RANCANG BANGUN GENERATOR LISTRIK TENAGA
RANCANG BANGUN GENERATOR LISTRIK TENAGA KINETIK
PADA SEPEDA SEBAGAI SUMBER LISTRIK ALTERNATIF
Prodi Teknik Desain dan Manufaktur, Jurusan Teknik Permesinan Kapal,
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
Gusti Duta S.1*, Catur Rakhmad H., S.T., M.T.2, Budianto, S.T., M.T.3
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia1*
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia2
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia3
Email: gustiduta190994gmail.com1*; caturhan007@gmail.com2*; budianto.structure@gmail.com3*;
Abstrak- Semakin tingginya kebutuhan energi listrik di Indonesia mengakibatkan krisis energi listrik yang akan
terjadi pada jangka panjang. Salah satu upaya pemerintah untuk mengatasi krisis energi listrik yaitu membuat PLTU
atau PLTA baru. Pembuatan PLTU atau PLTA itu sendiri akan membutuhkan biaya yang sangat besar. Oleh karena
itu selain membuat PLTA atau PLTU baru, upaya yang dapat dilakukan yaitu memanfaakan sumber energi listrik
alternatif. Salah satu inovasi energi alternatif yang digunakan yaitu energi kinetik pada saat mengayuh sepeda.Energi
saat mengayuh sepeda tadi yang dijadikan pembangkit listrik alternatif.Sistem kerja pembangkit listrik tenaga kinetik
pada sepeda yaitu hasil kayuhan sepeda yang mengakibatkan roda berputar dihubungkan pada generator.Kemudian
dari generator, energi listrik yang dihasilkan melalui charger controler disimpan pada baterai. Energi yang disimpan
pada baterai nantinya dapat digunakan untuk menyalakan lampu DC. Dari hasil perancangan tugas akhir dengan judul
rancang bangun generator listrik tenaga kinetik pada sepeda sebagai sumber listrik alternatif, selain memanfaatkan
sepeda yang jarang dipakai untuk kebutuhan transportasi juga untuk sarana olahraga yang mudah dan dapat
dilakukan semua orang. Hasil outputdaya yang dihasilkan alat generator listrik tenaga kinetik pada sepeda yaitu
minimal 55.9 watt dan maksimal 103.75 watt.
1. PENDAHULUAN
Hukum kekekalan energi (Hukum
Termodinamika 1) menyatakan bahwa “Energi
tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi
dapat dirubah bentuknya”.Hukum kekekalan
energi tersebut adalah teori atau hukum yang
sampai
sekarang
dipakai
dan
diakui
kebenarannya. Sedangkan energi sendiri
memiliki arti yaitu kemampuan untuk melakukan
usaha atau melakukan perubahan, dapat
dikatakan juga yaitu usaha untuk melakukan
berbagai proses kegiatan. Energi merupakan
bagian dari suatu benda tetapi tidak terikat pada
benda tersebut.Jadi beberapa macam-macam
energi, diantaranya yaitu energi bunyi, energi
cahaya, energi kinetik, energi listrik dan lainlain.
Dari berbagai macam jenis energi tadi,
salah satu energi yang dibutuhkan adalah energi
listrik.Energi listrik merupakan energi yang
sangat penting bagi kehidupan manusia pada
zaman sekarang. Penerangan dan hampir semua
alat elektronik saat ini membutuhkan energi
listrik. Kebutuhan energi listrik saat ini sangat
besar. Baik untuk kebutuhan industri, komersial
maupun kehidupan sehari-hari
Saat ini, ketersediaan sumber energi
listrik tidak mampu memenuhi peningkatan
1
kebutuhan listrik di Indonesia.Kebutuhan listrik
yang disalurkan PLN masih sangatlah minim
karena mengandalkan pembangkit listrik
besar.Hal ini juga dipengaruhi oleh pengadaan
pembangkit tenaga listrik tidak sebanding
dengan konsumsi peningkatan kosumsi publik.
Mengingat begitu besar kebutuhan dan
pentingnya manfaat energi listrik saat ini,
sedangkan sumber utama pembangkit energi
listrik terbatas. Karena sumber utama energi
listrik adalah dari sumber daya tak terbarui
keadaannya terbatas, maka untuk menjaga
kelestarian energi listrik ini perlu adanya sumber
energi listrik cadangan. Sebenarnya pemerintah
sudah berupaya semaksimal mungkin untuk
menambah pembangkit listrik besar. Akan tetapi
dana yang besar dan sumber daya alam yang
semakin menipis menambah sulitnya untuk
membuat pembangkit baru.Oleh karena itusemua
manusia dihadapkan pada suatu masalah besar
untuk kedepannya menyangkut kebutuhan energi
listrik.Upaya yang dapat dilakukan untuk
mengurangi atau mengatasi krisis energi listrik
saat
ini
adalah
dengan
mengurangi
ketergantungan terhadap sumber energi dari PLN
dengan memanfaatkan sumber energi alternatif.
Salah satu energi alternatif yang
dapatdigunakan adalah energi gerak atau energi
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
kinetik. Salah satu energi gerak yang dapat
dihasilkan manusia adalah energi gerak saat
mengayuh sepeda.Energi gerak sepeda sangatlah
mudah dan dapat dilakukan untuk semua
orang.Mulai dari anak-anak sampai orang
dewasa dapat melakukannya.Selain sebagai
energi alternatif, dari segi kesehatan sendiri
mengayuh sepeda sangatlah baik untuk
kesehatan.Karena mengayuh sepeda atau
bersepeda merupakan salah satu olahraga yang
mudah dilakukan oleh semua orang dan dapat
membakar lemak atau kalori berlebih dalam
tubuh.Olahraga sangat penting untuk kesehatan
tubuh. Namun kurangnnya kesadaran akan
pentingnya olahraga membuat orang menjadi
malas. Apalagi saat ini banyak orang malas
untuk berolahraga di luar rumah. Seharusnya
setiap hari kita harus rutin melakukan olahraga
minimal satu jam untuk menjaga kesehatan tubuh
kita agar tetap bugar.
Saat ini, sepeda mulai jarang digunakan
untuk kebutuhan transportasi.Karena kebanyakan
orang sekarang lebih memilih kendaraan
bermotor untuk kebutuhan transportasi.Sehingga
dapat dimanfaatkan lebih untuk kegunaan atau
fungsi sepeda sekarang ini.Hampir semua rumah
memiliki sepeda yang jarang digunakan.Oleh
karena itu pemanfaatan sepeda sekarang yang
kurang, dapat difungsiksan untuk pembangkit
listrik yang dapat dilakukan di rumah.Dengan
caramemodifikasi sepeda biasa dihubungkan ke
generator yang kemudian disimpan dalam
baterai.Energi listrik yang tersimpan dalam
baterai dapat digunakan sebagai energi alternatif.
2. METODOLOGI .
2.1 Diagram Alir
2.2 Formula Matematika
2.2.1 Energi Gerak
Energi kinetik (energi gerak) dari
sebuah titik objek (objek yang sangat kecil
sehingga massanya dapat diasumsikan di
sebuah titik), atau juga benda diam, maka
digunakan persamaan:
(1)
Dimana,
Ek
= energi kinetik translasi
m
= massa benda
v
= kecepatan linier benda
2.2.2 GMB
Hubungan antara kecepatan sudut dan
kecepatan linier disebutkan
dalam rumus :
v = ω.R
Dimana,
v: Kecepatan linier(m/s)
ω: Kecepatan sudut(rad/s)
R: Jari-jari(m)
2
(2)
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
Dengan demikian,
va= vb
va= ωb.Rb
Dimana:
ω: Kecepatan sudut (rad/s)
v: Kecepatan linier (m/s)
R: Jari-jari roda (m)
(3)
(4)
Untuk macam-macam gerak melingkar
dapat dilihat pada gambar berikut
τmax=(
5,1
) √M 2T 2
d 3s
(8)
Dimana :
τmax:Tegangan geser maksimum (kg/mm2)
ds: Diameter poros (mm)
M: Momen lentur (kg.mm)
T: Momen puntir (kg.mm)
2.2.4 Energi
Energi = P x t
Dimana,
Energi : energi yang dibutuhkan
P : daya
t : waktu
2.2.3 Poros dengan beban puntir dan lentur
Pd = fcP (Kw)
(5)
Dimana,
Pd: Daya motor rencana (Kw)
Fc: Faktor koreksi
P: Daya motor (Kw)
Jika daya diberikan dalam daya kuda
(PS), maka harus dikalikan dengan 0,735 untuk
mendapatkan
daya
dalam
Kw
2 π n2
T
)(
)
1000
60
Pd=
102
2 π n1
T
(
)(
)
(6)
1000
60
102
(
Dimana :
Pd: Daya motor rencana (Kw)
T: Momen puntir (kg.mm)
n1: Putaran poros(rpm)
Sehingga
T = 9,74 x 105
Pd
n1
2.2.5 Bucklingstress
Radius of gyration=
Rasio Beban Eksentris:
er
ec
r2
(10)
(11)
Dimana :
E = Jarak tegak lurus beban terhadap garis
sumbu kolom (mm)
c =Jarak dari sumbu netral memanjang kolom
(mm)
r = Radius gyration penampang kolom (mm)
er = Rasio beban eksentris
Tegangan buckling(σ)
σ=
P
ec
A 1+ r 2 . sec
(
(√ EAP 2Lr ))
e
(12)
2.2.6 Defleksi
(7)
Defleksi (δ)=
Dimana :
T: Momen Puntir (kg.mm)
Pd: Daya motor rencana (Kw)
n1: Putaran poros (rpm)
Dan poros pada umumnya meneruskan daya
melalui sabuk, roda gigi, dan rantai. Dengan
demikian poros tersebut mendapatkan beban
puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros
akan terjadi tegangan geser τ (= T/Z p) karena
momen puntir T dimana Zp adalah momen
tahanan lentur dari poros, dan tegangan σ (=M/Z)
dimana M adalah momen lentur.
Pada poros yang pejal dengan penampang bulat,
σ = 32 M/π ds3, dan τ=16T/πd3 sehingga :
3
=
√ AI
(9)
P (3 L2 – 4 a 2) a
24 EI
(13)
Dimana,
δ = Defleksi (m)
P = Gaya beban keja (kN)
L = Panjang tumpuan(m)
a = Jarak titik beban (m)
E = Modulus elastisitas (Pa)
I = Momen inersiax-x(m4)
3.HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Beban
Beban Perencanaan minimal yang didapat dari
Generator yaitu menghasilkan nyala lampu 15
watt dalam 12 jam. Sehingga didapat
perhitungan sebagai berikut :
Lampu 15 watt (2 buah)= 30 watt
Jam = 12 jam
Energi = P x t
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
= 30 x 12
= 360 Joule (watt hour)
Sehingga dapat ditentukan kapasitas baterai yang
dipakai.
Kapasitas Baterai :
Energi = Ah x 12 volt
360
= Ah x 12
360
12
Ah
=
Ah
= 30 Ah
3.2 Generator
Dari data hasil perhitungan untuk
kapasitas baterai. Dapat dicari untuk perhitungan
kapasitas generator.
Kapasitas Generator
:
Ah = I x T
30 = I x 1 jam
I = 30 A
Menjadikan daya Generator :
P = I x V
P = 30 x 12
P = 360 Watt
3.3 Pemilihan Generator
Dari kapasitas generator minimal yang
diperoleh dari perhitungan, Sehingga dapat
dilakukan pemilihan generator. Dan Generator
yang dipilih yaitu Motor DC dengan spesifikasi
seperti pada tabel berikut ini :
Permanent Magnet D.C. Motor
Model
90ZYTP1
Voltage
180 volt
RPM
4000 r/menit
Output Power
2.0 HP
Rotation
CW
3.4 Perhitungan Kontruksi
Diketahui :
Beban Orang
= 90 kg = 882.9 N
Berat Sepeda
= 5 kg = 49.05 N
4
Faktor Desain
= 1.5
Dimensi Sepeda :
Panjang Total
= 1.65 m = 1650 mm
Jarak antar Poros = 1.05 m = 1050 mm
Tebal = 0.07 m = 70 mm
Dicari P desain untuk mengetahui berat
maksimal yang digunakan.
P desain = sf x Berat + sf x Berat sepeda
= 1.5 x 882.9 + 1.5 x 49.05
= 1397.925 N
Jarak yang dipakai untuk pembebanan yaitu antar
poros adalah beban terpusat. Dengan panjang A
adalah jarak antara beban ke poros belakang.
Kemudian panjang B adalah jarak antara beban
menuju ke poros depan. Sehingga skema
pembebanan menjadi terpusat seperti pada
gambar:
Diketahui:
Panjang A
: 230 mm
Panjang B
: 820 mm
Beban
: 1397.39 N
Mencari reaksi-gaya di A misal Rva arahnya ke
atas:
∑MB
=0
1050 x Rva – N x Panjang B= 0
1050 x Rva – 1397.39 x 820= 0
1050 x Rva
= 1145859.8
Rva
= 1091.295 N
Mencari reaksi-gaya di B misal Rvb arahnya ke
atas:
∑MB = 0
1050 x Rvb – N x Panjang B= 0
1050 x Rva – 1397.39 x 230= 0
1050 x Rva
= 321399.7
Rva
= 306.09 N
Mencari Momen maksimal dengan Bidang
momen yang dipakai :
Mx1 dilihat dari kanan
X1 230
Mx1
= Rva x X1
Mx
= 230 x 1091.295
= 250997.861 Nmm
Mx2 dilihat dari kiri
X1 820
Mx1
= Rva x X1
Mx
= 820 x 306.09
= 250997.861 Nmm
Jadi diketahui momen maksimalnya adalah
2509997.861 Nmm
Karena ada 2 penumpu yang dipakai
Maka
=
M max
2
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
=
2509997.861
2
dilakukan fabrikasi atau dibuat. Setelah itu
digambar sesuai ukurannya seperti pada gambar
= 125498.93 Nmm
Sehingga gambar grafik bidang momennya :
230 mm
230 mm
820 mm
820 mm
Nmax : 250997.861
250997.86
Nmm
Nmm
Selanjutnya yaitu perhitungan pada tumpuan di
titik A atau pada roda belakang. Karena pada
kontruksi yang dibuat dibagi menjadi 2 penumpu
dan simetris maka pembebanannya sebagai
berikut:
Rva
Rva
2
1091.925
=
2
=
Kemudian dilakukan analisa pembebanan seperti
pada gambar dibawah ini :
= 545.65 N
δy = tegangan ijin dari material s45c dengan δy
= 343 N/mm2
δ
δy
sfxK
343
=
1.5 x 1
=
= 228.667 N/mm
Wreq yang dibutuhkan
= Mmax/δ
=125498.93 / 228. 67
=365.89 mm3
=0.365 cm3
Ukuran Profil penumpu yang dibutuhkan :
Panjang = 105 mm
Lebar = 375 mm
Tebal = 3 mm
Didapatkan hasil Wx yaitu : 0.63 cm3
Jadi :
Wx > Wreq
0.63 > 0.36
Oleh karena itu profil dapat dipakai karena Wx
tidak melebihi Wreq
Hasil dari analisa seperti pada gambar di bawah
ini :
Ukuran Profil penegar yang dibutuhkan :
Panjang = 25 mm
Lebar
= 220 mm
Tebal
= 3 mm
Didapatkan hasil Wx yaitu : 1.3 cm3
Jadi :
Wx > Wreq
1.36 > 0.36
Oleh karena itu profil penegar dapat dipakai
karena Wx tidak melebihi Wreq.
Perhitungan Kontruksi menggunakan Catia
Selain
menggunakan
perhitungan
kontruksi secara manual. Dilakukan juga analisa
kontruksi
menggunakan
software
Catia.
Sehingga
nantinya
dapat
dibandingkan
perhitungan kontruksi tersebut dan aman untuk
5
Data hasil dari analisa seperti pada gambar di
bawah ini :
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
kekakuan dari material S45C yaitu 569 MPa.
Sehingga aman untuk digunakan.
3.5 Defleksi
Defleksi yang terjadi pada konstruksi Kerangka
tumpuan akibat dari masing-masing loadcase:
Defleksi (δ) =
P (3 L2 – 4 a 2) a
24 EI
Dimana :
Δ = Defleksi (m)
P = Gaya beban keja (kN)
L = Panjang tumpuan(m)
A = Jarak titik beban (m)
E = Modulus elastisitas (Pa)
I = Momen inersiax-x(m4)
Dari data yang ditunjukkan pada hasil akhir
analisa didapat pembebanan maksimal atau
tertinggi yaitu 2.44 x 106 N/m2. Atau 2.44
N/mm2. Sehingga jika dibandingkan dengan
tegangan ijin material yang dipilih yaitu material
S45C dengan tegangan ijin 343N/mm2.
Maka :
2.44 N/mm2 < 343 N/mm2
Jadi tegangan yang didapat aman karena tidak
melebihi tegangan ijin material tersebut.
3.5 Bucklingstress
Kalkulasi Bucklingstress akibat dari masingmasing loadcasebeban eksentris (e = 410 mm).
Diketahui:
e = 410 mm=0.41 m
c = 20 mm
r = 0.001 mm
sehingga didapatkan :
Radius of gyration = 52.5 mm
Rasio Beban Eksentris = 1.72
Konstata (k) = 8.97 x 10-5
Tegangan buckling(σ) = 4.44 MPa
a. Konstata (k)
k=
=
P
EI
√ 1397.39
√ 200000 x 868218.75
= 8.97 x 10-5
Defleksi (δ) =
P (3 L2 – 4 a 2) a
24 EI
=
1.397(0.1052−4 x 0.0522) .0.052
24 x 200000 x 0.87 x 10−6
= 4.36 x 10-5 m
= 0.04 mm
Nilai batas maksimal defleksi pada struktur
kontruksi bernilai L/600 dari total panjang
kontruksi.
δ max
L
600 mm
105
=
600 mm
=
= 0.175 mm
Jadi hasil defleksi kontruksi tumpuan
yaitu 0.04 mm. Tidak melebihi batas maksimal
defleksi 0.175 mm. Sehingga kontruksi aman
untuk digunakan.
3.6 Perancangan Diameter Tumpuan
Roda Sepeda dihubungkan ke tumpuan dengan
cara gesekan karena berhimpit. Berdasarkan
hukum fisika pada gerak melingkar. Sehingga
didapatkan sebagai berikut:
v1 = v2
w1 x R1 = w2 x R2
Untuk gerak melingkardiameter tumpuan dapat
dilihat pada Gambar 4.8.
b. Tegangan buckling(σ)
P
ec
P Le
A 1+ r 2 . sec EA 2 r
P
P
=
A 1+ e r . sec EI
1397.39
¿
=
315
σ=
(
(
(√
))
(√ ))
= 4.44 MPa
Dari hasil perhitungan Bucklingstress
didapatkan hasil 4.44 MPa. Tidak melebihi
6
Jika kecepatan rata-rata sepeda 15 km/jam,
diameter roda 66.04 cm dan direncankan
tumpuan berdiameter 10 cm. Maka :
Diket:
v = 15 km/jam = 250 m/menit
d = 66.04 cm = 0.6604 m
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
keliling lingkaran = πd
= 3.14 x 66.04
= 207.26 cm
= 2.07 m
v
keliling lingkaran
250
=
2.07
RPM
=
= 120.77 rpm
Sehingga dengan Diameter tumpuan 10 cm.
Maka RPM nya adalah :
v1 = v2
w1 x R1 = w2 x R2
120.77 x 0.33 = RPM2 x 0.05
RPM2
=
120.77 x 0.33
0.05
RPM2 = 797.08 rpm
Sedangkan jika kecepatan sepeda saat maksimal
adalah 40 km/jam. Maka didapat perhitungan
sebagai berikut:
Diket: v = 40 km/jam = 666.67 m/menit
d = 66.04 cm = 0.6604 m
keliling lingkaran = πd
= 3.14 x 66.04
= 207.26 cm
= 2.07 m
v
=
keliling lingkaran
666.67
=
2.07
RPM
= 322.06 rpm
Sehingga dengan diameter tumpuan 10 cm.
Maka RPM nya adalah :
v1 = v2
w1 x R1 = w2 x R2
322.06 x 0.33 = RPM2 x 0.05
RPM2
=
RPM2
=
322.06 x 0.33
0.05
2125.59 rpm
3.7 Diameter pulley Generator
Diameter tumpuan dihubungkan ke diameter
pulley pada generator dengan menggunakan
belt.Putaran pada pulley tumpuan sama dengan
putaran tumpuan dikarenakan satu poros.
Berdasarkan hukum fisika pada gerak melingkar.
Arah putaran dan kelajuan linear kedua roda
sama. Sehingga didapatkan persamaan sebagai
berikut:
v2 = v3
w2 x R2 = w3 x R3
Untuk gerak melingkar diameter pulley generator
dapat dilihat pada Gambar 4.9.
Jika kecepatan rata-rata sepeda 15 km/jam,
diameter pulley tumpuan 6 cm dan diameter
pulley generator 3.5 cm. Maka :
v2 = v3
w2 x R2 = w3 x R3
1138.69 x 0.03 RPM3 x 0.0175
RPM3
797.08 x 0.03
0.0175
=
RPM3 = 1366.43 rpm
Sedangkan jika kecepatan sepeda saat maksimal
adalah 40 km/jam.
Maka didapat perhitungan sebagai berikut:
v2 = v3
w2 x R2 = w3 x R3
2125.09 x 0.03 = RPM3 x 0.0175
RPM3
=
RPM3
=
2125.09 x 0.03
0.0175
3643.01 rpm
3.9 Poros Generator
Diket :
Volt
= 180 v
I
=8A
RPM = 4000
2 HP
= 1491.4 watt
fc : Faktor koreksi
normal)
Pd
= P x fc
= 1491.4 x 1,2
= 1.789 Kw
T
= 1,2 (untuk daya
Pd
n
1.789
= 9,74 x 105 x
4000
= 9,74 x 105 x
= 435.62 (kg.mm)
Rumus mencari nilai tegangan geser izin (τ a)
adalah :
τa
=
σb
Sf 1 Sf 2
Nilai tegangan tarik (σb) merupakan nilai
tegangan
tarik
dar
material
yang
digunkan.Material poros yang digunakan adalah
S45C yang memiliki nilai Tegangan tarik sebesar
569 Mpa. Nilai Sf1 adalah nilai faktor kemanan
bahan S-C dengan pengaruh masa dan baja
paduan yaitu 6, sementara Sf2 adalah nilai faktor
kemanan alur pasak karena nilai tegangan yang
tinggi dengan nilai 1.3 – 3. Jika nilai Sf 2 yang
digunakan adalah 2, maka:
τa
σb
Sf 1 Sf 2
569
=
6 x2
=
= 47.41 Mpa
= 4.741 kg/mm2
Sesuai dengan standar ASME, diperoleh
Kt
= 2 (Faktor koreksi lenturan)
Km
= 1,2 (Faktor koreksi puntiran)
Dengan demikian diameter poros :
7
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
⅓
5,1
Kt Cb T
τa
5,1
=
×1,2 ×2 ×435.62
4.741
ds
=
(
(
Jadi daya maksimal yang diijinkan jika memakai
poros 19 mm adalah 4.83 Kw atau 4.830 watt
)
)
⅓
= 10.39 mm (diameter poros minimal)
3.10 Tumpuan
Diket :
RPM max
= 2125.59 rpm
P diasumsikan sama dengan kapasitas generator
P
= 1491.4 watt= 1.49 Kw
fc : Faktor koreksi
= 1,2 (untuk daya
normal)
Pd
= P x fc
= 1.49 x 1,2
= 1.789Kw
Pd
n
1.789
5
= 9,74 x 10 x
2125.59
= 9,74 x 105 x
T
= 819.76(kg.mm)
Sesuai dengan standar ASME, diperoleh
Kt
= 2 (Faktor koreksi lenturan)
Km
= 1,2 (Faktor koreksi puntiran)
Dengan demikian diameter poros :
⅓
5,1
=
Kt Cb T
τa
5,1
=
×1,2 ×2 ×819.76
4.741
(
(
ds
)
)
3.11 Fabrikasi komponen dan Assembly
Fabrikasi komponen telah dilakukan
sesuai dengan desain dan perhitungan yang
sudah dilakukan. Komponen yang difabrikasi
diantaranya yaitu kontruksi alat, poros tumpuan
dan cover alat. Langkah-langkah yang dilakukan
pada saat fabrikasi adalah :
1. Pemilihan plat dan profil hollow untuk
membuat kerangka atau alas alat tersebut.
2. Dipotong menggunakan gerinda potong
dengan ukuran sesuai desain gambar yang
telah jadi.
3. Kemudian dilakukan proses pengelasan.
4. Pemilihan bearing dan as tumpuan yang
dipakai.
5.
Kemudian pembuatan tumpuan dengan
bahan aluminium sesuai desain.
6.
Pembuatan kerangka tumpuan dengan
memotong bahan dan juga dilakukan proses
pengelasan.
7.
Setelah jadi dicoba dirakit
mengetahui pas atau tidaknya
fabrikasi yang dilakukan.
⅓
= 12.84 mm (diameter poros minimal)
Dipilih poros dengan diameter 19 maka, dengan
menggunakan
metode
Reverse
Engineeringdiperoleh daya maksimal yaitu :
⅓
5,1
KtCbT
τa
5,1
=
×1,2 ×2 ×T
4.741
19
=
5,1
4.741 ×1,2 ×2 ×T
ds
=
19
T
(
(
)
(
)
⅓
⅓
)
= 2656.74(kg.mm)
Sehingga :
fc : Faktor koreksi
= 1,2 (untuk daya
normal)
Pd
n
Pd
5
2656.74 = 9,74 x 10 x
2125.59
2656.74 x 2125.59
Pd
=
9,74 x 105
= 9,74 x 105 x
T
= 5.79 Kw
Pd
Sf
5.79
=
1.2
P
=
untuk
proses
= 4.83 Kw
8
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
Alat yang telah dibuat, kemudian diuji
untuk mengetahui outputnya dan membuktikan
alat tersebut dapat berfungsi. Pengujian
dilakukan di :
Tempat :
Politeknik
Perkapalan
Negeri
Surabaya, Laboratorium Elka
Waktu : 26 Juli 2016
Pengujian dilakukan dengan cara memposisikan
alat rata dengan tanah. Kemudian sepeda
dipasang pada tumpuan sesuai tempatnya.
Sepeda dikayuh stabil dengan kecepatan normal
mengayuh sepeda. Rangkaian alat seperti gambar
berikut :
8.
Kemudian Pembuatan cover alat sesuai
ukuran yang ditentukan. Plat yang digunkan
adalah plat 1 mm.
Variabel pengujian yang dilakukan
dapat dilihat pada Tabel berikut ini :
9.
Kemudian dilakukan assembly dengan
komponen yang telah dibeli sesuai dengan
data perhitungan.
Alat dikayuh tanpa menggunakan beban listrik
dan alat dikayuh menggunakan beban listrik.
Untuk mengetahui hasil outputnya dipasang
avometer pada rangkaian pengujian tersebut.
Proses uji coba dapat dilihat pada gambar berikut
ini :
10. Dilakukan pengelasan ulang untuk bagian
yang masih di las dengan titik.
11. Dihaluskan dengan menggunakan gerinda
untuk permukaan yang kasar dan tidak rata.
12. Untuk permukaan yang tidak rata atau pada
sambungan pengelasannya dilakukan proses
pendempulan.
13. Setelah itu yang terakhir dilakukan proses
pengecatan.
Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel berikut
ini :
3.12 Uji Coba
9
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
2.
Kemudian hasil daya output yang dihasilkan
dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Data valid perhitungan Daya yang dipakai untuk
perhitungan yaitu pada saat alat diberi beban.
Sehingga didapatkan output dayanya adalah
minimal 55.9 watt dan maksimal 103.75 watt.
Jadi dapat disimpulkan daya output yaitu kurang
lebih 100 watt. Daya yang dihasilkan generator
tidak mencapai maksimal karena RPM yang
dihasilkan juga tidak maksimal sesuai dengan
spesifikasi generator yang ada.
Jika sepeda dikayuh dengan stabil yang
menghasilkan daya 100 watt. Maka :
Kapasitas Baterai = Ah x V
= 40 x 12
= 480 wh (watt hour)
Pengisian Penuh Baterai
Kapasitas
output Daya
480
=
100
=
= 4.8 jam
Jadi dapat diartikan jika kita mengayuh sepeda
dengan stabil, baterai akan terisi penuh selama
4.8 jam.
4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari
penelitian yang dilakukan adalah:
1. Pembuatan desain awal dilakukan dengan
menggunakan software Autocad. Kemudian
dilakukan perhitungan untuk mengetahui
spesifikasi komponen yang akan dipakai.
Untuk perhitungan kontruksi manual di
badingkan dengan analisa kontruksi
10
3.
menggunakan Catia. Agar mengetahui
aman atau tidaknya perhitungan tersebut.
Dilakukan penggambaran yang sesuai
dengan perhitungan. Dan yang terakhir
fabrikasi komponen dan perakitan.
Sistem kerja generator listrik tenaga sepeda
yang dibuat yaitu sepeda dipasang pada alat
yang dibuat dan dicekam pada as
belakangnya. Sepeda dikayuh sehingga
roda berputar dan menggerakkan poros
tumpuan yang kemudian pada pulley
tumpuan berputar menggerakkan pulley
generator menggunakan belt.Output putaran
generator menghasilkan listrik yang
kemudian disimpan pada battery.
Berdasarkan hasil uji coba, daya listrik
yang dihasilkan pada saat mengayuh
yaituminimal 55.9 watt dan maksimal
103.75 watt.
5. PUSTAKA
1. BPS. 2015. Statistik Listrik 20112014.Jakarta: Badan Pusat Statistik Republik
Indonesia
2. Muchlis, Moch.,& Adhi Darma Permana.
2014. Proyeksi Kebutuhan Listrik PLN Tahun
2003
S.D
2020.http://www.oocities.org
diunduh pada 16 Januari 2016
3. Muhammad, Azhar Fuad. 2015. Rancang
Bangun Prototipe SpeedbumbGenerator
Dengan Sistem Pedal Transmisi Kapasitas
150 Kg. Indonesia: Politeknik Perkapalan
Negeri Surabaya.
4. Setiawan, Agus. 2009. Desain Pembangkit
Listrik Tenaga Pedal Sebagai Sumber
alternatif Di Daerah Pedesaan. Indonesia:
Universitas Indonesia
5. Sularso.2004. Dasar Perencanaan dan
Pemilihan
Elemen
Mesin.
Jakarta:
PT.Pradnya Paramita.
6. Widodo, T. 2009. Fisika Untuk SMA/MA
Kelas
X.
Indonesia:
Pusat
PerbukuanDepartemen Pendidikan Nasional.
Dosen Pembimbing 1 :
Catur Rakhmad H.,S.T.,M.T..
NIP : 197302252000031002
Dosen Pembimbing 2 :
Budianto, S.T., M.T.
NIP :198209022010121003
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
PADA SEPEDA SEBAGAI SUMBER LISTRIK ALTERNATIF
Prodi Teknik Desain dan Manufaktur, Jurusan Teknik Permesinan Kapal,
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
Gusti Duta S.1*, Catur Rakhmad H., S.T., M.T.2, Budianto, S.T., M.T.3
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia1*
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia2
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia3
Email: gustiduta190994gmail.com1*; caturhan007@gmail.com2*; budianto.structure@gmail.com3*;
Abstrak- Semakin tingginya kebutuhan energi listrik di Indonesia mengakibatkan krisis energi listrik yang akan
terjadi pada jangka panjang. Salah satu upaya pemerintah untuk mengatasi krisis energi listrik yaitu membuat PLTU
atau PLTA baru. Pembuatan PLTU atau PLTA itu sendiri akan membutuhkan biaya yang sangat besar. Oleh karena
itu selain membuat PLTA atau PLTU baru, upaya yang dapat dilakukan yaitu memanfaakan sumber energi listrik
alternatif. Salah satu inovasi energi alternatif yang digunakan yaitu energi kinetik pada saat mengayuh sepeda.Energi
saat mengayuh sepeda tadi yang dijadikan pembangkit listrik alternatif.Sistem kerja pembangkit listrik tenaga kinetik
pada sepeda yaitu hasil kayuhan sepeda yang mengakibatkan roda berputar dihubungkan pada generator.Kemudian
dari generator, energi listrik yang dihasilkan melalui charger controler disimpan pada baterai. Energi yang disimpan
pada baterai nantinya dapat digunakan untuk menyalakan lampu DC. Dari hasil perancangan tugas akhir dengan judul
rancang bangun generator listrik tenaga kinetik pada sepeda sebagai sumber listrik alternatif, selain memanfaatkan
sepeda yang jarang dipakai untuk kebutuhan transportasi juga untuk sarana olahraga yang mudah dan dapat
dilakukan semua orang. Hasil outputdaya yang dihasilkan alat generator listrik tenaga kinetik pada sepeda yaitu
minimal 55.9 watt dan maksimal 103.75 watt.
1. PENDAHULUAN
Hukum kekekalan energi (Hukum
Termodinamika 1) menyatakan bahwa “Energi
tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi
dapat dirubah bentuknya”.Hukum kekekalan
energi tersebut adalah teori atau hukum yang
sampai
sekarang
dipakai
dan
diakui
kebenarannya. Sedangkan energi sendiri
memiliki arti yaitu kemampuan untuk melakukan
usaha atau melakukan perubahan, dapat
dikatakan juga yaitu usaha untuk melakukan
berbagai proses kegiatan. Energi merupakan
bagian dari suatu benda tetapi tidak terikat pada
benda tersebut.Jadi beberapa macam-macam
energi, diantaranya yaitu energi bunyi, energi
cahaya, energi kinetik, energi listrik dan lainlain.
Dari berbagai macam jenis energi tadi,
salah satu energi yang dibutuhkan adalah energi
listrik.Energi listrik merupakan energi yang
sangat penting bagi kehidupan manusia pada
zaman sekarang. Penerangan dan hampir semua
alat elektronik saat ini membutuhkan energi
listrik. Kebutuhan energi listrik saat ini sangat
besar. Baik untuk kebutuhan industri, komersial
maupun kehidupan sehari-hari
Saat ini, ketersediaan sumber energi
listrik tidak mampu memenuhi peningkatan
1
kebutuhan listrik di Indonesia.Kebutuhan listrik
yang disalurkan PLN masih sangatlah minim
karena mengandalkan pembangkit listrik
besar.Hal ini juga dipengaruhi oleh pengadaan
pembangkit tenaga listrik tidak sebanding
dengan konsumsi peningkatan kosumsi publik.
Mengingat begitu besar kebutuhan dan
pentingnya manfaat energi listrik saat ini,
sedangkan sumber utama pembangkit energi
listrik terbatas. Karena sumber utama energi
listrik adalah dari sumber daya tak terbarui
keadaannya terbatas, maka untuk menjaga
kelestarian energi listrik ini perlu adanya sumber
energi listrik cadangan. Sebenarnya pemerintah
sudah berupaya semaksimal mungkin untuk
menambah pembangkit listrik besar. Akan tetapi
dana yang besar dan sumber daya alam yang
semakin menipis menambah sulitnya untuk
membuat pembangkit baru.Oleh karena itusemua
manusia dihadapkan pada suatu masalah besar
untuk kedepannya menyangkut kebutuhan energi
listrik.Upaya yang dapat dilakukan untuk
mengurangi atau mengatasi krisis energi listrik
saat
ini
adalah
dengan
mengurangi
ketergantungan terhadap sumber energi dari PLN
dengan memanfaatkan sumber energi alternatif.
Salah satu energi alternatif yang
dapatdigunakan adalah energi gerak atau energi
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
kinetik. Salah satu energi gerak yang dapat
dihasilkan manusia adalah energi gerak saat
mengayuh sepeda.Energi gerak sepeda sangatlah
mudah dan dapat dilakukan untuk semua
orang.Mulai dari anak-anak sampai orang
dewasa dapat melakukannya.Selain sebagai
energi alternatif, dari segi kesehatan sendiri
mengayuh sepeda sangatlah baik untuk
kesehatan.Karena mengayuh sepeda atau
bersepeda merupakan salah satu olahraga yang
mudah dilakukan oleh semua orang dan dapat
membakar lemak atau kalori berlebih dalam
tubuh.Olahraga sangat penting untuk kesehatan
tubuh. Namun kurangnnya kesadaran akan
pentingnya olahraga membuat orang menjadi
malas. Apalagi saat ini banyak orang malas
untuk berolahraga di luar rumah. Seharusnya
setiap hari kita harus rutin melakukan olahraga
minimal satu jam untuk menjaga kesehatan tubuh
kita agar tetap bugar.
Saat ini, sepeda mulai jarang digunakan
untuk kebutuhan transportasi.Karena kebanyakan
orang sekarang lebih memilih kendaraan
bermotor untuk kebutuhan transportasi.Sehingga
dapat dimanfaatkan lebih untuk kegunaan atau
fungsi sepeda sekarang ini.Hampir semua rumah
memiliki sepeda yang jarang digunakan.Oleh
karena itu pemanfaatan sepeda sekarang yang
kurang, dapat difungsiksan untuk pembangkit
listrik yang dapat dilakukan di rumah.Dengan
caramemodifikasi sepeda biasa dihubungkan ke
generator yang kemudian disimpan dalam
baterai.Energi listrik yang tersimpan dalam
baterai dapat digunakan sebagai energi alternatif.
2. METODOLOGI .
2.1 Diagram Alir
2.2 Formula Matematika
2.2.1 Energi Gerak
Energi kinetik (energi gerak) dari
sebuah titik objek (objek yang sangat kecil
sehingga massanya dapat diasumsikan di
sebuah titik), atau juga benda diam, maka
digunakan persamaan:
(1)
Dimana,
Ek
= energi kinetik translasi
m
= massa benda
v
= kecepatan linier benda
2.2.2 GMB
Hubungan antara kecepatan sudut dan
kecepatan linier disebutkan
dalam rumus :
v = ω.R
Dimana,
v: Kecepatan linier(m/s)
ω: Kecepatan sudut(rad/s)
R: Jari-jari(m)
2
(2)
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
Dengan demikian,
va= vb
va= ωb.Rb
Dimana:
ω: Kecepatan sudut (rad/s)
v: Kecepatan linier (m/s)
R: Jari-jari roda (m)
(3)
(4)
Untuk macam-macam gerak melingkar
dapat dilihat pada gambar berikut
τmax=(
5,1
) √M 2T 2
d 3s
(8)
Dimana :
τmax:Tegangan geser maksimum (kg/mm2)
ds: Diameter poros (mm)
M: Momen lentur (kg.mm)
T: Momen puntir (kg.mm)
2.2.4 Energi
Energi = P x t
Dimana,
Energi : energi yang dibutuhkan
P : daya
t : waktu
2.2.3 Poros dengan beban puntir dan lentur
Pd = fcP (Kw)
(5)
Dimana,
Pd: Daya motor rencana (Kw)
Fc: Faktor koreksi
P: Daya motor (Kw)
Jika daya diberikan dalam daya kuda
(PS), maka harus dikalikan dengan 0,735 untuk
mendapatkan
daya
dalam
Kw
2 π n2
T
)(
)
1000
60
Pd=
102
2 π n1
T
(
)(
)
(6)
1000
60
102
(
Dimana :
Pd: Daya motor rencana (Kw)
T: Momen puntir (kg.mm)
n1: Putaran poros(rpm)
Sehingga
T = 9,74 x 105
Pd
n1
2.2.5 Bucklingstress
Radius of gyration=
Rasio Beban Eksentris:
er
ec
r2
(10)
(11)
Dimana :
E = Jarak tegak lurus beban terhadap garis
sumbu kolom (mm)
c =Jarak dari sumbu netral memanjang kolom
(mm)
r = Radius gyration penampang kolom (mm)
er = Rasio beban eksentris
Tegangan buckling(σ)
σ=
P
ec
A 1+ r 2 . sec
(
(√ EAP 2Lr ))
e
(12)
2.2.6 Defleksi
(7)
Defleksi (δ)=
Dimana :
T: Momen Puntir (kg.mm)
Pd: Daya motor rencana (Kw)
n1: Putaran poros (rpm)
Dan poros pada umumnya meneruskan daya
melalui sabuk, roda gigi, dan rantai. Dengan
demikian poros tersebut mendapatkan beban
puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros
akan terjadi tegangan geser τ (= T/Z p) karena
momen puntir T dimana Zp adalah momen
tahanan lentur dari poros, dan tegangan σ (=M/Z)
dimana M adalah momen lentur.
Pada poros yang pejal dengan penampang bulat,
σ = 32 M/π ds3, dan τ=16T/πd3 sehingga :
3
=
√ AI
(9)
P (3 L2 – 4 a 2) a
24 EI
(13)
Dimana,
δ = Defleksi (m)
P = Gaya beban keja (kN)
L = Panjang tumpuan(m)
a = Jarak titik beban (m)
E = Modulus elastisitas (Pa)
I = Momen inersiax-x(m4)
3.HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Beban
Beban Perencanaan minimal yang didapat dari
Generator yaitu menghasilkan nyala lampu 15
watt dalam 12 jam. Sehingga didapat
perhitungan sebagai berikut :
Lampu 15 watt (2 buah)= 30 watt
Jam = 12 jam
Energi = P x t
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
= 30 x 12
= 360 Joule (watt hour)
Sehingga dapat ditentukan kapasitas baterai yang
dipakai.
Kapasitas Baterai :
Energi = Ah x 12 volt
360
= Ah x 12
360
12
Ah
=
Ah
= 30 Ah
3.2 Generator
Dari data hasil perhitungan untuk
kapasitas baterai. Dapat dicari untuk perhitungan
kapasitas generator.
Kapasitas Generator
:
Ah = I x T
30 = I x 1 jam
I = 30 A
Menjadikan daya Generator :
P = I x V
P = 30 x 12
P = 360 Watt
3.3 Pemilihan Generator
Dari kapasitas generator minimal yang
diperoleh dari perhitungan, Sehingga dapat
dilakukan pemilihan generator. Dan Generator
yang dipilih yaitu Motor DC dengan spesifikasi
seperti pada tabel berikut ini :
Permanent Magnet D.C. Motor
Model
90ZYTP1
Voltage
180 volt
RPM
4000 r/menit
Output Power
2.0 HP
Rotation
CW
3.4 Perhitungan Kontruksi
Diketahui :
Beban Orang
= 90 kg = 882.9 N
Berat Sepeda
= 5 kg = 49.05 N
4
Faktor Desain
= 1.5
Dimensi Sepeda :
Panjang Total
= 1.65 m = 1650 mm
Jarak antar Poros = 1.05 m = 1050 mm
Tebal = 0.07 m = 70 mm
Dicari P desain untuk mengetahui berat
maksimal yang digunakan.
P desain = sf x Berat + sf x Berat sepeda
= 1.5 x 882.9 + 1.5 x 49.05
= 1397.925 N
Jarak yang dipakai untuk pembebanan yaitu antar
poros adalah beban terpusat. Dengan panjang A
adalah jarak antara beban ke poros belakang.
Kemudian panjang B adalah jarak antara beban
menuju ke poros depan. Sehingga skema
pembebanan menjadi terpusat seperti pada
gambar:
Diketahui:
Panjang A
: 230 mm
Panjang B
: 820 mm
Beban
: 1397.39 N
Mencari reaksi-gaya di A misal Rva arahnya ke
atas:
∑MB
=0
1050 x Rva – N x Panjang B= 0
1050 x Rva – 1397.39 x 820= 0
1050 x Rva
= 1145859.8
Rva
= 1091.295 N
Mencari reaksi-gaya di B misal Rvb arahnya ke
atas:
∑MB = 0
1050 x Rvb – N x Panjang B= 0
1050 x Rva – 1397.39 x 230= 0
1050 x Rva
= 321399.7
Rva
= 306.09 N
Mencari Momen maksimal dengan Bidang
momen yang dipakai :
Mx1 dilihat dari kanan
X1 230
Mx1
= Rva x X1
Mx
= 230 x 1091.295
= 250997.861 Nmm
Mx2 dilihat dari kiri
X1 820
Mx1
= Rva x X1
Mx
= 820 x 306.09
= 250997.861 Nmm
Jadi diketahui momen maksimalnya adalah
2509997.861 Nmm
Karena ada 2 penumpu yang dipakai
Maka
=
M max
2
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
=
2509997.861
2
dilakukan fabrikasi atau dibuat. Setelah itu
digambar sesuai ukurannya seperti pada gambar
= 125498.93 Nmm
Sehingga gambar grafik bidang momennya :
230 mm
230 mm
820 mm
820 mm
Nmax : 250997.861
250997.86
Nmm
Nmm
Selanjutnya yaitu perhitungan pada tumpuan di
titik A atau pada roda belakang. Karena pada
kontruksi yang dibuat dibagi menjadi 2 penumpu
dan simetris maka pembebanannya sebagai
berikut:
Rva
Rva
2
1091.925
=
2
=
Kemudian dilakukan analisa pembebanan seperti
pada gambar dibawah ini :
= 545.65 N
δy = tegangan ijin dari material s45c dengan δy
= 343 N/mm2
δ
δy
sfxK
343
=
1.5 x 1
=
= 228.667 N/mm
Wreq yang dibutuhkan
= Mmax/δ
=125498.93 / 228. 67
=365.89 mm3
=0.365 cm3
Ukuran Profil penumpu yang dibutuhkan :
Panjang = 105 mm
Lebar = 375 mm
Tebal = 3 mm
Didapatkan hasil Wx yaitu : 0.63 cm3
Jadi :
Wx > Wreq
0.63 > 0.36
Oleh karena itu profil dapat dipakai karena Wx
tidak melebihi Wreq
Hasil dari analisa seperti pada gambar di bawah
ini :
Ukuran Profil penegar yang dibutuhkan :
Panjang = 25 mm
Lebar
= 220 mm
Tebal
= 3 mm
Didapatkan hasil Wx yaitu : 1.3 cm3
Jadi :
Wx > Wreq
1.36 > 0.36
Oleh karena itu profil penegar dapat dipakai
karena Wx tidak melebihi Wreq.
Perhitungan Kontruksi menggunakan Catia
Selain
menggunakan
perhitungan
kontruksi secara manual. Dilakukan juga analisa
kontruksi
menggunakan
software
Catia.
Sehingga
nantinya
dapat
dibandingkan
perhitungan kontruksi tersebut dan aman untuk
5
Data hasil dari analisa seperti pada gambar di
bawah ini :
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
kekakuan dari material S45C yaitu 569 MPa.
Sehingga aman untuk digunakan.
3.5 Defleksi
Defleksi yang terjadi pada konstruksi Kerangka
tumpuan akibat dari masing-masing loadcase:
Defleksi (δ) =
P (3 L2 – 4 a 2) a
24 EI
Dimana :
Δ = Defleksi (m)
P = Gaya beban keja (kN)
L = Panjang tumpuan(m)
A = Jarak titik beban (m)
E = Modulus elastisitas (Pa)
I = Momen inersiax-x(m4)
Dari data yang ditunjukkan pada hasil akhir
analisa didapat pembebanan maksimal atau
tertinggi yaitu 2.44 x 106 N/m2. Atau 2.44
N/mm2. Sehingga jika dibandingkan dengan
tegangan ijin material yang dipilih yaitu material
S45C dengan tegangan ijin 343N/mm2.
Maka :
2.44 N/mm2 < 343 N/mm2
Jadi tegangan yang didapat aman karena tidak
melebihi tegangan ijin material tersebut.
3.5 Bucklingstress
Kalkulasi Bucklingstress akibat dari masingmasing loadcasebeban eksentris (e = 410 mm).
Diketahui:
e = 410 mm=0.41 m
c = 20 mm
r = 0.001 mm
sehingga didapatkan :
Radius of gyration = 52.5 mm
Rasio Beban Eksentris = 1.72
Konstata (k) = 8.97 x 10-5
Tegangan buckling(σ) = 4.44 MPa
a. Konstata (k)
k=
=
P
EI
√ 1397.39
√ 200000 x 868218.75
= 8.97 x 10-5
Defleksi (δ) =
P (3 L2 – 4 a 2) a
24 EI
=
1.397(0.1052−4 x 0.0522) .0.052
24 x 200000 x 0.87 x 10−6
= 4.36 x 10-5 m
= 0.04 mm
Nilai batas maksimal defleksi pada struktur
kontruksi bernilai L/600 dari total panjang
kontruksi.
δ max
L
600 mm
105
=
600 mm
=
= 0.175 mm
Jadi hasil defleksi kontruksi tumpuan
yaitu 0.04 mm. Tidak melebihi batas maksimal
defleksi 0.175 mm. Sehingga kontruksi aman
untuk digunakan.
3.6 Perancangan Diameter Tumpuan
Roda Sepeda dihubungkan ke tumpuan dengan
cara gesekan karena berhimpit. Berdasarkan
hukum fisika pada gerak melingkar. Sehingga
didapatkan sebagai berikut:
v1 = v2
w1 x R1 = w2 x R2
Untuk gerak melingkardiameter tumpuan dapat
dilihat pada Gambar 4.8.
b. Tegangan buckling(σ)
P
ec
P Le
A 1+ r 2 . sec EA 2 r
P
P
=
A 1+ e r . sec EI
1397.39
¿
=
315
σ=
(
(
(√
))
(√ ))
= 4.44 MPa
Dari hasil perhitungan Bucklingstress
didapatkan hasil 4.44 MPa. Tidak melebihi
6
Jika kecepatan rata-rata sepeda 15 km/jam,
diameter roda 66.04 cm dan direncankan
tumpuan berdiameter 10 cm. Maka :
Diket:
v = 15 km/jam = 250 m/menit
d = 66.04 cm = 0.6604 m
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
keliling lingkaran = πd
= 3.14 x 66.04
= 207.26 cm
= 2.07 m
v
keliling lingkaran
250
=
2.07
RPM
=
= 120.77 rpm
Sehingga dengan Diameter tumpuan 10 cm.
Maka RPM nya adalah :
v1 = v2
w1 x R1 = w2 x R2
120.77 x 0.33 = RPM2 x 0.05
RPM2
=
120.77 x 0.33
0.05
RPM2 = 797.08 rpm
Sedangkan jika kecepatan sepeda saat maksimal
adalah 40 km/jam. Maka didapat perhitungan
sebagai berikut:
Diket: v = 40 km/jam = 666.67 m/menit
d = 66.04 cm = 0.6604 m
keliling lingkaran = πd
= 3.14 x 66.04
= 207.26 cm
= 2.07 m
v
=
keliling lingkaran
666.67
=
2.07
RPM
= 322.06 rpm
Sehingga dengan diameter tumpuan 10 cm.
Maka RPM nya adalah :
v1 = v2
w1 x R1 = w2 x R2
322.06 x 0.33 = RPM2 x 0.05
RPM2
=
RPM2
=
322.06 x 0.33
0.05
2125.59 rpm
3.7 Diameter pulley Generator
Diameter tumpuan dihubungkan ke diameter
pulley pada generator dengan menggunakan
belt.Putaran pada pulley tumpuan sama dengan
putaran tumpuan dikarenakan satu poros.
Berdasarkan hukum fisika pada gerak melingkar.
Arah putaran dan kelajuan linear kedua roda
sama. Sehingga didapatkan persamaan sebagai
berikut:
v2 = v3
w2 x R2 = w3 x R3
Untuk gerak melingkar diameter pulley generator
dapat dilihat pada Gambar 4.9.
Jika kecepatan rata-rata sepeda 15 km/jam,
diameter pulley tumpuan 6 cm dan diameter
pulley generator 3.5 cm. Maka :
v2 = v3
w2 x R2 = w3 x R3
1138.69 x 0.03 RPM3 x 0.0175
RPM3
797.08 x 0.03
0.0175
=
RPM3 = 1366.43 rpm
Sedangkan jika kecepatan sepeda saat maksimal
adalah 40 km/jam.
Maka didapat perhitungan sebagai berikut:
v2 = v3
w2 x R2 = w3 x R3
2125.09 x 0.03 = RPM3 x 0.0175
RPM3
=
RPM3
=
2125.09 x 0.03
0.0175
3643.01 rpm
3.9 Poros Generator
Diket :
Volt
= 180 v
I
=8A
RPM = 4000
2 HP
= 1491.4 watt
fc : Faktor koreksi
normal)
Pd
= P x fc
= 1491.4 x 1,2
= 1.789 Kw
T
= 1,2 (untuk daya
Pd
n
1.789
= 9,74 x 105 x
4000
= 9,74 x 105 x
= 435.62 (kg.mm)
Rumus mencari nilai tegangan geser izin (τ a)
adalah :
τa
=
σb
Sf 1 Sf 2
Nilai tegangan tarik (σb) merupakan nilai
tegangan
tarik
dar
material
yang
digunkan.Material poros yang digunakan adalah
S45C yang memiliki nilai Tegangan tarik sebesar
569 Mpa. Nilai Sf1 adalah nilai faktor kemanan
bahan S-C dengan pengaruh masa dan baja
paduan yaitu 6, sementara Sf2 adalah nilai faktor
kemanan alur pasak karena nilai tegangan yang
tinggi dengan nilai 1.3 – 3. Jika nilai Sf 2 yang
digunakan adalah 2, maka:
τa
σb
Sf 1 Sf 2
569
=
6 x2
=
= 47.41 Mpa
= 4.741 kg/mm2
Sesuai dengan standar ASME, diperoleh
Kt
= 2 (Faktor koreksi lenturan)
Km
= 1,2 (Faktor koreksi puntiran)
Dengan demikian diameter poros :
7
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
⅓
5,1
Kt Cb T
τa
5,1
=
×1,2 ×2 ×435.62
4.741
ds
=
(
(
Jadi daya maksimal yang diijinkan jika memakai
poros 19 mm adalah 4.83 Kw atau 4.830 watt
)
)
⅓
= 10.39 mm (diameter poros minimal)
3.10 Tumpuan
Diket :
RPM max
= 2125.59 rpm
P diasumsikan sama dengan kapasitas generator
P
= 1491.4 watt= 1.49 Kw
fc : Faktor koreksi
= 1,2 (untuk daya
normal)
Pd
= P x fc
= 1.49 x 1,2
= 1.789Kw
Pd
n
1.789
5
= 9,74 x 10 x
2125.59
= 9,74 x 105 x
T
= 819.76(kg.mm)
Sesuai dengan standar ASME, diperoleh
Kt
= 2 (Faktor koreksi lenturan)
Km
= 1,2 (Faktor koreksi puntiran)
Dengan demikian diameter poros :
⅓
5,1
=
Kt Cb T
τa
5,1
=
×1,2 ×2 ×819.76
4.741
(
(
ds
)
)
3.11 Fabrikasi komponen dan Assembly
Fabrikasi komponen telah dilakukan
sesuai dengan desain dan perhitungan yang
sudah dilakukan. Komponen yang difabrikasi
diantaranya yaitu kontruksi alat, poros tumpuan
dan cover alat. Langkah-langkah yang dilakukan
pada saat fabrikasi adalah :
1. Pemilihan plat dan profil hollow untuk
membuat kerangka atau alas alat tersebut.
2. Dipotong menggunakan gerinda potong
dengan ukuran sesuai desain gambar yang
telah jadi.
3. Kemudian dilakukan proses pengelasan.
4. Pemilihan bearing dan as tumpuan yang
dipakai.
5.
Kemudian pembuatan tumpuan dengan
bahan aluminium sesuai desain.
6.
Pembuatan kerangka tumpuan dengan
memotong bahan dan juga dilakukan proses
pengelasan.
7.
Setelah jadi dicoba dirakit
mengetahui pas atau tidaknya
fabrikasi yang dilakukan.
⅓
= 12.84 mm (diameter poros minimal)
Dipilih poros dengan diameter 19 maka, dengan
menggunakan
metode
Reverse
Engineeringdiperoleh daya maksimal yaitu :
⅓
5,1
KtCbT
τa
5,1
=
×1,2 ×2 ×T
4.741
19
=
5,1
4.741 ×1,2 ×2 ×T
ds
=
19
T
(
(
)
(
)
⅓
⅓
)
= 2656.74(kg.mm)
Sehingga :
fc : Faktor koreksi
= 1,2 (untuk daya
normal)
Pd
n
Pd
5
2656.74 = 9,74 x 10 x
2125.59
2656.74 x 2125.59
Pd
=
9,74 x 105
= 9,74 x 105 x
T
= 5.79 Kw
Pd
Sf
5.79
=
1.2
P
=
untuk
proses
= 4.83 Kw
8
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
Alat yang telah dibuat, kemudian diuji
untuk mengetahui outputnya dan membuktikan
alat tersebut dapat berfungsi. Pengujian
dilakukan di :
Tempat :
Politeknik
Perkapalan
Negeri
Surabaya, Laboratorium Elka
Waktu : 26 Juli 2016
Pengujian dilakukan dengan cara memposisikan
alat rata dengan tanah. Kemudian sepeda
dipasang pada tumpuan sesuai tempatnya.
Sepeda dikayuh stabil dengan kecepatan normal
mengayuh sepeda. Rangkaian alat seperti gambar
berikut :
8.
Kemudian Pembuatan cover alat sesuai
ukuran yang ditentukan. Plat yang digunkan
adalah plat 1 mm.
Variabel pengujian yang dilakukan
dapat dilihat pada Tabel berikut ini :
9.
Kemudian dilakukan assembly dengan
komponen yang telah dibeli sesuai dengan
data perhitungan.
Alat dikayuh tanpa menggunakan beban listrik
dan alat dikayuh menggunakan beban listrik.
Untuk mengetahui hasil outputnya dipasang
avometer pada rangkaian pengujian tersebut.
Proses uji coba dapat dilihat pada gambar berikut
ini :
10. Dilakukan pengelasan ulang untuk bagian
yang masih di las dengan titik.
11. Dihaluskan dengan menggunakan gerinda
untuk permukaan yang kasar dan tidak rata.
12. Untuk permukaan yang tidak rata atau pada
sambungan pengelasannya dilakukan proses
pendempulan.
13. Setelah itu yang terakhir dilakukan proses
pengecatan.
Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel berikut
ini :
3.12 Uji Coba
9
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006
2.
Kemudian hasil daya output yang dihasilkan
dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Data valid perhitungan Daya yang dipakai untuk
perhitungan yaitu pada saat alat diberi beban.
Sehingga didapatkan output dayanya adalah
minimal 55.9 watt dan maksimal 103.75 watt.
Jadi dapat disimpulkan daya output yaitu kurang
lebih 100 watt. Daya yang dihasilkan generator
tidak mencapai maksimal karena RPM yang
dihasilkan juga tidak maksimal sesuai dengan
spesifikasi generator yang ada.
Jika sepeda dikayuh dengan stabil yang
menghasilkan daya 100 watt. Maka :
Kapasitas Baterai = Ah x V
= 40 x 12
= 480 wh (watt hour)
Pengisian Penuh Baterai
Kapasitas
output Daya
480
=
100
=
= 4.8 jam
Jadi dapat diartikan jika kita mengayuh sepeda
dengan stabil, baterai akan terisi penuh selama
4.8 jam.
4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari
penelitian yang dilakukan adalah:
1. Pembuatan desain awal dilakukan dengan
menggunakan software Autocad. Kemudian
dilakukan perhitungan untuk mengetahui
spesifikasi komponen yang akan dipakai.
Untuk perhitungan kontruksi manual di
badingkan dengan analisa kontruksi
10
3.
menggunakan Catia. Agar mengetahui
aman atau tidaknya perhitungan tersebut.
Dilakukan penggambaran yang sesuai
dengan perhitungan. Dan yang terakhir
fabrikasi komponen dan perakitan.
Sistem kerja generator listrik tenaga sepeda
yang dibuat yaitu sepeda dipasang pada alat
yang dibuat dan dicekam pada as
belakangnya. Sepeda dikayuh sehingga
roda berputar dan menggerakkan poros
tumpuan yang kemudian pada pulley
tumpuan berputar menggerakkan pulley
generator menggunakan belt.Output putaran
generator menghasilkan listrik yang
kemudian disimpan pada battery.
Berdasarkan hasil uji coba, daya listrik
yang dihasilkan pada saat mengayuh
yaituminimal 55.9 watt dan maksimal
103.75 watt.
5. PUSTAKA
1. BPS. 2015. Statistik Listrik 20112014.Jakarta: Badan Pusat Statistik Republik
Indonesia
2. Muchlis, Moch.,& Adhi Darma Permana.
2014. Proyeksi Kebutuhan Listrik PLN Tahun
2003
S.D
2020.http://www.oocities.org
diunduh pada 16 Januari 2016
3. Muhammad, Azhar Fuad. 2015. Rancang
Bangun Prototipe SpeedbumbGenerator
Dengan Sistem Pedal Transmisi Kapasitas
150 Kg. Indonesia: Politeknik Perkapalan
Negeri Surabaya.
4. Setiawan, Agus. 2009. Desain Pembangkit
Listrik Tenaga Pedal Sebagai Sumber
alternatif Di Daerah Pedesaan. Indonesia:
Universitas Indonesia
5. Sularso.2004. Dasar Perencanaan dan
Pemilihan
Elemen
Mesin.
Jakarta:
PT.Pradnya Paramita.
6. Widodo, T. 2009. Fisika Untuk SMA/MA
Kelas
X.
Indonesia:
Pusat
PerbukuanDepartemen Pendidikan Nasional.
Dosen Pembimbing 1 :
Catur Rakhmad H.,S.T.,M.T..
NIP : 197302252000031002
Dosen Pembimbing 2 :
Budianto, S.T., M.T.
NIP :198209022010121003
| Nama / NRP : Gusti Duta/ 6612040006