PENGUJIAN LAPANGAN GENERATOR FLUKSI AKSIAL MAGNET NEODYMIUM DENGAN DAYA 45 WATT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pada penelitian sebelumnya dihasilkan generator fluksi aksial dengan
magnet ferrite untuk turbin angin daya 1000 Watt (Sugeng,2005), dalam
pengujiannya ternyata masih belum sesuai dengan kebutuhan perencanaan
daya.Kenyataannya adalah bahwa putaran 400 rpm menghasilkan ± 200 Watt
.Sedangkan perancangan yang dilakukan kecepatan 400 rpm menghasilkan daya
1000 Watt.Namun generator yang ada sekarang ini harus diperbaiki, luas
permukaan kawat email dan dari segi dimensi dirasa kurang praktis karena pada
perancangan sebelumnya menggunakan magnet ferrite sehingga rotor yang dibuat
terlalu besar serta terlalu berat, jika di aplikasikan untuk lampu rumah tangga.dari
segi magnet memiliki kelebihan tahan terhadap korosi,namun memiliki
kelemahan seperti:kurang kuat medan magnet, tidak tahan dengan suhu tinggi
(http://tokomagnet.com/php/magnet)
Pada perancangan kali ini menggunakan magnet neodymium, magnet
neodymium adalah magnet langka-bumi yang merupakan magnet permanen yang
paling kuat karena terbuat dari neodymium,besi dan boron, untuk membentuk
Nd2Fe14B (http:/Wikipedia.com).Magnet ini mempunyai beberapa kelebihan
seperti:kekuatan
medan
magnet,
Resistensi
terhadap
kehilangan
daya
magnetic,ketahanan terhadap suhu tinggi, serta kepadatan magnetic.neodymium
juga
memiliki
kelemahan
yaitu
tidak
tahan
terhadap
korosi(http://tokomagnet.com/php/magnet).namun, luas permukaan kawat email
1
2
pada magnet ini harus menggunakan diameter yang kecil.
Berdasarkan pemaparan permasalahan diatas maka sebagai solusi perlu
adanya redesain generator dengan judul “ Pengujian Lapangan Generator dengan
magnet neodymium Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt” yang merupakan
pengembangan dari generator fluksi aksial yang telah ada.Dimana arus yang
dikeluarkan oleh generator neodymium ini harusnya lebih besar karena memiliki
kualitas yang baik di bandingkan generator menggunakan magnet ferrite.
1.2.
Rumusan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan generator model fluksi aksial, dapat
dirumuskan permasalahan yang diangkat yaitu bagaimana rancangan serta hasil
dari setelah pengujian generator model Fluksi Aksial dengan kecepatan putar
relatif rendah sebagai sumber tegangan listrik alternatif untuk lampu rumah
tangga dengan daya 45 watt.
1.3.
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Mendapatkan data hasil dari pengujian generator megnet neodymium tipe
fluksi aksial
2. Mendapatkan performa generator magnet permanen tipe fluksi aksial..
1.4.
Manfaat
Manfaat yang di peroleh dari Perancangan,
Pembuatan dan Pengujian
Generator Magnet Permanen Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 watt ini adalah :
1. Dalam bidang IPTEK,ta pengujiand dapat digunakan sebagai bahan acuan
dalam pembuatan generator fluksi aksial.
3
2. Bagi masyarakat, dapat digunakan sebagai penunjang konstruksi
pembangkit listrik dengan menggunakan turbin angin
1.5.
Batasan Masalah
Sebagai batasan dalam perancangan ini adalah :
1. Generator yang dirancang menggunakan model Fluksi Aksial dengan daya
45 watt.
2. Kuat medan magnet yang digunakan menggunakan magnet neodymium.
1.5.1. SISTEMATIKA PENULISAN
Latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah
dan
sistematika penulisan dibahas dalam bab I. Pada bab II, penulis menjelaskan
tentang konsep dasar generator, desain generator fluksi aksial, dan teori - teori
pendukung dalam perancangannya serta metode perancangan yang digunakan.
Sedangkan pada bab III ,Bab III berisi pengujian dan pembahasan yang kemudian
disimpulkan pada bab IV, serta saran-saran yang berkenaan tugas akhir ini.
PENGUJIAN LAPANGAN GENERATOR FLUKSI
AKSIAL MAGNET NEODYMIUM DENGAN DAYA 45
WATT
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
HENDY WAHYU OKTAVIYANTO
NIM 07510026
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2012
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama
Nim
Tempat / Tanggal Lahir
Jurusan
Fakultas
Instansi
: Hendy Wahyu.O
: 07510026
: Batu, 13 Oktober 1988
: Teknik Mesin
: Teknik
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
1. Tugas Akhir dengan Judul :
“Pengujian Lapangan Generator Fluksi Aksial Magnet Neodymium
Dengan Daya 45 Watt “ Adalah hasil karya saya,dan dalam naskah tugas
akhir ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diiajukan oleh orang lain
untuk memperoleh gelar akademik disuatu perguruan tinggi, dan tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh
orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara tertulis
dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar
pustaka.
2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat
unsur-unsur “PLAGIASI”, saya bersedia “TUGAS AKHIR INI
DIGUGURKAN” dan “GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA
PEROLEH DIBATALKAN”,serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku.
3. Tugas Akhir ini dijadikan sumber pustaka yang merupakan “ HAK
BEBAS ROYALTY NON EKSLUSIF”
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, Januari 2012
Dengan Hormat,
Hendy Wahyu.O
Pengujian Lapangan Generator Magnet Neodymium Fluksi Aksial
Dengan Daya 45 Watt
Oleh : Hendy Wahyu. O, Pembimbing I : Ir.Trihono Sewoyo,MT,
Pembimbing II : M.Lukman Ir, MT
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRAKSI
Krisis energi yang melanda Indonesia, khususnya energi listrik telah
memaksa berbagai pihak untuk mencari solusi dalam mengatasi persoalan ini.
Salah satu yang sedang popular adalah pemanfaatan tenaga angin. Dalam
pemanfaatan energi bersifat fluktuatif tersebut dibutuhkan mesin listrik
(generator) yang sesuai dengan karakteristik penggeraknya
Generator ialah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanik menjadi
tenaga listrik melalui proses induksi magnetic. Generator memperoleh tenaga
mekanis dari penggerak mula (primer mover). Tenaga mekanik disini digunakan
untuk memutar kumparan kawat-kawat penghantar dalam medan magnet ataupun
sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.
Generator listrik yang tersedia banyak dipasaran (tipe radial flux) biasanya
berjenis high speed induction generator. Generator jenis ini membutuhkan energi
listrik awal (excitation voltage) untuk membuat medan magnetnya. Selain itu juga
sebagian besar (lebih dari 90%) turbin angin di dunia menggunakan generator
slip-ring dan high speed induction generator, yang mempunyai kekurangan,
antara lain : biaya tambahan untuk slip-ring itu sendiri, perawatan brush-gears,
termasuk penggantian brush pada periode tertentu.
Sebagai solusinya, pada penelitian ini dirancang generator fluksi aksial
menggunakan multi pole magnet permanen untuk menggantikan tegangan eksitasi.
Untuk menghasilkan tegangan yang stabil maka dipilih generator 3 fasa.
Generator aksial memiliki 2 bagian utama, yakni rotor dan stator. Rotor terdiri
dari 12 pasang magnet permanen yang dipasang saling berhadapan dan tarik
menarik satu dengan yang lainnya. Stator terdiri dari 9 buah kumparan dengan
137-138 lilitan disetiap kumparannya.
Kata Kunci :. generator aksial, rotor, stator, magnet permanen neodymium, 3
fasa.
Ground Test Generator Neodymium Magnet Axial Fluks
With 45 Watt Energy
Oleh : Hendy Wahyu. O, Pembimbing I : Ir.Trihono Sewoyo,MT,
Pembimbing II : M.Lukman Ir, MT
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRACT
Energy crisis in Indonesia, especially electrical energy has forced many
fields to find the solution in solving this problem. one most popular of them is the
utilization of water and wind energy. In the utilization fluctuation of energy,
needed electrical machine (generator) can suitable with character of working
power.
Generator is a machine that changes mechanical energybecome
electricity through a process electromagnetic induction. Generator obtain
mechanical energy from the drive first (primary mover). Mechanical energy is
used here to turn the coil wire conductor in a magnetic field or otherwise play a
magnet between coils of wire conductor.
Electrical generator has been widely spread in the market (radial flux
type), usually in the kind of high speed induction. Generator where in this type
initial electrical energy (excitation voltage) to make its magnetic field. While,
most of wind turbine (less than 90%) in the world using slip-ring generator and
high speed induction generator. It’s need most cost extra for slip-ring,
maintenance brush-gears, maybe sometimes include to replace with new brush.
As the solution, in this research has been designed the generator axial
flux with multi pole permanently magnetic to replace the existence voltage. To
generate stable of voltage building three phase of generator. There are two main
parts in generator axial flux, they are rotor and stator. Rotor build in 12 couple of
permanently magnet, confront and pull each other. Stator build in 9 coils by 517518 turns conductor in each coil.
Keywords: axial flux generator, rotor, stator, permanently magnet, three phase.
KATA PENGANTAR
Assalammu’alaikum Wr. Wb.
Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang senantiasa memberikan
rahmat serta hidayah-Nya kepada kita semua. Semoga sholawat serta salam selalu
tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW. Dengan berkah dan ridho-Nya,
akhirnya penulisan skripsi yang berjudul "Pengujian Lapangan Generator Magnet
Neodimium Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt " ini dapat terselesaikan.
Selain sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana bagi
mahasiswa Teknik Mesin UMM, semoga tugas akhir ini juga dapat bermanfaat
sebagai sumbangan pikiran dari penulis bagi pembaca sekaligus pengembangan
keilmuan berkaitan dengan energi alternatif dan konversi energi elektromagnetik.
Terima kasih yang sebesarnya penulis ucapkan kepada banyak pihak yang
telah membantu terselesainya skripsi ini, baik secara langsung maupun tidak
langsung. Terimakasih penulis ucapkan kepada :
1. Kedua Orang tua dan Kakak tercinta (Ibu Yayuk,Bpk Waluyo,Mbak Nova)
yang tiada henti memberikan doa, dukungan, senantiasa menasehati, memberi
semangat dan materi, serta semua pengorbanannya bertahun-tahun demi
selesainya pendidikanku selama ini. Semoga Allah SWT membalas semua
amalan dan memberinya kesehatan lahir dan batin selalu, amin…
2. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT, selaku pembimbing satu yang membimbing
bidang akademik,dan juga dosen yang mampu menyelami kemampuan ilmu
mahasiswanya. Terima kasih telah memberikan ide, ilmu, tekanan serta
meluangkan waktu, wacana, dan kesabaran dalam membimbing sehingga
penulis dapat menyelesaikan dan meminimalisir kesalahan dalam tugas akhir
ini.
3. Bapak Ir. M.Lukman, MT, selaku pembimbing dua yang telah meluangkan
waktunya
untuk
memberikan
bimbingan,memberikan
nasehat
yang
bermanfaaat sekali sehingga pengerjaan skripsi ini berjalan dengan baik.
4. DR.Ali Saifullah, ST. MT, selaku dosen wali jurusan teknik mesin angkatan
2007 yang telah mendampingi proses akademik selama kuliah di jurusan
Teknik Mesin.
5. Ir.Mulyono.MT , selaku kajur Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Malang yang senantiasa membantu membimbing dan mengarahkan semua
kegiatan yang ada di dalam kampus terutama jurusan teknik mesin.
6. Sahabat satu tim dalam pengerjaan tugas akhir (Dita,Totok,Arip), terima kasih
atas kekompakannya, saling memberi semangat, dan yang terpenting
kebersamaan diwaktu susah maupun senang.
7. Untuk adik Qoqom tersayang yang telah memberikan dorongan semangat,
dukungan, motivasi, dan perhatian selama ini.
8. Teman-teman yang kenal dengan penulis dan penulis kenal yang tidak dapat
disebutkan satu persatu, terima kasih untuk bentuannya dalam bentuk apapun
selama ini
9. Teman-teman jurusan teknik mesin angkatan 2007, khususnya crew Lab.
Perancangan/
CNC
kebersamaannya.
angkatan
2007
semuanya
terima
kasih
atas
10. Teman-teman kontrakan Jl.Margojoyo no.1 semuanya terima kasih atas segala
bantuannya dan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas
Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah (skripsi) ini mungkin
belum bisa dikatakan sempurna, dikarenakan ilmu yang masih terbatas dan belum
berkembang. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritik, saran, dan sumbangan
pemikiran dari berbagai pihak yang bersifat membangun demi terciptanya karya
ilmiah yang lebih baik dan berguna bagi masa depan. Semoga hasil karya
penulisan ini dapat memberikan manfaat bagi kehidupan kita semua di masa yang
akan datang. Tetap cintai,lindungi dan jaga bumi kita dari pemanasan global.
Akhir kata, penulis menyampaikan terima kasih atas perhatiannya.
Wassalammu’alaikum Wr. Wb.
Malang, Januari 2012
Penulis,
Hendy Wahyu.O
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL
POSTER
LEMBAR PENGESAHAN
LEMBAR ASISTENSI
LEMBAR PERNYATAAN
ABSTRAKSI…………………………………………………………………….. i
KATAPENGANTAR…………………………………………………………… ii
DAFTAR
ISI………………………………………………………………...........iii
DAFTAR TABEL..................................................................................................v
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2
1.3 Tujuan ........................................................................................................... 2
1.4 Manfaat ......................................................................................................... 2
1.5 Batasan Masalah............................................................................................ 3
1.5.1 Sistematika Penulisan........................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Generator ....................................................................................................... 4
2.2 Prinsip Dasar Generator .............................................................................. 5
2.3Jenis Generator ............................................................................................... 5
2.4 Rotor ............................................................................................................. 9
2.5 Stator ............................................................................................................. 10
2.6 Tegangan dan Arus Bolak-Balik ................................................................... 10
2.7 Frekuensi ...................................................................................................... 11
2.8 Reaktansi ....................................................................................................... 12
2.9 Rectifier ........................................................................................................ 13
2.10 Magnet........................ ................................................................................. 14
2.11 Jenis-jenis Magnet ....................................................................................... 14
2.11.1 Magnet Tetap........................................................................... ...... 14
2.11.2 Klasifikasi Magnet Neodymium ...................................................... 16
2.12. Besaran-Besaran Magnet ........................................................................... 16
2.12.1 Induksi Medan Magnet...................................................................... 17
2.13 Kawat Tembaga ........................................................................................... 19
2.14 Resin......................... ................................................................................... 20
2.14.1 Macam-Macam Resin ........................................................................ 21
2.15 Katalis.......................................................................................................... 22
2.15.1 Jenis Katalis ............................................................................................. 23
2.16 Poros............................................................................................................ 23
2.17 Bantalan....................................................................................................... 24
2.18 Jenis Bantalan.............................................................................................. 24
2.19 Metode Pengujian........................................................................................ 25
BAB III PERANCANGAN GENERATOR
3.1 Desain Generator Fluksi Aksial .................................................................... 30
3.1.1 Identifikasi Masalah ........................................................................... 31
3.1.2 Struktur Fungsi ................................................................................... 32
3.1.3 Prinsip Kerja ...................................................................................... 33
3.1.4 Kombinasi dan Susunan Konsep........................................................ 33
3.2 Evaluasi Terhadap Kriteria Teknik/Ekonomi ............................................ 34
3.3 Penentuan Daya Generator ......................................................................... 35
BAB IV PEMBUATAN DAN PENGUJIAN GENERATOR
4.1 Pengujian Generator.................................................................................... 38
4.2 Prosedur pengujian ...................................................................................... 38
4.2.1 cara pengambilan data ....................................................................... 42
4.3 Data Pengujian ............................................................................................ 43
4.3.1 Data Pengujian Tanpa Beban Arus AC ............................................... 43
4.3.2 Data Pengujian Tanpa Beban Arus DC ................................................ 44
4.4 Analisa dan Pembahasan Data ...................................................................... 44
4.4.1 Grafik Pengujian Tanpa Beban Arus AC .............................................. 45
4.4.2 Grafik Pengujian Tanpa Beban Arus DC .............................................. 46
4.4.3 Perbandingan Pengujian Putaran dan Tegangan ................................... 46
4.4.4 Grafik Pengujian Putaran dan Tegangan .............................................. 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 51
5.2 Saran .............................................................................................................. 51
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 52
LAMPIRAN :
CURICULUM VITAE
GAMBAR TEKNIK GENERATOR FLUKSI AKSIAL DAYA 45 WATT
NASKAH PUBLIKASI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban Arus AC .............43
Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban Arus DC ............ 44
Tabel 4.3 Tabel Perbandingan Pengujian Putaran dan Tegangan ............... 46
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja generator .............................................................. 5
Gambar 2.2 Sudut antara normal bidang kumparan dengan fluks magnet ... 6
Gambar 2.3 Jenis Generator Magnet Permanen Fluksi Aksial...................... 7
Gambar 2.4 Magnet sebagai rotor ................................................................. 9
Gambar 2.5 Kumparan atau lilitan sebagai rotor.. ........................................ 9
Gambar 2.6 Siklus gelombang sinus yang memperlihatkan waktu………… 12
Gambar 2.7 Rangkaian rectifier jembatan gelombang penuh ....................... 13
Gambar 2.8 Pola medan magnet pada pasir besi yang ditaburkan ............... 17
Gambar 2.9 Gaya gerak listrik induksi pada kumparan akibat batang ......... 18
Gambar 2.11 Kawat email .............................................................................. 20
Gambar 2.12 Diagram Alir perancangan dan pengujian .............................. 28
Gambar 2.13 Bagan alur perancangan .......................................................... 29
Gambar 3.1 Diagram blok fungsi .................................................................. 32
Gambar 3.2 aliran energy ............................................................................... 32
Gambar 3.3 Prinsip kerja ................................................................................ 33
Gambar 3.4 Desain Rotor ............................................................................... 35
Gambar 4.1 Plat Penghubung ......................................................................... 39
Gambar 4.2 Generator di hubungkan ke turbin .............................................. 40
Gambar 4.3 Penggabungan kabel ................................................................... 41
Gambar 4.4 Skema rangkaian bintang ........................................................... 41
Gambar 4.1 Grafik pengujian tanpa beban arus AC ...................................... 45
Gambar 4.2 Grafik pengujian tanpa beban arus DC ...................................... 46
52
DAFTAR PUSTAKA
1. Riyadi, M. Sugeng ., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator
Fluksi Aksial Putaran Rendah dengan Magnet Permanen untuk Turbin
Angin Daya 1000 Watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2009.
2. Walid, Ahsan., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator daya
45 watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2011.
3. Piggott, Hugh,. A Wind Turbine Recipe Book The Axial Flux Windmill
Plans, Metric edition, Januari 2009.
4. Muhammad,Thamrin.,
Perancangan,
Pembuatan,
dan
Pengujian
Generator daya 45 watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2011
5.
Toomey, Michael. ”Individual Trade Study for Portable Energy System”. February 28,
2008.
6. resinkatalis.wordpress.com/2008/08/09/ bahan - bahan dasar pembuatan
fiberglass
7. elektronika.blogspot.com
8. dunia-listrik.blogspot.com/generator
9. http://greenterrafirma.com/images/diy-turbine/rotor-stator.jpg
10. www.nationalsemiconductor.com
11. www.tokomagnet.com/php/magnet
78
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pada penelitian sebelumnya dihasilkan generator fluksi aksial dengan
magnet ferrite untuk turbin angin daya 1000 Watt (Sugeng,2005), dalam
pengujiannya ternyata masih belum sesuai dengan kebutuhan perencanaan
daya.Kenyataannya adalah bahwa putaran 400 rpm menghasilkan ± 200 Watt
.Sedangkan perancangan yang dilakukan kecepatan 400 rpm menghasilkan daya
1000 Watt.Namun generator yang ada sekarang ini harus diperbaiki, luas
permukaan kawat email dan dari segi dimensi dirasa kurang praktis karena pada
perancangan sebelumnya menggunakan magnet ferrite sehingga rotor yang dibuat
terlalu besar serta terlalu berat, jika di aplikasikan untuk lampu rumah tangga.dari
segi magnet memiliki kelebihan tahan terhadap korosi,namun memiliki
kelemahan seperti:kurang kuat medan magnet, tidak tahan dengan suhu tinggi
(http://tokomagnet.com/php/magnet)
Pada perancangan kali ini menggunakan magnet neodymium, magnet
neodymium adalah magnet langka-bumi yang merupakan magnet permanen yang
paling kuat karena terbuat dari neodymium,besi dan boron, untuk membentuk
Nd2Fe14B (http:/Wikipedia.com).Magnet ini mempunyai beberapa kelebihan
seperti:kekuatan
medan
magnet,
Resistensi
terhadap
kehilangan
daya
magnetic,ketahanan terhadap suhu tinggi, serta kepadatan magnetic.neodymium
juga
memiliki
kelemahan
yaitu
tidak
tahan
terhadap
korosi(http://tokomagnet.com/php/magnet).namun, luas permukaan kawat email
1
2
pada magnet ini harus menggunakan diameter yang kecil.
Berdasarkan pemaparan permasalahan diatas maka sebagai solusi perlu
adanya redesain generator dengan judul “ Pengujian Lapangan Generator dengan
magnet neodymium Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt” yang merupakan
pengembangan dari generator fluksi aksial yang telah ada.Dimana arus yang
dikeluarkan oleh generator neodymium ini harusnya lebih besar karena memiliki
kualitas yang baik di bandingkan generator menggunakan magnet ferrite.
1.2.
Rumusan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan generator model fluksi aksial, dapat
dirumuskan permasalahan yang diangkat yaitu bagaimana rancangan serta hasil
dari setelah pengujian generator model Fluksi Aksial dengan kecepatan putar
relatif rendah sebagai sumber tegangan listrik alternatif untuk lampu rumah
tangga dengan daya 45 watt.
1.3.
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Mendapatkan data hasil dari pengujian generator megnet neodymium tipe
fluksi aksial
2. Mendapatkan performa generator magnet permanen tipe fluksi aksial..
1.4.
Manfaat
Manfaat yang di peroleh dari Perancangan,
Pembuatan dan Pengujian
Generator Magnet Permanen Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 watt ini adalah :
1. Dalam bidang IPTEK,ta pengujiand dapat digunakan sebagai bahan acuan
dalam pembuatan generator fluksi aksial.
3
2. Bagi masyarakat, dapat digunakan sebagai penunjang konstruksi
pembangkit listrik dengan menggunakan turbin angin
1.5.
Batasan Masalah
Sebagai batasan dalam perancangan ini adalah :
1. Generator yang dirancang menggunakan model Fluksi Aksial dengan daya
45 watt.
2. Kuat medan magnet yang digunakan menggunakan magnet neodymium.
1.5.1. SISTEMATIKA PENULISAN
Latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah
dan
sistematika penulisan dibahas dalam bab I. Pada bab II, penulis menjelaskan
tentang konsep dasar generator, desain generator fluksi aksial, dan teori - teori
pendukung dalam perancangannya serta metode perancangan yang digunakan.
Sedangkan pada bab III ,Bab III berisi pengujian dan pembahasan yang kemudian
disimpulkan pada bab IV, serta saran-saran yang berkenaan tugas akhir ini.
PENGUJIAN LAPANGAN GENERATOR FLUKSI
AKSIAL MAGNET NEODYMIUM DENGAN DAYA 45
WATT
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
HENDY WAHYU OKTAVIYANTO
NIM 07510026
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2012
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama
Nim
Tempat / Tanggal Lahir
Jurusan
Fakultas
Instansi
: Hendy Wahyu.O
: 07510026
: Batu, 13 Oktober 1988
: Teknik Mesin
: Teknik
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
1. Tugas Akhir dengan Judul :
“Pengujian Lapangan Generator Fluksi Aksial Magnet Neodymium
Dengan Daya 45 Watt “ Adalah hasil karya saya,dan dalam naskah tugas
akhir ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diiajukan oleh orang lain
untuk memperoleh gelar akademik disuatu perguruan tinggi, dan tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh
orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara tertulis
dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar
pustaka.
2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat
unsur-unsur “PLAGIASI”, saya bersedia “TUGAS AKHIR INI
DIGUGURKAN” dan “GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA
PEROLEH DIBATALKAN”,serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku.
3. Tugas Akhir ini dijadikan sumber pustaka yang merupakan “ HAK
BEBAS ROYALTY NON EKSLUSIF”
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, Januari 2012
Dengan Hormat,
Hendy Wahyu.O
Pengujian Lapangan Generator Magnet Neodymium Fluksi Aksial
Dengan Daya 45 Watt
Oleh : Hendy Wahyu. O, Pembimbing I : Ir.Trihono Sewoyo,MT,
Pembimbing II : M.Lukman Ir, MT
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRAKSI
Krisis energi yang melanda Indonesia, khususnya energi listrik telah
memaksa berbagai pihak untuk mencari solusi dalam mengatasi persoalan ini.
Salah satu yang sedang popular adalah pemanfaatan tenaga angin. Dalam
pemanfaatan energi bersifat fluktuatif tersebut dibutuhkan mesin listrik
(generator) yang sesuai dengan karakteristik penggeraknya
Generator ialah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanik menjadi
tenaga listrik melalui proses induksi magnetic. Generator memperoleh tenaga
mekanis dari penggerak mula (primer mover). Tenaga mekanik disini digunakan
untuk memutar kumparan kawat-kawat penghantar dalam medan magnet ataupun
sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.
Generator listrik yang tersedia banyak dipasaran (tipe radial flux) biasanya
berjenis high speed induction generator. Generator jenis ini membutuhkan energi
listrik awal (excitation voltage) untuk membuat medan magnetnya. Selain itu juga
sebagian besar (lebih dari 90%) turbin angin di dunia menggunakan generator
slip-ring dan high speed induction generator, yang mempunyai kekurangan,
antara lain : biaya tambahan untuk slip-ring itu sendiri, perawatan brush-gears,
termasuk penggantian brush pada periode tertentu.
Sebagai solusinya, pada penelitian ini dirancang generator fluksi aksial
menggunakan multi pole magnet permanen untuk menggantikan tegangan eksitasi.
Untuk menghasilkan tegangan yang stabil maka dipilih generator 3 fasa.
Generator aksial memiliki 2 bagian utama, yakni rotor dan stator. Rotor terdiri
dari 12 pasang magnet permanen yang dipasang saling berhadapan dan tarik
menarik satu dengan yang lainnya. Stator terdiri dari 9 buah kumparan dengan
137-138 lilitan disetiap kumparannya.
Kata Kunci :. generator aksial, rotor, stator, magnet permanen neodymium, 3
fasa.
Ground Test Generator Neodymium Magnet Axial Fluks
With 45 Watt Energy
Oleh : Hendy Wahyu. O, Pembimbing I : Ir.Trihono Sewoyo,MT,
Pembimbing II : M.Lukman Ir, MT
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRACT
Energy crisis in Indonesia, especially electrical energy has forced many
fields to find the solution in solving this problem. one most popular of them is the
utilization of water and wind energy. In the utilization fluctuation of energy,
needed electrical machine (generator) can suitable with character of working
power.
Generator is a machine that changes mechanical energybecome
electricity through a process electromagnetic induction. Generator obtain
mechanical energy from the drive first (primary mover). Mechanical energy is
used here to turn the coil wire conductor in a magnetic field or otherwise play a
magnet between coils of wire conductor.
Electrical generator has been widely spread in the market (radial flux
type), usually in the kind of high speed induction. Generator where in this type
initial electrical energy (excitation voltage) to make its magnetic field. While,
most of wind turbine (less than 90%) in the world using slip-ring generator and
high speed induction generator. It’s need most cost extra for slip-ring,
maintenance brush-gears, maybe sometimes include to replace with new brush.
As the solution, in this research has been designed the generator axial
flux with multi pole permanently magnetic to replace the existence voltage. To
generate stable of voltage building three phase of generator. There are two main
parts in generator axial flux, they are rotor and stator. Rotor build in 12 couple of
permanently magnet, confront and pull each other. Stator build in 9 coils by 517518 turns conductor in each coil.
Keywords: axial flux generator, rotor, stator, permanently magnet, three phase.
KATA PENGANTAR
Assalammu’alaikum Wr. Wb.
Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang senantiasa memberikan
rahmat serta hidayah-Nya kepada kita semua. Semoga sholawat serta salam selalu
tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW. Dengan berkah dan ridho-Nya,
akhirnya penulisan skripsi yang berjudul "Pengujian Lapangan Generator Magnet
Neodimium Tipe Fluksi Aksial Dengan Daya 45 Watt " ini dapat terselesaikan.
Selain sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana bagi
mahasiswa Teknik Mesin UMM, semoga tugas akhir ini juga dapat bermanfaat
sebagai sumbangan pikiran dari penulis bagi pembaca sekaligus pengembangan
keilmuan berkaitan dengan energi alternatif dan konversi energi elektromagnetik.
Terima kasih yang sebesarnya penulis ucapkan kepada banyak pihak yang
telah membantu terselesainya skripsi ini, baik secara langsung maupun tidak
langsung. Terimakasih penulis ucapkan kepada :
1. Kedua Orang tua dan Kakak tercinta (Ibu Yayuk,Bpk Waluyo,Mbak Nova)
yang tiada henti memberikan doa, dukungan, senantiasa menasehati, memberi
semangat dan materi, serta semua pengorbanannya bertahun-tahun demi
selesainya pendidikanku selama ini. Semoga Allah SWT membalas semua
amalan dan memberinya kesehatan lahir dan batin selalu, amin…
2. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT, selaku pembimbing satu yang membimbing
bidang akademik,dan juga dosen yang mampu menyelami kemampuan ilmu
mahasiswanya. Terima kasih telah memberikan ide, ilmu, tekanan serta
meluangkan waktu, wacana, dan kesabaran dalam membimbing sehingga
penulis dapat menyelesaikan dan meminimalisir kesalahan dalam tugas akhir
ini.
3. Bapak Ir. M.Lukman, MT, selaku pembimbing dua yang telah meluangkan
waktunya
untuk
memberikan
bimbingan,memberikan
nasehat
yang
bermanfaaat sekali sehingga pengerjaan skripsi ini berjalan dengan baik.
4. DR.Ali Saifullah, ST. MT, selaku dosen wali jurusan teknik mesin angkatan
2007 yang telah mendampingi proses akademik selama kuliah di jurusan
Teknik Mesin.
5. Ir.Mulyono.MT , selaku kajur Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Malang yang senantiasa membantu membimbing dan mengarahkan semua
kegiatan yang ada di dalam kampus terutama jurusan teknik mesin.
6. Sahabat satu tim dalam pengerjaan tugas akhir (Dita,Totok,Arip), terima kasih
atas kekompakannya, saling memberi semangat, dan yang terpenting
kebersamaan diwaktu susah maupun senang.
7. Untuk adik Qoqom tersayang yang telah memberikan dorongan semangat,
dukungan, motivasi, dan perhatian selama ini.
8. Teman-teman yang kenal dengan penulis dan penulis kenal yang tidak dapat
disebutkan satu persatu, terima kasih untuk bentuannya dalam bentuk apapun
selama ini
9. Teman-teman jurusan teknik mesin angkatan 2007, khususnya crew Lab.
Perancangan/
CNC
kebersamaannya.
angkatan
2007
semuanya
terima
kasih
atas
10. Teman-teman kontrakan Jl.Margojoyo no.1 semuanya terima kasih atas segala
bantuannya dan semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas
Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah (skripsi) ini mungkin
belum bisa dikatakan sempurna, dikarenakan ilmu yang masih terbatas dan belum
berkembang. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritik, saran, dan sumbangan
pemikiran dari berbagai pihak yang bersifat membangun demi terciptanya karya
ilmiah yang lebih baik dan berguna bagi masa depan. Semoga hasil karya
penulisan ini dapat memberikan manfaat bagi kehidupan kita semua di masa yang
akan datang. Tetap cintai,lindungi dan jaga bumi kita dari pemanasan global.
Akhir kata, penulis menyampaikan terima kasih atas perhatiannya.
Wassalammu’alaikum Wr. Wb.
Malang, Januari 2012
Penulis,
Hendy Wahyu.O
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL
POSTER
LEMBAR PENGESAHAN
LEMBAR ASISTENSI
LEMBAR PERNYATAAN
ABSTRAKSI…………………………………………………………………….. i
KATAPENGANTAR…………………………………………………………… ii
DAFTAR
ISI………………………………………………………………...........iii
DAFTAR TABEL..................................................................................................v
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2
1.3 Tujuan ........................................................................................................... 2
1.4 Manfaat ......................................................................................................... 2
1.5 Batasan Masalah............................................................................................ 3
1.5.1 Sistematika Penulisan........................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Generator ....................................................................................................... 4
2.2 Prinsip Dasar Generator .............................................................................. 5
2.3Jenis Generator ............................................................................................... 5
2.4 Rotor ............................................................................................................. 9
2.5 Stator ............................................................................................................. 10
2.6 Tegangan dan Arus Bolak-Balik ................................................................... 10
2.7 Frekuensi ...................................................................................................... 11
2.8 Reaktansi ....................................................................................................... 12
2.9 Rectifier ........................................................................................................ 13
2.10 Magnet........................ ................................................................................. 14
2.11 Jenis-jenis Magnet ....................................................................................... 14
2.11.1 Magnet Tetap........................................................................... ...... 14
2.11.2 Klasifikasi Magnet Neodymium ...................................................... 16
2.12. Besaran-Besaran Magnet ........................................................................... 16
2.12.1 Induksi Medan Magnet...................................................................... 17
2.13 Kawat Tembaga ........................................................................................... 19
2.14 Resin......................... ................................................................................... 20
2.14.1 Macam-Macam Resin ........................................................................ 21
2.15 Katalis.......................................................................................................... 22
2.15.1 Jenis Katalis ............................................................................................. 23
2.16 Poros............................................................................................................ 23
2.17 Bantalan....................................................................................................... 24
2.18 Jenis Bantalan.............................................................................................. 24
2.19 Metode Pengujian........................................................................................ 25
BAB III PERANCANGAN GENERATOR
3.1 Desain Generator Fluksi Aksial .................................................................... 30
3.1.1 Identifikasi Masalah ........................................................................... 31
3.1.2 Struktur Fungsi ................................................................................... 32
3.1.3 Prinsip Kerja ...................................................................................... 33
3.1.4 Kombinasi dan Susunan Konsep........................................................ 33
3.2 Evaluasi Terhadap Kriteria Teknik/Ekonomi ............................................ 34
3.3 Penentuan Daya Generator ......................................................................... 35
BAB IV PEMBUATAN DAN PENGUJIAN GENERATOR
4.1 Pengujian Generator.................................................................................... 38
4.2 Prosedur pengujian ...................................................................................... 38
4.2.1 cara pengambilan data ....................................................................... 42
4.3 Data Pengujian ............................................................................................ 43
4.3.1 Data Pengujian Tanpa Beban Arus AC ............................................... 43
4.3.2 Data Pengujian Tanpa Beban Arus DC ................................................ 44
4.4 Analisa dan Pembahasan Data ...................................................................... 44
4.4.1 Grafik Pengujian Tanpa Beban Arus AC .............................................. 45
4.4.2 Grafik Pengujian Tanpa Beban Arus DC .............................................. 46
4.4.3 Perbandingan Pengujian Putaran dan Tegangan ................................... 46
4.4.4 Grafik Pengujian Putaran dan Tegangan .............................................. 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 51
5.2 Saran .............................................................................................................. 51
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 52
LAMPIRAN :
CURICULUM VITAE
GAMBAR TEKNIK GENERATOR FLUKSI AKSIAL DAYA 45 WATT
NASKAH PUBLIKASI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban Arus AC .............43
Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban Arus DC ............ 44
Tabel 4.3 Tabel Perbandingan Pengujian Putaran dan Tegangan ............... 46
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja generator .............................................................. 5
Gambar 2.2 Sudut antara normal bidang kumparan dengan fluks magnet ... 6
Gambar 2.3 Jenis Generator Magnet Permanen Fluksi Aksial...................... 7
Gambar 2.4 Magnet sebagai rotor ................................................................. 9
Gambar 2.5 Kumparan atau lilitan sebagai rotor.. ........................................ 9
Gambar 2.6 Siklus gelombang sinus yang memperlihatkan waktu………… 12
Gambar 2.7 Rangkaian rectifier jembatan gelombang penuh ....................... 13
Gambar 2.8 Pola medan magnet pada pasir besi yang ditaburkan ............... 17
Gambar 2.9 Gaya gerak listrik induksi pada kumparan akibat batang ......... 18
Gambar 2.11 Kawat email .............................................................................. 20
Gambar 2.12 Diagram Alir perancangan dan pengujian .............................. 28
Gambar 2.13 Bagan alur perancangan .......................................................... 29
Gambar 3.1 Diagram blok fungsi .................................................................. 32
Gambar 3.2 aliran energy ............................................................................... 32
Gambar 3.3 Prinsip kerja ................................................................................ 33
Gambar 3.4 Desain Rotor ............................................................................... 35
Gambar 4.1 Plat Penghubung ......................................................................... 39
Gambar 4.2 Generator di hubungkan ke turbin .............................................. 40
Gambar 4.3 Penggabungan kabel ................................................................... 41
Gambar 4.4 Skema rangkaian bintang ........................................................... 41
Gambar 4.1 Grafik pengujian tanpa beban arus AC ...................................... 45
Gambar 4.2 Grafik pengujian tanpa beban arus DC ...................................... 46
52
DAFTAR PUSTAKA
1. Riyadi, M. Sugeng ., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator
Fluksi Aksial Putaran Rendah dengan Magnet Permanen untuk Turbin
Angin Daya 1000 Watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2009.
2. Walid, Ahsan., Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Generator daya
45 watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2011.
3. Piggott, Hugh,. A Wind Turbine Recipe Book The Axial Flux Windmill
Plans, Metric edition, Januari 2009.
4. Muhammad,Thamrin.,
Perancangan,
Pembuatan,
dan
Pengujian
Generator daya 45 watt, Tugas Akhir,Teknik mesin - UMM, 2011
5.
Toomey, Michael. ”Individual Trade Study for Portable Energy System”. February 28,
2008.
6. resinkatalis.wordpress.com/2008/08/09/ bahan - bahan dasar pembuatan
fiberglass
7. elektronika.blogspot.com
8. dunia-listrik.blogspot.com/generator
9. http://greenterrafirma.com/images/diy-turbine/rotor-stator.jpg
10. www.nationalsemiconductor.com
11. www.tokomagnet.com/php/magnet
78