Rancang Bangun Sepeda Listrik Menggunakan Sistem Portable

TUGAS AKHIR

Rancang Bangun Sepeda Listrik Menggunakan Sistem Portable Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Strata Satu (S-1) Teknik Mesin

Disusun oleh : DWI SULISTYANTO 01303-051

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Akhir Rancang Bangun Sepeda Elektrik Menggunakan Sistem Portable Disusun Oleh : NAMA

: Dwi Sulistyanto

NIM

: 01303-051

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir ini telah diperiksa dan disetujui oleh

Jakarta, Agustus 2008

Mengetahui : Koordiantor Tugas Akhir

(Nanang Ruhyat, ST. MT)

ii

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Akhir Rancang Bangun Sepeda Elektrik Menggunakan Sistem Portable Disusun Oleh : NAMA

: Dwi Sulistyanto

NIM

: 01303-051

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir ini telah diperiksa dan disetujui oleh

Jakarta, Agustus 2008

Mengetahui : Dosen Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. Ruli Nutranta, M.Eng)

iii

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini : NAMA

: Dwi Sulistyanto

NIM

: 01303-051

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang berjudul Rancang Bangun Sepeda Listrik Menggunakan Sistem Portable merupakan hasil karya sendiri, kecuali kutipan-kutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya.

Jakarta,

Agustus 2008

Dwi Sulistyanto 01303-051

i

LAPORAN TUGAS AKHIR

ABSTRAK

Sepeda merupakan alat transportasi yang telah dikenal manusia sejak lama bahkan pernah menjadi tulang punggung alat transporrtasi baik untuk mengangkut orang maupun barang. Kini sepeda hanyalah salah satu bagian alat transportasi manusia modern yang kedudukannya sudah tergeser oleh kendaraaan bermotor Didalam rancangan sepeda listrik ini, efisiensi dan kemudahan adalah konsep utama yang akan di aplikasikan ke dalam suatu bentuk rancang bangun sepeda listrik ini. sistem Portable, yaitu konsep desain sepeda listrik yang menekankan kemudahan untuk dipindahkan atau

mobilitas produk tersebut. Desain dengan konsep ini

biasanya cukup ringan atau diberi rangka dudukan pada bagian dasar komponen sehingga mudah dipindahkan Berdasarkan dari hasil rancang bangun sepeda listrik menggunakan sistem portable ini, di dapat hasil perhitungan efisiensi kerja mesin yaitu sebesar 71%, pada tiap putaran dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut N1 = 2750 rpm, N2 = 509,62 rpm, N3 =572 rpm, N4 = 618,75 rpm, Agar sepeda dapat bergerak dengan menggunakan kayuhan kaki di perlukan F = 549,8 N, pada sistem portable yang di rancang , dudukan motor listrik / baut pengikat t motor listrik diperlukan W =150,504 kg = 1475 N kata kunci : sepeda listik, motor listrik, sistem portable, baut pengikat.

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN

vi

LAPORAN TUGAS AKHIR

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT atas segala nikmat dan karuniaNya, sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir yang berjudul Rancang Bangun Sepeda Listrik Menggunakan Sistem Portable ini tepat pada waktunya. Penulisan Tugas Akhir ini disusun dan diajukan untuk memenuhi syarat guna menyelesaikan program strata satu ( S-1) pada jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana Jakarta. Tugas Akhir ini tidak dapat terwujudkan tanpa adanya petunjuk, pengarah serta pembimbing dari berbagai pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak yang telah membantu baik moril maupun materil kepada : 1. Kedua Orang tua yang selalu memberikan penulis dorongan semangat dan selalu berusaha memenuhi kebutuhan penulis dalam membuat tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Ruli Nutranta, M. Eng, selaku Pembimbing Tugas Akhir yang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan kepada penulis. 3. Bapak Nanang Ruhyat,ST, MT, selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini 4. Bapak-bapak Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan bimbingan dan pengajaran selama dibangku perkuliahan. 5. Bapak Munadi firmansyah dan Sumantri, selaku staff Laboratorium Proses Produksi, yang telah membantu hingga selesainya tugas akhir ini 6. Rekan rekan angkatan 2003.


iv

DAFTAR ISI

Halaman Judul Lembar Pernyataan ...........................................................................................i Lembar Pengesahan Koordinator Tugas Akhir................................................ii Lembar Pengesahan Dosen Pembimbing Tugas Akhir...................................iii Kata Pengantar ...............................................................................................iv Abstrak ............................................................................................................. v Daftar Isi ........................................................................................................vii Daftar Notasi .................................................................................................... x Bab I Pendahuluan ......................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2 Tujuan Penulisan ............................................................................ 2 1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................... 2 1.4 Metode Pengumpulan data ............................................................. 3 1.5 Sistematika Penulisan..................................................................... 3 Bab II Landasan Teori...................................................................................... 5 2.1 Teori Dasar Perancangan Teknik ................................................... 5 2.2 Pengertian Sistem........................................................................... 7 2.3 Teori perancangan sepeda listrik.................................................... 9 2.4 Gerakan Sepeda........................................................................... 10

viii

2.5 Bentuk sepeda listrik .................................................................... 14 2.5.1 Komponen utama sepeda listrik .......................................... 14 2.5.1.1 Motor Listrik (DC) .................................................... 14 2.5.1.2 Battery (accu) ........................................................... 21 2.5.1.3 Saklar ....................................................................... 22 2.5.1.4 Resistor (potensiometer)........................................... 23 2.5.1.5 Baut Pengikat........................................................... 25 Bab III Metode Perancangan ......................................................................... 27 3.1 Menentukan Daftar Kehendak (Spesifikasi)................................ 27 3.2 Abstraksi Perancangan ................................................................. 30 3.3 Penentuan Konsep Rancangan ..................................................... 31 3.3.1 Menentukan Fungsi dan Strukturnya...................................31 3.3.1.1 Struktur Fungsi Keseluruhan...................................... 31 3.3.1.2 Fungsi Bagian Ditinjau Dari Unsur.......................... 32 3.4 Rinciaqn Perancangan..................................................................33 3.5 Rancangan Konseptual Sepeda Elektrik menggunakan Sistim Portable.............................................

35

Bab IV Perhitungan........................................................................................ 39 4.1 penentuan daya motor .................................................................. 39 4.2 perhitungan putaran motor ........................................................... 43 4.3 Gaya yang diperlukan setelah sepeda bergerak.......................... 45 4.4. Perhitungan Baut Pengikat..........................................................46

viii

Bab V Kesimpulan Dan Saran ....................................................................... 49 5.1 Kesimpulan................................................................................... 49 5.2 Saran............................................................................................. 50 Daftar Pustaka Lampiran

viii

DAFTAR NOTASI

simbol

keterangan

satuan

A

luas penampang

m2

a

jarak sumbu poros

m

Cd

koefisien tahanan aerodinamik

-

Cr

koefisien tahanan gelinding

-

d

diameter

m

F

gaya

N

n

putaran

rpm

P

daya

W

T

torsi

N.m

v

kecepatan

m/det

W

berat

N

z

jumlah gigi

-

efisiensi motor

%

densitas udara

kg/m3

besar sudut tanjakan

0

x

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Sepeda merupakan alat transportasi yang telah dikenal manusia sejak lama bahkan pernah menjadi tulang punggung alat transporrtasi baik untuk mengangkut orang maupun barang. Kini sepeda hanyalah salah satu bagian alat transportasi manusia modern yang kedudukannya sudah tergeser oleh kendaraaan bermotor. Walaupun hanya sebagian kecil saja, namun keberadaan sepeda hingga kini masih eksis dikarenakan beberapa sebab yakni bahwa sepeda merupakan kendaraan yang praktis dengan ukuran kecil, ringan dan digerakan dengan kayuhan kaki.. kendaraan ini sangat cocok untuk melayani jarak tempuh dekat seperti anak-anak pergi pulang sekolah, ibu-ibu belanja di pasar.pada sepeda juga terdapat unsur rekreasi dan sekaligus olah raga. Naik sepeda merupakan kenikmatan tersendiri, dimana badan melakukan olah raga dan sekaligus mata menjadi segar dengan pemandangan yang dinikmati sepanjang perjalanan. Memperhatikan hal tersebut,maka ide tentang rancang bangun sepeda elektrik menggunakan sistem portable sangatlah menarik ide yangmasih sangat umum ini nanti


1

LAPORAN TUGAS AKHIR

akan diperjelas kebutuhannya lalu ditentukan pemecahannya dengan menggunakan konsep perancangan teknik 1.2 Tujuan Penulisan Secara garis besar tujuan dan manfaat perencanaan rancang bangun ini adalah : 1. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 2. Sebagai tolak ukur bagi penulis dalam proses pembuatan sehingga untuk mewujudkan dalam bentuk yang nyata akan lebih efisien, dan pelaksanaan pengujian dapat dilakukan dengan mudah. 3. Untuk menerapkan pengetahuan teori dalam perencanaan mesin agar berguna bagi masyarakat. 4. Untuk mendapatkan efisiensi kerja dan waktu dalam proses pembuatan.

1.3 Pembatasan Masalah Sehubungan dengan banyaknya komponen-komponen didalam pembuatan, maka komponen-komponennya hanya dibatasi pada : 1. Motor Listrik 2. Rangkaian Elektronik 3. Aki 4. Rantai penggerak 5. Gir.


2

LAPORAN TUGAS AKHIR

1.4 Metode Pengumpulan Data Metode yang penulis gunakan dalam mengumpulkan data-data adalah sebagai berikut; 1. Metode Referensi Metode ini adalah mencari dan mengumpulkan interview pada semua pihak yang mengerti dan memahami perencanaan dan rancang bangun alat ini. 2. Metode Observasi Metode ini adalah mencari dan mengadakan pengamatan tentang alat- alat sejenis yang ada, seperti informasi bahan-bahan yang akan digunakan baik dari jenis maupun harganya serta segala sesuatu yang berhubungan dengan perencanaan dan rancang bangun alat ini. 1.5 Sistimatika Penulisan Sitematika penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari lima bab yang dilengkapi dengan lampiran-lampiran serta gambar. Untuk memberikan gambaran secara terperinci mengenai pembahasan dalam penyusunan Tugas Akhir ini, berikut sistimatika penulisan yang akan disajikan dalam bentuk sebagai berikut: BAB I

PENDAHULUAN Dalam bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan perancangan,

pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI Dalam bab ini diuraikan mengenai teori-teori dasar dan rumus-rumus yang berkaitan dangan perancangan.


3

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB III METODE PERANCANGAN Berisi tentang cara melakukan perancangan dan jenis-jenis komponen yang digunakan dalam rancang bangun sepeda elektrik sistem portable. BAB IV PERHITUNGAN Berisikan tentang analisa data-data hasil dari rancang bangun sepeda elektrik, yang disajikan dalam bentuk tabel atau grafik dan membahas hasil-hasil tersebut berdasarkan teori yang digunakan. BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini Berisi menyimpulkan pembahasa, lalu memberikan saran yang sesuai / terbaik. DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


4

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB II LANDASAN TEORI

2.1.

Teori Dasar Perancangan Teknik Perancangan adalah bagian dari kegiatan rekayasa yang merupakan usaha secara

intelektual untuk memenuhi tuntutan-tuntutan tertentu dengan cara sebaik mungkin. sedangkan pengertian rekayasa adalah penerapan ilmu dan matematik untuk memanfaatkan benda dan energi dalam alam ini sehingga berguna bagi manusia dalam kegiatan pembuatan bangunan, permesinan, produk, sistem dan proses. Secara konseptual kegiatan perancangan dapat dibedakan menjadi beberapa bagian,yakni : 1. perancangan produk 2. perancangan proses 3. perancangan rekayasa (engineering design) adapula ciri ciri kegiatan pada perancangan, antara lain : 1. merupakan kegiatan kreatif yang dilandasi dengan pemahaman yang baik atas bidangbidang keilmuan tertentu serta pengetahuan dan pengalaman praktis bidang khusus


5

LAPORAN TUGAS AKHIR

2. merupakan optimasi atas tujuan tertentu dalam berbagai kendala yang ada bahkan saling bertentangan. 3. memuat tahapan-tahapan sebagai berikut : a. Ide dan kejelasan tugas rancangan konseptual Ide yang merupakan cikal bakal kebutuhan manusia akan sesuatu hal perlu dijabarkan secara mendetail mengenai apa yang perlu dan apa yang tidak perlu. Dengan demikian kegiatan ini merupakan kejelasan atas ide yang sifatnya masih umum tersebut. b. Rancangan konseptual Fungsi keseluruhan yang tergambar dari kejelasan ide yang tergambar dari kejelasan ide tersebut selanjutnya dibagi bagi menjadi beberapa sub-sub fungsi untuk melihat bagian-bagian permasalahan secara lebih sederhana. Sub-sub fungsi dijawab dengan suatu solusi yang biasanya lebih dari satu atau ada banyak varian solusi sub fungsi tersebut. Penggabungan ata masing-masing solusi sub fungsi akan menghasilkan banyak sekali solusi utuh yang dinamakan konsep rancangan. Konsepkonsep rancangan ini selanjutnya dinilai dengan kriteria kefungsian dan efisiensi untuk dipilih konsep yang terbaik. c. Rancangan bentuk dan tata letak Rancangan bentuk

dan tata letak merupakan implementasi dari rancangan

konseptual yang dipilih tersebut, meliputi kerangka dan ukuran serta produk yang dihasilkan.


6

LAPORAN TUGAS AKHIR

d. Rancangan detail Rancangan detai merupakan penggabungan antara konsep rancangan dan rancangan bentuk dan tata letak,dan pada rancangan detail ini menerangkan tentang detail dari ukuran-ukuran pada benda/alat yang akan dibuat. e. Pembuatan prototipe/model Ini

merupakan

aplikasi

penerapan

umpan

balik

bagi

penyempurnaan

model/produk yang akan dikembangkan dikemudian hari. f. Pengujian Urutan tahapan tersebut merupakan kegiatan sistematis terstruktur, dimana tahapan yang sedang dibahas selalu berguna untuk memberikan umpan balik bagi perbaikan tahapan sebelumnya semua tahapan tadi dinilai dengan tolak ukur berdasarkan kriteria fungsi (kriteria teknik) dan kriteria efisiensi (kriteri ekonomi). Aplikasi penerapan model di lapangan akan memberikan umpan balik bagi penyempurnaan model / produk yang akan dikembangkan dikemudian hari. Alur dalam perancangan yang diterangkan tersebut secara garis besar digambarkan menurut bagan alir seperti gambar 2.1. 2.2.

Pengertian Sistem Suatu sistem adalah suatu totalitas atau suatu yang bersifat menyeluruh. Totalitas

merupakan suatu kumpulan komponen-komponen dimana antara setiap komponen selalu ada interaksi, artinya antara setiap komponen dengan komponen lainnya ada hubungan timbal balik. Tenaga yang digunakan untuk sepeda listrik ini adalah motor listrik yang direduksikan ke sprocket rantai rol melalui roda gigi. Pereduksian ini dilakukan agar


7

LAPORAN TUGAS AKHIR

dapat mentrasferkan tenaga yang ada pada motor listrik tersebut ke roda gigi agar sproket rantai rol bisa menggerakan sepeda listrik ini. Sesuai dengan judul tugas akhir ini fungsi dari sepeda listrik menggunakan sistem portable ini yaitu bagaimana menciptakan sebuah alat gerak yang mampu untuk menjalankan sepeda dan pengendaranya.

Gambar 2.1. Diagram alir proses perancangan


8

LAPORAN TUGAS AKHIR

2.3

Teori perancangan sepeda listrik Didalam rancang bangun sepeda listrik ini, sumber tenaga yang digunakan adalah

daya motor listrik, sehingga dari motor listrik tersebut dengan bantuan aki sebagai sumber energi listriknya dapat menghasilkan perputaran rantai dari motor listrik ke poros batang engkol kemudian dari batang engkol di teruskan ke poros roda belakang dengan perantara transmisi rantai, sistem propulsi sepeda elektrik ini dapat di gambarkan dalam bentuk skematis .

aki

Motor listrik

Transmisi 1

manusia

Poros engkol

Transmisi 2

Roda penggerak

Gambar 2.2 .sistem propulsi sepeda elektrik


9

LAPORAN TUGAS AKHIR

Sedangkan sistem elektrial yang dirancang untuk sepeda elektrik ini termuat dalam gambar di bawah ini

Switch kunci pengaman

fuse

relay

Switch Switch utama utama

Switch rem

Motor listrik

+

-

+

-

aki

Gambar 2.3, Sistem kelistrikan sepeda elektrik 2.4 Gerakan Sepeda Sepeda merupakan sutu alat yang digunakan sebagai alat pengangkut atau sebagai sarana transportasi, pada sepeda juga terdapat beberapa bagian komponen utama, yakni : a.

Rangka Rangka adalah suatu sistem struktur teknik yang terangkai dari batang-batang besi

yang dibangun untuk menyangga atau mentransfer gaya dan untuk menahan beban yang dikenakan padanya dengan aman.berikut ini adalah gambaran dari rangka sepeda elektrik yang akan digunakan pada proses rancang bangun.


10

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gambar 2.4. rangka sepeda b.

roda / ban Roda/ban berfungsi untuk mendukung berat kendaraan dan memindahkan tenaga

yang dihasilkan pada saat mangayuh sepeda ke permukaan jalan, menyerap/meredam getaran, menjalankan kendaraan dengan nyaman , menghentikan dan membelokan kendaraan .

Gambar 2.5. Roda / Ban FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN

11

LAPORAN TUGAS AKHIR

c.

Chain / Rantai Rantai yang menghubungkan chainring dan cassette dan bertugas manyalurkan

daya dari kayuhan pedal ke roda belakang. Rantai yang digunakan dalam rancang bangun ini adalah rantai rol karena Rantai ini mengait pada gigi sproket dan meneruskan daya tanpa slip dan menjamin perbandingan putaran yang tetap. d.

Brake sistem (rem) Rem adalah suatu peranti untuk memperlambat atau menghentikan gerakan roda.

Karena gerak roda menjadi lambat, secara otomatis gerak kendaraan menjadi lambat. Energi kinetik yang hilang dari benda yang bergerak ini biasanya diubah menjadi panas karena gesekan.

Gambar 2.7, rem e.

Saddle Part saddle atau bantalan duduk ketika mengayuh sepeda sehingga bokong tetap terasa

nyaman di samping untuk mengurangi rasa lelah di bawah kita. Pda sadel terdiri dari beberapa komponen yakni, seat post (tiang penyangga sadel yang di masukan ke seat tube), seat clamp (pengunci pada saat tiang sadel sudah mencapai tinggi yang ideal). FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN

12

LAPORAN TUGAS AKHIR

gambar 2.8. saddle i.

Sistem kemudi Sistem kemudi berfungsi sebagai pengatur laju arah sepeda pada saat dijalankan, pada sistem kemudi terdiri dari beberapa bagian yakni, handle bar (stang) berfungsi sebagai kemudi, handle grip (karet)untuk mempermudah pegangan dan menghindari slip, head set (mekanisme berputar),haed spacer (ring untuk mengatur tinggi posisi stem),

Gambar 2.9 , Sistem kemudi


13

LAPORAN TUGAS AKHIR

2.5

Bentuk Sepeda listrik Bentuk sepeda listrik sistem portable yang akan di rancang bangun ini menggunakan

kendaraan dasar sepeda tipe sepeda mini. Karena sepeda listrik yang akan di rancang bangun ini menggunakan sistem portable, jadi agar lebih efisien dalam hal, mudah untuk dirakit dan juga pada saat pelepasan komponen sepeda listrik jika di kehendaki oleh pengemudi yang akan melepaskan tiap-tiap komponen listrik yang ada pada sepeda tersebut. Oleh sebab itu pada saat perakitan sepeda listrik ini, tidak dilakukan perubahan dalam keaslian komponen sepeda itu sendiri ,antara lain : 1. tidak melakukan pengelasan atau penyambungan pada rangka sepeda. 2. menggunakan baut pengikat pada setiap penempatan komponen-komponen sepeda listrik. 3. tidak mengganti poros roda belakang tipe standar dengan poros roda belakang tipe torpedo . 2.5.1

komponen utama sepeda listrik

2.5.1.1 Motor Listrik (DC) Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan yaitu kutub utara dan kutub selatan.Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan


14

LAPORAN TUGAS AKHIR

angin) dan di industri. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

Gambar 2.11. Mekanisme kerja motor listrik Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004): Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi.


15

LAPORAN TUGAS AKHIR

Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan) Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubahdan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Untuk Perhitungan Motor Penggerak 1. Momen Puntir Mp =

60 xP 2 x3,14 xn

(2/1)

dimana : P = Daya Motor ( watt ) n = putaran poros motor ( rpm ) 2. Daya yang dihasilkan motor listrik untuk menggerakan kendaraan Pout = W x V

(2/2)

Dimana : W = Berat total sepeda listrik ( N ) V = Kecepatan sepeda ( m/s )

3. Efisiensi Kerja Mesin


16

LAPORAN TUGAS AKHIR

=

Dayayangkeluar Dayayangmasuk

=

POUT x100% PIn

(2/3)

Dimana : Pout = Daya yang keluar ( Watt ) Pin = Daya yang masuk ( Watt ) 4. Perhitungan putaran motor Putaran motor dapat diperoleh dengan cara menghitung putaran

putaran pada poros

roda transmisi II poros engkol dan pada transmisi I motor elektrik. Diketahui : - final gear Z1 = 18

D1 = 75 mm 0,075 m

- gear pada poros engkol kanan (kayuhan kaki) Zr = 44

Dr = 200 mm = 0,2 m

- gear pada poros engkol kanan (motor elektrik) Zm = 65

Dm = 135 mm = 0,135 m

- free gear pada reducer (motor elektrik) Zf =11

Df = 25 mm = 0,025 m

-

Droda = 400 mm

-

Kecepatan sepeda setelah di uji V = 30 km / jam =

30 . 1000 3600

= 8,3 m / s

- N1 = 2750 rpm


17

LAPORAN TUGAS AKHIR

Dari data yang ada di atas, maka pada tiap putaran dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut : Penyelesaian , a.

N2 N1 N2

b.

N3 N2 N3

c.

N4 N1

N4

D1 D2 N 1 . D1 D2 D1 . D 2 D3 N 2 . D1 , D2 D3 D1 . D 2 D3 . D 4 N 1 . D1 , D 2 D3 . D 4

(2/4)

5. Tahanan terhadap daya motor Dalam rancang bangun sepeda listrik menggunakan sistem portable

ini

terlebihdahulu dilihat dari sifat-sifat dari kendaraan tersebut. Dimana sifat kendaraan dipengaruhi oleh banyak hal diantaranya adalah berat kendaraan, keadaan jalan, jenis mesin tang digunakan dan hal-hal yang mempengaruhi performance kendaran seperti perlawanan-perlawanan yang akan di alami kendaraan tersebut. Perlawanan perlawanan itu antara lain : 1. Tahanan aerodinamik


18

LAPORAN TUGAS AKHIR

Tahanan aerodinamik adalah tahanan yang di alami oleh sepeda listrik akibat gesekan udara dengan kendaraan dan pengendara. Besarnya tahanan aerodinamik (R a) dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Diketahui : Cd = 0,9 A = Luas penampang sepeda listrik, dan pengendara ( m2 ) V = kecepatan sepeda listrik ( m/s ) = Densitas udara = (1,175 kg/m 3) Maka : Ra = 0,5 . cd . A .V2 .

(2/5)

2. Tahanan Gelinding Tahanan yang dialami oleh sepeda listrik akibat adanya perubahan bentuk yang terjadi pada ban dan permukaan jalan. Besarnya tahanan gelinding (Rr) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut : Rr = Cr . Wt

(2/6)

Dimana : Cr = koefisien tahanan gelinding = 0,008 Wt = Berat Total 3. Tahanan Tanjakan Tahanan yang dialami oleh sepeda listrik bila melalui jalan yang menanjak. Besarnya tahanan tanjakan (Rg) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut : Rg = Wt . Sin

(2/7)

Dimana : Wt = berat total sepeda elektrik = 784 N


19

LAPORAN TUGAS AKHIR

= besar sudut tanjakan jalan = 0,5 0 Maka : Rg = Wt . Sin Untuk kendaraan yang bergerak dengan kecepatan konstan biasanya tahanan total yang dialami kendaraan tersebut adalah gaya traksi, dimanagaya traksi yang terjadi pada sepeda elektrik adalah : Gaya traksi (F) = Ra + Rr + Rg Sehingga dapat diperoleh daya motor sebesar : Pmotor = Ptotal Porang

(2/8)

(ref. Whitt,F.R and Wilson,D.102) Dimana : Ptotal = F . V Porang = 150 Watt, (diperoleh dari daya endurance untuk orang bersepeda yaitu antara 100

145 Watt untuk kelompok orang relatif lemah dan 145

180 Watt

untuk kelompok orang relatif kuat.) (ref. Suharto, 1986). Maka : Pmotor = Ptotal

Porang


20

LAPORAN TUGAS AKHIR

2.5.1.2 Battery (accu) Baterai adalah alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkannya dalam bentuk listrik. Baterai terdiri dari tiga komponen penting, yaitu : batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai) seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai) pasta sebagai elektrolit (penghantar). Secara harfiah berarti baterai berfungsi sebagai media penyimpan dan penyedia energi listrik. Sumber listrik yang digunakan sebagai pembangkit power dalam bentuk arus searah (DC).Batere adalah perangkat yang mampu menghasilkan tegangan DC, yaitu dengan cara mengubah energi kimia yang terkandung didalamnya menjadi energi listrik melalui reaksi elektro kima, Redoks (Reduksi Oksidasi). Batere terdiri dari beberapa sel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia.Sel batere tersebut elektroda

elektroda.

Elektroda negatif disebut katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron. Elektroda positif disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron.Antara anoda dan katoda akan mengalir arus yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan electron mengalir dari katoda menuju anoda. Terdapat 2 proses yang terjadi pada baterai : 1. Proses Pengisian

: Proses pengubahan energi listrik menjadi energi kimia.

2.

: Proses pengubahan energi kimia menjadi energi listrik

Proses Pengosongan

Baterai dikelompokan menjadi 2 jenis : 1. Batere Primer yaitu batere yang hanya digunakan satu kali, dan setelah habis di (Recharge). 2. Batere Sakunder yaitu batere yang bias digunakan berkali kali dengan mengisi kembali muatannya, apabila telah habis energinya setelah dipakai.


21

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gambar 2.12. Baterai (accu) 2.5.1.3 Saklar Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah.

Secara sederhana, saklar terdiri dari dua bilah logam yang menempel pada suatu rangkaian, dan bisa terhubung atau terpisah sesuai dengan keadaan sambung (on) atau putus (off) dalam rangkaian itu. Material kontak sambungan umumnya dipilih agar supaya tahan terhadap korosi. Kalau logam yang dipakai terbuat dari bahan oksida biasa, maka saklar akan sering tidak bekerja. Untuk mengurangi efek korosi ini, paling tidak logam kontaknya harus disepuh dengan logam anti korosi dan anti karat.


22

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gambar 2.13. Saklar 2.5.1.4 Resistor (potensiometer) Resistor adalah suatu komponen elektronika yang fungsinya untuk menghambat arus listrik. Resistor merpakan Komponen pasif (komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya tidak memerlukan sumber tegangan atau sumber arus tersendiri).

Gambar 2.14. Resistor jenis potensiometer


23

LAPORAN TUGAS AKHIR

Resistor dapat dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Resistor Tetap Resistor tetap adalah resistor yang memiliki nilai hambatan yang tetap. Resistor memiliki batas kemampuan daya misalnya : 1/16 watt, 1/8 watt, ¼ watt, ½ watt dsb. Artinya resitor hanya dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan kemampuan dayanya. Simbol Resistor Tetap :

2. Resistor yang Tidak Tetap (Variabel) Ialah resistor yang nilai hambatannya atau resistansinya dapat diubah-ubah. Jenisnya

antara lain : hambatan geser, trimpot dan potensiometer. Pada rancang bangun ini jenis resistor yang digunakan ialah potensimeter. Ini dipakai karena mekanisme pemakaiannya lebih mudah di bandingkan dengan resistor jenis lainnya.


24

LAPORAN TUGAS AKHIR

2.5.1.5. Baut Pengikat Untuk mengikat antara motor listrik dengan lapisan rangka sepeda digunakan baut pengikat. Pada perhitungan ini baut pengikat yang akan dihitung berjumlah 2 buah baut. Diketahui : Berat baut, W ( kg ) L = 22,20 mm = 2,22 cm L1= 60,65 mm = 6,06 cm L2 = 9,5 mm = 0,95 cm Jumlah baut, n = 2 Perhitungan Berat Pada Tiap Baut WS

W n

.( Ref. A Text Book of Machine Design. R.S. Khurmi & J.K. Gupta,

hal: 347)

Perhitungan Berat Maksimum Pada Baut


25

LAPORAN TUGAS AKHIR

Wt

W .L.L2 2 2 2( L1 L2 )

.( ref. A Text Book of Machine Design. R.S. Khurmi &

J.K. Gupta, hal: 347) Berat Maksimum Pada Tiap Baut Wts

1 (Wt 2

Wt

2

2

4Ws )

.( ref. A Text Book of Machine Design. R.S.

Khurmi & J.K. Gupta, hal: 347)


26

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB III METODE PERANCANGAN

3.1 Menentukan Daftar Kehendak (Spesifikasi) Daftar kehendak adalah merupakan daftar persyaratan kemampuan (performance) serta sifat-sifat yang harus dimiliki oleh alat / mesin yang dirancang. Ketika daftar kehendak ini akan digunakan, maka tindakan yang harus dilakukan adalah menyatakan mana hal yang termasuk permintaan (demand) atau keinginan (wishes). Demand adalah kebutuhan-kebutuhan yang harus dipenuhi dalam keadaan apapun, dengan kata lain kebutuhan tanpa solusinya tidak dapat diterima. Wishes adalah kebutuhan-kebutuhan yang dapat dipertimbangkan apabila memungkinkan. Disarankan untuk mengelompokan keinginan menrut utama, menengah atau kurang penting. Dengan adanya perbedaan ini diharapkan prioritas kebutuhan alat/mesin yang dirancang dapat terpenuhi. Permintaan adalah kebutuhan

kebutuhan yang harus dipenuhi dalam keadaan

apapun juga, atau dapat dikatakan juga kebutuhan tanpa solusinya tidak dapat diterima. Sedangkan keinginan adalah kebutuhan

kebutuhan yang dapat dipertimbangkan apabila

memungkinkan. Dari pernyataan tersebut dapat terlihat bahwa terdapat perbedaan yang


27

LAPORAN TUGAS AKHIR

sangat mencolok antara permintaan dengan keinginan, diharapkan agar jangan sampai terjadi keinginan berubah menjadi permintaan dan permintaan berubah jadi keinginan. Sepeda elektrik sistem portable yang dirancang bangun ini memiliki permintaan dan keinginan. Pada tabel dibawah ini akan membahas hal-hal yang mempengaruhi sebuah daftar kehendak. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Daftar Kehendak Mudah pengoperasiannya Dapat dipindah-pindah Tidak menyita tempat Bentuk sederhana Tahan lama Mudah pembuatannya Mudah perawatannya Sistem manajemen perawatan yang sederhana Mudah dirakit dan dibongkar Komponen materialnya mudah didapat Komponen materialnya murah Komponen materialnya buatan lokal Tidak membutuhkan teknologi tinggi Dapat dioperasikan oleh satu orang Konstruksinya ringan Tinggi sepeda tidak lebih dari 1 meter Aman bagi pengguna Dapat diproduksi masal Mudah dipahami oleh pengguna Perakitan sepeda elektrik menggunakan alat / tools standar Perakitan sepeda elektrik menggunakan baut dan mur Dapat dibuat dibengkel kecil Jumlah komponen sedikit Menggunakan sumber energi berupa accumulator (Aki) Tidak menggunakan bahan kimia Tidak menggunakan pengelasan Menggunakan Tegangan DC 24 Volt Arus yang digunakan 14 Ampere Menggunakan jaket berbahan parasit Menggunakan motor listrik sebagai tenaga penggerak sepeda Mampu memberikan kenyamanan Berat tidak lebih dari 65kg Bentuk sederhana

Tabel 3.1 Pengelompokan Daftar Kehendak


28

LAPORAN TUGAS AKHIR

Faktor Geometri

Demand (D) Wishes (W) D D W Energi D D Material D D D D Ergonomi D D D D Produksi D D D Kontrol D Kualitas D D Keselamatan D D Perakitan D D D D Penggunaan W

Perawatan

Biaya

D D D D D D D

Daftar Kehendak (Parameter) 1. Berat tidak lebih dari 65 kg 2. Dapat digunakan untuk ruang kerja yang tidak luas 3. Bentuk sederhana 1. Menggunakan sumber energi berupa accumulator 24 V 2. Menggunakan arus 14 Ampere 1. Komponen materialnya mudah didapat 2. Komponen materialnya murah 3. Komponen materialnya buatan lokal 4. Komponen materialnya ringan 1. Tinggi alat tidak lebih dari 1 meter 2. Dapat dioperasikan dengan 1 orang 3. Mudah dioperasikan 4. Tidak menyita tempat 1. Pembuatannya mudah 2. Dapat dikerjakan dibengkel kecil 3. Dapat diproduksi massal 1. Menggunakan komponen lokal 2. Pemilihan komponen yang tepat 3. Pemasangan komponen yang tepat 1. Aman bagi pengguna 2. Pengoperasiannya tidak memerlukan alat proteksi khusus 1. Mudah dirakit dan dibongkar 2. Jumlah komponen sedikit 3. Perakitan menggunakan pengikat baut dan mur 4. Tidak menggunakan pengelasan 1. Tidak memerlukan tenaga ahli dalam pengoperasiannya

1. Mudah perawatannya 2. Menggunakan tenaga perawatan / mekanik lokal 3. Sistem manajemen perawatan sederhana 1. Harga komponen murah 2. Biaya pembuatan murah 3. Biaya perawatan murah

Tabel 3.2 Daftar kehendak (spesifikasi) Keterangan: Demand (D) = permintaan yang merupakan kehendak yang harus dipenuhi Wishes (W) = harapan yang merupakan kehendak yang akan diambil bilamana memungkinkan.


29

LAPORAN TUGAS AKHIR

3.2 Abstraksi Perancangan Gambaran rancangan dilakukan untuk menentukan inti permasalahan yang penting dalam sebuah tugas perancang dengan jalan menganalisa spesifik (daftar kehendak) dan tugas yang harus dijalankan serta kendala yang dihadapi dengan kata lain, gambaran rancangan menentukan hal yang bersifat umum dan mengabaikan hal yang bersifat khusus. Hasil gambaran rancangan ini adalah suatu definisi dari tugas ulang perancangan. Langkah-langkah gambaran rancangan dan hasilnya adalah sebagai berikut dibawah ini : a. Gambaran Rancangan 1 Dan 2 Gambaran rancangan 1 dan 2 adalah mengabaikan keinginan pribadi kehendak yang tidak berarti langsung pada fungsi dan kendala-kendala yang penting dan terdapat pada tabel 3.2 b. Gambaran Rancangan 3 Gambaran rancangan 3 mentransformasikan data kuantitatif menjadi data kualitatif yang penting. Hasil yang didapat yaitu : Sebuah sepeda listrik sistem portable yang cukup sederhana Pengoperasiannya mudah Ukurannya sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan c. Gambaran Rancangan 4 Merupakan langkah lanjutan dengan memformulasikan gambaran rancangan 3 menjadi bentuk yang lebih umum. Hasil yang didapat yaitu :


30

LAPORAN TUGAS AKHIR

Sebuah sepeda listrik sistem portable yang cukup sederhana dan mudah pengoperasiannya serta memiliki ukuran yang sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan. d. Gambaran Rancangan 5 Merupakan langkah menetralisasikan seluruh masalah dengan memformulasikam gambar rancangan 4 menjadi bebas solusi. Hasil yang didapat yaitu : Sebuah sepeda elektrik sistem portable yang memenuhi standar ukuran yang dibutuhkan industri dan nyaman digunakan oleh pengguna. 3.3 Penentuan Konsep Rancangan 3.3.1 Menentukan Fungsi dan Strukturnya 3.3.1.1 Struktur Fungsi Keseluruhan Struktur fungsi keseluruhan didefinisikan sebagai hubungan secara umum antara input dan output suatu sistem teknik yang akan menjalankan suatu tugas tertentu, sedangkan fungsi keseluruhan adalah kegunaan dari suatu alat tersebut. Fungsi keseluruhan ini kemudian diuraikan menjadi beberapa subfungsi yang mempunyai tingkat kesulitan lebih rendah. Sehingga subfungsi merupakan tugas yang harus dijalankan oleh komponen-komponen yang menyusun alat tersebut. Rangkaian dan beberapa subfungsi untuk menjalankan suatu tugas keseluruhan disebut sebagai struktur fungsi. Tujuan menetapkan struktur fungsi keseluruhan adalah untuk memperoleh suatu definisi yang jelas dari subsistem yang ada atau terhadap subsistem yang baru dikembangkan sehingga keduanya dapat diuraikan secara terpisah.


31

LAPORAN TUGAS AKHIR

Struktur fungsi keseluruhan digambarkan oleh diagram blok yang menunjukan hubungan antara masukan dan keluaran dimana masukan dan keluaran tersebut berupa aliran energi, material, dan sinyal.

E1

E0 sepeda elektrik sistem portable

S1

S0

M1

M0 Gambar 3.1 Struktur fungsi keseluruhan

Keterangan : E1

= Energi input

S1

= Sinyal input

M1

= Material input

E0

= Energi output

S0

= Sinyal output

M0

= Material output

3.3.1.2 Fungsi Bagian Ditinjau Dari Unsur a. motor listrik motor listrik

S1

mengubah energi listrik menjadi energi mekanik

M1

menggerakan poros engkol

S0 M0

Prinsip solusi untuk jenis motor listrik perlu dicari karena sangat berpengaruh terhadap sistem kerja (penggerak poros engkol) sepeda listrik sistem portable.


32

LAPORAN TUGAS AKHIR

b. Baut dan mur pengikat

EI S1 baut pengikat

E0 Ruang penempatan komponen utama sepeda elektrik

S0 rangka

dudukan

komponen sepeda elektrik (portable)

Prinsip solusi untuk jenis baut dan mur yang digunakan perlu dicari karena sangat berpengaruh terhadap kenyaman dan kekuatan pengikat motor listrik dan rangkain listrik pada sepeda listrik sistem portable. c. Accumulator

Accumulator

menghasilkan

tegangan

DC

Sumber energi S1

S0

M1

M0

Prinsip solusi untuk jenis tegangan Accumulator perlu dicari karena sangat berpengaruh terhadap sistem kerja dari sepeda listrik sistem portable.


33

LAPORAN TUGAS AKHIR

d. Saklar On / Off E1

saklar

E0 Penghubung aliran listrik

menyambung dan memutus aliran listrik dari accu ke motor listrik

M1

M0

Prinsip solusi untuk jenis saklar On / Off perlu dicari karena sangat berpengaruh terhadap sistem kerja dari sepeda listrik sistem portable.

3.3.2 Mencari Prinsip Solusi Dan Strukturnya

barang

3.2.2.1 Prinsip Solusi Untuk Sub Fungsi

Sub Fungsi Prinsip Solusi

A.

Motor listrik

B.

Varian 1

Varian 2

Varian 3

Dc 24V 14A 2750 rpm

Dc 24V 10A 250 rpm

Ac 230 14A 250 rpm

Sepeda Sepeda gunung mini

C.

Baut dan mur (pengikat) Sekrup


Baut segi 6 dan mur

Baut (+) dan mur

34

LAPORAN TUGAS AKHIR

D.

Sumber Energi 12V

E.

24V

6V

SAKLAR ON/OFF Saklar tarik

Tabel 3.3 Prinsip Solusi Untuk Sub Fungsi Setelah dibuat struktur fungsi keseluruhan dan beserta subfungsinya, maka selanjutnya diberi prinsip-prinsip solusi untuk memenuhi sub fungsi tersebut. Metode yang digunakan dalam mencari prinsip solusi adalah metode kombinasi, yaitu metode yang mengkombinasikan semua solusi yang ada dalam bentuk matriks. Prinsip solusi diusahakan sebanyak mungkin, akan tetapi prinsip-prinsip solusi tersebut dianalisis lagi, dimana prinsip solusi yang kurang bermanfaat dapat dihilangkan atau diabaikan dengan tujuan agar dalam konsep tahapan selanjutnya tidak terlalu banyak konsep yang harus dievaluasi lagi.


35

LAPORAN TUGAS AKHIR

3.3.3

Rancangan Konseptual Sepeda Listrik Menggunakan Sistim Portable Didalam rancangan sepeda listrik ini, efisiensi dan kemudahan adalah konsep

utama yang akan di aplikasikan kedalam suatu bentuk rancang bangun sepeda listrik ini. Ada beberapa macam konsep desain, antara lain : a. Stacking, yaitu konsep desain sepeda elektrik yang dapat ditumpuk. Seperti pada konsep folding konsep ini berupaya memudahkan dan menghemat ruang dalam hal penyimpanannya. (Sumber: Mein Eibe Katalog) b. Knock down yaitu suatu konsep desain sepeda elektrik yang dapat dibongkarpasang. Konsep desain ini biasanya berupa komponen-komponen secara terpisah yang bisadibongkar pasang secara mudah dan cepat. Konsep ini lebih menekankan pertimbangan efesiensi untuk penyimpanan maupun pengangkutan. (Sumber: Galt Furniture, 1999) c.

Adjustable yaitu suatu konsep desain sepeda elektrik yang dapat disetel atau disesuaikan dengan kebutuhan pemakai. Konsep ini banyak diterapkan pada kursi kantor yang bisa diatur sedemikian rupa, untuk mendapat posisi duduk yang nyaman sesuai aktivitas yang dilakukan. (Sumber: Mein Eibe Katalog)

d. Portable, yaitu konsep desain sepeda elektrik yang menekankan kemudahan untuk dipindahkan atau mobilitas produk tersebut. Desain dengan konsep ini biasanya cukup ringan atau diberi rangka dudukan pada bagian dasar komponen sehingga mudah dipindahkan. (Sumber: Galt Furniture, 1999)


36

LAPORAN TUGAS AKHIR

Berdasarkan konsep rancangan yang telah dibahas diatas, maka rancangan bentuk dan tata letak komponen sepeda elektrikdapat dilihat pada gambar di bawah ini,

Gambar 3.4. sepeda listrik yang telah di modifikasi


37

LAPORAN TUGAS AKHIR

Pada tahap ini komponen

komponen utama dan pendukung dari Sepeda listrik

Sistim Portable dikumpulkan dan dirakit. Seluruh komponen ditempatkan sesuai dengan fungsinya masing

masing. Dibawah ini merupakan komponen

komponen Sepeda

Listrik Sistim Portable yang telah dipilih berdasarkan tabel 3.3 hasil prinsip solusi, antara lain sebagai berikut : 1. motor listrik dengan spesifikasi (24 volt 250 watt

14 A

2750 rpm)

2. sepeda jenis sepeda gunung mini 3. Baut kepala (+) dan mur dan baut persegi enam berikut murnya. 4. Saklar On / Off dan kabel penghubung 5. dua buah Aki 12 Volt 7 Ah sebagai sumber energi


38

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB IV PERHITUNGAN

4.1 Penentuan Daya Motor Pada Perencanaan sepeda listrik roda dua ini ada beberapa bagian yang perlu diperhitungkan, diantaranya adalah motor penggerak, yaitu : Untuk Perhitungan Motor Penggerak : 1. Momen Puntir Mp =

60 xP 2 x3,14 xn

dimana : P = 250 watt n = 2750 rpm Maka : Mp =

=

60 xP 2 x3,14 xn 60 x 250 2 x3,14 x 2750


39

LAPORAN TUGAS AKHIR

= 0,86 Nm 2. Daya yang dihasilkan motor listrik untuk menggerakan kendaraan Pout = F x V Dimana : F = 25,84 N V = 25 km/jam = 6,94 m/s Maka : Pout = F x V =25,84 N x 6,94 m/s = 179,33 Watt 3. Efisiensi Kerja Mesin =

Dayayangkeluar Dayayangmasuk

=

POUT x100% PIn

Dimana : Pout = Daya yang keluar ( Watt ) Pin = Daya yang masuk ( Watt ) Maka : =

179,23 x100% 250

= 71%

Dalam rancang bangun sepeda listrik menggunakan sistem portable

ini terlebih

dahulu dilihat dari sifat-sifat dari kendaraan tersebut. Dimana sifat kendaraan dipengaruhi FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN

40

LAPORAN TUGAS AKHIR

oleh banyak hal diantaranya adalah berat kendaraan, keadaan jalan, jenis mesin tang digunakan dan hal-hal yang mempengaruhi performance kendaran seperti perlawananperlawanan yang akan di alami kendaraan tersebut. Perlawanan perlawanan itu antara lain : 2. Tahanan aerodinamik Tahanan aerodinamik adalah tahanan `yang di alami oleh sepeda elektrik akaibat gesekan udara dengan kendaraan dan pengendara. Besarnya tahanan aerodinamik (Ra) dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Diketahui : Cd = 0,9 A = 1 x 0,5 = 0,5 m2 V = 30 km/ jam = 8.3 m /s = Densitas udara = (1,175 kg/m 3) penyelesaian : Ra = 0,5 . cd . A .V2 .

(4.1)

= 0,5 . 0,9 . 0,5 . (8,3)2 . 1,175 = 18,21 N 2. Tahanan Gelinding Tahanan yang dialami oleh sepeda listrik akibat adanya perubahan bentuk yang terjadi pada ban dan permukaan jalan. Besarnya tahanan gelinding (Rr) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut : Rr = Cr . Wt

(4/2)

Dimana :


41

LAPORAN TUGAS AKHIR

Cr = koefisien tahanan gelinding = 0,008 Wt = Berat Total Terdiri dari : - berat pengendara = 65 kg . 9.81 m/s 2 = 637 N - berat sepeda

= 15 kg . 9.81 m/s2 = 147 N

- berat total (Wt) =

+

784 N

Penyelesaian : Rr = Cr . Wt = 0.008 .784 = 6,27 N 3. Tahanan Tanjakan Tahanan yang dialami oleh sepeda listrik bila melalui jalan yang menanjak. Besarnya tahanan tanjakan (Rg) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut : Rg = Wt . Sin

(4/3)

Dimana : Wt = berat total sepeda elektrik = 784 N = besar sudut tanjakan jalan = 0,5 0 Penyelesaian : Rg = Wt . Sin = 784 . sin 0,5 = 6,84 Untuk kendaraan yang bergerak dengan kecepatan konstan biasanya tahanan total yang dialami kendaraan tersebut adalah gaya traksi, dimanagaya traksi yang terjadi pada sepeda elektrik adalah :


42

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gaya traksi (F) = Ra + Rr + Rg = 18,21 + 6,27 + 6,84 = 31,32 N Sehingga dapat diperoleh daya motor sebesar : Pmotor = Ptotal Porang

(4/4)

(ref. Whitt,F.R and Wilson,D.102) Dimana : Ptotal = F . V = 31,32 . 8,3 = 259,96 watt = 260 watt Porang = 150 Watt, (diperoleh dari daya endurance untuk orang bersepeda yaitu antara 100

145 Watt untuk kelompok orang relatif lemah dan 145

180 Watt

untuk kelompok orang relatif kuat.) (ref. Suharto, 1986). Penyelesaian : Pmotor = Ptotal = 260

Porang 150

= 110 watt 4.2 Perhitungan putaran motor Putaran motor dapat diperoleh dengan cara menghitung putaran

putaran pada poros

roda transmisi II poros engkol dan pada transmisi I motor elektrik. Diketahui : - final gear Z1 = 18

D1 = 75 mm 0,075 m

- gear pada poros engkol kanan (kayuhan kaki)


43

LAPORAN TUGAS AKHIR

Zr = 44

Dr = 200 mm = 0,2 m

- gear pada poros engkol kanan (motor elektrik) Zm = 65

Dm = 135 mm = 0,135 m

- free gear pada reducer (motor elektrik) Zf =11

Df = 25 mm = 0,025 m

-

Droda = 400 mm

-

Kecepatan sepeda setelah di uji V = 30 km / jam 30 . 1000 3600

=

= 8,3 m / s

- N1 = 2750 rpm Dari data yang ada di atas, maka pada tiap putaran dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut : Penyelesaian , a.

N2 N1

N2

b.

N3 N2 N3

c.

N4 N1

N4

D1 D2 N1 . D1

2750 . 2,5 13,5

D2

509,62 rpm

D1 . D 2 D3 N 2 . D1 , D2 D3

509,62 . 2,5 . 13,5 13,5

572,91 rpm

D1 . D 2 D3 . D 4 N 1 . D1 , D2 D3 . D4

2750 . 2,5 . 13,5 20 . 7,5


618,75 rpm

(4/5)

44

LAPORAN TUGAS AKHIR

(Ref : Khurmi, R.S dan J.K Gupta. Machine Design)

n1

n3

n4

n2

4.3. Gaya yang diperlukan setelah sepeda bergerak Di asumsikan satu unit sepeda dan seorang pengendara bermassa 80 kg (terdiri dari massa sepeda 15 kg ditambah massa orang 65 kg koefisien gesek antara ban karet dengan jalan aspal, s = 0,7 dan k = 0,6.jari-jari roda sepeda, Rb = 0,2 m dan jarak pedal kaki terhadap sumbu putar sproket Rp = 0,2 m

50mm

20cm

30cm R=20cm

100cm

Gambar 4, Dimensi sepeda listrik sistem portable


45

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gambar 4 di atas menginformsikan beberapa hal berikut, Gaya normal N = 80 . 9,81 = 784,8 N Gaya gesk statik maksimum Fs = 0,7 .784,8 = 549,36 N Gaya gesek kinetik Fs = 0,6 . 784,8 = 470,88 N Torsi yang diperlukan untuk menggerakan sepeda harus lebih besar dari pada , Ts > 549,8 . 0,2 = 109,96 N Agar sepeda bergerak, maka gaya pedal kaki harus lebih besar dari pada , F> 109,96/ 0,2 = 549,8 N Setelah sepeda bergerak, maka gaya F yang diperlukan tersebut menjadi, F = (470,88 . 0.2) / 0,2 = 470,88 N 4.4. Perhitungan Baut Pengikat Untuk mengikat antara motor listrik dengan lapisan rangka sepeda digunakan baut pengikat. Pada perhitungan ini baut pengikat yang akan dihitung berjumlah 2 buah baut. Diketahui : Berat baut, W = 0,005 kg L = 22,20 mm = 2,22 cm L1= 60,65 mm = 6,06 cm L2 = 9,5 mm = 0,95 cm Jumlah baut, n = 2


46

LAPORAN TUGAS AKHIR

Perhitungan Berat Pada Tiap Baut WS

W n

(4/6)

( Ref. A Text Book of Machine Design. R.S. Khurmi & J.K. Gupta, hal: 347) WS

0,05kg 2

0,025kg

Perhitungan Berat Maksimum Pada Baut

Wt

W .L.L2 2 2 2( L1 L2 )

(4/7)

( ref. A Text Book of Machine Design. R.S. Khurmi & J.K. Gupta, hal: 347) 36,7236 Wt

0,05kg.2,22cm.0,9cm 2(6,06 2 cm 0,95 2 cm) 0,0999kg.cm 2 36,7236cm 2 75,2522kg


47

LAPORAN TUGAS AKHIR

Berat Maksimum Pada Tiap Baut Wts

1 (Wt 2

Wt

2

2

(4/8).

4Ws )

( ref. A Text Book of Machine Design. R.S. Khurmi & J.K. Gupta, hal: 347) Wts

1 (75,2522kg 2

(75,2522kg ) 2

4(0,025kg ) 2

= 150,504 kg


48

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB V PENUTUP 5.1

Kesimpulan Kesimpulan dari penulisan laporan tugas akhir diatas, antara lain

1. Pada rancang bangun speda listrik system portable ini dilakukan beberapa perubahan dan penambahan komponen yang bertujuan untuk menambah fungsi dari kendaraan tersebut sebagai sepeda biasa dan sepeda listrik 2. Sepeda lisrik yang telah di rancang lebih cocok untuk pemakaian di jalan relative datar 3. Motor yang di gunakan pada rancang bangun sepeda listrik sistem portable ini adalah motor listrik dc 24 volt-250 Watt-14 Ampere-2750 r.p.m. 4. Untuk menggerakan motor listrik tersebut di gunakan dua buah aki yng mana masingmasing memiliki tegangan 12 Volt-7Ah sebagai sumber energy listriknya. 5. Berat total sepeda listrik sistem portable ini sebesar (Wt) = 784 N yang terdiri dari berat pengendara = 65 kg . 9.81 m/s2 = 637 N berat sepeda

= 15 kg . 9.81 m/s2 = 147 N


49

LAPORAN TUGAS AKHIR

6. Untuk kendaraan yang bergerak dengan kecepatan konstan biasanya tahanan total yang di alami kendaraan tersebut adalah gaya traksi yang terjadi pada sepeda listrik ini sebesar (F) = 31,32 N

5.2

Saran

saran yang perlu untuk di perhatian adalah 1.

cara pengoperasian yang aman perlu di perhatikan, yakni a. gerakan awal dilakukan dengan kayuhan kaki b. tidak boleh terlalu sering menghdup- matikan motor dalam waktu yang singkat.

2.

pengujian terhadap sepeda listrik ini hanya sebatas pengamatan apakah sepeda listrik ini dapat berfungsi sebagai mana kriteria yang ditetapkan dalam rancangan.

3.

di harapkan penempatan motor listrik berada disebelah kiri untuk lebih memudahkan pengoprasiannya, pada perancangan yang telah di buat letak motor listrik terbalik , sehingga sedikit mengganggu kenyamanan, karena pedal kayuhan kaki ikut bergerak,penempatan motor listrik nantinya di sebelah kiri dan dari putaran motor listrik tersebut langsung di reduksikan ke roda belakang sebelah kiri.


50

LAPORAN TUGAS AKHIR


51

DAFTAR PUSTAKA

1. Whitt,F.R. and Wilson, D.Bicyling science Ergonomic and Mechanic,MIT Press,1970. 2. Nurmianto, Eko. 1998. Ergonomi Konsep Dasar dan Aplikasinya, Jakarta: Guna Widya.

3. Sularso. Ir, MSME dan Kiyokatsu Suga,

Dasar Perencanaan dan Pemilihan

Elemen Mesin . 4. Khurmi, R.S dan J.K Gupta. Machine Design. New Delhi : Eurasia publishing House ( pvt ) LTD, 1982. .

Rancang Bangun Sepeda Listrik Menggunakan Sistem Portable

Recommend Documents