POLITEKNOLOGI VOL. 14 NO. 3 SEPTEMBER 2015 OPTIMALISASI RANCANG BANGUN MOBIL LISTRIK SEBUAH STUDI KENDARAAN HEMAT ENERGI SEBAGAI BAGIAN SOLUSI ALTERNATIF KRISIS ENERGI DUNIA Fuad Zainuri1, Asep Apriana, dan Dedi Dwi Haryadi Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta, Jl. Prof G E Siwabesi Kampus Baru UI Depok, 16425 Email: [email protected] ABSTRACT Electric vehicles are one solution to the pollution problem Because the power source of electric vehicle battery or batteries are often called, that vehicles are environmentally friendly or you could say "zero emission". This can reduce CO2 levels and the like in the air as the chemical that causes global warming. UN and developed countries are doing the development of this vehicle, with the hope of the future is not there Electric car drive system consists of the energy system, and system control. Energy system consists of charging systems and energy storage. Control system using a switch divider associated with springs and brake pedal, in which the system is functioning as a controller and a safety that can break the power system when the driver slammed on the brakes. This four-wheeled car and driven with a DC dynamo is sourced from the battery. Vehicle transmission system uses sprockets - chains. Sprocket mounted on the connecting shaft and rear axle sprocket keyway is used (the peg) and then attach the rear axle in the wheel 2 pieces. 2 pieces mounted directly onto the front wheel steering system. At the rear axle in pairs 1 piece motorcycle disc brakes. 12 volt battery with 100 ampere specification as much as 2 pieces in pairs in parallel, will produce about 2400 watts of power. Resources will be channeled to the dynamo in DC (36 volt, 2.7 HP, 2880 rpm). The working principle is based on the direction of motor current carrying conductor placed in a magnetic field then the conductor will experience a force. Keywords: zero emission, dynamo, magnetic field ABSTRAK Kendaraan listrik adalah salah satu jalan keluar atas masalah polusi tersebut. Karena kendaraan listrik sumber tenaganya dari baterai atau sering disebut aki, sehingga kendaraan ini sangat ramah lingkungan atau bisa dibilang “zero emission”. Hal ini dapat mengurangi kadar CO2 dan sejenisnya di udara sebagai bahan kimia yang menyebabkan global warming. PBB dan Negara maju sedang melakukan pengembangan kendaraan ini, dengan harapan di masa depan sudah tidak ada Sistem penggerak mobil listrik terdiri dari sistem energi,dan sistem kendali. Sistem energi ini terdiri dari sistem charging dan tempat penyimpanan energi. Sistem kendali menggunakan saklar pembatas yang berhubungan dengan pedal pegas dan rem, di mana sistem ini berfungsi sebagai pengendali dan pengaman yang dapat memutus sistem daya pada saat pengemudi menginjak pedal rem. Mobil ini beroda 4 dan digerakan dengan dynamo DC yang bersumber dari aki. System transmisi vehicle ini menggunakan sprocket – rantai. Sprocket dipasang di poros belakang penghubung poros dan sprocket digunakan keyway (pasak) kemudian poros belakang di pasangkan 2 buah roda. 2 buah roda depan dipasang langsung ke system steering. Pada poros belakang di pasang 1 buah rem cakram motor. Aki dengan spefikasi 12 volt 100 ampere sebanyak 2 buah di pasang secara parallel, akan menghasilkan daya sekitar 2400 watt. Daya tersebut akan di salurkan ke dynamo DC (36 volt, 2,7 HP, 2880 rpm). Prinsip kerja motor searah berdasarkan pada penghantar yang membawa arus ditempatkan dalam suatu medan magnet maka penghantar tersebut akan mengalami gaya. Kata kunci : zero emission, dynamo, medan magnet PENDAHULUAN Untuk mempercepat urusannya, ada tiga jenis transportasi yang digunakan yaitu transportasi darat seperti mobil , transportasi laut seperti kapal dan transportasi udara seperti pesawat. Khusus transformasi darat yang kebanyakan orang gunakan, alat transformasinya ada beberapa jenis yakni mobil, kereta dan sepeda.Ada beberapa jenis mobil yang umumnya menjadi alat transportasi massal Electric vehicle adalah solusi dari masalah cadangan minyak bumi yang kian menipis serta masalah polusi yang tiap tahunnya Fuad Zainuri dkk, Optimalisasi Rancang Bangun... meningkat akibat emisi gas yang dihasilkan kendaraan berbahan bakar minyak.Di negara - negara maju,kendaraan ini sudah sangat lazim digunakan,bahkan sudah dimasyarakatkan. Sebagai wujud kepedulian manyarakat Indonesia terhadap masalah cadangan minyak bumi dan polusi,untuk itu kami merancang “electric vehicle”yang sekaligus menjadi tonggak perubahan menuju Indonesia hijau lewat pemasyarakan kendaraan ramah lingkungan. Electric vehicle yang kami rancang menggunakan penggerak utama berupa motor listrik yang bersumber energy dari baterai(aki),dengan targetan optmalisasi tenaga,efesiensi,dan ekonomis tentunya.selain itu,kendaraan ini diharapkan menjadi penyeimbang antara akvitas manusia yang dituntut serba cepat karena globalisasi dan ketersediaan minyak bumi yang menipis System kelistrikan merupakan bagian penting di mobil. Ada 2 sistem kelistrikan yaitu : system kelistrikan mesin(aki, busi dan lain sebagainya) dan system kelistrikan bodi ( lampu sein dll. ) Seiring perkembangan teknologi , mobil berkembang menjadi mobil listrik. Mobil listrik (EV) adalah kendaraan dengan satu atau lebih motor listrik untuk tenaga. Hal ini juga disebut sebagai sebuah mobil listrik. wheelspropellerslinear motors Gerakan yang dapat diberikan baik oleh roda atau poros propellers digerakkan oleh motor, atau dalam kasus kendaraan yang dilacak, dengan motor linear.internal combustion enginegasolinedieselgenerator Tidak seperti sebuah mesin pembakaran internal (ICE) yang sesuai untuk beroperasi secara khusus dengan bahan bakar tertentu seperti bensin atau solar, sebuah kendaraan listrik membutuhkan listrik yang berasal dari sumber seperti baterai atau generator. Ini memungkinkan fleksibilitas dari kendaraan untuk tetap sama, sedangkan sumber bahan bakar dapat diubah. Studi Pustaka 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 untuk kisaran kecepatan yang luas. Motor DC yang memiliki tiga komponen utama:kutub magnet, dinamo, komutator.Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:tegangan dynamo dan arus medan. Rangka mobil atau sering disebut chasis mobil adalah bagian dari kendaraan yang mendukung mesin, kopling, transmisi, system suspensi, system rem, body, differensial dan komponen lainya. Rangka mobil umumnya mempunyai banyak variasi bentuk. Pada umumnya, rangka disusun dari dua buah balok memanjang dan dihubungkan dengan balok melintang. Bagian depan rangkaian dibuat sedikit mengecil ke dalam yang berfungsi sebagai tempat pemasangan system kemudi untuk dapat memberikan keleluasaan penggerakan kemudi. Pengereman adalah perubahan tenaga kinteris (gerak) menjadi tenaga panas yang timbul karena gesekan pada tromol dengan kanvas dan roda dengan jalan. Proses pengereman adalah dari saat keterkejutan pengemudi waktu menginjak pedal rem, hingga terjadi perlambatan kendaraan sampai pedal rem dilepas lagi, Terbagi dalam 5 hal yaitu : Waktu melihat jalan/keadaan, reaksi pengemudi, gerak bebas torak dan waktu reaksi serta waktu pengereman. Agar lebih cepat, gear pada poros belakang mobil diperbesar. Semakin besar dimeter gear yang digerakkan, ini berarti semakin kecil rpm yang dihasilkan dan torsi yang dihasilkan lebih besar daripada penggerak, sehingga dapat membuat akselerasi yang bagus. POLITEKNOLOGI VOL. 14 NO. 3 SEPTEMBER 2015 n1 / n2 = d1/ d2 ( v = konstan ) d1 = dimeter gear pada motor d2 = dimeter gear pada poros n1 = kecepatan putar pada motor n2 =kecepata putar pada poros Jika kecepatan putar semakin kecil, maka semakin kecil pula kecepatan sudut yang dihasilkan. Ini berarti torsi yang dihasilkan semakin besar karena torsi berbanding terbalik dengan kecepatan sudut. T=P/ω Agar lebih efesien, pemasangan aki secara paralel. Komponen - komponen listrik disebut paralel jika komponen-komponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga tegangan pada ujung tiap-tiap komponen sama besarnya. Susunan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan suaturangkaian. Tegangan pada ujung-ujung tiap komponen sama, yaitu sama dengan tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti paralelnya. V1 = V2 = V3 = v4 = Vparalel kuat arus yang melalui hambatan pengganti paralel sama dengan jumlah kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen. Iparalel = I1 + I2 + I3 + … (421). Susunan paralel berfungsi sebagai pembagi arus di mana kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen sebanding dengan kebalikan hambatannya. Ke empat kabel ( soket ) dihubungkan dengan alternator di sepanjang rangkaian kelistrikan. • “B” adalah kabel output alternator yang mensuplai langsung ke aki. • “IG” adalah indikator kontak yang ada dialternator. • “S” digunakan oleh regulator untuk mengatur strum pengisian ke aki. • “L” adalah kabel yang digunakan oleh regulator untuk indikator lampu ( CHG ). Kebanyakan alternator menpunyai regulator yang berada didalamnya ( IC built In), dan tipe yang lama mempunyai regulator diluar. Tidak seperti model yang lama, Tipe ini dapat dengan mudah diperbaiki dengan membuka tutup bagian atasnya. Jika bagian atas altenator dibuka regulator yang mengontrol tegangan output alternator. Carbon Brush yang menempel dengan bagian atas rotor ( Slip Ring). Rangkaian dioda (rectifier) yang mengkonversi (mengubah) voltase AC menjadi voltase DC. Regulator adalah otak dari sistem pengisian. Regulator mengatur keduanya baik itu voltase aki dan voltase stator, dan tergantung dari kecepatan putaran mesin, regulator akan mengatur Kemampuan kumparan rotor untuk menghasilkan output Alternator. Regulator dapat diganti baik itu internal regulator atau eksternal. Dewasa ini rata rata semuanya sudah memakai internal regulator. Rangkaian Dioda bertanggung jawab atas konversinya tegangan AC ke tegangan DC. 6 atau 8 diode digunakan untuk mengubah tegangan stator AC ke tegangan DC. Setengah dari diode tersebut digunakan dalam kutub positif dan setengahnya lagi dalam kutub negatif. Regulator akan mengatur tingkat / level sistem pengisian tegangan. Ketika sistem pengisian tegangan dibawah dari yang ditentukan, regulator akan meningkatkan arus listrik tegangan, yang akan berakibat terciptanya arus magnet yang kuat, hasilnya akan meningkatnya output alternator. Ketika sistem pengisisan tegangan diatas yang ditentukan, regulator akan menurunkan arus listrik tegangan, dan membuat arus magnet menjadi lemah, hasilnya output alternator yang semakin kecil. Tujuan regulasi adalah menghilngkan adanya daya perubahan tegangan output dikarenakan adanya perubahan beban.Pada mobil listrik ini system suspense dirancang begitu detail,komponen – komponennya sebagai berikut : • Shock Absorber Dalam menyerap kejutan-kejutan, pegas harus bekerja sama dengan Shock absorber . Tanpa shock absorber pegas akan bergetar naik turun lébih lama. Shock absorber mampu meredam getaran pegas Fuad Zainuri dkk, Optimalisasi Rancang Bangun... Seketika dan membuangnya menjadi energi panas. Gambar 1. Shock Absorber • • • • Bal joint Ball joint selain berfungsi sebagai sumbu putaran roda juga menerima beban vertikal maupun lateral. di dalam ball joint terdapat gemuk untuk melumasi bagian yang bergesekan. Pada setiap periode tertentu gemuk harus diganti. Stabilizer bar Stabilizer bar (batang penyetabil) berfungsi mengurangi kemiringan . mobil akibat gaya sentrifugal pada saat mobil membelok. Disamping itu, untuk menambah daya jejak ban. Pada suspensi depan, stabilizer bar biasanya dipasang pada kedua lower arm melalui bantalan karet dan linkage. Pada bagian tengah diikat ke rangka atau bodi pada dua tempat melalui bushing. Strut bar Strut bar berfungsi untuk menahan lower arm agar tidak bergerak mundur pada saat menerima kejutan dari permukaan jalan yang tidak rata atau dorongan akibat terjadi pengereman. Lateral control rod Komponen ini dipasang di antara poros penyangga (axel) dan bodi mobil. Fungsinya untuk menahan axel selalu pada posisinya bila menerima beban samping. Menggunakan sprocket Transmisi rantai-sproket digunakan untuk transmisi tenaga pada jarak sedang. Kelebihan dari transmisi ini dibanding dengan transmisi sabuk-puli adalah dapat digunakan untuk menyalurkan daya yang lebih besar seperti diuraikan berikut ini. Gambar 2. Sprocket Pemasangan bemper Pemasangan bemper ditujukan sebagai salah satu system keamaan mobil. Pada saat terjadi tabrakan, bemper bertujuan meminimalisasi gaya gaya yang menekan mobil. Pemakaian rem cakram Tekanan hidraulis menekan torak balok rem piringan terjadi pengereman Proses pengereman Terbagi dalam 5 hal yaitu : Waktu melihat jalan/keadaan, reaksi pengemudi, gerak bebas torak dan waktu reaksi serta waktu pengereman. Dibanding dengan rem tromol, rem cakram lebil cocok dipakai dalam kondisi bagaimanpun karena luas sentuh gesekan yakni piringan cukup besar,gaya gesek sebanding dengan luas.apalag balok rem ada 2 buah. Gambar 3. Rem Cakram Tujuan Dengan dilaksanakan rancang bangun mobil listrik ini ada beberapa tujuan dan keuntungan yang diperoleh diantaranya : Mekanis Efisiensi dari motor listrik bisa mencapai 90 % pada saat kecepatan penuh dan daya keluaran dapat dikendalikan dengan secara tepat. Ini juga dapat mengendalikan torsi yang besar pada awalnya, tidak seperti kendaraan berbahan bakar fosil yang memerlukan energy besar untuk gear box. Dan getaran pada motor listrik jauh lebih halus daripada mesin berbahan bakar fosil. POLITEKNOLOGI VOL. 14 NO. 3 SEPTEMBER 2015 Kadar polusi Kendaraan listrik hanya mengeluarkan sedikit emisi atau bias dibilang “zero emission”. Persediaan energy Listrik merupakan sumber energy yang hampir ada di semua benua, dan dapat di produksi secara massal. METODE PENELITIAN Dimensi mobil listrik Mobil listrik yang kami rancang berukuran: Panjang : 1800 mm Lebar : 1000 mm Tinggi : 1200 mm Diameter ban depan : 300 mm Diameter ban belakang : 300 mm Jarak chasis ke tanah / lantai (seletah kenai semua beban) : 10 mm Jarak pusat ban depan ke pusat ban belakang : 1200 mm 1. Bobot mobil listrik diperkirakan kurang dari 200 kg, dengan estimasi: • berat motor = 25 kg • berat 4 aki = 72 kg • berat rangka = 10 kg • berat 4 ban dan velg = 8 kg • berat rem cakram = 3 kg • berat sistem kemudi = 5 kg • berat poros =6k • berat pengemudi = 55 kg Estimasi berat menunjukan gaya berat yang mengenai mobil. Gaya berat tersebut disebarkan ke masing masing roda untuk mencari torsi pada roda. Torsi inilah yang akan menjadi acuan untuk menentukan berapa Hp motor yang dibutuhkan dan ukuran gear yang dibutuhkan. 2. Rangka pada mobil kami menggunakan bahan allumunium alloy tipe 6061-T6; 6061-T651. Dengan massa jenis 0.0975 lb/in³ (english). Dengan memperbandingkan massa jenis bahan dan dimensi panjang mobil maka diperkirakan massa total rangka 10 kg. 3. Motor listrik DC VOLTASE : 36 Volts DAYA : 2.7 HP RPM : 2880 RPM AMPERE : 56 Amps POROS : 7,5 mm x 50 mm Male Keye 7,5 mm Tooth Female Spline DIMENSI : 257 mm x 171 mm x 203 mm BERAT : 25 KG Gambar 4. Motor Listrik DC 4. Aki ( 2 buah) DIMENSI : 600 mm X 300 mm X 25 mm BERAT : 18 Kg AMPERE : 100 A VOLTASE : 12V Gambar 5. Aki Konsep Sistem penggerak mobil listrik ini beberapa komponen dikurangi dan disatukan, sehingga sistem penggerak tersebut terdiri dari sistem energi,dan sistem kendali. Sistem energi ini terdiri dari sistem charging dan tempat penyimpanan energi. Sistem kendali menggunakan saklar pembatas yang berhubungan dengan pedal pegas dan rem, di mana sistem ini berfungsi sebagai pengendali dan pengaman yang dapat memutus sistem daya pada saat pengemudi menginjak pedal rem. Mobil ini beroda 4 dan digerakan dengan dynamo DC yang bersumber dari aki. System transmisi Fuad Zainuri dkk, Optimalisasi Rancang Bangun... vehicle ini menggunakan sprocket – rantai. Sprocket dipasang di poros belakang penghubung poros dan sprocket digunakan keyway (pasak) kemudian poros belakang di pasangkan 2 buah roda. 2 buah roda depan dipasang langsung ke system steering. Pada poros belakang di pasang 1 buah rem cakram motor. Pada rangka, vehicle ini menggunakan bahan aluminium alloy agar ringan dan memaksimalkan daya yang dihasilkan oleh dynamo. Pada body menggunakan fiber glass. Penyambungan rangka digunakan baut agar mudah di bongkar – pasang. Proses Aki dengan spefikasi 12 volt 100 ampere sebanyak 2 buah di pasang secara parallel, akan menghasilkan daya sekitar 2400 watt. Daya tersebut akan di salurkan ke dynamo DC ( 36 volt, 2,7 HP, 2880 rpm ). Prinsip kerja motor searah berdasarkan pada penghantar yang membawa arus ditempatkan dalam suatu medan magnet maka penghantar tersebut akan mengalami gaya. Gaya menimbulkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekanik, sehingga motor akan berputar. Jadi, motor arus searah ini menerima sumber arus searah dari jala-jala kemudian dirubah menjadi energi mekanik berupa perputaran, yang nantinya dipakai oleh poros. Motor ini memiliki medan penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus jangkar untuk motor jenis ini lebih besar dari pada arus jangkar pada kumparan jangkar untuk motor jenis shunt, selain itu kumparan Ns lebih sedikit. Tahanan Rf lebih kecil, ini disebabkan tahanan tersebut merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit. Pada waktu start bisa memberi momen yang besar dengan arus start yang rendah juga dapat memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus start yang rendah juga dapat memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus kecil dibandingkan motor tipe lain, tetapi kecepatan akan lebih besar bila beban rendah atau bebannya ringan dan dalam hal ini pengaturan kecepatannya bisa diatur melalui tegangan suplai. Singkatnya, suplai daya yang diberikan aki akan menggerakan kumparan-kumparan tembaga yang akan menggerakan poros penghubung. Setelah itu, gear pada ujung motor tersebut dihubungkan dengan poros penggerak menggunakan sprocket – rantai. Kemudian sprocket yang berada di poros penggerak dengan torsi yang sudah di perhitungkan akan menggerakan ban dengan diameter 30 [cm]. Sebelum daya aki sampai ke dynamo akan di atur oleh speed control sehingga kecepatan mobil dapat diatur sesuai dengan keinginan kita. Speed control akan dihubungkan oleh pedal Pada proses pengereman, vehicle ini dilengkapi oleh 1 buah rem cakram motor. Kaliper rem akan dihubungkan oleh tali rem yang akan di gerakan oleh pedal. Pada proses steering, vehicle ini mengadopsi system steering go kart. Kemudian pada system suspensi, vehicle ini dilengkapi 4 shock breaker motor yang masing-masing terletak 2 pada roda depan (kanan-kiri) dan 2 pada roda belakang (kanan-kiri). Gaya pegas pada shock breaker sudah diperhitungkan agar cukup menahan beban vehicle dan driver ketika berjalan dan dalam keadaan diam. HASIL DAN PEMBAHASAN Rangka Semua sambungan dari rangka di las, karena sambungan las lebih kuat di bandingkan dengan sambungan baut atau paku keling. Dinamo, Jok, Shock Breaker, Ban, Sistem Kemudi dan Pedal di letakan di rangka dengan sambungan baut, agar mudah di bongkar – pasang. Pengerjaan dari pembautan komponen-komponen di atas dilakukan di bengkel Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta. POLITEKNOLOGI VOL. 14 NO. 3 SEPTEMBER 2015 KESIMPULAN Gambar 6. Rangka Rem Cakram dan Sprocket Rem Cakram dan Sprocket di letakan di poros belakang kendaraan dengan pasak (keyway) agar mudah di bongkar – pasang. Pengerjaan dari pasak ini di lakukan di bengkel Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta. Kendaraan listrik adalah salah satu jalan keluar atas masalah polusi udara. Karena kendaraan listrik sumber tenaganya dari baterai atau sering disebut aki, sehingga kendaraan ini sangat ramah lingkungan atau bisa dibilang “zero emission”. Hal ini dapat mengurangi kadar CO2 dan sejenisnya di udara sebagai bahan kimia yang menyebabkan global warming. PBB dan negara-negara maju sedang melakukan pengembangan kendaraan ini, dengan harapan di masa depan sudah tidak ada kendaraan yang mengunakan bahan bakar fosil , termasuk di Indonesia DAFTAR PUSTAKA Aki Aki di letakan di tempat yang sudah di buat terlebih dahulu dengan ukuran yang sesuai dengan aki di bagian rangka. Pemasangan sistem kelistrikan Sistem pengulangan daya dan sistem pengisian dilakukan setelah semua komponen diletakkan diatas rangka. Voltase yang dikeluarka dari aki distabil kan melalui regulator untuk kemudian dibagikan kepada komponen lain. Uji coba dan pemeriksaan kembali Uji coba mobil ditujukan untuk melihat kekuatan mobil, kecepatan mobil dan melakukan pemeriksaan pada semua komponen Kendaraan listrik adalah salah satu jalan keluar atas masalah polusi tersebut. Karena kendaraan listrik sumber tenaganya dari baterai atau sering disebut aki, sehingga kendaraan ini sangat ramah lingkungan atau bisa dibilang “zero emission”. Hal ini dapat mengurangi kadar CO2 dan sejenisnya di udara sebagai bahan kimia yang menyebabkan global warming. PBB dan Negara maju sedang melakukan pengembangan kendaraan ini, dengan harapan di masa depan sudah tidak ada kendaraan yang mengunakan bahan bakar fosil , termasuk di Indonesia. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Ashby,M.F.(2005). Material Selection in Mechanical Design, Elsevier CEN,C.E.d.N.(2006) Comite Europeen de Normalisation. Consumer Products. Brussels, Belgia. CEN / TC 333 / WG 2 EIA (2009) International Energy Outlook 2009. Washington DC Energi Information Administration, Office off integrated analysis and Climate Agreement in Copenhagen. Paris France. International Energy Agency ( IAE ) Tapani yudhompol, Agustus 2007. Tension Test http://www.seas.upenn.edu Dieter, GE.1988. Mechanical Metallurgy, SI Metric Edition. MC Graw-Hill. ISBN 0-07-100406-8 Specialize in Design, Manufacture Worm/Helical Gear, Gearbox, Reducer www.Li-Ming.com Planethijau.com © 2007 – 2011 Media Energi - Lingkungan – Teknologi A division of EP Medianet Fuad Zainuri dkk, Optimalisasi Rancang Bangun...