perencanaan motor listrik bis listrik terpandu (trolley bus

Perencanaan Motor Listrik Bis Listrik Terpandu (Trolley Bus)

Benni Mustafa, Rudy Setiabudy

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI Depok, 16424 Indonesia

Email : [email protected]

Abstrak

Studi ini membahas tentang perencanaan motor listrik yang layak digunakan pada Bis Listrik Terpandu. Pembahasan mencakup pemilihan jenis motor yang digunakan, besar torsi, rpm, daya serta tegangan yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah Bis Listrik Terpandu. Penentuan aspek-aspek tersebut disesuaikan dengan kriteria massa Bis yang digunakan 16 ton, massa penumpang maksimum 5,78 ton dan kecepatan maksimum adalah 50 km/jam. Dari perencanaan tersebut, didapat jenis motor listrik yang terbaik untuk Bis Listrik Terpandu adalah motor Brushless DC yang dapat menghasilkan torsi 1152,6 Nm dengan Daya 160 kW setara dengan 214,5 HP. Sehingga energi listrik yang digunakan Bis Listrik Terpandu lebih kecil dibanding energi dari BBG yang digunakan Transjakarta.

Kata kunci: bis listrik terpandu, daya, energi, motor listrik, spesifikasi motor listrik, torsi, trolley bus

Electric Motor Planning for Trolley Bus

Abstract

The focus of study is about the planning of the electric power distribution network fit for Trolley Bus system. The discussion includes the selection of the type of motor is used, the value of torque, the rpm, the power and voltage required to move a Trolley Bus. Determining these aspects adapted to mass of the Bus criteria used is 16 tons, 5.78 tons passenger mass, and maximum speeds 50 km / h. From these plans, obtained the best type of electric motor for the Trolley Bus is Brushless DC motors which can produce 1152,6 Nm of torque with Power 160 kW equivalent to 214,5 HP. So that the electrical energy used Trolley Bus smaller than the energy of the BBG used Transjakarta.

Keyword: electric motors, electric motor specifications, energy, power, torque, trolley bus

Pendahuluan

Kebutuhan akan mobilitas yang semakin tinggi seiring perkembangan zaman menjadikan

transportasi sebagai kebutuhan utama yang memudahkan manusia dalam beraktivitas.

Fasilitas transportasi publik yang kurang memadai di Indonesia mengakibatkan berkembang

pesatnya jumlah kendaraan bermotor pribadi setiap tahunnya, terutama sepeda motor.

Transportasi adalah salah satu sektor yang merupakan konsumen utama energi di

Indonesia dan konsumen terbesar jenis energi yang berasal dari minyak bumi. Seperti

diketahui, minyak bumi merupakan energi yang ketersediaannya terbatas dan tidak dapat

diperbaharui. Kebutuhan minyak bumi yang semakin lama semakin meningkat tidak

Perencanaan motor ..., Benni Mustafa, FT UI, 2016

seimbang dengan ketersediaannya yang semakin menipis. Oleh karena itu, perlu dilakukan

suatu langkah guna mengurangi konsumsi minyak bumi terutama khususnya pada sektor

transportasi.

Peningkatan kualitas transportasi umum merupakan salah satu langkah yang dapat

dilakukan guna mendukung perubahan moda transportasi dari penggunaan kendaraan pribadi

menjadi angkutan umum massal. Dengan demikian, konsumsi minyak bumi di bidang

transportasi dapat dikurangi. Jakarta sebagai ibukota Indonesia dan pusat pemerintahan yang

memiliki mobilitas yang cukup tinggi telah menerapkan transportasi umum yang sudah

beroperasi cukup efektif, yaitu TransJakarta yang telah beroperasi sejak tahun 2004. Tujuan

pengadaan bis TransJakarta ini salah satunya untuk mengurangi tingkat emisi CO2.

Meskipun demikian, TransJakarta yang menggunakan bahan bakar gas (bbg) tetap saja

masih mengemisikan CO2 dalam jumlah yang tidak sedikit. Sebagai solusinya, penyediaan

Bis Listrik Terpandu (Trolley Bus)yang menggunakan mesin hybrid listrik-bbg dapat

mengatasi permasalahan tersebut karena berpotensi mengurangi emisi serta dapat mengurangi

konsumsi energi di kota Jakarta.

Bis Listrik Terpandu memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan bis

berpenggerak dengan bahan bakar yang telah ada. Bis Listrik Terpandu tidak menghasilkan

emisi langsung, emisi hanya terjadi pada pusat pembangkit listrik. Efisiensi energi yang lebih

baik dibanding bis yang dipakai sebagai transportasi umum, karena saat Bis Listrik Terpandu

diam tidak ada energi yang dikonsumsi. Masalah yang timbul ketika suplai listrik

terganggu,tetap dapat diatasi dengan mesin hybrid listrik-bbg yang digunakan, sehingga

ketika kehilangan sumber listrik Bis Listrik Terpandu tetap dapat beroperasi menggunakan

mesin bakar bbg.

Selain itu, jalur operasi pun telah tersedia, yaitu jalur Bis TransJakarta yang dapat

digunakan juga sebagai jalur khusus untuk Bis Listrik Terpandu. Dan untuk mendapatkan Bis

Listrik Terpandu yang sesuai dengan kebutuhan penduduk Jakarta yang begitu padat, maka

perlu dilakukan perhitungan dan pertimbangan untuk memilih motor listrik yang tepat untuk

digunakan pada Bis Listrik Terpandu.

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang motor listrik untuk Bis Listrik Terpandu

(Trolley Bus) dengan spesifikasi bis yang sama dengan Bis Transjakarta.

Masalah yang akan menjadi pembahasan difokuskan dan dibatasi sebagai berikut:

a. Kriteria yang digunakan adalah saat kecepatan maksimum 50km/jam.

b. Hambatan dari angin diabaikan.


c. Objek yang digunakan sebagai perbandingan adalah Transjakarta yang beroperasi

pada koridor Kp.Rambutan – Kp.Melayu.

d. Tidak membahas dari segi ekonomis.

Motor Listrik

Motor listrik adalah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik

dengan prinsip elektromagnetik [1]. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah

tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan sekarang sudah digunakan untuk

kendaraan seperti mobil listrik dan bis listrik maupun Bis Listrik Terpandu.

Prinsip elektromagnetik berarti bagian utama motor yaitu stator (yang diam) dan rotor

(yang berputar) tidak terhubung secara elektrik melainkan terhubung secara magnetik. Medan

magnet pada motor bisa berasal dari magnet permanen, ataupun berasal dari arus yang

mengalir pada kumparan.

Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud

dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan

kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok: [1]

1. Beban torsi konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi

dengan kecepatan operasinya, namun torsinya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi

konstan adalah konveyor, rotary kilns.

2. Beban dengan torsi berubah-ubah, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan

kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan

(torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

3. Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan

berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah

peralatan-peralatan mesin.

Secara garis besar, motor listrik dibedakan dari sumber listrik yang digunakan yaitu motor DC (arus searah) dan motor AC (arus bolak-balik), seperti pada gambar dibawah ini.[3]

Gambar 1. Jenis-jenis motor listrik Perencanaan motor ..., Benni Mustafa, FT UI, 2016

1) Motor Arus Searah (Motor DC)

Motor Arus Searah adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik arus

searah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator

(bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang

berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet,

maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah

putaran. [3]

Ada tiga komponen utama dalam sebuah motor DC, yang pertama adalah

Medan Magnet. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet

akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC sederhana memiliki dua

kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis energi magnetik membesar

melintasi celah diantara kutub kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih

besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.

Yang kedua adalah Kumparan Jangkar (rotor). Bila arus masuk menuju

kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Untuk motor DC

yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub

medan magnet, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini

terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan pada rotor.

Komponen ketiga adalah Komutator. Komponen ini ditemukan dalam motor

DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam rotor. Komutator

juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan jangkar dan sumber listrik.

2) Motor Arus Bolak-balik (Motor AC)

Motor listrik jenis ini menggunakan arus listrik yang membalikkan

arahnya dengan teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik arus bolak-balik

mempunyai dua buah bagian dasar listrik, yaitu stator dan rotor. Stator adalah

komponen listrik statis yang tidak bergerak, sedangkan rator adalah komponen listrik

berputar untuk berputar.[3]

Ada 2 buah jenis Motor AC, yaitu motor sinkron dan motor induksi. Tetapi

yang paling banyak digunakan pada kehidupan sehari-hari maupun pada industri

adalah motor induksi. Dimana bagian utama pada motor induksi adalah Stator, Rotor

dan Bantalan.

Stator. Stator merupakan bagian motor yang diam (tidak berputar), pada motor

induksi stator terdiri dari kumparan, inti besi dan parit (slot). Kumparan pada stator


akan dicatu sumber listrik AC sehingga arus akan mengalir pada kumparan dan

menimbulkan medan magnet pada stator yang akan menginduksi rotor.

Rotor. Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari

kumparan stator yang diinduksikan kepada rotor. Motor induksi menggunakan dua

jenis rotor, yaitu rotor sangkar tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang

dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan

pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek. Dan yang kedua

adalah rotor belitan yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi.

Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian

dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada

batang as dengan sikat yang menempel padanya.

Bantalan yang merupakan bagian dengan fungsi untuk memperlancar gerak

putar poros, mengurangi gesekan, dan sebagai penstabil poros terhadap gaya

horizontal dan gaya vertikal poros motor.

3) Motor Tanpa Sikat Arang (Brushless DC) / BLDC

Brushless DC Motor (Motor BLDC) sesuai namanya adalah motor tanpa sikat

arang (brush), slip rings, ataupun komutator mekanikal seperti yang digunakan dalam

motor DC yang konvensional atau mesin sinkronus AC untuk dihubungkan pada

lilitan rotor [5].

Motor BLDC merupakan motor sinkron yang menggunakan sumber listrik DC

yang terintegrasi dengan inverter power supply. Motor BLDC dapat dikatakan

sebagai bentuk terbalik dari Motor DC biasa, dimana magnet permanen terpasang

pada rotor, dan kumparannya terdapat pada stator, pada kumparan tersebut diberikan

arus 3 fasa. Walaupun menggunakan arus 3 fasa, sumber arus motor BLDC berasal

dari 1 sumber DC yang diubah menjadi tegangan AC dengan menggunakan inverter 3

fasa [6]. Bagian utama pada motor BLDC ada tiga, yaitu:

Stator. Stator dari motor BLDC terdiri dari laminasi baja ditumpuk dengan

lilitan disimpan dalam slot yang secara aksial dipotong sepanjang keliling bagian

dalam. Kebanyakan motor BLDC memiliki tiga gulungan stator terhubung dalam

rangkaian bintang. Masing-masing gulungan tersebut dirakit dengan berbagai

kumparan menjadi saling berhubungan dan disimpan dalam slot sehingga saling

membentuk sebuah belitan. Masing-masing lilitan didistribusikan ke keliling stator

untuk membentuk kutub dengan jumlah yang genap.


Rotor. Sebuah rotor terdiri dari poros dan hub dengan magnet permanen diatur

untuk membentuk sekitar 2-8 kutub berpasangan yang bergantian antara kutub Utara

(U) dan Selatan (S). Ada beberapa bahan magnet, seperti campuran besi dan campuran

batuan bumi. Magnet campuran batuan bumi menjadi semakin populer karena

kepadatan magnet yang tinggi. Kepadatan tinggi membantu untuk mengecilkan rotor

dengan tetap menjaga torsi relatif tinggi.

Sensor Hall. Pada motor Brushed DC terdapat bagian yang disebut komutator

dimana berfungsi untuk mengatur atau membolak-balikkan arah arus. Sedangkan pada

motor BLDC tidak memiliki komutator, tetapi fungsi komutator digantikan oleh

Sensor Hall yang dimana Sensor Hall akan menerima sinyal dari rotor lalu akan

mengembalikan sinyal dan mengisyaratkan kumparan stator mana yang akan dialiri

arus sehingga menjadi kutub Utara dan Selatan.

Bis Listrik Terpandu (Trolley Bus)

Bis Listrik Terpandu adalah Bis yang menggunakan energi listrik untuk menggerakkan

motornya. Energi listrik tersebut didapat dari listrik aliran atas (overhead line) seperti halnya

pada kereta rel listrik. Biasanya Bis Listrik Terpandu yang digunakan bermesin hybrid, listrik

dan diesel. Hal ini bertujuan agar Bis Listrik Terpandu masih dapat beroperasi ketika

kehilangan sumber listrik dan untuk melewati jalan yang tidak terpasang listrik aliran atas [7].

Kebanyakan Bis Listrik Terpandu di berbagai negara menggunakan tegangan DC 600 hingga

750 Volt.

Pada studi ini, Bis Listrik Terpandu yang digunakan adalah bis tunggal yang

spesifikasinya diasumsikan sama dengan Bis Transjakarta yang menggunakan bahan bakar

gas CNG dengan spesifikasi sebagai berikut:

• Massa Bis tunggal (m1) = 16ton = 16.000 kg

• Kapasitas penumpang = 85 orang (32 duduk dan 53 berdiri)

• Berat penumpang maks (m2) = 68kg x 85orang = 5.780kg

(Dengan asumsi massa 1 orang sama pada Lift

pengangkut manusia yaitu 680kg untuk 10

orang)

• Kecepatan maks (v) = 50 km/jam = 13,89 m/s [9]


• Jari-jari ban (r) = 45 cm = 0,45m

• Koefisien Roda Berputar (Crr) = 0,012

(Kondisi jalan dengan aspal yang baik)

Untuk menentukan spesifikasi motor listrik yang digunakan pada Bis Listrik Terpandu,

diperlukan nilai torsi yang tepat untuk menggerakkan Bis Listrik Terpandu, nilai torsi tersebut

dapat diperoleh dari persamaan berikut:

F = m g Crr

Dengan:

F = Gaya gesek saat bis bergerak (Newton)

m = Massa Bis ditambah Massa Penumpang (kg)

g = Gravitasi bumi = 9,8 m/s2

Crr = Koefisien tahanan putaran roda

Maka,

F = m g Crr

F = (21780 kg) (9,8 m/s2) (0,012)

F = 2561,33 Newton

Sehingga diperoleh Torsi pada ban:

τ = F x r τ = 2561,33 N (0,45m) τ = 1152,6 Nm

Jadi, untuk menjalankan Bis Listrik Terpandu (bis tunggal) dengan jumlah penumpang

yang maksimum dengan kecepatan konstan 50 km/jam, dibutuhkan motor listrik yang dapat

menghasilkan torsi 1152,6 Nm.

Pemilihan Jenis Motor

Dengan kebutuhan torsi yang sama yaitu 1152,6 Nm, maka dipilih motor mana yang

lebih baik digunakan pada Bis Listrik Terpandu. Motor DC tanpa sikat arang / Brushless DC

(BLDC) atau Motor Induksi AC.

1) Motor AC Vascat – 252kW x 1580 RPM – sumber tegangan 400 VAC. Dengan

spesifikasi sebagai berikut:

• Massa = 760 kg


• Dimensi = 1289mm (p) x 430mm (l) x 807mm (t)

• Volume = 0,45 m3

• RPM Maks. = 3500 rpm

Gambar 2. Diagram Torsi vs RPM Motor Induksi AC-Vascat [12]

Dengan kebutuhan Torsi 1152,6 Nm, dapat dilihat pada karakteristik Torsi, RPM, dan

Daya motor Induksi pada Gambar 2 dan Gambar 3 dimana untuk menghasilkan Torsi 1152,6

Nm, motor Induksi AC-Vascat berputar 1995 RPM dan membutuhkan Daya 252 kW.

Gambar 3. Diagram Daya vs RPM Motor Induksi AC-Vascat [12]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Tors

i (N

m)

Putaran (rpm)

Diagram Torsi Motor Induksi AC

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Day

a (k

W)

Putaran (rpm)

Diagram Daya Motor Induksi AC


2) Motor Brushless DC PEM-Motor 1DB2016 – WS54 – 160 KW dengan sumber

tegangan 650 VDC. Dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Massa = 350kg

• Dimensi = 510mm (p) x 510mm (l) x 500mm (t)

• Volume = 0,13 m3

• RPM Maks. = 3500 rpm

Gambar 4. Kurva Torsi & Daya vs RPM Motor BLDC 1DB2016 – WS54 [13]

Dengan memasukkan nilai Torsi yang dinginkan ke dalam karakteristik Motor BLDC

diperoleh nilai RPM dan Daya yang dibutuhkan. Dimana dengan nilai Torsi 1152,6 Nm motor

BLDC 1DB2016 – WS54 berputar 1420 RPM dan membutuhkan Daya yang cukup kecil

yaitu 160 kW.

Pemilihan Jenis Motor

Setelah diperoleh nilai torsi yang dibutuhkan untuk menjalankan Bis Listrik Terpandu

yaitu 2876 Nm, maka dicari rpm pada motor BLDC dan motor Induksi untuk dapat

menghasilkan torsi tersebut. Dimana kedua motor dapat bekerja pada torsi yang lebih tinggi

dari yang dibutuhkan, tetapi karena kebutuhan torsi hanya 1152,6 Nm saja, maka rpm yang

diambil adalah rpm pada titik torsi tersebut. Dari grafik torsi kedua motor, diperoleh rpm


untuk motor Induksi AC 1995 RPM sedangkan motor Brushless DC 1420 RPM yang terlihat

pada gambar 5


Gambar 5. Grafik Torsi vs RPM kedua motor

Pada gambar 6 dapat dilihat perbandingan Daya masing-masing motor terhadap nilai

RPM yang telah didapat dari grafik sebelumnya. Dimana untuk Torsi yang sama, Motor

Induksi AC memerlukan RPM yang lebih tinggi dibandingkan motor BLDC dan dilihat dari

karakteristik masing masing motor, motor Induksi AC membutuhkan Daya maksimum yaitu

252 KW untuk 1995 RPM sedangkan motor Brushless DC membutuhkan Daya 160 KW

untuk 1420 RPM.

Motor Induksi AC harus berputar dengan 1995 RPM dan membutuhkan Daya rating motor

yaitu 252 kW atau setara dengan 337,8 HP. Hal tersebut sesuai dengan area kerja motor

Induksi AC yang bekerja pada daya ratingnya yang konstan, dan saat nilai Daya turun motor

bekerja seperti generator. Sehingga saat nilai Torsi semakin rendah dengan Daya yang tetap,

maka putaran motor (RPM) akan semakin tinggi.


Sedangkan motor Brushless DC membutuhkan Daya yang lebih kecil yaitu 160 KW

setara dengan 214,5 HP. Berbeda dengan motor Induksi AC yang wilayah kerja hanya pada

daya rating konstan, motor BLDC dapat bekerja dari torsi awal yang tinggi dan menurun

seiring kenaikan rpm nya, tetapi karna kebutuhan torsi 1152,6 Nm, dimana membutuhkan

1420 RPM maka Daya yang dibutuhkan juga saat daya motor konstan yaitu 160 kW.

Selain keunggulan motor BLDC yang memiliki Daya yang lebih kecil untuk Torsi yang

sama dibanding dengan motor Induksi AC, dan dengan membandingkan fisik kedua motor

yang dimana motor Brushless DC jauh lebih ringan dan memiliki dimensi yang lebih kecil

dibandingkan motor Induksi AC, maka motor yang paling tepat digunakan untuk Bis Listrik

Terpandu adalah motor Brushless DC dengan Daya 160 kW dan 650 VDC.

Energi Bis Listrik Terpandu

Energi merupakan sesuatu yang bersifat abstrak, dimana sulit untuk dibuktikan tetapi

dapat dirasakan adanya. Energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan kerja. Dalam

Hukum Termodinamika pertama, energi itu bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan

tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversi atau diubah dari bentuk energi yang satu ke

bentuk energi yang lain [14]. Setelah diperoleh besarnya Energi listrik untuk menggerakkan

Bis Listrik Terpandu dari spesifikasi yang telah disebutkan, maka energi listrik tersebut dapat

dibandingkan dengan energi bahan bakar lainnya seperti Bahan Bakar Minyak (BBM) atau

Bahan Bakar Gas (BBG). Untuk dapat membandingkannya, dilakukan konversi ke satuan

energi lain seperti pada Bahan Bakar yaitu Kilo Kalori atau dengan mengkonversi ke satuan

energi listrik yaitu kWh.

Dengan kecepatan 50km/jam yang berarti untuk bergerak sejauh 50 km Bis Listrik

Terpandu membutuhkan waktu 1 jam. Jika jarak yang ditempuh 1 km maka waktu yang

dibutuhkan hanya 72 detik, dan dengan Daya motor BLDC 226,7 kW energi yang digunakan

untuk menempuh jarak 1 km adalah:

W = P x t

W = 160 kW x 72 detik

W = 11520 kW-detik = 3,2 kWh

Jadi, Energi yang dibutuhkan untuk menjalankan Bis Listrik Terpandu dengan kecepatan

50 km/jam adalah 3,2 kWh/km

Gambar 6. Grafik Daya vs RPM kedua motor


Bahan Bakar Gas (BBG) sudah banyak digunakan di Indonesia dan beredar di pasaran,

baik untuk kebutuhan Industri maupun rumah tangga. Dimana ada 3 jenis BBG yang beredar

di Indonesia, yaitu LNG (Liquefied Natural Gas), LPG (Liquefied Petrolium Gas) dan CNG

(Compressed Natural Gas).

Di Indonesia, tepatnya di Jakarta saat ini menggunakan Bis TransJakarta dengan Bahan

Bakar Gas (BBG) jenis Compressed Natural Gas (CNG) dengan tekanan 200 bar.

CNG adalah tipe gas alam yang disimpan masih dalam bentuk gas, tetapi dikompres

dengan tekanan 200-250 bar. Kelebihannya adalah: biaya produksi yang lebih murah dan

investasi infrastruktur yang lebih murah dibandingkan dengan LNG. Secara keamanan, CNG

juga lebih aman dibanding LPG. Kekurangannya adalah: kepadatan energi cukup rendah

dibandingkan dengan LNG, sehingga untuk pemakaian industri besar, harus dilakukan lebih

sering.

Penelitian ini difokuskan pada Bis TransJakarta yang beroperasi pada koridor 7

(Kampung Rambutan – Kampung Melayu) yang jarak 1 rit nya 25,6 km. Dalam 1 hari Bis

TransJakarta melakukan perjalanan sejauh 8 rit atau 204,8 km dengan melakukan 2 kali

pengisian bahan bakar yang setiap pengisiannya sebanyak 150 LSP (Liter Setara Premium)

BBG.

Dengan membandingkan nilai kalori nya dengan bahan bakar Solar, dimana nilai kalori

keduanya adalah:

Premium : 9270 Kkal /liter

Solar : 9063 Kkal /liter

Bis Transjakarta membutuhkan BBG sebanyak 300 LSP untuk jarak 204,8 km yang jika

menggunakan bahan bakar Solar setara dengan:

BBG = 300 LSP

BBG = 300 liter x 9270 Kkal = 2.781.000 Kkal

BBG = !.!"#.!!! !"#$!"#$ !"#$/!"#$%

= 306,85 Liter Solar

Sehingga dapat dihitung penggunaan BBG untuk jarak 1km adalah 1,465 LSP /km yang

setara dengan 1,5 liter/km Solar.

Selain energi, dibandingkan pula emisi gas buang dan tingkat kebisingan Bis Listrik

Terpandu terhadap Bis jenis lain.


Tabel 1. Tabel Konversi Satuan-satuan Energi [15]

Untuk membandingkan energi listrik Bis Listrik Terpandu dengan energi BBG

Transjakarta, sesuai dengan Tabel 1 maka energi 1,5 liter solar dapat dikonversikan dengan

menjadi satuan energi listrik (kWh).

Energi 1,5 liter solar = 1,5 x 9063 Kkal

= 13594,5 Kkal

= 15,8 kWh *1 Kkal = 1,163 x 10-3 kWh

Dari energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan Bis Listrik Terpandu untuk bergerak

sejauh 1 km, dimana motor listrik Bis Listrik Terpandu membutuhkan energi 3,2 kWh

sedangkan motor bakar BBG Transjakarta membutuhkan 1,5 liter solar yang setara dengan

15.8 kWh. Sehingga dengan menggantikan Transjakarta yang menggunakan BBG ke Bis

Listrik Terpandu dengan motor listrik BLDC dapat menghemat energi sekitar 12,5 kWh per

kilometer-nya.

Aspek penting lainnya dalam perencanaan sistem transportasi dalam kota adalah analisis

dampak lingkungan, dalam hal polusi udara dan emisi kebisingan yang mempengaruhi

kualitas hidup masyarakat. Dimana polusi udara yang terbesar dihasilkan dari emisi

kendaraan dengan mesin pembakaran internal. Emisi kendaraan bermotor mengandung

berbagai senyawa kimia. Komposisi dari kandungan senyawa kimianya tergantung dari

kondisi mengemudi, jenis mesin, bahan bakar, suhu operasi dan faktor lainnya. Walaupun gas

buang kendaraan bermotor terutama terdiri dari senyawa yang tidak berbahaya seperti

nitrogen, karbon dioksida dan upa air, tetapi didalamnya terkandung juga senyawa lain

Satuan Energi Joule Killowatt-jam Kalori Btu 1 Joule 1 2,778 x10-3 0,2389 9,48 x10-4 1 Killowatt-jam 3,6 x106 1 8,6 x105 3413 1 Kalori 4,186 1,163 x 10-6 1 3,969 x10-3 1 Btu 1055 2,93 x 10-4 252 1 1 Therm 1,055 x108 29,3 2,52 x107 1 x105 1 Quad (Q) 1,055 x1018 2,93 x 1011 1,52 x107 1 x1015 1 Foot-pound (ft-lb) 1,356 3,766 x 1010-7 0,3239 1,285 x103 1 Kilokalori 4186 1,163 x 10-3 1000 3,969 1 Elektron-volt (eV) 1,602 x10-19 4,45 x10-26 3,827 x10-20 1,519 x10-22 1 Barel minyak 6,12 x109 1700 1,46 x109 5,8 x106 1 Galon bensin 1,32 x108 36,7 3,16 x107 1,25 x105 1 Ton batu bara 2,36 x1010 6,57 x103 5,65 x109 2,24 x107 1 Kaki kubik gas alam

1,08 x106 0,299 2,57 x105 1020


dengan jumlah yang cukup besar yang dapat membahayakan gas buang membahayakan

kesehatan maupun lingkungan. Bahan

pencemar yang terutama terdapat didalam gas buang buang kendaraan bermotor adalah

karbon monoksida (CO), berbagai hidrokarbon (HC), nitrogen oksida (NOx), belerang

dioksida (SO2), partikulat (PT), dan karbon dioksida (CO2).[17]

Tabel 2. Emisi Gas Buang dari Beberapa Jenis Bis [18]

Dari tabel diatas, Bis yang menggunakan motor diesel menghasilkan emisi gas yang

paling tinggi, yang bisa dikatakan banyaknya penggunaan Bis Diesel di sebuah kota dapat

mengganggu kesehatan masyarakat dan lingkungan di kota tersebut.

Sedangkan Bis Listrik Terpandu tidak menghasilkan Nitorogen Oksid (NOx),

Hidrokarbon (HC), Carbon Monooksida (CO) dan Partikulat (PT) sama sekali, dikarenakan

Motor listrik memang tidak menghasilkan polusi gas layaknya motor bakar tetapi hanya

menghasilkan panas pada motor listrik. Jadi dengan menggantikan Bis Diesel ke Bis Listrik

Terpandu di sebuah kota dapat mengurangi polusi udara dan gangguan kesehatan masyarakat

di kota tersebut.

Selain emisi gas yang dihasilkan, sebuah bis juga menghasilkan polusi suara yang

didengar langsung oleh manusia di sekitar bis tersebut. Polusi suara tidak hanya

mempengaruhi penurunan kualitas hidup masyarakat di sebuah kota, tetapi juga mampu

menghasilkan gangguan fisik (ke organ pendengaran), psikologis (pusing dan kelelahan) dan

kerusakan sosial (pengurangan energi dan perhatian).[19]

Tabel 3. Tingkat Kebisingan dari Beberapa Jenis Bis [20]

Tipe Kendaraan

NOx (g/km)

HC (g/km)

CO (g/km)

PT (g/km)

Bis Diesel 20,98 1,47 4,53 1,69

Bis CNG 8,6 0,92 5,8 0,05

Bis Listrik Terpandu

- - - -

Tipe Kendaraan Tingkat Kebisingan [dB]


Bis Diesel 80-90 Bis CNG ±75

Bis Fuel Cell 70 Bis Listrik Terpandu 50-60


Dari beberapa jenis Bis diatas, terlihat bahwa Bis Listrik Terpandu memiliki kebisingan

suara yang paling kecil yaitu sekitar 50-60 dB. Berbeda dengan motor bakar yang untuk

menghasilkan torsi yang besar, akan mengeluarkan suara dan getaran yang keras. Tetapi,

motor listrik tidak mengeluarkan suara yang keras dan juga tidak menghasilkan getaran yang

terlalu tinggi, terlebih lagi pada motor BLDC dengan tanpa sikat maka suara motor menjadi

sangat halus. Jadi, dengan menggunakan Bis Listrik Terpandu dapat mengurangi resiko

gangguan pendengaran akibat kebisingan Bis jenis lain yang memiliki kebisingan suara yang

tinggi.

Hasil perbandingan Motor AC Induksi dengan Motor BLDC untuk Bis Listrik Terpandu dengan kebutuhan Torsi 1152,6 Nm:

Tabel 3. Perbandingan Motor Induksi AC Vascat dengan Motor BLDC Siemens

Perbandingan Motor Induksi AC

Vascat Motor BLDC

Siemens

Dimensi (m3) 0,45 0,13

Putaran (rpm) 1995 rpm 1420 rpm

Daya (kW) 252 160

Tegangan (Volt) 400 VAC 650 VDC

Hasil perbandingan Bis Listrik Terpandu yang menggunakan Motor Listrik BLDC dengan Bis Transjakarta yang menggunakan BBG jenis CNG:

Tabel 4. Perbandingan Bis Listrik Terpandu dengan Bis Transjakarta

Perbandingan Bis Listrik Terpandu

Bis Transjakarta

Energi yang digunakan untuk jarak 1km

3,2 kWH 15,8 kWH (1,465 LSP gas)

Emisi gas buang (g/km) 8,6 gas NOx 0,92 gas HC 5,8 gas CO 0,05 gas PT

Tidak ada. Tetapi menghasilkan

polusi pada pusat pembangkit listrik.

Tingkat kebisingan (dB) ±75 50-60


Kesimpulan

1. Bis Listrik Terpandu membutuhkan Torsi untuk bergerak yaitu 1152,6 Nm, dengan

Motor BLDC membutuhkan Daya 160 kW (214,5 HP) dan sumber tegangan 650 VDC

yang Daya nya lebih rendah dibanding Motor Induksi AC yang membutuhkan Daya 252

kW (337,8 HP) dan sumber tegangan 400 VAC.

2. Bis Listrik Terpandu dengan motor BLDC membutuhkan Energi 3,2 kWh/km dimana

lebih hemat energi dibanding dengan Transjakarta yang membutuhkan Energi dari Bahan

Bakar Gas (BBG) sebanyak 1,5 LSP yang setara dengan 15,8 kWh untuk 1 kilometer.

Daftar Acuan

[1] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia,1988.

[2] Sumanto, Mesin Arus Searah : Generator dan Motor DC . Andi Offset: Yogyakarta,1984.

[3] Wijaya, Mochtar., Dasar-dasar Mesin Listrik, Jakarta: Djambatan, 2001

[4] Jones BL, Brown JE. Electrical variable-speed drives. IEE Proc Pt A 131(7):1987.

[5] Gieras, J. F., Permanent Magnet Motor Technology Design and Applications, Perancis:

CRC Press, 2010.

[6] Zhao, Jian dan Yu Y. Brushless DC Motor Fundamentals Application Note, Juli 2011

[7] Hong Kong. Hong Kong Transport Department., Feasibility Study of

Introducing a Trolley Bus System in Hong Kong, Mei 2001.

[8] Trolley Bus Valparaiso, Chili. Pullman Standard tipo 800, 1947, General Electric Co,

Shenectady US.

[9] Peraturan Gubernur Provinsi DKI Jakarta Nomor 35 Tahun 2014 tentang standar

pelayanan minimal unit pengelola Transjakarta-Busway.

[10] Short, Michael., Safety and Reliability of Distributed Embedded Systems, University of

Leicester. Oktober 2004.

[11] Ehsani, Mehrdad., Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles,

Fundamentals, Theory, and Design, CRC Press LLC, 2005.

[12] Vascat 252kW AC Motor (www.inverterdrive.com. diakses 11 Oktober 2015).

[13] Produk Motor dan Generator Siemens, Industry Sector DT LD T HD, 2011.

[14] Pudjanarsa, Astu dan Nursuhud., Mesin Konversi Energi, Yogyakarta: Andi, 2008

[15] J. Blue dan J. Arehart, A Pocket Reference of Energy Facts and Figures, Oak Ridge,

Tenn.: Energy Division, Oak Ridge National Laboratory, 1980.

[16] Soelaiman, Mhd., Mesin Tak Serempak Dalam Praktek, Jakarta: Pradnya Paramita, 1984.


[17] Brown, Kevin., Produced for the Edmonton Trolley Coalition, Mei 2001.

[18] Kleinbach, Hinrichs., Energy (Its Use and the Environment) 4th Edition, Thomson, 2006 .

[19] Falvo, M.C., An Environmental Sustainable Transport System: A Trolley-buses Line for

Cosenza City, Italy: International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives,

Automation and Motion, 2012Comparative Air Contaminant Emissions Basend on The

CBD Duty Cycle (www.tbus.org.uk diakses 12 Oktober 2015).


perencanaan motor listrik bis listrik terpandu (trolley bus

Documents