1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada penelitian sebelumnya dihasilkan generator fluksi aksial dengan magnet ferrite untuk turbin angin daya 1000 Watt (Sugeng,2005), dalam pengujiannya ternyata masih belum sesuai dengan kebutuhan perencanaan daya.Kenyataannya adalah bahwa putaran 400 rpm menghasilkan ± 200 Watt .Sedangkan perancangan yang dilakukan kecepatan 400 rpm menghasilkan daya 1000 Watt.Namun generator yang ada sekarang ini harus diperbaiki, luas permukaan kawat email dan dari segi dimensi dirasa kurang praktis karena pada perancangan sebelumnya menggunakan magnet ferrite sehingga rotor yang dibuat terlalu besar serta terlalu berat, jika di aplikasikan untuk lampu rumah tangga.dari segi magnet memiliki kelebihan tahan terhadap korosi,namun memiliki kelemahan seperti:kurang kuat medan magnet, tidak tahan dengan suhu tinggi (http://tokomagnet.com/php/magnet)
2
pada magnet ini harus menggunakan diameter yang kecil.
Berdasarkan pemaparan permasalahan diatas maka sebagai solusi perlu adanya redesain generator dengan judul “ Pengujian Lapangan Generator dengan magnet neodymium Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt” yang merupakan pengembangan dari generator fluksi aksial yang telah ada.Dimana arus yang dikeluarkan oleh generator neodymium ini harusnya lebih besar karena memiliki kualitas yang baik di bandingkan generator menggunakan magnet ferrite.
1.2. Rumusan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan generator model fluksi aksial, dapat dirumuskan permasalahan yang diangkat yaitu bagaimana rancangan serta hasil dari setelah pengujian generator model Fluksi Aksial dengan kecepatan putar relatif rendah sebagai sumber tegangan listrik alternatif untuk lampu rumah tangga dengan daya 45 watt.
1.3. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Mendapatkan data hasil dari pengujian generator megnet neodymium tipe fluksi aksial
2. Mendapatkan performa generator magnet permanen tipe fluksi aksial.. 1.4. Manfaat
Manfaat yang di peroleh dari Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Generator Magnet Permanen Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 watt ini adalah :
3
2. Bagi masyarakat, dapat digunakan sebagai penunjang konstruksi pembangkit listrik dengan menggunakan turbin angin
1.5. Batasan Masalah
Sebagai batasan dalam perancangan ini adalah :
1. Generator yang dirancang menggunakan model Fluksi Aksial dengan daya 45 watt.
2. Kuat medan magnet yang digunakan menggunakan magnet neodymium. 1.5.1. SISTEMATIKA PENULISAN
PENGUJIAN LAPANGAN GENERATOR FLUKSI
AKSIAL MAGNET NEODYMIUM DENGAN DAYA 45
WATT
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
HENDY WAHYU OKTAVIYANTO
NIM 07510026
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Hendy Wahyu.O
Nim : 07510026
Tempat / Tanggal Lahir : Batu, 13 Oktober 1988 Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa : 1. Tugas Akhir dengan Judul :
“Pengujian Lapangan Generator Fluksi Aksial Magnet Neodymium Dengan Daya 45 Watt “ Adalah hasil karya saya,dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diiajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik disuatu perguruan tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat
unsur-unsur “PLAGIASI”, saya bersedia “TUGAS AKHIR INI
DIGUGURKAN” dan “GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA
PEROLEH DIBATALKAN”,serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku. 3. Tugas Akhir ini dijadikan sumber pustaka yang merupakan “ HAK
BEBAS ROYALTY NON EKSLUSIF”
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, Januari 2012 Dengan Hormat,
Pengujian Lapangan Generator Magnet Neodymium Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt
Oleh : Hendy Wahyu. O, Pembimbing I : Ir.Trihono Sewoyo,MT, Pembimbing II : M.Lukman Ir, MT
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRAKSI
Krisis energi yang melanda Indonesia, khususnya energi listrik telah memaksa berbagai pihak untuk mencari solusi dalam mengatasi persoalan ini. Salah satu yang sedang popular adalah pemanfaatan tenaga angin. Dalam pemanfaatan energi bersifat fluktuatif tersebut dibutuhkan mesin listrik (generator) yang sesuai dengan karakteristik penggeraknya
Generator ialah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik melalui proses induksi magnetic. Generator memperoleh tenaga mekanis dari penggerak mula (primer mover). Tenaga mekanik disini digunakan untuk memutar kumparan kawat-kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.
Generator listrik yang tersedia banyak dipasaran (tipe radial flux) biasanya berjenis high speed induction generator. Generator jenis ini membutuhkan energi listrik awal (excitation voltage) untuk membuat medan magnetnya. Selain itu juga sebagian besar (lebih dari 90%) turbin angin di dunia menggunakan generator slip-ring dan high speed induction generator, yang mempunyai kekurangan, antara lain : biaya tambahan untuk slip-ring itu sendiri, perawatan brush-gears, termasuk penggantian brush pada periode tertentu.
Sebagai solusinya, pada penelitian ini dirancang generator fluksi aksial menggunakan multi pole magnet permanen untuk menggantikan tegangan eksitasi. Untuk menghasilkan tegangan yang stabil maka dipilih generator 3 fasa. Generator aksial memiliki 2 bagian utama, yakni rotor dan stator. Rotor terdiri dari 12 pasang magnet permanen yang dipasang saling berhadapan dan tarik menarik satu dengan yang lainnya. Stator terdiri dari 9 buah kumparan dengan 137-138 lilitan disetiap kumparannya.
Ground Test Generator Neodymium Magnet Axial Fluks With 45 Watt Energy
Oleh : Hendy Wahyu. O, Pembimbing I : Ir.Trihono Sewoyo,MT, Pembimbing II : M.Lukman Ir, MT
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRACT
Energy crisis in Indonesia, especially electrical energy has forced many fields to find the solution in solving this problem. one most popular of them is the utilization of water and wind energy. In the utilization fluctuation of energy, needed electrical machine (generator) can suitable with character of working power.
Generator is a machine that changes mechanical energybecome electricity through a process electromagnetic induction. Generator obtain mechanical energy from the drive first (primary mover). Mechanical energy is used here to turn the coil wire conductor in a magnetic field or otherwise play a magnet between coils of wire conductor.
Electrical generator has been widely spread in the market (radial flux type), usually in the kind of high speed induction. Generator where in this type initial electrical energy (excitation voltage) to make its magnetic field. While, most of wind turbine (less than 90%) in the world using slip-ring generator and high speed induction generator. It’s need most cost extra for slip-ring, maintenance brush-gears, maybe sometimes include to replace with new brush.
As the solution, in this research has been designed the generator axial flux with multi pole permanently magnetic to replace the existence voltage. To generate stable of voltage building three phase of generator. There are two main parts in generator axial flux, they are rotor and stator. Rotor build in 12 couple of permanently magnet, confront and pull each other. Stator build in 9 coils by 517-518 turns conductor in each coil.
KATA PENGANTAR
Assalammu’alaikum Wr. Wb.
Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat serta hidayah-Nya kepada kita semua. Semoga sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW. Dengan berkah dan ridho-Nya, akhirnya penulisan skripsi yang berjudul "Pengujian Lapangan Generator Magnet Neodimium Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt " ini dapat terselesaikan.
Selain sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana bagi mahasiswa Teknik Mesin UMM, semoga tugas akhir ini juga dapat bermanfaat sebagai sumbangan pikiran dari penulis bagi pembaca sekaligus pengembangan keilmuan berkaitan dengan energi alternatif dan konversi energi elektromagnetik.
Terima kasih yang sebesarnya penulis ucapkan kepada banyak pihak yang telah membantu terselesainya skripsi ini, baik secara langsung maupun tidak langsung. Terimakasih penulis ucapkan kepada :
1. Kedua Orang tua dan Kakak tercinta (Ibu Yayuk,Bpk Waluyo,Mbak Nova) yang tiada henti memberikan doa, dukungan, senantiasa menasehati, memberi semangat dan materi, serta semua pengorbanannya bertahun-tahun demi selesainya pendidikanku selama ini. Semoga Allah SWT membalas semua
amalan dan memberinya kesehatan lahir dan batin selalu, amin…
penulis dapat menyelesaikan dan meminimalisir kesalahan dalam tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. M.Lukman, MT, selaku pembimbing dua yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan,memberikan nasehat yang bermanfaaat sekali sehingga pengerjaan skripsi ini berjalan dengan baik. 4. DR.Ali Saifullah, ST. MT, selaku dosen wali jurusan teknik mesin angkatan
2007 yang telah mendampingi proses akademik selama kuliah di jurusan Teknik Mesin.
5. Ir.Mulyono.MT , selaku kajur Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang yang senantiasa membantu membimbing dan mengarahkan semua kegiatan yang ada di dalam kampus terutama jurusan teknik mesin.
6. Sahabat satu tim dalam pengerjaan tugas akhir (Dita,Totok,Arip), terima kasih atas kekompakannya, saling memberi semangat, dan yang terpenting kebersamaan diwaktu susah maupun senang.
7. Untuk adik Qoqom tersayang yang telah memberikan dorongan semangat, dukungan, motivasi, dan perhatian selama ini.
8. Teman-teman yang kenal dengan penulis dan penulis kenal yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih untuk bentuannya dalam bentuk apapun selama ini
10.Teman-teman kontrakan Jl.Margojoyo no.1 semuanya terima kasih atas segala bantuannya dan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah (skripsi) ini mungkin belum bisa dikatakan sempurna, dikarenakan ilmu yang masih terbatas dan belum berkembang. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritik, saran, dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak yang bersifat membangun demi terciptanya karya ilmiah yang lebih baik dan berguna bagi masa depan. Semoga hasil karya penulisan ini dapat memberikan manfaat bagi kehidupan kita semua di masa yang akan datang. Tetap cintai,lindungi dan jaga bumi kita dari pemanasan global. Akhir kata, penulis menyampaikan terima kasih atas perhatiannya.
Wassalammu’alaikum Wr. Wb.
Malang, Januari 2012 Penulis,
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL POSTER LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR ASISTENSI LEMBAR PERNYATAANABSTRAKSI……….. i
KATAPENGANTAR……… ii
DAFTAR ISI………...iii
DAFTAR TABEL...v
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Rumusan Masalah ... 2
1.3Tujuan ... 2
1.4Manfaat ... 2
1.5Batasan Masalah... 3
1.5.1 Sistematika Penulisan... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Generator ... 4
2.2 Prinsip Dasar Generator ... 5
2.3Jenis Generator ... 5
2.4 Rotor ... 9
2.5 Stator ... 10
2.6 Tegangan dan Arus Bolak-Balik ... 10
2.7 Frekuensi ... 11
2.8 Reaktansi ... 12
2.9 Rectifier ... 13
2.10 Magnet... ... 14
2.11 Jenis-jenis Magnet ... 14
2.11.1 Magnet Tetap... ... 14
2.11.2 Klasifikasi Magnet Neodymium ... 16
2.12. Besaran-Besaran Magnet ... 16
2.12.1 Induksi Medan Magnet ... 17
2.13 Kawat Tembaga ... 19
2.14 Resin... ... 20
2.14.1 Macam-Macam Resin ... 21
2.15 Katalis... ... 22
2.16 Poros ... 23
2.17 Bantalan... 24
2.18 Jenis Bantalan... 24
2.19 Metode Pengujian... 25
BAB III PERANCANGAN GENERATOR 3.1 Desain Generator Fluksi Aksial ... 30
3.1.1 Identifikasi Masalah ... 31
3.1.2 Struktur Fungsi ... 32
3.1.3 Prinsip Kerja ... 33
3.1.4 Kombinasi dan Susunan Konsep ... 33
3.2 Evaluasi Terhadap Kriteria Teknik/Ekonomi ... 34
3.3 Penentuan Daya Generator ... 35
BAB IV PEMBUATAN DAN PENGUJIAN GENERATOR 4.1 Pengujian Generator ... 38
4.2 Prosedur pengujian ... 38
4.2.1 cara pengambilan data ... 42
4.3 Data Pengujian ... 43
4.3.1 Data Pengujian Tanpa Beban Arus AC ... 43
4.3.2 Data Pengujian Tanpa Beban Arus DC ... 44
4.4 Analisa dan Pembahasan Data ... 44
4.4.1 Grafik Pengujian Tanpa Beban Arus AC ... 45
4.4.2 Grafik Pengujian Tanpa Beban Arus DC ... 46
4.4.3 Perbandingan Pengujian Putaran dan Tegangan ... 46
4.4.4 Grafik Pengujian Putaran dan Tegangan ... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 51
DAFTAR PUSTAKA ... 52 LAMPIRAN :
CURICULUM VITAE
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja generator ... 5
Gambar 2.2 Sudut antara normal bidang kumparan dengan fluks magnet ... 6
Gambar 2.3 Jenis Generator Magnet Permanen Fluksi Aksial ... 7
Gambar 2.4 Magnet sebagai rotor ... 9
Gambar 2.5 Kumparan atau lilitan sebagai rotor.. ... 9
Gambar 2.6 Siklus gelombang sinus yang memperlihatkan waktu………… 12
Gambar 2.7 Rangkaian rectifier jembatan gelombang penuh ... 13
Gambar 2.8 Pola medan magnet pada pasir besi yang ditaburkan ... 17
Gambar 2.9 Gaya gerak listrik induksi pada kumparan akibat batang ... 18
Gambar 2.11 Kawat email ... 20
Gambar 2.12 Diagram Alir perancangan dan pengujian ... 28
Gambar 2.13 Bagan alur perancangan ... 29
Gambar 3.1 Diagram blok fungsi ... 32
Gambar 3.2 aliran energy ... 32
Gambar 3.3 Prinsip kerja ... 33
Gambar 3.4 Desain Rotor ... 35
Gambar 4.1 Plat Penghubung ... 39
Gambar 4.2 Generator di hubungkan ke turbin ... 40
Gambar 4.3 Penggabungan kabel ... 41
Gambar 4.4 Skema rangkaian bintang ... 41
Gambar 4.1 Grafik pengujian tanpa beban arus AC ... 45
52
78
DAFTAR PUSTAKA
1. Riyadi, M. Sugeng ., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator Fluksi Aksial Putaran Rendah dengan Magnet Permanen untuk Turbin
Angin Daya 1000 Watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2009.
2. Walid, Ahsan., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator daya 45 watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2011.
3. Piggott, Hugh,. A Wind Turbine Recipe Book The Axial Flux Windmill Plans, Metric edition, Januari 2009.
4. Muhammad,Thamrin., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator daya 45 watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2011
5. Toomey, Michael. ”Individual Trade Study for Portable Energy System”. February 28, 2008.
6. resinkatalis.wordpress.com/2008/08/09/ bahan - bahan dasar pembuatan
fiberglass
7. elektronika.blogspot.com
8. dunia-listrik.blogspot.com/generator
9. http://greenterrafirma.com/images/diy-turbine/rotor-stator.jpg
10.www.nationalsemiconductor.com
