laporan pendahuluan usul tugas alhir ten
METODE PEMANFAATAN GETARAN PADA TRAFFIC LIGHT
DENGAN MATERIAL PIEZOELECRIC SEBAGAI SOLUSI DALAM
PROSES KEMANDIRIAN ENERGI LISTRIK DAN TEKNOLOGI
Nama
: Wahyu Saputra
NPM
: 1415021088
Program Studi : Teknik Mesin
Mata Kuliah : Metode Penelitian
Dosen
: Irza Sukmana S.T., M.T. Ph.D
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
Bandar Lampung
2 Mei 2016
ABSTRAK
METODE PEMANFAATAN GETARAN PADA TRAFFIC LIGHT
DENGAN MATERIAL PIEZOELECRIC SEBAGAI SOLUSI DALAM
PROSES KEMANDIRIAN ENERGI LISTRIK DAN TEKNOLOGI
Oleh
WAHYU SAPUTRA
Pertumbuhan kendaraaan bermotor di Indonesia telah mencapai lebih dari
10 % per tahun yang menjadi faktor utama penyebab kemacetan di jalan raya.
Peningkatan aktivitas transportasi di pusat kota akan berdampak pada tingginya
angka kecelakaan setiap tahunnya. Data menunjukkan bahwa terjadi pertumbuhan
sebesar 9.59% per tahun dengan korban meninggal meningkat 9,24 % setiap
tahunnya [Statistik Perhubungan Darat, 2014]. Indonesia menjadi negara dengan
kemacetan terbesar di dunia yaitu kota Jakarta dengan 33.240 kali mengerem
pertahun di atas kota Istanbul di Turki, dan Meksiko City di Meksiko. Pemerintah
memberlakukan lampu lalu lintas untuk mengatasi hal itu.
Saat ini teknologi Traffic Light sudah semakin berkembang dengan
penggunaan listrik di berbagai daerah di Indonesia. Tenaga utama bagi lampu
LED yang digunakan adalah listrik PLN maupun pemanfaatan solar cell yang
mengubah energi panas matahari menjadi energi listrik. Namun harga tiap satu
solar cell tidaklah murah dan membutuhkan cukup banyak solar cell untuk
seluruh Traffic Light yang tersebar di Indonesia. Bentuk tiang Traffic Light
dirancang sedemikian rupa sehingga cukup mampu menahan getaran yang terjadi
akibat lalu lintas kendaraan di sekitar Traffic Light. Tidak di dapat dihindari
bahwa getaran pada tiang akan berubah-berubah setiap saat. Alat yang dapat
digunakan pada kondisi ini adalah piezoelectric yang dapat mengubah getaran
menjadi energi listrik.
Piezoelectric adalah material yang dapat mengubah energi getaran menjadi
energi listrik. Dimensi dari material ini cukup kecil namun sangat efesien dalam
kerjanya. Seluruh sistem pembangkit ini terdiri dari sebuah material piezoelectric
untuk menghasilkan energi dan sirkuit untuk mengakses jaringan listrik. Terdapat
sebuah ultra kapasitor untuk menyimpan energi yang dihasilkan. Sistem ini
memiliki bandwidth sekitar 14 hz dan bekerja pada getaran berfrequensi sekitar
155 hz. dan bisa menghasilkan energi sekitar 200 mikro watt dari kekuatan 1,5
gram amplitudo getaran [Abbasi,2013]. Perancangan pada tiang dimungkinkan
untuk menghasilkan getaran dengan batas bandwidth yang dapat menghasilkan
energi listrik. Diharapkan pemanfaatan potensi getaran pada tiang lampu lalu
lintas sebagai pengatur frequensi getaran menjadi frequensi yang optimal pada
piezoelectric ini menjadi salah satu upaya bersama dalam mewujudkan indonesia
menuju kemandirian energi listrik dan teknologi.
Kata Kunci : Piezoelectric, Transportasi, Traffic Light, Getaran, Listrik
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ......................................................................................
Halaman
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
vii
I. PENDAHULUAN ...............................................................................
1
A. Latar Belakang dan Masalah ..........................................................
1
B. Tujuan ............................................................................................
4
C. Batasan Masalah.............................................................................
4
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Pertumbuhan kendaraan berdasarkan kepulauan. .........................
2
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Presentase Jumlah Kendaraan Bermotor di Indonesia ...................
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Indonesia
merupakan
salah
satu
negara
berkembang
dengan
transportasi daratnya menjadi transportasi utama. Bekerjanya sistem
transportasi dengan baik akan mengangkat kehidupan ekonomi di indonesia.
Panjang jalan di IIndonesia
ndonesia pada tahun 2009 tercatat sepanjang 421,535 km
yang terbagi ke beberapa kota besar dian
diantaranya
taranya Jakarta, Surabaya, dan
Bandung
[BPS,2014
BPS,2014].
Selain
itu
pertumbuhan
kendaraan
bermotor
berkembang semakin pesat berbanding lurus deng
dengan
an pertambahan panjang
ungkiri bahwa transportasi sebagai salah satu
jalan di Indonesia. Tidak dip
dipungkiri
kegiatan utama perkotaan dapat menghasilkan berbagai keuntungan getaran
araan dan lalu lintas
kendaraan
yang dihasilkan oleh getaran mesin kend
kendaraan
li
[Ermanisar, 2013]
2013].
Sepeda Motor
Mobil
Penumpang
Bis
Mobil Barang
Gambar. 1.1 Presentase Jumlah Kendaraan Bermotor di Indonesia
ndonesia
[Sumber : www.bps.go.id]
2
Kendaraan
sepeda
motor
menempati
tempat
pertama
karena
merupakan alat transportasi yang mudah dan cepat. Mobil penumpang
menempati tempat kedua dengan sebagian besar di isi oleh mobil-mobil besar.
Data menunjukkan bahwa semakin besar dan melimpahnya kendaraan maka
akan memperbesar keuntungan getaran yang akan diperoleh dari kendaraan
tersebut. Pulau Jawa merupakan pulau dengan perkembangan pertumbuhan
jumlah kendaraan yang cukup tinggi dan merupakan pulau yang cukup banyak
menghabiskan energi listrik. Diantaranya untuk kegiatan perekonomian
maupun untuk kegiatan lainnya.
Tabel 1. Pertumbuhan kendaraan berdasarkan kepulauan.
(Sumber : www. bps.go.id)
Kepulauan
2012
2013
2014
Sumatra
Jawa
kalimantan
Sulawesi
Papua dan
Maluku
Bali dan
Nusra
23.590.794
48.125.915
7.167.013
7.457.241
26.012.352
53.353.720
8.194.335
8.292.170
27.561.914
60.369.374
8.784.293
8.751.750
Pertumbuhn
per tahun(%)
10,42
11,12
14.75
12.24
1.272.659
1.371.254
1.447.593
7.85
6.473.434
6.895.138
7.294.342
7.44
Salah satu langkah yang diambil pemerintah untuk mengantisipasi
keadaan tersebut adalah dengan di buatnya traffic light yang dapat mengatur
penuhnya aktivitas transportasi di Indonesia. Penggunaan traffic light secara
garis besar menggunakan lampu LED karena dapat mengurangi biaya
penggunaan listrik. Namun tidak dimungkiri bahwa masih saja menghabiskan
cukup banyak biaya jika dengan listrik PLN maupun dengan teknologi Solar
cell. Sebagian besar traffic light dirancang sedemikian rupa sehingga tahan
terhadap getaran yang dihasilkan oleh lalu lintas kendaraan diantaranya mobil
3
besar mobil kecil dan juga motor. Namun pada dasarnya getaran yang
dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk menjadi sumber energi listrik.
Pemanfaatan energi getaran menjadi energi listrik dapat dilakukan
dengan material piezoelectric. Material piezoelectric umumnya berbentuk
Kristal yang memiliki susunan atom sangat rapat diantaranya (SiO2).
Ketersediaan SiO2 di alam sangatlah melimpah dalam bentuk pasir
amorphous, hal ini mendukung terciptanya sebuah alat yang dapat mengubah
getaran menjadi energi listrik. Selama ini pemanfaatan material piezoelectric
masih sangat kurang, karena listrik yang dihasilkan sangatlah kecil,
dikarenakan perlunya frequensi getaran yang tepat untuk menghasilkan nilai
watt yang besar. Menurut penelitian, frequensi yang masuk kedalam kriteria
pembacaan material piezoelectric adalah 15 hingga 155 Hz. Semakin besar
frequensi yang terjadi maka semakin besar pula watt yang akan dihasilkan. Di
amerika dikembangkan sebuah alat yang memanfaatkan getaran yang
dihasilkan oleh getaran berjalan manusia untuk menjadi sebuah energi listrik
[Pang,2015].
Indonesia merupakan negara berkembang yang dituntut untuk mampu
bersaing dengan negara maju lainnya. Salah satu keuntungan yang dapat
dimanfaatkan adalah jumlah kendaraan yang cukup untuk menghasilkan
getaran pada sebuah rancangan traffic light. Traffic light dirancang untuk
mampu mengubah getaran yang dihasilkan oleh lalu lintas kendaraan menjadi
getaran yang
dapat digunakan sebagai sumber energi listrik. Material
piezoelectric akan mengubah frequensi getaran yang terjadi pada penyangga
menjadi beberapa watt listrik yang kemudian disimpan kedalam ultra
4
capasitor. Pemasangan ultra capasitor diharapkan mampu menyimpan energi
setiap saat yang diterima oleh piezoelectric menjadi cadangan energi bagi
lampu lalu lintas.
B. Tujuan
Adapun tujuan penelitian ini dilakukan adalah :
1. Memanfaatkan getaran yang terjadi akibat lalu lintas kendaraan sebagai
salah satu sumber energi listrik.
2. Mengembangkan penggunaan piezoelectric sebagai salah satu material
yang dapat mengkonversikan energi frequensi getaran menjadi listrik.
3. Mendukung langkah Indonesia menjadi negara yang mandiri terhadap
sumber energi listrik dan teknologi.
C. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Pemanfaatan getaran yang dihasilkan oleh lalu lintas kendaraan yang
terjadi pada traffic light.
2. Perancangan sistem getaran yang dapat menghasilkan frequensi tertentu
sesuai dengan getaran bandwidth getaran piezoelectric.
3. Pemanfaatan material alam indonesia untuk menghasilkan energi yang
ramah lingkungan dan energi terbarukan.
DAFTAR PUSTAKA
Aqsa Abbasi. 2013. Application of piezoelectric material in smart roads and
MEMS, PMPG power generation with transverse mode thin film PZT.
Vol. 3, No.6, December 2013, pp. 857-862. Portalgaruda.org
Ermanisar. 2013. Pengaruh Traffic Light Pada Kecelakaan Lalu Lintas.
portalgaruda.org
Harus L.G., Wiwiek Hendrowati and Rahmat Susanto. 2010, Development of a
vibration powered micro generator nd its application to harvest the
vibration energy of the KRI KKP-811’s Engine. Jurnal Teknik mesin
Vol. 12, No.2, Oktober 2010 : 65-69. PortalGaruda.org
Shuai Pang. 2015. Simulation Analysis of interface circuits for piezoelectric
energy harvesting with damped sinusoidal signal and random signal.
Vol. 13, No, 3, September 2015, pp. 767-775. Portalgaruda.org
Suryamin. 2014. Statistik Transportasi darat. Badan Pusat Statistik. BPS.go.id
DENGAN MATERIAL PIEZOELECRIC SEBAGAI SOLUSI DALAM
PROSES KEMANDIRIAN ENERGI LISTRIK DAN TEKNOLOGI
Nama
: Wahyu Saputra
NPM
: 1415021088
Program Studi : Teknik Mesin
Mata Kuliah : Metode Penelitian
Dosen
: Irza Sukmana S.T., M.T. Ph.D
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
Bandar Lampung
2 Mei 2016
ABSTRAK
METODE PEMANFAATAN GETARAN PADA TRAFFIC LIGHT
DENGAN MATERIAL PIEZOELECRIC SEBAGAI SOLUSI DALAM
PROSES KEMANDIRIAN ENERGI LISTRIK DAN TEKNOLOGI
Oleh
WAHYU SAPUTRA
Pertumbuhan kendaraaan bermotor di Indonesia telah mencapai lebih dari
10 % per tahun yang menjadi faktor utama penyebab kemacetan di jalan raya.
Peningkatan aktivitas transportasi di pusat kota akan berdampak pada tingginya
angka kecelakaan setiap tahunnya. Data menunjukkan bahwa terjadi pertumbuhan
sebesar 9.59% per tahun dengan korban meninggal meningkat 9,24 % setiap
tahunnya [Statistik Perhubungan Darat, 2014]. Indonesia menjadi negara dengan
kemacetan terbesar di dunia yaitu kota Jakarta dengan 33.240 kali mengerem
pertahun di atas kota Istanbul di Turki, dan Meksiko City di Meksiko. Pemerintah
memberlakukan lampu lalu lintas untuk mengatasi hal itu.
Saat ini teknologi Traffic Light sudah semakin berkembang dengan
penggunaan listrik di berbagai daerah di Indonesia. Tenaga utama bagi lampu
LED yang digunakan adalah listrik PLN maupun pemanfaatan solar cell yang
mengubah energi panas matahari menjadi energi listrik. Namun harga tiap satu
solar cell tidaklah murah dan membutuhkan cukup banyak solar cell untuk
seluruh Traffic Light yang tersebar di Indonesia. Bentuk tiang Traffic Light
dirancang sedemikian rupa sehingga cukup mampu menahan getaran yang terjadi
akibat lalu lintas kendaraan di sekitar Traffic Light. Tidak di dapat dihindari
bahwa getaran pada tiang akan berubah-berubah setiap saat. Alat yang dapat
digunakan pada kondisi ini adalah piezoelectric yang dapat mengubah getaran
menjadi energi listrik.
Piezoelectric adalah material yang dapat mengubah energi getaran menjadi
energi listrik. Dimensi dari material ini cukup kecil namun sangat efesien dalam
kerjanya. Seluruh sistem pembangkit ini terdiri dari sebuah material piezoelectric
untuk menghasilkan energi dan sirkuit untuk mengakses jaringan listrik. Terdapat
sebuah ultra kapasitor untuk menyimpan energi yang dihasilkan. Sistem ini
memiliki bandwidth sekitar 14 hz dan bekerja pada getaran berfrequensi sekitar
155 hz. dan bisa menghasilkan energi sekitar 200 mikro watt dari kekuatan 1,5
gram amplitudo getaran [Abbasi,2013]. Perancangan pada tiang dimungkinkan
untuk menghasilkan getaran dengan batas bandwidth yang dapat menghasilkan
energi listrik. Diharapkan pemanfaatan potensi getaran pada tiang lampu lalu
lintas sebagai pengatur frequensi getaran menjadi frequensi yang optimal pada
piezoelectric ini menjadi salah satu upaya bersama dalam mewujudkan indonesia
menuju kemandirian energi listrik dan teknologi.
Kata Kunci : Piezoelectric, Transportasi, Traffic Light, Getaran, Listrik
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ......................................................................................
Halaman
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................
vii
I. PENDAHULUAN ...............................................................................
1
A. Latar Belakang dan Masalah ..........................................................
1
B. Tujuan ............................................................................................
4
C. Batasan Masalah.............................................................................
4
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Pertumbuhan kendaraan berdasarkan kepulauan. .........................
2
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Presentase Jumlah Kendaraan Bermotor di Indonesia ...................
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Indonesia
merupakan
salah
satu
negara
berkembang
dengan
transportasi daratnya menjadi transportasi utama. Bekerjanya sistem
transportasi dengan baik akan mengangkat kehidupan ekonomi di indonesia.
Panjang jalan di IIndonesia
ndonesia pada tahun 2009 tercatat sepanjang 421,535 km
yang terbagi ke beberapa kota besar dian
diantaranya
taranya Jakarta, Surabaya, dan
Bandung
[BPS,2014
BPS,2014].
Selain
itu
pertumbuhan
kendaraan
bermotor
berkembang semakin pesat berbanding lurus deng
dengan
an pertambahan panjang
ungkiri bahwa transportasi sebagai salah satu
jalan di Indonesia. Tidak dip
dipungkiri
kegiatan utama perkotaan dapat menghasilkan berbagai keuntungan getaran
araan dan lalu lintas
kendaraan
yang dihasilkan oleh getaran mesin kend
kendaraan
li
[Ermanisar, 2013]
2013].
Sepeda Motor
Mobil
Penumpang
Bis
Mobil Barang
Gambar. 1.1 Presentase Jumlah Kendaraan Bermotor di Indonesia
ndonesia
[Sumber : www.bps.go.id]
2
Kendaraan
sepeda
motor
menempati
tempat
pertama
karena
merupakan alat transportasi yang mudah dan cepat. Mobil penumpang
menempati tempat kedua dengan sebagian besar di isi oleh mobil-mobil besar.
Data menunjukkan bahwa semakin besar dan melimpahnya kendaraan maka
akan memperbesar keuntungan getaran yang akan diperoleh dari kendaraan
tersebut. Pulau Jawa merupakan pulau dengan perkembangan pertumbuhan
jumlah kendaraan yang cukup tinggi dan merupakan pulau yang cukup banyak
menghabiskan energi listrik. Diantaranya untuk kegiatan perekonomian
maupun untuk kegiatan lainnya.
Tabel 1. Pertumbuhan kendaraan berdasarkan kepulauan.
(Sumber : www. bps.go.id)
Kepulauan
2012
2013
2014
Sumatra
Jawa
kalimantan
Sulawesi
Papua dan
Maluku
Bali dan
Nusra
23.590.794
48.125.915
7.167.013
7.457.241
26.012.352
53.353.720
8.194.335
8.292.170
27.561.914
60.369.374
8.784.293
8.751.750
Pertumbuhn
per tahun(%)
10,42
11,12
14.75
12.24
1.272.659
1.371.254
1.447.593
7.85
6.473.434
6.895.138
7.294.342
7.44
Salah satu langkah yang diambil pemerintah untuk mengantisipasi
keadaan tersebut adalah dengan di buatnya traffic light yang dapat mengatur
penuhnya aktivitas transportasi di Indonesia. Penggunaan traffic light secara
garis besar menggunakan lampu LED karena dapat mengurangi biaya
penggunaan listrik. Namun tidak dimungkiri bahwa masih saja menghabiskan
cukup banyak biaya jika dengan listrik PLN maupun dengan teknologi Solar
cell. Sebagian besar traffic light dirancang sedemikian rupa sehingga tahan
terhadap getaran yang dihasilkan oleh lalu lintas kendaraan diantaranya mobil
3
besar mobil kecil dan juga motor. Namun pada dasarnya getaran yang
dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk menjadi sumber energi listrik.
Pemanfaatan energi getaran menjadi energi listrik dapat dilakukan
dengan material piezoelectric. Material piezoelectric umumnya berbentuk
Kristal yang memiliki susunan atom sangat rapat diantaranya (SiO2).
Ketersediaan SiO2 di alam sangatlah melimpah dalam bentuk pasir
amorphous, hal ini mendukung terciptanya sebuah alat yang dapat mengubah
getaran menjadi energi listrik. Selama ini pemanfaatan material piezoelectric
masih sangat kurang, karena listrik yang dihasilkan sangatlah kecil,
dikarenakan perlunya frequensi getaran yang tepat untuk menghasilkan nilai
watt yang besar. Menurut penelitian, frequensi yang masuk kedalam kriteria
pembacaan material piezoelectric adalah 15 hingga 155 Hz. Semakin besar
frequensi yang terjadi maka semakin besar pula watt yang akan dihasilkan. Di
amerika dikembangkan sebuah alat yang memanfaatkan getaran yang
dihasilkan oleh getaran berjalan manusia untuk menjadi sebuah energi listrik
[Pang,2015].
Indonesia merupakan negara berkembang yang dituntut untuk mampu
bersaing dengan negara maju lainnya. Salah satu keuntungan yang dapat
dimanfaatkan adalah jumlah kendaraan yang cukup untuk menghasilkan
getaran pada sebuah rancangan traffic light. Traffic light dirancang untuk
mampu mengubah getaran yang dihasilkan oleh lalu lintas kendaraan menjadi
getaran yang
dapat digunakan sebagai sumber energi listrik. Material
piezoelectric akan mengubah frequensi getaran yang terjadi pada penyangga
menjadi beberapa watt listrik yang kemudian disimpan kedalam ultra
4
capasitor. Pemasangan ultra capasitor diharapkan mampu menyimpan energi
setiap saat yang diterima oleh piezoelectric menjadi cadangan energi bagi
lampu lalu lintas.
B. Tujuan
Adapun tujuan penelitian ini dilakukan adalah :
1. Memanfaatkan getaran yang terjadi akibat lalu lintas kendaraan sebagai
salah satu sumber energi listrik.
2. Mengembangkan penggunaan piezoelectric sebagai salah satu material
yang dapat mengkonversikan energi frequensi getaran menjadi listrik.
3. Mendukung langkah Indonesia menjadi negara yang mandiri terhadap
sumber energi listrik dan teknologi.
C. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Pemanfaatan getaran yang dihasilkan oleh lalu lintas kendaraan yang
terjadi pada traffic light.
2. Perancangan sistem getaran yang dapat menghasilkan frequensi tertentu
sesuai dengan getaran bandwidth getaran piezoelectric.
3. Pemanfaatan material alam indonesia untuk menghasilkan energi yang
ramah lingkungan dan energi terbarukan.
DAFTAR PUSTAKA
Aqsa Abbasi. 2013. Application of piezoelectric material in smart roads and
MEMS, PMPG power generation with transverse mode thin film PZT.
Vol. 3, No.6, December 2013, pp. 857-862. Portalgaruda.org
Ermanisar. 2013. Pengaruh Traffic Light Pada Kecelakaan Lalu Lintas.
portalgaruda.org
Harus L.G., Wiwiek Hendrowati and Rahmat Susanto. 2010, Development of a
vibration powered micro generator nd its application to harvest the
vibration energy of the KRI KKP-811’s Engine. Jurnal Teknik mesin
Vol. 12, No.2, Oktober 2010 : 65-69. PortalGaruda.org
Shuai Pang. 2015. Simulation Analysis of interface circuits for piezoelectric
energy harvesting with damped sinusoidal signal and random signal.
Vol. 13, No, 3, September 2015, pp. 767-775. Portalgaruda.org
Suryamin. 2014. Statistik Transportasi darat. Badan Pusat Statistik. BPS.go.id