RANCANG BANGUN SISTEM GENERATOR TANPA BAHAN BAKAR DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PADA FLYWHEEL (RODA GILA)
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3
Program Studi Teknik Konversi Energi
oleh
Bastian Julfani Alfredo Lumban Gaol 1305052066
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016
RANCANG BANGUN SISTEM GENERATOR TANPA BAHAN BAKAR DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PADA FLYWHEEL (RODA GILA)
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3
Program Studi Teknik Konversi Energi
oleh
Afriando Nainggolan
NIM.(1305052058)
Armidi Sinaga
NIM.(1305052062)
Bastian J A Lumban Gaol
NIM.(1305052066)
Jhon Petrus Malau
NIM.(1305052078)
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan yang Maha Esa, sebab atas berkatNya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan tepat waktu. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Bapak Idham Kamil, S.T., M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T.,Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi; 4. Bapak Ir. Roket Angkasa, M.T, sebagai dosen pembimbing penulis; 5. Bapak Ir. Isman Harianda, M.T. selaku dosen wali EN – 6C; 6. Kepada seluruh dosen Teknik Konversi Energi; 7. Secara khusus saya ucapkan terimakasih kepada kedua orang tua, yang telah memberikan kesempatan dan membiayai penulis selama proses perkuliahan.
Sebab atas dukungan dan bimbingan mereka semua penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan tepat waktu. Adapun judul tugas akhir ini adalah “ Rancang Bangun Sistem Generator Tanpa Bahan Bakar dengan Memanfaatkan Energi pada Flywheel (Roda Gila) ” bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Diploma 3 di program studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan dan merupakan bukti pertanggungjawaban penulis atas pendidikan yang telah dijalani penulis selama 3 (tahun) di Politeknik Negeri Medan.
Akhir kata semoga Tugas Akhir dengan judul “Rancang Bangun Sistem Generator Tanpa Bahan Bakar dengan Memanfaatkan Energi pada Flywheel (Roda Gila)” ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya. Atas perhatiannya saya ucapkan terima kasih.
Medan, 13 Agustus 2016 Penulis,
Bastian Julfani Alfredo Lumban Gaol NIM: 1305052066
.
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL ..................................................................................... SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .............................................................. LEMBAR PERSETUJUAN ..................................................................... LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................... PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..................................... KATA PENGANTAR ...............................................................................
i ii iii iv v vi
DAFTAR ISI ..............................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
xi
DAFTAR TABEL .....................................................................................
xii
INTI SARI .................................................................................................
xiii
ABSTRACK ..............................................................................................
xiv
BAB I. PENDAHULUAN .........................................................................
1
1.1 Latar Belakang .................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................
2
1.3 Batasan Masalah ...............................................................................
3
1.4 Tujuan Tugas Akhir..........................................................................
4
1.5 Manfaat Tugas Akhir........................................................................
4
1.6 Teknik Pengumpulan Data ...............................................................
4
1.7 Sistematika Penulisan Laporan ........................................................
5
BAB II. DASAR TEORI ...........................................................................
7
2.1 Mengenal Energi Listrik .................................................................
7
2.2 Generator .........................................................................................
8
2.2.1
Generator AC .....................................................................
8
2.2.2
Konstruksi Generator AC....................................................
8
2.2.3
Prinsip Kerja Generator.......................................................
9
2.2.3.1 Stator .............. ..............................................................
10
2.2.3.2 Rotor............... ..............................................................
11
2.2.4
Jumlah Kutub pada Generaotor ...........................................
12
2.3 Motor ...............................................................................................
12
2.3.1
Pengertian Motor Listrik .....................................................
12
2.3.2
Jenis-jenis Motor Listrik .....................................................
13
2.3.3
Cara Kerja Motor Listrik .....................................................
17
2.4 Fly Wheel .......................................................................................
18
2.4.1
Mengenal Fly Wheel ...........................................................
18
2.4.2
Penyimpanan Energi dengan Fly Wheel .............................
18
2.4.3
Mekanisme Penyimpanan Energi pada Fly Wheel .............
20
2.4.4
Momen Inersia ....................................................................
20
2.4.5
Energi Yang Tersimpan Pada Fly Wheel ............................
21
2.4.6
Pengukuran Kecepatan Rotasi.............................................
21
2.4.7
Pengukuran Energi Store/Energi Sisa .................................
22
2.5 Pulley ..............................................................................................
22
2.5.1
Pengertian Pulley ................................................................
22
2.5.2
Fungsi Pulley.......................................................................
23
2.5.3
Prinsip Kerja Pulley ............................................................
23
2.6 Belt/Sabuk .......................................................................................
24
2.6.1
Pengertian Belt ....................................................................
24
2.6.2
Bahan yang digunakan Untuk Belt/Sabuk ..........................
25
2.6.3
Tekanan pada Belt/Sabuk....................................................
26
2.6.4
Koefisien Gesek Antara Pulley dan Belt/Sabuk..................
26
2.6.5
Jenis Gerakan pada Belt ......................................................
26
2.7 Main Bearing (Bearing Duduk).......................................................
26
BAB III. RANCANG BANGUN PERAATAN .......................................
27
3.1 Alat dan Bahan ...............................................................................
27
3.2 Perancangan dan Tahap-Tahap Perancangan ..................................
28
3.3 Tujuan Perancangan ........................................................................
29
3.4 Tahap Perancangan .........................................................................
29
3.5 Daftar Biaya Peralatan yang Digunakan .........................................
30
3.6 Perancangan Berdasarkan Diagram Block ......................................
31
3.7 Gambar Rancangan Bangun Sistim Generator Tanpa Bahan Bakar dengan Manfaatkan Energi pada Flywheel (Roda Gila) ..............................
31
3.8 Gambar Rangkaian Listrik Rancangan Bangun Sistim Generator Tanpa Bahan Bakar dengan Memanfaatkan Energi pada Flywheel ..........
32
3.9 Tabel Rencana Kerja .......................................................................
34
BAB IV. ANALISA ...................................................................................
35
4.1 Menaikkan Putaran dengan Menggunakan Pulley ..........................
35
4.1.1 Rancangan Pulley dan Belt .................................................... 4.1.1.1 Menentukan Putaran n2 pada D2 ............................... 4.1.1.2 Kecepatan Keliling Pulley Pengerak .......................... 4.1.1.3 Menentukan Kekuatan dan Jenis Belt ........................ 4.1.1.4 Panjang Belt ............................................................... 4.2 Flywheel (Roda Gila) ......................................................................
36 36 37 38 38 40
4.2.1 Menentukan Berat Flywheel (Roda Gila) .............................. 4.2.2 Energi yang disimpan Fly Wheel (Roda Gila)........................ 4.2.3 Berat Flywheel (Roda Gila).................................................... 4.2.4 Pengaruh Kecepatan Putar Fly Wheel (Roda Gila) Terhadap Tegangan Keluaran Generator ..............................................
40 42 43
4.3 Hukum Efisiensi Energi ...................................................................
45
4.4 Tabel Data ........................................................................................
46
BAB V. PENUTUP ....................................................................................
47
5.1 Kesimpulan......................................................................................
47
5.2 Saran ................................................................................................
48
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
44
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1: Konstruksi Generator Arus Bolak-balik ....................................
8
Gambar 2.2: Stator ..........................................................................................
10
Gambar 2.2: Rotor dan Kutub Magnet .............................................................
11
Gambar 2.3: Elektric Motor .............................................................................
13
Gambar 2.4: Klasifikasi Motor Listrik .............................................................
14
Gambar 2.5: Motor Sinkron .............................................................................
15
Gambar 2.6: Rotor ............................................................................................
15
Gambar 2.7: Stator ..........................................................................................
16
Gambar 2.8: Flywheel/Roda Gaya ...................................................................
19
Gambar 2.9: Stroboscobe .................................................................................
22
Gambar 2.10: Belt ............................................................................................
24
Garnbar 3.1: Gambar Hasil Rancang Bangun ..................................................
27
Gambar 3.2: Flow Chart ...................................................................................
28
Gambar 3.3: Gambar Diagram Block .............................................................
31
Gambar 3.4: Gambar Rangkaian 3D Sistem Generator Tanpa Bahan Bakar dengan Memanfaatkan Energi pada Flywheel (Roda Gila) .......
31
Gambar 3.5 Gambar Rangkaian Listrik Ketika Arus Suply Diputus ...............
32
Gambar 3.6 Gambar Rangkaian Listrik Ketika Arus Suply Terhubung ..........
33
Gambar 4.1 Gambar Perbandingan Puli D1 dan D2 ........................................
36
Gambar 4.2: Konstruksi Flywheel (Roda Gila)................................................
40
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1: Daftar Biaya .................................................................................... 30 Tabel 3.2: Rencana Kerja ................................................................................. 34 Tabel 4.1: Data Hasil Pengukuran pada Generator .......................................... 46 Tabel 4.2: Data Hasil Pengukuran pada Motor ................................................ 46 Tabel 4.3: Data Hasil Pengukuran pada Flywheel (Roda Gila) ....................... 46
INTISARI Pada setiap rancangan atau konsep tentang perangkat penghasil energi haruslah sesuai dengan hukum yang berlaku dalam bidang fisika, salah satunya adalah hukum effisiensi energi. Pada penelitian ini dilakukan kajian secara ilmiah tentang cara dan prinsip kerja dari sebuah sistim umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada roda gila. Pada sistem ini digunakan catu daya dari PLN sebagai penyuplai energi listrik ke motor. Putaran motor diatur sedemikian rupa dengan menggunakan metode perbandingan puli (pulley). Flywheel (Roda Gila) diharapkan mampu menggantikan fungsi motor sebagai penggerak ketika daya motor diputus.Dari hasil pengukuran Arus pada generator adalah sebesar 1,65 Ampere, Tegangan 186 Volt Daya 70 Watt dan pada motor dengan Arus adalah sebesar 1,6 Ampere, Tegangan 204 volt dan Daya 250Watt. Kegagalan roda gila mempertahankan tegangan keluaran generator mengakibatkan sistim umpan balik tegangan terputus sehingga motor tidak mendapat supply energy, maka motor tidak dapat bergerak. Berdasarkan pengujian dengan menggunakan alat ukur diperoleh daya yang diberikan motor lebih besar dari pada daya yang dihasilkan oleh generator sehingga jika seandainya sistim umpan balik tegangan tersebut berhasil maka keadaan tersebut tidak akan dapat berlangsung secara terus menerus karena pada akhirnya generator akan kehabisan daya.
Kata kunci: daya umpan, generator, motor,roda gila.
ABSTRACK
At any design or concept of energy generating devices must be in accordance with applicable law in the field of physics, one of which is the law of energy efficiency. In this study scientifically conducted studies on how and working principles of a system of feedback generator without fuel by utilizing the energy stored in the flywheel. In this system, use the power supply from PLN as a supplier of electrical energy to the motor. Rotation of the motor is set in such a way by using a comparison method pulleys (pulley). Flywheel is expected to replace the function of the motor as the driving when the motor power is disconnected. From the results of measurement of current in the generator of 1,65 Ampere, 186 Volt Power Voltage and Current in 70 Watt and1,6 Ampere, Voltage 204 and Power 250 Watt. Failure flywheel generator maintains output voltage resulting in voltage feedback system disconnected so the engine does not get supply of energy, then the motor can not move. Based on testing using a measuring instrument is obtained given the motor power greater than the power produced by the generator so that in case the voltage feedback system is successful then the states will not be able to take place continuously since the generator will eventually run out of power.
Keywords: power bait, generators, motors, flywheel.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan manusia yang sangat penting dan vital yang tidak dapat dilepaskan dari keperluan sehari-hari. Manusia hampir tidak dapat melakukan pekerjaan yang ada dengan baik ataupun
memenuhi
kebutuhannya.
Kekurangan
energi
listrik
dapat
mengganggu aktivitas manusia. Oleh sebab itu kesinambungan dan ketersediaan energi listrik harus dipertahankan. Saat ini kebutuhan energi listrik semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan kemajuan teknologi serta informasi. Sumber energi bahan bakar minyak yang berasal dari fosil saat ini diprediksi sudah tidak mampu memenuhi seluruh kebutuhan konsumsi hidup penduduk dunia di masa mendatang yang kian meningkat seiring dengan laju pertumbuhan ekonomi yang terus bertambah dan perkembangan teknologi. Kondisi ini memaksa dikembangkannya teknologi pengembangan energi alternatif lain guna mencukupi laju kebutuhan energi, terutama yang bersumber pada energi baru terbarukan di antaranya dengan pemanfaatan sumber energi surya, panas bumi, biomassa, angin, gelombang laut, maupun yang bersumber dari hidrogen yang dapat berasal dari minyak bumi, batu bara maupun air. Di samping itu berbagai teknologi konversi energi menuntut peningkatan efisiensi dan ramah terhadap lingkungan, sumber energi terbarukan juga dapat diperoleh melalui teknologi pemanfaatan energi potensial kimia untuk diubah menjadi sumber energi listrik melalui proses reaksi elektrokimia. Masalah energi tampaknya akan tetap menjadi topik yang hangat sepanjang peradaban umat manusia. Upaya mencari sumber energi altenatif sebagai pengganti bahan bakar fosil masih tetap ramai dibicarakan. Ada
bebarapa energi alam sebagai energi alternatif yang bersih, tidak berpolusi, aman dan dengan persediaan yang tidak terbatas. Diantaranya adalah energi surya, angin, gelombang dan perbedaan suhu air laut. Dimasa yang akan datang, dengan adanya kebutuhan energi yang makin besar, penggunaan sumber energi listrik yang beragam tampaknya tidak bisa dihindari. Oleh sebab itu, pengkajian
terhadap berbagai sumber energi baru tidak akan
pernah menjadi langkah yang sia-sia. Dewasa ini penggunaan bahan bakar fosil menjadi pilihan utama untuk menghasilkan listrik. Namun ketersediaan bahan bakar tersebut semakin hari semakin berkurang dikhawatirkan akan mengalami kepunahan. Maka untuk mengatasi kepunahan tersebut diharapkan penggunaan bahan bakar fosil sebagai bahan bakar dikurangi dan beralih pada bahan bakar terbaharukan ataupun bahan bakar alternatif. Misalnya menggunakan biogas, biomassa dan lain-lain. Belakangan ini bayak diberitakan tentang generator alternatif atau sering juga disebut sistem umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada flywheel (roda gila). Namun apa bila dikaji secara ilmiah hal tersebut tidaklah mungkin bisa dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi alternatif. Untuk itu penulis mencoba membuktikan secara kajian ilmiah apakah sistem umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada flywheel(roda gila) tersebut mampu menjawab kebutuhan akan energi saat ini.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan, maka rumusan masalah yang dibahas adalah: 1. Bagaimanakahprinsip kerja dari sebuah sistem umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada flywheel (roda gila)?
2. Apakah flywheel (roda gila) mampu menggantikan fungsi motor ketika daya motor diputus? 3. Apakah besar putaran flywheel (roda gila) mempengaruhi daya yang dibangkitkan generator? 4. Berapakah daya keluaran generator?
1.3 Batasan masalah Agar tidak terjadi meluasnya masalah yang dibahas sehingga topikdan tujuan yang telah ditentukan menjadi tidak jelas maka penulis perlu membuat suatu datasan masalah. Adapun batasan masalah yang dibuat adalah: 1. Membahas prinsip kerja dari sebuah sistem umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada flywheel (roda gila). 2. Membahas prinsip kerja flywheel (roda gila). 3. Membahas pengaruh besar kecepatan putar flywheel (roda gila) terhadap tegangan keluaran generator. 4. Sumber energi awal yang digunakan adalah hanya menggunakan sumber listrik dari PLN. 5. Parameter yang menjadi tolak ukur dalam uji pembuatan generator tanpa bahan bakar ini adalah menghitung besar tegangan keluaran generator dan memanfaatkannya untuk menggerakkan motor dengan bantuan flywheel yang mempunyai diameter 16 inci dan berat 26 kg. 6. Flywheel yang digunakan dalam pengujian ini adalah flywheel dengan diameter 16 inc dan berat 26 kg. 7. Menghitung besar energi yang dilepas/ disimpan oleh flywheel. 1.4 Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Memanfaatkan energi flywhweel sebagai penggerak yang menggantikan motor setelah daya suplay dari PLN diputus. 2. Menjadikan sistem umpan balik generator tanpa bahan bakar dengan memanfaatkan energi yang tersimpan pada flywheel ini sebagai bahan referensi untuk penelitian selanjutnya. 3. Memenuhi syarat kelulusan penulis.
1.5 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Sebagai bahan pembelajaran bagi siapa saja yang membaca karya ilmiah ini. 2. Sebagai bahan pertimbangan dan bahan referensi bagi siapa saja yang akan melakukan penelitian selanjutnya.
1.6 Teknik Pengumpulan Data Untuk melengkapi data yang diperlukan dilakukan beberapa cara, dalam hal ini penulis melakukan dengan : 1. Membaca dan mencari buku untuk dijadikan sebagai referensi pendukung dari masalah yang dibahas. 2. Penulis berkonsultasi dengan dosen pembimbing mengenai pembuatan proyek dan penulisan tugas akhir ini. 3. Melakukan percobaan terhadap alat untuk mendapatkan data yang diinginkan.
1.7 Sistematika Penulisan Laporan Untuk memudahkan penulisan laporan tugas akhir ini, penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB 1 : PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masaah, batasan masalah,
tujuan
pembuatan
alat,
manfaat
tugas
akhir,
teknik
pengumpulan data dan sistematika penulisan laporan tugas akhir. BAB 2 : DASAR TEORI Bab ini berisikan tentang konsep dan prinsip dasar pembangkitan tegangan listrik umpan bolak balik, motor dan generator, diantaranya: rumus-rumus terpakai, karakteristik generator dan besaran/satuan yangdigunakan. BAB 3 : PERANCANGAN DAN MERAKIT ALAT Bab ini menjelaskan tentang proses pembuatan alat yaitu merancang, pemilihan komponen merakit, merangkai alat menjadi energi alternatif(tanpa bahan bakar). BAB 4 : PENGUJIAN DAN ANALISIS Bab ini menjelaskan pengujian dan analisis dari generator ini yang memuat tentang bagaimana generator alternatif diuji dengan prosedur pengujian generator berbeban, yang akhirnya didapatkan data hasil pengujian dan dianalisa untuk mendapatkan karakteristik dari alat yang di buat(rangkai). BAB 5 : PENUTUP Bab ini menyajikan kesimpulan yang didapatkan dari hasil pengujian alat berdasarkan analisi atas hasil pengamatan terhadap kasus yang dilakukan.
