C-131 DESAIN SEPEDA STATIS DENGAN GENERATOR MAGNET

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
DESAIN SEPEDA STATIS DENGAN GENERATOR MAGNET PERMANEN SEBAGAI
PENGHASIL ENERGI LISTRIK YANG RAMAH LINGKUNGAN
Hasyim Asy’ari1, Muhammad Alfatih Hendrawan2, Muhammad Wasi Al Hakim3
1,3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
[email protected]; [email protected]
2
ABSTRACT
Depletion of lead fuels fossil effect to price of oil in the world increase, that is followed by the
increase in price of electric basic, the increase in price of electricstart at 1 May 2014. In 2014 the total
increase in price of electricity by 13%. The demand of electric is increase every year, it must be followed
by power generation provided by PLN, in order to it can serve, so PLN must add power generation. Both
of conventional power generation and renewable energi. Photovoltaic, wind energi, geothermal are
kind of renewable energi. The objective of research is design an exercise bike with a permanent
magnet generator to produce electrical energi and determine the capacity of the electrical energi that
can produce. Design static bike producing electrical energi by connecting the rear wheel static bike
with a permanent magnet generator, the ratio between static bike rear wheel with rotor generator pulley
was 10: 1. the rotor of permanent magnet generator using 8 units that is a size of 2 cm x 7 cm x 1 cm.
Stator using the email wire measuring 0.8 mm. that is the number of windings 180 It also uses wending
holder by 2 pieces with a size of 2 cm x 3 cm x 1 cm. This static bike has been integrated with a
permanent magnet generator. The workings of the electric energi generating of static bike is the bike
rear wheel of push the static bike will spin, the wheels of the rotorgenerator spinning effect. It has been
associated with the use of the belt. Rotor rotational speed is determined by the speed of pedaling a
bicycle. The results showed the minimum speed is 1500 RPM and a maximum speed of 3800 RPM.
Load of the system in the form of shiyoku light is 3 Watt DC and DC Fan, at the time rotation of the rotor
is 1500 generator produces a voltage 16.4 volts and the current is 12:33 A or 5.4 watts at that rate of
speed equivalent static bike 18 Km / h, and for the maximum speed the 3800 round of the generator can
generate a voltage of 21.4 volts while the current is 0:47 A 10.2 watt, static bicycles rate indicates the
speed 47 Km / h
Keywords: Sepeda Statis, Generator Magnet Permanen, Energi Alternatif
PENDAHULUAN
Secara umum kegiatan olahraga yang dilakukan oleh masyarakat untuk membakar lemak pada
tubuh yang bisa menimbulkan banyak penyakit. Kegiatan olahraga yang dilakukan oleh masyarakat
antara lain jogging, sepak bola, dan penggunaan sepeda statis dan lain-lain, tujuan berolahraga adalah
sebagaii media pembakar lemak dengan tujuan badan terjaga pada kondisi fit dan sehat. Sekarang ini
pemanfaatan sepeda statis baru sebatas membakar lemak pada tubuh, jika dilihat lebih detail pada saat
proses penggunaan sepeda statis ada potensi lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi
listrik, yaitu dengan penggantian roda sepeda statis dengan generator. Penambahan atau penggantian
roda sepeda statis akan memberi multi fungsi yaitu selain digunakan untuk membakar lemak (original
function) juga dapat digunakan penghasil energi listrik. Pemanfaatan sepeda statis dengan dynamo
ampere dengan rpm 1500 rpm mampu menghasilkan energi listrik 68,75 – 112,66 watt, selama satu
minggu energi listrik yang dihasilkan 15,2375 kWh, (1) (Kurniawan, 2008).
Pemanfaatan dynamo ampere memiliki kekurangan yaitu dibutuhkan external power untuk
dynamo ampere sebagai penghasil medan magnet agar saat rotor diputar mampu menghasilkan energy
listrik, untuk itu perlu dikaji pemanfaatan generator magnet permanen pada sepeda statis agar energy
yang dihasilkan lebih optimal, karena generator magnet permanen tidak membutuhkan external power,
hal ini mengandung makna bahwa semua energy listrik yang dihasilkan dapat disimpan ke storage atau
tempat penyimpanan yaitu batere atau accumulator, (2) (Asy’ari, 2012)
Rancang bangun uninterruptible power supply (UPS) dengan energi hybrid. Penelitian ini
memanfaatkan sepeda statis dan matahari sebagai sumber energi listrik untuk UPS dengan daya 250
watt yang digunakan sebagai energi listrik cadangan untuk computer standar yang digunakan untuk
server pada warnet dan kasir pada supermarket. Pada penelitian ini sepeda statis digunakan untuk
C-131
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
menggerakkan generator untuk mengisi accu secara bersama-sama dengan sel surya (Akhmad, 2011).
Rancang bangun sepeda statis penghasil energi listrik yang ergonomis. Penelitian ini
dilakukan dengan menggunakan metode Phal dan Beitz, konsep yang digunakan pada sepeda statis
penghasil energi listrik yang ergonomis adalah panjang dimensi 1632.6 mm, lebar 569,5 mm dan
tinggi 1315 mm, serta hasil dari perhitungan dan analisis rancangan dapat menghasilkan energi listrik
yang dapat disimpan ke dalam sebuah aki kering dengan kapasitas 120 Ah (Febrian, 2010).
Prinsip kerja generator meggunakan prinsip percobaannya Faraday yaitu memutar magnet
dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet digerakkan dalam kumparan maka terjadi perubahan
fluks gaya magnet (perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus
tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara ujung-ujung kumparan
(yang menimbulkan listrik). Syarat utama untuk menimbulkan beda potensial adalah harus ada
perubahan fluks magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. Cara megubah fluks magnetik
adalah menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya dengan energi dari sumber lain, seperti
angin dan air yang memutar baling-baling turbin untuk menggerakkan magnet tersebut
Gambar.1. Prinsip Pembangkitan Arus
Seperti terlihat pada gambar 1, pada saat magnet digerakan dekat kumparan akan timbul gaya
elektromagnet pada kumparan. Arah tegangan yang dibangkitkan pada saat magnet bergerak mendekat
atau menjauhi kumparan juga berlawanan. Besarnya tegangan yang akan dibangkitkan akan meningkat
sesuai dengan meningkatnya gaya magnet dan kecepatan gerak magnet. Selain itu, tegangan yang
dibangkitkan juga bertambah besar bila jumlah kumparannya ditambah.
Prinsip kerja generator DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus
induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin
belah (komutator). Komutator menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa komutasi merubah arus
yang dihasilkan generator menjadi searah. Berdasarkan sumber arus kemagnetan bagi kutub magnet
buatan tersebut generator arus searah dapat dibedakan menjadi:
1. Generator dengan penguat terpisah, bila arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik
arus searah di luar generator.
2. Generator dengan penguat sendiri, bila arus kemagnetan bagi kutub-kutub magnet berasal dari
generator itu sendiri
METODE PENELITIAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bahan Penelitian
a. Magnet permanen sebanyak 8 buah dengan spesifikasi 2 cm x 7 cm x 1 cm
b. Laker dan As berukuran 20 mm
c. Baut baja sebanyak 12 buah
d. Kawat email 0.8 mm 180 belitan
e. 2 buah dudukan Spul 2 cm x 3 cm x 1 cm
f. 2 buag papan PCB dengan ukuran 25 cm x 27 cm x 1 cm
g. 2 buah piringan besi untuk dudukan magnet berdiameter 17 cm
h. Baut, Poli, Kaki besi siku (4x4) 25 cm 2 buah
i. Sepeda dengan variable speed, Rangka besi.
2. Peralatan Utama
a) Multimeter digital untuk mengukur tegangan.
b) Tachometer untuk mengukur kecepatan putaran motor.
C-132
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
c) Generator magnet permanen termodifikasi sebagai pembangkit listrik saat mengisi ke
akumulator.
d) Rectifilter / diode bridge, Switch / saklar, Akumulator 12 volt 5 Ah.
e) Peralatan kunci, Lampu DC merk Shinyoku dengan kapasitas 3 Watt, Fan DC
3. Diagram Alir Penelitian
Mulai
Perancangan Sepeda Statis dan PMG
Perakitan Rangkaian
Apakah Sistem
MenghasilkanListrik?
Perbaikan
tidak
ya
Pengukuran RPM, Tegangan dan Arus
Analisa HasilPengukuran alat
Selesai
Gambar 2.Diagram Alir Penelitian
PEMBAHASAN
Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 1, 2, 3 dan 4.
Tabel1. Pengujian Sepeda Statis dan Generator Magnet Permanentampa beban.
No
1
2
3
4
Kecepatan Putar
(RPM)
1500
1700
2000
3800
Kecepatan(Km/jam)
Tegangan VDC (Volt)
18
21
25
47
11
12
15
20
Tabel 2 Pengujian Sepeda Statis dengan Inverter
No
1
2
3
4
Kecepatan
(RPM)
1500
1700
2000
3800
Kecepatan
(Km/jam)
18
21
25
47
Tegangan Setelah
Inverter (Volt)
175
190
200
225
C-133
Indikator Lampu
Redup
Nyala redup
Nyala terang
Nyala terang
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Tabel 3 Pengujian Sepeda Statis dengan Beban Kipas DC 12 V
No
Kecepatan
(RPM)
Kecepatan
(Km/jam)
Tegangan
(VDC)
Arus
(A)
Daya
(Watt)
Indikator
Kipas DC 12 V
1
1500
18
7.2
0.21
1.6
Berputar pelan
2
1700
21
8.2
0.23
1.8
Berputar pelan
3
2000
25
8.3
0.25
2
Berputar sedang
4
3800
47
10.9
0.30
3.2
Berputar kencang
Tabel 4 Pengujian Sepeda Statis dengan Beban Lampu 15 Volt
No
Kecepatan
(RPM)
Kecepatan
(Km/jam)
Tegangan
(VDC)
Arus
(A)
Daya
(Watt)
Indicator lampu 15
Volt DC
1
2
3
1500
1700
2000
18
21
25
9.2
10.2
10.5
0.12
0.15
0.17
1.1
1.5
1.7
Redup
Terang
Terang
Hasil penelitian yang ditunjukan pada tabel 1 dan gambar 3 dan 4 terlihat tegangan keluaran
DC dan kecepatan sepeda Km/jam sebelum diberi beban, ketika kecepatan putar 1500 rpm tegangan
yang dihasilkan adalah 11 volt, ketika kecepatan putar 1700 rpm tegangan yang dihasilkan 12 volt,
pada kecepatan 2000 rpmtegangan yang dihasilkan adalah 15 volt, kemudian ketika di putaran 3800
RPM menghasilkan tegangan sebesar 20 volt. Ketika kecepatan putar pada 1500 rpm membutuhkan
kecepatan kayuhan sepeda 18 Km/jam. Begitu pula dengan 1700 RPM harus mengayuh sepeda dengan
kecepatan 21 Km/jam, dan ketika di kecepatan putar 2000 RPM maka kecepatan kayuhan adalah 25
KM/jam. Begitu pula pada kecepatan 3800 RPM membutuhkan kecepatan kayuhan sepeda dengan
kecepatan 47 Km/jam. Semakin cepat kayuhan atau semakin cepat putaran RPM maka baik tegangan
maupun kecepatannya akan terus bertambah atau terus semakin besar.
Tegangan VDC
25
20
20
15
10
15
11
12
1500
1700
5
0
2000
3800
Kecepatan RPM
Gambar 3. Hubungan Kecepatan Putar dengan Teganan Keluaran
Hasil percobaan yang ditunjukan pada tabel 2 menunjukkan tegangan keluaran dengan
kecepatan putar yang langsung dihubungkan ke inverter, saat output generator yang disambungkan
langsung ke beban pada kecepatan putar 1500 rpm maka tegangan yang keluar dari beban sebesar 157
volt, ketika berada di putaran 1700 rpm maka tegangan yang keluar sebesar 190 volt, saat pada
kecepatan putar 2000 rpm tegangan yang dihasilkan 200 volt, dan ketika pada kecepatan putar penuh
3800 rpm tegangan yang keluar dari inverter sebesar 225 volt. Ketika tersambung langsung ke inverter
maka hasilnya berbeda apabila diberi beban sebuah akumulator.Pada saat sepeda statikdibebani
akumulator maka tegangan yang keluar dari inverter lebih stabil, sedangkan jika disambungkan secara
langsung ke inverter maka hasilnya outputnya kurang stabil.
C-134
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta,15 November 2014
47
50
Kecepatan (Km/jam)
ISSN: 1979-911X
40
30
18
20
25
21
10
0
1500
1700
2000
3800
Kecepatan putar RPM
Gambar 4. Hubungan Kecepatan Putar dengan Kecepatan Sepeda Statis
Hasil pengujian ketiga yang ditunjukkan pada tabel 3 dan gambar 5, sepeda statis dibebani
kipas 12 volt DC. Kecepatan putaran 1500 rpm dengan beban kipas menunjukkan tegangan keluaran
adalah 7.2 volt, dan pada saat kecepatan putar berada pada 1700 rpm maka tegangan yang di keluarkan
sebesar 8.2 volt, begitu pula ketika kecepatan putar berada di 2000 rpm tegangan yang dikeluarkan
adalah 8.3 volt, pada saat berada di putaran maksimal 3800 rpm tegangan yang dikeluarkan adalah
10.9 volt. Arus yang yang menagalir pada saat dibebani masih kecil, ini di karenakan penggunaan
beban yang juga kecil. Pada saat kipas 12 volt terhubung, sepeda statis dengan kecepatan putar 1500
rpm maka arus yang dihasilkan hanya 0.21 Ampere, sedangkan pada kecepatan putar 1700 rpm hanya
menghasilkan arus sebesar 0.23 Ampere, untuk kecepatan putar 2000 rpm arus yang mengalir adalah
sebesar 0.25 ampere, dan pada saat kecepatan putar maksimal yaitu 3800 rpm arus yang dialirkan
hanya 0.30 ampere.
12
10
10,2
10,5
0,13
0,15
0,17
1500
1700
tegangan
2000
arus
9,2
8
6
4
2
0
Gambar 5.
Pengaruh Kecepatan Putar terhadap Teganagn Keluaran dan Arus
Pada hasil percoaan keempat yang ditunjukkan pada tabel 4 dan gambar 5, sepeda statis
dibebani dengan menggunakan beban lampu DC 15 Volt. Pada kecepatan putar di 1500 rpm maka
tegangan yang dikeluarkan adalah 9.2 volt dan arus adalah 0.13 A , ketika pada kecepatan putar 1700
rpmtegangan yang dihasilkan adalah 10.2 volt dan arusnya 0.15 A, dan pada kecepatan putar 2000 rpm
tegangan yang dihasilkan adalah 10.5 volt dan arusnya 0.17 A.Semakin tinggi kecepatan putar maka
hasil dari tegangan dan arus juga semakin naik, sebaliknya jika kecepatan putar rendah maka tegangan
dan arus juga akan rendah atau menurun.
KESIMPULAN
Daya listrik yang dapat dihasilkan minimal adalah 5.4 watt dan maksimalnya adalah 10.2 watt,
tegangan minimal yang dihasilkan adalah 16.4 volt dan tegangan maksimalnya adalah 21.4 volt.
Ketika generator diberi beban kayuhan akan tersa lebih berat dibandingkan tanpa beban.
C-135
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta,15 November 2014
ISSN: 1979-911X
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah membiayai melalui
skema Hibah Bersaing sehingga kegiatan penelitian ini bisa terlaksana. Terima kasih juga lembaga
penelitian dan pengabdian masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah membantu
demi lancarnya proeses penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Aji, Dhanar Yuwono. 2013. Desain Generator Axial Kecepatan Rendah Dengan Menggunakan
Magnet Permanen. Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Akhmad Z.F, 2011. Rancang Bangun Uninterruptible Power Suplay dengan Energy Hybrid. Surabaya
Anugrah D.Z. dkk. Pembuatan Sepeda Listrik Bertenaga Surya Sebagai Alat Transportasi Alternatif
Masyarakat melalui “Program Kreatifitas Mahasiswa (PKMT)”. Universitas Gajah Mada,
Elektronika, Ensiklopedia. Medan magnet permanen.Ilmuku.com
Febrian, D.K, dkk, 2010. Rancang Bangun Sepeda Statis Penghasil Energi Listrik yang Ergonomis.
Yogyakarta.
Hakim, Arief Rahman. 2012. Desain Generator Magnet Permanen untuk Sepeda Listrik. Teknik
Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Irasari, Pudji. Metode Perancangan Generator Magnet Permanen Berbasis Pada Dimensi Stator Yang
Sudah Ada.Pusat Penelitian Tenaga Listrik Dan Mekratonik, LIPI.
Ridwan, Abrar. Pengembangan Generator Mini Dengan Menggunakan Magnet Permanen. Fakultas
Teknik Universitas Indonesia, Indonesia.
C-136