proposal penelitian pembangkit listrik air hujan

8/16/2019 PROPOSAL PENELITIAN Pembangkit Listrik Air Hujan

1/16

PROPOSAL PENELITIAN

ANALISIS TEKANAN AIR HUJAN SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA

LISTRIK DENGAN TRANDUSER PIEZOELEKTRIK

Diusulkan oleh :

AHMAD NURIKHSAN MAULANA NIM: 4213020022

JURUSAN TEKNIK MESIN

PROGRAM STUDI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

2016


2/16

i

LEMBAR PENGESAHAN

PROPOSAL PENELITIAN

Disusun oleh :

Ahmad Nurikhsan Maulana

NIM :4213020022

Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Penelitian.

Depok, 8 April 2016

Dosen Pembimbing,

Candra Damis Widyawati, M.T.

NIP. 198201052014042001

http://sida.lanri.info/sida/user/detail_alumni.php?lembaga=38&nip=198201052014042001http://sida.lanri.info/sida/user/detail_alumni.php?lembaga=38&nip=198201052014042001


3/16

ii

Daftar Isi

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................. i

Daftar Isi ............................................................................................................................. ii

Daftar Gambar ................................................................................................................... iii

Daftar Tabel ........................................................................................................................iv

BAB I .................................................................................................................................. 1

PENDAHULUAN .............................................................................................................. 1

1.1. Latar belakang Masalah ...................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah ............................................................................................ 2

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

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

1.5. Hipotesis ............................................................................................................. 2

BAB II ................................................................................................................................. 3

TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................................... 3

2.1. Piezoelectricity .................................................................................................... 3

2.2. Piezo Generator ................................................................................................... 4

2.3. Skematik Sensor Desain...................................................................................... 5

2.4. Sistem Desain ...................................................................................................... 7

BAB III ............................................................................................................................... 8

METODE PENELITIAN .................................................................................................... 8

3.1. Alur Penelitian .................................................................................................... 8

3.2. Pengolahan Data ................................................................................................. 9

3.3. Peralatan Penelitian ............................................................................................. 9

BAB IV ............................................................................................................................. 10

ANGGARAN BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN ..................................................... 10

4.1. Rincian Biaya .................................................................................................... 10

4.2. Jadwal Kegiatan ................................................................................................ 10

Daftar Pustaka ................................................................................................................... 11


4/16

iii

Daftar Gambar

Gambar 2.1. Piezoelektrik Disk yang Menghasilkan Voltase karena Tekanan

Gambar 2.2. Penampang Penyebaran Muatan Listrik dari Kristal Piezoelektrik

Gambar 2.3. Persamaan Sistematis dalam Piezoelectric Effect

Gambar 2. 4. Skematik Sensor Desain (a) untuk Tekanan dan (b) Sensor

Akselerasi

Gambar 2.5. Energy Harvesting System

Gambar 3.1 Alur Tahapan Penelitian


5/16

iv

Daftar Tabel

Tabel 4.1. Rincian Biaya Penelitian

Tabel 4.2. Jadwal Kegiatan Penelitian


6/16

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang Masalah

Kebutuhan energi di dunia terus meningkat, hal ini terjadi

disebabkan oleh pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola

konsumsi energi yang meningkat. Menurut Blueprint Pengelolaan Energi

Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya

Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia

pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun.

Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan

batubara 147 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi

oleh kapasitas produksinya sehingga menyebabkan kelangkaan di hampir

semua negara.

Supaya kebutuhan energi tetap terpenuhi, maka manusia perlumencari sumber energi alternatif yang dapat menyediakan sumber energi

secara terus menerus. Hal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan

energi baru terbarukan, salah satu contohnya yaitu dengan memanfaatkan

air hujan. Selain itu, Indonesia memiliki musim penghujan selama hampir

setengah tahun.

Air hujan dapat dimanfaatkan sebagai penghasil energi alternatif

yang dapat menghasilkan energi listrik.1 Bahan piezoelektrik yang mampu

mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Banyaknya energi yang

dihasilkan dari benturan air hujan dapat dihitung menggunakan model

mekanik-elektrik. Besarnya energi yang bisa dihasilkan bergantung secara

langsung kepada ukuran membran piezoelektrik, ukuran titik air hujan dan

frekuensinya. Berdasarkan masalah tersebut, penelitian ini akan

mempelajari energi listrik yang dihasilkan dari konversi gaya tekan dari


7/16

2

ukuran titik air hujan berdasarkan frekuensinya terhadap ukuran membran

piezoelektrik.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah, maka rumusan masalah dari

penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh tekanan rintik hujan terhadap voltase yang

dihasilkan tranduser piezoelektrik?

2. Bagaimana pengaruh frekuensi rintik hujan terhadap voltase yang

dihasilkan tranduser piezoelektrik?

3. Bagaimana pengaruh luas penampang tranduser piezoelektrik yang

terkena air hujan terhadap voltase yang dihasilkan?

1.3. Tujuan

Adapun tujuan yang akan dibahas dari penelitian ini adalah:

1. Menganalisa aspek konversi gaya tekan air hujan yang mengenai

tranduser piezoelektrik menjadi besaran energi listrik yaitu voltase.

2. Membuat prototipe rancangan dalam skala kecil sebagai hasil akhir

voltase yang dihasilkan.

1.4. Manfaat

Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan manfaat

diantaranya:

1. Sebagai bukti bahwa energi alternatif air hujan dapat dimanfaatkan

sebagai energi listrik.

2. Menambah pengetahuan tentang analisis konversi energi gaya tekan

air hujan dalam bentuk tegangan listrik.

1.5. Hipotesis

Hipotesis yang akan diungkapkan dalam penelitian ini adalah “

Gaya tekan air hujan yang mengenai tranduser piezoelektrik dapat

dikonversi menjadi besaran energi listrik ”.


8/16


9/16

4

Gambar 2.2. Penampang Penyebaran Muatan Listrik dari Kristal

Piezoelektrik

2.2. Piezo Generator

Piezoelectricity dapat menghasilkan voltase yang sangat tinggi.

Jumlah tekanan yang diperlukan untuk mengubah elemen keramik

piezoelektrik dengan 0.05 mm bisa menghasilkan hampir 100.000 volt,

namun saat ini sangat kecil. Jumlah tegangan ini sudah cukup untuk

menciptakan bunga api listrik untuk menyalakan gas di oven, grill atau

saku lebih ringan.3 Faktor kunci yang terlibat dalam jumlah energi yang

dihasilkan oleh bahan piezoelectrik ada hubungannya dengan tekanan

pada elemen. Ini adalah rasio dari gaya diterapkan ke area permukaan

elemen. Ketika komposisi keramik, volume elemen keramik, dan gaya

yang digunakan adalah konstan, unsur yang memiliki luas permukaan

terkecil akan menghasilkan energi listrik yang paling besar. Jumlah energi

listrik tertinggi yang dapat dicapai dengan elemen piezoelektrik yakni saat

jumlah tegangan sangat tinggi dihasilkan oleh bahan piezoelektrik.

Misalnya, kekuatan 2 kN bekerja pada kristal piezoelektrik berukuran

sentimeter kubik menghasilkan lebih dari 12,5 kV.


10/16

5

Gambar 2.3. Persamaan Sistematis dalam Piezoelectric Effect

Voltase yang dihasilkan piezoelektrik dapat diketahui melalui persamaan:

.......................... (2.1)

...............................(2.2)

Keterangan:

u : Voltase (V)

q : Muatan (C)

F : Gaya tekan (N)

A : Luas area elektroda (m2

)

d : Ketebalan elektroda (m)

d33, e33 : Konstan piezo

2.3. Skematik Sensor Desain

Berdasarkan teknologi piezoelektrik, Gambar 2.4 menunjukkan

konfigurasi skematis dari sensor dalam konfigurasi melintang. Untuk


11/16

6

accelerometer , massa seismik terpasang untuk elemen kristal. Ketika

accelerometer mengalami gerakan, beban gempa massa invarian unsur

menurut hukum kedua Newton tentang gerak, yaitu:

F = m x a .....................................(2.3)

Keterangan:

F : Gaya tekan (N)

m : Massa (kg)

a : Percepatan (m/s2)

Gambar 2. 4. Skematik Sensor Desain (a) untuk Tekanan dan (b) Sensor

Akselerasi

Pada kedua sensor tekanan piezoelektrik (a) dan piezoelektrik

accelerometers (b), unsur-unsur kristal yang digunakan dalam modus

transversal. Perbedaan utama prinsip kerja antara kedua skema sensor

desain adalah kekuatan cara yang diterapkan pada elemen penginderaan.

Dalam sensor tekanan, selaput tipis yang digunakan untuk memandu

elemen-elemen, sedangkan pada accelerometers, gaya diaplikasikan

tergantung pada besarnya massa seismik yang terpasang.

Sensor cenderung sensitif terhadap lebih dari satu dimensi fisik.

Sebagai contoh, sensor tekanan canggih sering menggunakan percepatan

elemen. Sebuah unit pendukung pengukuran adalah ditambahkan ke


12/16

7

sensor perakitan yang hanya mengalami percepatan. Sensor ini dapat aktif

apabila menerima tekanan mekanik.4

2.4. Sistem Desain

Gambar 2.5. Energy Harvesting System

Sistem desain yang akan dibuat adalah seperti pada Gambar 2.5.

energy source (sumber energi) yang akan digunakan adalah piezoelektrik.

Fungsi piezoelectric menghasilkan tenaga listrik yang akan di simpan

dalam energy storage atau penyimpan tegangan. Output piezoelektrik

adalah arus AC (alternating current).5 Dengan demikian diperlukan

rangkaian pengubah arus AC ke DC. Komponen yang digunakan adalah

rectifier circuit . Tegangan listrik arus DC dalam rectifier circuit akan

digunakan sebagai sumber listrik aplikasi sebagai LED ( Light Emiting

Diode), Namun diperlukan voltase regulator untuk mengatur voltase yang

dibutuhkan oleh komponen.


13/16

8

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Alur Penelitian

Gambar 3.1 Alur Tahapan Penelitian

Alur perencanaan kegiatan dalam penelitian ini dimulai dengan

pemilihan dan pengkajian tranduser piezoelektrik per pcs, kemudian

dilakukan pembuatan rangkaian susunan piezoelektrik yang tepat untuk

hasil voltase yang maksimal. Selanjutnya dilakukan pembuatan circuit

diagram yang diaplikasikan dengan pembuatan prototipe. Setelah itu

dilakukan trial prototipe pada kondisi yang sebenarnya.Langkah terakhir

Pemilihan transduser piezoelektrik

Pengkajian transduser piezoelektrik

Pembuatan circuit diagram

Pembuatan perhitungan prototipe dalam skala besar

Trial prototipe

Menganalisis hasil

Tidak

Selesai

Mulai


14/16

9

adalah menganalis dan menghitung output yang dihasilkan jika prototipe

dibuat dalam skala besar.

3.2. Pengolahan Data

Pengolahan data dilakukan secera kuantitatif, yaitu dengan cara

menghitung output voltase yang dihasilkan akibat gaya tekan air hujan

yang jatuh pada permukaan transduser piezoelektrik. Selain itu akan

dibandingkan voltase yang dihasilkan transduser piezoelektrik akibat dari

frekuensi air hujan, dan luas penampang transduser piezoelektrik.

3.3. Peralatan Penelitian

Bahan dan peralatan

Lampu LED 3V

Kabel

Test Pen

Kapasitor 10W

Compac Disk

Multi Tester (AVO)

Tranduser

Circuit electric diagram

Trafo Step Up


15/16

10

BAB IV

ANGGARAN BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN

4.1. Rincian Biaya

Tabel 4.1. Rincian Biaya Penelitian

No. Uraian Jumlah Satuan

Satuan

Biaya

Biaya

Total

(Rp.) (Rp.)

A Bahan Habis Pakai1 Transduser 10 Buah 250000 2500000

2 Kapasitor 10 W 10 Buah 5000 50000

3 Lampu LED 3V 50 Buah 2000 100000

4 Kabel Komponen 2 Roll 150000 300000

5 Test Pen 1 Buah 50000 50000

B Biaya Penunjang

1 Compact Disk 1 Paket 100000 100000

2

Multi Tester

(AVO) 1 Buah 280000 280000

3 Trafo Step up 1 Buah 200000 200000Total 3580000

4.2. Jadwal Kegiatan

Tabel 4.2. Jadwal Kegiatan Penelitian

No

. Kegiatan Mei Juni Juli Agustus

1 Analisa Cuaca

2 Pembelian Peralatan3 Perakitan Peralatan

4 Proses Trial

5

Proses

Penyempurnaan

6 Evaluasi Hasil


16/16

11

Daftar Pustaka

1Fahrulloh, Abdul Muchlis dkk, 2013 “Pemanfaatan energi hujan sebagai

penghasil energi listrik” Universitas Muhammadiyah Jakarta, Jakarta

2Vives, Antonio Arnau (Ed.).(2004). Piezoelectric Transducers and Applications.

Heidelberg : Springer

3Yang, Jiashi (2005). An Introduction To The Theory Of Piezoelectricity.

Heidelberg : Springer

4Segel, J. E. (2011). Piezoelectric Actuators.New York : Nova Science Pub Inc

5 Nelson, W. G. (2010). Piezoelectric Materials: Structure, Properties and

Applications. New York : Nova Science Pub Inc

proposal penelitian pembangkit listrik air hujan

Documents