PEMBANGKIT LISTRIK TANPA PUTUS DENGAN ME

(1)

PEMBANGKIT LISTRIK TANPA PUTUS DENGAN MELAKUKAN DAUR ULANG

ENERGI

Nugroho Santoso (12.10201.00034) , Ir. Jamaaluddin, MM.² Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sidoarjo

1_{inu.rinjani@gmail.com,}2_{jamaaluddin.dmk@gmail.com}

ABSTRAK

Pembangkit listrik adalah suatu alat yang dapat membangkitkan dan memproduksi tegangan

listrik dengan cara mengubah suatu energi menjadi energi listrik. Energi listrik sudah menjadi

bagian yang penting bagi kehidupan manusia saat ini. Arus listrik dimanfaatkan sebagai sumber

energi untuk menghidupkan berbagai macam alat-alat listrik baik untuk instalasi penerangan rumah

tinggal, industri dan peralatan elektronik lainya. Pada penelitian ini, penulis membuat suatu alat

pembangkit listrik yang dapat menghasilkan energi listrik 220 volt 450 watt dengan media aki

sebagai penyimpan arus listrik dengan menggabungkan beberapa komponen elektronik. Sistem

kerja alat bersifat mengkonversi dari energi yang satu ke energi yang lain.

Kata kunci : generator, energi listrik, kekekalan energi, inverter.

Pendahuluan

Pembangkit listrik adalah suatu alat yang dapat membangkitkan dan memproduksi tegangan listrik dengan cara mengubah suatu energi menjadi energi listrik. Adapun beberapa pembangkit listrik diantaranya PLTA ( Pembangkit Listrik Tenaga Air ), PLTU ( Pembangkit Listrik Tenaga Uap ), PLTN ( Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir ), PLTB ( Pembangkit Listrik Tenaga Batubara ), PLTS ( Pembangkit Listrik Tenaga Surya ) dan PLTA ( Pembangkit Listrik Tenaga Angin ) dimana semua pembangkit listrik tersebut membutuhkan energi sesuai dengan namanya untuk menggerakan generator. Generator merupakan bagian utama dari pembangkit listrik yakni mesin berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip medan magnet dan penghantar listrik.

Listrik sudah menjadi bagian yang penting bagi kehidupan manusia saat ini. Arus listrik dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk menghidupkan berbagai macam alat-alat listrik baik untuk instalasi penerangan rumah tinggal, industri dan peralatan elektronik lainya. Namun secara umum pasokan energi listrik diproduksi oleh PLN ( Perusahan Listrik Negara ) dan didistribusikan ke konsumen. Selain itu juga ada pembangkit listrik yang ada pada pabrik pabrik seperti genset sebagai cadangan bila listrik PLN padam agar prduksi tetap berjalan. Untuk kalangan masyarakat umum juga tersedia genset dengan kapasitas yang kecil dengan menggunakan bahan bakar minyak dan biasa digunakan untuk kegiatan outdoor maupun pada acara pernikahan di rumah tinggal untuk menambah pasokan daya listrik yang dibutuhkan.

Seiring dengan kebutuhan energi listrik yang sangat penting dewasa ini diperlukan sebuah terobosan untuk lebih memanfaatkan energi dengan sebaik baiknya. Karena sumber energi yang ada di bumi lama lama akan habis dan tidak dapat diperbarui seperti bahan bakar minyak yang

merupakan salah satu sumber dasar untuk dikonversi dan mengoperasikan generator dan kebutuhan lainnya.

Aki ( akumulator ) merupakan sebuah alat yang dapat menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Selain menghasilkan arus listrik, aki juga dapat diisi arus listrik kembali. Alat untuk mengisi aki bisa memakai alternator maupun dengan transformator. Dan untuk merubah tegangan DC ke AC menggunakan inverter agar dapat mengoperasikan alat alat dengan tegangan 220 volt AC. Prinsip kerja alat yaitu aki mensupply inverter untuk dirubah dari 12 volt DC menjadi 220 volt AC untuk pemakaian beban. Selain untuk beban, output inverter ini difungsikan untuk mengoperasikan motor listrik yang dikopel dengan alternator dan alternator berfungsi mencharger aki. Selain dengan cara tersebut alat ini juga menggunakan transformator sebagai sistem charger dimana output inverter mengoperasikan charger untuk mengisi energi listrik pada aki yang berbeda dengan timer secara bergantian dimana ketika aki supply kehabisan listrik maka aki yang diisi akan menjadi supply untuk mengisi balik aki pertama.

Tujuan Penelitian ini adalah membuat sebuah alat pembangkit listrik yang dapat menghasilkan energi listrik 220 volt 450 watt dengan media aki sebagai penyimpan arus listrik dengan menggabungkan beberapa komponen elektronik. Sistem kerja alat bersifat mengkonversi dari energi yang satu ke energi yang lain dan tidak memakai bahan bakar sehingga ramah lingkungan serta tidak menimbulkan emisi gas buang seperti genset yang ada saat ini. Berdasarkan uraian tersebut maka judul skripsi ini adalah pembangkit listrik tanpa putus dengan melakukan daur ulang energi.

(2)

Rumusan Masalah

Melihat latar belakang permasalahan maka masalah yang dapat dirumuskan yaitu :

1. Bagaimana cara kerja masing masing komponen dari keseluruhan rangkaian pembangkit listrik dengan aki sebagai penyimpan arus listrik ? 2. Bagaimana perhitungan arus listrik yang

tersimpan pada aki dengan beban watt yang dipakai ?

Batasan Masalah

Penelitian ini memiliki batasan atau ruang lingkup penelitian yang mencakup :

1. Aki yang akan digunakan untuk menyimpan arus listrik sebesar 12 volt dc 60 ampere hour 1 buah, 12 volt 4,5 apere hour 2 buah.

2. Inverter yang akan digunakan untuk merubah tegangan dc ke ac adalah inverter tegangan input 12 volt dc dengan output 220 volt ac berdaya 450 watt

pure sine wave ( gelombang sinus ).

3. Memakai motor listrik ac 1 fasa ( motor mesin cuci ) dengan input tegangan dari output inverter untuk diambil energi mekanik dan dihubungkan ke generator ampere.

4. Charger aki dengan menggunakan adaptor 12 volt 5 ampere.

5. Generator ampere yang akan digunakan untuk menghasilkan arus listrik adalah generator ampere / alternator mobil.

6. Pengontrolan delay timer umpan balik aki sebagai input dan output ketika menjalankan sistem secara otomatis menggunakan arduino.

7. Hasil berupa tegangan listrik untuk beban pemakaian peralatan rumah tinggal seperti pompa air, lampu, magicom, televisi, dan lain lain ditampilkan dalam bentuk analisa data pengujian secara pengamatam langsung pada alat yang terbuat.

Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah tersebut, maka tujuan penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui kapasitas arus ampere hour, tegangan pada aki dengan watt pada beban.

2. Untuk mengetahui rpm generator amper dan hasil tegangan listrik yang dihasilkan.

3. Untuk mengetahui tegangan output charger dengan adaptor.

4. Membandingkan beda potensial antara tegangan aki pada posisi input dan tegangan aki pada posisi output pada saat sirkulasi daur ulang.

5. Sistem ini dapat digunakan pada rumah tinggal sederhana dengan daya 450 watt atau cadangan listrik apabila listik PLN padam serta pada kegiatan outdoor karena besifat portable.

Metode Penelitian

Gambar 1. Diagram alir penelitian

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Merakit alat berupa pembangkit listrik dengan melakukan daur ulang energi menggunakan komponen komponen dari energi yaan satu ke energi yang lain sehingga meghasilkan energi listrik tegangan 220 volt ac. Mengamati langsung data sebab akibat dalam suatu proses melalui eksperimen sehingga dapat mengetahui pengaruh variasi waktu pengoperasian alat terhadap besarnya energi listrik yang dihasilkan.

Energi listrik dalam penelitian ini yaitu waktu proses pemakaian aki 12 volt dc untuk diinverter menjadi 220 volt ac. Selanjutnya proses pengisian aki dengan sumber energi hasil inverter.

Alat dan Bahan

Aki ( akumulator ) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Selain menghasilkan arus listrik, aki juga dapat diisi arus listrik kembali. Secara sederhana aki merupakan sel yang terdiri dari elektrode Pb sebagai anode dan PbO2 sebagai katode dengan elektrolit H2SO4.Bagian utama akumulator, yaitu :

1. Kutup positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2)

2. Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb) 3. Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4)

dengan kepekatan sekitar 30%

(3)

akumulator yang dinyatakan dengan satuan Amperejam (AH) yang ditulis dalam persamaan sebagai berikut : Kapasitas aki (AH) = Arus pemakaian (I) x Lama Pemakaian (t)

Karena adanya reaksi kimia antara plat- plat dan asam sulfat didalam elektrolit akan menimbulkan arus listrik ( ampere ). Besarnya jumlah ampere yang ditimbulkan dalam suatu aki sesuai dengan besarnya luas permukaan plat plat yang teredam dalam elektrolit. Jadi dengan bertambahnya luas penampang plat, tegangan listrik tidak akan bertambah tetapi jumlah arus yang dihasilkan atau kapasitas aki akan bertambah besar.

Gambar 2. Bagian bagian aki

Inverter DC ke AC adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine wave modified). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery atau sumber tegangan DC yang lain.

Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi : Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output dengan bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapat memberikan supply tegangan ke beban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang baik. Sine wave modified inverter yaitu inverter dengan tegangan output berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik. Square wave inverter yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.

Gambar 3. Skema Prinsip Kerja Inverter DC ke AC

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation PWM) dalam proses konversi tegangan DC menjadi tegangan AC.

Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

Gambar 3. Bagian bagian motor listrik

Alternator adalah peralatan elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik arus balik. Pada prinsipnya generator listrik arus bolak-balik disebut dengan alternator tetapi pengertian yang berlaku umum adalah generator listrik pada mesin kendaraan.

Gambar 4. Rangkaian alat

(4)

Gambar 5. Rangkaian alat

Sistem Pemakaian

Dalam sistem ini ketika kondisi aki dalam keadaan kapasitasnya mengalirkan energi listrik yang tersimpan dari 12 volt dc 60 ampere hour dihubungkan ke rangkaian inverter untuk dirubah menjadi tegangan 220 volt ac dengan daya 450 watt untuk beban.

Gambar 6. Sistem Pemakaian

Sistem Pengisian

Dalam sistem ini memanfaatkan output inverter 220 volt ac untuk menghidupkan motor listrik 1 fasa. Motor listrik ini diambil energi mekanik dan dikopel dengan alternator. Alternator inilah yang berfungsi menghasilkan energi listrik untuk mengcharger/ mengisi arus listrik pada aki.

Gambar 7. Sistem Pengisian

Sistem kontrol

Arduino adalah papan rangkaian elektronik yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Program yang direkam bertujuan agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses dan menghasilkan output sesuai yang dinginkan. Output bisa berupa sinyal, besaran tegangan, lampu, suara, getaran, gerakan dan sebagainya.

Gambar 8. Board arduino

Sistem kontrol berfungsi untuk mengakifkan relay NC NO yang terhubung pada input aki satu untuk mensuply inverter dan output charger ke aki dua. Tujuan memakai dua buah aki ketika aki pertama dipakai untuk mensuply sistem dan aki kedua untuk diisi energi listrik agar tidak terjadi panas pada aki. Sistem bekerja secara bergantian dimana ketika timer delay 8 menit maka proses yang mana aki pertama menjadi supply akan berkurang energi listriknya dan berubah posisi menjadi di charger. Sebaliknya posisi aki yang dicharger menjadi penuh enerni listriknya maka akan menjadi supply balik untuk mensuply keseluruhan sistem.

(5)

Gambar 10. Sketch pemrograman relay dengan arduino

Listing program :

Sketch program kontrol relay #include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8); int analogInput=A0;

int relay = 4; void setup() {

pinMode(relay, OUTPUT); pinMode(A0,INPUT); pinMode(4,OUTPUT);

analogReference(INTERNAL); pinMode(analogInput,INPUT); lcd.begin(16, 2);

Serial.begin(9600);

Serial.print("DC VOLTMETER"); }

void loop() {

digitalWrite(relay, HIGH); delay(480000);

digitalWrite(relay, LOW); delay(480000);

lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Nugroho Santoso"); lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" 121020100034 "); delay (500 );

}

Gambar 11. Sistem kontrol

Hasil dan Pembahasan

Pembuatan alat pembangkit listrik ini bersifat daur ulang berkesinambungan dimana aki sebagai start pertama untuk menjalankan keseluruhan alat karena sifatnya yang dapat menyimpan, mengalirkan dan diisi energi listrik lagi dimana sirkulasi sistem di proses dari rangkaian alat ini sendiri.

Pengujian tegangan dan kapasitas ampere hour aki dapat dihitung dengan rumus:

P = V x I P = Daya (Watt) V = Tegangan (Volt) I = Kuat Arus (Ampere)

Untuk menghitung waktu pengisian aki beberapa hal yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut:

Misal diketahui :

Voltase aki 12 volt Kapasitas aki 60 Ah Waktu pengisian 2 jam Tegangan pengisian 13,8 Volt Berapa watt charger yang dibutuhkan ? Jawab :

I = 60 Ah / 2 Jam = 30 ampere

Ditambah 20% diefisiensi = 20 / 100 x 30 ampere = 6 ampere I = 30ampere + 6 ampere

= 36 ampere. P = V x I

= 13,8 Volt x 36 Ampere = 496,8 Watt.

(6)

Tabel 1. Hasil Pengujian Pemakaian Energi Listrik Pada Aki

Pada tabel 1 menunjukkan besarnya nilai tegangan aki terpakai terhadap beban watt selama 8 menit secara bergantian.

Grafik 1. Pengujian Lama Pemakaian Aki Terhadap

Tegangan Terpakai

Grafik 2. Pengujian Lama Pemakaian Aki Terhadap Daya

Pemakaian

Tabel 2. Hasil Pengujian Pemakaian dan pengisian Energi

Listrik Pada Aki

Pada tabel 2 menunjukan lama pemakaian selama 40 menit dengan tiap 8 menit terhadap tegangan terisi, daya pemakaian, tegangan supply dan arus untuk mencharger.

Grafik 3. Pengujian Lama Pemakaian Aki Terhadap Tegangan Terisi

0

sirkulasi 1 sirkulasi 2 sirkulasi 3 sirkulasi 4 sirkulasi 5

Te

Lama Pemakaian Aki Selama 8 Menit Dalam 1 Sirkulasi

Da

Te

(7)

Grafik 4. Pengujian Lama Pemakaian Aki Terhadap Daya Pemakaian

Grafik 5. Pengujian Lama Pemakaian Aki Terhadap Tegangan Untuk

Supply

Grafik 6. Pengujian Lama Pemakaian Aki Terhadap Arus Pengisian

Dari data tersebut menunjukkan adanya sirkulasi daur ulang antara supply dengan output berupa aki yang dicharger selama 8 menit secara terus menerus dengan konsumsi beban pemakaian 40 watt dimana 30 wattt untuk sirkulasi sistem dan 10 watt adalah energi konsumsi beban

pemakaian berupa lampu. Ketika aki pertama menjadi input supply maka setelah 8 menit akan berubah menjadi output penerima charger dan sebagai input suplly adalah aki ke dua dan proses ini akan bekerja secara bergantian.

Kesimpulan

Berdasarkan uraian permasalahan dan pembahasan pada bab sebelumnya tentang penyusunan penelitian mengambil kesimpulan bahwa :

1. Pembangkit listrik ini sudah dapat melakukan sirkulasi daur ulang energi, namun terjadi defisit energi listrik pada aki.

a. Energi yang dikeluarkan aki untuk mensuply keseluruhan sistem dan output untuk konsumsi pemakaian lebih besar daripada energi listrik yang masuk dari sistem charger alternator ke aki.

b. Pemakaian energi listrik pada aki untuk mensuply sistem inverter DC ke AC dengan mendaur ulang untuk mengcharger balik ke aki menambah waktu pemakaian kapasitas ampere hour dengan beban watt pemakaian yang sama. c. Untuk beban induksi minimal ampere hour di aki dengan kapasitas 50 AH, namun untuk beban lampu 5 AH.

d. Jika aki kehabisan kapasitas AH, maka disistem tidak dapat menjalankan sirkulasi charger, namun masih bisa mencharger dengan bantuan input listrik PLN untuk memutar motor listrik yang dikopel dengan alternator maupun dengan charger transformator.

2. Untuk sistem charger aki mengunakan sistem charger adaptor PWM dapat mengeluarkan tegangan 13,5 volt dan arus 4 ampere dapat menyalakan lampu 10 watt ac selama 8 menit dan secara terus menerus.

3. Untuk sistem charger alternator nissan jenis IC output tegangan tanpa beban 34 volt dc dengan RPM 1342, pemutaran menggunakan motor pompa air shimizu. Namun ketika dibebani untuk mengcharger putaran melambat dan hanya mengeluarkan tegangan output 9 volt dc karena torsi motor pompa kurang kuat.

4. Untuk sistem charger alternator cut out toyota tegangan output 12,40 volt dc diputar dengan motor mesin cuci dan mengkonsumsi daya 300 watt ac. 5. Untuk dapat melakukan charging harus terdapat

beda potensial yaitu tegangan dan arus pengisi harus lebih besar dari yang diisi

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan Penulis atas penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Diharapkan dengan adanya pembangkit ini dapat memenuhi kebutuhan energi listrik baik indoor maupun outdoor.

2. Perlu dibuatnya rangkaian sebagai penyempurna dalam menghasilkan energi listrik supaya banyak lagi daya watt yang dihasilkan untuk mensuply beban dan tidak terjadi defisit energi.

0

Da

Te

Grafik Tegangan Untuk Supply

0

Ar

(8)

3. Dalam proses produksi alat maupun operasional alat lebih murah dibanding hasil keluaran yang digunakan dan bersifat jangka panjang.

4. Sirkulasi daur ulang penyimpanan energi listrik pada aki terjadi losses karena tiap tiap komponen mengkonsumsi daya aki untuk dapat menjalankan sistem, daya mensupply inverter dengan output diharapkan konsumsi input lebih kecil dan dapat mengeluarkan daya besar.

Daftar Pustaka

Yogi Sahfril Pramudiya Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri Universitas Gunadarma

Margonda Raya 100 Depok 16424, Pembangkit

listrik tenaga air dengan menggunakan dinamo

sepeda .

Puji Setiono Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, FakultasTeknik Universitas Negeri Semarang

(2006), Pemanfaatan alternator mobil sebagai pembangkit lstrik tenaga angin .

Hasyim Asy ari, Abdul Rozaq, Feri Setia Putra Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417,

pemanfaatan solar cell dengan PLN sebagai sumber energi listrik rumah tinggal

Drs. Buntarto, M.pd, Sistem kelistrikan pada mobil . Firmansyah Saftari, Proyek Robotik keren dengan arduino

.

http://www.edukasielektronika.com/2015/05/cara-menghitung-lama-waktu-pemakaian.html

http://www.viarohidinthea.com/2014/11/sistem-pengisian.html

http://otomotrip.com/prinsip-kerja-ket-out-sebagai-regulator-mekanik-pada-alternator-mobil.html https://www.google.com/search?q=charger+aki+pwm&ie=u

tf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:en-

US:official&client=firefox-a#q=prinsip+kerja+pwm