T1 612009054 BAB III

10

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi sistem yang dibuat. Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram sistem secara keseluruhan.

Anak Tangga I Anak Tangga II Anak Tangga III

11 3.1. Mekanik

Bagian mekanik pada anak tangga terbagi menjadi 2, yang pertama adalah anak tangga yang menonjol karena adanya pegas sehingga terbentuk energi potensial yang kemudian berubah menjadi energi kinetik pada tuas yang terhubung pada gir flywheel. Bagian kedua dari mekanik adalah gearbox yang menguatkan energi kinetik dari tuas dan kemudian memutar generator.

Alat yang terealisasi terdiri dari 4 buah anak tangga yang terdiri dari 1 anak tangga statis tempat rangkaian elektrik dan 3 buah anak tangga dinamis berpegas. Dari ketiga anak tangga dinamis berpegas, terdapat 2 anak tangga yang saling terhubung dengan 1 buah generator dan 1 anak tangga yang memiliki generator sendiri. Dilengkapi dengan tiang lampu setinggi 2 meter. Dimensi keseluruhan anak tangga adalah panjang 50 cm, lebar 100 cm, dan tinggi 72 cm. Anak tangga yang terealisasi ditunjukkan melalui Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Realisasi Keseluruhan Alat

3.1.1 Pegas

12

potensial. Ketika anak tangga dipijak, tuas akan memutar gir flywheel seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4. Energi potensial yang dihasilkan saat anak tangga dipijak dengan massa 48 kg menurut Persamaan 2.1 adalah

Gambar 3.3. Pegas Pada Sudut Anak Tangga

Gambar 3.4. Tuas Penggerak Flywheel

Gaya gravitasi akan menggerakkan tuas penggerak gir flywheel. Gerakan inilah yang menghasilkan energi kinetik akibat rotasi benda tegar. Untuk mengetahui berapa besarnya energi kinetik yang dihasilkan digunakan Persamaan 2.5. Besarnya energi potensial dari perubahan ketinggian pegas akan sama dengan besarnya energi kinetik pada flywheel. Diketahui berat dari gir flywheel adalah 138,6 gram dan diameter 5,4 cm.

13

... (3.2)

... (3.3)

⁄

Apabila 1 rpm = 0,1047 radian / detik, maka diketahui

3.1.2 Gearbox

Terdiri atas sepasang gir, gir yang porosnya terhubung dengan gir flywheel adalah gir besar bergigi 60. Kemudian gir tersebut menggerakkan gir kecil bergigi 16 yang porosnya merupakan rotor generator. Realisasi susunan gearbox ditunjukkan oleh Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Realisasi Gearbox

14

jumlah gigi gir yang digunakan, yaitu gir besar bergigi 60 dan gir kecil bergigi 16 dapat diketahui rasio gearbox. maka kecepatan sudut rata-rata dengan menggunakan Persamaan 2.3 adalah

Dengan demikian kecepatan akhir gearbox adalah

... (3.4)

⁄

Dengan menggunakan Persamaan 2.5, energi kinetik dari gearbox adalah

... (3.5)

15

Setelah diketahui besarnya energi potensial dan kinetik yang didapat dari mekanik anak tangga, maka efisiensi mekanik adalah

... (3.6)

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa efisiensi mekanik yang dirancang adalah 85%.

3.2. Generator

Generator yang diaplikasikan adalah generator yang didapat dari blok silinder mesin sepeda motor Suzuki RC 100. Kedua buah generator dibuat memiliki hasil tegangan keluaran yang berbeda. Generator yang pertama lebih ringan sehingga putaran yang dihasilkan pada sekali pijakan lebih banyak daripada generator kedua yang lebih berat putarannya. Rotor dari generator ada kumparan sedangkan bagian statisnya adalah magnet.

16

Gambar 3.7. Realisasi Multi Generator

Untuk mendapatkan besarnya keluaran yang dihasilkan oleh generator, dilakukan pengujian tanpa beban. Pengujian dengan cara mengukur tegangan AC yang dihasilkan generator saat anak tangga dipijak menggunakan multimeter FLUKE 26 III.

Tabel 3.1. Hasil Pengujian Generator I dan II Tanpa Beban

Pengujian ke- Generator I Generator II

Tegangan (VAC) Tegangan (VAC)

17 3.3.1. Konverter AC - DC

Rangkaian ini untuk mengubah keluaran generator yang berupa tegangan AC menjadi tegangan DC. Komponen utama dalam rangkaian ini adalah dioda schottky yang disusun menjadi penyearah gelombang penuh sistem jembatan. Dioda 1N5401 digunakan dengan tegangan buka maksimal (Vf) 1,2 volt [6]. Rangkaian konverter

AC-DC ditunjukkan oleh Gambar 2.2.

Dengan menggunakan Persamaan 2.12 dan hasil perhitungan pada Tabel 3.1 maka tegangan DC yang dihasilkan adalah

( )

3.3.2. Konverter DC – DC

3.3.2.1. Konverter Penaik Tegangan

Konverter penaik tegangan (boost converter) digunakan untuk menaikkan tegangan keluaran generator yang masih dibawah tegangan yang diperlukan untuk mengisi akumulator. Dalam perancangan ini digunakan IC LM2577-Adj[5]. Rangkaian penaik tegangan yang telah dibuat ditunjukkan oleh Gambar 3.8 berikut. Untuk menentukan besarnya nilai komponen yang digunakan, menggunakan pedoman rumus yang ada di datasheet pada Lampiran 1.

18

Arus maksimum keluaran IC ini dapat dihitung dengan Persamaan 2.9

Nilai maksimum duty cycle dapat dihitung dengan Persamaan 2.10.

Nilai minimum induktor untuk kestabilan regulasi dihitung dengan Persamaan 2.11

Dengan melihat grafik pada Gambar 2.4 maka didapatkan nilai induktor adalah 68 uH. Nilai Rc dan Cc yang terhubung dengan pin 1, dapat dihitung dengan Persamaan

2.13 dan 2.14 sebagai berikut

Resistor yang digunakan adalah 5.600 Ω, dengan menggunakan Persamaan 2.14

19

Nilai Cout berdasarkan Persamaan 2.15 dan 2.16 berikut

Menurut datasheet nilai kapasitor minimum yang diambil adalah yang paling besar yaitu 794 µF. Tegangan keluaran dari IC ini dapat dihitung dengan Persamaan 2.17 berikut

( ₎

3.4. Penyimpanan Energi

Energi listrik yang telah disearahkan dan nilai tegangannya sesuai akan disimpan ke akumulator. Akumulator yang di gunakan merupakan akumulator (aki) kering 12V 5Ah seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10.

Untuk mencegah adanya tegangan balik dari akumulator yang menuju ke modul konverter, digunakan dioda yang dipasang seri dengan akumulator. Dengan aki 12V 5Ah maka energi total aki ketika penuh adalah.

20

Gambar 3.9. Akumulator Kering

3.5. Penerangan

Sebagai penerangan digunakan lampu LED 12VDC 3W seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar 3.11. Diasumsikan akumulator dalam kondisi penuh, maka lamanya lampu menyala dapat dihitung sebagai berikut

... (3.8)