Studi Eksperimental Pemanen Energi Biomekanik Pada Posisi Duduk Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011
Dosen Pembimbing:
Ir. J. Lubi
Oleh: Nurlaili Izzaty 2107 100 056
Latar Belakang PERKEMBANGAN TEKNOLOGI
KEBUTUHAN LISTRIK MENINGKAT
AKTIFITAS KERJA MENINGKAT
SUMBER DAYA ENERGI TERBATAS
WAKTU OLAHRAGA BERKURANG
PENGHASIL LISTRIK SUMBER GERAKAN MANUSIA
Perumusan Masalah
PENGARUH
ENERGI BANGKITAN
Batasan Masalah • • • •
Manusia dengan anggota tubuh lengkap dan normal. Gerak tekan telapak kaki manusia normal secara umum. Besarnya gaya tekan kaki manusia dianggap sama. Energy Harvesting Device diletakkan pada telapak kaki sebelah kanan dan kiri. • Getaran yang timbul, kerugian akibat gaya gesek dan elektrik selama alat bekerja tidak diperhitungkan atau diabaikan. • Mekanisme penyimpanan energi listrik pada storage (baterai) tidak diperhitungkan. • Alat ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan energi listrik pada portable device atau mobile electronic device maupun peralatan lainnya yang membutuhkan energi listrik yang relatif kecil.
Tujuan Mengetahui pengaruh variasi frekuensi eksitasi terhadap energi bangkitan pada Energy Harvesting Device dengan prinsip injakan kaki. Mengetahui besarnya energi bangkitan pada Energy Harvesting Device ini dengan variasi posisi kaki, dan posisi tubuh manusia.
Manfaat • Memberikan salah satu solusi dalam upaya menyediakan kebutuhan akan energi listrik. • Dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif dalam kehidupan sehari – hari. • Dapat dikembangkan menjadi alat pemanen energi yang memiliki kapasitas besar.
Tinjauan Pustaka Energy Harvesting sebuah proses dimana energi diambil dari sumber eksternal (seperti tenaga matahari, energi panas, energi dari angin, maupun energi kinetik), diubah, dan disimpan (sumber : www.wikipedia.org). -Sumber energi tersedia - Tidak merusak lingkungan
(Sumber : www.focus.ti.com)
Bagian Kaki Manusia
No
Titik Peletakan
Tekanan Puncak (kPa)
Tekanan Rata-rata (kPa)
1
Heel
750,1
453,1
2
Midfoot
400,2
65,9
3
1 MTH
585,8
308,2
4
2 MTH
645,1
405,8
5
3 MTH
638,3
394,1
6
4 MTH
392,6
203,6
7
5 MTH
231,6
118,4
8
Hallux
508,8
146,5
9
2-5 toes
443,4
105,3
(Bagus Arif R.2009)
Dynamic forces induced by humans walking change simultaneously in time and space, being random in nature and varying considerably not only between different people but also for a single individual who cannot repeat two identical steps.
Novacheck, Tom F., 1998
Decrease in surface stiffness resulted in decrease an a runner’s metabolic rate and decrease in vertical GRF. (McMahon and Greene. 1979)
Increasing subject weight and step frequency led to a higher peak amplitudes of the force. (Galbraith and Barton. 1990)
GRF: -Subject Body mass - Mechanical Properties of surface - Foot ground contact area and foot landing -Texture and stiffness of footwear (V.Racic. 2009)
Teori Elektromagnetik
Induksi Magnet Jika displacement (posisi) sebuah massa magnetik berubah dengan waktu dan massa tersebut bergerak didalam suatu kumparan, pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial yang menyebabkan timbulnya arus listrik pada kumparan.
Sesuai hukum Faraday, dengan medan magnet atau fluks yang berubah-ubah, maka pada kumparan akan timbul gaya gerak listrik (ggl) sebesar : d e N dt
atau e N
d B. A dt
Jika kerapatan fluks dan luas penampang merupakan besaran konstan, maka persamaan menjadi : E= B l v
• Besarnya Energi Bangkitan (Volt) dihitung dengan persamaan dengan Dimana, Emax = Energi bangkitan (Volt) N = Jumlah lilitan (buah) B = Kuat medan magnet (T) A = luas kumparan (m2) ω = Kecepatan sudut (rad/sec)
Metodologi START
Studi Literatur Penentuan parameter dan variasi pengujian Persiapan pengujian
Pengujian Pengambilan data berupa Voltase (V) dan Arus (I) Hasil pengujian, kesimpulan dan saran SELESAI
F kaki
ωin
i1
i2
i3
ωout
Flowchart Pengambilan Data START
SETTING ALAT f = 40 CPM f + 20 CPM Tumpuan kaki pada telapak bagian depan
Tumpuan kaki pada tumit
Gerak kaki bersamaan
Gerak kaki bersamaan
Gerak kaki terpisah
tidak
f = 80 CPM Ya
FINISH
Pengujian Alat dan Pengambilan Data
Peralatan Tambahan
PEMBAHASAN Gaya Kaki 10 9
m=57,8 kg m=68,1 kg
8
m=65,8 kg 7
m=51,7 kg m=53,5 kg
6
m=76,2 kg m=75,4 kg
5
m=63,1 kg 4 0
2
4
6
8
10
12
Besarnya gaya kaki tidak dipengaruhi oleh berat badan, tetapi kekuatan otot kaki
Duduk, injakan pada Tumit
Duduk, injakan pada Tumit
Duduk, tumit, CH 1 18 14
1
12
2
10
3
8
4
6 20
40
60
80
100
5
Frekuensi
Duduk, tumit, CH 2 20
18 16 Volt
Volt
16
1
14
2
12
3
10
4
8
5 20
40
60 Frekuensi
80
100
Duduk, injakan pada Telapak Kaki Depan
Duduk, depan CH 1 20
Volt
18 16
1
14
2
12
3
10
4
8 20
40
60 Frekuensi
Volt
Duduk, depan CH 2 24 22 20 18 16 14 12 10 8
1 2 3 4
5 20
40
60 Frekuensi
80
100
80
100
5
Duduk, injakan pada Telapak Kaki Depan, Bergantian
20 18 16 14 12 10 8
1 2 3 4 20
40
60
80
100
5
Frekuensi
Duduk, bergantian, CH 2 33 28
Volt
Volt
Duduk, bergantian, CH 1
1
23
2
18
3 13
4
8
5
20
40
60 Frekuensi
80
100
Grafik Keseluruhan Grafik Rata-rata CH 1 17 16 15 13
duduk,tumit
12
duduk,depan
11
duduk,bergantian
10 9 8 20
40
60
80
Grafik Rata-rata CH 2
100
Frekuensi
20 18 16 Volt
Volt
14
14
duduk, tumit
12
duduk,depan
10
duduk,bergantian
8
20
40
60 Frekuensi
80
100
Arus Bangkitan
Daya Bangkitan Daya bangkitan, CH 1
Daya bangkitan, CH 2
Watt
20
18
21
16
19
14
17
12 10
8
duduk,tumit
15
duduk,depan
13
duduk,bergantian 11
6
9
4 20
40
60
Frekuensi
80
100
7 20
30
40
50
60
70
80
90
Kesimpulan TERBESAR
FREKUENSI 80 CPM
19,23 Volt
DUDUK, INJAKAN TELAPAK KAKI BAGIAN DEPAN
TERKECIL
FREKUENSI 40 CPM
13,15 Volt
DUDUK, INJAKAN TUMIT
VOLTASE
FREKUENSI
VOLTASE
DAYA
Saran • Pengukuran arus menggunakan alat yang lebih akurat. • Generator diganti dengan motor yang sesuai. • Pada perakitan alat, sebaiknya dilakukan perhitungan dan perancangan alat yang tepat dan presisi. Terutama dalam pembuatan komponen alat, seperti roda gigi.
Terima Kasih Mohon Saran dan Kritik untuk Kesempurnaan Tugas Akhir Ini
