Konsep Desain Mobil Listrik Bersistem Dual-Battery “Bima”,

dengan Memanfaatkan Panel Surya dan Turbin Udara yang Telah

Didesain Ulang

DIUSULKAN OLEH :

AZHAR MUHAMMAD FUAD (6611040005)

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

SURABAYA

2014

i

HALAMAN PENGESAHAN

1. Judul Karya Tulis : Bima, Desain Kosep Mobil Listrik Sistem

Dual-battery

2. Nama Lengkap : Azhar Muhammad Fuad

3. NRP : 6611040005

4. Prodi / Jurusan : T. Desain & Manufaktur

5. Perguruan Tinggi : Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

6. Alamat Rumah / No. Telepon : Perumahan Puri Indah Blok AN-28

_Sidoarjo / 085731961493

7. Alamat Email : azhar.fuad.17@gmail.com

8. Dosen Pembimbing

a. Nama Lengkap : Budianto, ST., MT.

b. NIDN : 0002098203

c. Alamat Rumah : Jl. Ploso Timur II / 24a Surabaya

d. Telepon : 085852330030

Surabaya, 12 April 2014

Menyetujui,

Dosen Pembimbing Penulis

(Budianto, ST., MT.) (Azhar Muhammad Fuad)

NIP. 198209022010121003 NRP.6611040005

Mengetahui,

Pembantu Direktur III PPNS

Projek Priyonggo SL., ST., MT

NIP.196106161988031002

ii

KATA PENGANTAR

Assalamaualaikum wr. wb.

Pertama-tama, mari kita panjatkan puji dan syukur kita kepada Allah SWT,

karena berkat rahmat dan kehendak-Nya lah penulis mampu menyelesaikan karya

tulis ini dengan baik. Yang kedua, penulis mengucapkan terima kasih sebesar-

besarnya kepada pihak yang mendukung penulis untuk mampu menyelesaikan karya

tulis ini, baik keluarga penulis, dosen pembimbing, BEM PPNS, hingga pihak

manejemen Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

Penulis membuat karya tulis ini dengan tujuan untuk mengingatkan kembali

masyarakat Indonesia tentang pentingnya masyarakat yang mandiri energi mengingat

kebutuhan listrik dan bahan bakar semakin meningkat. Dengan pemikiran yang

kreatif, inovatif, serta berani, penulis percaya bahwa masyarakat Indonesia yang

mandiri tidaklah lagi sebatas angan, namun pasti terwujud di masa mendatang.

Untuk selebihnya, penulis mengucapkan mohon maaf sebesar-besarnya bila

terdapat kesalahan kata, dan menantikan saran dan kritik para pembaca yang bersifat

membangun.

Wassalamualaikum wr. wb.

Azhar Muhammad Fuad

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................i

HALAMAN PENGESAHAN ...............................................................................ii

KATA PENGANTAR ..........................................................................................iii

DAFTAR ISI .........................................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................v

DAFTAR TABEL .................................................................................................vi

RESUME ..............................................................................................................vii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................1

1.2 Identifikasi Masalah ..................................................................................2

1.3 Tujuan .......................................................................................................2

1.4 Manfaat .....................................................................................................2

BAB II DESKRIPSI PRODUK

2.1 Produk yang ditawarkan ............................................................................3

2.1.1 Deskripsi Umum Mobil....................................................................3

2.1.2 Penjelasan Sistem Dual-Battery .......................................................4

2.1.3 Perencanaan Turbin Udara ...............................................................5

2.1.4 Identifikasi Masalah Turbin Udara ..................................................7

2.1.5 Solusi Yang Ditawarkan ..................................................................8

2.2 Hasil dan pembahasan ...............................................................................10

2.3 Penutupan ..................................................................................................10

DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................11

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Desain Konsep Mobil Listrik ............................................................ 3

Gambar 2.2 Skema Alur Distribusi Pengisian dan Energi Penggerak

Mobil Listrik ..................................................................................... 5

Gambar 2.3 Desain Aerodinamicity dari Kendaraan............................................. 6

Gambar 2.4 Baling-baling tipe 3-Bladed yang Digunakan ................................... 7

Gambar 2.5 Desain turbin angin pada mobil ........................................................ 7

Gambar 2.6 Gambar Komponen Dalam Turbin Udara ......................................... 8

Gambar 2.7 Desain Shaft Utama Turbin Udara .................................................... 9

Gambar 2.8 Desain Keseluruhan........................................................................... 9

Gambar 2.9 Desain Pengunci serta Pemutar Gear ................................................ 10

Gambar 2.10 Desain Gear ..................................................................................... 10

v

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Tabel Perkembangan Kuantitas Kendaraan Bermotor tahun

2010 – 2012 ....................................................................................... 1

Tabel 2.1 Kelebihan Mobil Bima .......................................................................... 9

vi

RESUME

Within the spin of time, transportation has become basic needs for

Indonesian. Many Indonesian activities involved far distances such as business,

education, or even entertainment makes Indonesian really depend on vehicles. And

for that purpose also, Indonesian utilize personal vehicles or even public

transportation to reach their destination.

Between 2010 until 2012, the growth of cars in Indonesia is reaching

900.000 unit each year, and in 2012, the total quantity of cars that noted by BPS

(Badan Pusat Statistik) Indonesia are 10.432.259 unit. The problem now is the fuel

that those cars consume, and the stock of fuel that left on Earth. From the calculation

of fuel stock on each state, Indonesia’s general secretary of energy council, Hadi

Purnomo, said that the stock of world fuel will only last for 53 years ahead.

Due those problems, we might think that electric car is the best alternative.

But the electric car right now also faces some problems. For example, the charging

time of the battery that’s not instant, also the availability of the charging place just

like fuel station. Based on that problem, the writer proposes a solution that could

answer those complexities, which is “Bima”, a concept design of Dual-Battery

system electric car. Bima was designed to only consumes the energy that this car self-

produced, and focused on renewable energies such as wind and heat. By proposing

dual-battery concept, the battery will replenish each other by utilising the power that

the car obtain while moving. Beside calculating the capability of turbine, we also

need to solve the problem that the turbine would face, especially wind turbine. Wind

turbine would face the problem due the dimension of turbine that makes the shaft of

the blades too small to be able to turn the rotation gear. And the function of the gear

set is to create secondary high-speed shaft. The high-speed rotation would create

maximum electric energies that can be utilized for energy supplier on Bima. So the

writer propose to re-design the wind turbine with more compatible and light material,

but strong enough to rotate the gear set. Re-designing the wind turbine was inspired

by the regular room fan that was carried with motorcycle. The wind was able to turn

the blades, and the faster the wind comes, and so the blades will spin even faster.

vii

Tabel 1.1 : Tabel perkembangan kuantitas kendaraan bermotor tahun 2010 - 2012

(Sumber : www.bps.go.id)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Kebutuhan masyarakat Indonesia terhadap alat transportasi semakin

meningkat seiring berjalannya waktu. Banyak sekali kegiatan masyarakat mencakup

jarak yang cukup jauh baik berkaitan dengan bisnis, aktifitas, ataupun rekreasi.

Dengan kepentingan seperti itu, masyarakat Indonesia sangatlah bergantung pada alat

transportasi, baik kendaraan pribadi ataupun umum.

Jumlah mobil di Indonesia tahun 2012 lalu telah mencapai 10.432.259 unit.

Dengan melihat data yang disajikan BPS Indonesia, perkembangan jumlah mobil

mencapai 900.000 unit/tahun. Tak hanya itu, setelah dilakukan perhitungan terhadap

stok serta bahan bakar diseluruh negara, sekretaris jendral dewan energi Indonesia,

Hadi Purnomo, mengatakan bahwa stok minyak bumi yang tersisa hanya mampu

bertahan sekitar 53 tahun kedepan.

Tahun Mobil Penumpang Bus Truk Sepeda Motor Jumlah

2010 8.891.041 2.250.109 4.687.789 61.078.188 76.907.127

2011 9.548.866 2.254.406 4.958.738 68.839.341 85.601.351

2012 10.432.259 2.237.821 5.286.061 76.381.183 94.373.324

Melihat permasalahan tersebut, banyak yang berfikir mobil listrik adalah

alternatif terbaik. Walaupun mobil listrik mempunyai potensi hebat, hingga saat ini

mobil listrik masih dihadapkan dengan permasalahan terkait pengisian baterai yang

tak bisa instan, serta tak tersedia secara umum layaknya pom bensin. Untuk itu

penulis menawarkan sebuah solusi terkait permasalahan tersebut, berdasarkan

1

pengalaman penulis, serta berkaitan dengan tema “Indonesia yang mandiri”, yakni

sebuah konsep mobil listrik bersistem Dual-Battery yang dinamakan Bima.

1.2 Identifikasi Masalah

Setelah melihat latar belakang masalah yang sudah di uraikan, maka didapati

beberapa permasalahan yaitu :

1. Bagaimana bentuk dan sistem kerja konsep mobil listrik Bima?

2. Mengapa perlu adanya desain ulang turbin pada mobil Bima?

3. Bagaimana bentuk dan manfaat dari desain turbin yang sudah dirancang

ulang?

4. Bagaimana konsep mobil listrik ini mampu menciptakan masyarakat yang

mandiri di sektor energi, khususnya pada bidang transportasi?

1.3 Tujuan

Tujuan penulisan Karya Tulis ini adalah sebagai berikut :

1. Menciptakan konsep mobil listrik Bima lengkap dengan sistem kerja yang

diunggulkan

2. Memberikan gambaran terkait permasalahan yang dihadapi dengan

rancangan turbin awal

3. Memberikan gambaran terkait solusi dari permasalahan turbin udara awal

dengan cara merancang ulang

4. Memberikan gambaran bagaimana mobil Bima mampu menciptakan

masyarakat yang mandiri di sektor energi, khususnya di bidang

transportasi

1.4 Manfaat

Karya tulis ini bermanfaat sebagai gambaran solusi permasalahan terkait

mobil listrik saat ini. Selain itu, karya tulis ini juga bermanfaat untuk

mengembangkan kreatifitas pembaca untuk terus berkreasi mencari solusi

permasalahan yang ada saat ini.

2

BAB II

DESKRIPSI PRODUK

2.1 Produk Yang Ditawarkan

2.1.1 Deskripsi Umum Mobil

Bima merupakan sebuah nama dewa perang yang sangat kuat. Maksud nama

Bima pada mobil ini merupakan gambaran bahwa layaknya dewa perang yang

memanfaatkan seluruh kekuatannya, mobil listrik Bima memanfaatkan energi yang

didapatnya untuk menjadi tenaganya sendiri. Konsep mobil listrik Bima menerapkan

teknologi penangkap energi udara dan panas dengan menggunakan turbin udara dan

panel surya. Mobil Bima memanfaatkan konsep Dual-Battery, yaitu konsep

pemanfaatan dua buah baterai, dimana baterai utama akan mengisi baterai kedua

seiring perjalanan ataupun dalam keadaan stand by. Bima mempunyai dimensi

sebesar 3602 x 1590 x 1790 mm, dengan kapasitas penumpang 5 orang.

Mobil bima akan terfokus pada energi udara dan energi panas matahari. Hal

tersebut bila diintegrasikan dengan Dual-Battery System akan menciptakan sebuah

Gambar 2.1 Desain Konsep Mobil Listrik (Desain oleh penulis, Azhar Muhammad Fuad via Autocad)

3

Gambar 2.2 Skema alur distribusi pengisian dan energi Penggerak mobil listrik

kemugkinan baru yakni kontinuitas energi pengisi baterai mobil. Dua buah turbin

udara kecil yang sudah di desain ulang yang terinspirasi dari kipas angin ruangan,

akan diinstalasi pada sisi kanan dan kiri mobil Bima. Hal ini bertujuan agar mobil

Bima mampu memenuhi kebutuhan listriknya.

2.1.2 Penjelasan Sistem Dual-Battery

Sistem Dual-Battery atau baterai ganda merupakan konsep alternatif yang

ditawarkan guna menyiasati habisnya daya energi yang ada pada baterai yang

digunakan mobil listrik, serta sebagai alternatif pemanfaatan baterai dengan kapasitas

lebih lemah dikarenakan saat ini baterai mobil listrik tergolong mahal karena

kapasitas baterai yang tinggi. Switch otomatis akan dipasang sebagai penentu alur

listrik yang ditangkap oleh panel surya ataupun turbin udara untuk mengisi baterai A

ataupun baterai B. Saat perjalanan, mobil akan menggunakan baterai A untuk

menggerakkan motor, dan selama perjalanan itu pula energi pengisian akan dialirkan

menuju baterai B (lihat jalur 2 pada gambar 2.3). Saat daya baterai A sudah habis,

secara otomatis tenaga penggerak akan beralih ke baterai B, dan pada saat itu baterai

A akan diisi (lihat jalur 1 pada gambar 2.3).

4

Gambar 2.3 Desain Aerodinamicity dari kendaraan

2.1.3 Perencanaan Turbin Udara

Turbin udara akan didesain dengan pendekatan kipas angin ruangan dengan

maksud pendekatan dimensi dan kemampuan turbin dengan kipas. Saat kipas angin

ruangan diangkut dengan kendaraan dan terkena udara bebas, baling-baling akan

berputar, dan putaran semakin cepat saat kecepatan kendaraan semakin cepat. Hal

tersebut yang mendasari desain ulang turbin udara pada mobil Bima.

Dalam perencanaan turbin udara pada mobil harus melakukan studi terkait

kecepatan udara yang akan ditangkap, massa jenis udara yang ditangkap, serta luasan

baling-baling penangkap udara. Saat ini, mobil listrik umumnya dapat melaju dengan

kecepatan 0-100 km/jam. Sebagai data pengujian, kecepatan yang akan dijadikan

perhitungan perbandingan adalah kecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s (minimum) dan

kecepatan 100 km/jam atau 27,77 m/s (maksimum). Udara akan dialirkan menuju

wind tunnel (terowongan udara) yang terletak di kedua sisi kanan dan kiri mobil guna

memutar baling-baling turbin didalamnya.

Jenis baling-baling yang akan digunakan adalah tipe 3-bladed (3 buah baling-

baling) dengan sudut kemiringan 30º, dengan panjang 7 cm/baling, serta lebar umum

sepanjang 3 cm/baling. Massa jenis udara secara umum di Indonesia adalah 1,16

kg/m3. Dengan demikian, dapat dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus

konversi energi putar ke listrik :

Ptot = mKEi =

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

5

Gambar 2.4 Baling – baling tipe 3-Bladed

yang digunakan

Dimana :

Ptot : Total Power (W)

m : Mass-flow rate (kg/s)

Vi : Incoming Velocity (m/s)

gc : conversion factor = 1 kg/(N.s2)

m = ρAVi .................................................................................................. (2)

Dimana :

ρ : Incoming wind density (kg/m3)

A : cross-sectional area of stream (m2)

Yang dilakukan pertama adalah menghitung m (mass-flow ratio). Maka,

m = 1,16 kg/m3 x (0,0042 m

2 x 3) x Vi

maka mminimum = 8,458333 kg/s dan mmaks = 313.2716 kg/s

Selanjutnya masukkan pada rumus utama,

Ptot =

= m

Maka didapatkan Ptot minimum = 293 Watt dan Ptot maksimum = 120.861 Watt

Gambar 2.5 Desain turbin angin pada mobil

6

*Desain oleh penulis, Azhar Muhammad Fuad via Autocad

2.6 Gambar Komponen Dalam Turbin Udara

(Sumber : http://ezkhelenergy.blogspot.com)

2.1.4 Identifikasi Masalah Turbin Udara

Ukuran baling-baling yang digunakan hampir sama dengan kipas ruangan

biasa. Dengan demikian, muncul permasalah baru terkait dengan shaft / poros turbin.

Saat ini, poros yang digunakan untuk memutar kipas ruangan memiliki diameter

kecil, yakni sekitar 5-8 mm. Hal tersebut menjadi permasalahan pada mini turbin

mobil Bima dikarenakan poros turbin angin tersebut tidak cukup kuat memutar gear

set sehingga dapat melahirkan putaran shaft sekunder yang jauh lebih cepat daripada

shaft utama. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar berikut :

Pada gambar 2.6, angka 5 menunjukkan shaft utama yang berkontak langsung

dengan baling-baling, dan akan memutar gear utama. Selanjutnya, gear tersebut akan

memutar gear dengan gigi yang lebih sedikit dengan maksud mampu mengubah

energi putaran menjadi lebih cepat (lihat angka 12). Poros putaran cepat (high-speed

shaft) berfungsi untuk memaksimalkan energi yang dapat dijadikan energi listrik

dengan memaksimalkan kecepatan putaran shaft. Keadaan inilah yang tak bisa

dicapai turbin dengan desain awal. Oleh karena itu, penulis melakukan re-design mini

7

turbin dengan mengganti komponen shaft utama dan sekunder agar mampu dipasangi

dengan gear yang sesuai.

2.1.5 Solusi Yang Ditawarkan

Berkaitan dengan permasalahan shaft, penulis melakukan re-design pada shaft

turbin. Material baling-baling turbin tetap menggunakan plastik, sedangkan material

shaft menggunakan alumunium profil O hollow. Material tersebut memiliki sifat

(material properties) yang cukup kuat dan massa yang ringan sehingga mendukung

turbin yang diinginkan dapat terealisasi.

Profil shaft utama dan kedua menggunakan material alumunium profil O

hollow, dengan berat sekitar 0,2 kg/meter untuk profil dengan diameter 20 mm

dengan ketebalan 1,2 mm. Pada turbin ini, panjang shaft yang digunakan hanya

sekitar 25-30 cm. Dengan demikian, massa dari shaft utama sangat ringan yakni

seberat 0,06 kg, atau setara dengan 60 gram. Walaupun massa ringan, profil

alumunium tersebut cukup kuat untuk memutar gear set yang ada dengan melihat

material properties alumunium. Pengunci-pengunci gear serta shaft akan

menggunakan ukuran profil yang yang diameter lubangnya sama dengan ukuran

Generator

2.7 Desain Shaft Utama Turbin Udara 2.8 Desain Keseluruhan

8

*Desain oleh penulis, Azhar Muhammad Fuad via Catia

profil shaft yang akan dikunci bersama menggunakan baut, dan hanya memiliki

panjang sekitar 2 cm mengingat fungsinya yang hanya sebatas pengunci posisi. Untuk

pemutar gear, akan menggunakan plat alumunium dengan panjang menyesuaikan

gear, dan akan dikunci bersama dengan profil pengunci.

2.2 Hasil dan Pembahasan

Konsep mobil Bima memiliki berbagai macam kelebihan yang mampu

mewujudkan masyarakat Indonesia yang mandiri di sektor energi. Beberapa hal

tersebut antara lain :

No Kelebihan Mobil Bima Hasil Keterangan

1 Dual-Battery System Kontinuitas energi

pengisi baterai

Solusi terhadap

permasalah terkait

pengisian daya baterai

pada mobil listrik biasa

2.9 Desain Pengunci serta Pemutar

Gear

2.10 Desain Gear

9

*Desain oleh penulis, Azhar Muhammad Fuad via Catia

Tabel 2.1 Kelebihan mobil Bima

2 Panel Surya Energi Energi terbarukan pengisi

baterai

3 Turbin Udara (Desain

ulang)

1. Daya yang dihasilkan :

Ptot minimum : 293 Watt

Ptot maksimum : 120.861

Watt

2. Berat sekitar 60 gram /

shaft

3. Mampu memutar gear

set pencipta high-speed

shaft

Energi terbarukan pengisi

baterai

Lebih efisien dengan

berat yang ringan namun

mampu memutar gear set

agar high-speed shaft

dapat terealisasi

4 Mobil listrik tenaga

independen

Mobil mampu mengisi

daya baterai sendiri

Masyarakat Indonesia

yang mandiri di sektor

energi dapat terealisasi

2.3 Penutup

Dengan adanya konsep mobil llistrik Bima, sebuah alternatif terkait energi

kembali hadir. Tak seharusnya masyarakat Indonesia khawatir akan krisis bahan

bakar bila melihat potensi energi terbarukan yang ada saat ini. Konsep ini hadir

sebagai solusi permasalahan terkait permasalahan mobil listrik pada umumnya.

Tentu selain ramah lingkungan, mobil Bima sangat membantu dalam bidang energi

karena dapat memberikan manfaat layaknya alat transportasi lainnya, namun tidak

mengkonsumsi bahan bakar. Bila kita dapat memanfaatkan apa yang kita punya,

maka masyarakat Indonesia yang mandiri dalam sektor energi bukanlah lagi sebuah

angan.

10

DAFTAR PUSTAKA

Administrator. 2012. Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Menurut Jenis

Tahun 1987 - 2012.

http://www.bps.go.id/tab_sub/view.php?tabel=1&id_subyek=17&notab=12

. Diakses pada tanggal 12 April 2014

Bambang Aris Sasangka. 2014. Kebutuhan Terus Meningkat, Impor Minyak

Indonesia 2013 Bakal Membengkak.

http://www.solopos.com/2013/01/06/konsumsi-bbm-kebutuhan-terus-

meningkat-impor-minyak-indonesia-2013-bakal-membengkak-365108

. Diakses pada tanggal 12 April 2014

Ezkhel. 2011. Pembangkit Listrik Tenaga Angin.

http://ezkhelenergy.blogspot.com/2011/07/pembangkit-listrik-tenaga-

angin.html. Diakses pada 23 Maret 2014

M. M. El-wakil. 1985. Powerplant Technology. McGraw-Hill Book Company

Rista Rama Dhany. 2013. Cadangan Minyak Dunia Habis 53 Tahun Lagi.

http://finance.detik.com/read/2013/12/03/155024/2431263/1034/cadangan-

minyak-dunia-habis-53-tahun-lagi. Diakses pada tanggal 12 April 2014

11