Desain Generator Magnet Permanen Kecepatan Rendah Pada Sepeda Statis Sebagai Penghasil Energi Listrik Terbarukan dan Ramah Lingkungan

REKAYASA

LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING

DESAIN GENERATOR MAGNET PERMANEN KECEPATAN RENDAH
PADA SEPEDA STATIS SEBAGAI PENGHASIL ENERGI LISTRIK
TERBARUKAN DAN RAMAH LINGKUNGAN

Ketua Peneliti :

Hasyim Asy’ari, S.T., M.T
Muhammad Fatih Hendrawan, ST., MT
Mila Faila Sufa, ST., MT

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
NOVEMBER 2014.

i

RINGKASAN


Tujuan Penelitian ini adalah merancang generator magnet permanen pada
sepeda statis untuk menghasilkan energy listrik terbarukan dan ramah lingkungan.
Metode penelitian ini adalah mendesain generator magnet permanen
dengan memanfaatkan magnet permanen, menseting pada sepeda statis,
melakukan pengujian kecepatan generator magnet permanen terhadap tegangan,
arus yang dihasilkan, pengujian dilakukan di laboratorium teknik elektro
Hasil pengujian memberikan informasi bahwa daya listrik yang dapat
dihasilkan minimal adalah 5.4 watt dan maksimalnya adalah 10.2 watt, tegangan
minimal yang dihasilkan adalah 16.4 volt dan tegangan maksimalnya adalah 21.4
volt.

SUMMARY
The aim of research is design of permanent magnet generator with static
bike that is produce of electrical of renewable energy and green energy.
The method of research is design of permanent magnets generator used
permanent magnet. It is installation with static bike. The experiment done in
electrical laboratory. The performance is relation rotation of generator to voltage,
current.
The result of research give information that the minimum electric power
produce 5.4 watt, and the maximum electric power produce 10.2 watt. The

minimum voltage is 16.4 volt and the maximum voltage is 21.4 volt.

iii

PRAKATA

Bismillaahirrahmaanirrahiim,
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas limpahan
rahmat, hidayah, dan inayahNYA kepada penulis sejak awal melangkah
mengerjakan penelitian di tahun pertama dan tahun kedua dengan judul “desain

generator magnet permanen kecepatan rendah pada sepeda statis sebagai
penghasil energy listrik terbarukan dan ramah lingkungan”.
Pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian ditahun pertama, akan
memiliki manfaat yang besar jika ditahun pertama mampu diapalikasikan secara
real dimasyarakat, hal ini tentunya perlu ada dana yang disetujui oleh pihak
funding dalam hal ini DIKTI. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih yang tulus kepada mereka yaitu:
1. Prof. Bambang Setiaji, selaku Rektor UMS
2. Agus Ulinuha., selaku Ketua Lembaga Penelitian UMS

3. Ir. Sri Sunarjono, M.T. PhD, selaku Dekan Fakultas Teknik UMS, atas
dorongannya yang besar dalam penelitian ini
4. Umar, ST, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS, atas saran
dan masukannya
5. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah
membantu penulis selama pelaksanaan dan penulisan laporan penelitian ini.
Akhir kata, tiada sesuatu yang sempurna dari hasil karya manusia. Saran
dan kritik yang konstruktif dari para pembaca yang budiman akan penulis terima
dengan senang hati. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat bagi para
pembaca.

Surakarta, 3 November 2014

Penulis

iv

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................

i

RINGKASAN DAN SUMMARY ........................................................

ii

PRAKATA ............................................................................................

iii

DAFTAR ISI .........................................................................................

iv

DAFTAR TABEL ................................................................................

vi


DAFTAR GAMBAR ............................................................................

vii

BAB I

PENDAHULUAN ................................................................

1

1.1 Latar Belakang ...............................................................................

1

1.2 Perumusan Masalah .......................................................................

2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................


3

2.1 Telaah Penelitian ............................................................................

3

2.2 Landasan Teori ................................................................................

4

2.2.1 Karakter Generator Magnet Permanen ..................................

4

2.2.2 Prinsip kerja generator sinkron ………………….................

12

BAB III TUJAUN DAN MANFAAT PENELITIAN ......................


17

3.1 Tujuan Khusus Penelitian …..........................................................

17

3.2 Manfaat Penelitian .......................................................................

17

BAB IV METODE PENELITIAN .................................................

18

4.1 Bahan dan Alat

.........................................................................

19


4.2 Diagram Alir Penelitian ...............................................................

21

v

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................

22

5.1 Hasil pengujian generator magnet permanen pada Sepeda Statis
sebagai Penghasil Energi Listrik yang Ramah Lingkungan ...............

22

BAB VI KESIMPULAN ...............................................................

27

DAFTAR PUSTAKA


28

LAMPIRAN

vi

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 5.1 Pengujian Sepeda Statis dan Generator Magnet Permanen
tanpa Beban ……………………………………………........

22

Tabel 5.2 Pengujian Sepeda Statis dengan Inverter ……………….......

22

Tabel 5.3 Pengujian Sepeda Statis dengan Beban Kipas DC 12 Volt


22

Tabel 5.4 Pengujian Sepeda Statis dengan Beban Lampu 15 Watt DC

23

vi

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 2.1 Rotor salien pada generator sinkron ...............................

4

Gambar 2.2 Gambaran bentuk rotor non salien …………...................

5


Gambar 2.3 Stator sebuah generator sinkron …...................................

5

Gambar 2.4 Belitan satu lapis generator sinkron tiga fase ....................

6

Gambar 2.5 Belitan berlapis ganda generator sinkron tiga fase ............

7

Gambar 2.6 Total GGL Et dari tiga GGL sinusoidal …........................

9

Gambar 2.7 Kisar kumparan…….............................................……….

10

Gambar 2.8 Vektor tegangan belitan ......................................... .............

10

Gambar 2.9 Diagram phasor dari tegangan induksi belitan ....................

11

Gambar 2.10 Diagram generator AC tiga fase dua kutub …………….

14

Gambar 4.1 Rotor generator magnet permanen ....................................

18

Gambar 4.2 Stator generator magnet permanen ……….......................

19

Gambar 4.3 Seperangkat sepeda statis dengan GMP …………….....

19

Gambar 4.4 Diagram alir penelitian dan luarannya …………………

21

Gambar 4.5 Diagram alir untuk pembuatan GMP ……………………..

31

Gambar 5.1 Hubungan kecepatan putar dengan tegangan keluaran …..

24

Gambar 5.2 Hubungan kecepatan putar dengan kecepatan sepeda statis

25

Gambar 5.3 Pengaruh kecepatan putar terhadap tegangan keluaran dan
arus ……………………………………………………….

viii

26

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Menipisnya cadangan minyak bumi dunia dan meningkatnya harga
minyak mentah dunia memiliki multi effect terhadap perekonomian dunia
termasuk Indonesia, kenaikan tariff dasar listrik (TDL) merupakan dampak hal
tersebut yang harus dirasakan oleh masyarakat, TDL direncanakan mengalami
kenaikan 15% sepanjang tahun 2013 dengan skema kenaikan 4,3% setiap tiga
bulan, (Fabby Tumewa, 2013).
Mengingat kebutuhan energi listrik setiap tahun mengalami kenaikan
maka perlu ada solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut, kajian dan
penelitian secara intensif yang berfokus pengelolaan atau pemanfaatan sumber
daya alam atau potensi lain yang bersifat terbarukan merupakan alternative yang
harus dilakukan. Sumber daya alam atau potensi lain yang dapat digunakan
sebagai penghasil energi listrik antara lain air, cahaya matahari, angin, sampah,
dan energi manusia yang dibuang pada saat melakukan kegiatan olahraga,
mengingat meningkatnya kesadaran masyarakat terhadap pentingnya melakukan
olahraga secara rutin.
Secara umum kegiatan olahraga yang dilakukan oleh masyarakat untuk
membakar lemak pada tubuh yang bisa menimbulkan banyak penyakit. Kegiatan
olahraga yang dilakukan oleh masyarakat antara lain penggunaan sepeda statis
sebagai media pembakar lemak. Sekarang ini pemanfaatan sepeda statis baru
sebatas membakar lemak pada tubuh, jika dilihat lebih detail pada saat proses
penggunaan sepeda statis ada potensi lain yang dapat digunakan untuk
menghasilkan energi listrik, yaitu dengan penggantian roda sepeda statis dengan
generator. Penambahan atau penggantian roda sepeda statis akan member multi
fungsi yaitu selain digunakan untuk membakar lemak (original function) juga
dapat digunakan penghasil energi listrik. Pemanfaatan sepeda statis dengan
dynamo ampere dengan rpm 1500 rpm mampu menghasilkan energi listrik 68,75

1

2

– 112,66 watt, selama satu minggu energi listrik yang dihasilkan 15,2375 kWh,
(Kurniawan, 2008).
Pemanfaatan dynamo ampere pada sepeda statis untuk menghasilkan
energi listrik kurang optimal mengingat rpm dynamo ampere tergolong putaran
tinggi yaitu 1500 rpm dan dynamo ampere membutuhkan suplai energi listrik dari
luar (External supply) sebagai penghasil medan magnet.
1.2 Perumusan Penelitian
Rumusan dari penelitian ini adalah:
a. Bagaiaman mendesain generator magnet permanen kecepatan rendah pada
sepeda statis sebagai penghasil energy listrik terbarukan dan ramah
lingkungan
b. Bagaimana mendesain sistem berbasis mikrokontroler ATMega yang
dapat memberikan informasi secara mudah terkait parameter tegangan,
rpm, arus dan daya listrik yang dihasilkan oleh GMP kepada pengguna
c. Bagaimana mendesain teknologi tepat guna yang dapat digunakan untuk
menghasilkan energy listrik dengan memanfaatkan putaran roda sepeda
statis yang digunakan oleh masyarakat dalam berolahraga

DAFTAR PUSTAKA

Asy’ari, H, dkk, 2010, Pemanfaatan Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik
Tenaga Angin Skala Kecil, RAPI IX.
Asy’ari, H, dkk, 2012, Desain Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan
Turbin Horisontal dan Generator Magnet Permanen Tipe Axial
Kecepatan Rendah, SNAST .
Hariyotejo, dkk, 2009, Pengembangan Generator Mini dengan Menggunakan
Magnet Permanen, UI, Jakarta.
Kurniawan, H, 2008, Studi Pemanfaatan Sepeda Statis di Fitnes Center sebagai
Penghasil

Energi

Listrik

DC,

http://digilib.petra.ac.id/viewer.php?page=1&submit.x=0&submit.y=0&
qual=high&fname=/jiunkpe/s1/elkt/2008/jiunkpe-ns-s1-200823402072-11020-sepeda_statis-abstract_toc.pdf
Keith Bennett, 2005, Development of a Direct Drive Permanent Magnet
Generator for Small Wind Turbines, Cambridge. US.
S.A. Papathanassiou, A.G. Kladas, M.P. Papadopoulos, 2000, Direct-Coupled
Permanent Magnet Wind Turbine Design Considerations, NTU,
Singapura.
Suhardi, D, 2008, Generator Listrik 100 Watt Putaran Rendah untuk Pembangkit
Listrik Tenaga Air dan Angin Mikro, UMM, Malang
Tumiwa, F, 2013 http://politik.kompasiana.com/2013/01/10/kenaikan-tdl-2013keputusan-sulit-yang-harus-diambil-518179.html

37

BAB VI
KESIMPULAN

Daya listrik yang dapat dihasilkan minimal adalah 5.4 watt dan
maksimalnya adalah 10.2 watt, tegangan minimal yang dihasilkan adalah 16.4
volt dan tegangan maksimalnya adalah 21.4 volt. Ketika generator diberi beban
kayuhan akan tersa lebih berat dibandingkan tanpa beban.

36