STUDI EKSPERIMENTAL PEMANEN ENERGI BIOMEKANIK PRINSIP INJAKAN

KAKI MANUSIA PADA POSISI DUDUK

Nurlaili Izzaty

Jurusan Teknik Mesin, FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya 60111,

Indonesia

E-mail: chax_sf@yahoo.com

Abstrak

Energi listrik merupakan salah satu jenis energi yang banyak digunakan dan tidak bisa

lepas dari kehidupan sehari-hari. Namun saat ini sumber daya energi, terutama bahan bakar

fosil, semakin menipis. Untuk mengatasinya, diperlukan sumber energi baru yang mudah

diperoleh dan tidak bersifat polutan. Salah satu sumber energi tersebut adalah gerakan manusia

dengan menggunakan prinsip energy harvesting. Gerakan manusia yang dimanfaatkan adalah

gerak injakan kaki, dengan gaya terbesar adalah gaya pada tumit kaki. Metode yang digunakan

untuk mengetahui energi yang dibangkitkan pada alat pemanen energy ini adalah uji

karakteristik melalui percobaan dan perhitungan. Melalui percobaan dapat diketahui voltase

dan arus bangkitan. Kemudian dari nilai voltase dan arus tersebut dapat diketahui daya yang

dibangkitkan melalui perhitungan. Adapaun variasi yang dilakukan berupa frekuensi eksitasi

dan posisi injak kaki manusia. Dari pengujian yang dilakukan diketahui bahwa besarnya

frekuensi injakan kaki mempengaruhi besarnya voltase yang dibangkitkan. Semakin besar

frekuensi injakan kaki maka semakin besar pula voltase yang dapat dibangkitkan. Selain itu,

variasi posisi injak kaki dalam menginjak juga mempengaruhi voltase bangkitan yang diperoleh.

Voltase bangkitan terbesar diperoleh pada saat posisi duduk dengan injakan pada telapak kaki

bagian depan. Voltase terbesar yang dapat dibangkitkan adalah 27,82 Volt dan voltase

terendahnya 7,80 Volt, yakni pada posisi duduk dengan injakan pada bagian tumit kaki dengan

frekuensi injakan 40 cycle per minute.

Kata kunci : energy harvesting, injakan kaki, energi bangkitan, frekuensi eksitasi, posisi tubuh

manusia.

Abstract

Electrical energy is a kind of energy which people need and use in their daily activities. But now,

the sources of many energy like natural liquid gas, oil, and any other fuel are decrease and

becomes empty someday. To solve it, world needs some new and pollutant free energy sources.

One of them is energy produced by human motion using energy harvesting principal. The energy

which will be harvested is energy on the foot surface when the foot touching down the ground.

There are some variations going to do in this experiment, frequency and human position. The

method which used for knowing the harvested energy in this harvesting energy mechanism is

experiment and calculating. In experiment, the voltage and current can be known. So then we

can know the harvested power by calculating known voltage and current we got from experiment

before. By those experiment that have done, we can see that induced voltage is depend on

frequency. Higher frequency used when experiment led to higher voltage. The variation of foot

position also affect amount of voltage. The highest voltage got when human in sit down position,

and the front of foot surface used to hit down the panel in harvesting energy mechanism. The

highest voltage was 27,82 Volt, and the lowest was 7,80 Volt.

Keywords : harvesting energy, force in foot surface, induced energy, frequency, human position.

1. Pendahuluan

Energi listrik merupakan salah satu

jenis energi yang banyak digunakan dan

tidak bisa lepas dari kehidupan sehari-

hari. Namun saat ini sumber daya

energi, terutama bahan bakar fosil,

semakin menipis. Untuk mengatasinya,

diperlukan sumber energi baru yang

mudah diperoleh dan tidak bersifat

polutan. Dari penelitian terdahulu,

didapatkan fakta bahwa aktifitas sehari-

hari manusia dapat menghasilkan

energy yang nantinya dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energy.

Gerakan yang menghasilkan energy

cukup besar diantaranya adalah gerakan

kaki (berjalan, berlari, dan sebagainya).

Selain untuk menghasilkan energy,

gerakan tubuh, dalam hal ini kaki, juga

diperlukan untuk menjaga kesehatan

badan. Dengan kegiatan kerja yang

cukup padat, kebanyakan orang tidak

lagi punya waktu untuk berolahraga.

Untuk itu dibuatlah suatu peralatan

yang bisa memfasilitasi olahraga ringan

disela-sela waktu kerja, yang nantinya

juga bisa digunakan untuk

menghasilkan energy.

2. Metode Penelitian

Ada beberapa metode untuk

membangkitkan energi listrik dari

gerakan manusia, salah satunya adalah

dengan metode induksi

elektromagnetik. Induksi

Elektromagnetik merupakan

penggabungan antara listrik dan

magnet. Listrik dan magnet adalah dua

hal yang tidak dapat dipisahkan, setiap

ada listrik tentu ada magnet dan

sebaliknya. Jika magnet batang

digerakkan mendekati kumparan, maka

garis-garis gaya yang masuk kumparan

bertambah, sehingga pada kumparan

akan timbul arus. Adanya arus ini

ditunjukkan oleh gerakan jarum

galvanometer dan jika magnet batang

tidak digerakkan, maka jumlah garis-

garis gaya didalam kumparan tetap.

Sedangkan jika magnet batang

digerakkan menjauhi kumparan , maka

jarum galvanometer akan bergerak

kearah berlawanan dengan arah gerak

semula (ketika magnet didekatkan),

sehingga garis-garis gaya yang masuk

kumparan menjadi berkurang. Arus

dan gaya gerak listrik yang timbul

disebut arus dan gaya gerak listrik

induksi, sedangkan gejalanya disebut

induksi elektromagnetik.

3. Hasil dan Pembahasan

Gambar 1. Alat Pemanen Energi

Pada pengambilan data pertama,

responden duduk pada kursi dan

meletakkan telapak kakinya pada tuas

penginjak dan tumit digunakan sebagai

penggerak tuas. Pengambilan data ini

dilakukan pada 3 variasi frekuensi

injakan, yaitu frekuensi 40 CPM, 60

CPM dan 80 CPM. Masing-masing

variasi dilakukan selama 1 menit.

Setelah pengujian selesai, grafik

voltase bangkitan dan data nilai voltase

bangkitan dapat dilihat pada

oscilloscope yang terhubung dengan

generator pada alat pemanen energi.

Pengambilan data kedua dilakukan

pada posisi duduk dengan injakan pada

telapak kaki bagian depan dengan tiga

variasi frekuensi, yaitu 40 CPM, 60

CPM dan 80 CPM.Sedangkan

pengambilan data ketiga dilakukan

pada posisi yang sama, yakni duduk

dengan injakan pada telapak kaki

bagian depan, namun diinjak secara

bergantian.

Dari pengujian yang telah dilakukan,

didapat data voltase dan arus bangkitan

sebagai berikut:

Tabel 1. Data Voltase Bangkitan

Tabel 2. Data Arus Bangkitan

Tabel 3. Data Daya Bangkitan

Dari keseluruhan data yang telah

didapat, dapat dilihat dan disimpulkan

bahwa voltase bangkitan terbesar

diperoleh pada posisi duduk dengan

injakan pada telapak kaki bagian

depan. Voltase bangkitan terbesar

berikutnya diperoleh pada posisi duduk

dengan tumpuan pada telapak kaki

bagian depan yang diinjak secara

bergantian, dan voltase bangkitan

terendah didapat pada posisi duduk

dengan injakan pada kaki bagian tumit.

Selain itu, meskipun alat pemanen

energi ini dirancang sama dan

menggunakan komponen yang sama,

hasil voltase bangkitan yang diperoleh

pada channel 1 dan 2 mengalami

perbedaan.

Sebenarnya, pada bagian kaki

manusia yang memiliki gaya paling

besar adalah bagian tumit (38,24

kg). Namun saat posisi duduk

dengan injakan pada telapak kaki

bagian depan, gaya yang dihasilkan

lebih besar daripada gaya pada

tumit. Gaya pada telapak kaki ini

merupakan penjumlahan dari gaya

pada MPJ (1st MPJ, 2

nd MPJ dan 3-

5th MPJ) sebesar 45,41 kg. Hal ini

yang menyebabkan voltase

bangkitan pada posisi duduk

dengan injakan pada telapak kaki

bagian depan menghasilkan voltase

bangkitan yang paling besar.

Selain itu, dapat dilihat bahwa

semakin meningkatnya frekuensi

injak mengakibatkan semakin

besarnya voltase bangkitan, yang

sesuai dengan perumusan,

Εmax = N B A ω

Dimana nilai ω sendiri merupakan

perkalian dari frekuensi eksitasi

dengan 2 kali phi (ω= 2πf). Untuk nilai

N, B, dan A yang sama, pada beberapa

variasi frekuensi yang diberikan, nilai

voltase bangkitan akan berbanding

lurus dengan variasi frekuensi eksitasi

yang dalam hal ini merupakan

frekuensi injak kaki pada tuas alat

pemanen energi. Semakin tingginya

frekuensi mengakibatkan semakin

tingginya putaran poros yang

kemudian memutar kumparan di dalam

generator. Kumparan yang berputar ini

memotong medan magnet dan

menimbulkan voltase.

Adanya perbedaan hasil antara alat

pada kaki kanan dan kaki kiri (channel

1 dan channel 2) disebabkan karena

beberapa hal, seperti misalnya nilai

gesekan yang besarnya diabaikan

dalam penelitian ini, performa

generator yang berbeda meskipun

digunakan tipe dan spesifikasi

generator yang sama, serta kesesuaian

dalam pengaturan komponen pada

perakitan alat yang tidak persis sama

karena kekurangan manusia. Hal lain

yang mempengaruhi adalah kekuatan

otot kaki dalam menginjak, yang

tentunya berbeda tidak hanya pada

orang yang berbeda namun juga pada

bagian kaki yang berbeda. Aktifitas

harian dari responden penguji terhadap

kekuatan otot kakinya akan

mempengaruhi kekuatannya.

4. Kesimpulan

Dari pengujian yang dilakukan

diketahui bahwa besarnya frekuensi

injakan kaki mempengaruhi besarnya

voltase yang dibangkitkan. Semakin

besar frekuensi injakan kaki maka

semakin besar pula voltase yang dapat

dibangkitkan. Selain itu, variasi posisi

injak kaki dalam menginjak juga

mempengaruhi voltase bangkitan yang

diperoleh. Voltase bangkitan terbesar

diperoleh pada saat posisi duduk

dengan injakan pada telapak kaki

bagian depan. Voltase terbesar yang

dapat dibangkitkan adalah 27,82 Volt

dan voltase terendahnya 7,80 Volt,

yakni pada posisi duduk dengan

injakan pada bagian tumit kaki dengan

frekuensi injakan 40 cycle per menit.

5. Pustaka

Scott, Genevieve and friends. 2007.

“Biomechanics Research”.

Universitas La Trobe, Victoria,

Australia.

Novacheck, Tom F., 1998, “The

Biomechanics of Running”, Gait and

Posture 7, 75 – 95

Racic, V dkk. 2009, “Experimental

identification and analytical

modelling of human walking forces:

Literature review”. Department of

Civil & Structural Engineering,

University of Sheffield.

Huston, L.Ronalds. “Principle of

Biomechanics”. CRC Press Taylor and

Francis Group.

Matsch, Leander W. 1977.

“Electromagnetic &

Electromechanical Machines”, 2nd

edition.

http://basicsphysics.blogspot.com/2008/12

/energi-kinetik.html