RANCANG BANGUN SPEED BUMP (POLISI TIDUR) PENGHASIL ENERGI LISTRIK DENGAN MEMANFAATKAN EFEK PIEZOELECTRIC
Design and Manufacture Speed Bump Electricity Produser
By Using Piezoelectric Effect
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
POLBAN Disusun oleh : FREDI INSAN NURFADLI NIM : 091211040 HASMY RAHMAN FAJAR NIM : 091211043
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
i
ii
RIWAYAT HIDUP PENULIS
PENULIS 1
Nama NIM Jurusan Usia Tempat, Tanggal Lahir Jenis Kelamin Status Perkawinan Agama Kewarganegaraan Alamat
Nomor Telpon E-Mail Tahun Lulus
: Fredi Insan Nurfadli : 091211040 : Teknik Mesin : 21 Tahun : Garut, 18 Juli 1991 : Laki-Laki : Belum Menikah : Islam : Indonesia : Perum Citra Jaya Sentosa Gordah, blok B.39, Ds Jaya Waras, Tarogong Kidul,Garut : 087821270688 :
[email protected] : 2012
Nama NIM Jurusan Usia Tempat, Tanggal Lahir Jenis Kelamin Status Perkawinan Agama Kewarganegaraan Alamat
: : : : : : : : : :
Nomor Telpon E-Mail
[email protected] Tahun Lulus
: 2012
PENULIS 2
iii
Hasmy Rahman Fajar 091211043 Teknik Mesin 21 Tahun Garut, 2 Agustus 1991 Laki-Laki Belum Menikah Islam Indonesia Jalan Cimanuk No. 611 Rt/Rw 01/05,Sukagalih, Tarogong kidul, Garut : 085720334807 :
ABSTRAKSI
Polisi tidur adalah mekanisme yang dipasang pada jalan untuk mengurangi
laju kendaraan dengan tujuan keamanan. Pada penelitian ini dikembangkan sebuah polisi tidur yang memiliki fungsi ganda,yaitu mengurangi laju kendaraan dan sebagai pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan energi kinetik dari kendaraan karena beban yang akan menekan piezoelecric dan menghasilkan gerak
perubahan tegangan elektrik.
Pengujian pada tingkat kecepatan dan massa penumpang yang bervariasi, besar tegangan dan arus elektrik yang dibangkitkan akan diukur. Variasi kecepatan 5 km/jam, 10 km/jam, 15 km/jam dan 25km/jam, serta variasi massa satu penumpang dan dua penumpang. Besar tegangan elektrik yang dihasilkan setiap satu kali sepeda motor melindas polisi tidur dengan satu penumpang sebesar 164,6 kg, dan dua penumpang sebesar 212,1 kg. paling besar sebesar 13,47 V, dan arus setiap satu kali sepeda motor melindas polisi tidur, paling besar yaitu 15,97 mA, serta kecepatan sepeda motor yang optimum untuk menghasilkan energi bangkitan yang paling besar yaitu pada saat kecepatan 15 km/jam. Kata kunci: Polisi tidur, Piezoelectric, Kecepatan, Beban, Tegangan elektrik, Arus elektrik, Daya.
iv
ABSTRACT
Speed bumps were installed on mechanism for reducing the rate of road
with safety purposes. In this eksperimen a speed bump that has a double vehicles
function, is to reduce the vehicle speed and the generation of electrical energy
harvesting , with Utilization of the kinetic energy of motion of the vehicle from the load vehicle will press piezoelecric and produces a Voltage change.
These speed bump are then tested at a rate of speed and varying the mass
of passengers, a large Vage and current generated will be measured. Variation speed of 5 km / hour, 10 km / hour, 15 km / hour and 25km/hour, as well as a passenger load variations and two passengers. Much power is generated every a motorcycle ran over speed bump as well as a passenger load variations (164.6 kg), and two passengers (212.1 kg).a maximum of 13.47 Vs, and currents every single motorcycle ran over speed bump, most of which is 15.97 mA, and the optimum speed of the motorcycle to produce the energy harvesting most of which is when the speed of 15 km / hour.
Key words: Speed bump, Piezoelectric, Speed, Load, Voltage,Ampere, Power.
v
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT, karena hanya berkat limpahan
rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Rancang Bangun Speed Bump (Polisi Tidur) Penghasil Energi Listrik Dengan Memanfaatkan Efek Piezoelectric”.
Penyusunan Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik atas bantuan
dan kerjasama dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis
mengucapkan banyak terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada : 1. Bapak Ir. Ali Mahmudi,M.Eng sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. 2. Bapak Rudi Y. Widyatmoko, M.Sc sebagai ketua Program Studi Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. 3. Bapak Aris Suryadi, ST., MT sebagai pembimbing I dan Bapak Ponimin, ST sebagai pembimbing II yang telah banyak membantu dan membimbing dalam pembuatan Tugas Akhir ini. 4. Semua Dosen Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung, yang telah banyak memberi penulis banyak pengetahuan. 5. Kedua Ibu bapak dan keluarga besar yang banyak membantu baik dari segi materil, maupun dorongan semangat. 6. Rekan HMM POLBAN, yang banyak memberikan dorongan dan semangatnya. Mesin Mesin Mesin,.. 7. Anak-anak kontrakan 09 yang banyak membantu dalam meyelesaikan tugas akhir ini. 8. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu.
vi
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini memiliki banyak kekurangan, untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi
perbaikan dan kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Bandung, Juli 2012
Penulis
vii
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Abstraksi ...................................................................................................... i
Abstact .......................................................................................................... ii
Kata Pengantar ............................................................................................ iii Daftar Isi ....................................................................................................... v Daftar Gambar ............................................................................................. vii
Daftar Tabel ................................................................................................. viii Daftar Simbol ............................................................................................... ix Bab I Pendahuluan ...................................................................................... I-1 1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1 1.2 Perumusan Masalah ................................................................... I-3 1.3 Tujuan.......................................................................................... I-3 1.4 Pokok Bahasan dan Batasan Masalah ......................................... I-3 1.4 Sistematika Penulisan .................................................................. I-4 Bab II Landasan Teori ................................................................................ II-1 2.1 Energi .......................................................................................... II-1 2.2 Energy Harvesting ...................................................................... II-3 2.3 Polisi Tidur ................................................................................. II-4 2.3.1 Peraturan DLLAJ Tentang Polisi Tidur ............................ II-5 2.4 Piezoelectric ................................................................................ II-8 2.4.1 Pengertian Piezoelectric .................................................. II-8 2.4.2 Prinsip Kerja Piezoelectric ............................................... II-8 2.4.3 Spesifikasi Piezoelectric ................................................... II-10 2.4.4 Kelebihan Piezoelectric..................................................... II-14 2.4.5 Kelebihan Piezoelectric..................................................... II-14 2.5 Dasar Teori Listrik....................................................................... II-14 2.5.1 Kelistrikan .......................................................................... II-14 2.5.2 Batere atau Acumulator .................................................... II-20
viii
2.5.3 Dioda .................................................................................. II-20
2.5.4 LED .................................................................................... II-23
Bab III Metodologi Penyelesaian Masalah ............................................... III-1
3.2 Metodologi Pengambilan Data ................................................. III-2
3.3 Perancangan .............................................................................. III-2
3.1 Metodologi Penyelesaian Masalah ........................................... III-1
3.4 Pembuatan Komponen .............................................................. III-3
3.5 Perakitan Komponen ................................................................ III-4
3.6 Pengujian Alat .......................................................................... III-4 3.7 Pembuatan Laporan .................................................................. III-5 3.8 Masalah yang Dihadapi dan Penyelesaiannya ........................... III-5
Bab IV Hasil dan Pembahasan ................................................................... IV-1 4.1 Perancangan Alat ....................................................................... IV-1 4.2 Perhitungan .............................................................................. IV-6 4.3 Pembuatan Komponen dan Hasil Pembuatan ............................ IV-10 4.4 Hasil Pengujian ......................................................................... IV-12 Bab V Kesimpulan dan Saran ................................................................... V-1 5.1 Kesimpulan ................................................................................ V-1 5.2 Saran ......................................................................................... V-2 Daftar Pustaka Lampiran-lampiran
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Analisa energi potensial dan kinetik pada polisi tidur ...................... I-2 Gambar 2.1 Bentuk energi .................................................................................... II-1 Gambar 2.2 Energi potensial pegas ...................................................................... II-3 Gambar 2.3 Contoh pembatas kecepatan ............................................................. II-7 Gambar 2.4 Piezoelectric ..................................................................................... II-9 Gambar 2.5 prinsip kerja piezoelektrik ................................................................ II-9 Gambar 2.6 Contoh pengukuran arus listrik ........................................................ II-15 Gambar 2.7 Polaritas Tegangan. ........................................................................ II-16 Gambar 2.8 Cara pengukuran tegangan ............................................................. II-17 Gambar 2.9 Rangkaian arus ............................................................................... II-19 Gambar 2.10 Dioda .............................................................................................. II-21 Gambar 2.11 Schottky diode schematic symbol .................................................. II-22 Gambar 2.12 LED ................................................................................................ II-23 Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penyelesaian masalah ............................... III-4 Gambar 4.1 piezo trandusers plate ....................................................................... IV-2 Gambar 4.2 piezo SM 111 .................................................................................... IV-3 Gambar 4.3 Hasil Perancangan Speed Bump ....................................................... IV-4 Gambar 4.4 Desain Dudukan piezoelectric........................................................... IV-5 Gambar 4.5 Desain Plat penekan...........................................................................IV-5 Gambar 4.6 Desain Rangka .................................................................................. IV-6 Gambar 4.7 Jarak plat penekan ............................................................................ IV-8 Gambar 4.8 Hasil Pembuatan Speed Bump........................................................... IV-10 Gambar 4.9 Pizoelectric Holder ......................................................................... IV-11 Gambar 4.10 Plat Penekan ................................................................................... IV-11 Gambar 4.11 Rangka ............................................................................................ IV-12 Gambar 4.12Grafik hasil pengukuran tegangan .................................................. IV-18 Gambar 4.13Grafik hasil pengukuran tegangan .................................................. IV-19 Gambar 4.14 Grafik hasil pengukuran daya rata-rata .......................................... IV-20
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Piezoelctric ...................................................................... II-10 Tabel 2.2 Voltase yang dibangkitkan ................................................................. II-11 Tabel 2.3 Properti Piezoelctric ........................................................................... II-12 Tabel 2.4 Properties of Some Piezolectric Materials ......................................... II-13
Tabel 3.1 Hasil Pengujian Piezoelectric ............................................................ III-4
Tabel 4.1Properti piezolectric ............................................................................ IV-3 Tabel 4.2 Hasil perhitungan Tegangan yang dihasilkan .................................. IV-9 Tabel 4.3 Pengukukuran dengan kecepatan 5 km/jam ....................................... IV-13 dan satu penumpang Tabel 4.4 Pengukukuran dengan kecepatan 5 km/jam ...................................... IV-13 dan dua penumpang ... Tabel 4.5 Pengukukuran dengan kecepatan 10 km/jam .................................... IV-14 dan satu penumpang . Tabel 4.6 Pengukukuran dengan kecepatan 10 km/jam ..................................... IV-14 dan dua penumpang Tabel 4.7 Pengukukuran dengan kecepatan 15 km/jam ..................................... IV-15 dan satu penumpang. Tabel 4.8 Pengukukuran dengan kecepatan 15 km/jam ..................................... IV-15 dan dua penumpang. Tabel 4.9 Pengukukuran dengan kecepatan 20 km/jam ..................................... IV-16 dan satu penumpang Tabel 4.10 Pengukukuran dengan kecepatan 20 km/jam ................................... IV-16 dan dua penumpang
xi
DAFTAR SIMBOL/SINGKATAN
SINGKATAN
av BaTiO3 Ek Ep EMF Hz
average Barium titante Energi Kinetik Energi Potensial Electromotive Force Hertz
LAMBANG HURUF LATIN D Diameter, meter (m) F Gaya, newton (N) f Frekuensi, Hertz (Hz) I Arus dalam satuan Ampere (A) K Coupling coefficient m Meter P Daya elektrik (W) Q Muatan listrik dalam satuan Coulomb (C) T Tebal, meter (m) t Waktu dalam satuan sekon (s) atau (dt) V Tagangan listrik, volt (V) v Kecepatan,(km/jam) W Energi/tenanga/kerja listrik, joule (J) d33 Piezoelectric constant (lateral) g33 Piezoelectric constant (frontal) °C Curie Temperature LAMBANG HURUF YUNANI ∆𝑇 (delta)
Deformasi atau defleksi total, perubahan suatu fungsi yang ditinjau
xii
DAFTAR PUSTAKA
Culp.Jr, Archie W., Sitompul, Darwin. Konversi Energi. Erlangga. Jakarta. 1996.
Christianto, Paulus. Laporan Proyek Piezo Vibration Sensor. Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha. Bandung. 2011. Endarko dan Yudoyono, Gatut. Draft Modul Fisika. Departemen Pendidikan nasional Biro Perencanaan dan Kerja sama Luar Negeri. Jakarta. 2007. Hamzah. Rancang Bangun Sistem Pembangkit Daya pada Mekanisme Speed Bump Permanen Energi. Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya.2010. Keputusan Menteri Perhubungan Nomor : KM.3 tahun 1994, tentang Alat Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan Noven Krisdianto, Andy., Hendrowati, Wiwiek. Studi Karakteristik Energi Yang Dihasilkan Vibration Energy Harvesting dengan Memanfaatkan Metode Piezoelectric untuk Pembebanan Frontal dan Lateral . Fakultas Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya.2011. Primaswari, Dhebyta. Studi pengaruh Variasi Kecepatan dan Massa Kendaraan Terhadap Respon Speed Bump Model Massa-Pegas-Peredam pada Sistem Permanen Energi. Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya.2010. Rebaldy Harto, Dito. Studi Eksperimental Energi Bangkitan Vibration Enegry Recovery System (VERS) Generasi I dan Pengaruhnya Terhadap Performa Suspensi Mobil Isuzu Panther, Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya. Saputri, Winda. Penggunaan Piezoelektrik Sebagai Sumber Energi Led Street Light Untuk Penerangan Jalan. Jurusan Teknik Elektro. Universitas Andalas. Padang. 2011. Sumardjati, Prih. Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik. Jilid 2. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2008. Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004.
xiii
Teori Dasar Listrik. PT PLN (Persero) Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Jawa Bali.
Whitt, Michael D. The Instrumentation System and Automotation Society. ISA . 2004
Yanuar W, Bayu. Uji Karakteristik Energi Bangkitan Generator Elektrik Pada Speed Bump Penghasil Energi Listrik dengan Sistem Pegas Torsional. Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya. 2010.
xiv
