RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SPEED BUMP UNTUK PENERANGAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh : JHOWAN WAHYU SITORUS NIM. : 1205052080
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa ,atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya telah memberikan pengetahuan dan keselamatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan
Tugas
Akhir
ini
berjudul
“RANCANG
BANGUN
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SPEED BUMP UNTUK PENERANGAN” disusun untuk memenuhi sebagai persyaratan dalam menyelesaikan program pendidikan Diploma 3 Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Dalam penulisan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik moral maupun materil dari berbagai pihak. Sehingga pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. M.Syahruddin, S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil,S.T.,M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Mekanik 3. Ir.Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik; 4. Ir.Roket Angkasa, M.T., Sebagai Dosen Pembimbing Penulis; 5. Seluruh Dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan yang telah memberikan banyak ilmu kepada penulis; 6. Keluarga kami terkasih yang telah mengasuh, membimbing dan memberi bantuan moril, material, doa dan motivasinya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini; 7. Untuk teman-teman satu angkatan 2012 Teknik Konversi Energi Mekanik baik dari EN-6A, EN-6B dan EN-6C,EN-6D yang saling memotivasi, menyemangati dalam mengerjakan Tugas Akhir ini;
v
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena keterbatasan penulis, maka penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untik kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Laporan Ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 10 Agustus 2015 Hormat Penulis,
Jhowan Wahyu Sitorus NIM : 1205052080
vi
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL ..........................................................................................
i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ..........................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ...........................................................................
iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................
v
DAFTAR ISI ................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xi
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv INTISARI ....................................................................................................... xv ABSTRACT .................................................................................................... xvi BAB 1 PENDAHULUAN ..............................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah......................................................................
1
1.2. Rumusan Permasalahan ......................................................................
3
1.3. Tujuan Pembahasan ............................................................................
3
1.4. Manfaat ..............................................................................................
4
1.5. Metode Penelitian ...............................................................................
4
BAB 2 LANDASAN TEORI .........................................................................
5
vii
2.1. Sejarah Speed Bump ...........................................................................
5
2.2. Pengertian Polisi Tidur (speed bump) .................................................
5
2.3. Proses Sistem Pembangkit Listrik Pada Polisi Tidur (speed bump) ...
6
2.4. Hukum Newton ..................................................................................
8
2.5. Bagian-bagian Utama Polisi Tidur(Speed Bump) dan Fungsinya .......
9
2.5.1. Landasan Kendaraan ..................................................................
9
2.5.2. Roda gila (Fly wheel) ................................................................. 10 2.5.3. Transmisi (Gear Box)................................................................ 14 2.5.4. Poros........................................................................................... 15 2.5.5. Bantalan (Bearing) ..................................................................... 15 2.5.6. Rantai ......................................................................................... 16 2.5.7. Pegas .......................................................................................... 16 2.5.8. Roda Gigi ................................................................................... 17 2.5.9. Dinamo Sepeda .......................................................................... 18 2.5.9.1. Tegangan Induksi Terbangkit ..................................... 20 2.5.9.2.Prinsip Kerja Dinamo Sepeda ...................................... 21 2.5.10. Batrai Kering ............................................................................ 23 2.5.10.1.Cara Kerja Batrai Kering ........................................... 24 2.5.10.2. Kelebihan dan Kekurangan Baterai Kering .............. 25
viii
2.5.11. LED ( Light Emiting Diode ) ................................................... 25 2.5.11.1 Cara Kerja LED ( Light Emiting Diode ) ................... 26 2.5.11.2. Tegangan Maju (Forward Bias) LED ....................... 27 2.5.12. Saklar ....................................................................................... 27 2.5.12.1 Prinsip Kerja Saklar Listrik........................................ 28 2.6. Energi Listrik ..................................................................................... 29 2.6.1. Hukum Ohm ............................................................................... 35 2.7. Usaha dan Energi ................................................................................ 36 2.7.1. Usaha .......................................................................................... 36 2.7.2. Energi ......................................................................................... 37 2.7.3. Energi Kinetik ............................................................................ 38 2.8. Daya .................................................................................................... 38 BAB 3 PEMBAHASAN ................................................................................. 39 3.1. Alat dan Komponen – komponen yang Digunakan ............................ 39 3.2. Gambar Pembangkit Listrik Tenaga Speed Bump .............................. 46 3.3. Cara Kerja Speed Bump untuk Menghasilkan Energi Listrik ............. 47 3.4. Langkah-langkah Pembuatan Alat. ..................................................... 48 3.5. Prosedur pengambilan data. ................................................................ 49 3.6. perhitungan Data ................................................................................. 49
ix
3.6. Analisa Biaya ...................................................................................... 53 3.7.1. Biaya material ............................................................................ 53 3.7.2. Biaya Jasa ................................................................................... 54 BAB 4 PENUTUP........................................................................................... 56 4.1. Simpulan ............................................................................................. 56 4.2. Saran.................................................................................................... 57 DAFTAR KEPUSTAKAAN ........................................................................ 58 LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Polisi Tidur (Speed bump) ........................................................
6
Gambar 2. Desain Sistem Pembangkit .......................................................
7
Gambar 3. Perancanaan Sistem Pembangkit ..............................................
8
Gambar 4. Hukum Newton ........................................................................
8
Gambar 5. Landasan Kendaraan ................................................................
9
Gambar 6. Roda Gila (Fly Wheel) ............................................................. 11 Gambar 7. Transmisi (Gear Box) ............................................................... 15 Gambar 8. Poros ......................................................................................... 15 Gambar 9. Bantalan (Bearing) ................................................................... 16 Gambar 10. Rantai ..................................................................................... 16 Gambar 11. Pegas....................................................................................... 17 Gambar 12. Roda Gigi ............................................................................... 17 Gambar 13. Dinamo sepeda ....................................................................... 20 Gambar 14. Prinsip Kerja Dinamo DC ...................................................... 22 Gambar 15. Baterai Kering ........................................................................ 24 Gambar 16. Lampu LED ............................................................................ 26 Gambar 17. Prinsip Kerja Lampu LED...................................................... 27
xi
Gambar 18. Saklar...................................................................................... 28 Gambar 19. Prinsip Kerja Saklar ............................................................... 28 Gambar 20. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron ........................... 30 Gambar 21. Kerapatan arus listrik ............................................................. 31 Gambar 22. Resistansi konduktor .............................................................. 33 Gambar 23. grafik hubungan antara F dan S.............................................. 37 Gambar 24. Dinamo sepeda ....................................................................... 39 Gambar 25. Polisi Tidur (Speed Bump)..................................................... 40 Gambar 26. Landasan Polisi Tidur(Speed Bump) ...................................... 40 Gambar 27. Roda Gila (Fly Wheel) ........................................................... 41 Gambar 28. Transmisi (Gear box) ............................................................. 42 Gambar 29. Roda Gigi ............................................................................... 42 Gambar 30. Rantai ..................................................................................... 43 Gambar 31. Bantalan(Bearing) .................................................................. 43 Gambar 32. Pegas....................................................................................... 44 Gambar 33. LED ....................................................................................... 44 Gambar 34. Saklar...................................................................................... 45 Gambar 35. Voltmeter................................................................................ 45 Gambar 36. Amperemeter .......................................................................... 46
xii
Gambar 37. Pembangkit Listrik Tenaga Speed Bump ............................... 46 Gambar 38. Diagram Mekanisme Speed Bump menghasilkan Listrik .... 47
xiii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Simbol Saklar ............................................................................... 29 Tabel 2 . Kemampuan hantar arus (KHA) ................................................. 32 Tabel 3. Data hasil pengukuran beban 155 Kg .......................................... 49 Tabel 4. Data hasil pengukuran beban 170 Kg .......................................... 50 Tabel 5. Kecepatan Turun Kendaraan pada beban 155 kg........................ 51 Tabel 6. Kecepatan Turun Kendaraan pada beban 170 kg....................... 51 Tabel 7: Gaya tekan yang diberikan kendaraan ......................................... 51 Tabel 8 : Daya Mekanis ............................................................................ 52 Tabel 9 : Efisiensi pembangkit ................................................................... 53 Tabel 10. Bahan Baku ................................................................................ 53 Tabel 11. Bahan Jadi .................................................................................. 54 Tabel 12. Upah Jasa Pembuatan (Upah tempah) ....................................... 54
xiv
INTISARI Kemajuan teknologi dapat membantu masyarakat dalam berbagai aspek kehidupan, hal ini terlihat banyaknya masyarakat bergantung pada teknologi. Kondisi demikian mengakibatkan meningkatnya permintaan energi listrik oleh masyarakat ke perusahaan listrik negara, untuk mencegah terjadinya overload maka penambahan pembangkit listrik dengan energi primer berasal dari batubara yang saat ini dikenal dengan program 10.000 MW.Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah pemanfaatan polisi tidur atau speed bump untuk membangkitkan energi listrik dengan menggunakan sistem tuas dan Pegas. Sistem pembangkit ini memanfaatkan dinamo sepeda magnet permanen 2 kutub keluaran DC sebagai pembangkit listrik, poros tuas dihubungkan dengan rotor dinamo sepeda tersebut dengan media gear box. Hasil penelitian ini menunjukkan dengan gaya pijakan speed bump sebesar 1667,7 Newton mampu menghasilkan tegangan terbangkit pada dinamo sepeda, dengan dibebani lampu LED 20mA/4V dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 6,33 volt DC, dan menghasilkan arus rata-rata sebesar 0,1005 Ampere. Kata kunci : Speed Bumb, Energi Terbarukan, Dinamo sepeda, Ramah Lingkungan
xv
ABSTRACT Advances in technology can help people in many aspects of life, it is seen the number of people dependent on technology. Such conditions lead to increased demand for electric energy by the public to the state electricity company, to prevent overloading the power plant with the addition of primary energy comes from coal that is currently known as the 10,000 MW program.The method used in this study is the use of humps or speed bump to generate electrical energy by using a system of levers and springs. This generation system utilizing a bicycle dynamo 2 (two) pole permanent magnet AC output as power plants, shaft lever connected with the bicycle dynamo rotor gear box with media. The results showed the speed bump footing style of 1667.70 Newton is capable of producing a voltage on a bicycle dynamo, with LED lights burdened 20mA / 4V can produce an average voltage of 6,33 volts DC, and generates a current average of 0.1005 ampere. Keywords: Speed bumb, Renewable Energy, bicycle dynamo, Environmentally Friendly
xvi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Permintaan energi listrik masyarakat dan industri sekarang semakin meningkat, hal ini disebabkan banyaknya peralatan mesin yang digunakan oleh masyarakat dan industri untuk membantu aktivitasnya, hal ini memunculkan beberapa persoalan penting yang sekarang ini dihadapi sistem kelistrikan di Indonesia. Perusahaan listrik negara (PLN) sebagai penyedia energi listrik dituntut menambah pasokan energi listrik untuk memenuhi kebutuhan energi listrik sehingga tidak terjadi pemadaman bergilir. Penambahan pembangkit listrik adalah cara untuk menambah kapasitas pasokan energi listrik agar dapat memenuhi kebutuhan energi listrik masyarakat dan industri. Selain itu, adanya sosialisasi tentang pentingnya penghematan energi listrik. Meskipun ada beberapa upaya yang dilakukan oleh PLN, perlu ada kajian secara intensif untuk memanfaatakan potensi alam yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik terbarukan dan ramah lingkungan, mengingat hampir 90% pembangkit listrik yang ada di Indonesia adalah pembangkit listrik konvensional, energi primer dari pembangkit konvensional berasal dari batubara dan minyak bumi yang sifatnya tidak terbarukan serta banyak mengakibatkan polusi udara. Persoalan penting lain yang dihadapi pemerintah Indonesia adalah kemacetan lalu lintas yang disebabkan meningkatnya jumlah kendaraan bermotor. Jumlah kendaraan bermotor yang melintas jalan raya sekarang ini semakin meningkat. Rasio kendaraan bermotor yang melintas di jalan raya semakin cepat sehingga kondisi jalan raya jarang sepi. Jutaan energi gerak kendaraan di jalan raya atau TOL dengan kerapatan 10 detik/kendaraan perlu dimanfaatkan. Salah satu pemanfaatannya adalah dengan membangun Pembangkit listrik tenaga roda berjalan atau pemanfaatan energi gerak yang terbuang pada saat kendaraan melintasi polisi tidur .
1
Kebutuhan energi yang berbanding lurus dengan peningkatan eksponensial populasi umat manusia dan menipisnya cadangan batubara, minyak bumi yang dimiliki Indonesia menuntut untuk melakukan kajian-kajian yang dapat menghasilkan energi listrik dengan memanfaatakan potensi alam yang terbarukan dan ramah lingkung. Bila semua massa kendaraan memiliki potensi energi yang dapat dibangkitkan menjadi energi listrik, maka dengan memanfaatkan media jalan raya dan suatu mekanisme tertentu yang dirancang pada jalan raya, memungkinkan dapat dihasilkan energi listrik dari sumber yang belum disadari sebelumnya . Speed bump (polisi tidur) adalah gundukan yang dibuat melintang di jalan untuk membatasi kecepatan laju kendaraan. Fungsi polisi tidur adalah untuk menjaga keteraturan berlalu lintas dan juga menjaga agar para pengendara kendaraan bermotor untuk memperlambat laju kendaraan . Dalam persoalan ini speed bump dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi yang terbarukan guna dalam menghasilkan energi listrik. Proses penghasilan energi listrik ini adalah dengan melakukan perubahan energi kinetik dari kendaraan bermotor menjadi energi mekanik yang berupa putaran pada altenator. Cara kerjanya adalah ketika
speed bump dilewati mobil atau sepeda motor, akibat bobot
kendaraan, speed bump akan turun. Akibat penurunan itu, lantai speed bump akan menekan roda penggerak yang akan memutar motor pembangkit listrik yang mirip altenator jika di mobil. Jika sering dilewati kendaraan berarti suplai listrik juga akan terus tersedia dan daya ini bisa dipakai dan digunakan untuk penerangan jalan, rumah, traffic light dan lain sebagainya. Bisa diterapkan di mall, pintu tol, bandara dan tempat lain yang selalu dilewati oleh kendaraan. Melalui ulasan di atas penulis mendapat ide untuk membuat rancang bangun pembangkit listrik tenaga speed bump dimana agar jumlah energi kinetik yang berasal dari kendaraan bermotor dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin agar potensi dari energi ini tidak terbuang secara sia-sia.
2
1.2. Rumusan masalah Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui energi kinetik maksimal pada saat pengujian mekanisme pembangkit energi listrik? 2. Bagaimana pengaruh beban dan kecepatan kendaraan terhadap energi listrik bangkitan pada dinamo sepeda? 3. Berapa besar daya mekanis yang diterima pembangkit? 4. Berapa besar daya yang dihasilkan untuk dialirkan ke beban? 5. Mengetahui berapa besar efisiensi Pembangkit? 6. Berapa besar biaya yang dikeluarkan? 1.3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan utama untuk penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Dapat mencari sumber energi alternatif yang terbarukan sebagai penambah daya untuk penerangan. 2. Memanfaatkan energi yang terbuang menjadi energi yang berpotensi dapat dimanfaatkan secara luas. 3. Dapat merancang suatu alat pembangkit listrik tenaga Polisi tidur (speed bump) dengan tipe tertentu. 4. Mengetahui cara kerja roda gigi pada Polisi tidur (speed bump) untuk listrik penerangan jalan raya. 5. Memahami hubungan antara ilmu pengetahuan yang telah diperoleh dan menerapkannya pada dunia lingkungan dan masyarakat.
3
1.4. Manfaat Penelitian Tugas Akhir ini diharapkan dapat bermanfaat : 1. Sebagai alat alternatif dalam penghasil sumber energi listrik untuk masyarakat. 2. Sebagai bahan praktik mahasiswa yang membahas tentang Pembangkit Listrik Tenaga Polisi tidur (speed bump) untuk penerangan. 3. Alat pembangkit energi ini dapat dikembangkan menjadi alat pembangkit energi listrik yang memiliki kapasitas keluaran yang besar. 4. Untuk menambah pengetahuan penulis Tentang Polisi tidur (Speed Bump) penghasil energi listrik 1.5. Metode Penelitian Dalam perancangan dan pembuatan rancang bangun ini penulis melakukan berbagai metode penelitian, antara lain : 1. Mengumpulkan dan mempelajari bahan tentang Pembangkit Listrik Tenaga Polisi tidur (Speed Bump). 2. Pengumpulan alat dan bahan yang digunakan untuk membuat rancang bangun pembangkit listrik tenaga polisi tidur (speed bumb). 3. Melakukan pengujian rancang bangun dan mengumpulkan data – data yang diperlukan untuk dihitung 4. Diskusi dengan teman kelompok menghitung data yang diperoleh dan menarik kesimpulan. 5. Melakukan konsultasi dengan Dosen Pembimbing.
4
