Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
DESAIN SEPEDA STATIS DENGAN GENERATOR MAGNET PERMANEN SEBAGAI PENGHASIL ENERGI LISTRIK YANG RAMAH LINGKUNGAN Hasyim Asy’ari1, Muhammad Alfatih Hendrawan2, Muhammad Wasi Al Hakim3 1,3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
[email protected];
[email protected]
2
ABSTRACT Depletion of lead fuels fossil effect to price of oil in the world increase, that is followed by the increase in price of electric basic, the increase in price of electricstart at 1 May 2014. In 2014 the total increase in price of electricity by 13%. The demand of electric is increase every year, it must be followed by power generation provided by PLN, in order to it can serve, so PLN must add power generation. Both of conventional power generation and renewable energi. Photovoltaic, wind energi, geothermal are kind of renewable energi. The objective of research is design an exercise bike with a permanent magnet generator to produce electrical energi and determine the capacity of the electrical energi that can produce. Design static bike producing electrical energi by connecting the rear wheel static bike with a permanent magnet generator, the ratio between static bike rear wheel with rotor generator pulley was 10: 1. the rotor of permanent magnet generator using 8 units that is a size of 2 cm x 7 cm x 1 cm. Stator using the email wire measuring 0.8 mm. that is the number of windings 180 It also uses wending holder by 2 pieces with a size of 2 cm x 3 cm x 1 cm. This static bike has been integrated with a permanent magnet generator. The workings of the electric energi generating of static bike is the bike rear wheel of push the static bike will spin, the wheels of the rotorgenerator spinning effect. It has been associated with the use of the belt. Rotor rotational speed is determined by the speed of pedaling a bicycle. The results showed the minimum speed is 1500 RPM and a maximum speed of 3800 RPM. Load of the system in the form of shiyoku light is 3 Watt DC and DC Fan, at the time rotation of the rotor is 1500 generator produces a voltage 16.4 volts and the current is 12:33 A or 5.4 watts at that rate of speed equivalent static bike 18 Km / h, and for the maximum speed the 3800 round of the generator can generate a voltage of 21.4 volts while the current is 0:47 A 10.2 watt, static bicycles rate indicates the speed 47 Km / h Keywords: Sepeda Statis, Generator Magnet Permanen, Energi Alternatif PENDAHULUAN Secara umum kegiatan olahraga yang dilakukan oleh masyarakat untuk membakar lemak pada tubuh yang bisa menimbulkan banyak penyakit. Kegiatan olahraga yang dilakukan oleh masyarakat antara lain jogging, sepak bola, dan penggunaan sepeda statis dan lain-lain, tujuan berolahraga adalah sebagaii media pembakar lemak dengan tujuan badan terjaga pada kondisi fit dan sehat. Sekarang ini pemanfaatan sepeda statis baru sebatas membakar lemak pada tubuh, jika dilihat lebih detail pada saat proses penggunaan sepeda statis ada potensi lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik, yaitu dengan penggantian roda sepeda statis dengan generator. Penambahan atau penggantian roda sepeda statis akan memberi multi fungsi yaitu selain digunakan untuk membakar lemak (original function) juga dapat digunakan penghasil energi listrik. Pemanfaatan sepeda statis dengan dynamo ampere dengan rpm 1500 rpm mampu menghasilkan energi listrik 68,75 – 112,66 watt, selama satu minggu energi listrik yang dihasilkan 15,2375 kWh, (1) (Kurniawan, 2008). Pemanfaatan dynamo ampere memiliki kekurangan yaitu dibutuhkan external power untuk dynamo ampere sebagai penghasil medan magnet agar saat rotor diputar mampu menghasilkan energy listrik, untuk itu perlu dikaji pemanfaatan generator magnet permanen pada sepeda statis agar energy yang dihasilkan lebih optimal, karena generator magnet permanen tidak membutuhkan external power, hal ini mengandung makna bahwa semua energy listrik yang dihasilkan dapat disimpan ke storage atau tempat penyimpanan yaitu batere atau accumulator, (2) (Asy’ari, 2012) Rancang bangun uninterruptible power supply (UPS) dengan energi hybrid. Penelitian ini memanfaatkan sepeda statis dan matahari sebagai sumber energi listrik untuk UPS dengan daya 250 watt yang digunakan sebagai energi listrik cadangan untuk computer standar yang digunakan untuk server pada warnet dan kasir pada supermarket. Pada penelitian ini sepeda statis digunakan untuk C-131
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
menggerakkan generator untuk mengisi accu secara bersama-sama dengan sel surya (Akhmad, 2011). Rancang bangun sepeda statis penghasil energi listrik yang ergonomis. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode Phal dan Beitz, konsep yang digunakan pada sepeda statis penghasil energi listrik yang ergonomis adalah panjang dimensi 1632.6 mm, lebar 569,5 mm dan tinggi 1315 mm, serta hasil dari perhitungan dan analisis rancangan dapat menghasilkan energi listrik yang dapat disimpan ke dalam sebuah aki kering dengan kapasitas 120 Ah (Febrian, 2010). Prinsip kerja generator meggunakan prinsip percobaannya Faraday yaitu memutar 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 (yang menimbulkan listrik). Syarat utama untuk menimbulkan beda potensial adalah harus ada perubahan fluks magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. Cara megubah fluks magnetik adalah menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya dengan energi dari sumber lain, seperti angin dan air yang memutar baling-baling turbin untuk menggerakkan magnet tersebut
Gambar.1. Prinsip Pembangkitan Arus Seperti terlihat pada gambar 1, pada saat magnet digerakan dekat kumparan akan timbul gaya elektromagnet pada kumparan. Arah tegangan yang dibangkitkan pada saat magnet bergerak mendekat atau menjauhi kumparan juga berlawanan. Besarnya tegangan yang akan dibangkitkan akan meningkat sesuai dengan meningkatnya gaya magnet dan kecepatan gerak magnet. Selain itu, tegangan yang dibangkitkan juga bertambah besar bila jumlah kumparannya ditambah. Prinsip kerja generator DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator). Komutator menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa komutasi merubah arus yang dihasilkan generator menjadi searah. Berdasarkan sumber arus kemagnetan bagi kutub magnet buatan tersebut generator arus searah dapat dibedakan menjadi: 1. Generator dengan penguat terpisah, bila arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik arus searah di luar generator. 2. Generator dengan penguat sendiri, bila arus kemagnetan bagi kutub-kutub magnet berasal dari generator itu sendiri METODE PENELITIAN Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Bahan Penelitian a. Magnet permanen sebanyak 8 buah dengan spesifikasi 2 cm x 7 cm x 1 cm b. Laker dan As berukuran 20 mm c. Baut baja sebanyak 12 buah d. Kawat email 0.8 mm 180 belitan e. 2 buah dudukan Spul 2 cm x 3 cm x 1 cm f. 2 buag papan PCB dengan ukuran 25 cm x 27 cm x 1 cm g. 2 buah piringan besi untuk dudukan magnet berdiameter 17 cm h. Baut, Poli, Kaki besi siku (4x4) 25 cm 2 buah i. Sepeda dengan variable speed, Rangka besi. 2. Peralatan Utama a) Multimeter digital untuk mengukur tegangan. b) Tachometer untuk mengukur kecepatan putaran motor. C-132
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
c) Generator magnet permanen termodifikasi sebagai pembangkit listrik saat mengisi ke akumulator. d) Rectifilter / diode bridge, Switch / saklar, Akumulator 12 volt 5 Ah. e) Peralatan kunci, Lampu DC merk Shinyoku dengan kapasitas 3 Watt, Fan DC 3. Diagram Alir Penelitian Mulai
Perancangan Sepeda Statis dan PMG
Perakitan Rangkaian
Apakah Sistem MenghasilkanListrik?
Perbaikan
tidak ya Pengukuran RPM, Tegangan dan Arus
Analisa HasilPengukuran alat
Selesai
Gambar 2.Diagram Alir Penelitian PEMBAHASAN Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 1, 2, 3 dan 4. Tabel1. Pengujian Sepeda Statis dan Generator Magnet Permanentampa beban. No 1 2 3 4
Kecepatan Putar (RPM) 1500 1700 2000 3800
Kecepatan(Km/jam)
Tegangan VDC (Volt)
18 21 25 47
11 12 15 20
Tabel 2 Pengujian Sepeda Statis dengan Inverter No 1 2 3 4
Kecepatan (RPM) 1500 1700 2000 3800
Kecepatan (Km/jam) 18 21 25 47
Tegangan Setelah Inverter (Volt) 175 190 200 225
C-133
Indikator Lampu Redup Nyala redup Nyala terang Nyala terang
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Tabel 3 Pengujian Sepeda Statis dengan Beban Kipas DC 12 V No
Kecepatan (RPM)
Kecepatan (Km/jam)
Tegangan (VDC)
Arus (A)
Daya (Watt)
Indikator Kipas DC 12 V
1
1500
18
7.2
0.21
1.6
Berputar pelan
2
1700
21
8.2
0.23
1.8
Berputar pelan
3
2000
25
8.3
0.25
2
Berputar sedang
4
3800
47
10.9
0.30
3.2
Berputar kencang
Tabel 4 Pengujian Sepeda Statis dengan Beban Lampu 15 Volt No
Kecepatan (RPM)
Kecepatan (Km/jam)
Tegangan (VDC)
Arus (A)
Daya (Watt)
Indicator lampu 15 Volt DC
1 2 3
1500 1700 2000
18 21 25
9.2 10.2 10.5
0.12 0.15 0.17
1.1 1.5 1.7
Redup Terang Terang
Hasil penelitian yang ditunjukan pada tabel 1 dan gambar 3 dan 4 terlihat tegangan keluaran DC dan kecepatan sepeda Km/jam sebelum diberi beban, ketika kecepatan putar 1500 rpm tegangan yang dihasilkan adalah 11 volt, ketika kecepatan putar 1700 rpm tegangan yang dihasilkan 12 volt, pada kecepatan 2000 rpmtegangan yang dihasilkan adalah 15 volt, kemudian ketika di putaran 3800 RPM menghasilkan tegangan sebesar 20 volt. Ketika kecepatan putar pada 1500 rpm membutuhkan kecepatan kayuhan sepeda 18 Km/jam. Begitu pula dengan 1700 RPM harus mengayuh sepeda dengan kecepatan 21 Km/jam, dan ketika di kecepatan putar 2000 RPM maka kecepatan kayuhan adalah 25 KM/jam. Begitu pula pada kecepatan 3800 RPM membutuhkan kecepatan kayuhan sepeda dengan kecepatan 47 Km/jam. Semakin cepat kayuhan atau semakin cepat putaran RPM maka baik tegangan maupun kecepatannya akan terus bertambah atau terus semakin besar.
Tegangan VDC
25 20
20
15 10
15 11
12
1500
1700
5 0 2000
3800
Kecepatan RPM
Gambar 3. Hubungan Kecepatan Putar dengan Teganan Keluaran Hasil percobaan yang ditunjukan pada tabel 2 menunjukkan tegangan keluaran dengan kecepatan putar yang langsung dihubungkan ke inverter, saat output generator yang disambungkan langsung ke beban pada kecepatan putar 1500 rpm maka tegangan yang keluar dari beban sebesar 157 volt, ketika berada di putaran 1700 rpm maka tegangan yang keluar sebesar 190 volt, saat pada kecepatan putar 2000 rpm tegangan yang dihasilkan 200 volt, dan ketika pada kecepatan putar penuh 3800 rpm tegangan yang keluar dari inverter sebesar 225 volt. Ketika tersambung langsung ke inverter maka hasilnya berbeda apabila diberi beban sebuah akumulator.Pada saat sepeda statikdibebani akumulator maka tegangan yang keluar dari inverter lebih stabil, sedangkan jika disambungkan secara langsung ke inverter maka hasilnya outputnya kurang stabil. C-134
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta,15 November 2014
47
50
Kecepatan (Km/jam)
ISSN: 1979-911X
40 30 18
20
25
21
10 0 1500
1700
2000
3800
Kecepatan putar RPM
Gambar 4. Hubungan Kecepatan Putar dengan Kecepatan Sepeda Statis Hasil pengujian ketiga yang ditunjukkan pada tabel 3 dan gambar 5, sepeda statis dibebani kipas 12 volt DC. Kecepatan putaran 1500 rpm dengan beban kipas menunjukkan tegangan keluaran adalah 7.2 volt, dan pada saat kecepatan putar berada pada 1700 rpm maka tegangan yang di keluarkan sebesar 8.2 volt, begitu pula ketika kecepatan putar berada di 2000 rpm tegangan yang dikeluarkan adalah 8.3 volt, pada saat berada di putaran maksimal 3800 rpm tegangan yang dikeluarkan adalah 10.9 volt. Arus yang yang menagalir pada saat dibebani masih kecil, ini di karenakan penggunaan beban yang juga kecil. Pada saat kipas 12 volt terhubung, sepeda statis dengan kecepatan putar 1500 rpm maka arus yang dihasilkan hanya 0.21 Ampere, sedangkan pada kecepatan putar 1700 rpm hanya menghasilkan arus sebesar 0.23 Ampere, untuk kecepatan putar 2000 rpm arus yang mengalir adalah sebesar 0.25 ampere, dan pada saat kecepatan putar maksimal yaitu 3800 rpm arus yang dialirkan hanya 0.30 ampere. 12 10
10,2
10,5
0,13
0,15
0,17
1500
1700 tegangan
2000 arus
9,2
8 6 4 2 0
Gambar 5.
Pengaruh Kecepatan Putar terhadap Teganagn Keluaran dan Arus
Pada hasil percoaan keempat yang ditunjukkan pada tabel 4 dan gambar 5, sepeda statis dibebani dengan menggunakan beban lampu DC 15 Volt. Pada kecepatan putar di 1500 rpm maka tegangan yang dikeluarkan adalah 9.2 volt dan arus adalah 0.13 A , ketika pada kecepatan putar 1700 rpmtegangan yang dihasilkan adalah 10.2 volt dan arusnya 0.15 A, dan pada kecepatan putar 2000 rpm tegangan yang dihasilkan adalah 10.5 volt dan arusnya 0.17 A.Semakin tinggi kecepatan putar maka hasil dari tegangan dan arus juga semakin naik, sebaliknya jika kecepatan putar rendah maka tegangan dan arus juga akan rendah atau menurun. KESIMPULAN Daya listrik yang dapat dihasilkan minimal adalah 5.4 watt dan maksimalnya adalah 10.2 watt, tegangan minimal yang dihasilkan adalah 16.4 volt dan tegangan maksimalnya adalah 21.4 volt. Ketika generator diberi beban kayuhan akan tersa lebih berat dibandingkan tanpa beban. C-135
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah membiayai melalui skema Hibah Bersaing sehingga kegiatan penelitian ini bisa terlaksana. Terima kasih juga lembaga penelitian dan pengabdian masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah membantu demi lancarnya proeses penelitian. DAFTAR PUSTAKA Aji, Dhanar Yuwono. 2013. Desain Generator Axial Kecepatan Rendah Dengan Menggunakan Magnet Permanen. Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Akhmad Z.F, 2011. Rancang Bangun Uninterruptible Power Suplay dengan Energy Hybrid. Surabaya Anugrah D.Z. dkk. Pembuatan Sepeda Listrik Bertenaga Surya Sebagai Alat Transportasi Alternatif Masyarakat melalui “Program Kreatifitas Mahasiswa (PKMT)”. Universitas Gajah Mada, Elektronika, Ensiklopedia. Medan magnet permanen.Ilmuku.com Febrian, D.K, dkk, 2010. Rancang Bangun Sepeda Statis Penghasil Energi Listrik yang Ergonomis. Yogyakarta. Hakim, Arief Rahman. 2012. Desain Generator Magnet Permanen untuk Sepeda Listrik. Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Irasari, Pudji. Metode Perancangan Generator Magnet Permanen Berbasis Pada Dimensi Stator Yang Sudah Ada.Pusat Penelitian Tenaga Listrik Dan Mekratonik, LIPI. Ridwan, Abrar. Pengembangan Generator Mini Dengan Menggunakan Magnet Permanen. Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Indonesia.
C-136
