Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Tenaga Pasang Surut (Tidal Powder) untuk Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan (New and Renewable Energy)
ALAT PERAGA TENAGA PASANG SURUT ( TIDAL POWER )
UNTUK MATA KULIAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
( NEW AND RENEWABLE ENERGY)
Oleh
Eko Suyadi
NIM: 612008081
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Juli 2015
INTISARI
Penelitian dalam skripsi ini adalah untuk merealisasikan suatu alat miniatur
Tenaga Pasang Surut Air Laut sebagai alat peraga mata kuliah Energi Baru dan
Terbarukan, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya
Wacana. Alat peraga ini bekerja dengan
menggerakkan turbin cross flow untuk
memutar generator menggunakan sumber dari aliran air oleh pompa listrik 125 W.
keluaran dari generator berupa tegangan, arus, daya dan energi ditampilkan dalam
display 7 segment.
Turbin yang dipakai adalah jenis cross flow dengan diameter 13 cm dan tinggi
10 cm. Turbin ini memiliki 11 sirip dan menghasilkan daya sebesar 3.02 W. Dengan
debit air yang dihasilkan oleh pompa air sebesar 0.3676 liter/detik. Tegangan keluaran
pada generator tanpa beban setelah di step up
adalah 5.0 VDC, sedangkan daya
keluaran menggunakan beban resistor agar tegangan stabil 5 VDC yaitu berupa resistor
470 Ω menghasilkan arus 10 mA dan daya sebesar 49 mW. Efisiensi keseluruhan sistem
sebesar 1.7 %.
i
ABSTRACT
The research in this thesis is to realize a miniature tool Tidal Power Sea as props
course New and Renewable Energy, Electronics and Computer Engineering Faculty of
the Satya Wacana Christian University. Props is working with cross flow turbine to turn
a generator using the source of the water flow by an electric pump 125 W. output of the
generator in the form of voltage, current, power and energy displayed in the 7 segment
display.
Turbine used is the type of cross flow with a diameter of 13 cm and 10 cm high.
This turbine has 11 fins and generating power by 3.02 W. With the discharge of water
produced by the water pump at 0.3676 liters / sec. The output voltage at no-load
generator in the step-up is after 5.0 VDC, while the output power using a load resistor
so that a stable voltage 5 VDC in the form of 470 Ω resistor generates a current of 10
mA and a power of 49 mW. The overall efficiency of the system amounted to 1.7%.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta
penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan yang Maha Esa atas semua berkat yang tak terkira sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Kedua orang tua, Terima kasih untuk segala dukungan dalam materi dan doa
dalam pengerjaan skripsi ini.
3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Eng selaku
pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan
dan solusi selama mengerjakan skripsi ini.
4. Pacarku tersayang Dessi Puspita Hapsari “ Oneng “ atas dukungan moral,
pengertian, dan doa yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini.
5. Kakak – Kakak ku terima kasih atas doa-doanya.
6. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita,
Pak Budi, Pak Harto, dan Pak Bambang yang turut andil dalam proses
pengerjaan skripsi ini.
7. Teman-teman angkatan 2008, ayo segera lulus!!!
8. Para penghuni Lab XT selama penulis mengerjakan skripsi.
9. Bengkel las Bagus Rohmat atas bantuannya dalam realisasi turbin.
10. Teman ku Mas Purngadi “ Grandong “ atas bantuannya dalam realisasi
mekanik pasang surut.
11. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil
dalam proses pengerjaan skripsi ini.
iii
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga,
Penulis
iv
Juli 2015
DAFTAR ISI
INTISARI ..............................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL.................................................................................................
viii
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Latar Belakang Permasalahan .....................................................
1
1.2. Tujuan .........................................................................................
5
1.3. Spesifikasi Sistem .......................................................................
5
1.4. Sistematika Penulisan .................................................................
6
LANDASAN TEORI .........................................................................
7
2.1. Energi Potensial ..........................................................................
7
2.2. Gerak Rotasi Benda Tegar ..........................................................
8
2.3. Perbandingan Pulley ...................................................................
9
2.4. Generator.....................................................................................
9
2.5. Mikrokontroler ............................................................................
10
2.6. Sensor Kapasitif ..........................................................................
13
2.7. Sensor Arus .................................................................................
14
2.8. Valve Elektrik .............................................................................
14
2.9. Pompa Air ...................................................................................
15
2.10. Turbin ........................................................................................
15
PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM ..............................
18
BAB II
BAB III
v
BAB IV
3.1. Mekanik ......................................................................................
19
3.1.1. Mekanik Bak Pasang Surut ...............................................
20
3.1.2. Mekanik Bak Penampung .................................................
21
3.1.2. Pompa Air .........................................................................
21
3.1.2. Turbin (cross flow )...........................................................
22
3.1.2. Pulley ................................................................................
24
3.1.2. Valve Elektrik ...................................................................
26
3.2. Generator.....................................................................................
26
3.3. Kontrol Utama ............................................................................
27
3.3.1. Modul mikrokontroler.......................................................
27
3.3.2. Modul Sensor Arus ...........................................................
28
3.3.3. Modul driver beban AC ....................................................
29
3.3.4. Modul Sensor Kapasitif ....................................................
32
PENGUJIAN DAN ANALISA .........................................................
35
4.1. Pengujian Valve Elektrik dan Valve Manual..............................
35
4.1.1. Pengujian debit air dengan satu valve elektrik .................
35
4.1.2. Pengujian debit air dengan satu valve elektrik diparalel
dengan satu valve manual..................................................
36
4.1.3. Pengujian debit air dengan dua valve elektrik diparalel dengan
dua valve manual ............................................................... 36
4.1.4. Pengujian debit air yang mengalir melewati dua lubang ¾ inchi
...............................................................................................37
BAB V
4.2. Pengujian Pompa Air ..................................................................
38
4.3. Pengujian Output Generator .......................................................
39
4.4. Penghitungan Efisiensi Sistem ....................................................
41
KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
43
5.1. Kesimpulan .................................................................................
43
vi
5.2. Saran Pengembangan ..................................................................
43
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
44
LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Pasang surut air laut yang dipengaruhi oleh gravitasi bulan dan
matahari .........................................................................................
2
Gambar 1.2. proses pasang ................................................................................
2
Gambar 1.3. proses surut....................................................................................
3
Gambar 2.1. Potensial Gravitasi ........................................................................
7
Gambar 2.2. Rotasi Benda Tegar .......................................................................
8
Gambar 2.3. Kombinasi Pulley ..........................................................................
9
Gambar 2.4. Generator .......................................................................................
10
Gambar 2.5. Board Atmega 2560 ......................................................................
11
Gambar 2.6. Sensor Kapasitif ..........................................................................
12
Gambar 2.7. Sensor Arus ...................................................................................
13
Gambar 2.8. Valve Electrik................................................................................
14
Gambar 2.9. Pompa Air .....................................................................................
15
Gambar 2.10. Turbin cross flow...........................................................................
17
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ...................................
18
Gambar 3.2. Blok Diagram Mekanik .................................................................
19
Gambar 3.3. Realisasi Mekanik .........................................................................
19
Gambar 3.4. Mekanik Bak Pasang Surut ...........................................................
20
Gambar 3.5. Mekanik Bak Penampung .............................................................
21
Gambar 3.6. Pompa Air .....................................................................................
22
Gambar 3.7. Turbin Cross Flow ........................................................................
24
Gambar 3.8. Realisasi Pulley .............................................................................
24
Gambar 3.9. Gambaran Pulley Secara Sederhana ..............................................
25
Gambar 3.10. Valve Elektrik ...............................................................................
26
Gambar 3.11. Generator ..............................................................................................
27
Gambar 3.12. Arduino mega 2560 sebagai kontroler utama .....................................
28
Gambar 3.13. Sensor arus ACS 712 ....................................................................
29
Gambar 3.14. Rangkaian driver beban AC untuk pompa air...............................
29
Gambar 3.15. Sensor Kapasitif ............................................................................
33
viii
Gambar 4.1. Paralel valve elektrik dengan valve manual .....................................
35
Gambar 4.2. Display sensor ketinggian air dan VA pompa air ............................
39
Gambar 4.3. Pengujian keluaran genetarator dengan beban resistor .................
40
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Konfigurasipenggunaan pin/port Arduino Mega 2560 ......................
28
Tabel 4.1. Pengujian Modul Pompa Air .............................................................
38
Tabel 4.2. Pengujian Output Generator dengan beban Resistor .........................
40
x
UNTUK MATA KULIAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
( NEW AND RENEWABLE ENERGY)
Oleh
Eko Suyadi
NIM: 612008081
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Juli 2015
INTISARI
Penelitian dalam skripsi ini adalah untuk merealisasikan suatu alat miniatur
Tenaga Pasang Surut Air Laut sebagai alat peraga mata kuliah Energi Baru dan
Terbarukan, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya
Wacana. Alat peraga ini bekerja dengan
menggerakkan turbin cross flow untuk
memutar generator menggunakan sumber dari aliran air oleh pompa listrik 125 W.
keluaran dari generator berupa tegangan, arus, daya dan energi ditampilkan dalam
display 7 segment.
Turbin yang dipakai adalah jenis cross flow dengan diameter 13 cm dan tinggi
10 cm. Turbin ini memiliki 11 sirip dan menghasilkan daya sebesar 3.02 W. Dengan
debit air yang dihasilkan oleh pompa air sebesar 0.3676 liter/detik. Tegangan keluaran
pada generator tanpa beban setelah di step up
adalah 5.0 VDC, sedangkan daya
keluaran menggunakan beban resistor agar tegangan stabil 5 VDC yaitu berupa resistor
470 Ω menghasilkan arus 10 mA dan daya sebesar 49 mW. Efisiensi keseluruhan sistem
sebesar 1.7 %.
i
ABSTRACT
The research in this thesis is to realize a miniature tool Tidal Power Sea as props
course New and Renewable Energy, Electronics and Computer Engineering Faculty of
the Satya Wacana Christian University. Props is working with cross flow turbine to turn
a generator using the source of the water flow by an electric pump 125 W. output of the
generator in the form of voltage, current, power and energy displayed in the 7 segment
display.
Turbine used is the type of cross flow with a diameter of 13 cm and 10 cm high.
This turbine has 11 fins and generating power by 3.02 W. With the discharge of water
produced by the water pump at 0.3676 liters / sec. The output voltage at no-load
generator in the step-up is after 5.0 VDC, while the output power using a load resistor
so that a stable voltage 5 VDC in the form of 470 Ω resistor generates a current of 10
mA and a power of 49 mW. The overall efficiency of the system amounted to 1.7%.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta
penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan yang Maha Esa atas semua berkat yang tak terkira sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Kedua orang tua, Terima kasih untuk segala dukungan dalam materi dan doa
dalam pengerjaan skripsi ini.
3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Eng selaku
pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, pengarahan
dan solusi selama mengerjakan skripsi ini.
4. Pacarku tersayang Dessi Puspita Hapsari “ Oneng “ atas dukungan moral,
pengertian, dan doa yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini.
5. Kakak – Kakak ku terima kasih atas doa-doanya.
6. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita,
Pak Budi, Pak Harto, dan Pak Bambang yang turut andil dalam proses
pengerjaan skripsi ini.
7. Teman-teman angkatan 2008, ayo segera lulus!!!
8. Para penghuni Lab XT selama penulis mengerjakan skripsi.
9. Bengkel las Bagus Rohmat atas bantuannya dalam realisasi turbin.
10. Teman ku Mas Purngadi “ Grandong “ atas bantuannya dalam realisasi
mekanik pasang surut.
11. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu tetapi turut andil
dalam proses pengerjaan skripsi ini.
iii
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga,
Penulis
iv
Juli 2015
DAFTAR ISI
INTISARI ..............................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL.................................................................................................
viii
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Latar Belakang Permasalahan .....................................................
1
1.2. Tujuan .........................................................................................
5
1.3. Spesifikasi Sistem .......................................................................
5
1.4. Sistematika Penulisan .................................................................
6
LANDASAN TEORI .........................................................................
7
2.1. Energi Potensial ..........................................................................
7
2.2. Gerak Rotasi Benda Tegar ..........................................................
8
2.3. Perbandingan Pulley ...................................................................
9
2.4. Generator.....................................................................................
9
2.5. Mikrokontroler ............................................................................
10
2.6. Sensor Kapasitif ..........................................................................
13
2.7. Sensor Arus .................................................................................
14
2.8. Valve Elektrik .............................................................................
14
2.9. Pompa Air ...................................................................................
15
2.10. Turbin ........................................................................................
15
PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM ..............................
18
BAB II
BAB III
v
BAB IV
3.1. Mekanik ......................................................................................
19
3.1.1. Mekanik Bak Pasang Surut ...............................................
20
3.1.2. Mekanik Bak Penampung .................................................
21
3.1.2. Pompa Air .........................................................................
21
3.1.2. Turbin (cross flow )...........................................................
22
3.1.2. Pulley ................................................................................
24
3.1.2. Valve Elektrik ...................................................................
26
3.2. Generator.....................................................................................
26
3.3. Kontrol Utama ............................................................................
27
3.3.1. Modul mikrokontroler.......................................................
27
3.3.2. Modul Sensor Arus ...........................................................
28
3.3.3. Modul driver beban AC ....................................................
29
3.3.4. Modul Sensor Kapasitif ....................................................
32
PENGUJIAN DAN ANALISA .........................................................
35
4.1. Pengujian Valve Elektrik dan Valve Manual..............................
35
4.1.1. Pengujian debit air dengan satu valve elektrik .................
35
4.1.2. Pengujian debit air dengan satu valve elektrik diparalel
dengan satu valve manual..................................................
36
4.1.3. Pengujian debit air dengan dua valve elektrik diparalel dengan
dua valve manual ............................................................... 36
4.1.4. Pengujian debit air yang mengalir melewati dua lubang ¾ inchi
...............................................................................................37
BAB V
4.2. Pengujian Pompa Air ..................................................................
38
4.3. Pengujian Output Generator .......................................................
39
4.4. Penghitungan Efisiensi Sistem ....................................................
41
KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
43
5.1. Kesimpulan .................................................................................
43
vi
5.2. Saran Pengembangan ..................................................................
43
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
44
LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Pasang surut air laut yang dipengaruhi oleh gravitasi bulan dan
matahari .........................................................................................
2
Gambar 1.2. proses pasang ................................................................................
2
Gambar 1.3. proses surut....................................................................................
3
Gambar 2.1. Potensial Gravitasi ........................................................................
7
Gambar 2.2. Rotasi Benda Tegar .......................................................................
8
Gambar 2.3. Kombinasi Pulley ..........................................................................
9
Gambar 2.4. Generator .......................................................................................
10
Gambar 2.5. Board Atmega 2560 ......................................................................
11
Gambar 2.6. Sensor Kapasitif ..........................................................................
12
Gambar 2.7. Sensor Arus ...................................................................................
13
Gambar 2.8. Valve Electrik................................................................................
14
Gambar 2.9. Pompa Air .....................................................................................
15
Gambar 2.10. Turbin cross flow...........................................................................
17
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ...................................
18
Gambar 3.2. Blok Diagram Mekanik .................................................................
19
Gambar 3.3. Realisasi Mekanik .........................................................................
19
Gambar 3.4. Mekanik Bak Pasang Surut ...........................................................
20
Gambar 3.5. Mekanik Bak Penampung .............................................................
21
Gambar 3.6. Pompa Air .....................................................................................
22
Gambar 3.7. Turbin Cross Flow ........................................................................
24
Gambar 3.8. Realisasi Pulley .............................................................................
24
Gambar 3.9. Gambaran Pulley Secara Sederhana ..............................................
25
Gambar 3.10. Valve Elektrik ...............................................................................
26
Gambar 3.11. Generator ..............................................................................................
27
Gambar 3.12. Arduino mega 2560 sebagai kontroler utama .....................................
28
Gambar 3.13. Sensor arus ACS 712 ....................................................................
29
Gambar 3.14. Rangkaian driver beban AC untuk pompa air...............................
29
Gambar 3.15. Sensor Kapasitif ............................................................................
33
viii
Gambar 4.1. Paralel valve elektrik dengan valve manual .....................................
35
Gambar 4.2. Display sensor ketinggian air dan VA pompa air ............................
39
Gambar 4.3. Pengujian keluaran genetarator dengan beban resistor .................
40
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Konfigurasipenggunaan pin/port Arduino Mega 2560 ......................
28
Tabel 4.1. Pengujian Modul Pompa Air .............................................................
38
Tabel 4.2. Pengujian Output Generator dengan beban Resistor .........................
40
x