1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi merupakan sesuatu yang bersifat kekal, sesuai

dengan hukum kekekalan energi dan hukum I termodinamika

yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk energi

ke bentuk energi lainnya. Hukum alam inilah yang mendorong

manusia untuk terus berusaha memanfaatkan energi yang ada

disekitar, baik yang terbuang secara percuma maupun yang belum

termanfaatkan untuk menjadi sumber energi alternatif dan

terbarukan, serta nantinya diharapkan dapat berguna bagi

kehidupan. Semangat dalam pencarian energi alternatif dan

terbarukan semakin besar, karena juga didorong oleh situasi

global yang mengindikasikan cadangan energi fosil, khususnya

minyak bumi makin lama makin menipis karena sifatnya yang

tidak terbarukan. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan dari

Martin Djamin yang merupakan Staf Ahli Menristek Bidang

Energi Alternatif dan Terbarukan yang menyatakan bahwa

dengan terbatasnya cadangan energi fosil yang ada saat ini, perlu

segera dilakukan pemanfaatan energi alternatif secara bertahap

dan berorientasi pasar menuju pola bauran energi (energy mix)

yang terpadu, optimal, dan bijaksana (sumber :

www.lppm.rumahkucing.com).

Selain kebutuhan akan sumber energi yang semakin

meningkat, perkembangan teknologi pun secara langsung juga

ikut meningkat dengan pesat, antara lain perkembangan teknologi

otomotif, teknologi pemesinan, dan termasuk salah satunya

perkembangan teknologi dibidang transportasi kereta api, yaitu

2

telah diciptakannya peralatan yang memungkinkan untuk dapat

menghasilkan daya listrik yang mana akan digunakan untuk

memenuhi kebutuhan listrik tiap gerbong dengan memanfaatkan

energi terbuang yang dihasilkan dari suspensi kereta api.

Kereta api merupakan alat angkutan penumpang maupun

barang yang memiliki keunggulan terutama dalam hal kapasitas

angkut yang besar, efisien, aman, serta kelancaran transportasi

dibandingkan alat angkutan lainnya. Untuk mencapai hal tersebut,

sarana kereta api tersebut (lokomotif, kereta, dan gerbong)

haruslah dapat beroperasi seoptimum mungkin dengan breakdown

atau unscheduled down time akibat kerusakan komponen-

komponennya diminimalkan. Keandalan (reliability) sarana

sangat menentukan kelancaran, keselamatan, keamanan dan

keberhasilan pengoperasian kereta api. Salah satu sistem dalam

kereta api adalah sistem suspensi, yang terdiri dari dua jenis yaitu

system suspensi ulir dan sistem suspensi daun.

Gambar 1.1. Sistem suspensi pegas ulir dan pegas daun pada

kereta api

3

Suspensi ini terletak pada bagian antara roda kereta api dan

gerbong yang disebut dengan bogie. Pada gerbong kereta dengan

jenis bogie tipe k9 untuk gerbong kereta penumpang terdapat 2

bogie (chassis) yang terdiri atas 4 roda, 8 pegas ulir roda, dan 4

pasang pegas ulir bogie yang setiap pasangnya terdiri atas satu

pegas ulir bogie luar dan satu pegas ulir bogie dalam, sehingga

dalam satu gerbong kereta terdapat 8 roda, 16 pegas ulir roda, dan

8 pasang pegas ulir bogie yaitu 8 pegas ulir bogie dalam dan 8

pegas ulir bogie luar. Pegas ulir bogie luar adalah komponen

bagian dari bogie kereta api yang berfungsi untuk mengurangi

beban impact atau meringankan kejutan dan sebagai pendukung

getaran massa dengan mekanisme lendutan lilitan-lilitan pegasnya

yang berosilasi diantara posisi keseimbangannya pada saat

gerbong kereta mengalami goyangan kiri-kanan. Dalam

operasinya pegas ulir bogie luar ini mengalami beban puntir

dengan tegangan-tegangan yang bekerja terdiri atas tegangan

normal dan tegangan geser.

Gambar 1.2. bogie kereta api

4

Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik pada fasilitas

kereta, maka digunakan genset yang diletakkan pada satu gerbong

tertentu yang berfungsi sebagai penyuplai daya listrik dengan

menggunakan bahan bakar solar. Solar merupakan sumber energi

yang tidak dapat diperbarui.

Oleh karena itu, ketergantungan akan kebutuhan energi

listrik pada minyak bumi inilah yang menjadi salah satu hal yang

mendasari dicarinya sumber energi alternatif dan terbarukan,

sebagai sumber energi tambahan yang mampu memperlama masa

pemakaian serta dapat memenuhi kebutuhan daya listrik per

gerbong pada kereta api. Sesuai dengan pernyataan Bria Yohanes

sebagai Kepala Dinas Pertambangan dan Energi (Distamben)

Propinsi Nusa Tenggara Timur yang menyatakan bahwa

pemenuhan energi listrik dengan memanfaatkan sumber energi

baru terbarukan merupakan suatu keharusan saat ini mengingat

keterbatasan sumber energi konvensional (sumber : www.dion-

bata.blogspot.com).

Menurut penelitian Lei Zuo dari New York State

University, hanya 10-16 persen dari energi bahan bakar yang

efektif digunakan untuk menjalankan kendaraan sehari-hari, yaitu,

untuk mengatasi resistensi dari gesekan jalan, hambatan udara

dan mendorong kendaraan maju. Sebagian besar energinya justru

terbuang sia-sia. Ada beberapa metode yang sedang

dikembangkan untuk mengatasi permasalahan ini, antara lain

dengan kinetic Energy Recovery System (KERS), Thermal Energy

Recovery System (TERS), dan Vibration Energy Harvester

(VEH).

KERS adalah perangkat yang berfungsi untuk

menyimpan energi kinetik dan dimanfaatkan kembali untuk

menambah akselerasi kendaraan. Pada mobil formula satu energy

yang tersimpan ini kemudian digunakan untuk membantu

akselerasi sehingga percepatan yang didapat setelah pengereman

bisa lebih tinggi. Sekarang pada perkembangannya, KERS

digunakan pula pada mobil hybrid untuk membantu suplai energy

listrik ke batterai/accu.

5

Berbeda dengan KERS, thermal energy recovery system

diciptakan untuk memanen energi thermal yang terbuang. Dengan

alat ini, energi panas dari kendaraan akan dikonversi menjadi

energy listrik. Energy listrik tersebut kemudian disimpan dalam

akumulator. Sedangkan efisiensi thermal efektif dari sistem TERS

ini berkisar antara 25-30%.

Sedangkan pada VEH, energy yang ditangkap berasal

dari getaran yang terjadi pada kendaraan, terutama pada sistem

suspensi. Sejauh ini mekanisme VEH yang dilakukan adalah

dengan membuat regenerative shock absorber. Ada beberapa

jenis regenerative shock absorber yang telah dikembangkan, yaitu

hydraulic regenerative shock absorber yang diperkenalkan oleh

mahasiswa MIT dan elektromagnetik regenerative shock absorber

yang dikembangkan oleh tim engineer dari New York State

University.

Sistem peredam kejut regeneratif yang dirancang oleh

peneliti MIT yang memanfaatkan gerakan naik turun suspensi

hidrolik untuk menggerakkan motor hidrolik eksternal.

Sedangkan insinyur mekanik dari New York State University

yang menggunakan konsep induksi magnetic di dalam peredam

kejutnya. Namun berbeda dengan yang lainnya, pada pada tugas

akhir ini gerak relatif naik-turun suspensi akan ditangkap oleh

sebuah alat terpisah dan dikonversi menjadi energi listrik. Alat

pemanen energy yang akan dikembangkan ini memanfaatkan

gerakan naik-turun suspensi yang kemudian dikonversi menjadi

gerak kecepatan rotasi. Gerak kecepatan rotasi ini akan diperbesar

dan dihubungkan ke generator sehingga menghasilkan listrik. Alat

ini dinamakan Vibration Energy Recovery System (VERS).

Penelitian pada Tugas Akhir ini difokuskan pada

pengujian dan analisa besarnya voltase dan arus (DC) bangkitan

akibat pengaruh variasi kecepatan naik turun pada bogie. Konsep

yang digunakan untuk memanen energi dari aktivitas getaran

suspense kereta api dengan cara menangkap energi kinetik

6

getaran suspensi menggunakan mekanisme kinematik yang terdiri

dari beberapa pasang roda gigi dan kemudian diubah menjadi

energi listrik dengan menggunakan sistem pembangkit daya

melalui rotasi masa magnet disekitar kumparan.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dikaji dalam penelitian ini yaitu :

1. Bagaimana pengaruh variasi frekuensi dan amplitudo exciter terhadap energi listrik yang dihasilkan pada P-

Vers

2. Menganalisa perbandingan energi listrik yang dihasilkan dari proses pengujian dengan proses perhitungan.

1.3 Batasan Masalah

Untuk menyederhanakan permasalahan yang akan dibahas,

adapun beberapa batasan masalah yang diambil dalam tugas akhir

ini antara lain:

1. Motor yang digunakan untuk menggerakkan exciter ini adalah motor DC yaitu motor reduksi 30 rpm 24 volt.

2. Generator yang digunakan pada pengujian ini adalah motor DC yang dibalik cara kerjanya, yaitu motor DC 30

volt 3100 rpm.

3. Pengukuran dilakukan dengan 7 variasi frekuensi dan 3 variasi amplitudo

4. Tachometer yang digunakan untuk mengukur putaran disk dalam keadaan normal.

5. Oscilloscope yang digunakan untuk merekam data voltase yang dibangkitkan dalam keadaan normal.

7

1.4 Tujuan

Tujuan dari penelitian tugas akhir ini antara lain:

a. Melakukan studi pengaruh variasi frekuensi dan amplitudo exciter terhadap energi listrik yang

dihasilkan pada p-vers.

b. Menganalisa perbandingan energi listrik yang dihasilkan dari proses pengujian dengan proses

perhitungan(yang dibandingkan adalah daya).

1.5 Manfaat

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian tugas akhir ini

antara lain:

1. Mahasiswa dapat mengetahui performa p-vers yang telah di rancang.

2. Membantu mahasiswa dalam memahami konsep dan merancang produk (exciter).

3. Memberikan salah satu solusi dalam upaya menyediakan kebutuhan sumber energi listrik.