Laporan Fisika Energi pdf 1
LAPORAN HASIL PERCOBAAN
PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MAGNET
SEDERHANA
(PLTMnS)
Disusun oleh :
Abidia Nz
(M0212001)
Bara Wahyu R
(M0212021)
Devara Ega Fausta (M0212025)
Laporan Ini Disusun untuk Memenuhi Ujian Kompetensi Dasar
(UKD) IV Mata Kuliah Fisika Energi
Jurusan Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Mei 2015
i
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman judul ....................................................................................................i
Daftar isi .............................................................................................................ii
Daftar gambar .....................................................................................................iv
Daftar tabel .........................................................................................................v
PENDAHULUAN ............................................................................................. 1
1.1 Latar belakang .............................................................................................. 1
1.2 Tujuan .......................................................................................................... 2
LANDASAN TEORI ......................................................................................... 4
2.1 Listrik dan pembangkit listrik ...................................................................... 4
2.2 Dinamo ......................................................................................................... 5
2.3 Magnet ......................................................................................................... 5
METODELOGI PERCOBAAN ........................................................................ 6
3.1 Alat dan bahan .............................................................................................. 6
3.2 Langkah kerja ............................................................................................... 6
3.2.1 Studi pustaka ............................................................................................. 7
3.2.2 Pencarian alat dan bahan ........................................................................... 7
3.2.3 Pembuatan prototipe ................................................................................. 7
3.2.4 Pengujian prototipe ................................................................................... 8
3.2.5 Analisa hasil percobaan ............................................................................. 8
3.2.6 Penarikan kesimpulan ............................................................................... 8
3.3 Gambar alat dan bahan ................................................................................. 9
3.3.1 Gambar alat dan bahan .............................................................................. 9
3.3.2 Dimensi alat .............................................................................................. 10
ii
DATA PENGAMATAN .................................................................................... 12
HASIL DAN ANALISA PERCOBAAN .......................................................... 14
4.1 Prinsip kerja alat ........................................................................................... 14
4.2 Histori pembuatan alat ................................................................................. 16
4.2.1 Jenis cakram .............................................................................................. 16
4.2.2 Konfigurasi magnet kecil .......................................................................... 17
4.2.3 Posisi magnet besar ................................................................................... 18
4.2.4 Hasil keluaran tegangan dan efisiensi alat ................................................ 18
KESIMPULAN .................................................................................................. 20
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 21
LAMPIRAN ....................................................................................................... 22
iii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Contoh beberapa jenis Pembangkit Listrik dengan berbagai macam
jenis sumber tenaganya .......................................................................................4
Gambar 2. Interaksi gaya antara dua magnet .....................................................5
Gambar 3. Diagram alir percobaan ....................................................................7
Gambar 4. (a) (b) (c) (d) dan (e) Proses Pembuatan Prototype PLTMnS..........8
Gambar 5. Gambar alat dan bahan ....................................................................11
Gambar 6. Dimensi Prototype PLTMnS ............................................................11
Gambar 7. Skema pada saat Magnet besar akan didekatkan dengan Susunan
Magnet Kecil pada Piringan Cakram .................................................................15
Gambar 8. Pada saat jarak antara magnet besar dengan magnet kecil bernilai s,
maka akan terjadi gaya tolak menolak ...............................................................16
Gambar 9. Garis garis gaya Magnet pada dua kutub magnet yang berlawanan 17
Gambar 10. Konfigurasi magnet kecil ...............................................................18
Gambar 11. Penampang magnet besar ...............................................................19
iv
v
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik ..........................................13
Tabel 2. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik ...........................................13
Tabel 3. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik ...........................................14
Tabel 4. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik ...........................................14
vi
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Permasalahan
Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang sedang berusaha
untuk menjadi sebuah negara maju. Indonesia sendiri adalah salah satu negara
kepulauan terbesar yang ada didunia dengan memiliki lebih dari 17.000 gugusan
pulau yang tersebar dari Pulau Sabang hingga Pulau Merauke. Indonesia
mempunyai luas wilayah total sebesar 1.919.440 km2. Dengan luasnya wilayah
yang dimiliki Indonesia, dan letak geografis strategis yang dimiliki oleh
Indonesia, sewajarnya Indonesia mempunyai potensi Sumber Daya Alam (SDA)
sangat berlimpah disertai dengan kondisi alam yang mendukung, seperti : tanah
yang subur, iklim tropis yang mendukung, dan wilayah perairan Indonesia dengan
berbagai kekayaan alam yang terkandung didalamnya. Hal tersebut membuat
Indonesia sejak zaman dahulu kala telah dilirik oleh bangsa asing sebagai
“tambang emas” yang tinggal menunggu untuk digali dan dieksploitasi potensi
SDAnya. Wajar saja, banyak negara penjajah seperti Belanda, dan Jepang rela
untuk membangun infrastruktur yang menunjang di negara jajahannya pada
zaman Perang Dunia Kedua (PD II).
Akan tetapi, kini Indonesia telah menjadi negara yang merdeka hampir 70
tahun lamanya. Indonesia dengan berbagai peninggalan penjajah dan bantuan dari
luar mulai menggali potensi alam yang dimiliki oleh bangsa ini. Semakin
berkembangnya zaman, Indonesia yang masih tergolong negara berkembang terus
melakukan pembangunan infrastruktur disana sini untuk menarik para investtor
asing untuk saling bersaing menginvestasikan uang mereka di Indonesia ini.
Mulai berinvestasi dalam pengembangan pendidikan hingga dalam dunia
perindustrian yang menjadi tolak ukur poros ekonomi suatu negara. Sekarang ini,
terjadi peningkatan pembangunan-pembangunan demi memenui kebutuhan warga
negara Indonesia atau sekedar hanya memenuhi kepentingan para investor asing.
Tentunya, untuk menjalankan semua itu (mulai dari roda perekonomian, kegiatan
pemerintahan, pendidikan, dan transportasi) diperlukan suatu sumber daya atau
sumber energi untuk menjaga semuanya dapat berjalan sesuai dengan fungsi dan
kegunaannya masing-masing.
Sumber daya, atau sumber energi yang dimaksud merupakan sumber energi
listrik. Karena, di masa sekarang ini listrik adalah salah satu kebutuhan primer
yang harus dipenuhi untuk menjalankan hampir seluruh kegiatan manusia setiap
harinya. Indonesia sendiri, dengan berbagai kekayaan alam yang dimilikinya telah
mampu membuat beberapa pembangkit listrik (PL) yang jenisnya berbeda-beda.
1
Beberapa pembangkit listrik yang telah ada di Indonesia diantaranya adalah :
Pembangkit Listik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU),
Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTAn), Pembangkit Listrik Tenaga Surya
(PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), dan yang kini
gencar diperbincangkan adalah wacana untuk membuat Pembangkit Listrik
Tenaga Nuklir (PLTN).
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) memang kini masih menjadi salah
satu perbincangan hangat seputar pro dan kontra yang mengiringi rencana
pembangunan Pembangkit Listrik tersebut di Indonesia. PLTN memang memiliki
banyak manfaat seperti, lebih ramah lingkungan, dan memiliki jumlah daya yang
lebih besar dibandingkan dengan jenis Pembangkit Listrik lain yang telah ada di
Indonesia. Namun, ketika banyak dukungan atas pembangunan jenis pembangkit
ini, banyak pula yang menolak pembangunannnya dengan alasan keselamatan.
Memang, beberpa tragedi yang menyelimuti sejarah PLTN diberbagai negara
membuat mayoritas orang di Indonesia menolak pembangunannya, beberapa
kasus besar yang telah terjadi adalalh seperti meledaknya PLTN Chernobyle di
Ukraina pada tahun 1986 dan rusaknya reaktor Fukhusima di Jepang akibat
gempa yang melanda tahun 2011 lalu. Dari dua peristiwa diatas, membuat hal
yang paling terlihat dari PLTN terlhat, yaitu paparan radiasinya yang sangat
berbahaya bagi kesehatan lingkungan dan makhluk hidup. Bagi manusia, paapran
radiasi bisa menyebabkan kanker dan tumor serta penyakit lain yang dapat
menurun secara generasi.
Dengan melihat fakta tersebut, maka diperlukanlah suatu pembangkit listrik
jenis baru dengan daya yang besar untuk dibangun di Indonesia, akan tetapi
mempunyai risiko yang lebih rendah apabila dibandingkan dengan PLTN yang
dari dulu telah menjadi wacana. Salah satu jenis pembangkit listrik yang kini
masih dalam proses pengembangan dan penelitian adalah pembangkit listrik yang
mencoba menafaatkan induksi pada magnet adalah Pembangkit Listrik Tenaga
Magnet (PLTMn). PLTMn dipandang dapat menjadi salah satu alternatif sumber
daya baru yang dapat dikembangkan diberbagai negara (termasuk Indonesia) dan
tentunya dapat memenuhi Kedaulatan Energi bagi bangsa Indonesia. oleh karena
itu, pada tugas Fisika Energi kali ini akan dibuat sebuah prototype sederhana dari
Pembangkit Listrik Tenaga Magnet (PLTMn) untuk mengetahui lebih jauh
bagiamana prinsip kerja PLTMn serta untuk mengetahui apakah PLTMn ideal
untuk digunakan sebagai sumber daya alternatif baru yang dimiliki oleh Bangsa
Indonesia untuk bertujuan memenuhi kedaulatan Energi Nasional.
2
1.2 Tujuan
a. Membuat Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Magnet Sederhana
(PLTMnS)
b. Mengetahui besar tegangan yang dapat dihasilkan oleh prototype
yang telah dibuat
c. Mengetahui berapa besarnya efisiensi dari prototype yang telah
dibuat
3
LANDASAN TEORI
2.1 Listrik dan Pembangkit Listrik
Listrik merupakan kumpulan fenomena fisika yang berhubungan dengan
kehadiran dan aliran dari muatan listrik (Anonim, 2015). Tenaga listrik dalam
jumlah besar dihasilkan oleh pembangkit listrik, seperti : termal, nuklir, hidrolik,
turbin gas, dan geotermal (Nag, 2001). Pembangkit Listrik (disebut juga dengan
power planti atau power station) adalah suatu fasilitas industrial yang mempunyai
fungsi untuk menghasilkan dan menyuplai arus listrik (Anonim, 2015).
Pembangkit listrik, seperti telah disebutkan sebelumnya memiliki beberapa
contoh, seperti PLTA, PLTU, PLTN, PLTMh, PLTS, dan PLTSa (Anonim, 2015).
Gambar 1 merupakan ilustrasi dari beberapa pembangkit listrik yang ada didunia :
(a)
(b)
(d
(e)
(c)
(f)
Gambar 1. Contoh beberapa jenis Pembangkit Listrik dengan berbagai macam
jenis sumber tenaganya : (a) PLTN, (b) PLTG, (c) PLTS, (d) PLTMn, (e) PLTAn
dan (f) PLTA
4
2.2 Dinamo
Dinamo merupakan suatu alat yang digunakan untuk menghasilkan energi
listrik dan energi magnet dari energi kinetik melalui proses fisika induksi
elektromagnetik. Proses yang terjadi dalam sebuah dinamo adalah ketika suatu
arus akan diinduksi pada kawat tertutup melalui medan magnet. Sementara itu
dari arus sendiri akan menghasilkan suatu medan magnet (Gargaud, 2011)
Terdapat dua buah jenis dinamo, yakni dinamo jenis AC dan DC. Dinamo
jenis AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current). Dinamo AC merupakan
dinamo yang dapat bekerja dengan menggunakan arus bolak balik, sementara
dinamo DC merupakan dinamo yang dapat bekerja dengan menggunakan arus
searah (Serway, 2006)
2.3 Magnet
Magnet merupakan suatu benda yang mempunyai dua buah kutub yang
saling berlawanan dikedua ujungnya, biasanya kedua kutub magnet ini dinamakan
sebagai kutub utara magnet dan kutub selatan magnet, mengikuti jenis kutub yang
ada di bumi ini yang terletak di bagian utara dan bagian selatan bumi ini. Magnet
dapat menarik benda-benda logam dan juga dapat membuat benda tersebut
memiliki sifat magnetik untuk beberapa saat, peristiwa tersebut sering dinamakan
sebagai peristiwa magnetisasi. Dalam magnet terdapat beberapa kemungkinan
interaksi yang akan terjadi bila dua kutub magnet saling didekatkan, yakni
interaksi tarik menarik dan interaksi tolak menolak, interaksi yang terjadi
digambarkan pada gambar 3 berikut ini :
(a)
(b)
Gambar 2. Interaksi gaya antara dua magnet : (a) Gaya tarik menarik pada
dua kutub magnet yang berbeda (b) Gaya tolak menolak pada dua kutub
magnet yang sama
5
Gambar 2 menjelaskan, bahwa interaksi gaya tarik mearik terjadi pada dua
kutub magnet yang berlawanan, sementara interaksi gaya tolak menolak terjadi
pada dua kutub magnet yang sejenis. Ketika suatu magnet besar dihancurkan
menjadi bagian yang kecil maka pada potongan-potongan kecil tersebut akan
menjadi magnet yang baru lagi dengan dua kutub pula. Magnet bisa dikatakan
benda dengan kutub dipole karena magnet selalu mempunyai dua buah kutub,
yakni kutub utara dan selatan, tidak ada magnet yang mempunyai hanya satu buah
kutub saja, atau disebut berkutub monopole (Young and Fredmann, 2008)
6
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat :
Bahan :
a. Lem Serba guna
(1 buah)
a. Magnet permanen besar
(1 buah)
b. Gunting
(1 buah)
b. Magnet permanen kecil
(16 buah)
c. Soldering tool
(1 buah)
c. Dinamo DC 6 Volt
(1 buah)
d. Multimeter Analog (1 buah)
d. Bagian bawah botol Aqua (1 buah)
f. Kabel Penghubung
(secukupnya)
3.2 Langkah Kerja
Dalam melaksanakan percobaan kali ini, dilakukan beberapa proses
tahapan untuk membuat percobaan ini dapat berjalan dengan lancar, gambar 3
menunujukkan diagram alir percobaan untuk membuat PLTMnS :
Studi Pustaka
Pencarian Alat dan Bahan
Pembuatan Prototype
Pengujian Prototype
Analisa Hasil Percobaan
Penarikan Kesimpulan
Gambar 3. Diagram alir percobaan
7
3.2.1 Studi Pustaka
Pada bagian ini dilaksanakan pencarian sumber pustaka dan referensi
mengenai PLTMn serta dicari pula referensi melalui multimedia video yang
berhubungan dengan percobaan sederhana mengenai konversi energi untuk
menghasilkan energi listrik dan energi terbarukan. Setelah dirasa cukup
mendapatkan referensi dan pengetahuan mengenai PLTMn dan beberapa
percobaan konversi energi sederhana, maka dilanjutkan untuk mencari alat dan
bahan yang akan dibuat sebagai prototype PLTMnS.
3.2.2 Pencarian Alat dan Bahan
Setelah melakukan studi pustaka, maka selanjutnya dilakukan pencarian
alat dan bahan yang akan digunakan untuk membuat prototype PLTMnS dari
bahan-bahan yang sudah tidak digunakan lagi, seperti memanfaatkan magnet pada
bagian speaker yang telah rusak, menggunakan dinamo bekas bagian sepeda,
bagian bawah dari botol air mineral 1,5 ml. Sementara, untuk alat telah tersedia
sehingga dapat dilanjutkan untuk membuat prototype dari PLTMnS.
3.2.3 Pembuatan Prototype
Dalam melakukan pembuatan prototype, dilaksanakan beberapa tahap pembuatan,
yakni :
(a)
(b)
(d)
(e)
(c)
Gambar 4. (a) (b) (c) (d) dan (e) Proses Pembuatan Prototype PLTMnS
Dari gambar 4 menunjukkan langkah pembuatan prototype PLTMnS, pada
bagian (a) dari gambar sedang dilakukan proses pemotongan bagian bawah tutup
8
botol air mineral 1,5 ml untuk dijadikan sebagai cakram dan temlpat untuk
meletakkan magnet kecil yang ada sebanyak jumlah segmen yang tersedia dari
bagian bawah botol tersebut. Pada gambar (b) dan (c) menunjukkan gambaran
dari hasil pemotingan cakram serta sedang dilaksanakan proses pengeleman
magnet-magnet kecil pada bagian sisi dari cakram. Sementara, untuk bagian (d)
merupakan proses pemasangan cakram putar pada bagian poros dari dinamo dc
yang telah ada sebelumnya, dan gambar (e) merupakan hasil dari prototype yang
telah selesai dibuat dan untuk selanjutnya akan dilakukan pengambilan data
percobaan.
3.2.4 Pengujian Prototype
Pada tahapan ini, dilakukan pengujian pada prototype dengan mengukur
besarnya arus dan tegangan yang terukur pada multimeter untuk kemudian dicatat.
Pada pengujian ini, dilakukan dengan cara mendekatkan magnet besar ke poros
cakram yang terdapat magnet kecil disisi-sisinya, karena adanya interaksi tarik
menarik antar kedua jenis magnet, maka ketika magnet besar didekatkan pada
magnet kecil, akan terjadi tolakan dari kutub magnet kecil terhadap kutub magnet
besar. Karena kutub magnet kecil dipasang secara melingkar disisi-sisi cakram
putarnya, tiap tolakan akan terjadi secara kontinu dan hasil dari tolakan tersebut
adalah bergeraknya cakram secara melingkar. Pada saat pengambilan data,
dilakukan dengan mengambil 20 data dari 20 kali putaran, dimana satu kali
putarannya mmpunyai waktu selama 3 dan 5 detik (2 kali variasi). Dari hasil
tersebut, bisa didapatkan data berupa arus sebanyak 10 buah data. Setelah
dilakukan pengujjian, maka selanjutnya dilakukan analisa hasil percobaan.
3.2.5 Analisa Hasil Percobaan
Setelah data didapatkan, maka dilakukanlah analisa berkaitan dengan
besarnya arus yang dihasilkan oleh prototype PLTMnS yang telah dibuat. Selain
itu, dilakukan pula perhitungan yang bertujuan untuk mengetahui efisiensi yang
dimiliki oleh prototype yang telah dibuat dengan membandingkan ketika alat
diputar dengan magnet dan diputar secara manual dengan menggunakan tangan
(beberapa faktor diabaikan) sehingga diketahui berapa perbandingan efisiensi
yang didapatkan.
3.2.6 Penarikan kesimpulan
Setelah dilakukan analisa, maka akan ditarik beberapa kesimpulan yang
berfungsi untuk menjawab tujuan-tujuan yang telah dibuat diawal.
9
3.3 Gambar Alat dan Bahan
Pada bagian ini, akan ditunjukkan mengenai gambar alat dan bahan yang
digunakan serta gambar dari prototype dan dimensinya.
3.3.1 Gambar Alat dan Bahan
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
10
(g)
Gambar 5. Gambar alat dan bahan :
a. Soldering Tool, b. Kabel penghubung, c. Magnet Besar, d. Lem
e. Bagian bawah air mineral, f. Magnet Kecil, g. Multimeter
Gambar 5 menunjukkan alat dan bahan yang digunakan untuk melakukan
percobaan sederhana ini. Mulai dari gambar 5. (a) merupakan sebuah soldering
tool, kabel penghubung, magnet besar, lem, bagian bawah air mineral, magnet
kecil, dan sebuah multimeter yang akan digunakan untuk melakukan pengujian.
3.3.2 Dimensi Alat
Dimensi dari prototype PLTMnS yang telah dibuat, ditunjukkan pada gambar 6
sebagai berikut :
d
a
Gambar 6. Dimensi Prototype PLTMnS
11
Gambar 6 merupakan ilustrasi dari prototype PLTMnsS. Dalam gambar
tersebut terdapat beberapa poin a, b, c, dan d. Untuk a merupakan ukuran dari
magnet kecil sebesar (1,5 x 0,7) cm, sementara b merupakan tinggi dari dinamo
dengan tinggi 4 cm, gambar c merupakan diameter dari dinamo dengan panjang
3,5 cm, sementara untuk d merupakan dimensi dari cakram putar yang memiliki
ukuran sebesar 8,5 cm.
12
DATA PENGAMATAN
Dari percobaan yang telah dilakukan untuk melakukan pengukuran
besarnya tegangan (V) yang dilakukan dengan menggunakan sebuah multimeter
analog, diambil sebanyak 20 buah data percobaan, dengan waktu yang digunakan
dalam setiap pengambilan data adalah 3 dan 5 detik. Tabel 1 dan 2 merupakan
hasil dari pengukuran tegangan secara manual (menutar dengan tangan) variasi
waktu putar setiap pengambilan data adalah 3 dan detik :
Tabel 1. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,4
0,4
0,4
0,4
0,5
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,5
0,6
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
Tabel 2. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,4
0,5
0,5
0,4
0,4
0,6
0,6
0,5
0,5
0,5
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,7
0,5
0,5
0,5
0,6
0,6
0,6
0,6
0,5
0,6
Selanjutnya, setelah dilakukan pengambilan data dengan cara memutar
piringan cakram dengan menggunakan tangan (faktor lain diabaikan) dilakukanlah
pengambilan data dengan menggunakan prinsip induksi magnet memanfaatkan
interaksi gaya tolak menolak yang dihasilkan oleh magnet besar dan susunan
magnet kecil. Sama seperti yang dilakukan pada pengambilan data secara manual,
pengambilan data ini dilakukan dengan menggunakan dua variasi waktu tiap
13
putaran cakram, yakni selama 3 dan 5 detik sebanyak 20 data. Hasil dari
pengambilan data ditampilkan pada tabel 3 dan tabel 4 sebagai berikut :
Tabel 3. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,6
0,5
0,5
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,4
0,4
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,5
0,5
0,5
0,4
0,5
0,6
0,5
0,4
0,6
0,5
Tabel 4. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,5
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
0,4
0,6
0,6
0,6
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,6
0,7
0,5
0,6
0,5
0,5
0,7
0,5
0,7
0,7
14
Hasil dan Analisa Percobaan
4.1 Prinsip Kerja Alat
Pada perkuliahan fisika energi kali ini, dibuatlah suatu percobaan untuk
mendesain suatu alat yang dapat digunakan sebagai sarana dalam mencari energi
terbarukan. Alat disini lebih ditunujukkan untuk mendesain suatu percobaan yang
dapat mengkonversikan suatu energi (misal : energi panas, energi aliran air, energi
mekanik, energi kimia, dsb) menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini,
dirancanglah suatu alat yang berfungsi untuk menkonversikan energi magnetik
(melalui perantara suatu dinamo) menjadi energi listrik. Sehingga, percobaan kali
ini dinamakan sebagai percobaan pembuatan Prototype Pembangkit Listrik
Tenaga Magnet Sederhana (PLTMnS)
PLTMnS menggunakan prinsip kerja sederhana dalam ilmu fisika, yaitu
interaksi antar dua kutub magnet yang berbeda atau sama, skema kerja dari
PLTMnS dapat dilihat pada gambar 7 berikut ini :
Susunan
Magnet
Kecil
Magnet
Besar
Piringan
Cakram
Poros
Putar
Gambar 7. Skema pada saat Magnet besar akan didekatkan dengan
Susunan Magnet Kecil pada Piringan Cakram
Pada gambar 7 menunjukkan magnet besar akan didekatkan dengan
magnet kecil yang telah disusun melingkar terhadap piringan cakram, pada saat
jarak dari magnet besar semakin dekat dengan posisi dari piringan cakram yang
telah diberi susunan magnet kecil disekelilingnya, maka akan terjadi suatu
peristiwa sederhana dalam kemagnetan, yakni terbentuknya gaya interaksi antar
magnet tersebut. Dalam hal ini, akan terdapat dua kemungkinan peristiwa yaitu
peristiwa gaya tarik menarik dan peristiwa gaya tolak menolak antara magnet
besar dengan magnet kecil tersebut.
Pada percobaan kali ini, akan dibuat suatu interaksi gaya tolak menolak
antara magnet besar dan magnet kecil yang terdapat pada sisi piringan cakram
15
ketika jarak antara kedua buah magnet tersebut pada jarak yang disimbolkan
dengan (s). S merupakan jarak ideal dimana akan terbentuk medan magnet yang
akan menyebankan peristiwa gaya tolak menolak antara dua magnet tersebut.
Pengaruh s terhadap gaya tolak menolak yang didapatkan dari percobaan kali ini
adalah, ketika jarak magnet besar dan magnet kecil sangat jauh, maka tidak akan
terjadi gaya tolak menolak atau tarik menarik dari kedua magnet, bisa dikatakan
gaya interaksi yang dihasilkan oleh kedua magnet tersebut lemah. Sementara itu,
pada saat jarak magnet besar dan magnet kecil sangat dekat, maka akan terjadi
gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak yang sangat besar dari kedua magnet
tersebut, sehingga magnet kecil akan menempel atau langsung menempel pada
magnet besar. Oleh karena itu, harus diketahui berapa nilai s yang dibutuhkan
untuk dapat menghasilkann gaya interaksi yang tidak terlalu lemah atau tidak
terlalu kuat.
Setelah mendapatkan nilai s, peristiwa selanjutnya akan dijelaskan pada
gambar 8 sebagai berikut :
s
Gambar 8. Pada saat jarak antara magnet besar dengan magnet kecil
bernilai s, maka akan terjadi gaya tolak menolak
Pada jarak s tersebut, tebentuklah suatu medan magnet dari interaksi tolak
menolak magnet besar dengan magnet kecil. Apabila ditinjau garis-garis gaya
magnet yang terbentuk di dalam medan magnet tersebut, maka garis-garis gaya
magnet yang terbentuk dapat diilustrasikan pada gambar 8 berikut :
Gambar 9. Garis garis gaya Magnet pada dua kutub magnet yang
berlawanan
Dari interaksi gaya tolak menolak yang terjadi, maka magnet pada
piringan cakram akan menjauhi magnet besar yang didekatkan kepadanya, dan
16
ketika satu magnet kecil menjauh, maka posisinya tadi akan digantikan oleh
magnet kecil lainnya dengan kutub yang juga berlawanan dengan magnet besar
sehingga magnet kecil tersebut akan menjauhi magnet besar itu lagi, dan
digantikan oleh magnet kecil yang lainnya secara berulang, sehingga akan
menghasilkan gaya interaksi tolak menolak yang kontinue dan menyebabkan
pringan cakram berputar. Ketika piringan cakram berputar, maka akan
menggerakkan poros putar pada dinamo dan dari proses fisika yang terjadi
didalam dinamo, terjadilah konversi energi gerak dari piringan cakram menjadi
energi listrik yang diindikasikan dengan bergeraknya jarum penunjuk pada
multimeter.
4.2 Histori Pembuatan alat
Sebelum melakukan percobaan kali ini, sebenarnya telah dilakukan
beberapa kali percobaan dengan memvariasikan sejumlah komponen yang
terpasang pada prototype tersebut. Terdapat komponen-komponen yang
divariasikan selama pembuatan alat berlangsung, diantaranya adalah :
a. Jenis cakram
b. Konfigurasi Magnet kecil
c. Posisi Magnet Besar
4.2.1 Jenis Cakram
Telah dilakukan beberapa percobaan terhadap jenis cakram yang
digunakan sebagai media pemutar yang ada, yakni dengan menggunakan CD,
Tutup tempat es krim Walls, dan terakhir adalah bagian bawah dari tempat air
mineral 1,5 L. Pada saat menggunakan CD, kesulitan yang didapatkan adalah
pada saat akan menghubungkan antara poros pemutar pada dinamo dengan CD
tersebut, haruslah dibuat suatu penghubung yang mempunyai besar sesuai dengan
poros pemutar dinamo. Karena hal tersebut, maka selanjutnya digunakan tutup
tempat es krim Walls. Pada saat menggunakan benda ini, sebenarnya dapat
dihubungkan dengan poros putar dinamo, akan tetapi kelemahan yang dimiliki
adalah tutup yang digunakan berat dan gaya gesekan yang dimiliki bagian tutup
dan poros putarnya cukup besar, sehingga putaran yang dihasilkan lambat dan
membuat putaran yang dihasilkan tidak maksimal. Setelah mendapatkan kendala
tersebut, maka dicarilah suatu benda yang dapat dengan mduah dihubungkan
dengan poros putar dinamo dan bahan yang digunakan terbuat dari sesuatu yang
ringan serta dapat digunakan untuk menempel magnet-magnet kecil disisi-sisinya.
Akhirnya didapatkalah ide untuk menggunakan bagian bawah botol air mineral
ukuran 1,5 ml. Hal tersebut dikarenakan, bagian tersebut dapat dengan mudah
untuk dihubungkan dengan poros pemutar, selain itu putaran yang dihasilkan jauh
lebih cepat dan dapat bertahan lebih lama, dikarenakan faktor material plastik dan
17
juga ringan. Sehingga., mampu digunakan dengan baik untuk melakukan putaran
terhadap poros putarnya.
4.2.2 Konfigurasi Magnet Kecil
Selain melakukan variasi terhadap jenis cakram, dilakukan pula variasi
jumlah dan posisi dari magnet kecil. Telah dilakukan beberapa percobaan
pemasangan konfigurasi, mulai dari hanya 4 magnet kecil pada sisi utara, selatan,
timur, dan barat, selanjutnya 8 magnet dalam 8 sisi yang berbeda, kemudian 16
magnet yang dibuat saling berhimpit satu sama lain, skema dari ketiga buah
konfigurasi dapat dilihat pada gambar (yy) sebagai berikut :
c
(a)
(c)
(b)
Gambar 10. Konfigurasi magnet kecil :
(a) Konfigurasi 4 buah magnet, (b) Konfigurasi 8 buah magnet,
(c) Konfigurasi 16 buah magnet
Setelah dilakukan beberapa percobaan konfigurasi, maka didapatkan hasil
yakni terkait jarak antar magnet kecil dan jumlah magnet kecil yang dipasangkan.
Terkait jarak pemasangan magnet kecil, haruslah diberikan jarak tertentu untuk
bisa membuat magnet kecil bisa menggerakkan piringan cakram. Sementara,
18
apabila jarak magnet terlalu jauh, maka perputaran piringan cakram juga akan
susah untuk berputar, karena hanya pada beberapa titik saja bagian magnet besar
berinteraksi dengan magnet kecil yang dipasangkan. Pada konfigurasi 16 magnet
ditumpuk atas bawah, maka akan dihasilkan tolakan yang lebih kuat daripada
konfigurasi magnet tanpa dilakukan peumpukan pada konfigurasi sebelumnya.
Sehingga, didapatkan suatu konfigurasi yang mana mampu mempbuat piringan
dapat berputar dengan baik.
4.2.3 Posisi Magnet Besar
Dalam hal ini, terdapat dua buah kemungkinan yang ditunjukkan pada gambar
(xc) sebagai berikut :
a
b
Gambar 11. Penampang magnet besar : (a) penampang samping magnet besar (b)
penampang depan magnet besar
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka didapatkan hasil bahwa untuk
menggerakkan piringan cakram, maka diperlukan interaksi bagian penampang
samping magnet besar dengan magnet kecil yang telah terpasang. Sementara,
untuk posisi penampang seperti pada gambar 11 (b) maka akan mengalami
kesulitan untuk membuat interaksi dengan magnet kecil pada piringan cakram.
4.2.4 Hasil Keluaran Tegangan dan Efisiensi Alat
Setelah dilakukan pengambilan 20 buah data, didapatkan hasil yakni,
untuk semua hasil pengukuran antara 3 detik dan 5 detik didapatkan bahwa nilai
dari tegangan yang dihasilkan selama 5 detik pada sekali putarnya lebih besar
daripada pengukuran selama 3 detik. Pada hasil perhitungan didapatkan hasil,
yakni pada saat putaran dengan menggunakan tangan (faktor lain diabaikan)
maka nilai tegangan yang didapat pada variasi waktu 3 detik adalah V = (0,48 ±
0,06) Volt dan pada variasi waktu 5 detik adalah V = (0,53 ± 0,08) Volt.
Sementara untuk putaran yang dilakukan dengan menggunakan induksi magnetik
19
didapatkan hasil sebesar V = (0,49 ± 0,06) Volt untuk variasi waktu selama 3
detik dan didapatkan pula V = (0,57± 0,09) Volt untuk variasi waktu selama 5
detik. Dapat dilihat hasil dari pemutaran dengan menggunakan tangan maupun
menggunakan induksi magnetik hasil yang didapatkan tidak berbeda. Hal ini
menandakan bahwa dengan menggunakan induksi magnetik ternyata bisa
dihasilkan nilai yang mendekati nilai tegangan yang dilakukan secara manual,
tentunya dengan mengabaikan beberap faktor yang ada seperti berapa besar gaya
yang diberikan dan faktor gesekan yang terjadi.
Sementara itu, untuk nilai efisiensi (µ yang dihasilkan oleh prototype
PLTMnS, didapatkan nilai sebesar 102,8 % untuk waktu 3 detik dan 107,5%
untuk waktu 5 detik. Nilai ini didapatkan dengan persamaan :
µ=
�
��
�
%
Dengan nilai Vout adalah nilai dari tegangan yang dihasilkan oleh induksi
magnetik dan Vin adalah tegangan yang dihasilkan secara manual. Dari
perbandingan antara tegangan yang dihasilkan dengan induksi magnetik dan
manual terdapat nilai yang hampir sama sehingga dapat dihasilkan nilai efisiensi
yang sangat besar sekali, lebih dari 100%. Hal tersebut dikarenan beberapa faktor
dalam percobaan ini diabaiakan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
Sehingga, untuk kedepannya percobaan kali ini mungkin dapat lebih
diperbaiki lagi dengan menggunakan beberapa perhitungan dan faktor-faktor lain
diikut sertakan kedalam proses pengambilan data yag dilakukan untuk
mendapatkan nilai yang lebih akurat dibandingkan percobaan kalii ini. Akan
tetapi, dari percobaan yang telah dilakukan menunjukkan bahwa, PLTMnS
sebenarnya mempunyai potensi untuk dikembangkan lebih jauh lagi dan memang
sekarang sedang dalam proses pengembangan yakni dalam bentuk generator
magnetik sehingga PLTMn dapat menjadi salah satu energi alternatif baru yang
bisa dimanfaatkan dengan menggunakan prinsip dasar fisika mengenai
kemagnetan.
20
KESIMPULAN
a. Telah dibuat sebuah protype PLTMnS dengan menggunakan bahan bekas
yang dapat menghasilkan keluaran berupa tegangan lisrtik yang dapat
terukur dengan multimeter, akan tetapi belum mampu menhidupkan lampu
LED.
b. Telah dilakukan pengambilan data keluaran tegangan dari prototype
PLTMnS, secara manual (dengan menggunakan tangan) dan dengan
menggunakan induksi magnetik. Dilakukan dua buah variasi data pada lama
waktu putar dari piringan cakram selama 3 detik dan 5 detik. Berikut hasil
yang diperoleh :
-
Secara manual (dengan menggunakan tangan) :
3 detik : V = (0,48 ± 0,06) Volt
5 detik : V = (0,53 ± 0,08) Volt
-
Secara induksi magnetik :
3 detik : V = (0,49 ± 0,06) Volt
5 detik : V = (0,57 ± 0,09) Volt
c. Dengan mengabaikan beberapa faktor dalam melakukan pengambilan data
secara manual, maka dibandingkan tegangan rata-tara dari induksi magnetik
dan manual, didapatkan efisiensi sebesar:
3 detik : 102, 8 %
5 detik : 107, 5 %
Didapatkan hasil nilai efisiensi yang sangat besar dikarenakan
beberapa faktor yang belum diperhatikan, seperti putaran dengan
tangan yang tidak selalu konstan.
21
DAFTAR PUSTAKA
Anonim.2015.Power Station.(www.en.wikipedia.org/wiki/power_plant). Diakses
20 Mei 2015.
Anonim.2015.PembangkitListrik.(www.id.wikipedia.org/wiki/pembangkit_listrik)
. Diakeses 20 Mei 2015.
Anonim.2015.Electricity. (www.en.wikipedia.org/wiki/electricity) Diakeses 20
Mei 2015.
Nag, PK .2001 . Power Plant Engineering. New Delhi : Tata McGraw-Hill.
Gargaud M.2011. Encyclopedia of Astrobiology Volume : 1. London : Springer.
Serway .2006. Physics for Scientist and Engineering 6th Edition. New York :
Cengage Learning.
Young and Freedman. 2008 .University of Physics with Modern Physics 12 th
edition. New York : Pearson.
22
LAMPIRAN
a. Perhitungan metode manual
b. Perhitungan metode induksi magnetik
a. Perhitungan metode manual
Variasi 3 detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V (Volt)
0,4
0,4
0,4
0,4
0,5
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
�̅ =
V-V2 (Volt)
-0,08
-0,08
-0,08
-0,08
0,02
-0,08
-0,08
0,02
0,02
0,02
0,02
0,12
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,12
0,02
(V-V2)2
0,0064
0,0064
0,0064
0,0064
0,0004
0,0064
0,0064
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0144
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0144
0,0004
∑ �
= 0,
�
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,06
V = (0,48 ± 0,06) Volt
23
Variasi 5detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V (Volt)
V-V2
(Volt)
(V-V2)2
0,4
-0,13
0,0169
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,4
-0,13
0,0169
0,4
-0,13
0,0169
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,7
0,17
0,0289
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,5
-0,03
0,0009
0,6
0,07
0,0049
�̅ =
∑ �
= 0,
�
24
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,08
V = (0,53 ± 0,08) Volt
b. Perhitungan metode induksi magnet
Variasi 3 detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V-V2 (Volt)
0,11
0,01
0,01
-0,09
0,01
0,01
0,01
0,01
-0,09
-0,09
0,01
0,01
0,01
-0,09
0,01
0,11
0,01
-0,09
0,11
0,01
V (Volt)
0,6
0,5
0,5
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
0,4
0,5
0,6
0,5
0,4
0,6
0,5
�̅ =
(V-V2)2
0,0121
1E-04
1E-04
0,0081
1E-04
1E-04
1E-04
1E-04
0,0081
0,0081
1E-04
1E-04
1E-04
0,0081
1E-04
0,0121
1E-04
0,0081
0,0121
1E-04
∑ �
= 0,
�
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,06
V = (0,49 ± 0,06) Volt
25
Variasi 5 detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V (Volt)
0,5
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
0,4
0,6
0,6
0,6
0,6
0,7
0,5
0,6
0,5
0,5
0,7
0,5
0,7
0,7
�̅ =
V-V2 (Volt)
-0,075
-0,075
0,025
0,125
-0,075
-0,075
-0,175
0,025
0,025
0,025
0,025
0,125
-0,075
0,025
-0,075
-0,075
0,125
-0,075
0,125
0,125
(V-V2)2
0,005625
0,005625
0,000625
0,015625
0,005625
0,005625
0,030625
0,000625
0,000625
0,000625
0,000625
0,015625
0,005625
0,000625
0,005625
0,005625
0,015625
0,005625
0,015625
0,015625
∑ �
= 0,
�
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,09
V = (0,57 ± 0,09) Volt
26
PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MAGNET
SEDERHANA
(PLTMnS)
Disusun oleh :
Abidia Nz
(M0212001)
Bara Wahyu R
(M0212021)
Devara Ega Fausta (M0212025)
Laporan Ini Disusun untuk Memenuhi Ujian Kompetensi Dasar
(UKD) IV Mata Kuliah Fisika Energi
Jurusan Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Mei 2015
i
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman judul ....................................................................................................i
Daftar isi .............................................................................................................ii
Daftar gambar .....................................................................................................iv
Daftar tabel .........................................................................................................v
PENDAHULUAN ............................................................................................. 1
1.1 Latar belakang .............................................................................................. 1
1.2 Tujuan .......................................................................................................... 2
LANDASAN TEORI ......................................................................................... 4
2.1 Listrik dan pembangkit listrik ...................................................................... 4
2.2 Dinamo ......................................................................................................... 5
2.3 Magnet ......................................................................................................... 5
METODELOGI PERCOBAAN ........................................................................ 6
3.1 Alat dan bahan .............................................................................................. 6
3.2 Langkah kerja ............................................................................................... 6
3.2.1 Studi pustaka ............................................................................................. 7
3.2.2 Pencarian alat dan bahan ........................................................................... 7
3.2.3 Pembuatan prototipe ................................................................................. 7
3.2.4 Pengujian prototipe ................................................................................... 8
3.2.5 Analisa hasil percobaan ............................................................................. 8
3.2.6 Penarikan kesimpulan ............................................................................... 8
3.3 Gambar alat dan bahan ................................................................................. 9
3.3.1 Gambar alat dan bahan .............................................................................. 9
3.3.2 Dimensi alat .............................................................................................. 10
ii
DATA PENGAMATAN .................................................................................... 12
HASIL DAN ANALISA PERCOBAAN .......................................................... 14
4.1 Prinsip kerja alat ........................................................................................... 14
4.2 Histori pembuatan alat ................................................................................. 16
4.2.1 Jenis cakram .............................................................................................. 16
4.2.2 Konfigurasi magnet kecil .......................................................................... 17
4.2.3 Posisi magnet besar ................................................................................... 18
4.2.4 Hasil keluaran tegangan dan efisiensi alat ................................................ 18
KESIMPULAN .................................................................................................. 20
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 21
LAMPIRAN ....................................................................................................... 22
iii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Contoh beberapa jenis Pembangkit Listrik dengan berbagai macam
jenis sumber tenaganya .......................................................................................4
Gambar 2. Interaksi gaya antara dua magnet .....................................................5
Gambar 3. Diagram alir percobaan ....................................................................7
Gambar 4. (a) (b) (c) (d) dan (e) Proses Pembuatan Prototype PLTMnS..........8
Gambar 5. Gambar alat dan bahan ....................................................................11
Gambar 6. Dimensi Prototype PLTMnS ............................................................11
Gambar 7. Skema pada saat Magnet besar akan didekatkan dengan Susunan
Magnet Kecil pada Piringan Cakram .................................................................15
Gambar 8. Pada saat jarak antara magnet besar dengan magnet kecil bernilai s,
maka akan terjadi gaya tolak menolak ...............................................................16
Gambar 9. Garis garis gaya Magnet pada dua kutub magnet yang berlawanan 17
Gambar 10. Konfigurasi magnet kecil ...............................................................18
Gambar 11. Penampang magnet besar ...............................................................19
iv
v
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik ..........................................13
Tabel 2. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik ...........................................13
Tabel 3. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik ...........................................14
Tabel 4. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik ...........................................14
vi
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Permasalahan
Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang sedang berusaha
untuk menjadi sebuah negara maju. Indonesia sendiri adalah salah satu negara
kepulauan terbesar yang ada didunia dengan memiliki lebih dari 17.000 gugusan
pulau yang tersebar dari Pulau Sabang hingga Pulau Merauke. Indonesia
mempunyai luas wilayah total sebesar 1.919.440 km2. Dengan luasnya wilayah
yang dimiliki Indonesia, dan letak geografis strategis yang dimiliki oleh
Indonesia, sewajarnya Indonesia mempunyai potensi Sumber Daya Alam (SDA)
sangat berlimpah disertai dengan kondisi alam yang mendukung, seperti : tanah
yang subur, iklim tropis yang mendukung, dan wilayah perairan Indonesia dengan
berbagai kekayaan alam yang terkandung didalamnya. Hal tersebut membuat
Indonesia sejak zaman dahulu kala telah dilirik oleh bangsa asing sebagai
“tambang emas” yang tinggal menunggu untuk digali dan dieksploitasi potensi
SDAnya. Wajar saja, banyak negara penjajah seperti Belanda, dan Jepang rela
untuk membangun infrastruktur yang menunjang di negara jajahannya pada
zaman Perang Dunia Kedua (PD II).
Akan tetapi, kini Indonesia telah menjadi negara yang merdeka hampir 70
tahun lamanya. Indonesia dengan berbagai peninggalan penjajah dan bantuan dari
luar mulai menggali potensi alam yang dimiliki oleh bangsa ini. Semakin
berkembangnya zaman, Indonesia yang masih tergolong negara berkembang terus
melakukan pembangunan infrastruktur disana sini untuk menarik para investtor
asing untuk saling bersaing menginvestasikan uang mereka di Indonesia ini.
Mulai berinvestasi dalam pengembangan pendidikan hingga dalam dunia
perindustrian yang menjadi tolak ukur poros ekonomi suatu negara. Sekarang ini,
terjadi peningkatan pembangunan-pembangunan demi memenui kebutuhan warga
negara Indonesia atau sekedar hanya memenuhi kepentingan para investor asing.
Tentunya, untuk menjalankan semua itu (mulai dari roda perekonomian, kegiatan
pemerintahan, pendidikan, dan transportasi) diperlukan suatu sumber daya atau
sumber energi untuk menjaga semuanya dapat berjalan sesuai dengan fungsi dan
kegunaannya masing-masing.
Sumber daya, atau sumber energi yang dimaksud merupakan sumber energi
listrik. Karena, di masa sekarang ini listrik adalah salah satu kebutuhan primer
yang harus dipenuhi untuk menjalankan hampir seluruh kegiatan manusia setiap
harinya. Indonesia sendiri, dengan berbagai kekayaan alam yang dimilikinya telah
mampu membuat beberapa pembangkit listrik (PL) yang jenisnya berbeda-beda.
1
Beberapa pembangkit listrik yang telah ada di Indonesia diantaranya adalah :
Pembangkit Listik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU),
Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTAn), Pembangkit Listrik Tenaga Surya
(PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), dan yang kini
gencar diperbincangkan adalah wacana untuk membuat Pembangkit Listrik
Tenaga Nuklir (PLTN).
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) memang kini masih menjadi salah
satu perbincangan hangat seputar pro dan kontra yang mengiringi rencana
pembangunan Pembangkit Listrik tersebut di Indonesia. PLTN memang memiliki
banyak manfaat seperti, lebih ramah lingkungan, dan memiliki jumlah daya yang
lebih besar dibandingkan dengan jenis Pembangkit Listrik lain yang telah ada di
Indonesia. Namun, ketika banyak dukungan atas pembangunan jenis pembangkit
ini, banyak pula yang menolak pembangunannnya dengan alasan keselamatan.
Memang, beberpa tragedi yang menyelimuti sejarah PLTN diberbagai negara
membuat mayoritas orang di Indonesia menolak pembangunannya, beberapa
kasus besar yang telah terjadi adalalh seperti meledaknya PLTN Chernobyle di
Ukraina pada tahun 1986 dan rusaknya reaktor Fukhusima di Jepang akibat
gempa yang melanda tahun 2011 lalu. Dari dua peristiwa diatas, membuat hal
yang paling terlihat dari PLTN terlhat, yaitu paparan radiasinya yang sangat
berbahaya bagi kesehatan lingkungan dan makhluk hidup. Bagi manusia, paapran
radiasi bisa menyebabkan kanker dan tumor serta penyakit lain yang dapat
menurun secara generasi.
Dengan melihat fakta tersebut, maka diperlukanlah suatu pembangkit listrik
jenis baru dengan daya yang besar untuk dibangun di Indonesia, akan tetapi
mempunyai risiko yang lebih rendah apabila dibandingkan dengan PLTN yang
dari dulu telah menjadi wacana. Salah satu jenis pembangkit listrik yang kini
masih dalam proses pengembangan dan penelitian adalah pembangkit listrik yang
mencoba menafaatkan induksi pada magnet adalah Pembangkit Listrik Tenaga
Magnet (PLTMn). PLTMn dipandang dapat menjadi salah satu alternatif sumber
daya baru yang dapat dikembangkan diberbagai negara (termasuk Indonesia) dan
tentunya dapat memenuhi Kedaulatan Energi bagi bangsa Indonesia. oleh karena
itu, pada tugas Fisika Energi kali ini akan dibuat sebuah prototype sederhana dari
Pembangkit Listrik Tenaga Magnet (PLTMn) untuk mengetahui lebih jauh
bagiamana prinsip kerja PLTMn serta untuk mengetahui apakah PLTMn ideal
untuk digunakan sebagai sumber daya alternatif baru yang dimiliki oleh Bangsa
Indonesia untuk bertujuan memenuhi kedaulatan Energi Nasional.
2
1.2 Tujuan
a. Membuat Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Magnet Sederhana
(PLTMnS)
b. Mengetahui besar tegangan yang dapat dihasilkan oleh prototype
yang telah dibuat
c. Mengetahui berapa besarnya efisiensi dari prototype yang telah
dibuat
3
LANDASAN TEORI
2.1 Listrik dan Pembangkit Listrik
Listrik merupakan kumpulan fenomena fisika yang berhubungan dengan
kehadiran dan aliran dari muatan listrik (Anonim, 2015). Tenaga listrik dalam
jumlah besar dihasilkan oleh pembangkit listrik, seperti : termal, nuklir, hidrolik,
turbin gas, dan geotermal (Nag, 2001). Pembangkit Listrik (disebut juga dengan
power planti atau power station) adalah suatu fasilitas industrial yang mempunyai
fungsi untuk menghasilkan dan menyuplai arus listrik (Anonim, 2015).
Pembangkit listrik, seperti telah disebutkan sebelumnya memiliki beberapa
contoh, seperti PLTA, PLTU, PLTN, PLTMh, PLTS, dan PLTSa (Anonim, 2015).
Gambar 1 merupakan ilustrasi dari beberapa pembangkit listrik yang ada didunia :
(a)
(b)
(d
(e)
(c)
(f)
Gambar 1. Contoh beberapa jenis Pembangkit Listrik dengan berbagai macam
jenis sumber tenaganya : (a) PLTN, (b) PLTG, (c) PLTS, (d) PLTMn, (e) PLTAn
dan (f) PLTA
4
2.2 Dinamo
Dinamo merupakan suatu alat yang digunakan untuk menghasilkan energi
listrik dan energi magnet dari energi kinetik melalui proses fisika induksi
elektromagnetik. Proses yang terjadi dalam sebuah dinamo adalah ketika suatu
arus akan diinduksi pada kawat tertutup melalui medan magnet. Sementara itu
dari arus sendiri akan menghasilkan suatu medan magnet (Gargaud, 2011)
Terdapat dua buah jenis dinamo, yakni dinamo jenis AC dan DC. Dinamo
jenis AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current). Dinamo AC merupakan
dinamo yang dapat bekerja dengan menggunakan arus bolak balik, sementara
dinamo DC merupakan dinamo yang dapat bekerja dengan menggunakan arus
searah (Serway, 2006)
2.3 Magnet
Magnet merupakan suatu benda yang mempunyai dua buah kutub yang
saling berlawanan dikedua ujungnya, biasanya kedua kutub magnet ini dinamakan
sebagai kutub utara magnet dan kutub selatan magnet, mengikuti jenis kutub yang
ada di bumi ini yang terletak di bagian utara dan bagian selatan bumi ini. Magnet
dapat menarik benda-benda logam dan juga dapat membuat benda tersebut
memiliki sifat magnetik untuk beberapa saat, peristiwa tersebut sering dinamakan
sebagai peristiwa magnetisasi. Dalam magnet terdapat beberapa kemungkinan
interaksi yang akan terjadi bila dua kutub magnet saling didekatkan, yakni
interaksi tarik menarik dan interaksi tolak menolak, interaksi yang terjadi
digambarkan pada gambar 3 berikut ini :
(a)
(b)
Gambar 2. Interaksi gaya antara dua magnet : (a) Gaya tarik menarik pada
dua kutub magnet yang berbeda (b) Gaya tolak menolak pada dua kutub
magnet yang sama
5
Gambar 2 menjelaskan, bahwa interaksi gaya tarik mearik terjadi pada dua
kutub magnet yang berlawanan, sementara interaksi gaya tolak menolak terjadi
pada dua kutub magnet yang sejenis. Ketika suatu magnet besar dihancurkan
menjadi bagian yang kecil maka pada potongan-potongan kecil tersebut akan
menjadi magnet yang baru lagi dengan dua kutub pula. Magnet bisa dikatakan
benda dengan kutub dipole karena magnet selalu mempunyai dua buah kutub,
yakni kutub utara dan selatan, tidak ada magnet yang mempunyai hanya satu buah
kutub saja, atau disebut berkutub monopole (Young and Fredmann, 2008)
6
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat :
Bahan :
a. Lem Serba guna
(1 buah)
a. Magnet permanen besar
(1 buah)
b. Gunting
(1 buah)
b. Magnet permanen kecil
(16 buah)
c. Soldering tool
(1 buah)
c. Dinamo DC 6 Volt
(1 buah)
d. Multimeter Analog (1 buah)
d. Bagian bawah botol Aqua (1 buah)
f. Kabel Penghubung
(secukupnya)
3.2 Langkah Kerja
Dalam melaksanakan percobaan kali ini, dilakukan beberapa proses
tahapan untuk membuat percobaan ini dapat berjalan dengan lancar, gambar 3
menunujukkan diagram alir percobaan untuk membuat PLTMnS :
Studi Pustaka
Pencarian Alat dan Bahan
Pembuatan Prototype
Pengujian Prototype
Analisa Hasil Percobaan
Penarikan Kesimpulan
Gambar 3. Diagram alir percobaan
7
3.2.1 Studi Pustaka
Pada bagian ini dilaksanakan pencarian sumber pustaka dan referensi
mengenai PLTMn serta dicari pula referensi melalui multimedia video yang
berhubungan dengan percobaan sederhana mengenai konversi energi untuk
menghasilkan energi listrik dan energi terbarukan. Setelah dirasa cukup
mendapatkan referensi dan pengetahuan mengenai PLTMn dan beberapa
percobaan konversi energi sederhana, maka dilanjutkan untuk mencari alat dan
bahan yang akan dibuat sebagai prototype PLTMnS.
3.2.2 Pencarian Alat dan Bahan
Setelah melakukan studi pustaka, maka selanjutnya dilakukan pencarian
alat dan bahan yang akan digunakan untuk membuat prototype PLTMnS dari
bahan-bahan yang sudah tidak digunakan lagi, seperti memanfaatkan magnet pada
bagian speaker yang telah rusak, menggunakan dinamo bekas bagian sepeda,
bagian bawah dari botol air mineral 1,5 ml. Sementara, untuk alat telah tersedia
sehingga dapat dilanjutkan untuk membuat prototype dari PLTMnS.
3.2.3 Pembuatan Prototype
Dalam melakukan pembuatan prototype, dilaksanakan beberapa tahap pembuatan,
yakni :
(a)
(b)
(d)
(e)
(c)
Gambar 4. (a) (b) (c) (d) dan (e) Proses Pembuatan Prototype PLTMnS
Dari gambar 4 menunjukkan langkah pembuatan prototype PLTMnS, pada
bagian (a) dari gambar sedang dilakukan proses pemotongan bagian bawah tutup
8
botol air mineral 1,5 ml untuk dijadikan sebagai cakram dan temlpat untuk
meletakkan magnet kecil yang ada sebanyak jumlah segmen yang tersedia dari
bagian bawah botol tersebut. Pada gambar (b) dan (c) menunjukkan gambaran
dari hasil pemotingan cakram serta sedang dilaksanakan proses pengeleman
magnet-magnet kecil pada bagian sisi dari cakram. Sementara, untuk bagian (d)
merupakan proses pemasangan cakram putar pada bagian poros dari dinamo dc
yang telah ada sebelumnya, dan gambar (e) merupakan hasil dari prototype yang
telah selesai dibuat dan untuk selanjutnya akan dilakukan pengambilan data
percobaan.
3.2.4 Pengujian Prototype
Pada tahapan ini, dilakukan pengujian pada prototype dengan mengukur
besarnya arus dan tegangan yang terukur pada multimeter untuk kemudian dicatat.
Pada pengujian ini, dilakukan dengan cara mendekatkan magnet besar ke poros
cakram yang terdapat magnet kecil disisi-sisinya, karena adanya interaksi tarik
menarik antar kedua jenis magnet, maka ketika magnet besar didekatkan pada
magnet kecil, akan terjadi tolakan dari kutub magnet kecil terhadap kutub magnet
besar. Karena kutub magnet kecil dipasang secara melingkar disisi-sisi cakram
putarnya, tiap tolakan akan terjadi secara kontinu dan hasil dari tolakan tersebut
adalah bergeraknya cakram secara melingkar. Pada saat pengambilan data,
dilakukan dengan mengambil 20 data dari 20 kali putaran, dimana satu kali
putarannya mmpunyai waktu selama 3 dan 5 detik (2 kali variasi). Dari hasil
tersebut, bisa didapatkan data berupa arus sebanyak 10 buah data. Setelah
dilakukan pengujjian, maka selanjutnya dilakukan analisa hasil percobaan.
3.2.5 Analisa Hasil Percobaan
Setelah data didapatkan, maka dilakukanlah analisa berkaitan dengan
besarnya arus yang dihasilkan oleh prototype PLTMnS yang telah dibuat. Selain
itu, dilakukan pula perhitungan yang bertujuan untuk mengetahui efisiensi yang
dimiliki oleh prototype yang telah dibuat dengan membandingkan ketika alat
diputar dengan magnet dan diputar secara manual dengan menggunakan tangan
(beberapa faktor diabaikan) sehingga diketahui berapa perbandingan efisiensi
yang didapatkan.
3.2.6 Penarikan kesimpulan
Setelah dilakukan analisa, maka akan ditarik beberapa kesimpulan yang
berfungsi untuk menjawab tujuan-tujuan yang telah dibuat diawal.
9
3.3 Gambar Alat dan Bahan
Pada bagian ini, akan ditunjukkan mengenai gambar alat dan bahan yang
digunakan serta gambar dari prototype dan dimensinya.
3.3.1 Gambar Alat dan Bahan
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
10
(g)
Gambar 5. Gambar alat dan bahan :
a. Soldering Tool, b. Kabel penghubung, c. Magnet Besar, d. Lem
e. Bagian bawah air mineral, f. Magnet Kecil, g. Multimeter
Gambar 5 menunjukkan alat dan bahan yang digunakan untuk melakukan
percobaan sederhana ini. Mulai dari gambar 5. (a) merupakan sebuah soldering
tool, kabel penghubung, magnet besar, lem, bagian bawah air mineral, magnet
kecil, dan sebuah multimeter yang akan digunakan untuk melakukan pengujian.
3.3.2 Dimensi Alat
Dimensi dari prototype PLTMnS yang telah dibuat, ditunjukkan pada gambar 6
sebagai berikut :
d
a
Gambar 6. Dimensi Prototype PLTMnS
11
Gambar 6 merupakan ilustrasi dari prototype PLTMnsS. Dalam gambar
tersebut terdapat beberapa poin a, b, c, dan d. Untuk a merupakan ukuran dari
magnet kecil sebesar (1,5 x 0,7) cm, sementara b merupakan tinggi dari dinamo
dengan tinggi 4 cm, gambar c merupakan diameter dari dinamo dengan panjang
3,5 cm, sementara untuk d merupakan dimensi dari cakram putar yang memiliki
ukuran sebesar 8,5 cm.
12
DATA PENGAMATAN
Dari percobaan yang telah dilakukan untuk melakukan pengukuran
besarnya tegangan (V) yang dilakukan dengan menggunakan sebuah multimeter
analog, diambil sebanyak 20 buah data percobaan, dengan waktu yang digunakan
dalam setiap pengambilan data adalah 3 dan 5 detik. Tabel 1 dan 2 merupakan
hasil dari pengukuran tegangan secara manual (menutar dengan tangan) variasi
waktu putar setiap pengambilan data adalah 3 dan detik :
Tabel 1. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,4
0,4
0,4
0,4
0,5
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,5
0,6
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
Tabel 2. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,4
0,5
0,5
0,4
0,4
0,6
0,6
0,5
0,5
0,5
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,7
0,5
0,5
0,5
0,6
0,6
0,6
0,6
0,5
0,6
Selanjutnya, setelah dilakukan pengambilan data dengan cara memutar
piringan cakram dengan menggunakan tangan (faktor lain diabaikan) dilakukanlah
pengambilan data dengan menggunakan prinsip induksi magnet memanfaatkan
interaksi gaya tolak menolak yang dihasilkan oleh magnet besar dan susunan
magnet kecil. Sama seperti yang dilakukan pada pengambilan data secara manual,
pengambilan data ini dilakukan dengan menggunakan dua variasi waktu tiap
13
putaran cakram, yakni selama 3 dan 5 detik sebanyak 20 data. Hasil dari
pengambilan data ditampilkan pada tabel 3 dan tabel 4 sebagai berikut :
Tabel 3. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,6
0,5
0,5
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,4
0,4
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,5
0,5
0,5
0,4
0,5
0,6
0,5
0,4
0,6
0,5
Tabel 4. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tegangan
(Volt)
0,5
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
0,4
0,6
0,6
0,6
No
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Tegangan
(Volt)
0,6
0,7
0,5
0,6
0,5
0,5
0,7
0,5
0,7
0,7
14
Hasil dan Analisa Percobaan
4.1 Prinsip Kerja Alat
Pada perkuliahan fisika energi kali ini, dibuatlah suatu percobaan untuk
mendesain suatu alat yang dapat digunakan sebagai sarana dalam mencari energi
terbarukan. Alat disini lebih ditunujukkan untuk mendesain suatu percobaan yang
dapat mengkonversikan suatu energi (misal : energi panas, energi aliran air, energi
mekanik, energi kimia, dsb) menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini,
dirancanglah suatu alat yang berfungsi untuk menkonversikan energi magnetik
(melalui perantara suatu dinamo) menjadi energi listrik. Sehingga, percobaan kali
ini dinamakan sebagai percobaan pembuatan Prototype Pembangkit Listrik
Tenaga Magnet Sederhana (PLTMnS)
PLTMnS menggunakan prinsip kerja sederhana dalam ilmu fisika, yaitu
interaksi antar dua kutub magnet yang berbeda atau sama, skema kerja dari
PLTMnS dapat dilihat pada gambar 7 berikut ini :
Susunan
Magnet
Kecil
Magnet
Besar
Piringan
Cakram
Poros
Putar
Gambar 7. Skema pada saat Magnet besar akan didekatkan dengan
Susunan Magnet Kecil pada Piringan Cakram
Pada gambar 7 menunjukkan magnet besar akan didekatkan dengan
magnet kecil yang telah disusun melingkar terhadap piringan cakram, pada saat
jarak dari magnet besar semakin dekat dengan posisi dari piringan cakram yang
telah diberi susunan magnet kecil disekelilingnya, maka akan terjadi suatu
peristiwa sederhana dalam kemagnetan, yakni terbentuknya gaya interaksi antar
magnet tersebut. Dalam hal ini, akan terdapat dua kemungkinan peristiwa yaitu
peristiwa gaya tarik menarik dan peristiwa gaya tolak menolak antara magnet
besar dengan magnet kecil tersebut.
Pada percobaan kali ini, akan dibuat suatu interaksi gaya tolak menolak
antara magnet besar dan magnet kecil yang terdapat pada sisi piringan cakram
15
ketika jarak antara kedua buah magnet tersebut pada jarak yang disimbolkan
dengan (s). S merupakan jarak ideal dimana akan terbentuk medan magnet yang
akan menyebankan peristiwa gaya tolak menolak antara dua magnet tersebut.
Pengaruh s terhadap gaya tolak menolak yang didapatkan dari percobaan kali ini
adalah, ketika jarak magnet besar dan magnet kecil sangat jauh, maka tidak akan
terjadi gaya tolak menolak atau tarik menarik dari kedua magnet, bisa dikatakan
gaya interaksi yang dihasilkan oleh kedua magnet tersebut lemah. Sementara itu,
pada saat jarak magnet besar dan magnet kecil sangat dekat, maka akan terjadi
gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak yang sangat besar dari kedua magnet
tersebut, sehingga magnet kecil akan menempel atau langsung menempel pada
magnet besar. Oleh karena itu, harus diketahui berapa nilai s yang dibutuhkan
untuk dapat menghasilkann gaya interaksi yang tidak terlalu lemah atau tidak
terlalu kuat.
Setelah mendapatkan nilai s, peristiwa selanjutnya akan dijelaskan pada
gambar 8 sebagai berikut :
s
Gambar 8. Pada saat jarak antara magnet besar dengan magnet kecil
bernilai s, maka akan terjadi gaya tolak menolak
Pada jarak s tersebut, tebentuklah suatu medan magnet dari interaksi tolak
menolak magnet besar dengan magnet kecil. Apabila ditinjau garis-garis gaya
magnet yang terbentuk di dalam medan magnet tersebut, maka garis-garis gaya
magnet yang terbentuk dapat diilustrasikan pada gambar 8 berikut :
Gambar 9. Garis garis gaya Magnet pada dua kutub magnet yang
berlawanan
Dari interaksi gaya tolak menolak yang terjadi, maka magnet pada
piringan cakram akan menjauhi magnet besar yang didekatkan kepadanya, dan
16
ketika satu magnet kecil menjauh, maka posisinya tadi akan digantikan oleh
magnet kecil lainnya dengan kutub yang juga berlawanan dengan magnet besar
sehingga magnet kecil tersebut akan menjauhi magnet besar itu lagi, dan
digantikan oleh magnet kecil yang lainnya secara berulang, sehingga akan
menghasilkan gaya interaksi tolak menolak yang kontinue dan menyebabkan
pringan cakram berputar. Ketika piringan cakram berputar, maka akan
menggerakkan poros putar pada dinamo dan dari proses fisika yang terjadi
didalam dinamo, terjadilah konversi energi gerak dari piringan cakram menjadi
energi listrik yang diindikasikan dengan bergeraknya jarum penunjuk pada
multimeter.
4.2 Histori Pembuatan alat
Sebelum melakukan percobaan kali ini, sebenarnya telah dilakukan
beberapa kali percobaan dengan memvariasikan sejumlah komponen yang
terpasang pada prototype tersebut. Terdapat komponen-komponen yang
divariasikan selama pembuatan alat berlangsung, diantaranya adalah :
a. Jenis cakram
b. Konfigurasi Magnet kecil
c. Posisi Magnet Besar
4.2.1 Jenis Cakram
Telah dilakukan beberapa percobaan terhadap jenis cakram yang
digunakan sebagai media pemutar yang ada, yakni dengan menggunakan CD,
Tutup tempat es krim Walls, dan terakhir adalah bagian bawah dari tempat air
mineral 1,5 L. Pada saat menggunakan CD, kesulitan yang didapatkan adalah
pada saat akan menghubungkan antara poros pemutar pada dinamo dengan CD
tersebut, haruslah dibuat suatu penghubung yang mempunyai besar sesuai dengan
poros pemutar dinamo. Karena hal tersebut, maka selanjutnya digunakan tutup
tempat es krim Walls. Pada saat menggunakan benda ini, sebenarnya dapat
dihubungkan dengan poros putar dinamo, akan tetapi kelemahan yang dimiliki
adalah tutup yang digunakan berat dan gaya gesekan yang dimiliki bagian tutup
dan poros putarnya cukup besar, sehingga putaran yang dihasilkan lambat dan
membuat putaran yang dihasilkan tidak maksimal. Setelah mendapatkan kendala
tersebut, maka dicarilah suatu benda yang dapat dengan mduah dihubungkan
dengan poros putar dinamo dan bahan yang digunakan terbuat dari sesuatu yang
ringan serta dapat digunakan untuk menempel magnet-magnet kecil disisi-sisinya.
Akhirnya didapatkalah ide untuk menggunakan bagian bawah botol air mineral
ukuran 1,5 ml. Hal tersebut dikarenakan, bagian tersebut dapat dengan mudah
untuk dihubungkan dengan poros pemutar, selain itu putaran yang dihasilkan jauh
lebih cepat dan dapat bertahan lebih lama, dikarenakan faktor material plastik dan
17
juga ringan. Sehingga., mampu digunakan dengan baik untuk melakukan putaran
terhadap poros putarnya.
4.2.2 Konfigurasi Magnet Kecil
Selain melakukan variasi terhadap jenis cakram, dilakukan pula variasi
jumlah dan posisi dari magnet kecil. Telah dilakukan beberapa percobaan
pemasangan konfigurasi, mulai dari hanya 4 magnet kecil pada sisi utara, selatan,
timur, dan barat, selanjutnya 8 magnet dalam 8 sisi yang berbeda, kemudian 16
magnet yang dibuat saling berhimpit satu sama lain, skema dari ketiga buah
konfigurasi dapat dilihat pada gambar (yy) sebagai berikut :
c
(a)
(c)
(b)
Gambar 10. Konfigurasi magnet kecil :
(a) Konfigurasi 4 buah magnet, (b) Konfigurasi 8 buah magnet,
(c) Konfigurasi 16 buah magnet
Setelah dilakukan beberapa percobaan konfigurasi, maka didapatkan hasil
yakni terkait jarak antar magnet kecil dan jumlah magnet kecil yang dipasangkan.
Terkait jarak pemasangan magnet kecil, haruslah diberikan jarak tertentu untuk
bisa membuat magnet kecil bisa menggerakkan piringan cakram. Sementara,
18
apabila jarak magnet terlalu jauh, maka perputaran piringan cakram juga akan
susah untuk berputar, karena hanya pada beberapa titik saja bagian magnet besar
berinteraksi dengan magnet kecil yang dipasangkan. Pada konfigurasi 16 magnet
ditumpuk atas bawah, maka akan dihasilkan tolakan yang lebih kuat daripada
konfigurasi magnet tanpa dilakukan peumpukan pada konfigurasi sebelumnya.
Sehingga, didapatkan suatu konfigurasi yang mana mampu mempbuat piringan
dapat berputar dengan baik.
4.2.3 Posisi Magnet Besar
Dalam hal ini, terdapat dua buah kemungkinan yang ditunjukkan pada gambar
(xc) sebagai berikut :
a
b
Gambar 11. Penampang magnet besar : (a) penampang samping magnet besar (b)
penampang depan magnet besar
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka didapatkan hasil bahwa untuk
menggerakkan piringan cakram, maka diperlukan interaksi bagian penampang
samping magnet besar dengan magnet kecil yang telah terpasang. Sementara,
untuk posisi penampang seperti pada gambar 11 (b) maka akan mengalami
kesulitan untuk membuat interaksi dengan magnet kecil pada piringan cakram.
4.2.4 Hasil Keluaran Tegangan dan Efisiensi Alat
Setelah dilakukan pengambilan 20 buah data, didapatkan hasil yakni,
untuk semua hasil pengukuran antara 3 detik dan 5 detik didapatkan bahwa nilai
dari tegangan yang dihasilkan selama 5 detik pada sekali putarnya lebih besar
daripada pengukuran selama 3 detik. Pada hasil perhitungan didapatkan hasil,
yakni pada saat putaran dengan menggunakan tangan (faktor lain diabaikan)
maka nilai tegangan yang didapat pada variasi waktu 3 detik adalah V = (0,48 ±
0,06) Volt dan pada variasi waktu 5 detik adalah V = (0,53 ± 0,08) Volt.
Sementara untuk putaran yang dilakukan dengan menggunakan induksi magnetik
19
didapatkan hasil sebesar V = (0,49 ± 0,06) Volt untuk variasi waktu selama 3
detik dan didapatkan pula V = (0,57± 0,09) Volt untuk variasi waktu selama 5
detik. Dapat dilihat hasil dari pemutaran dengan menggunakan tangan maupun
menggunakan induksi magnetik hasil yang didapatkan tidak berbeda. Hal ini
menandakan bahwa dengan menggunakan induksi magnetik ternyata bisa
dihasilkan nilai yang mendekati nilai tegangan yang dilakukan secara manual,
tentunya dengan mengabaikan beberap faktor yang ada seperti berapa besar gaya
yang diberikan dan faktor gesekan yang terjadi.
Sementara itu, untuk nilai efisiensi (µ yang dihasilkan oleh prototype
PLTMnS, didapatkan nilai sebesar 102,8 % untuk waktu 3 detik dan 107,5%
untuk waktu 5 detik. Nilai ini didapatkan dengan persamaan :
µ=
�
��
�
%
Dengan nilai Vout adalah nilai dari tegangan yang dihasilkan oleh induksi
magnetik dan Vin adalah tegangan yang dihasilkan secara manual. Dari
perbandingan antara tegangan yang dihasilkan dengan induksi magnetik dan
manual terdapat nilai yang hampir sama sehingga dapat dihasilkan nilai efisiensi
yang sangat besar sekali, lebih dari 100%. Hal tersebut dikarenan beberapa faktor
dalam percobaan ini diabaiakan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
Sehingga, untuk kedepannya percobaan kali ini mungkin dapat lebih
diperbaiki lagi dengan menggunakan beberapa perhitungan dan faktor-faktor lain
diikut sertakan kedalam proses pengambilan data yag dilakukan untuk
mendapatkan nilai yang lebih akurat dibandingkan percobaan kalii ini. Akan
tetapi, dari percobaan yang telah dilakukan menunjukkan bahwa, PLTMnS
sebenarnya mempunyai potensi untuk dikembangkan lebih jauh lagi dan memang
sekarang sedang dalam proses pengembangan yakni dalam bentuk generator
magnetik sehingga PLTMn dapat menjadi salah satu energi alternatif baru yang
bisa dimanfaatkan dengan menggunakan prinsip dasar fisika mengenai
kemagnetan.
20
KESIMPULAN
a. Telah dibuat sebuah protype PLTMnS dengan menggunakan bahan bekas
yang dapat menghasilkan keluaran berupa tegangan lisrtik yang dapat
terukur dengan multimeter, akan tetapi belum mampu menhidupkan lampu
LED.
b. Telah dilakukan pengambilan data keluaran tegangan dari prototype
PLTMnS, secara manual (dengan menggunakan tangan) dan dengan
menggunakan induksi magnetik. Dilakukan dua buah variasi data pada lama
waktu putar dari piringan cakram selama 3 detik dan 5 detik. Berikut hasil
yang diperoleh :
-
Secara manual (dengan menggunakan tangan) :
3 detik : V = (0,48 ± 0,06) Volt
5 detik : V = (0,53 ± 0,08) Volt
-
Secara induksi magnetik :
3 detik : V = (0,49 ± 0,06) Volt
5 detik : V = (0,57 ± 0,09) Volt
c. Dengan mengabaikan beberapa faktor dalam melakukan pengambilan data
secara manual, maka dibandingkan tegangan rata-tara dari induksi magnetik
dan manual, didapatkan efisiensi sebesar:
3 detik : 102, 8 %
5 detik : 107, 5 %
Didapatkan hasil nilai efisiensi yang sangat besar dikarenakan
beberapa faktor yang belum diperhatikan, seperti putaran dengan
tangan yang tidak selalu konstan.
21
DAFTAR PUSTAKA
Anonim.2015.Power Station.(www.en.wikipedia.org/wiki/power_plant). Diakses
20 Mei 2015.
Anonim.2015.PembangkitListrik.(www.id.wikipedia.org/wiki/pembangkit_listrik)
. Diakeses 20 Mei 2015.
Anonim.2015.Electricity. (www.en.wikipedia.org/wiki/electricity) Diakeses 20
Mei 2015.
Nag, PK .2001 . Power Plant Engineering. New Delhi : Tata McGraw-Hill.
Gargaud M.2011. Encyclopedia of Astrobiology Volume : 1. London : Springer.
Serway .2006. Physics for Scientist and Engineering 6th Edition. New York :
Cengage Learning.
Young and Freedman. 2008 .University of Physics with Modern Physics 12 th
edition. New York : Pearson.
22
LAMPIRAN
a. Perhitungan metode manual
b. Perhitungan metode induksi magnetik
a. Perhitungan metode manual
Variasi 3 detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V (Volt)
0,4
0,4
0,4
0,4
0,5
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
�̅ =
V-V2 (Volt)
-0,08
-0,08
-0,08
-0,08
0,02
-0,08
-0,08
0,02
0,02
0,02
0,02
0,12
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,12
0,02
(V-V2)2
0,0064
0,0064
0,0064
0,0064
0,0004
0,0064
0,0064
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0144
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0144
0,0004
∑ �
= 0,
�
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,06
V = (0,48 ± 0,06) Volt
23
Variasi 5detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V (Volt)
V-V2
(Volt)
(V-V2)2
0,4
-0,13
0,0169
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,4
-0,13
0,0169
0,4
-0,13
0,0169
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,7
0,17
0,0289
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,5
-0,03
0,0009
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,6
0,07
0,0049
0,5
-0,03
0,0009
0,6
0,07
0,0049
�̅ =
∑ �
= 0,
�
24
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,08
V = (0,53 ± 0,08) Volt
b. Perhitungan metode induksi magnet
Variasi 3 detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V-V2 (Volt)
0,11
0,01
0,01
-0,09
0,01
0,01
0,01
0,01
-0,09
-0,09
0,01
0,01
0,01
-0,09
0,01
0,11
0,01
-0,09
0,11
0,01
V (Volt)
0,6
0,5
0,5
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
0,4
0,5
0,6
0,5
0,4
0,6
0,5
�̅ =
(V-V2)2
0,0121
1E-04
1E-04
0,0081
1E-04
1E-04
1E-04
1E-04
0,0081
0,0081
1E-04
1E-04
1E-04
0,0081
1E-04
0,0121
1E-04
0,0081
0,0121
1E-04
∑ �
= 0,
�
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,06
V = (0,49 ± 0,06) Volt
25
Variasi 5 detik setiap putaran
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
V (Volt)
0,5
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
0,4
0,6
0,6
0,6
0,6
0,7
0,5
0,6
0,5
0,5
0,7
0,5
0,7
0,7
�̅ =
V-V2 (Volt)
-0,075
-0,075
0,025
0,125
-0,075
-0,075
-0,175
0,025
0,025
0,025
0,025
0,125
-0,075
0,025
-0,075
-0,075
0,125
-0,075
0,125
0,125
(V-V2)2
0,005625
0,005625
0,000625
0,015625
0,005625
0,005625
0,030625
0,000625
0,000625
0,000625
0,000625
0,015625
0,005625
0,000625
0,005625
0,005625
0,015625
0,005625
0,015625
0,015625
∑ �
= 0,
�
∑ V−V
∆� = √
�−
= 0,09
V = (0,57 ± 0,09) Volt
26