usulan program kreatifitas mahasiswa judul...

i

USULAN PROGRAM KREATIFITAS MAHASISWA

JUDUL PROGRAM :

Pengaruh Penambahan Rotor-Stator dan Reduksi Komponen Bahan Logam terhadapKerja Generator Magnet Permanen Fluks Aksial untuk Turbin Angin Skala Kecil

BIDANG KEGIATAN :

PKM PENELITIAN

Diusulkan oleh :

Dicky Agus Triono I0413017 / 2013

Muhammad Fathan Choirul Imam I0413034 / 2013

Niluh Made Lugasa P.K. I0413037 / 2013

Bagus Surya Premono I0412011 / 2012

Vidi Fajri Herwanda I0412051 / 2012

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN KULIT MUKA i

HALAMAN PENGESAHAN ii

DAFTAR ISI iii

DAFTAR GAMBAR iv

DAFTAR TABEL iv

RINGKASAN v

BAB I. PENDAHULUAN 1

A. Latar Belakang Masalah 1B. Perumusan Masalah 2C. Tujuan 2D. Luaran Yang Diharapkan 2E. Kegunaan 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 3

A. Generator Fluks Aksial 3B. Prinsip Kerja 3C. Stator 5D. Rotor 6E. Magnet Permanen 6

BAB III. METODE PELAKSANAAN 6

A. Tahap Pra Pengiriman Proposal 7B. Tahap Pasca Persetujuan Proposal 8

BAB IV. JADWAL KEGIATAN PROGRAM 9

DAFTAR PUSTAKA 10

LAMPIRAN 10

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Perbandingan generator radial dengan generator aksial 3Gambar 2 Konstruksi generator fluks aksial 4Gambar 3. Konstruksi generator fluks aksial; a) single stage, b) multi stage 4Gambar 4. Prototip generator fluks aksial 4Gambar 5. Tipe penyusunan stator; a)Overlapping, b) non-overlapping 5Gambar 6. Stator tanpa inti besi 5Gambar 7. Pola penyusunan magnet permanen pada rotor 6Gambar 8. Pola penyusunan magnet; a) tipe N-N, b) tipe N-S 6Gambar 9. Diagram alir penelitian 7Gambar 10. Desain 3D generator magnet permanen multistage fluks aksial 8Gambar 11. Desain 3D Prototip Generator Magnet Permanen Fluks Aksial 24Multistage; a) pandangan isometrik, b) pandangan sampingGambar 12. Skema pengujian generator 25

DAFTAR TABELTabel 1. Jadwal Kegiatan Program 9Tabel 2. Rencana Anggaran 9Tabel 3. Spesifikasi Rotor Generator Magnet Permanen 22Tabel 4. Spesifikasi Stator Generator Permanen Permanen 22Tabel 5. Parameter acuan dalam dalam analisa perhitungan 23Tabel 6. Hasil analisa perhitungan generator magnet permanen fluks aksial 23

v

RINGKASAN

Perkembangan ilmu energi terbarukan semakin meningkat dari masa ke masa, takterkecuali di bidang energi angin. Penelitian mengenai perbaikan dan peningkatan performaterus dilakukan oleh para peneliti di seluruh dunia. Sudu dan generator adalah topik yangpaling menarik untuk diteliti. Generator merupakan alat untuk mengkonversi energigerak/putar menjadi energi listrik. Generator aksial merupakan terobosan baru dalam kancahenergi terbarukan, efisiensi yang tinggi dan biaya pembuatan yang murah membuat penelititertarik untuk menelitinya lebih dalam. Namun, terdapat beberapa kekurangan, sepertidimensi dan massa yang besar sehingga mengakibatkan generator memiliki masukan torsidan perbandingan daya ke massa yang besar. Hal ini tentu dikhawatirkan oleh perancangturbin angin yang mengharapkan generator memiliki masukan torsi dan massa yang kecil.

Tujuan dari program kreatifitas ini adalah menciptakan dan melakukan pengujianterhadap generator fluks aksial mini dua jenjang, yang diprediksi mampu memberikanmasukan torsi dan massa yang kecil, tetapi dapat menghasilkan daya keluaran yang besar.Keunggulan dari generator yang akan dirancang dan diteliti adalah massanya ringan, dayabesar, sedikit rugi-rugi (tidak terdapat inti besi dan armature) dan mampu berputar pada torsikecil. Inovasi yang dilakukan adalah dengan mereduksi penggunaan logam danmenggantinya dengan bahan non-logam seperti akrilik, teflon, dan resin. Dengan hanyamenyisakan logam (besi) hanya pada poros, generator ini diyakini mampu mengurangi massasecara signifikan. Untuk menjaga daya keluaran tetap besar, kami membuat terobosan denganmembuat dua jenjang rotor dan stator pada satu generator, dengan begitu generator akanberdaya 2 kali lebih besar. Dari analisa perhitungan diperoleh data bahwa untuk satu jenjangrotor-stator dapat dihasilkan tegangan sebesar 27,83 V DC pada kecepatan 500 rpm, mampuuntuk mengisi 2 buah aki yang dirangkai seri.

Kegiatan dilakukan dengan melakukan pengumpulan data fisik, studi literatur, desainalat berdasarkan teori yang ada, dan modifikasi berdasarkan hasil studi yang diperoleh. Padaakhir kegiatan, tim menghasilkan sebuah purwarupa generator lengkap dengan pirantipengujiannya dan sebuah jurnal/tulisan mengenai hasil yang diperoleh.

Kata kunci : generator aksial, magnet permanen, turbin angin, energi terbarukan, multi-stageaxial permanent magnet generator

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDewasa ini, kemunculan beberapa energi alternatif seperti energi angin,

matahari, gelombang air laut, dan sebagainya telah menjadi solusi atasketergantungan terhadap energi fosil yang tak lama lagi akan habis. Negara-negara maju mulai memprioritaskan penggunaannya untuk memenuhi kebutuhanlistrik di negaranya. Indonesia merupakan wilayah yang potensial untukmenggunakan salah satu energi altenatif tersebut, yaitu angin. Hasil pemetaanLembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) pada 120 lokasimenunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/detik,masing-masing Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan,dan Pantai Selatan Jawa. Potensi angin di Indonesia yang dapat dikonversikanmenjadi energi listrik sebesar 9,3 MW. Namun, Indonesia baru dapatmengkonversikannya menjadi 0,5 MW(Departemen ESDM, 2005).

Divais yang digunakan untuk mengkonversi energi angin menjadi energilistrik adalah turbin angin. Komponen utama dari turbin angin adalah sudu dangenerator. Generator adalah alat yang digunakan untuk mengkonversi energikinetik (putaran) menjadi energi listrik. Generator untuk turbin angin harusmemiliki beberapa kriteria seperti ringan, berukuran kecil, konstruksi mekanisyang sederhana, mudah diperbaiki, memiliki keandalan yang baik, dan efisiensitinggi (Chan, T.F. and Lai, L.L., 2015). Generator aksial merupakan salah satujenis dari generator yang diklaim memiliki efisiensi lebih tinggi dari generatorradial. Generator aksial memiliki beberapa kelebihan seperti struktur yangsederhana, biaya pembuatan murah, tidak membutuhkan banyak gearbox, dandapat beroperasi pada daya dan kecepatan yang berbeda (Kalender, O., et al.,2015). Selain itu, struktur generator yang memiliki arah fluks aksial membuatgenerator tidak memiliki cogging torque, dimana cogging torque sendiri adalahtorsi yang dapat mengurangi secara signifikan unjuk kerja dari generator; celahudara antara komponen stator dan rotor dapat disesuaikan dengan kebutuhanpemakaian (Batzel, T.D., et al., 2014) (Bumby, J.R., et al., 2013) dan generatoraksial mampu bekerja pada kecepatan putaran yang rendah (Mustofa, et al., 2014).

Namun, dibalik beberapa kelebihan yang menjanjikan dari generator aksial,terdapat beberapa kekurangan yang cukup perlu mendapat perhatian, yaitugenerator aksial memiliki dimensi yang cukup besar, masukan torsi yang besar,dan massa yang hampir sama besarnya dengan generator radial. Untuk aplikasipada turbin angin, kekurangan di atas cukup mengganggu performa turbin anginsendiri. Perputaran awal sudu turbin sangat bergantung dari torsi awalan generatoryang dibutuhkan, turbin angin yang baik adalah turbin angin yang mampuberputar dengan mudah (Piggot, H., 2003). Selain itu, massa generator harusringan untuk meminimalkan kebutuhan tiang penyangga turbin angin, karena

2

semakin besar massa semakin besar juga biaya yang dikeluarkan untuk membuatkomponen tiang penyangga (Muljadi, E., et al., 1998).

Memperhatikan beberapa kekurangan di atas, maka pada penelitian ini akandilakukan beberapa perbaikan dan optimalisasi untuk meningkatkan performansidari generator tipe fluks aksial 3 fasa. Perbaikan dan optimalisasi yang dilakukanadalah dengan menambah satu stator dan satu pasang rotor pada generator danmereduksi penggunaan komponen logam dan menggantinya dengan komponennonlogam dengan tujuan agar lebih ringan, dengan ini diprediksi performa darigenerator akan meningkat. Analisa matematis akan dijelaskan lebih lanjut padabab berikutnya.1.2 Perumusan Masalah

Dalam penelitian ini dirumuskan beberapa masalah diantaranya :1. Bagaimana membuat generator multistage tipe fluks aksial 3 fasa ?2. Bagaimana pengaruh penambahan satu stator dan satu pasang rotor terhadap

performansi generator tipe fluks aksial 3 fasa ?3. Bagaimana pengaruh substitusi penggunaan komponen logam dengan

komponen nonlogam terhadap performansi kelistrikan generator tipe fluksaksial 3 fasa ?

1.3 TujuanAdapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini diantaranya :

1. Mengetahui pengaruh penggantian bahan logam dengan bahan nonlogamterhadap rasio daya ke massa (power to weight ratio) dari generator tipe fluksaksial 3 fasa.

2. Mengetahui pengaruh penambahan satu stator dan satu pasang rotor terhadapperformansi generator tipe fluks aksial 3 fasa.

1.4 Luaran yang diharapkanLuaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah menghasilkan satu

prototype generator tipe fluks aksial yang memiliki massa dan dimensi yang keciltetapi memiliki luaran daya yang besar. Yang selanjutnya dari prototype ini akandibuat juga satu set perangkat untuk menguji performa dari generator. Dan yangterakhir, dari data hasil pengujian terhadap generator akan dibuat sebuah tulisanatau paper untuk dipublikasikan menjadi jurnal nasional atau internasional.1.5 Kegunaan penelitian

Data-data hasil penelitian yang dibuat dalam sebuah tulisan diharapkan dapatdigunakan menjadi acuan dalam berbagai penelitian selanjutnya. Dan juga,prototype dari generator ini dapat diaplikasikan secara langsung untuk turbinangin skala kecil di wilayah-wilayah terpencil Indonesia karena berbagaikeunggulan yang ditawarkan.

3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Generator Fluks AksialGenerator tipe fluks aksial memiliki struktur yang hampir sama dengan

generator fluks radial. Secara umum, persamaan diantara keduanya adalah terletakpada komponen stator dan rotor. Stator adalah bagian dari generator yang diam, didalamnya terdapat kumparan berupa kawat email yang dapat menghasilkaninduksi listrik apabila berada di sekitar medan magnet yang bergerak. Sementara,rotor adalah bagian generator yang berputar atau bergerak, di bagian rotorterdapat magnet yang berfungsi untuk membangkitkan gaya gerak listrik (ggl)induksi dari kawat kumparan stator. Generator aksial termasuk dalam golongangenerator sinkron. Generator sinkron adalah suatu mesin yang dapat mengubahenergi mekanik menjadi energi listrik. Generator sinkron memiliki nilai medanstator dan medan rotor yang sama dan bergerak berputar bersama dengankecepatan putar dan arah yang sama. Perbedaan lain dari kedua jenis generator iniadalah pada arah fluksnya. Pada generator fluks radial, arah fluks magnet yangkeluar dari rotor berputar ke segala arah. Bentuk fluks seperti ini tidak dapatsemuanya tertangkap oleh stator, sebagian fluks yang terbentuk akan terbuang danmenjadi rugi-rugi pada generator. Sementara itu, pada generator aksial, arah flukstidak tersebar, hanya mengarah secara aksial, kondisi ini membuat fluks tidakbanyak yang terbuang, sehingga membuat generator dapat memiliki efisiensi yanglebih tinggi (Tinjo, R., 2010).

Gambar 1. Perbandingan generator radial dengan generator aksialSumber : (Rossouw, F.G., 2009)

2.2 Prinsip KerjaPrinsip kerja dari generaror aksial pada dasarnya sama dengan prinsip

kerja generator konvensional. Penggunaan magnet permanen menghasilkanmedan magnet yang tetap sehingga tidak memerlukan pencatuan arus searahuntuk menghasilkan medan magnet. Sedangkan fluks aksial diperoleh dari magnetmagnet permanen yang telah diberikan perlakuan khusus sehingga garis-garisgaya magnet yang keluar dari kutub magnet memiliki arah aksial atau lurusmenuju kumparan stator (Prisandi, C.H., 2011). Secara umum, tipe generator fluks

4

aksial menurut pola penyusunan rotor dan stator terbagi menjadi 2 macam, yaitugenerator fluks aksial single-stage dan multi-stage (Mahmoudi, A., et al., 2011).

Gambar 2. Konstruksi generator fluks aksialSumber : (Chung, D.-W. and You, Y.-M., 2014)

a) Single-stage b) Multi-stageGambar 2.3 Konstruksi generator fluks aksial; a) single stage, b) multi stage

Sumber : (Mahmoudi, A., et al., 2011)

Gambar 4. Prototype generator fluks aksialSumber : (Kalender, O., et al., 2015)

Medan magnet permanen (B) dari rotor akan menembus bidang kumparanstator sehingga menghasilkan fluks (Φ) pada stator dengan persamaan

Φ = B.A.cosθ (2.1)Dimana : B= induksi magnetik (T)

A= luas bidang yang ditembus garis medan magnet (m2)Φ= fluks-fluks magnet (Wb)

Besar nilai fluks (Φ) akan berubah-ubah karena adanya perubahan θ. Sudutθ berubah karena medan B yang bergerak menembus stator dan menghasilkan

5

sudut tembus terhadap bidang normal stator yang berbeda-beda. Perubahan fluksterhadap waktu akan menghasilkan ggl induksi dengan persamaan sebagai berikut

EA = -NN (2.2)Tanda negatif pada persamaan 2.2 menunjukkan bahwa arah ggl

berlawanan dengan tegangan sumber. Dari persamaan 2.2 terlihat bahwa nilaitegangan induksi yang dihasilkan berbanding lurus dengan nilai perubahan fluksmagnet terhadap waktu dan jumlah lilitan pada tiap kumparan stator (Chapmanand Stephen, J., 2002)

Persamaan frekuensi yang dihasilkan generator fluks aksial sama denganfrekuensi yang dihasilkan oleh generator konvensional, yaitu

f =.

(2.3)

dimana : f = frekuensi yang dibangkitkan (Hz)n = kecepatan putar generator (rpm)p = jumlah kutub magnet

2.3 StatorStator merupakan komponen yang diam pada generator. Pada generator

aksial, stator yang digunakan adalah stator yang tidak memiliki inti (besi).Ketiadaan inti besi ini membuat generator aksial tidak memiliki cogging torquedan membuat generator memiliki massa yang lebih kecil. Pada stator tanpa intibesi (coreless stator), susunan kumparannya terbagi menjadi dua macam, ada yangtersusun secara overlapping dan non-overlapping (Rossouw, F.G., 2009).

a) b)Gambar 5. tipe penyusunan stator; a) Overlapping, b) non-overlapping

Sumber : (Rossouw, F.G., 2009)Pada stator tanpa inti, lilitan yang digunakan biasanya jauh lebih banyak

dari tipe yang lain dikarenakan tidak adanya inti atau penyangga pada stator.Biasanya stator ini digunakan untuk generator tipe N-S (Tinjo, R., 2010)t

Gambar 6. Stator tanpa inti besiSumber : (Tinjo, R., 2010)

6

2.4 RotorRotor adalah bagian yang berputar dari generator, rotor berisi magnet yang

berfungsi untuk membangkitkan ggl induksi dari kumparan stator. Bagian rotorterdiri atas bagian penyangga atau yang biasanya disebut dengan yoke, bagian inibiasanya terbuat dari material berbahan inti besi lunak “soft iron”, dan kutubmagnet sebagai penghasil medan magnet utama yang menggantikan peranpencatuan arus searah, magnet yang biasa digunakan adalah jenis rare-earthpermanent magnet (PM) NdFeB (Neodymium Ferrite Boron). Terdapat dua jenispola penyusunan magnet pada rotor, yaitu surface-mounted PM dan embeddedPM.

Gambar 7. Pola penyusunan magnet permanen pada rotor2.5 Magnet permanen

Medan magnet pada rotor merupakan medan magnet permanen yang kuat.Magnet permanen tidak memiliki kumparan penguat dan tidak menghasilkandesipasi daya elektrik. Seperti bahan ferromagnetik yang lain, sebuah magnetpermanen dapat digambarkan oleh diagram B-H hysterisis loop. Magnetpermanen merupakan material ferromagnetik yang memiliki hysterisis loop yanglebar. Hysterisis loop yang lebar menunjukkan sedikitnya pengaruh induksi dariluar terhadap magnet tersebut (Gieras, J.F., et al., 2004). Terdapat dua tipepenyusunan magnet pada rotor generator fluks aksial, yaitu tipe N-N dan tipe N-S.

Gambar 8. Pola penyusunan magnet; a) tipe N-N, b) tipe N-SSumber : (Mahmoudi, A., et al., 2011)

BAB 3. METODE PENELITIAN

Diagram alir kegiatan penelitian ini adalah sebagai berikut,

7

= tahap pra pengiriman proposal

= tahap pasca persetujuan proposal

Gambar 9. Diagram alir penelitian

A. Tahap pra pengiriman proposal1. Mengumpulkan dasar teori

Dari gagasan penelitian mengenai optimalisasi dan peningkatan efisiensigenerator fluks aksial, dilakukan studi literatur dari internet (jurnal, review,prosiding, skripsi, dll) dan dari buku mengenai teknologi generator magnetpermanen fluks aksial. Setelah itu, dilakukan diskusi dengan anggota kelompokdan selanjutnya melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing mengenaitopik yang akan diteliti.2. Melakukan analisa perhitungan

Setelah tercapai kesepakatan mengenai topik yang diteliti, tahapselanjutnya adalah melakukan analisa awal terhadap rancangan penelitian

MULAI

Mengumpulkan tinjauandan dasar teori

Literatur penunjang,buku, jurnal, skripsi,

dll

Diskusi dengananggota kelompokdan pembimbing

Melakukan analisa perhitungan berdasarkanasumsi dan variabel yang telah ditentukan

Menggambar desain (3D) berdasarkananalisa perhitungan yang telah dilakukan

Membuat prototip generator magnet permanenfluks aksial 3 fasa

Analisa dan pembahasan

SELESAI

PengujianGAGAL

BERHASIL

8

mengenai generator. Analisa yang dilakukan merupakan analisa secaramatematis, dengan beberapa asumsi valid yang diperoleh dari jurnal dan buku,seperti penentuan diameter luar dan dalam magnet, frekuensi luaran generator,dan celah udara, serta ditunjang teori yang didapat dari review jurnal dan buku.Dari analisa yang dilakukan, diperoleh beberapa parameter kunci yangdigunakan untuk merancang sebuah generator, seperti tegangan luaran yangbernilai 27,83 VDC, dimensi magnet permanen, kuat medan magnet yangsesuai kebutuhan, bahan pembuatan, dimensi komponen-komponen generatordan metode yang sesuai untuk menguji performa dari generator.3. Menggambar desain rancangan

Pada tahapan ini, dimensi generator dan bahan-bahan yang ditentukanberdasarkan analisa awal, dituangkan dalam bentuk gambar teknik. Desaindigambar dalam bentuk 3 dimensi (3D) dan 2 dimensi untuk gambar detailnya.Proses menggambar desain rancangan dilakukan dengan software Solidworksdan Autocad.

Gambar 10. Desain 3D generator magnet permanen multistage fluks aksialB. Tahap pasca persetujuan proposal

1. Membuat prototip generator dan melakukan pengujian terhadap generatorhasil rancanganPrototip dibuat berdasarkan analisa awal dan gambar desain rancangan

yang telah dilakukan sebelumnya. Bagian rotor menggunakan magnetpermanen NdFeB (Neodymium Ferrite Boron) seri N35, sementara itu padabagian stator menggunakan kawat email F-class diameter 1 mm. Dalamprosesnya, komponen-komponen seperti poros dan rumah bearing, yangmemerlukan kepresisian ukuran yang tinggi diserahkan proses manufakturnyapada bengkel mesin. Sementara itu, pembuatan komponen lainnya seperti,cover generator, resin untuk stator dan rotor, dan perakitan dilakukan sendirioleh kelompok penelitian. Untuk alat pengujian, seperti motor listrik, variableresistor, kopling poros, driver motor, dan data logger dibeli di toko secaralangsung maupun online.2. Analisa dan pembahasan

Dari data hasil pengujian yang diperoleh, dilakukan analisa mengenaiperforma dari generator hasil rancangan. Data-data seperti tegangan luarangenerator, kecepatan putar generator, daya yang dikeluarkan motor listrik

9

sebagai piranti percobaan, dan arus generator. Dari data tegangan dan arusyang didapatkan, kemudian dapat dihitung daya luaran generator, yangkemudian dapat digunakan untuk menentukan efisiensi dari generator. Darikeseluruhan data yang diperoleh dan olah data yang dilakukan, selanjutnyadibuat sebuah tulisan atau jurnal mengenai proses dan hasil dari awal hinggaakhir.

BAB 4. JADWAL KEGIATAN PROGRAM

4.1 Anggaran BiayaTabel 1. Ringkasan Anggaran BiayaNo Jenis Pengeluaran Biaya (Rp)

1 peralatan penunjang Rp 4.200.000,-2 bahan habis pakai Rp 4.636.000,-3 Perjalanan Rp 2.900.000,-4 lain-lain Rp 764.000,-

Jumlah Rp 12.500.000,-

4.2 Jadwal KegiatanTabel 2. Jadwal kegiatan

KegiatanBulan ke-1 Bulan ke-2 Bulan ke-3 Bulan ke-4 Bulan ke-5

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Konsultasi dengan

dosen pembimbing

Persiapan alat dan

bahan

Pembuatan

Generator magnet

permanen fluks

aksial

Pengujian dan

perbaikan kecil pada

generator

Analisa dan

pembahasan

10

DAFTAR PUSTAKA

Batzel, T.D., Andrew M, S., and Massi, R.D., 2014, Design and Test of anIronless Axial Flux Permanent Magnet Machine Using Halbach Array, 88pp. 15.

Bumby, J.R., Stannard, N., and Martin, R., 2013, A Permanent Magnet Generatorfor Small Scale Wind Turbines, 141 pp. 6.

Chan, T.F., and Lai, L.L., 2015, An Axial Flux Permanent Magnet SynchronousGenerator for a Direct Coupled Wind Turbine System.

Chapman, and Stephen, J., 2002, Electric Machinery and Power SystemFundamentals.

Chung, D.-W., and You, Y.-M., 2014, Design and Performance Analysis ofCoreless Axial-Flux Permanent-Magnet Geerator for Small Wind Turbine,Magnetics, Vol. pp. 9.

Gieras, J.F., Wang, R.J., and Kamper, M.J., 2004, Axial Flux Permanent MagneBrushless Machine.

Kalender, O., Ege, Y., Eskidere, O., and Karen, I., 2015, A New Axial FluxPermanent Magnet Synchronous Alternator Autonomously Adapted toWind Speed, Measurement, Vol. pp. 8.

Mahmoudi, A., Rahim, N.A., and Hew, W.P., 2011, Axial-Flux Pemanent-MagnetMachine Modeling, Design, Simulation and Analysis 6 (12) pp. 25.

Muljadi, E., Butterfield, C.P., and Wan, Y.H., 1998, Axial Flux, Modular,Permanent-Magnet Generator with a Toroidal Winding for Wind TurbineApplications, pp. 7.

Mustofa, Notosudjono, D., and Suhendi, D., 2014, Perancangan PembangkitListrik Menggunakan Generator Magnet Permanen Dengan Motor DcSebagai Primer Mover, pp. 10.

Piggot, H., 2003, How to Build a Wind Turbine, pp. 48.Prisandi, C.H., 2011, Studi Desain Kumparan Stator Pada Generator Sinkron

Magnet Permanen Fluks Aksial Tanpa Inti Stator.Rossouw, F.G., 2009, Analysis and Design of Axial Flux Permanent Magnet Wind

Generator System for Direct Baterry Charging Applications.Tinjo, R., 2010, Optimasi Jarak Celah Udara Generator Sinkron Magnet

Permanen Fluks Aksial Rotor Cakram Ganda Dengan Stator Tanpa Inti.

13

2.2. Anggota Pelaksana IIa. Identitas Diri

1 Nama Lengkap Vidi Fajri Herwanda2 Jenis Kelamin Laki-Laki3 Program Studi TeknikMesin4 NIM I04120515 Tempat dan Tanggal Lahir Purbalingga, 25 September 19936 E-mail [email protected] Nomor Telepon/HP 085700031194b. Riwayat Pendidikan

SD SMP SMA

Nama Institusi SDN 1 Bukateja SMPN 3Purbalingga

SMAN1Purbalingga

Jurusan - - IPATahunMasuk – Lulus 2000-2006 2006-2009 2009-2012c. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation)

No Nama Pertemuan Ilmiah/ Seminar Judul Artikel Ilmiah Waktu danTempat1 - - -2 - - -d. Penghargaan dalam 10 tahunterakhir

No. Jenis Penghargaan Institusi PemberiPenghargaan Tahun

1 Penerima dana hibah PKM-KC DIKTIpendanaan tahun 2014

Direktorat JenderalPendidikan Tinggi 2014

2 Penerima dana hibah PKM-KC DIKTIpendanaan tahun 2014


3 Drivers and body manufacture padaKontes Mobil Hemat Energi (KMHE)


42nd runner up sebagai drivers dan bodymanufacture pada Shell Eco Marathon

AsiaShell Company 2015

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan

dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata

dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi.

Demikian biodat a ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu

persyaratan dalam pengajuan Program Kreativitas Mahasiswa periode anggaran 2016.

18

C. Justifikasi Pemakaian Anggaran1. Peralatan penunjang

Material JustifikasiPemakaian Kuantitas Harga Satuan Jumlah

Motor Listrik AC1 fasa daya 1 hp memutar generator 1 buah Rp 1.750.000,- Rp 1.750.000,-

Alat PenggulungKumparan

menggulungkumparan statorgenerator

1 buahRp 300.000,- Rp 300.000,-

Driver Motormengubah putaranmotor sesuaikebutuhan pengujian

1 buahRp 450.000,- Rp 450.000,-

Gergaji TriplekMesin

memotong dudukangenerator dengantingkat kesulitantinggi

1 buah

Rp 1.000.000,- Rp 1.000.000,-MultitesterDigital

mengukur performagenerator 1 buah Rp 700.000,- Rp 700.000,-

SUB TOTAL Rp 4.200.000,-

2. Barang habis pakai


Magnet PermanenNdFeB n35Ø30mm, t=5mm

penyusun rotor 48 buah Rp 60.000,- Rp 2.880.000,-

Akrilik180cmx90cm,t=5mm

sebagai dudukangenerator dan rumahbearing

1 buah Rp 400.000,- Rp 400.000,-

Mur M10penyambung antarkomponen sekatrotor

50 buah Rp 400,- Rp 20.000,-

Baut M10penyambung antarkomponen sekatrotor

34 buah Rp 2.000,- Rp 68.000,-

Ring Per Ø6mm peredam getarankuat pada sekat rotor 100 buah Rp 500,- Rp 50.000,-

Ring Ø6mmperedam getaranbiasa pada sekatrotor

100 buah Rp 300,- Rp 30.000,-

Mur M14penyambung antarkomponen rumahbearing

50 buah Rp 400,- Rp 20.000,-

Baut M14penyambung antarkomponen rumahbearing

49 buah Rp 1.000,- Rp 49.000,-

19

Mur M17penyambung antarkomponen casingdengan stator

20 buah Rp 700,- Rp 14.000,-

Baut M17,l=100mm

penyambung antarkomponen casingdengan stator

4 buah Rp 5.000,- Rp 20.000,-

Ring Per Ø10mm

peredam getarankuat padasambungan casingdan stator

30 buah Rp 500,- Rp 15.000,-

Stainless Steel Ø1inchi, l=75cm poros generator 1 buah Rp 200.000,- Rp 200.000,-

Plat Besi tebal3mm dudukan magnet 1 buah Rp 300.000,- Rp 300.000,-

Teflon Ø2 inchi,l=35cm sekat pembatas rotor 1 buah Rp 100.000,- Rp 100.000,-

Resin bahan cor stator 5 kg Rp 50.000,- Rp 250.000,-Katalis bahan cor stator 1 buah Rp 20.000,- Rp 20.000,-Besi Plendes Ø2inchi, l=25cm dudukan bearing 1 buah Rp 200.000,- Rp 200.000,-

Sub Total Rp 4.636.000,-

3. Perjalanan

Keperluan JustifikasiKeperluan Kuantitas Harga Satuan Jumlah

Perjalanan dariSolo keBandung/Surabayadan sebaliknya

membeli motorlistrik 8 Rp 200.000,- Rp 1.600.000,-

Perjalanan dariSolo keYogyakarta dansebaliknya

membeli magnetpermanen 8 Rp 100.000,- Rp 800.000,-

Perjalanan didalam kota

membeli alat danbahan lain yangterdapat di solo

5 Rp 100.000,- Rp 500.000,-

Sub Total Rp 2.900.000,-

4. Lain-lain


Administrasi,surat,danpengarsipan

Menyusun laporanakhir 1 Rp 80.000,- Rp 80.000,-

materai 6000 menyusun surat 3 Rp 8.000,- Rp 24.000,-

20

MoUfotocopy danpenjilidan

menyelesaikanlaporan 4 Rp 30.000,- Rp 120.000,-

kertas A4 mencetak laporan 1 Rp 40.000,- Rp 40.000,-

cetak kertas A3 mencetak gambarteknik 10 Rp 10.000,- Rp 100.000,-

konsumsi konsumsi 4 orangselama 5 hari 20 Rp 20.000,- Rp 400.000,-

Sub Total Rp 764.000,-Total Keseluruhan Rp 12.500.000,-

D. Susunan Organisasi Tim Peneliti Dan Pembagian Tugas

No Nama/NIMProgram

StudiBidang Ilmu

Alokasi

Waktu

(jam/minggu)

Uraian Tugas

1Dicky Agus Triyono/

I0413017Teknik Mesin Teknik Mesin

56

jam/Minggu

Pembelian,

pembuatan produk

2M. Fathan C. Imam /

I0413034Teknik Mesin Teknik Mesin

56

jam/Minggu

Pembelian,

pembuatan produk

3Niluh Made Lugasa

P.K./ I0413037Teknik Mesin Teknik Mesin

56

jam/Minggu

Penyusunan laporan

akhir dan evaluasi

4Bagus Surya Premono

/I0412011Teknik Mesin Teknik Mesin

56

jam/Minggu

Observasi, desain

mesin, pembuatan

produk dan evaluasi

5 Vidi Fajri H./I0412051 Teknik Mesin Teknik Mesin56

jam/Minggu

Pembuatan dan

evaluasi kekuatan

material produk

22

F. Gambaran Teknologi1. Spesifikasi Fisik dan Analisa Perhitungan Generator Magnet Permanen Fluks Aksial 3

FasaSpesifikasi-spesifikasi generator yang dirancang adalah sebagai berikut:Tabel 3. Spesifikasi Rotor Generator Magnet Permanen

Spesifikasi Rotor Generator Magnet PermanenJumlah Rotor 2 pasangDiameter dudukan rotor 160 mmTebal dudukan Rotor 3 mmDiameter poros rotor 15 mmJumlah Kutub 12 kutubTipe peletakan magnet Surfaced-MountedManget Permanen NdFeB (Neodymium Ferrite Boron)Besar medan magnet maksimum 0,72 TeslaDimensi Magnet diameter 30 mm, tinggi 5 mmRadius Luar Magnet 75 mmRadius Dalam Magnet 45 mmJarak antar magnet 1,05 mm

Tabel 4. Spesifikasi Stator Generator Permanen PermanenSpesifikasi Stator Generator Magnet Permanen

Jumlah Stator 2Diameter dudukan stator 200 mmJenis Kawat Kawat email F-classDiameter Kawat 1 mmJumlah Kumparan 9Banyak Belitan 80 belitan/kumparanTipe susunan kumparan Non-overlaping

Dari spesifikasi yang akan dirancang, maka putaran rotor dan tegangan hasil generatordapat ditentukan dengan persamaan:

a. Luasan Magnet= ( )[Piggot, H., 2003]

Dengan : = Radius luar magnet=110 mm=0,075 m= Radius dalam magnet=64mm=0,045 m= jumlah magnet=12= jarak antar magnet = 1,05 mm=0,00105 m

Maka luas magnet adalah = 9,1x10-4m2

b. Fluks maksimumØ = . [Piggot, H., 2003]

Dengan Bmax= 0,72 T, maka Fluks maksimum = 6,57x10-4Wb

23

c. Putaran Magnet= [Piggot, H., 2003]Generator didesain untuk bekerja dalam frekuensi 50 Hz, maka jumlah putaran porosgenereator = 500 rpm

d. Tegangan luaran Generator= 4,44 Ø [Piggot, H., 2003]

Dimana : N =jumlah lilitan = 100Ns=jumlah kumparan = 9Nph=jumlah fasa = 3

Maka tegangan yang dihasilkan = 43,76 Volt AC = 27,83 Volt DC

Beberapa parameter yang digunakan dalam menentukan spesifikasi generatorTabel 5. Parameter acuan dalam dalam analisa perhitungan

Parameter Keterangan Nilai Satuanro diameter luar magnet 0,075 meterri diameter dalam magnet 0,045 meterNm jumlah magnet 12 buahphi nilai pi 3,1415927 -τf jarak antar magnet 0,0010583 meterB kerapatan fluks magnet 1,01 TeslaBmax kerapatan fluks magnet maksimum 0,7214286 Teslaf frekuensi 50 HertzN jumlah belitan 100 belitanNs jumlah kumparan 9 buahNph jumlah phasa 3 buahr jari-jari ke pusat magnet 0,06 meterrm jari-jari magnet 0,015 meterδ celah udara 0,002 metert tebal magnet 0,005 meter

Spesifikasi generator berdasarkan analisis matematis

Tabel 6. Hasil analisa perhitungan generator magnet permanen fluks aksial

No Perhitungan Nilai Satuan1 Menghitung Luasan magnet 0,000910729 m2

2 Fluks Maksimum 0,000657026 Weber3 Putaran magnet 500 putaran/menit4 Tegangan luaran 43,76 Volt AC

24

2. Desain 3D Prototip Generator Magnet Permanen Fluks Aksial Multistage

(a)

(b)Gambar 11. Desain 3D Prototip Generator Magnet Permanen Fluks Aksial Multistage;

a) pandangan isometrik, b) pandangan samping

25

3. Skema pengujian generator

Gambar 12. Skema pengujian generatorSumber : (Muljadi, E. et al, 1998)

180

45 8

10

32,500

141,421

30

R45

R15

35

10

R2

5

5

190

,711

BAGUS S P

AKRILIK

GENERATOR AXIAL

RUMAH AKRILIKWEIGHT:

A4

SHEET 1 OF 1SCALE:1:2

DWG NO.

TITLE:

REVISIONDO NOT SCALE DRAWING

MATERIAL:

DATESIGNATURENAME

DEBUR AND BREAK SHARP EDGES

FINISH:UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:

Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

161

111

25

20

1

180

121

36

36

23

BAGUS S P

AKRILIK

GENERATOR AXIAL

ALASWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

20

5

80

25

45

8

65

BAGUS S P

BESI

GENERATOR AXIAL

RUMAH BEARINGWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

10

15

42

GENERATOR AXIAL

BAJA TAHAN KARAT

BAGUS S P

BEARINGWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

R80

141,421

R15 10

60

30

10

171

,421

GENERATOR AXIAL

RESIN & TEMBAGA STATOR SURFACEWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

6

30

50

160

R7,500

31,058 60

8

5

GENERATOR AXIAL

BESI & MAGNET ROTORWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

13

3

6

30

50

160

R7,500

60

31,058

GENERATOR AXIAL

BESI & MAGNET ROTOR TENGAHWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

34 6

R7,500

40

50

6

2,6

26

BAGUS S P

BESI

GENERATOR AXIAL

SEKAT PEMBATASWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

15

240

80 40

2

BAGUS S P

BAJA TAHAN KARAT

GENERATOR AXIAL

SHAFTWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

16

186

6

13,856

8

GENERATOR AXIAL

BESI

BAGUS S P

BAUT 8x180mmWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

6

13,856

16

8

8

GENERATOR AXIAL

BESI

BAGUS S P

MURWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

6 80

4

BAGUS S P

BAJA TAHAN KARAT

GENERATOR AXIAL

PASAKWEIGHT:

A4


DWG NO.

TITLE:


MATERIAL:

DATESIGNATURENAME



Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

usulan program kreatifitas mahasiswa judul...

Documents