BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Gambaran Umum Pada bab ini akan dibahas mengenai perencanaan perangkat keras elektronik dan pembuatan mekanik turbin. Sedangkan untuk pembuatan media putar untuk turbin dengan menggunakan alumunium batang dan besi. Perencanaan ini terdiri dari pengaturan peletakan posisi media kinetik agar turbin dapat berputar dengan baik, pemasangan motor dc type 38ZY13 sebagai penggerak dan menghasilkan daya listrik sebagai sumber. Sedangkan pembuatan perangkat keras elektronik terdiri dari pembuatan rangkaian charger sebagai pusat pengontrolan pada waktu pengisian batery. Pembuatan rangkaian inverter sebagai pengubah dc to ac. 3.2 Konfigurasi Sistem Turbin dapat bergerak sesuai putaran yang konstan, dan turbin ini menghasilkan daya arus 12v-110v, Sebagai penggerak digunakan kinetik sebagai media putaran turbin dengan putaran yang konstan. turbin dapat bergerak secara kinetik dengan mengandalkan tenaga manusia untuk memutar turbin dengan media engkol. Semua sistem diatas dikontrol oleh sebuah turbin sesuai dengan tenaga manusia yang akan menghasilkan daya arus listrik 12v-110v dan proses melalui charger untuk menyimpan daya arus ke batery ( accu ). 3.3 Diagram Blok Sistem Gambar berikut ini memperlihatkan diagram blok sistem keseluruhan dari turbin dengan metode kinetik.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem turbin Dari blok diagram diatas dapat dilihat bahwa kinetik putaran turbin sebagai pusat dari semua sistem, turbin menghasilkan daya arus yang di proses ke charger untuk mengisi batery. inverter berfungsi untuk mengubah dc to ac besarnya daya yang di hasilkan inverter tergantung pada besarnya daya suplay 12v misalnya accu 60A,7A,5A. Ukuran trafo dan jumlah tr sangat mempengaruhi daya inverter untuk menambah daya maka tambahkan transistor dengan jenis yang sama. Putaran kinetik generator dc tersebut kemudian diproses melalui charger dan dikeluarkan kembali untuk mengisi batery ( accu ), generator akan menghasilkan daya arus listrik apabila mendapatkan putaran yang konstan pada media kinetik putar. 3.4 Perencanaan Perangkat Keras Elektrical 3.4.1 Rangkaian charger Rangkaian charger berfungsi sebagai pengisian accu. sumber dari turbin diproses dan dijadikan saat pengisian dilakukan pada tegangan accu dengan level tertentu sampai tertentu. Sedangkan untuk kontinyu,tegangan charger dibuat sama dengan tegangan penuh accu. Jika batere sudah terisi penuh maka led indicator secara otomatis akan menyala dikarenakan kenaikan tegangan pada batere yang dicharger akan menyebabkan kenaikan arus yang mengalir pada basis transistor Q2 serta akan memutuskan siklus pengisian akibat transistor Q1 mengalami cut-
off dikarenakan kekurangan arus basis. Pada kondisi tersebut Q1 akan mengalami kekurangan arus basis hal ini dikarenakan hampir semua arus yang mengalir pada R1 10 kohm akan berpindah ke diode D1 yang secara logika terhubung langsung dengan ground akibat Q2 mengalami jenuh. Sebagai penyimpan tegangan 12 volt yang dibutuhkan oleh rangkaian charger adalah accu, accu yang berfungsi sebagai suplay tegangan input sebesar 12 volt. Aliran daya arus dari accu akan melewati rangkaian inverter untuk merubah daya dc to ac dan ke transformator ct Gambar 3.2 Rangkaian Charger Rangkaian charger ini terdiri dari beberapa rangkaian pendukung antara lain 3.4.2 Rangkaian Inverter Inverter berasal dari kata invert dalam bahasa inggris artinya sama dengan convert yaitu mengubah ke bentuk lain. Dalam hal Inverter DC to AC, jelas yang diubah adalah tegangan searah DC, diubah menjadi Tegangan Bolak Balik AC. Jadi AC to AC inverter jelas tidak ada Untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC tidak perlu membuat rangkaian lain tugas itu cukup diberikan kepada transformator alias TRAFO. Untuk menaikkan dipakai Trafo Step Up, untuk menurunkan dipakai Trafo Step Down.
Inverter tidak mengubah besaran arus listrik tapi mengubah besaran tegangan atau voltase listrik dan Polaritasnya yaitu dari DC menjadi AC. Meskipun pada kenyataannya Arus nya juga berubah, yaitu menjadi lebih kecil.secara teoritis Daya yang dimasukkan ke rangkaian akan sama dengan daya keluarannya. Jadi kalau Daya dianggap sama sedangkan voltase keluaran lebih tinggi maka arusnya akan menurun. Contoh: inverter A dengan sumber DC berupa aki 12v 100 Amper, maka Daya potensialnya 12v x 100A = 1200watt, arus keluarannya dengan tegangan 220V ac hanya akan sebesar 1200/220=~5,45amper. Cara kerja inverter. Sebuah rangkaian inverter biasanya terdiri dari rangkaian flip-flop,penguat arus dan trafo.flip-flop bertugas membangkitkan denyut2 listrik dengan interval tertentu.untuk inverter distel 60Hz sesuai fasa PLN. Denyut2 listrik dari flipflop ini adalah listrik berpolaritas AC, dengan arus yang relatif kecil. Untuk itu diperlukan penguat arus untuk menguatkan arus agar dapat menimbulkan fluks2 tegangan listrik di kern inti trafo dan kemudian menginduksi listrik di gulungan trafo lain.. Untuk perancangan rangkaian inverter ditunjukkan pada gambar berikut. Gambar 3.3 Rangkaian Inverter
3.4.3 Standar Motor DC Motor adalah sebuah alat yang mengubah energi listrik menjadi tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motor listrik ini adalah menggunakan gaya lorentz, yaitu gaya yang membuat sebuah kawat yang dialiri listrik bergerak jika didekatkan dengan medan magnet yang homogen. Gambar 3.4 medan magnet lihat pada gambar diatas kawat akan melengkung jika dialiri listrik, nah gaya lorentz yang membuat kawat menjadi melengkung ke atas. Kemudian jika kawat yang dialiri listrik dibuat menjadi kumparan dan kumparan tersebut berada di dalam medan magnet yang homogen maka kumparan tadi akan berputar. Pada motor listrik bagian yang berputar dsebut rotor dan bagian yang diam (statif) disebut stator, pada bagian rotor inilah terdapat kumparan yang mengakibatkan rotorberputar.
Gambar3.5 Sistem kontruksi motor dc Semakin banyak kumparannya maka semakin cepat putaran rotornya. Motor listrik dikelompokkan menjadi beberapa macam tergantung cara putar motornya diantaranya adalah: motor DC motor stepper motor servo >>MotorDC adalah motor yang berputar dengan sudut 360 derajad alias continously. Motor dc (seperti namanya) dikontrol menggunakan tegangan DC dan mepunyai tegangan DC. Semakin besar tegangan DC yang dihubungkan ke motor DC maka semakin cepat pula putaran dari motor dengan media engkol kinetik, tetapi ingat jangan terlalu banyak melebihi tegangan maximal motor DC, jika hal itu terjadi maka spul pada rotor motor DC akan putus akibatterbakar.
Gambar 3.6 Sistem Minimum Motor DC 3.5 Perancangan Perangkat Keras Mekanik Pada perancangan perangkat keras mekanik turbin, terdapat 2 bagian yaitu: Perancangan Rangka turbin Perancangan Posisi turbin 3.5.1 Perancangan Rangka turbin Turbin ini dirancang agar dapat melaksanakan fungsi-fungsi sesuai algoritma gerakan pada putaran. Untuk mencapai kondisi tersebut maka yang perlu diperhatikan adalah mulai dari pemilihan bahan, desain konstruksi, dan ketepatan pemasangan mekanik baik pada posisi letak engkol kinetik maupun pada ukuran engkol kinetik untuk memutar turbin agar mencapai kepresisian yang maksimal. Pada tugas akhir ini, kerangka turbin dibuat dari besi dan aluminium dengan alasan bahan ini cukup kuat untuk menopang konstruksi dari mekanik turbin. Selain itu bahan besi dan aluminium tidak mudah keropos pembentukannya dengan bubut. Perancangan turbin meliputi perancangan base turbin.
Gambar 3.7 Rancangan turbin Secara Keseluruhan Ukuran media engkol kinetik memiliki tinggi ukuran 23 cm, panjang 14 cm dan lebar 10 cm. Pada engkol kinetik ini terdapat tali karet sebagai penggerak untuk memutar turbin. Satu buah motor dc sebagai turbin atau tidaknya sebagai sumber tegangan. Satu buah accu sebagai catu daya sebesar 12 V DC dan satu charger sebagai pusat pengisi accu. Selanjutnya inverter sebagai pengubah tegangan DC to AC dan transformator ct (trafo ct) untuk menaikan tegangan, Berikut perancangan media kinetik engkol pada turbin. Gambar 3.8 Rancangan media kinetik engkol
Berikutnya Pada bagian turbin disatukan dengan piringan alumunium dengan karet tali sebagai media putar yang digerakan oleh engkol kinetik. Pada bagian ini tempat dudukan motor DC dipasang disesuaikan tingginya agar bisa berputar. Gambar 3.9 Bagian engkol kinetik dan turbin terpasang 3.5.2 Perancangan Posisi turbin Dan charger pada pengisian accu turbin dipasang dengan charger dan diproses untuk pengisian accu sehingga accu dapat terisi penuh. Pada motor dc dipasang secara horizontal dengan posisi berlawanan dan untuk kepala putar motor dc menghadap kedepan. Sedangkan posisi motor dc kedepan pada charger dipasang dibelakang turbin sehingga posisi didekat itu dan untuk kepala putar motor dc menghadap samping kiri dan samping kanan luar turbin
Gambar 3.10 Perancangan Posisi turbin dan charger sewaktu mengisi accu Pada bagian accu ke inverter, accu dipasang dengan inverter untuk mengubah dc to ac yang akan dinaikan oleh trafo ct untuk menyalakan lampu seperti pada gambar berikut. Gambar 3.11 Perancangan Posisi accu dengan inverter
3.5.3 fungsi transformator (trafo) Trafo atau transformator (transformer) berfungsi untuk menaikan atau menurunkan tegangan arus bolak balik arus. transformator terdiri dari dua atau lebih kumparan yang satu sama lain terpisah. Kumparan yang satu dihubungkan dengan tegangan input yang disebut kumparan primer, sedangkan tegangan output diambil dari tegangan sekunder. Trafo memiliki fungsi untuk menstranfer / memindahkan arus AC dari suatu lingkaran arus lainnya tanpa adanya hubungan langsung antara kedua sirkuit.atau dapat pula dikatakan bahwa trafo berfungsi untuk memindahkan daya dari kumparan primer menuju kumparan sekunder secara induksi dengan tujuan menaikan atau menurunkan daya tersebut. Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Bagian-Bagian Transformator Gambar3.12 Transformator Lambang Transformator
3.5.4 Prinsip Kerja Transformator Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Pada skema transformator dibawah ini, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah ( berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya. Gambar 3.13 Lilitan kumparan primer Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:
Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Simbol Transformator Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu: 1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np). 2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns). Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah: 1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer, Sehingga dapat dituliskan: 3.5.5 Penggunaan Transformator Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt
menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.