Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Pemanfaatan Energi Kinetik menjadi Energi Listrik Menggunakan Multi Generator pada Anak Tangga
PEMANFAATAN ENERGI KINETIK MENJADI ENERGI LISTRIK
MENGGUNAKAN MULTI GENERATOR PADA ANAK TANGGA
Oleh
Tiara Bunga Kirana
NIM: 612009054
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
April 2014
PEMANFAATAN ENERGI KINETIK MENJADI ENERGI LISTRIK
MENGGUNAKAN MULTI GENERATOR PADA ANAK TANGGA
Oleh
Tiara Bunga Kirana
NIM : 612009054
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.
Tanggal :
Pembimbing II
Deddy Susilo, S.T., M. Eng.
Tanggal :
INTISARI
Alat yang dibuat adalah alat yang dapat menghasilkan energi listrik dengan
memanfaatkan energi potensial terbuang saat memijak anak tangga. Empat buah anak
tangga dengan dimensi masing-masing tinggi 18 cm, panjang 50 cm dan lebar 25 cm ini
dimodifikasi sedemikian rupa dengan penambahan mekanik berupa pegas dan gearbox
yang mampu menahan beban hingga 93 kg. Multi generator yang terdiri dari 2 buah
generator digunakan sebagai pembangkit energi listrik yang menghasilkan 7,51.10 -4 Wh
setiap pijakan. Pada akumulator kering 12VDC 5Ah energi disimpan dan digunakan
sebagai sumber energi lampu LED 12VDC 3W. Rangkaian mekanik dan elektrik berada
di bawah anak tangga sehingga anak tangga ini dapat digunakan tanpa memerlukan
tempat khusus. Alat ini dapat digunakan di berbagai tempat publik dimana anak tangga
digunakan oleh banyak orang, seperti di pasar, pusat perbelanjaan, jembatan
penyeberangan, dan rumah sakit sehingga hasil yang didapat akan langsung dirasakan
oleh pengguna tangga karena digunakan sebagai sumber energi penerangan.
ABSTRACT
Instrument created is a tool that can generate electricity by harnessing the
energy potential from the energy wasted during stair tread. Four steps of stairs with their
respective dimensions 18 cm high, 50 cm long and 25 cm wide are modified to the
addition of such mechanical springs and gearboxes which are able to withstand loads up
to 93 kg. Multi generator that consists of 2 pieces of generators used to generate
electrical energy which produces 7,51.10-4 Wh each stepping. In dry accumulator 5Ah
12VDC energy stored and used as an energy source 12VDC 3W LED lights.
Mechanical and electrical circuits are on the lower rungs of this ladder so that it can be
used without requiring a special place. This tool can be used in various public places
where the stairs are used by many people, such as in the markets, shopping malls,
pedestrian bridges, and hospitals so that the results obtained will be directly felt by the
ladder user which results as a source of energy for lighting.
KATA PENGANTAR
Terpujilah nama Tuhan Allah Semesta Alam, Yesus Kristus Tuhan dan Raja kita.
Atas kasih dan karuniaNya perancangan dan penulisan skripsi sebagai syarat untuk
menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen
Satya Wacana dapat selesai dengan penuh ucapan syukur.
Rasa terimakasih yang tak terkira dan permintaan maaf penulis haturkan kepada
semua yang telah mendampingi dan membantu pembuatan skripsi ini:
1.
Tuhan Yesus Kristus atas semua hal yang tak terkira sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2.
Mama Papa yang dengan sabar dan tetap setia mendukung apapun yang terbaik
untuk anaknya ini.
3.
Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. dan Bapak Deddy Susilo, S. T., M. Eng.
selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, dan
pengarahan selama mengerjakan skripsi ini juga selama kuliah.
4.
Adikku yang manis Ranti dan juga tak lupa Mas Rendi, Jefry atas kebaikannya
selama pembuatan mekanik dan Sesa atas kesetiaannya selalu menunggu
kepulanganku ditengah malam.
5.
Koh Yos yang tetap menemani dengan sabar dan telaten.
6.
Teman-temanku yang tetap tulus sampai akhir Gideon, Martino, Johny, Vita,
Herlambang.
7.
Tak lupa tentu saja para tukang dan mekanik serta teman-teman lain yang sudah
menolong penulis merealisasikan skripsi ini.
Dengan penuh keikhlasan penulis menyadari masih ada banyak kekurangan pada
tugas akhir ini, oleh karena itu segala masukkan dan kritik yang membangun akan
sangat membantu penyempurnaan alat hingga semoga suatu saat nanti dapat digunakan
secara nyata. Terimakasih dan Tuhan Yesus memberkati.
Salatiga, April 2015
Penulis
DAFTAR ISI
INTISARI ..............................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vi
DAFTAR TABEL.................................................................................................
vii
DAFTAR ISTILAH ..............................................................................................
viii
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ............................................................................
1
1.2. Spesifikasi Alat ...........................................................................
2
1.3. Sistematika Penulisan .................................................................
2
LANDASAN SISTEM ......................................................................
3
2.1. Energi Potensial ..........................................................................
3
2.2. Gerak Rotasi Benda Tegar ..........................................................
4
2.3. Roda Gigi ....................................................................................
5
2.4. Penyearah Gelombang Penuh .....................................................
6
2.5. IC (Integrated Circuit) LM2577-Adj ..........................................
6
PERANCANGAN SISTEM ..............................................................
10
3.1. Mekanik ......................................................................................
11
3.1.1. Pegas .................................................................................
11
3.1.2. Gearbox .............................................................................
13
3.2. Generator.....................................................................................
15
3.3. Konverter ....................................................................................
16
3.3.1. Konverter AC – DC ..........................................................
17
3.3.2. Konverter DC – DC ..........................................................
17
BAB II
BAB III
3.3.2.2. Konverter Penaik Tegangan .................................
17
3.4. Penyimpanan Energi ...................................................................
19
3.5. Penerangan ..................................................................................
20
PENGUJIAN DAN ANALISA .........................................................
21
4.1. Mekanik ......................................................................................
21
4.2. Generator.....................................................................................
22
4.3. Konverter ....................................................................................
25
4.3.1. Konverter AC – DC ..........................................................
25
4.3.2. Konverter DC – DC ..........................................................
28
4.4. Hasil Energi ................................................................................
29
4.5. Penjumlahan Tegangan ...............................................................
30
4.6. Penyimpanan Energi ...................................................................
31
4.7. Hasil Akhir Alat Dan Pengujian .................................................
33
KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
34
5.1. Kesimpulan .................................................................................
34
5.2. Saran Pengembangan ..................................................................
34
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
36
LAMPIRAN A ....................................................................................................
37
BAB IV
BAB V
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Rotasi Benda Tegar ............................................................................ 4
Gambar 2.2. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh .......................................... 5
Gambar 2.3. Blok Diagram IC LM2577-Adj[5] ..................................................... 6
Gambar 2.4. Susunan Pin IC LM2577-Adj[5] ........................................................ 7
Gambar 2.5. Grafik Pemilihan Nilai Induktor Pada LM2577[5] ............................ 8
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ........................................ 10
Gambar 3.2. Realisasi Keseluruhan Alat ................................................................ 11
Gambar 3.3. Pegas Pada Sudut Anak Tangga ......................................................... 12
Gambar 3.4. Tuas Penggerak Flywheel .................................................................. 12
Gambar 3.5. Realisasi Gearbox .............................................................................. 13
Gambar 3.6. Realisasi Generator ............................................................................ 15
Gambar 3.7. Realisasi Multi Generator .................................................................. 16
Gambar 3.8. Rangkaian Penaik Tegangan.[5] ........................................................ 17
Gambar 3.9. Akumulator Kering ............................................................................ 20
Gambar 3.10. Lampu LED 3 Watt ............................................................................. 20
Gambar 4.1. Realisasi Pengujian Mekanik ............................................................. 21
Gambar 4.2. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator I .................. 23
Gambar 4.3. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator I .......................... 23
Gambar 4.4. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator II................. 24
Gambar 4.5. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator II ........................ 25
Gambar 4.6. Rangkaian Pengujian Konverter AC-DC ........................................... 26
Gambar 4.7. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Konverter AC-DC....... 26
Gambar 4.8. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Konverter AC-DC............... 27
Gambar 4.9. Grafik Daya Konverter AC-DC ......................................................... 28
Gambar 4.10. Rangkaian Pengujian Efisiensi Elektris ............................................. 28
Gambar 4.11. Grafik Tegangan Pengosongan Akumulator ...................................... 32
Gambar 4.12. Grafik Arus Pengosongan Akumulator .............................................. 32
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Hasil Pengujian Generator I dan II Tanpa Beban ............................... 16
Tabel 4.1. Berat Badan Subjek............................................................................. 22
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tegangan Generator I ............................................... 22
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Arus Generator I ....................................................... 23
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Tegangan Generator II .............................................. 24
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Arus Generator II ...................................................... 24
Tabel 4.6. Perhitungan Daya Generator I ............................................................ 25
Tabel 4.7. Perhitungan Daya Generator II ........................................................... 25
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Tegangan Konverter AC-DC .................................... 26
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Arus Konverter AC-DC ............................................ 27
Tabel 4.10. Perhitungan Daya Konverter AC-DC ................................................. 27
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Efisiensi Elektris ...................................................... 28
Tabel 4.12. Hasil Pengisian Akumulator ............................................................... 29
Tabel 4.13 Pengujian Akumulator ......................................................................... 31
DAFTAR ISTILAH
AC
Alternating Current
A-DC
Ampere Direct Current
DC
Direct Current
GR
Gear Ratio
IC
Integrated Circuit
NC
Normally Closed
NO
Normally Open
Op-Amp
Operational Amplifier
RMS
Root Mean Square
VPP
Volt Peak to Peak
VDC
Volt Direct Current
VAC
Volt Alternating Current
MENGGUNAKAN MULTI GENERATOR PADA ANAK TANGGA
Oleh
Tiara Bunga Kirana
NIM: 612009054
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
April 2014
PEMANFAATAN ENERGI KINETIK MENJADI ENERGI LISTRIK
MENGGUNAKAN MULTI GENERATOR PADA ANAK TANGGA
Oleh
Tiara Bunga Kirana
NIM : 612009054
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.
Tanggal :
Pembimbing II
Deddy Susilo, S.T., M. Eng.
Tanggal :
INTISARI
Alat yang dibuat adalah alat yang dapat menghasilkan energi listrik dengan
memanfaatkan energi potensial terbuang saat memijak anak tangga. Empat buah anak
tangga dengan dimensi masing-masing tinggi 18 cm, panjang 50 cm dan lebar 25 cm ini
dimodifikasi sedemikian rupa dengan penambahan mekanik berupa pegas dan gearbox
yang mampu menahan beban hingga 93 kg. Multi generator yang terdiri dari 2 buah
generator digunakan sebagai pembangkit energi listrik yang menghasilkan 7,51.10 -4 Wh
setiap pijakan. Pada akumulator kering 12VDC 5Ah energi disimpan dan digunakan
sebagai sumber energi lampu LED 12VDC 3W. Rangkaian mekanik dan elektrik berada
di bawah anak tangga sehingga anak tangga ini dapat digunakan tanpa memerlukan
tempat khusus. Alat ini dapat digunakan di berbagai tempat publik dimana anak tangga
digunakan oleh banyak orang, seperti di pasar, pusat perbelanjaan, jembatan
penyeberangan, dan rumah sakit sehingga hasil yang didapat akan langsung dirasakan
oleh pengguna tangga karena digunakan sebagai sumber energi penerangan.
ABSTRACT
Instrument created is a tool that can generate electricity by harnessing the
energy potential from the energy wasted during stair tread. Four steps of stairs with their
respective dimensions 18 cm high, 50 cm long and 25 cm wide are modified to the
addition of such mechanical springs and gearboxes which are able to withstand loads up
to 93 kg. Multi generator that consists of 2 pieces of generators used to generate
electrical energy which produces 7,51.10-4 Wh each stepping. In dry accumulator 5Ah
12VDC energy stored and used as an energy source 12VDC 3W LED lights.
Mechanical and electrical circuits are on the lower rungs of this ladder so that it can be
used without requiring a special place. This tool can be used in various public places
where the stairs are used by many people, such as in the markets, shopping malls,
pedestrian bridges, and hospitals so that the results obtained will be directly felt by the
ladder user which results as a source of energy for lighting.
KATA PENGANTAR
Terpujilah nama Tuhan Allah Semesta Alam, Yesus Kristus Tuhan dan Raja kita.
Atas kasih dan karuniaNya perancangan dan penulisan skripsi sebagai syarat untuk
menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen
Satya Wacana dapat selesai dengan penuh ucapan syukur.
Rasa terimakasih yang tak terkira dan permintaan maaf penulis haturkan kepada
semua yang telah mendampingi dan membantu pembuatan skripsi ini:
1.
Tuhan Yesus Kristus atas semua hal yang tak terkira sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2.
Mama Papa yang dengan sabar dan tetap setia mendukung apapun yang terbaik
untuk anaknya ini.
3.
Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. dan Bapak Deddy Susilo, S. T., M. Eng.
selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, dan
pengarahan selama mengerjakan skripsi ini juga selama kuliah.
4.
Adikku yang manis Ranti dan juga tak lupa Mas Rendi, Jefry atas kebaikannya
selama pembuatan mekanik dan Sesa atas kesetiaannya selalu menunggu
kepulanganku ditengah malam.
5.
Koh Yos yang tetap menemani dengan sabar dan telaten.
6.
Teman-temanku yang tetap tulus sampai akhir Gideon, Martino, Johny, Vita,
Herlambang.
7.
Tak lupa tentu saja para tukang dan mekanik serta teman-teman lain yang sudah
menolong penulis merealisasikan skripsi ini.
Dengan penuh keikhlasan penulis menyadari masih ada banyak kekurangan pada
tugas akhir ini, oleh karena itu segala masukkan dan kritik yang membangun akan
sangat membantu penyempurnaan alat hingga semoga suatu saat nanti dapat digunakan
secara nyata. Terimakasih dan Tuhan Yesus memberkati.
Salatiga, April 2015
Penulis
DAFTAR ISI
INTISARI ..............................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vi
DAFTAR TABEL.................................................................................................
vii
DAFTAR ISTILAH ..............................................................................................
viii
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ............................................................................
1
1.2. Spesifikasi Alat ...........................................................................
2
1.3. Sistematika Penulisan .................................................................
2
LANDASAN SISTEM ......................................................................
3
2.1. Energi Potensial ..........................................................................
3
2.2. Gerak Rotasi Benda Tegar ..........................................................
4
2.3. Roda Gigi ....................................................................................
5
2.4. Penyearah Gelombang Penuh .....................................................
6
2.5. IC (Integrated Circuit) LM2577-Adj ..........................................
6
PERANCANGAN SISTEM ..............................................................
10
3.1. Mekanik ......................................................................................
11
3.1.1. Pegas .................................................................................
11
3.1.2. Gearbox .............................................................................
13
3.2. Generator.....................................................................................
15
3.3. Konverter ....................................................................................
16
3.3.1. Konverter AC – DC ..........................................................
17
3.3.2. Konverter DC – DC ..........................................................
17
BAB II
BAB III
3.3.2.2. Konverter Penaik Tegangan .................................
17
3.4. Penyimpanan Energi ...................................................................
19
3.5. Penerangan ..................................................................................
20
PENGUJIAN DAN ANALISA .........................................................
21
4.1. Mekanik ......................................................................................
21
4.2. Generator.....................................................................................
22
4.3. Konverter ....................................................................................
25
4.3.1. Konverter AC – DC ..........................................................
25
4.3.2. Konverter DC – DC ..........................................................
28
4.4. Hasil Energi ................................................................................
29
4.5. Penjumlahan Tegangan ...............................................................
30
4.6. Penyimpanan Energi ...................................................................
31
4.7. Hasil Akhir Alat Dan Pengujian .................................................
33
KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
34
5.1. Kesimpulan .................................................................................
34
5.2. Saran Pengembangan ..................................................................
34
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
36
LAMPIRAN A ....................................................................................................
37
BAB IV
BAB V
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Rotasi Benda Tegar ............................................................................ 4
Gambar 2.2. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh .......................................... 5
Gambar 2.3. Blok Diagram IC LM2577-Adj[5] ..................................................... 6
Gambar 2.4. Susunan Pin IC LM2577-Adj[5] ........................................................ 7
Gambar 2.5. Grafik Pemilihan Nilai Induktor Pada LM2577[5] ............................ 8
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ........................................ 10
Gambar 3.2. Realisasi Keseluruhan Alat ................................................................ 11
Gambar 3.3. Pegas Pada Sudut Anak Tangga ......................................................... 12
Gambar 3.4. Tuas Penggerak Flywheel .................................................................. 12
Gambar 3.5. Realisasi Gearbox .............................................................................. 13
Gambar 3.6. Realisasi Generator ............................................................................ 15
Gambar 3.7. Realisasi Multi Generator .................................................................. 16
Gambar 3.8. Rangkaian Penaik Tegangan.[5] ........................................................ 17
Gambar 3.9. Akumulator Kering ............................................................................ 20
Gambar 3.10. Lampu LED 3 Watt ............................................................................. 20
Gambar 4.1. Realisasi Pengujian Mekanik ............................................................. 21
Gambar 4.2. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator I .................. 23
Gambar 4.3. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator I .......................... 23
Gambar 4.4. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Generator II................. 24
Gambar 4.5. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Generator II ........................ 25
Gambar 4.6. Rangkaian Pengujian Konverter AC-DC ........................................... 26
Gambar 4.7. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Rata-Rata Konverter AC-DC....... 26
Gambar 4.8. Grafik Hasil Pengujian Arus Rata-Rata Konverter AC-DC............... 27
Gambar 4.9. Grafik Daya Konverter AC-DC ......................................................... 28
Gambar 4.10. Rangkaian Pengujian Efisiensi Elektris ............................................. 28
Gambar 4.11. Grafik Tegangan Pengosongan Akumulator ...................................... 32
Gambar 4.12. Grafik Arus Pengosongan Akumulator .............................................. 32
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Hasil Pengujian Generator I dan II Tanpa Beban ............................... 16
Tabel 4.1. Berat Badan Subjek............................................................................. 22
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tegangan Generator I ............................................... 22
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Arus Generator I ....................................................... 23
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Tegangan Generator II .............................................. 24
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Arus Generator II ...................................................... 24
Tabel 4.6. Perhitungan Daya Generator I ............................................................ 25
Tabel 4.7. Perhitungan Daya Generator II ........................................................... 25
Tabel 4.8. Hasil Pengujian Tegangan Konverter AC-DC .................................... 26
Tabel 4.9. Hasil Pengujian Arus Konverter AC-DC ............................................ 27
Tabel 4.10. Perhitungan Daya Konverter AC-DC ................................................. 27
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Efisiensi Elektris ...................................................... 28
Tabel 4.12. Hasil Pengisian Akumulator ............................................................... 29
Tabel 4.13 Pengujian Akumulator ......................................................................... 31
DAFTAR ISTILAH
AC
Alternating Current
A-DC
Ampere Direct Current
DC
Direct Current
GR
Gear Ratio
IC
Integrated Circuit
NC
Normally Closed
NO
Normally Open
Op-Amp
Operational Amplifier
RMS
Root Mean Square
VPP
Volt Peak to Peak
VDC
Volt Direct Current
VAC
Volt Alternating Current