1 teguh, eksergi mei 2012

Rancang Bangun Pembangkit Listrik Kapasitas 480 Va (Teguh & Supriyo)

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK KAPASITAS 480 VA DENGAN PENGGERAK MULA SEPEDA

Teguh Harijono Mulud , SupriyoProgram Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. Sudarto, SH . Tembalang, Semarang Fax (024) 7472396 E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Tujuan rancang bangun ini adalah membuat pembangkit listrik kapasitas 450 VA dengan penggerak mula sepeda. Energi listrik yang dihasilkan dipergunakan sebagai energi listrik cadangan bilamana PLN melakukan pemadaman bergilir. Accumulator menyimpan energi listrik hasil dari sistem pengisian yang dilakukan alternator dengan penggerak mula sepeda. Dengan cara mengkopel gear sepeda putaran rotor bisa mencapai 1240 sampai 1715 rpm. Dari hasil pengujian effisiensi sistem mencapai 46,91% dengan beban lampu pijar 300 watt.

Kata Kunci : Energi Listrik, Alternator, Accumulator.

1. Pendahuluan Latar Belakang

Energi listrik yang disediakan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN), masih belum dirasakan secara merata oleh masyarakat terutama masyarakat pedesaan yang jauh dari jangkauan jaringan listrik. Minimnya penambahan kapasitas produksi pembangkit baru dan masih tingginya ketergantungan terhadap bahan bakar fosil masih menjadi momok bagi pelanggan, masyarakat pada umumnya. Data Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) mengungkapkan, produksi listrik nasional tahun 2007 mengalami penurunan dari 126.168,62 Gigawatt per jam (GWh) pada 2006 menjadi 103.775,63 GWh (2007).

Makin berkurangnya ketersediaan sumber daya energi fosil, maka menyebabkan masyarakat harus berfikir untuk mencari altematif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter sebagai berikut :

1. Dapat mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian energi fosil, khususnya minyak bumi.

2. Dapat menyediakan energi listrik dalam skala rumah tangga.

3. Mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi setempat, serta

4. Ramah lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan

hasil produksinya tidak merusak lingkungan hidup disekitarnya.

Sistem penyediaan energi listrik yang dapat memenuhi kreteria diatas yaitu sebuah sistem pembangkit alternatif yang dapat menghasilkan energi listrik yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat. Sistem pembangkit listrik yang ramah lingkungan dan diharapkan mudah dalam proses pembuatan maupun dalam proses pengoperasiannya. Dalam hal ini penulis memanfaatkan putaran sepeda sebagai penggerak mula dalam membangkitkan energi listrik sebagai sistem pembangkit alternatif.

Sepeda yang merupakan alat transportasi yang ramah lingkungan dan murah dapat dimanfaatkan sebagai penggerak mula untuk menggerakkan alternator sehingga dapat menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan oleh alternator nantinya akan disimpan di accumulator. Mengingat keterbatasan tenaga manusia maka proses pengisian energi listrik ke accumulator tidak dilakukan sekaligus. Komponen-komponen penunjang dalam pembuatan pembangkit listrik ini mudah dijumpai dipasaran, namun karena putaran sepeda yang cenderung rendah, maka penulis memodifikasi sepeda tersebut. Modifikasi ini meliputi dengan mengkopel gear sehingga putaran yang dihasilkan oleh sepeda dapat memenuhi

34

EKSERGI Jurnal Teknik Energi Vol 8 No. 2 Mei 2012 ; 34 - 40

spesifikasi putaran dari alternator dalam menghasilkan energi listrik.

Tujuan

Membuat Alat Pembangkit Listrik Alternatif yang ramah lingkungan, bebas polusi dan sebagai energi listrik cadangan skala rumah tangga.

Menghitung efesiensi dari alat dan sistem.

2. Tinjauan PustakaAlternator

Fungsi alternator yaitu untuk merubah energi mekanik mesin menjadi energi listrik. Tenaga mekanik mesin dihubungkan puli memutar rotor membangkitkan arus listrik bolak balik di dalam stator kemudian arus bolak – balik ini dirubah menjadi arus searah oleh dioda. Alternator terdiri atas stator, rotor, bracket rectifier (dioda), brush (sikat).

Ada dua model alternator yaitu alternator dengan regulator di luar dan alternator menjadi satu unit atau sering disebut Integrates circuit (IC) regulator. Untuk alternator dengan IC regulator, maka regulatornya menjadi satu unit dengan alternator dan dipasang pada jaringan kelistrikan antar kumparan medan dan masa yang berfungsi untuk mengontrol arus yang mengalir di kumparan medan sehingga tegangan yang dihasilkan alternator menjadi tetap. Keuntungan alternator menggunakan IC regulator adalah tidak diperlukan adanya penyetelan tegangan, dan tahan tehadap getaran yang lebih tinggi.

Prinsip Kerja IC Regulator.Apabila putaran alternator naik dan

tegangan output pada terminal B tinggi (14,8 Volt), tegangan ini melebihi tegangan yang diatur dioda zener, maka dioda zener akan menjadi penghantar, akibatnya Tr2 ON sedangkan Tr1 OFF, ini akan menghambat arus field yang mengalir ke rotor coil sehingga tegangan output akan konstan. Pada keadaan ini tidak ada perbedaan potensial antara base transistor Tr1 dan emiternya sehingga arus di base transistor Tr1 arus tidak

mengalir dan Tr1 akan mati (off). Karena itu arus yang ke rotor coil akan berkurang dan waktu yang sama tegangan yang keluar dari alternator juga turun.

Gambar. 1. Prinsip Kerja IC Regulator.

Apabila putaran alternator rendah dan tegangan output diterminal B rendah, tegangan accumulator mengalir ke base Tr1

melalui resistor R1 dan Tr1 ON, Arus berhenti mengalir melewati dioda zener dan akibatnya arus berhenti mengalir ke base Tr2,

sehingga Tr2 off. pada saat itu arus field ke rotor coil mengalir dari B, rotor coil, Tr1, dan ke E (massa) sehingga menaikan tegangan output yang dibangkitkan.

AccumulatorAccumulator untuk menyimpan dan

memberikan tenaga listrik. Pada proses pengisian tenaga listrik diubah menjadi tenaga kimia, pada pembuangan muatan tenaga kimia diubah menjadi tenaga listrik.

InverterInverter merupakan alat yang berfungsi

untuk mengkonversikan energi DC menjadi energi AC, tegangan masukan dan keluaran tetap sementara frekuensinya juga tetap . Pengaturan tegangan keluaran dapat ditentukan dengan mengubah tegangan masukan DC-nya , dengan menjaga penguatan dari inverter tetap konstan. Namun bila tegangan masukan DC-nya tetap, sehingga tidak dapat dikontrol, maka pengaturan tegangan keluaran dapat

35


ditentukan dengan mengubah atau mengatur penguatan dari inverter tersebut.

3. Perhitungan dan PerancanganRantai yang digunakan dalam rancang

bangun ini adalah rantai rol rangkaian

banyak dengan ukuran gear atau sproket standart yang sudah ada pada sepeda, seperti terlihat pada gambar berikut ini :

Gambar. 2. Rangkaian transmisi rantaiKeterangan gambar :

1. Sproket atau gear penggerak utama2. Sproket atau gear kecil yang digerakan oleh sproket penggerak utama.3. Sproket atau gear besar yang dikopel dengan gear ke dua4. Sproket atau gear kecil yang digerakan dengan gear ke tiga5. Sproket atau gear besar yang dikopel oleh sprocket ke empat6. Sproket atau gear kecil yang digerakan oleh gear ke lima7. Sproket atau gear besar yang dikopel dengan gear ke enam8. Alternator

Sproket atau gear 2 terkopel dalam satu poros dengan gear 3, begitu juga gear 5 terkopel dengan gear 4 dan gear 6 dengan gear 7. Sehingga besarnya putaran dari 2 gear yang terkopel itu sama.

Pada sistem transmisi rantai dengan putaran poros penggerak dinyatakan dengan n1 (rpm) dan putaran poros yang digerakan dinyatakan dengan n2 (rpm) dan jumlah gigi pada sproket dinyatakan dengan Z1 dan Z2

maka perbandingan putarannya adalah:

U=

n2

n1

=Z1

Z2

.. .. . .. .. .. . ..(1 )

Rangkaian pertamaDiasumsikan n1 = 45 rpm Z1 = 28 buah Z2 = 20 buah

n2

45=28

20

n2=45 X 2820 =63 rpm

Rangkaian keduan2 = 63 rpm = n3 karena terkopel dalam satu poros transmisiZ3 = 44 buahZ4 = 16 buah

36

4

8

2

1

5

3

6

7


n4

63=44

16

n4=63 X 4416 =173 rpm

Rangkaian ketigan4 = 173 rpm = n5

Z5 = Z3 = 44 buah Z6 = Z4 = 16 buahn6

173=44

16

n6=173 X 4416 =476 rpm

Rangkaian ke empatn7 = n6 = 476 rpmZ7 = Z3 = 44 buahZ8 = Z4 = 16 buahn8

476=44

16

n8=476 X 4416 =1309 rpm

Daya Accumulator (PDC)

P DC = VDC . I DC...............(2)

Dimana :VDC : Tegangan Accumulator (Volt)I DC : Arus Accumulato (Ampere)

Daya Inverter (PAC)

PAC = VAC . IAC Cos φ…..(3)

Dimana :VAC : Tegangan Inverter (Volt)I AC : Arus Inverter (Ampere)Cos φ: Faktor Daya

Daya MekanikDaya mekanik merupakan daya yang dihasilkan poros turbin, dan dapat diketahui nilainya dengan rumus sebagai berikut :

Pm =ω T =

2. π . n60 T.........(4)

Dimana :Pm : Daya mekanik (Watt)T : Torsi (Nm)Π : 3.14n : Putaran Sepada (rpm)ω : Kecepatan sudut ( rad/s)

Efisiensi Peralatan (ηPeralatan)Efisiensi Peralatan (ηPeralatan) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan Inverter dengan daya yang Accumulator :

n perala tan=PAC

PDC

x100 %. . .. .. . .. .. . ..(5 )

Dimana :ηPeralatan :Efisiensi Peralatan (%)PAC : Daya Inverter (Watt)PDC : Daya Accumulator (Watt)

Efisiensi Sistem Pembangkit Listrik (ηSistem)Efisiensi Sistem Pembangkit Listrik (ηPeralatan) merupakan perbandingan antara daya listrik yang dibangkitkan oleh generator dengan daya mekanik.

nsistem=P AC

PM

x 100 %.. . .. .. . .. .. . .(6)

Dengan:ηSistem : Efisiensi generator (%)PAC : Daya listrik (Watt)PM : Daya mekanik (Watt)

4. Prinsip KerjaPrinsip kerja dari alat ini

adalah merubah energi mekanik yang berupa putaran sepeda menjadi energi listrik. Gear sepeda yang dihubungkan menggunakan rantai dengan alternator, oleh alternator energi mekanik sepeda diubah menjadi energi listrik. Arus bolak-balik yang dihasilkan oleh alternator disearahkan oleh diode-dioda selanjutnya energi listrik yang dihasilkan alternator disimpan pada accumulator melalui proses pengisian. Energi listrik yang disimpan pada accumulator nantinya dimanfaatkan untuk beban lampu penerangan, sehingga perlu adanya

37

1

23

4

65

7

8

9

1011

12


pengubahan energi listrik DC menjadi AC yaitu dengan menggunakan inverter.

Gambar. 3. Sistem Pembangkit Listrik kapasitas 480 VA dengan penggerak Mula Sepeda

Keterangan :1. Landasan 7. Alternator dengan IC regulator2. Tutup rantai 8. Rantai 3. Inverter 9. Sistem Gear atau sproket peningkat putaran 4. Accumulator 10. Rangka sepeda5. Ampermeter 11. Pedal6. Voltmeter 12. Gear penggerak utama

5. Data Hasil Pengujian dan Pembahasan Tabel 1. Data Hasil Pengujian

Pengisianke

VDC

(V)IDC

(A)

Waktu

(menit)

n(Rpm)

113,8 8

151420

13,8 7 139313,8 6 1310

213,8 5

151240

13,8 9 148013,8 8 1415

313,8 5

151250

13,8 7 138913,8 12 1715

4 13,8 9 15 1490

13,8 8 141613,8 8 1415

Keterangan : Proses pengisian accumulator dilakukan secara bergantian masing-masing orang dari 15 menit ke satu sampai ke empat dalam 1 jam.

Tabel 2. Data Pegujian pembebanan pembangkit listrik Kapasitas 480 VA dengan penggerak mula sepeda, pada waktu pembebanan tetap selama 1 jam.

Beban Lampu(Watt)

VDC

(Volt)IDC

(A)VAC

(Volt)IAC

(A)Waktu(Menit)

300 12,18 21,80 210 1,12 60

38


300 12,16 21,80 210 1,12

300 12,13 20,60 200 1,12

300 12,10 20,40 191 1,12

300 11,94 20,20 188 1,12

300 11,80 20,20 188 1,12

300 11,70 20,20 184 1,12

300 11,67 20,20 184 1,12

300 11,63 20,20 184 1,12

300 11,53 19,80 175 1,12

Tabel 3. Data Pegujian pembebanan pembangkit listrik Kapasitas 480 VA dengan penggerak mula sepeda, pada waktu pembebanan bervariasi selama 1 jam.

Beban Lampu(Watt)

VDC

(Volt)IDC

(A)VAC

(Volt)IAC

(A)Waktu(menit)

0 12,83 2,40 243 0 -

10 12,70 3,80 231 0,10 10

25 12,69 4,0 231 0,12 10

40 12,68 5,0 228 0,16 10

60 12,65 5,80 222 0,25 10

100 12,53 8,60 213 0,44 10

200 12,38 14,40 195 0,84 10

Tabel 4. Data Hasil PerhitunganNo Beban VDC IDC VAC IAC PDC PAC

peralatan sistem

(Watt

) (V) (A) (V) (A) (W) (W) (%) (%)

1 1012,7 3,8 231 0,1 48,26 23,1 47,86 5,06

2 2512,7 4 231 0,12 50,76 27,72 54,61 6,07

3 4012,7 5 228 0,16 63,4 36,48 57,54 8

4 6012,7 5,8 222 0,25 73,37 55,5 75,64 12,17

5 10012,5 8,6 213 0,44

107,76 93,72 86,97 20,55

6 20012,4 14,4 195 0,84

178,27 163,8 91,88 35,92

7 30012,1 20,4 191 1,12

246,84 213,9 86,66 46,91

Keterangan :VDC : Tegangan dari accumulator (V)VAC : Tegangan yang masuk ke beban (V)IDC : Arus dari accumulator (A)IAC : Arus yang masuk ke beban (A)PDC : Daya dari accumulator (W)

PAC : Daya yang digunakan oleh beban (W)ηperalatan : Efisiensi total dari peralatanηsistem : Efisiensi sistim pembangkit listrik

(%)

6. Pembahasan hasil pengujian

0 50 100 150 200 250 300 3500

20

40

60

80

100

ηPeralatan (%) Vs Beban (Watt)

Beban (Watt)

η Pe

rala

tan

(%)

Gambar.4. Grafik hubungan antara ηPeralatan

dengan beban

Dari kurva hubungan antara ηPeralatan

dengan beban menunjukan bahwa efesiensi peralatan mengalami kenaikan dari beban yang terkecil hingga mencapai batas maksimum pada beban 200 Watt dengan efesiensi 91, 88 %, dan mengalami penurunan setelah penambahan beban diatas 200 Watt yaitu pada 300 Watt efesiensi mengalami penurunan menjadi 86,66 %. Penurunan efesiensi dari peralatan dapat disebabkan oleh semakin berkurangnya daya pada accumulator akibat pembebanan dan drop tegangan pada Vout inverter semakin besar, hal ini ditunjukan pada saat pembebanan 300 Watt Vout = 210 Volt, sedangkan pada keadaan tanpa beban Vout = 243 Volt.

0 50 100 150 200 250 300 3500

1020304050

ηSistem (%) Vs Beban (Watt)

Beban (Watt)

ηSis

tem

(%)

Gambar. 5. Grafik hubungan antara ηSistem

dengan beban

39


Berdasarkan kurva hubungan antara ηSistem dengan beban menunjukan bahwa efesiensi sistem mengalami kenaikan dari beban yang terkecil sampai mencapai efesiensi maksimal pada saat beban 300 Watt yaitu sebesar 46,91 %. Mengingat keterbatasan tenaga manusia dalam melakukan proses pengisian energi listrik ke accumulator sehingga pembangkit listrik ini sangat cocok untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik cadangan skala rumah tangga untuk beban kecil lampu penerangan.

7. KesimpulanBerdasarkan analisa perhitungan dan

pembahasan data pengujian pembangkit listrik, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Efesiensi Peralatan mencapai efesiensi maksimum pada pembebanan 200 Watt yaitu sebesar 91,88 %, tetapi pada penambahan beban sebesar 300 Watt efesiensi peralatan menurun menjadi 86,66 %.

2. Efesiensi sistem yang dihasilkan pembangkit listrik mencapai efisiensi maksimum pada beban 300 Watt yaitu sebesar 46,91%.

3. Ketidakkonstanan arus pengisian yang masuk ke accumulator disebabkan pada saat proses pengisian di lakukan secara bergantian oleh tiap orang, sehingga putaran yang dihasilkan oleh sepeda juga berubah-ubah.

4. Perbandingan rasio gear pada penggerak utama dan kekuatan gear sistem peningkat putaran sangat berpengaruh pada putaran sepeda

DAFTAR PUSTAKA

Marappung Muslimin ,Ir.1979. Teknik Tenaga listrik. Bandung, Armico.

Shigley joseph E, Larry D Mitchell.1999. Perencanaan Teknik Mesin Edisi Keempat Jilid 1 . Jakarta : Erlangga.

Sularso dan Kyokatsu Suga. 1980. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen

Mesin. Jakarta, PT. Pradnya Paramitha.

Van Robert Arnold. 1987. Elektronika I. Jakarta, PT.PradnyaParamitha.

. 1993. New Step 2 Electrical Group. Jakarta, PT. Toyota Astra Motor National Service Division.

2003. New Step 1 Training Manual. Jakarta, PT. Toyota Astra Motor National Service Division.

40

1 teguh, eksergi mei 2012

Documents