pada Gambar 7, dari data tersebut dapat dilihat tegangan yang dihasilkan dari generator linier mengalami kenaikan. Tegangan keluar berbanding lurus dengan kecepatan putar motor yang digunakan. Pada jumlah lilitan 300 tegangan yang dihasilkan adalah 3.1 volt, merupakan nilai tegangan terendah.Saat kecepatan ditambah dengan kelipatan 25 rpm untuk seiap data yang diambil, nilai tegangan

02468

10121416

100 125 150 175 200 225 250 275 300

300500800

9

mengalami kenaikan. Kenaikan paling signifikan terlihat ketika pengujian menggunakan 800 lilitan, tegangan terendah 5.1 voltsaat kecepatan dinaikkan hingga 300 rpm tegangan mampu mencapai 14.4 volt. PENUTUP Keluaran yang dihasilkangenerator linier dipengaruhi oleh beberapa variabel.Seperti jumlah lilitan,kecepatan rotor, jumlah kutub magnet, jenis magnet, jarakantara rotor dan stator dan yang lainnya.Tegangan, arus dan daya yang dihasilkan generator linierdipengaruhiolehjumlahlilitan stator.Karenategangan, arusdandayaberbandinglurusdenganjumlahlilitan.Jadi semakin banyak jumlah lilitan, maka semakin besar pula tegangan, arus dan daya yang mampu dihasilkan.Begitu pula sebaliknya.Dari penelitianinididapatkanhasiltegangankeluaranmaksimalsebesar 14.4 volt padakecepatan 300 rpm denganlilitansejumlah 800.Sementarategangankeluaran yang paling rendahsebesar 3.1 volt padakecepatan 100 rpm denganjumlahlilitansebesar 300. Jikaingin menghasilkan keluaran generator linier yang lebih besar, perlu menggunakan jumlah lilitan yang lebih besar, magnet dengan kekuatan medan magnet lebih besar, rancangan mekanis yang lebihkuatdanmampu digunakan untuk pengujian dengan kecepatan tinggi, dan memperkecil celah udaraantaramagnet rotor dan lilitan stator. PERSANTUNAN Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan, dan saran serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas dan kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terima kasih sebesar – besarnya kepada:

1. ALLAH SWT dan Nabi Muhammad SAWyang telah memberikan banyak kenikmatan kemuliaannya.

2. BapakIbu tercinta dan seluruh keluarga terima kasih atas semangat, nasihat dan doanya dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Umar, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.

5. Bapak Ir. Jatmiko,M.T. selaku Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

6. Bapak dan Ibu dosen FakultasTeknikJurusanElektroUniversitas Muhammadiyah Surakarta. 7. Rekan-rekan Teknik Elektro 2008, KeluargaMahasiswaTeknikElektrosemoga kekeluargaan

ini tetap terjaga selalu. 8. Temanseperjuangandalamtugasakhir, mBahPurwo, Ucup, Danang, Eh Mas Didikdan

semuanya yang telah banyak membantu dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugasakhir.

9. NdukAyu yang telahbanyakmemberikandukungan, doadanmotivasiuntukmenyelesaikantugasakhirini.

10

10. Semua teman- teman yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu terimakasih banyak atas dukungan dan doa.

11. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. DAFTAR PUSTAKA Nugroho, W. B., Kusuma, I. R., &Sarwitto, S. (2014). KajianTeknisGejalaMagnetisasipada Linear

Generator untukAlternatifPembangkitListrik, 3(1), 95–98. Hakim, AriefRahman. 2012. Desain Generator Magnet PermanenuntukSepedaListrik.

TeknikElektro, UniversitasMuhammadiyah Surakarta. Febrian, D.K, dkk, 2010. RancangBangunSepedaStatisPenghasilEnergiListrik yang

Ergonomis.Yogyakarta. Polinder, H., Mueller, M. a, Scuotto, M., & Prado, M. G. D. S. (2007).Linear generator systems for

wave energy conversion.7th European Wave and Tidal Energy Conference, 1–8. Nor, K. M., Arof, H., &Wijono, W. (2004).Design of a 5 kW tubular permanent magnet linear

generator.39th International Universities Power Engineering Conference, 2004. UPEC 2004., Parthasarathy, R. (2012). Linear PM generator for wave energy generation.Thesis Anna University,

(May).