TUGAS AKHIR
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN MODEL TANGGUL
PEMANEN ENERGI KINETIK SEBAGAI PEMBANGKIT
LISTRIK DENGAN MEKANISME GETARAN DAN INDUKSI
ELEKTROMAGNETIK
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Menyelesaikan Pendidikan Tahap Sarjana
Oleh:
M. Taufik Esman 0910912039
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
i
SARI
Munculnya krisis energi konvensional sebagai permasalahan global dewasa ini serta meningkatnya penggunaan kendaraan bermotor yang sebanding dengan peningkatan aktivitas di jalan raya telah memunculkan suatu tantangan dan peluang baru. Tantangan muncul dari bagai mana mengurangi ketergantungan akan energi konvensional dengan mencari sumber energi baru serta peluang yang bisa dimanfaatkan dari besarnya aktivitas kendaraan di jalan raya.
Pada tugas akhir ini, sebuah model pembangkit listrik yang mengadopsi bentuk tanggul jalan direkayasa secara mekanik sebagai sebuah sistem pemanen energi kinetik dari tumbukan kendaraan yang melaluinya. Komponen tanggul berupa massa tanggul yang ditumpu dengan pegas, dipasangkan empat buah generator linier dengan posisi tertentu di bagian bawahnya. Bagian atas tanggul yang dibuat lebih tinggi dari permukaan jalan memudahkan kendaraan mengeksitasi sistem dan menghasilkan getaran. Eksitasi sekaligus ikut menggetarkan subsistem generator yang terdiri dari massa magnet yang ditumpu pegas serta lilitan kawat konduktor. Pergerakan osilasi massa magnet menghasilkan induksi
elektromagnetik sehingga menghasilkan energi listrik. Pengujian dilakukan dengan simulasi lindasan satu sepeda motor.
Perhitungan numerik dari model sistem menunjukan bahwa pembangkit memanen energi maksimal pada frekuensi 16,42 Hz. Pada pengujian, frekuensi generator terekam sebesar 17.5 Hz, 18 Hz, 19 Hz, dan 21 Hz. Tegangan listrik maksimum yang terpanen generator adalah 2,5 Volt dengan daya bangkitan sebesar 8,9 x 10-3 Watt. Sedangkan tegangan total yang terpanen dari keempat generator sebesar 7,92 Volt dan daya bangkitan total sebesar 2,3 x 10-2 Watt. Adapun faktor yang mempengaruhi besarnya energi yang dihasilkan adalah kecepatan gangguan akibat tumbukan yang diberikan kendaraan.
ii
ABSTRACTEmergence of conventional energy crisis as a world’s problem today and
increasing use of vehicles on the road, has led to new chance and new challenge. The challenge is how to reduce conventional energy consumption by finding the new energy sources and the chance come from utilization of vehicles activity passing on the road.
In this final project, a power plants model which adopted from speed bump has mechanically engineered, constructed, and tested as a kinetic energy harvester system based on passing vehicles collision. It contain a bar mass were mounted by helical springs and four linear generators attached by specific position in the bottom. In the top, it was made higher than road’s top for getting collision easily to make vibration. Generators contain permanent magnet mass were mounted by helical springs too and coil with a turn of conductor wire. Vibration led magnet mass oscillated and made electromagnetic induction for making electricity. The experiment simulated by collision of a motor cycle.
The numeric resulted that the maximum energy harvested in frequency 16, 42 Hz. Experimentally, the frequency was recorded as 17.5 Hz, 18 Hz, 19 Hz, and 21 Hz. The higher voltage harvested was 2, 5 Volt with output power 8,9 x 10-3 Watt. Generators combination resulted totally 7, 92 volt with output power 2,3 x 10-2 Watt. The influenced factor for energy output was the acceleration of excitation caused by vehicles collision.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Belum optimalnya pertumbuhan pembangkit listrik memiliki peran atas belum terpenuhinya asupan listrik untuk penerangan yang layak khususnya di wilayah-wilayah luar Pulau Jawa. Ditambah dengan ancaman kelangkaan energi fosil yang menjadi sumber energi konvensional selama ini mengakibatkan energi menjadi barang langka dan mahal serta memperburuk akses masyarakat Indonesia yang berada khususnya di pelosok atas energi [1]. Di lain pihak pertumbuhan konsumsi energi Indonesia rata-rata 7% setahun [2]. Oleh karena itu butuh pencarian sumber–sumber energi baru serta yang dapat diperbaharui untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut.
Tidak bisa dipungkiri bahwa aktivitas di daerah perkotaan merupakan pemakaian energi paling banyak sekaligus pembuang energi terbesar secara cuma–cuma. Beberapa contohnya yaitu aktivitas lalu lintas, peralatan elektronik rumah tangga, dan industri. Seiring dengan perkembangan teknik pemanenan energi (energy harvesting), dimana energi “dipanen” dari sumber yang membuang energi secara cuma-cuma dan beberapa sumber yang belum termanfaatkan secara optimal. Hal ini telah memunculkan peluang dan tantangan untuk mengatasi beberapa masalah di atas. Peluang kali ini dilihat dari sisi peningkatan volume kendaraan bermotor yaitu 8% sampai 12% pertahun [3]. Tantangan muncul dari bagaimana wilayah perkotaan bisa mengoptimalkan konsumsi energi dan bisa membangkitkan energi sendiri dengan memaksimalkan energi yang sering terbuang dari hasil aktivitas perkotaan tersebut. Dengan demikian asupan energi ke kota bisa dikurangi dan dimanfaatkan oleh daerah–daerah terpencil. Dalam kasus tugas akhir kali ini akan dibatasi untuk kasus energi yang terbuang dari aktivitas jalan raya.
Pendahuluan
2
mekanisme tanggul yang dapat memanen energi tersebut dan kemudian diubah menjadi energi yang bisa dimanfaatkan. Melalui mekanisme yang mengadopsi bentuk tanggul jalan memungkinkan energi kinetik tersebut diambil lalu dikonversikan dengan rekayasa tanggul secara mekanis. Pengubah energi kinetik ke energi listrik yang digunakan berupa generator linier.
Sebuah generator linier dapat menghasilkan energi akibat induksi elektromagnetik karena adanya osilasi (getaran translasi) akibat adanya eksitasi. Sistem mekanis tanggul akan menjadi sumber eksitasi generator linier tersebut. Perekayasaan sistem mekanis tanggul dalam skala model menjadi kasus dalam tugas akhir ini dan secara mendalam akan dibahas lebih lanjut pada bab–bab berikutnya.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari tugas akhir ini yaitu:
1. Membuat sebuah model pembangkit listrik yang mengadopsi bentuk tanggul jalan dengan memanfaatkan mekanisme getaran dan induksi elektromagnetik yang tereksitasi melalui lindasan kendaraan.
2. Mengetahui karakteristik unjuk kerja sistem pembangkit melalui kaji numerik dan eksperimental serta faktor yang mempengaruhinya.
1.3Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari tugas akhir ini yaitu memberikan salah satu pilihan solusi untuk mengatasi ketergantungan akan sumber energi dengan pemanenan energi yang terbuang khususnya dari energi kinetik aktivitas di jalan raya.
1.4Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini terdapat berberapa batasan masalah yaitu:
1. Energi listrik yang dibangkitkan dilihat dari karakteristik tegangan yang dihasilkan langsung dari generator tanpa melalui elektronika daya.
2. Induksi elektromagnetik hanya dianalisa dari pengaruh respon osilasi getaran massa magnet.
Pendahuluan
3
5. Pusat perputaran massa tanggul diidealisasi, sama dengan pusat massa tanggul.
1.5Sistematika Penulisan
