MODIFIKASI SPEEDBUMP UNTUK KENDARAAN SEPEDA MOTOR SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI UDARA TEKAN

MODIFIKASI SPEEDBUMP UNTUK KENDARAAN SEPEDA MOTOR SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI UDARA TEKAN

Arianto Paliling

Program Sarjana Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya E-mail: ariantopaliling@yahoo.com

Abstrak

Perubahan jaman selalu diikuti dengan perubahan teknologi, bermula dari keinginan menciptakan energi alternatif disekitar lingkungan maka Speedbump yang biasanya hanya digunakan untuk memperlambat kendaraan diubah menjadi energi alternatif yang berasal dari energi potensial Speedbump yang dimodifikasi yaitu energi pembangkit udara tekan. Untuk mencapai target yang diinginkan maka permasalahan pada penelitian ini dimulai dengan menentukan kapasitas tangki, studi mekanisme pembangkit udara tekan dengan melakukan pemodelan, penentuan pusat gravitasi serta menghitung gaya normal pada roda kendaraan sehingga data- data teori dan eksperimen dapat diketahui. Tugas akhir ini dimulai dengan studi literatur mengenai karakteristik Speedbump, memodifikasi dan merancang Speedbump yang kuat serta mewujudkan dengan membuat Prototype. Selain itu dilakukan juga observasi tempat pengambilan data, kemudian melakukan pengambilan data, mengolah data serta melakukan perhitungan.

Berdasarkan hasil yang didapatkan secara teori untuk satu orang pengendara 48534,93Pa dan dua pengendara 74037,2 Pa setelah dikurangi head loss sebesar 0203mm sedangkan tekanan maksimal secara eksperimen sebesar 0,72 bar atau sebesar 72000 pa. Hasil ini menunjukkan percobaan yang dilakukan berhasil karena perhitungan secara teori dan eksperimen tidak terlalu jauh bedahnya sekitar 0,04bar . Untuk efisiensi mekanis agar lebih maksimal maka untuk mendapatkan tekanan yang tinggi maka tuas pada tabung dan mekanisme dapat diperpendek sehingga tekanan yang dihasilkan makin besar tapi kapasitasnya kecil, atau dapat juga dengan mengubah diameter penampang piston menjadi lebih kecil sehingga tekanannya besar. Semoga tugas akhir ini akan bemanfaat untuk penelitian selanjutnya.

Kata kunci : Speedbump, Modifikasi, Energi alternatif, Gaya Normal

1.1 Latar Belakang

Pada dasarnya energi merupakan bagian yang tak akan terlepaskan dari kehidupan manusia di era modern ini. Karena energi merupakan penopang kehidupan manusia maka seluruh manusia selalu berusaha untuk selalu mengadakan energi yang cukup untuk memenuhi kehidupannya. Dilain pihak banyak energi yang ternyata digunakan tidak semestinya bahkan disia siakan sehingga energi didunia ini semakin lama semakin menipis. Dari pemikiran ini banyak peneliti dan pengembang energi mencari solusi untuk energi yang sudah mulai menipis yaitu dengan menciptakan sumber energi alternatif dengan berbagai macam jenis dan kegunaannya. Dari dasar pemikiran itu maka diciptakan suatu sistem mekanik pembangkit energi yaitu “speed bump”. Selama ini speedbump hanya berfungsi untuk memperlambat laju kendaraan, padahal setiap kendaraan yang melintasi speedbump memberikan energi potensial yang cukup besar dari energi kinetik yang diberikan oleh kendaraan yang lewat.

Speedbump banyak dijumpai di negara

indonesi karena juga berfungsi sebagai tanda memasuki wilayah tertentu, namun belum dapat dimaksimalkan oleh manusia untuk menciptakan energi tepat guna. Seperti halnya di jalan raya ada

beratus-ratus mobil yang melewati speedbump, bayangkan apabila speedbump ini dapat berguna untuk membangkitkan energi listrik maupun energi udara tekan yang sekarang sudah mulai dikembangkan di banyak perguruan tinggi. Prinsip teknologi ini adalah mengubah energi kinetik kendaraan yang melintas kemudian diubah menjadi energi potensial yang bekerja secara mekanik untuk menghasilkan pemanen energi udara tekan yang kemudian dikumpulkan kedalam tabung penyimpan udara bertekanan sehingga dari udara tersimpan ini yang akan dipakai untuk mengubah energi.

Pada dasarnya Speedbump ini telah dikembangkan banyak akademisi untuk kebutuhan energi listrik karena itu pada kesempatan ini akan dilakukan penelitian untuk kebutuhan udara. Dengan adanya penelitian ini maka diharapkan suatu saat ketergantungan akan bahan bakar fosil akan berkurang sehingga akan menguntungkan berbagai pihak bahkan menguntungkan alam yang semakin lama semakin tercemar karena polusi dan pengrusakan untuk kebutuhan bahan bakar fosil.

II. Tinjauan Pustaka

Untuk kajian pustaka adalah awal dari pembuatan tugas akhir yaitu dengan cara mencari literatur dan bahan bahan penelitian yang berhubungan dengan judul yang telah ada. Pada tahap ini juga dilakukan metode

pustaka dengan mencari data-data dan peraturan pemerintah yaitu keputusan menteri perhubungan No.3 Tahun 1994 tentang Alat Pengendali dan Pengaman Pemakai jalan. Buku-buku penunjang seperti Mechanical Vibration untuk menghitung pegas serta buku tentang kinematika dan dinamika guna untuk mengetahui mekanisme secara teori dari speedbump pemanen energi. Untuk menyerderhanakan perhitungan digunakan buku matematika tentang geometri

II. 1 Desain alat dan Pengembangan

Untuk tahap desain dan pengembangan dilakukan dengan sangat hati-hati bahkan berulang ulang dikarenakan harus ditemukan desain yang tepat untuk pengembangan speedbump karena dibutuhkan kekuatan yang lebih dari generasi terdahulunya karena ditujukan kepada tabung bertekanan. Pada tahap ini pula dilakukan penentuan dimensi, penggambaran yang mendetail selanjutnya dengan pembuatan prototype speedbump

Gambar 2.6 Desain Rancangan Speed Bump dalam 3D

Pada desain gambar penelitian ini dilakukan dengan cukup teliti dan presisi karena harus benar-benar memikirkan aspek kekuatan dan kemampuan menarik pegas untuk keperluan pemberian energi potensial sehingga dapat memberikan tekanan kepada bejana bertekanan

II. 2 Alat pembatas kecepatan (Speedbump)

Pada dasarnya speedbump merupakan alat pembatas kecepatan yang dibuat dengan meninggikan jalan berbahan aspal atau semen yang dipasang melintang jalan untuk pertanda memperlambat laju atau kecepatan kendaraan. Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketingginya diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya speedbump, khususnya pada malam hari, maka speedbump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda.

Akan tetapi speedbump yang umumnya ada di Indonesia lebih banyak yang bertentangan dengan disain speedbump yang diatur berdasarkan Keputusan Menteri Perhubungan No 3 Tahun 1994 dan hal yang demikian ini bahkan dapat membahayakan kesehatan bagi para pemakai jalan tersebut. Di Indonesia, ketentuan yang mengatur tentang disain speedbump diatur oleh Keputusan Menteri Perhubungan No 3 Tahun 1994 tentang Alat Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan, di mana sudut kemiringan adalah 15% dan tinggi maksimum tidak lebih dari 150 mm.

Alat pembatas kecepatan ditempatkan pada jalan di lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC, pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi. Penempatan dilakukan pada posisi melintang tegak lurus dengan jalur lalu lintas. Bila dilakukan pengulangan penempatan alat pembatas kecepatan ini harus disesuaikan dengan kajian manajemen dan rekayasa lalu lintas.

Gambar 2.13 Desain alat standar pembatas kecepatan (speedbump)

II. 3 Menentukan Center of gravity (CG) kendaraan Menentukan center of gravity digunakan untuk mencari gaya normal. Menetukan titik pusat gravitasi pada dasarnya dapat diketahui melalui berbagai jenis cara tetapi pada penelitian ini cara yang digunakan akan lebih unik dengan cara menggunakan timbangan ( sumber: Buku Teknologi Otomotif karangan Prof.Ir.I Nyoman Sutantra, Msc.,Ph.D dan Dr. Ir. Bambang Sampurno, MT.) pada dasarnya cara ini sangatlah jenius karena dapat dengan mudah menentukan titik pusat gravitasinya. Cara ini dengan memasang motor tanpa beban pada dua timbangan pada masing-masing ban motor kemudian diukur. Untuk percobaannya sendiri dilakukan tanpa cara penentuannya sebagai berikut :

Gambar 2.14 Ban motor dengan timbangan Setelah mencari pusat gravitasi tanpa pengenara maka selanjutnya menentukan pusat gravitasi dengan satu dan dua pengendara.

Gambar 3.1 Flowchart 2.3.5. Mencari Gaya Normal

Untuk mencari gaya pada sistem maka harus dicari gaya normal yang dihasilkan kendaraan dan speedbump sehingga besarnya gaya pada tabung dapat dicari. Ada enam titik yang harus dianalisa untuk mencari gaya normal.

a. Posisi roda depan motor ketika menaiki speedbump

Pada posisi ini dimana kendaraan sesaat akan menaiki speedbump. Besar sudut speedbump dapat diketahui melalui menghitung posisi sudut ketika ban kendaraan lewat di tengah-tengah speedbump sehingga sudutnya tertentu.

Gambar 2.21 Gaya normal ketika menaiki speedbump

Mekanisme ini dapat dicari dengan mencari momen di titik A, sbb :

𝜀𝜀𝜀𝜀𝜀𝜀 = 0

Wf = Wcos Ө ( L2+ r sin Ө)−Wsin Ө ( hr + r cos Ө) {(L1+L2)+r sin Ө}

Posisi roda kendaraan untuk roda depan dan belakang semua dicari kemudian diambil rata-ratanya.

2.4 Mekanisme kerja alat

Pada dasarnya alat ini bekerja dengan kekuatan pegas yang menghasilkan energi potensial seperti pada ilustrasi gambar dibawah ini :

Gambar 2.27 langkah torak pada pegas

2.6 Menghitung Head Loss

Gambar 2.34: Head Loss mayor dan looses minor Head loss merupakan kehilangan energi pada suatu sistem dikarenakan gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa atau selang atau berupa vortex sehingga memperlambat atau mengurangi energi yang dihasilkan sistem tersebut. Kehilangan energi atau head looses dibagi atas dua jenis yaitu mayor looses dan minor looses. Mayor looses merupakan kehilangan energi akibat gesekan fluida sengan pipa sedangkan minor loses merupakan kehilangan energi yang disebabkan oleh pembesaran pipa atau pengecilan pipa serta elbow dan banyak lagi.

Head loss total merupakan penjumlahan tiap head loss pada pipa mayor maupun pipa minor.

Ht = Hx + Hy

Ht = [f ×_{𝐷𝐷𝐷𝐷}^𝐿𝐿 ×^{𝑉𝑉𝐷𝐷}₂²] +[ 𝑘𝑘._2.𝑔𝑔^{𝑉𝑉𝑐𝑐2} ]+[ 𝑓𝑓._2.𝑔𝑔^{𝑉𝑉𝑒𝑒2} ]+[ 𝑘𝑘.^𝑉𝑉₂^𝑐𝑐2] + [f

×_{𝐷𝐷𝐷𝐷}^𝐿𝐿 ×^{𝑉𝑉𝐷𝐷}₂²]

III. Metodologi

III.1. Diagram Alir Penelitian Tugas Akhir

Pada penelitian ini dilakukan beberapa tahap

penilitian dimulai dengan mencari literatur yang

dapat menunjang lancarnya penelitian, proses

design dan pengembangan alat serta melakukan

perhitungan hasil dengan membandingkan

perhitungan teoritis dengan hasil yang diperoleh

dari alat. Flowchart penelitian kemudian

diilustrasikan seperti berikut :

III.2 Tahap Pengujian Alat dan Pengambilan Data Pada bagian ini merupakan inti dari penelitian karena dari tahap ini akan dibuktikan kemampuan alat yang sebenarnya apa sudah memenuhi perencanaan dan hasilnya sendiri akan dibandingkan dengan perhitungan teoritis. Untuk pengujian alat ini juga tentu saja akan ada batasan kecepatan kendaraan. Pengujian ini juga akan dilakukan di kampus teknik mesin ITS tepatnya diparkiran dengan asumsi motor yang digunakan adalah jupiter mx dengan satu dan dua pengendara.sehingga untuk keperluan ini maka dibuat diagram alir agar cara kerja dapat dibuat dengan sistematis seperti pada gambar dibawah.

Gambar Flowchart Pengujian (Pengambilan Data) Untuk pengambilan data berikut ini adalah tabel pengambilan data :

Tabel 3.1 Pengambilan data pada silinder Satu Pengendara Dua Pengendara Kecepatan Tekanan Kecepatan Tekanan

V1 P1 V1 P1

V2 P2 V2 P2

III.3 Tahap Perhitungan

Tahap ini dilakukan untuk mengetahui hasil yang diperoleh secara teori maupun secara hasil analisis data hasil yang sebenarnya sehingga dapat dipertanggunjawabkan secara akademis. Hasilnya jug tidak selalu sama paling tidak mendekati nilai yang sebenarnya.

III.4 Pengolahan Data dan Hasil

Dari data yang diperoleh maka akan diplot ke dalam grafik sehingga dapat diolah sehingga dapat diperbandingkan dengan hasil perhitungan dilapangan.

IV. Hasil Percobaan

Dari persamaan yang telah didapatkan diolah kemudian dimasukkan harga rata-rata kedalam tabel yaitu dengan menghitung rata-rata roda depan kemudian menghitung rata-rata roda belakang sehingga distribusi gaya normal gaya yang dapat diterima oleh speedbump dapat dihitung kemudian digunakan untuk menghitung besarnya gaya yang dapat diterima mekanisme

a) 1 pengendara roda depan menaiki speed bump = 50,015 N

b) 2 pengendara roda depan menaiki speed bump = 83,64 N

c) 1 pengendara roda depan di puncak speed bump = 53,206 N

d) 2 pengendara roda depan di puncak speed bump = 85,571 N

e) 1 pengendara roda belakang menaiki speed bump = 105,84 N

f) 2 pengendara roda belakang menaiki speed bump = 199,23 N

IV.1Head Loss Total

Head loss total didapatkan melalui penjumlaham Head Loss Mayor dan Head loss Minor, sebagai berikut

𝑃𝑃₁ 𝛾𝛾 +

𝑉𝑉₁²

2𝑔𝑔 + 𝑍𝑍¹=𝑃𝑃₂ 𝛾𝛾 +

𝑉𝑉₂²

2𝑔𝑔 + 𝑍𝑍²= 𝐻𝐻_{𝑚𝑚𝑚𝑚} + 𝐻𝐻_{𝑚𝑚𝑚𝑚} = 𝐻𝐻_𝑇𝑇 HT = Hma + Hmi

Dimana:

Hma = looses pada pipa

Hmi = - Sudden contraction - Sudden expansion

- Elbow - Kutub

HT = sudden contraction + looses pada pipa + elbow + kutub + sudden expansion

= 0,09935 mm + 0,1015 mm + 0,00096 mm + 0,0014 + 0,0000001536 mm

= 0,203 mm

Sehingga tekanan P( 4026460 m) memiliki looses sebesar :

(4026460 – 0,203) m = 4026,459m

Secara teori tekanan yang sampai pada penyimpan udara sebesar 4026459 atau :

𝑃𝑃₁ 𝛾𝛾 =

𝑃𝑃

𝜌𝜌 × 𝑔𝑔 = 4026459 𝑚𝑚𝑚𝑚 Sehingga :

𝑃𝑃 = 𝜌𝜌 × 𝑔𝑔 (4026,409 𝑚𝑚)

= (1,23)(9,8)(4026,409 𝑚𝑚)

= 48534,93 𝑃𝑃𝑚𝑚 (di penyimpanan udara)

IV.2 Hasil Pengujian Eksperimen

Data pengujian hasil eksperimen pada tabel 4.5 dilakukan dengan melewatkan kendaraan jupiter mx dengan satu orang pengendara dan dua orang pengendara dengan hasil

Tabel 4.5 data pengujian kecepatan 5km/jam

frekuensi kendaraan 1 kendaraan 2

1 kali 0 0

5 kali 0 0

10 kali 0 0

15 kali 0 0

20 kali 0 0

25 kali 0 0

30 kali 0 0

35 kali 0 0

40 kali 0 0

45 kali 0 0

50 kali 0 0

55 kali 0,1 0,13

60 kali 0,22 0,2

65 kali 0,34 0,28

70 kali 0,42 0,4

75 kali 0,47 0,5

80 kali 0,495 0,51

85 kali 0,62 0,6

90 kali 0,62 0,62

95 kali 0,68 0,68

100 kali 0,7 0,71

105 kali 0,7 0,74

110 kali 0,71 0,71

115 kali 0,72 0,72

Gambar 4.14 grafik hasil eksperimen

Dari grafik diatas terdiri dari seorang pengendara dan dua pengendara yang ditandai dengan grafik warna biru dan merah. Dari data diatas terlihat bahwa hasil tekanan yang didapatkan oleh kedua hasil eksperimen diatas hampir sama tetapi grafik dengan dua pengendara lebih stabil mengingat gaya normal yang cukup besar pada motor dengan dua pengendara.

Gambar 4.15 grafik variasi kecepatan 10km/jam Dari tabel dengan variasi kecepatan 10 km/jam dapat dianalisa bahwa semakin tinggi kecepatan kendaraan maka akan semakin lama waktu pengisian udara. Ini dikarenakan mekanisme kerja alat yang dibuat tidak memungkinkan alat bekerja dengan kecepatan yang melebihi kecepatan yang direncanakan karena mekanisme bekerja mengandalkan gaya normal pada kendaraan yang memungkinkan kecepatan dibatasi.

Untuk grafik ini harus ditempuh 125 kali motor melewati speedbump sehingga dapat mencapai tekanan maksimal.

IV.3 Perbadingan Perhitungan Teori Dan Eksperimen

Setelah perhitungan secara teoritis dan secara eksperimen didapatkan maka hasilnya dibandingkan untuk mencari kemungkinan terjadi kesalahan pada penelitian ini. Secara teori tekanan yang didapatkan ketika speedbump dilalui kendaraan adalah

satu pengendara : 𝑃𝑃 = 48535,03 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 48534,93 𝑃𝑃𝑚𝑚 (di tangki)

dua pengendara : 𝑃𝑃 = 74038,2 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 74037,2 Pa (di tangki)

Untuk pengujian dengan eksperimen maka maksimal yang bisa diisi sebesar = 0,72 bar atau 72000 Pa pada roda depan kendaraan standar 28 psi atau 193053,196 Pa.

0 0,2 0,4 0,6 0,8

1 kali 15 kali 30 kali 45 kali 60 kali 75 kali 90 kali 105 kali

Bar

Hasil Eksperimen

kendaraan 1 kendaraan 2

0 0,2 0,4 0,6 0,8

5 kali 20 kali 35 kali 50 kali 65 kali 80 kali 95 kali 110 kali 125kali

bar

kecepatan 10 km/jam

kendaraan 1 kendaraan 2

V.1 Kesimpulan

Berdasarkan data hasil percobaan dan analisa terhadap modifikasi speedbump sebagai alat pemanen energi udara tekan maka dapat disimpulkan :

1. Gaya normal dengan dua pengendara memiliki gaya normal yang lebih besar dari satu pengendara diitung pada saat roda belakang kendaraan melewati speedbump sebesar 190,603 N untuk dua pengendara dan 95,13 N untuk satu pengendara.

2. Tekanan yang dihitung secara teoritis memiliki perbedaan yang cukup banyak antara satu pengendara dan dua pengendara yaitu P1 = 48535,03 pa dan P2 = 74038,2 pa pada silinder pompa kemudian pada penyimpan udara bertekanan yang dikurangi head loss sebesar Pt = 48534,93 Pa dan 74037,2 pa.

3. Tekanan maksimum pada pengujian secara eksperimen sebesar 0,72 bar atau sebesar 72000 pa pada penyimpanan udara bertekanan padahal secara teori maksimal yang dapat disimpan sebesar 74037,2 pa dikurangi head loss. Ini terjadi akibat pada pengambilan data alat ukur dan ketelitian ukur tidak begitu maksimal.

4. Tekanan yang dihasilkan pada mekanisme ini amat tergantung pada kekuatan pegas dan panjang tuas.

Semakin kuat pegas maka udara yang dihasilkan semakin banyak kemudian semakin pendek jarak tuas pengungkit ke titik pusat pengungkit maka tekanan semakin besar

5. Variasi kecepatan berpengaruh terhadap lamanya pengisian penyimpanan udara

DAFTAR PUSTAKA

1.

Deutschman, Michels Wilson. Machine Design.

Machmillar Publishing Co.,Inc. New York

2.

Sularso. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan Kesembilan. PT. Pradnya Paramita.

Jakarta.

3.

Hibbeler, RC. 2007. Engineering Mechanics Dynamics.

11^th Edition. Prentice Hall. Singapore

4.

George,H.Martin.1994. Kinematika dan Dinamika Teknik. Edisi Kedua. Erlangga, Jakarta.

5.

Sutantra, I Nyoman. 2001. Teknologi Otomotif. Edisi Pertama. Guna Widya. Surabaya

6.

Sumadi, dkk. 1995. Matematika. Cetakan Pertama. PT.

Tiga Serangkai Pustaka Mandiri. Solo

.

.