PERANCANGAN ELECTRIC ENERGY RECOVERY SYSTEM PADA SEPEDA LISTRIK

(1)

(2)

PERANCANGAN ELECTRIC ENERGY

RECOVERY SYSTEM PADA SEPEDA LISTRIK

ANDHIKA IFFASALAM

2105.100.080

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012

(3)

• LATAR BELAKANG

PENGEREMAN PADA KENDARAAN

• DEBU YANG MERUSAK KESEHATAN

• ENERGI PANAS YANG TIDAK

(4)

Kendaraan yang menggunakan energi listrik

Yang akan dibahas secara lebih lanjut pada tugas akhir ini ialah:

PERANCANGAN ELECTRIC ENERGY RECOVERY SYSTEM PADA SEPEDA LISTRIK

(5)

1.Bagaimana menganalisa prototype electric energy

recovery system (EERS) yang dapat memanfaatkan

pengereman sepeda listrik untuk menghasilkan

energy listrik.

2.Bagaimana merancang prototype electric energy

recovery system (EERS) yang diterapkan pada sepeda

listrik untuk mendapatkan konstruksi dan dimensi

yang cocok.

3.Bagaimana memilih spesifikasi dari komponen

mekanik yang dibutuhkan EERS pada sepeda listrik

yang memiliki kemampuan dan kualitas kerja yang

baik.

4.mencari sudut inklinasi sehingga didapatkan

pengereman pada kecepatan 40km/jam.

(6)

1. Kendaraan berjalan pada kecepatan minimum

30 km/jam dan maksimum 50 km/jam

2. Kendaraan melewati jalan datar atau menurun

sehingga menyebabkan pengereman

3. Beban pengendara dianggap 60 kg

4. Batasan dimensi pemasangan, dimana volume

keseluruhan 27900 cm

3

_{. Dengan lebar 30 cm,}

panjang 30 cm dan tinggi 30 cm

5. Diasumsikan

efisiensi

penyerapan

energi

alternator 100%

(7)

1. Menganalisa penerapan teknologi EERS yang dapat

memanfaatkan pengereman pada sepeda listrik untuk

diubah menjadi energi listrik.

2. Merancang sistem EERS untuk diterapkan pada sepeda

listrik berdasarkan peninjauan dari teori-teori yang ada.

3. Mendapatkan spesifikasi untuk mendukung peranti EERS

dan mengoptimalkan energy baik pada pengisian ulang

maupun penggerak utamanya

(8)

1. Perjalanan

lebih

mudah

sebagai

alat

transportasi

2. Ekonomis

3. Minim perawatan

4. Konvensional tetapi mengedepankan teknologi

(9)

• KERS

(10)

• SEPEDA LISTRIK

Sepeda listrik merupakan sebuah kendaraan yang menggunakan energi

listrik sebagai tenaga penggeraknya. Motor listrik dan akumulator

merupakan komponen penting dari sepeda listrik. Kecepatan maksimum

yang dapat dicapai oleh sepeda listrik ialah 60 km/jam dengan sudut

tanjak yang dapat dicapai 30 derajat. Pengisian ulang pada sumber listrik

(charging) dengan lama waktu sekitas 5 jam.

(11)

ENERGI

POTENSIAL KINETIKENERGI

PULLEY DAN BELT GEAR ALTERNATOR ENERGI LISTRIK ACCU MOTOR LISTRIK

• PRINSIP KERJA

(12)

Studi literatur Perbaikan gambar perencanaan pada

FBD

Mencari besarnya gaya yang dibutuhkan A Mendapatkan gaya yang bekerja B

• FLOWCHART

_•_{STUDI LITERATUR}

Pada studi literatur mempelajari tentang dasar teori yang mendukung mengenai EERS. Yaitu lebih mengenai fungsi kerja KERS, bagaimana kinerja sepeda motor listrik. sehingga nantinya dapat mempermudah kita dalam penelitian

PERBAIKAN GAMBAR PERENCANAAN PADA FBD

Perbaikan pada gambar yang dilakukan untuk mendapatkan dimensi alat yang tepat. Yang dahulu menggunakan V-belt kini coba di kompakkan dengan menggunakan gear.

(13)

FBD

• FLOWCHART

Keterangan :

Ff, Fr = gaya dorong pada roda depan dan belakang Rrr, Rrf = gaya hambat rolling pada roda belakang dan depan Fd = gaya hambatan angin

a = percepatan kendaraan

Ɵ = sudut turunan jalan Gaya hambatan total pada kendaraan adalah :

FR= Fd+ Rr+ Rg

Dimana :

Rr= Rrr+ Rrf= total hambatan rolling (N)

Rg= WsinƟ= hambatan tanjakan (N) (Geode resistance)



_{MENDAPATKAN GAYA YANG BEKERJA}

Terlebih dahulu harus diketahui gaya-gaya yang ada pada kendaraan

(14)

FBD

• FLOWCHART

_

_{MENCARI BESARNYA GAYA YANG}

DIBUTUHKAN

Setelah mengetahui gaya-gaya yang bekerja, maka dapat dicari data berupa sudut kemiringan, ketinggian, dan berat dari kendaraan sehingga nantinya dapat diketahui energi potensial yang bekerja pada kendaraan. EP = W. h = m. g. h……….(1) EK = ½ m. v2_...(2) EK = EP W.h = ½ m.v2 m.g.h= ½.m.v2 g.h=½.v2 v =

(15)

A

Perancangan akhir Penentuan spesifikasi alat pendukung berdasarkan FBD

Analisa energi yang dihasilkan

Mendapatkan spesifikasi

alat

B

• FLOWCHART



PENENTUAN SPESIFIKASI ALAT PENDUKUNG

BERDASARKAN FBD

Alat yang digunakan nantinya dipilih sesuai spesifikasi, sehingga energi yang ditangkap dapat dimaksimalkan. Baik dari segi pemanenan maupun penggunaan.

(16)

A

alat

B

• FLOWCHART



ANALISA ENERGI YANG DIHASILKAN

Energi yang dihasilkan adalah energi listrik.

Energi

tersebut

diharapkan

memiliki

efisiensi yang maksimal sesuai dengan

perhitungan.

EK = ½ m.(v*)

2

WH = ½ m.(v*)

2

_{+ EL}

m.g.h = ½ m.(v*)

2

_{+ EL}

EL = m.g.h - ½ m.(v*)

EL= perubahan sebagian energi kinetic

menjadi listrik.

(17)

A

alat

B

• FLOWCHART

 MENDAPATKAN SPESIFIKASI ALAT

Setelah didapat gaya-gaya dan energi. Maka, dapat ditentukan spesifikasi-spesifikasi alat yang akan digunakan untuk digunakan dalam perancangan akhir seperti:

AKI

(18)

A

Mendapatkan spesifikasi alat B

• FLOWCHART



_{PERANCANGAN AKHIR}

Pada perancangan akhir, nantinya akan diperoleh desain berupa piranti EERS. Piranti tersebut diharapkan mudah dalam pemasangan, murah dalam pembuatan, dan dimensi yang sesuai.

(19)

• BATTRAI/AKUMULATOR

Kontak

on Handle _gas Motor _DC

Baterai

Kecepatan sepeda

30 – 40 kph

Tuas rem Alternator ON Baterai Tuas rem Alternator OFF

Skema penggunaan baterai untuk sepeda listrik standar

Skema pengisian baterai pada sepeda listrik yang telah menggunakan piranti EERS

(20)

• PEMUTUS DAYA

Pada sebuah hubugan transmisi, terdapat beban yang dihasilkan. Dimana gir saling bergesekan satu sama lain. Guna memaksimalkan pemanenan energi, maka ditambahkanlah pemutus daya yang mekanismenya megadopsi kerja dari sepeda dan sepeda motor. Dengan menggunakan beberapa piranti berikut ini:

(21)

• RANCANGAN GAMBAR

Design ini merupakan type standar dari sepeda listrik standar. Sepeda ini belum menggunakan piranti dari EERS.

Design ini merupakan modifikasi yang menggunakan transfer daya berupa V-Belt yang menghubungkan roda dengan alterntor. Kelemahan dari design ini adalah dimensi dari V-belt yang besar, sehingga mengurangi kenyamanan.

(22)

• IDE PERBAIKAN

_{Perbaikan yang dilakukan pada}

sepeda listrik adalah:

• penggunaan EERS

Penggunaan Spur Gear pada sistem transfer daya, sehingga meminimalkan slip dan mengecilkan dimensi dari EERS

• penambahan kapasitas baterai

menambah jarak tempuh yang dapat diraih dari sepeda listrik. selain itu, penambahan baterai juga dapat difungsikan untuk menambah akselerasi dari sepeda listrik.

(23)

• PERHITUNGAN

Data-data yang ada:

Bobot kendaraan : 60 kg

Daya angkut : 90 kg

Lingkar roda : 16 inchi

Kecepatan maksimal : 40-50 km/jam

Untuk mendapatkan nilai kecepatan pada jalan miring maka disimulasikan menggunakan sepeda motor, dimana:

Bobot motor : 98 kg

Pengendara : 60 kg

Dan hasilnya dapat ditabelkan sebagai berikut:

no Jarak

(m)

Sudut Berat (kg) Pengendara (kg) Kecepatan (km/jam) 1 31 7 98 60 28 2 31 7 98 60 30 3 31 7 98 60 27 4 18.24 13 98 60 30 5 18.24 13 98 60 31 6 31 13 98 60 34 7 31 13 98 60 40

(24)

• PERHITUNGAN

Contoh perhitungan:

h = r. sin (sudut) = 31 m. sin 13 h = 6,97 m

energi potensial yang dapat dicari:

EP = W. h = m. g. h

= 158 kg. 9.8 kg m /s2 _{. 6,97m}

= 10792.35 Nm = 10792.35 joule

Sedangkan untuk energi kinetik yang didapat secara simulasi:

EK = ½. m. v2

= ½ . 158 kg. (40km/jam)2

= ½. 158kg. (11.11m/s)2

= 9751.14 Nm = 9751.14 joule

Untuk kecepatan secara teori:

EP = EK W. h = ½.m. v2 m. g. h = ½. m . v2 g.h = ½. v2 v2 _{= 2.g.h} v2 _{= 2. 9,8kg.m/s}2_.6.97m v = 11.688 m/s

pembandingan kecepatan, baik teori maupun yang didapat langsung secara simulasi:

v* = Kecepatan real

= 11.11 m/ s

V = kecepatan teori

= 11.688 m/ s

Mencari nilai energi yang dapat

ditangkap:

EL= m. g. h – ½. m.(v*)2

EL = 10792.35 kg.m/s2 - 9751.14 kg.m/s2 EL = 1041.21 Nm

(25)

• PERHITUNGAN

Jika hasil dari simulasi diatas di cari energi kinetik dan potensial, kemudian kecepatan penurunan dikurangi hingga 30%. Maka, energi dari pengurangan kecepatan tersebut dapat diserap melalui alternator. Seperti pada contoh perhitungan dibawah ini:

EL₁= m. g. h – ½. m.(v*)2 EL₁= 158kg. 9.8m/s2_{. 3,72m – ½. 158kg.(5,444m/s)}2 EL₁= 5760.048 kg.m2_/s2_{– 2341.72 kg.m}2_/s2 EL₁= 3418.33 kg.m2_/s2 EL₁= 3418.33 joule EL₁= 0.949613 watt-hour

Sedangkan untuk penggunaan kendaraan selama 1 jam dengan kecepatan konstan 20km/jam: EK₂₀ = ½.m.v2

EK₂₀ = ½. 158kg. (5.55m/s)2

EK₂₀ = 2433.298 kg. m2 _/s2

Untuk penggunaan kendaraan selama 1 jam dengan kecepatan 30km/jam: EK₃₀ = ½.m.v2

EK₃₀ = ½. 158kg. (8.33m/s)2

EK₃₀ = 5481.7 kg. m2_/s2

untuk penggunaan kendaraan selama 1 jam dengan kecepatan 40km/jam: EK₄₀ = ½.m.v2

EK₄₀ = ½. 158kg. (11,11m/s)2

(26)

(27)

• PERHITUNGAN

contoh perhitungan untuk mencari jarak dan waktu yang dibutuhkan untuk penggunaan selama 1 jam dengan kecepatan 20km/jam tanpa hambatan pada perkotaan:

(28)

(29)

Dari kecepatan real yang diketahui, terlebih dahulu dicari putaran roda permenit. V = 40 km/jam . 1jam/3600s . 1.103_/1km V = 11.11 m /s R =16/2 inchi R = 8 inchi = 0.2032 meter ω = = 11.11m/s . = 54.68 rad/s ω = 2. π. f f = ω/2. π = = 522.16 RPM

(30)

Dimana untuk menggerakkan sebuah alternator dibutuhkan putaran minimal 3000 Rotasi Per Menit. Sehingga dibutuhkan sebuah transmisi agar dapat meningkatkan putaran dari 522.16 RPM menjadi lebih dari 3000 RPM. Maka dengan bantuan beberapa data berikut dapat dirancang transmisi untuk meningkatkan putaran menuju alternator.

Data-data:

Gir depan =33 mata Gir belakan =20 mata Ruangan yang tersedia = 27900 cm3

Dari data-data diatas maka perhitungan

selanjutnya dapat dihitung:

Dari roda belakang ke gir depan:

• PERHITUNGAN RODA GIGI

1 2

N2 N2

(31)

Putaran dari gir depan ditransfer menggunakan gir dan rantai. Dimana rasio gir dan rantai dibuat sama. Hal ini dikarenakan gir dan rantai berfungsi untuk

penyalur daya dan putaran dari gir depan sepeda menuju gir box:

(32)

Dari gir depan putaran kembali dinaikkan menggunakan perbandingan gigi sebagai berikut:

• PERHITUNGAN RODA GIGI

1

(33)

Setelah didapatkan putaran 1044, maka putaran dinaikkan lagi menjadi 3132 rpm:

Dari roda gigi ini nantinya putaran akan diteruskan langsung menuju alternator. Yang mana nantinya alternator tersebut dapat merubah energi gerak menjadi energi listrik dan disimpan didalam baterai.

• PERHITUNGAN RODA GIGI

3

(34)

• GAMBAR RODA GIGI

Dari roda belakang

Menuju alternator

(35)

(36)

(37)

(38)

• Dimensi Gear box:

• Panjang

: 22.6cm

• Lebar dengan alternator : 22.8cm

• Tinggi

: 12.5cm

• Sehingga, volume total ruang yang dibutuhkan

untuk meletakkan perangkat ini adalah:

• Panjang* lebar* tinggi= volume perangkat

• 22.6* 22.8* 12.5= 6441cm

3:

• Dimana batasan dari ruang yang disediakan: 27900cm

3

.

Maka masih tersisa ruang : 21459cm

3

_.

(39)

• Ukuran;

PLT

: 12cm8.5cm12.5cm

Type

: kering

Tegangan

:12 volt

Arus

:12 ampere

(40)

Ukuran;

Diameter

: 12cm

Panjang

: 11.5cm

Tegangan

: 12 volt

Arus

: 55 ampere

(41)

1. Dari hasil percobaan dan perhitungan didapat

bahwa semakin besar pengereman maka semakin

besar energi didapat, sebagai contoh dimana

dengan pengurangan kecepatan 30% dengan

kecepatan awal 28km/jam menjadi 19.6km/jam

maka didapat energi kinetic sebesar 3418.33

joule-meter. Sedangkan pengereman hingga 50%

dengan kecepatan awal yang sama menjadi

14km/jam dapat menangkap energi sebesar

4565.29 joule-meter

(42)

2. Salah satu contoh dari tabel dapat dijelaskan

bahwa, dengan mengurangi kecepatan sebanyak

30% dari kecepatan 28km/jam dengan

kemiringan 7 derajat. Maka, akan dibutuhkan

lintasan sepanjang 31.43Km dengan waktu

pengecasan 1.6 jam untuk menempuh kecepatan

30 km/jam diperkotaan dengan kondisi jalan

datar tanpa hambatan.

(43)

3. Dimensi dari gearbox dan ukuran gir-rantai yang digunakan:

Gir belakang

: 20 mata

Gir depan

: 33 mata

Gir penghubung

: 20 mata

Pada gearbox;

Gir 1

: 60 mata

Gir 2

: 20 mata

Gir 3

: 60 mata

Gir 4

: 20 mata

Dimensi perangkat EERS

Panjang

: 22.6cm

Lebar dengan alternator : 22.8cm

Tinggi

: 12.5cm

Volume total

:6441 cm

3

(44)