PROPOSAL LOMBA KRENOVA 2013

PRODUKSI CHARGER HANDPHONE

PORTABLE

Disusun oleh :

Rachmad Abdullah, S.Si., M.Pd. (Pembimbing)

Faisal Ary Justiawan (Ketua Tim)

Yahya Abdullah Azzam (Anggota)

Irfan Zaki Irawan (Anggota)

SMP AL-ISLAM 1 SURAKARTA

2013

0

ABSTRAK

Tujuan eksperimen dalam Lomba Krenova (Kreativitas dan Inovasi) 2013

ini adalah membuat prototype alat Spalsa Mechanic Charger (SMC). Alat ini

berfungsi untuk mengisi ulang (charger) baterai Handphone (HP) dengan

konversi energi gerakan tangan (mekanik) menjadi energi listrik. Prototype SMC

yang kreatif dan inovatif ini diharapkan dapat ditindaklanjuti (follow up) dengan

penelitian dan pengembangan (Reseach and Development) di Solo Technopark

hingga memenuhi kualifikasi layak jual dan dapat diproduksi secara masal di

pasaran.

Prinsip eksperimen ini adalah dengan menggabungkan (combined)

beberapa alat elektronik untuk dimodifikasi (modification) sehingga menjadi alat

yang dapat digunakan untuk mengisi aliran listrik pada baterai Handphone.

Prosedur penelitian ini adalah menghubungkan sistem ger, dinamo, adaptor dan

USB charger Universal ke baterai handphone.

Analisis produk didapatkan spesifikasi kesimpulan sebagai berikut : (1)

Spalsa Mechanic Charger (SMC) mengubah energi gerakan tangan (mekanik)

menjadi energi listrik yang berfungsi sebagai charger HP bertegangan 3,7 Volt,

arus listrik 1.000 mA, muatan 1.000 mAH, berdaya 3,7 Watt dan energi 3,7 Wh;

(2) Tegangan input AC 12 volt dari dinamo 2.400 rpm diubah menjadi DC 5 volt;

(3) Penggunaan alat ini terutama saat darurat (emergency).

Kata Kunci : Spalsa Mechanic Charger (SMC), Handphone, Dinamo, Adaptor,

USB, Arus Listrik, Tegangan Listrik, Hambatan Listrik, Daya Listrik, Energi Listrik.

1

A. LATAR BELAKANG

Fakta empiris menunjukan bahwa perkembangan suatu daerah tidak

selalu ditentukan oleh kekayaan Sumber Daya Alamnya, tetapi pada kemampuan

memberdayakan masyarakat untuk membangun diri dan lingkungannya.

Mengembangkan ide ide kreatif dari masyarakat guna menciptakan produk-

produk yang memiliki nilai entrerpreneur dan orisinalitas tentu menjadi bagian

yang menarik untuk meningkatkan perekonomian masyarakat. Tuntutan kepada

pemerintah adalah bagaimana memberi ruang yang seluas luasnya pada

masyarakat untuk menciptakan ide-ide kreatif yang mampu menumbuhkan

kemandirian masyarakat secara ekonomi serta memfasilitasi untuk

pengembangannya1.

Oleh karenanya, SMP Al-Islam 1 Surakarta ikut berpartisipasi untuk

berkreasi dan berinovasi dalam lomba KRENOVA 2013, dengan menciptakan

suatu alat yang belum pernah ada sebelumnya. Sebuah karya kreatif dan inovatif

lagi orisinil yang telah dilahirkan SMP “Al-Islam” adalah Spalsa Mechanic Charger

(SMC).

Dilatar belakangi kenyataan bahwa teknologi informasi dan komunikasi

telah menjadi bagian yang tidak dapat dipisahkan dalam kehidupan manusia di

abad modern ini. Khususnya listrik, merupakan keperluan yang sangat vital

dalam era industri2. Diantara contoh yang lekat dalam kehidupan sehari-hari

adalah keberadaan Telepon Genggam HP (Handphone), Kamera Digital (Digital

Camera), Komputer Jinjing (Laptop), Tablet, Ipad dan sejenisnya.

Handphone merupakan salah satu teknologi informasi dan komunikasi

dengan fungsi utama berbicara jarak jauh (Calling) dan mengirimkan SMS (Short

Message Service). Sumber energi alat ini adalah konversi energi dari energi kimia

menjadi energi listrik. Energi listrik dapat dikonversi lagi menjadi energi cahaya

dan bunyi. Selama ini yang menjadi salah satu persoalan besar HP adalah

keterbatasan energi listrik dalam baterai (battery). Dalam keadaan tertentu,

seperti saat perjalanan jarak jauh dengan sepeda motor, bis dan truk maupun

1 Bappeda Kota Surakarta. 2013. Brosur Lomba Kreativitas & Inovasi Krenova. Lihat: www.bappeda.surakarta.go.id/content/lomba-krenova2 Lihat: Sukis Wariyono.2008. Mari Belajar Ilmu Alam Sekitar kelas IX SMP, hlm. 207.

2

saat kemah di pegunungan3 yang jauh dari sumber listrik PLN, keberadaan

sumber energi alternatif adalah mutlak diperlukan.

Pada saat kemah, koordinasi dan problem-solving panitia di lapangan

untuk mendesain acara kegiatan mutlak dibutuhkan, meskipun jarak jauh dengan

HP. Padahal sering dijumpai banyak HP peserta tidak aktif karena banyak

dijumpai battery HP peserta telah habis. Untuk mengisi ulang (charger) battery

HP harus berjalan jauh menuju perkampungan untuk mendapatkan sumber

listrik rumah (stop contact). Persoalan lain muncul, bahwa untuk mengisi ulang

harus ditunggu dalam waktu yang lama. Sementara banyak peserta yang ingin

mengisi ulang HP mereka, sedangkan jumlah stop contact terbatas. Maka

tercetuslah ide orisinil, kreatif dan inovatif untuk menciptakan charger HP yang

bersifat portable (mudah dibawa). Suatu charger yang dihasilkan dari konversi

energi gerak mesin sederhana (simple mechine) menjadi energi listrik. Untuk

merealisasikan ide kreatif dan inovatif tersebut, maka diproduksilah charger HP

Portable untuk pertamakalinya dengan nama Spalsa Mechanic Charger (SMC).

B. MAKSUD DAN TUJUAN

Maksud dan tujuan produk SMC adalah sebagai berikut:

1. Membuat prototype SMC yang secara fungsi dasar dapat berjalan normal.

2. Melakukan reseach and development (R & D) di Solo Technopark hingga

memenuhi kualifikasi layak jual.

3. Mengupayakan hak paten dari Kementerian Hak Kekayaan Intelektual

(HAKI).

4. Memproduksi SMC secara masal untuk meningkatkan finansial dan

membuka lapangan kerja masyarakat kota Surakarta.

C. Manfaat percobaan

Charger HP Portable ini dapat digunakan masyarakat karena memiliki

manfaat sebagai berikut:

3 Setiap tahun SMP Al-Islam menyelenggarakan Kemah Amal Bhakti selama 3 hari di Ngargoyoso, Karanganyar, Jawa Tengah. Berdasarkan pengalaman, betapa butuhnya peserta kemah terhadap Charger Portable dalam keadaan darurat (emergency) di tengah sawah, ladang dan hutan.

3

1. Dapat digunakan untuk charger HP dengan spesifikasi battery

rechargeable Li-Ion tegangan 3, 7 volt, arus listrik 1.000 mA, muatan

listrik sebesar 1.000 mAH.

2. Dapat digunakan oleh masyarkat luas untuk charger HP saat dalam

keadaan darurat, yaitu tidak ada sumber arus listrik PLN.

3. Dapat menjadi bahan diklat praktek sains fisika jenjang SD, SMP dan SMA

di Surakarta dalam intrakurikuler atau ekstrakurikuler sehingga belajar

tidak hanya teori saja, akan tetapi yang sangat penting sekali adalah

praktek membuat alat.

4. Dapat menambah khasanah keilmuan dalam bidang pendidikan sekaligus

pengembangan bidang sains teknologi konversi energi.

5. Dapat menjadikan kota Solo sebagai pionir kota kelahiran teknologi

charger portable khususnya dan Indonesia pada umumnya, sebagaimana

mobil Esemka.

D. DASAR TEORI

Oleh karena tim inti SMC merupakan pelajar Sekolah Menengah

Pertama (SMP), maka dasar teori Fisika yang diberikan menyesuaikan

pengetahuan, sikap dan keterampilan dengan ditambah sebagian materi Fisika

Sekolah Menengah Atas (SMA) sebagai pengayaan. Dasar teori Fisika yang

dijadikan acuan produksi SMC ini berdasakan kurikulum KTSP 2006 yang

mencakup Gerak ( kelas VII semester genap), Gaya, Energi dan Usaha (VIII

semester gasal), Getaran (kelas VIII semester genap) serta listrik dan magnet

(kelas IX semester gasal dan genap).

Gerak adalah perubahan posisi terhadap kerangka acuan tertentu4.

Perpindahan adalah panjang garis antara posisi awal dan posisi akhir benda.

Kecepatan dapat dimengerti sebagai perubahan posisi terhadap waktu. Gerak

dalam Fisika secara umum dapat dikelompokkan ke dalam Gerak Lurus Beraturan

(GLB), Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)5, Gerak Melingkar Beraturan

(GMB) dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan (GMBB) (kelas 11 SMA semester

gasal)6.

4 Tentang gerak dan kerangka acuan, secara detail dapat dipelajar dalam: Teori Absolutivitas, hlm. 385 Teguh Sugiyarto, Ilmu Pengetahuan Alam Kelas VII SMP, hlm. 183.6 Bob Foster, Fisika XI SMA, hlm. 49.

4

Dalam proses produksi SMC ini, konsep gerak yang digunakan adalah

Gerak Melingkar Beraturan (GMB) dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan

(GMBB). Ketika ger bergerak rotasi, dapat ditentukan banyak besaran fisika.

Diantaranya adalah jumlah putaran, waktu, frekuensi, periode, posisi sudut,

kecepatan sudut, percepatan sudut, masa ger, inersia ger pejal dan energi gerak

rotasi.

Pada dinamo 12 volt tertulis nilai kecepatan sudut sebesar 2.400 rpm

(rotation per minutes). Artinya bahwa agar dapat menghasilkan tegangan listrik

sebesar 12 volt, dibutuhkan putaran dinamo sebanyak 2.400 kali per menit atau

setara dengan 40 putaran per detik. Dengan demikian, frekuensi minimalnya

sebesar 40 Hz dan berarti periode putarannya adalah 1/40 sekon7. Untuk

menghasilkan putaran ger kecil dinamo dengan kecepatan sudut ini tidaklah

mudah, karene membutuhkan energi gerak tangan yang besar. Oleh karena itu,

diperlukan sistem ger yang keuntungan mekaniknya mencapai 60 kali.

Hubungan kecepatan linier (v), kecepatan sudut () dan jari-jari dalam

gerak rotasi dituliskan:

V = ω . r ... (1)

Persamaan tersebut memberi pengertian bahwa V adalah kecepatan

linier (m/s), ω adalah kecepatan sudut (rad) dan r adalah jari-jari ger (m).

Kecepatan linier sebanding lurus dengan kecepatan sudut dan jari-jari. Dalam

gerak rotasi dapat dipahami bahwa terdapat sistem 2 ger 1 sumbu dan 2 sumbu.

Sistem ger yang dihubungkan pada 2 sumbu memiliki nilai kecepatan linier (v)

yang sama, sedangkan nilai kecepatan sudutnya (ω) berbeda yang berbanding

terbalik dengan jari-jarinya (r). Ini sesuai persamaan :

V1 = V2 ... (2)

ω1 . r1 = ω2 . r2

Dengan demikian, untuk mendapatkan kecepatan sudut yang besar pada

ger kecil dinamo 40 rps (rotation per second) cukup dengan menggerakkan ger

besar berkecepatan sudut kecil. Caranya adalah merekayasa nilai jari-jarinya,

7 Tentang pengertian frekuensi dan periode dapat dipelajari pada Bab 12 Getaran. Lihat: Saiful Karim, Belajar IPA, hlm. 237

5

Foto Adaptor AC 12 V ke DC 5 V.

yaitu dengan memperbesar jari-jari ger besar dan membiarkan jari-jari ger kecil.

Dalam produksi SMC ini, diketahui kecepatan sudut ger kecil 2.400 rpm (ω 1), jari-

jarinya 0,15 cm dan jari-jari ger besar (r2) sebesar 9 cm. Dengan memasukkan

angka ini ke dalam persamaan (2) dapat diketahui kecepatan sudut ger besar,

yaitu 2.400 rpm/6 yang bernilai 400 rpm. Jika dibuat dalam 1 sekon, cukup

menggerakannya dengan 6, 7 kali putaran.

Dinamo merupakan sebuah alat yang digunakan untuk konversi energi

gerak menjadi energi listrik8. Komponen utama dinamo adalah lilitan kawat

berupa kumparan dan magnet. Bagian yang bergerak disebut rotor, sedangkan

yang diam disebut stator. Konsep kerja dinamo berdasarkan penemuan Lorentz

dan Michael Faraday (1821)9. Gaya Lorentz menjelaskan bahwa kawat berarus

listrik (I) yang berada di dalam medan magnet (B) akan dikenai gaya Lorentz

sehingga bergerak. Hal sebaliknya ternyata dapat terjadi, yaitu gerak kumparan

dalam magnet dapat menghasilkan arus induksisebagaimana penemuan Faraday.

Arus induksi ini besarnya berbanding lurus dengan Gaya Gerak Listrik (GGL)

Induksi. Sedangkan GGL Induksi besarnya berbanding lurus dengan jumlah lilitan

kawat, fluk magnet yang menembus bidang permukaan dan berbanding terbalik

dengan waktu. Artinya, semakin cepat kumparan dinamo, semakin besar pula

tegangan dan arus listrik yang dihasilkan. Dalam produksi SMC ini, nilai tegangan

dan arus listrik mencapai lebih dari 12 volt dan 1.000 mA.

Arus listrik yang dihasilkan dinamo

adalah arus bolak balik atau Alternating

Current (AC). Agar dapat digunakan untuk

pengisian ulang battery HP, arus AC harus

diubah menjadi arus searah atau Direct

Current (DC). Alat yang digunakan untuk

mengubah arus AC menjadi DC ini disebut

adaptor. Di dalam Adaptor terdapat komponen elektronika utama yang berfungsi

menyearahkan arus yang disebut dioda. Selain itu, di dalam adaptor ini juga

terdapat trafo (transformator) jenis step down yang berfungsi menurunkan

8 Konversi Energi dapat dipelajar pada bentuk energi dan perubahannya. Lihat: Saiful Karim, Belajar IPA, hlm. 184 & 149. Lihat juga secara spesifik tentang dinamo, Sukis Wariyono. Mari Belajar Ilmu Alam Sekitar kelas IX SMP, hlm. 214.9 Ibid, Sukis Wariyono, hlm, 209.

6

tegangan dari 12 Volt menjadi 5 Volt. Dengan output tegangan 5 volt, dapat

mensuplai tegangan HP yang umumnya sebesar 3,7 Volt.

E. ALAT DAN BAHAN

1. Lakban 1 buah

2. Gunting 1 buah

3. Solder + tenol 1 buah

4. Mur + baut 4 buah

5. Taspen multifungsi Drei 1 buah

6. Lem alteco 1 buah

7. Sistem ger 4 sistem

8. Dinamo 12 volt 2.400 rpm 1 buah

9. Kabel merah (+) & hitam (-) 1 buah

10. Adaptor AC 12 volt ke DC 5 volt 1 buah

11. USB Charger Handphone universal 1 buah

12. Handphone 1 buah

13. Papan Casing kayu 1 buah

Foto Spalsa Mechanic Charger yang telah diproduksi

F. PROSES PRODUKSI

7

Produksi SMC ini dilakukan oleh tim SMC dengan struktur sebagai

berikut: Rachmad Abdullah, S.Si. M.Pd. (Pembimbing), Faisal Ary Justiawan

(Ketua Tim), Yahya Abdullah Azzam (Anggota), Irvan (Anggota). Selain itu dibantu

oleh Rizky Andrian, Abid dan Guntur.

Proses produksi SMC ini ditunjukkan pada tabel berikut:

Hari/Tanggal/Waktu Kegiatan

Senin, 9 September

2013

Pukul : 15.30-21.00

WIB

1. Penetapan rancangan konsep.

2. Penentuan dan belanja alat dan bahan.

3. Mulai awal mencoba-coba mengerjakan (Try and

Error).

Selasa, 10

September 2013

Pukul : 15.30-21.00

1. Pemasangan ger kecil pada dinamo.

2. Solder penghubung dinamo dengan kabel.

3. Solder kabel dengan adaptor AC 12 volt ke DC 5 volt.

4. Uji rotasi ger kecil dinamo dengan gesekan ban

sepeda.

5. Listrik telah dihasilkan dengan indikator lampu LED

1,5 volt pada adaptor berhasil menyala biru.

6. USB charger universal dihubungkan pada adaptor

dan HP sebagai uji coba pertama mendapatkan arus

1.000 mAH.

7. Rotasi ban ditingkatkan untuk mendapatkan 40

putaran per detik pada ger kecil dinamo.

8. Listrik dengan tegangan 12 volt telah berhasil untuk

pengisian ulang (charger) HP dengan bukti muncul

tulisan pengisian aktif dan indikatornya pada screen

HP.

Rabu, 11 September

2013

Pukul : 15.30-21.00

WIB

1. Desain ger dibuat sedemikian rupa untuk

mendapatkan sebuah sistem ger yang efektif dan

efisien.

2. Dibuatkan papan dari kayu sebagai wadah (casing)

tempat sistem ger, dinamo, adaptor dan USB.

3. Dengan menggunakan gergaji, lem alteco,

pemasangan mur dan baut sebagai as sumbu putaran

8

ger, maka jadilah casing.

4. Ger besar berdiameter sekitar 18 cm dihubungkan

dalam sebuah sistem ger hingga sampai ke ger kecil

dinamo berdiameter 0,3 cm. Keuntungan

mekaniknya adalah 60 kali.

5. Sistem 4 ger, dinamo, adaptor, USB charger universal,

HP dipasang pada casing menjadi sebuah produk

yang telah siap untuk melakukan konversi energi

mekanik, listrik, kimia dan listrik lagi sehingga

berhasil sebagaimana fungsi utamanya: charger HP

mekanik yang bersifat portable.

G. CARA KERJA SMC

1. Hubungkan HP pada konektor USB universal.

2. Gerakan tangan (mekanik) secara konstan untuk memutar sistem ger

hingga menyebabkan dinamo berputar sampai menghasilkan kecepatan

sudut 2.400 rpm.

3. Tegangan input AC 12 Volt dinamo dirubah dengan adaptor menjadi DC 5

volt sehingga menyalakan lampu indikator.

4. Battery HP terisi dengan munculnya tulisan pengisian aktif dan

berjalannya indikator yang tampak pada screen HP.

H. KESIMPULAN

1. Charger Handphone Portable dapat digunakan untuk mengisi arus listrik ke

dalam battery bertegangan HP 3,7 Volt, arus listrik 1.000 mAH berdaya 3,7

Watt berenergi 3,7 Wh.

2. Penggunaan alat ini terutama saat darurat (emergency).

I. REFERENSI

9

1. Kanginan, Marthen. Fisika Jilid 1 A kelas X SMA. Erlangga: Jakarta

2. Foster, Bob. 2009 . Fisika SMA kelas XI. Erlangga: Jakarta

3. Cari.2007. Aktif Belajar Fisika kelas XII SMA. Pusat Perbukuan Departemen

Pendidikan Nasional: Jakarta

4. Karim, Saiful, dkk. 2008. Belajar IPA: Membuka Cakrawala Alam Sekitar

Kelas VIII SMP. Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional: Jakarta

5. Abdullah, Rahmat. 2011. Teori Absolutivitas : Matahari Mengelilingi Bumi.

Pustaka Arafah : Solo

6. Sugiyarto, Teguh, dkk. 2008. Ilmu Pengetahuan Alam kelas VII SMP. Pusat

Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional: Jakarta

7. Wariyono, Sukis, dkk. 2008. Mari Belajar Ilmu Alam Sekitar kelas IX SMP.

Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional: Jakarta

8. Bappeda Surakarta. Brosur Lomba Kreativitas dan Inovasi (Krenova) 2013.

www. bappeda.surakarta.go.id/content/lomba-krenova.

RENCANA ESTIMASI DANA KRENOVA 2013

A. VAKASI PANITIA

10

1. Kepala Sekolah : Rp. 400.000,-2. Waka Kesiswaan : Rp. 450.000,-3. Staf 1 Waka Kesiswaan (Lomba) : Rp. 300.000,-4. Staf 2 Waka Kesiswaan : Rp. 250.000,-

Sub Total : Rp. 1.400.000,-B. SEKRETARIAT

1. Proposal : Rp. 10.000,-2. Foto Copy Proposal (Back Up Koperasi Nirbitan) : Rp. 03. LPJ Kegiatan (Untuk tim & Arsip rangkap 5) : Rp. 50.000,-

Sub Total : Rp. 60.000,-C. ALAT :Gergaji, Lakban, Gunting, Bor Listrik , Taspen multifungsi Drei, Solder +

Tenol (Sisa Kreasso)D. BAHAN

1. Dinamo 12 Volt : Rp. 10.000,-2. Kabel : Rp. 10.000,-3. Charger USB Universal : Rp. 50.000,-4. Hand Phone Trial : Rp. 150.000,-5. Sistem Ger : Rp. 100.000,-1. Casing : Rp. 100.000,-2. Mur & Baut : Rp. 45.000,-3. Lem Alteco Rp. 3.500,- x 10 : Rp. 35.000,-4. Cadangan : Rp. 270.000,-

Sub Total : Rp. 770.000,-E. DISPLAY

1. X-Banner 1 : Rp. 150.000,-2. X Banner 2 : Rp. 150.000,-

Sub Total : Rp. 300.000,-F. KONSUMSI

1. Konsumsi Praktek Sabtu (12 Okt’13)@ Rp. 10.000 x 4 : Rp. 40.000,-2. Konsumsi Praktek Ahad (13 Okt’13) @ Rp. 10.000 x 4 : Rp. 40.000,-3. Konsumsi Praktek Senin (14 Okt’13) @ Rp. 10.000 x 4 : Rp. 40.000,-4. Konsumsi hari H (16-18 Okt’13) @ Rp. 10.000 x 4 x 3 : Rp.120.000,-

Sub Total : Rp.240.000,-G. TRANSPORTASI

1. Taksi Rabu PP @Rp. 100.000,- x 2 : Rp. 200.000,-2. Taksi Kamis @Rp. 100.000,- x 2 : Rp. 200.000,-3. Taksi Jum’at @Rp. 100.000,- x 2 : Rp. 200.000,-

Sub Total : Rp.600.000,-H. PEMBIMBING

1. Ide Kreativitas : Rp. 100.000,-4. Kegiatan Seleksi (Sabtu, 21 Oktober’13) : Rp. 50.000,-5. Bimbingan Teori 60 menit (Sabtu, 8 Oktober’13) : Rp. 30.000,-6. Bimbingan Produksi SMC di Lab. IPA

4.1. Sabtu (12 Okt’13: 10.00-12.00 / 2 jam): Rp. 60.000,-

4.2. Ahad (13 Okt’13: 13.00-15.00 / 2 jam): Rp. 60.000,-

4.3. Senin (14 Oktober’13: 07.30-14.30 / 7 jam): Rp. 200.000,-

7. Pendampingan Lomba 3 hari : Rp. 150.000,-8. Transport Bensin 5 liter (Beli Bahan dll) : Rp. 30.000,-

Sub Total : Rp.630.000,-TOTAL :

11

Rp. 1.400.000 + Rp. 60.000 + Rp. 770.000 + Rp. 300.000 + Rp.240.000+ Rp.600.000 + Rp.630.000 = Rp. 4.000.000,-

12