i PENGUKURAN RAPAT FLUKS MEDAN
advertisement
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PENGUKURAN RAPAT FLUKS MEDAN MAGNET GENERATOR KNOCKDOWN SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan (S1) Program Studi Pendidikan Fisika Disusun Oleh : Lendi Kotipki Ningdana NIM : 101424051 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015 i PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI HALAMAN PERSEMBAHAN Skripsi ini ku persembahkan kepada 1. Bapakku almahrum Misolsinip Senep Klemens Ningdana dan Ibu tercinta Paripkur Aknes Asemki 2. Kakakku almahrum Tapki Taklipki Ningdana dan Adik-Adikku tercinta Atangdoki Lewis Ningdana dan Kaka Yambul Anselmus Ningdana. 3. Bapak-Bapakku almahrum Isom Kaseng Ningdana , almahrum Englokner Ningdana, almahrum Abidingki Barnabas Ningdana, almahrum Miminong Bernad Ningdana, almahrum Witki Fransiskus Ningdana, Almahrum Deladakan Bakim Ningdana, Okweng Abraham Ningdana, Pelemde Yunus Ningdana, Omyum Eliheser Ningdana, almahrum Omdobali Manu Ningdana, Yonmumki Martinus Ningdana, Abongbangup Ben Ningdana, almahrum Kupetwok Ningdana. 4. Kakak-kakakku tercinta Bakol Siprianus Ningdana, Denaweng Charles Ningdana, Abdakan Lazarus Ningdana, Tapki Frederickus Ningdana, Sabanip David Ningdana, Agus Ningdana 5. Ibuku tercinta Marsilia Uropmabin dan anak-anak tercinta Ida.A.F.Sewinip Ningdana, Ichonela Apomserip Ningdana dan Sisan L.G.Yelweng Ningdana. 6. Om tuaku Ngulanki Thomas Asemki dan mama Baptumdiwonip Dodopika Alwolmabin. 7. Ibu-Ibu tercinta Yapimakot Murupkur Anselina Asemki, Dedenipkur Bernadeta Sasaka. 8. Sahabat hidupku Kakamum Charolino Ningdana iv PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI v PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI vi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ABSTRAK Lendi Kotipki Ningdana.2015. Pengukuran Rapat Fluks Medan Magnet Generator Knockdown. Skripsi. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta. Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang dilakukan untuk menghitung rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown putaran rendah yang penulis rancang. Generator tersebut diukur kecepatan putar dan tegangan keluaran yang dihasilkannya. Hasil pengukuran kecepatan putar, tegangan keluaran, tinggi medan magnet dan jari-jari putar medan digunakan untuk menghitung rapat fluks medan magnet yang dihasilkan oleh generator knockdown putaran rendah dalam keadaan tanpa beban. Hasil perhitungan rapat fluks medan magnet tanpa lampu sebesar 0,00257 T. Hasil ini menunjukkan bahwa besar rapat fluks medan magnet untuk tanpa beban tidak maksimal seperti standar rapat fluks medan magnet 0,1 T sampai dengan 1 T. Diperlukan pengembangan lebih lanjut sehingga rapat fluks medan magnet (B) rata-rata semakin besar. vii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ABSTRACT Lendi Kotipki Ningdana.2015. Measurement of Knockdown Generator Magnetic Flux. Thesis. Physics Education Studies Program, Department of Mathematics and Natural Sciences, Faculty of Teachers Training and Education, Sanata Dharma University, Yogyakarta. The conducted research is experiment to define the density of magnetic flux of low speed generator which has been designed by the writer. Speed of the generator and output voltage were measured to calculate it’s flux density as well as the physical parameters of the device such as length of coils and radius of the poles. The result shows that the density of its magnetic flux without any bulb added is 0,00257 T. Its means that the flux density of the generator is below the common of PM generator flux. Therefore the generator still needs enhancement for improving it’s performence. viii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi yang berjudul ”Pengukuran Rapat Fluks Medan Magnet Generator Knock Down”. Dalam penyelesaian skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan dan arahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Rohandi, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sanata Dharma 2. A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan dengan sabar memberikan bimbingan, saran serta semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 3. Pemerintah Kabupaten Pegunungan Bintang Provinsi-Papua yang telah membiayai kebutuhan akademis maupun non akademis dari awal sampai akhir penulisan skripsi ini. 4. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S. selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika dan Kepala Lab Fisika serta dosen penguji, atas semua saran dan masukan yang berguna demi penyempurnaan skripsi ini. 5. Drs. Domi Severinus, M.Si. sebagai dosen penguji atas semua saran dan masukan yang berguna demi penyempurnaan skripsi ini. 6. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Fisika, atas pendampingan dan pengetahuan yang diberikan kepada penulis. ix PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7. Segenap staf karyawan sekretariat JPMIPA atas segala bantuan yang telah diberikan. 8. Bapak P. Ngadiono sebagai Laboran Fisika yang telah menyediakan dan bersedia mempercayakan alat-alat kepada peneliti dalam melakukan penelitian. 9. Bapak Ir. Doddy Purwodianto, M.T. sebagai Kepala Lab Teknik Mesin dan Bapak Michael Intan Widanarko sebagai Laboran Teknik Mesin yang bersedia menyediakan ala-alat penelitian dan mempercayakan alat-alat kepada peneliti dalam melakukan penelitian. 10. Orangtua serta kakak-kakakku, atas segala bimbingan, dukungan, kasih sayang, dan doa yang tulus kepada penulis. 11. Teman seperjuanganku, atas dukungan dan doanya Ulbung Sigenen Baptista Maksimus Asiki dan almahrum Iri Pimchan Alpius Nalsa. 12. Teman seperjuanganku Wilfrida Mayasti Obina yang selalu memberikan semangat, motifasi, dan lain-lainnya yang penulis tidak bisa sebutkan satu per satu dalam aktifitas kuliah. 13. Sahabatku Andrias Pradah Haryono, atas bantuannya dalam mendampingi, membantu melengkapi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 14. Teman-teman Pendidikan Fisika angkatan 2009 yang atas dukungan dan doa yang diberikan kepada penulis. 15. Teman-teman Komunitas Mahasiswa dan Pelajar Kabupaten Pegunungan Bintang Se-Jawa,Bali,Sulawesi,Kalimantan dan Sumatera (KOMAPO) yang selalu menghibur dan memberikan semangat kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 16. Tak lupa penulis mengucapkan terimakasih yang sebanyaknya kepada semua pihak yang tidak bisa sebutkan satu per satu dalam penulisan skripsi ini. x PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Akhir kata, penulis memohon maaf apabila dalam penulisan skripsi ini terdapat banyak kesalahan. Penulis. xi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.....…………………………………………………………..i HALAMAN PERSETUJUAN UJIAN.................................................................ii HALAMAN PENGESAHAN……………......………………………………....iii HALAMAN PERSEMBAHAN…………….…………………………..……....iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……….……………………………..….v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPERLUAN AKADEMIS...……………………………………vi ABSTRAK…………………………………………………………...………….vii ABSTRACT……………………………………………………..……………..viii KATA PENGANTAR………………………………………………..………....ix DAFTAR ISI…………………………………………………………………....xii DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK…………………………………..……..xiv BAB I PENDAHULUAN…………………………………………………...…....1 A. LATAR BELAKANG MASALAH……………………………………........1 B. PEMBATASAN MASALAH……………………………………………......2 xii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI C. RUMUSAN MASALAH.................................................................................3 D. TUJUAN………………………………………………………………….......4 BAB II LANDASAN TEORI………………………………………………........5 BAB III METODOLOGI……………………………………………………......9 A. DESAIN PENELITIAN…………………………………………………......9 B. PARAMETER YANG DIUKUR……………………………………….....16 C. PROSEDUR ANALISIS DATA……………………………………….......16 BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA……………………………………....18 A. PENYAJIAN DATA…………………………………………………..........18 B. ANALISIS DAN DISKUSI…………………………………………...........20 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………………………………………...28 A. KESIMPULAN PENELITIAN………………………………………........28 B. SARAN………………………………………………………………….......29 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................30 xiii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK Gambar 2.1 Gambar 3.1 Gambar Grafik hubungan antara tegangan terhadap kecepatan 8 anguler Bentuk-bentuk ukuran akrilik yang digambar dalam 10 coreldraw Rangka generator akrilik yang sudah jadi dari sisi depan 10 Rangka generator akrilik dari sisi samping nampak magnet 11 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 berada di dalam Penampang tinggi (t) generator dari salah satu sisi lilitan email Penampang generator knockdown secara umum menunjukkan muka generator, belakang generator ,tinggi (t) dan jari-jari (r) dari pusat putaran Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 13 Grafik hubungan tegangan keluaran (V) 14 terhadap 21 Grafik hubungan tegangan keluaran terhadap kecepatan 22 kecepatan putar (nr). anguler Grafik hubungan daya terhadap kecepatan anguler 4.3 xiv 26 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG MASALAH Ketersediaan energi listrik merupakan salah satu tantangan Kabupaten Pegunungan Bintang yang harus diatasi oleh Pemerintah Kabupaten Pegunungan Bintang maupun para akademisi untuk mempermudah aktifitas masyarakat. Hal ini diperlukan karena di lapangan energi listrik tidak tersedia dalam jumlah yang memadai di Kabupaten Pegunungan Bintang, sekalipun tersedia banyak sumber energi alternatif. Dilihat dari letak geografis dan luas wilayah, Kabupaten Pegunungan Bintang merupakan salah satu kabupaten di Indonesia yang memiliki sumber daya alam yang memadai. Artinya bahwa di Kabupaten Pegunungan Bintang tersedia banyak sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan dengan baik namun belum termanfaatkan karena tidak tersedianya teknologi pembangkit. Dengan melihat sumber daya alam yang memadai (sumber energi alternatif yang tidak termanfaatkan) maka salah satu tantangan pembangkit 1 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2 listrik energi alternatif adalah tersedianya generator sebagai salah satu alternatif untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator bagi energi alternatif biasanya memiliki rapat fluks medan magnet (B) yang besar sehingga dapat bekerja pada putaran yang rendah. Hal ini dilakukan untuk menghasilkan jumlah energi listrik yang besar sehingga dapat digunakan secara maksimal oleh masyarakat. Pengukuran rapat fluks medan magnet (B) pada generator buatan sendiri yang dirancang untuk dipergunakan bagi sumber energi alternatif penting untuk dilakukan. Artinya bahwa dengan adanya generator buatan sendiri ini menjadi salah satu solusi untuk mengatasi masalah energi listrik di Kabupaten Pegunungan Bintang. Pada umumnya generator yang baik atau cocok untuk membangkitkan energi listrik dalam jumlah yang ideal adalah dengan rapat fluks medan magnet (B) yang besarnya di atas 0,1 tesla. B. PEMBATASAN MASALAH Agar permasalahan yang dibahas pada skripsi ini tidak terlalu melebar, perlu diberikan batasan-batasan sehingga pembaca juga dapat mengetahuinya dengan benar. Hal ini diperbuat supaya isi dan pembahasan dari skripsi ini PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3 menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan skripsi ini adalah : 1. Generator yang diuji adalah generator putaran rendah yang dibuat dengan kerangka akrilik, dengan magnet berdimensi persegi panjang yang memiliki panjang magnet 25 mm, lebar magnet 15 mm, tinggi magnet 5 mm, 8 kutub magnet, 1220 lilitan pada generator, jenis generator radial dan jenis magnet ND-35, 2. Mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator knockdown, 3. Karakteristik rapat fluks medan magnet (B) ketika generator dalam keadaan rangkaian terbuka. C. RUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang dan pembatasan masalah tersebut di atas maka dapat dibuat rumusan masalahnya adalah sebagai berikut : 1. Merancang generator knockdown dengan rangka akrilik, 2. Mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator knockdown, 3. Menghitung rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown dalam keadaan tanpa beban. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4 D. TUJUAN Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Merancang generator knockdown, 2. Mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator knockdown, 3. Menghitung rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown dalam keadaan tanpa beban. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB II LANDASAN TEORI Menurut Hukum Lorentz terdapat gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu rapat fluks medan magnet B. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju sekrup yang diputar dari arah vektor gerak muatan listrik v ke arah rapat fluks medan magnet B. Dengan kata lain gaya yang bekerja pada suatu muatan yang bergerak dalam medan listrik adalah sama dengan besarnya hasil perkalian muatan dengan medan listrik ditambah dengan perkalian muatan dengan perkalian silang antara kecepatan v muatan dengan rapat fluks medan magnet B dapat dinyatakan sebagai (Achyanto, 1997). F Q( E v B ) dengan (2.1) gaya medan magnet F dalam satuan newton, muatan Q dalam satuan coulomb, medan listrik E dalam satuan volt/meter, rapat fluks medan magnet B dalam satuan tesla dan kecepatan v dalam satuan m/s. Besar gaya Lorentz yang bekerja pada interaksi medan magnet seperti pada persamaan (2.1) di atas dapat diuraikan menjadi dua buah gaya yaitu yang pertama besarnya gaya Coulomb yang bekerja sebagai interaksi muatan listrik dan medan 5 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6 listrik yang tidak tergantung pada gerak ( muatan yang tidak bergerak ) yang besarnya adalah F Q. E . Sedangkan yang ke dua adalah besarnya gaya Lorentz yang bekerja pada sebuah partikel (muatan yang bergerak) yang bergerak dalam interaksi medan magnet yang besarnya adalah F Q v B . GGL induksi , menurut Hukum Faraday, pada sebuah kawat lurus sepanjang l yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap rapat fluks medan magnet B dapat dituliskan sebagai (Tipler,1996). ε Bl v dengan (2.2) ε adalah GGL induksi dalam volt, B dalam tesla, l dalam meter dan v dalam meter per sekon. Hukum Faraday menjadi dasar perhitungan GGL pada generator. Generator adalah alat yang mampu menghasilkan energi listrik yang bersumber dari energi mekanik. Generator pada umumnya bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Prinsip kerja generator sangatlah sederhana yaitu kumparan jangkar memotong medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Cara kerja generator yang utama adalah dengan adanya medan magnet dan pemotong medan magnet. Prinsip kerja generator akan lebih mudah dimengerti apabila kita mengetahui terlebih dahulu apa itu generator. Proses tersebut dikenal dengan nama pembangkit listrik. Sumber energi mekanik sendiri bisa berasal dari resiprokat (kebalikan) ataupun turbin. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7 Generator listrik mempunyai 2 jenis yaitu generator listrik AC dan generator listrik DC. Generator listrik AC mempunyai dua kutub stator sehingga apabila kutubkutub magnet yang berlawanan dihadapkan maka akan menimbulkan sebuah medan magnet. Sedangkan generator listrik DC mempunyai komutator sehingga arus listrik yang akan dihasilkan berupa arus listrik DC sekalipun sumbernya berupa arus listrik AC. Besar tegangan pada generator secara umum dapat dinyatakan sebagai (Bahtiar,2007) V dΦ dt (2.3) Dengan besar perubahan fluks medan mangnet adalah besar hasil perkalian rapat fluks medan magnet terhadap tinggi total lilitan email dan kecepatan (Tipler,1996) ΔΦ ΔB.n.x (2.4) dengan ΔΦ adalah perubahan fluks medan magnet dalam satuan weber, B adalah rapat fluks medan magnet dalam satuan tesla, n adalah dua kali tinggi total lilitan email ( 2t N ) dalam meter dan x adalah jarak dalam satuan meter sehingga persamaan (2.3) menjadi V dB.n.x . dt (2.5) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 8 Karena rapat fluks medan magnet dianggap konstan dan tinggi permukaan dibuat tetap dalam perancangan generator knockdown tersebut, persamaan (2.5) dapat di tuliskan lagi menjadi V B.n.dx dt (2.6) Perubahan jarak terhadap waktu berlangsung di dalam geometri berupa lingkaran sehingga perubahan jarak terhadap waktu adalah fungsi kecepatan anguler dx dθ r ω.r . Persamaan potensial dapat dituliskan sebagai dt dt V B.n.r.ω (2.7) Persamaan (2.7) di atas menunjukkan besar tegangan potensial pada generator knockdown. Dengan kita menganggap bahwa rapat fluks medan magnet, tinggi total permukaan medan magnet dan jari-jari lintasan medan magnet adalah sebuah tetapan maka persamaan (2.7) dapat diperoleh menjadi V C.ω (2.8) dengan C B. n .r sehingga dapat dipunyai grafik hubungan antara tegangan V sebagai fungsi kecepatan anguler ω sebagai berikut : C adalah gradien V terhadap seperti pada gambar 2.1 di bawah ini. V C C ω Gambar 2.1. Grafik hubungan antara tegangan terhadap kecepatan anguler PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB III METODOLOGI A. DESAIN PENELITIAN Penelitian ini adalah penelitian eksperimen untuk mengukur rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown dengan kerangka akrilik. Langkah-langkah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Desain Ukuran Akrilik Pada awalnya generator knockdown digambar dengan menggunakan program coreldraw pada laptop untuk menentukan ukuran-ukuran. Ukuran-ukuran tersebut digambar berdasarkan ukuran magnet yang akan digunakan. Program coreldraw digunakan untuk menggambar ukuran-ukuran magnet karena program ini memiliki ukuran yang sesuai dengan pemotongan akrilik. Disain part-part (gambar-gambar) penyusun rangka akrilik generator ditunjukan pada gambar 3.1. Gambar 3.1 merupakan bentuk-bentuk part kerangka akrilik yang digambar dalam coreldraw. Ukuran-ukuran yang digambar dalam coreldraw tersebut digambar sesuai dengan ukuran magnet yang digunakan. 9 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 10 Gambar 3.1. Bentuk-bentuk ukuran akrilik yang digambar dalam coreldraw Gambar 3.2. Rangka generator akrilik yang sudah jadi dari sisi depan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 11 Gambar 3.3. Rangka generator bagian akrilik dari sisi samping. Nampak magnet berada di dalam Gambar 3.2 dan 3.3 merupakan bagian-bagian kerangka akrilik yang digambar dalam coreldraw dan digabungkan atau dilem dari sisi muka generator maupun sisi belakang generator. Dimana pada gambar 3.2 merupakan gambar yang diambil dari sisi muka generator sedangkan pada gambar 3.3 merupakan gambar yang diambil dari sisi samping generator dan tempat lilitan email (kawat). b. Jenis Magnet dan Ukuran Magnet yang Digunakan Dalam perancangan generator knockdown ini jenis magnet yang digunakan adalah jenis magnet ND-35 berbentuk persegi panjang dengan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 12 panjang 25 mm, lebar 15 mm dan tinggi 5 mm. Magnet ND-35 digunakan dalam perancangan generator knockdown karena magnet ND bersifat permanen dan kuat. Magnet ND (Neodium) atau sering juga disebut sebagai NdFeB,NIB atau magnet Neo yang juga merupakan sejenis magnet yang terbuat dari campuran logam neodium. c. Proses Lilitan Email (Kawat) pembuatan lilitan email pada perancangan generator knockdown dimulai dengan meletakkan salah satu ujung email pada kutub utara maupun kutub selatan magnet. Setelah meletakkan ujung email pada kutub utara atau kutub selatan magnet lalu dilakukan lilitan pada generator knockdown secara periodik. Proses lilitan satu sisi berlawanan arah dengan sisi lainnya yang berdekatan. Lilitan email berlawanan arah pada sisi yang berdekatan dengan maksud agar GGL listrik yang dihasilkan tidak saling menghilangkan. Jumlah kumparan dan lilitan awal hingga kumparan ke tujuh untuk ke delapan sisi dalam satu kali putaran lilitan adalah sama yaitu masingmasing tujuh kumparan 20 lilitan, namun untuk lima sisi lainnya menambahkan satu kumparan sehingga menjadi delapan kumparan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 13 yang masing-masing terdiri dari 20 lilitan dan tiga sisi lainnya tetap mempunyai tujuh kumparan yang masing-masing terdiri dari 20 lilitan. Artinya bahwa lima sisi mempunyai jumlah kumparan dan lilitan dalam satu kali putaran adalah sama yaitu delapan kumparan 20 lilitan (8 kumparan × 5 sisi ×20 lilitan = 800 lilitan), sedangkan tiga sisi lainnya tetap mempunyai tujuh kumparan yang jumlah lilitannya sama yaitu 20 lilitan dalam satu kali putaran (7 kumparan × 3 sisi × 20 lilitan = 420 lilitan), sehingga jumlah lilitan email dalam generator knockdown ini adalah 1220 lilitan. tinggi (t) Jari-jari (r) Gambar 3.4. Penampang tinggi (t) generator dari salah satu sisi lilitan email PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 14 tinggi (t) Muka gen erat or Jari-jari (r) Belaka ng gen erat or Gambar 3.5. Penampang generator knockdown secara umum menunjukkan muka generator, belakang generator ,tinggi (t) dan jarijari (r) dari pusat putaran Gambar 3.4 dan 3.5 menunjukkan penampang generator knockdown setelah diberi lilitan. Gambar tersebut menunjukkan kejelasan dua kali tinggi lilitan email dari salah satu sisi magnet dan jari-jari dari pusat putaran generator. Dua kali tinggi dikalikan jumlah lilitan email (N) adalah n sehingga persamaannya adalah n 2t N . Besaran t dalam PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 15 cm dan N adalah jumlah lilitan email sehingga n mempunyai dimensi panjang. Pengukuran tinggi lilitan dilakukan pada salah satu sisi medan magnet karena semua sisi (delapan sisi) medan magnet dari hasil pengukuran besarnya sama. Hasil pengukuran tinggi (t) untuk salah satu sisi yang mewakili tujuh sisi lainnya sebesar 7 cm, namun pada salah satu sisi medan magnet mempunyai dua kali tinggi medan magnet sehingga tingginya menjadi 14 cm . Artinya bahwa hasil pengukuran dua kali tinggi untuk semua sisi ( tinggi delapan sisi) medan magnet besarnya sama untuk generator knockdown tersebut. Sedangkan hasil pengukuran jari-jari (r) pada segi delapan akrilik adalah sebesar 64 mm. Hasil perhitungan pengukuran dua kali tinggi (t) lilitan email dikalikan dengan jumlah lilitan (N) atau hasil pengukuran dua kali tinggi permukaan medan magnet dikalikan dengan jumlah perancangan generator knockdown adalah seperti di bawah ini: n 2t N n 14 cm 1220 lilitan n 170,8 m lilitan lilitan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16 B. PARAMETER YANG DIUKUR Parameter yang diukur dalam penelitian eksperimen ini adalah: 1. Tegangan Terminal Keluaran Pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh generator knockdown dapat diukur dengan menggunakan multimeter. 2. Kecepatan Anguler (ω) Kecepatan anguler (putar) dari perancangan generator knockdown dapat diukur dengan tachometer. Hasil pengukuran tachometer dalam putaran per menit (nr) sehingga persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh kecepatan adalah ω 2π f 2π anguler dari 1 2π n r π n r , T 60s 30s hasil dengan pengukuran nr adalah jumlah rotasi atau putaran permenit (Prasetyadi,2013) . C. PROSEDUR ANALISIS DATA Analisis data dapat dilakukan berdasarkan persamaan (2.8). Dimana V merupakan hasil pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh generator knockdown, C mewakili rapat fluks medan magnet (B) kali hasil perhitungan dua kali tinggi medan magnet dikalikan jumlah lilitan (n) dikalikan dengan jari-jari (r) dari pusat putaran sehingga persamaannya menjadi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17 V B.n.r.ω . (3.1) Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang bertujuan untuk menentukkan rapat fluks medan magnet (B). Dimana rapat fluks medan magnet (B) merupakan hasil pembagian tegangan terminal keluaran (V) dibagi dengan tinggi total dua kali tinggi total lilitan email (t) kali jari-jari putaran medan magnet (r) dikalikan dengan kecepatan anguler (kecepatan rotasi) (ω) sehingga persamaan (3.1) dapat dituliskan menjadi B V . n.r.ω (3.2) Namun dapat diketahui bahwa rapat fluks medan magnet (B), dua kali tinggi total lilitan email (n) dan jari-jari putar (r) tetap sehingga dapat dijadikan sebagai sebuah variabel C maka persamaan tersebut dapat dituliskan menjadi V C ω . Dimana C merupakan gradien grafik yang diperoleh dari grafik tegangan terminal keluaran (V) terhadap kecepatan anguler (ω). Dengan mengetahui gradien grafik (C) dari grafik hubungan tegangan terminal keluaran (V) terhadap kecepatan anguler (ω) maka besar hasil penelitian eskperimen dan hasil pengukuran rapat fluks medan magnet (B) adalah gradien grafik (C) dibagi dua kali tinggi total lilitan email (n) dikalikan dengan jari-jari putaran (r) sehingga persamaannya dapat dituliskan menjadi B C n.r . B dalam satuan volt kali sekon per meter persegi atau tesla. (3.3) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA A. PENYAJIAN DATA Hasil pengukuran generator knockdown yang dilakukan pada tanggal, 08 April 2015 ditunjukkan pada tabel 4.1 Tabel 4.1.Kecepatan putar, tegangan dan arus generator knockdown nr V ω I Lampu No (rpm) (Volt) (rad/s) (ampere) Jumlah Keterangan 1 125 0,2 13,083 0 0 - 2 205 0,5 21,457 0 0 - 3 345 0,9 36,11 0 0 - 4 530 1,5 55,473 0 0 - 5 860 2,4 90,013 0 0 - 6 1440 3,8 150,72 0 0 - 7 250 0,5 26,167 0 0 - 8 410 0,9 42,912 0 0 - 9 690 1,7 72,22 0 0 - 10 1060 2,6 110,947 0 0 - 11 1720 3,9 120,027 0 0 - 18 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 19 12 125 0,1 13,083 0 1 - 13 205 0,2 21,457 0 1 - 14 345 0,5 36,11 0 1 - 15 530 0,9 55,473 0 1 - 16 860 1,6 90,013 0,02 1 - 17 1440 2,8 150,72 0,05 1 Nyala 18 250 0,3 26,167 1 - 19 410 0,6 42,912 0 1 - 20 690 1,2 72,22 0,01 1 - 21 1060 2 110,947 0,03 1 Nyala 22 1720 3,2 120,027 0,06 1 Nyala 23 125 0 13,083 0 2 - 24 205 0,1 21,457 0 2 - 25 345 0,2 36,11 0 2 - 26 530 0,6 55,473 0,02 2 - 27 860 1,2 90,013 0,06 2 Nyala 28 1440 2,1 150,72 0,11 2 Nyala 29 410 0,1 42,912 0 2 - 30 690 0,9 72,22 0,04 2 Nyala 31 1060 1,5 110,947 0,08 2 Nyala 32 1720 2,6 120,027 0,12 2 Nyala 0 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 20 B. ANALISIS DAN DISKUSI Dari data pada tabel 4.1 dapat dipunyai grafik hubungan tegangan keluaran (V) dan kecepatan putar (nr) yang ditunjukkan oleh gambar 4.1. Grafik tegangan keluaran (V) terhadap kecepatan putar (nr) pada gambar 4.1 menunjukkan bahwa gradien tanpa lampu sebesar 0,0025 V/rpm, gradien satu lampu 0,002 V/rpm dan gradien pada dua lampu sebesar 0,0017 V/rpm. Dari hasil gradien masing-masing lampu ini yang mempunyai nilai positif menunjukkan nilai gradiennya posisif. Hal ini juga menunjukkan bahwa apabila kecepatan putar ditambahkan maka tegangan keluarannya menjadi lebih besar atau sebaliknya apabila kecepatan putar dikurangi maka tegangan keluarannya menjadi lebih kecil. Dari gambar 4.1 untuk satu lampu dan dua lampu bila y1&2 = 0 maka x1 = 92,9 rpm dan x2 = 108,05882 rpm. Artinya bahwa kecepatan minimumnya adalah adalah 92,9 rpm dan 108,05882 rpm. Pada keadaan ini tegangan yang dihasilkan adalah nol karena pada keadaan tersebut tegangannya tidak bisa diukur. Kecepatan anguler dapat diperoleh dari persamaan ω π n r 30 s untuk seluruh putaran pada masing-masing lampu. Misalnya dari tabel 4.1 pada putaran 1440 rpm adalah ω 3,141440 rad 150,72 rad 30 s s dan seterusnya untuk putaran lainnya. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21 Gambar 4.1.Grafik hubungan tegangan keluaran (V) terhadap kecepatan putar (nr) Dari hasil perhitungan seluruh putaran terhadap masing-masing lampu dan tanpa lampu tersebut dapat dibuat grafik hubungan tegangan keluaran terhadap kecepatan anguler untuk memperoleh nilai gradien grafik C pada persamaan (2.8). PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 22 Gambar 4.2. Grafik hubungan tegangan keluaran terhadap kecepatan anguler Grafik tegangan keluaran (V) terhadap kecepatan anguler (ω) pada gambar 4.2 menunjukkan bahwa gradien masing-masing lampu bernilai positif yang besarnya berbeda-beda yaitu untuk tanpa lampu sebesar 0,0281 Wb, gradien satu lampu sebesar 0,0226 Wb dan gradien dua lampu sebesar 0,0184 Wb. Artinya bahwa banyaknya rapat fluks medan magnet yang menghasilkan ggl induksi pada tanpa lampu sebesar 0,0281Wb, satu lampu sebesar 0,0226Wb dan dua lampu sebesar 0,0184Wb. Hal ini menunjukkan bahwa besar rapat fluks medan magnet tanpa lampu lebih besar dari pada satu lampu dan dua lampu atau dengan kata lain besar rapat PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 23 fluks medan magnet tanpa beban lebih besar dari pada dengan adanya beban. Karena dalam keadaan tanpa beban tidak terjadi arus yang menghasilkan medan perlawanan. Dari hasil gradien masing-masing lampu ini menunjukkan bahwa apabila kecepatan angulernya bertambah maka tegangan keluarannya menjadi lebih besar atau sebaliknya apabila kecepatan angulernya dikurangi maka tegangan keluarannya menjadi lebih kecil. Jadi, dari gambar 4.1 dan gambar 4.2 dapat disimpulkan bahwa apabila kecepatan putarnya (nr) ditambahkan maka kecepatan anguler (ω) akan semakin besar dan tegangan keluarannya (V) juga akan semakin besar pula. Gradien grafik pada gambar 4.2 dapat digunakan untuk menentukan rapat fluks medan magnet (B). Besar rapat fluks medan magnet (B) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3.3). Hasil perhitungan rapat fluks medan magnet untuk masing-masing lampu dari gambar 4.2 adalah Untuk tanpa lampu B 0,0281 V.s 0,0281 Wb 0,00257 T 170,8 m 0,064 m 10,9312 m 2 Untuk satu lampu B 0,0226 V.s 0,0226 Wb 0,00207 T 170,8 m 0,064 m 10,9312 m 2 Untuk dua lampu PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 24 B 0,0184 V.s 0,0184 Wb 0,00168 T 170,8 m 0,064 m 10,9312 m 2 Rapat fluks medan magnet dalam keadaan tanpa beban adalah 0,00257 T. Dengan memberikan satu buah lampu beban, diperoleh rapat fluks medan magnetnya menjadi 0,00207 T, jika dua buah lampu dipergunakan sebagai beban maka rapat fluks medan magnet menjadi 0,00168 T . Rapat fluks medan magnet ini berkurang dengan bertambahnya jumlah beban lampu. Ini menunjukkan bahwa pertambahan beban mengurangi B efektif yang bekerja pada generator. Dari data tabel 4.1 untuk keadaan beban satu lampu dan dua lampu dapat diperoleh data tentang daya seperti ditunjukkan oleh tabel 4.2. Daya diperoleh sebagai hasil kali tegangan terhadap arus. Data pada tabel 4.1 dapat dipergunakan untuk membentuk grafik hubungan daya terhadap kecepatan anguler seperti yang ditunjukkan oleh gambar 4.3. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 25 Tabel 4.2. Kecepatan putar,tegangan keluaran, kecepatan anguler,arus dan daya pada satu lampu dan dua lampu nr V ω I P (rpm) (Volt) (rad/s) (ampere) (Watt) 1,2 72,22 0,01 0,012 1 690 Lampu 860 1,6 90,013 0,02 0,032 1 1060 2 110,947 0,03 0,06 1 1440 2,8 150,72 0,05 0,14 1 1720 3,2 120,027 0,06 0,192 1 530 0,6 55,473 0,02 0,012 2 690 0,9 72,22 0,04 0,036 2 860 1,2 90,013 0,06 0,072 2 1060 1,5 110,947 0,08 0,12 2 1440 2,1 150,72 0,11 0,231 2 1720 2,6 120,027 0,12 0,312 2 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 26 Gambar 4.3. Grafik hubungan daya terhadap kecepatan anguler Dari grafik 4.3 dapat diketahui bahwa daya maksimum untuk satu lampu terletak pada kecepatan anguler (ω) ke 130 rad/s yaitu sebesar 0,2165 Ws/rad dan daya maksimum pada dua lampu terletak pada kecepatan anguler (ω) ke 130 rad/s yaitu sebesar 0,2731 Ws/rad. Dari grafik 4.3 dapat dilihat jelas bahwa daya maksimum pada satu lampu maupun daya maksimum pada dua lampu terletak pada kecepatan anguler yang sama yaitu pada 130 rad/s. Dimana selisih daya maksimum pada dua lampu dan satu lampu sebesar 0,05659 Ws/rad. Hasil ini menyatakan bahwa daya maksimum pada dua lampu lebih besar dari pada daya maksimum pada satu PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 27 lampu. Hal ini juga menunjukkan bahwa generator ini bekerja optimal pada putaran 130 rad/s atau nr 30 ω 30 130 π 3,14 3900 1242,03822 rpm . 3,14 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN PENELITIAN Berhasil dirancang generator knockdown putaran rendah dengan kerangka akrilik, menggunakan magnet ND-35 yang memiliki 8 kutub dan 1220 lilitan total yang disatukan dengan lem epoxy. Generator ini dapat dikembangkan untuk sistem energi alternatif karena memiliki jumlah kutub yang bekerja pada putaran yang rendah. Tegangan keluaran generator knockdown dalam keadaan tanpa beban mengikuti persamaan V 0,0025 n r 0,0128 . Tegangan keluaran satu buah beban 10 W dan 12 Volt adalah V 0,002 n r 0,1858 . Sedangkan tegangan keluaran dua buah beban 20 W dan 12 Volt adalah V 0,0017 n r 0,2757 . Parameter nr adalah kecepatan putar dalam rpm. Rapat fluks medan magnet generator knockdown yang berhasil dibuat dalam keadaan tanpa beban adalah sebesar 0,0025 T. 28 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 29 A. SARAN Berdasarkan hasil perancangan generator knockdown, pengukuran dan pembahasan hasil penelitian eksperimen yang menunjukkan bahwa tegangan keluaran, arus dan rapat fluks medan magnet yang dihasilkan sangat kecil. Perubahan geometri dapat dilakukan pada penelitian sesudahnya untuk mengurangi jarak lintasan magnetik sehingga dapat diperoleh B yang besar. Semoga penulisan skripsi ini membuka wawasan berpikir kita untuk mengembangkannya lagi sehingga memperoleh hasil yang diinginkan ( memperoleh rapat fluks medan magnet standar 0,1 tesla sampai dengan 1 tesla). PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR PUSTAKA Achyanto Djoko (Terjemahan) (Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut Jakarta). 1997. Mesin-Mesin Listrik, Edisi Keempat. Erlangga,Ciracas,Jakarta. Bahtiar Ayi. 2007. Handout Kuliah Listrik Magnet II, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Padjadjaran Bandung. Nurohman Sabar,M.Pd. Diktat Kuliah Induksi Elektromagnetik. Jurusan Pendidikan Fisika FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta. Prasetyadi,A. 2013. Generator Radial Magnet Permanen ND-35 Phasa Tunggal dengan Rangka Akrilik Knockdown.Prosiding Seminar RiTekTra 2013. Tipler A. Paul.1996. Fisika Untuk Sains dan Teknik, Edisi Ketiga,Jilid 2. Erlangga, Ciracas, Jakarta. 30
