RANCANG BANGUN DENGAN SISTIM MEKANIK SPEEDBUMP UNTUK MENGHASILKAN DAYA LISTRIK SEBAGAI TENAGA PEMBUKA GERBANG PINTU TOL KOTA MEDAN SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik TARMIZI TAHER NIM.110401024 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Speed bump adalah mekanisme yang dipasang pada jalan untuk mengurangi laju kendaraan dengan tujuan keamanan. Pada penelitian ini dikembangkan sebuah speed bump yang memiliki fungsi ganda, yaitu mengurangi laju kendaraan dan sebagai pembangkit daya. Sistem pembangkit daya terdiri dari pasangan roda gigi, poros, roda gila, pegas, rantai dan kumparan generator. Ketika kendaraan menyentuh speed bump tersebut, maka ban kendaraan tersebut akan menekan pegas yang dipasang dibawah speed bump dan dihubungkan dengan roda penggerak (rack), kemudian roda penggerak (rack) tersebut dihubungkan dengan sproket yang dipasang antara roda penggerak (rack), sproket tersebut akan memutarkan flywheel, flywheel tersebut yang akan digunakan untuk memutar generator untuk menghasilkan energi listrik. Prototipe kemudian diuji pada tingkat kecepatan yang bervariasi. Besar voltase dan arus yang dibangkitkan diukur. Hasil pengujian dihasilkan tegangan 18 Voltase dan menghasilkan daya sebesar 3.63 watt. Kata Kunci : Speed Bump,Energy terbarukan,generator elektrik, i
ABSTRACT Speed bump is a mechanisms of assembled on the road to decreased speed of transportation by the safety destination. In this research developed a speed bump has a dual function, for instance decreasing speed of transportation and as a power generator. The System of power generator consists to a pair of gears, shafts, flywheel, springs, chains and coils.while the transportation touched of the speed bump, then tire of the transportation regarding hit the spring mounted under the speed bump and connected to the flywheel, there after cog flywheel was connected to a sprocket mounted between the flywheel, sprocket will rotating flywheel, the flywheel would be used to turn a generator to produce electricity. Subsequently The prototype was tested at varying levels of speed.the last prototype was tested on level speeds variation. the largest of voltage and current were resurrected of measure. Assay results generated voltage 18 voltage and power of 3.63 watts produces. Key words : speed bump, newest energy,generator electric ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat ALLAH Subhanahuwata ala yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya.shalawa tdan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian skripsi ini. Skripsi ini adalah salah lulus menjadi SarjanaTeknik di DepartemenTeknik Mesin, Fakultas Teknik,.Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses Produksi Non-Logam, yaitu RANCANG BANGUN DENGAN SISTIM MEKANIK SPEED BUMP UNTUK MENGHASILKAN DAYA LISTRIK SEBAGAI TENAGA PEMBUKA GERBANG PINTU TOL KOTA MEDAN. Di dalam penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan bantuan dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini serta penulis banyak mengucapkan banyak terima kasih Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis. Pada kesempatan ini penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih sedalam-dalamnya kepada: 1. Kedua orang tua atas doa dan motivasinya yang tiada hentinya untuk memberikan semangat kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. 3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi. 4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik. iii
5. Teman-teman satu tim IFRC yang telah bersama-sama menyelesaikan skripsi ini dengan kerja sama. 6. Abang Magister Teknik Mesin S2 yang telah banyak memberikan motivasi dan arahan buat penulis 7. Seluruh kawan-kawan stambuk 2011 yang telah memberikan dukungan baik berupa tenaga dan motivasi kepada penulis. Semoga skripsi ini dapat memberikan ilmu tambahan bagi pembaca serta dapat bermanfaat bagi orang lain.penulis menyadari akan kekurangan skripsi ini sehingga penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi.penulis mengucapkan banyak terima kasih atas kerja samanya. Medan, 23 Agustus 2016 Tarmizi Taher 110401024 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR NOTASI... xi BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 LatarBelakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 4 1.5 Batasan Masalah... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Speed Bump (Pembatas Kecepatan Kendaraan)... 8 2.2 Generator Elektrik... 8 2.2.1 Mekanisme Generator... 8 2.2.2 Rotor... 10 2.2.3 Stator... 11 2.3.4 Penyearah... 12 2.3 Roda Gigi... 13 2.3.1 Macam-macam Roda Gigi... 12 2.4 Poros... 18 2.4.1 Macam-macam Poros... 19 2.4.2 Pemilihan Bahan Poros... 20 2.4.3 Diameter Poros... 22 2.4.4. Kekuatan Poros... 22 2.5 Bantalan... 22 2.5.2 Perhitungan Faktor Umur... 25 v
2.5.1 Pemilihan Jenis Bantalan... 26 2.6 Pegas... 27 2.6.1 Klasifikasi Pegas... 28 2.6.2 Bahan Pegas... 29 2.6.3 Lenturan (Defleksi) Pegas... 30 2.6.4 Energi yang mampu disimpan... 30 2.7 Flywheel (Roda Gila)... 31 2.7.1 Koefisien fluktuasi flywheel... 31 2.7.2 Menentukan berat roda gila... 32 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN... 34 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 34 3.2 Alat dan Bahan... 34 3.2.1 Alat... 34 3.2.2 Bahan... 36 3.3 Desain Speed Bump... 40 3.2.3 Sistem kerja Speed Bump... 41 vi
3.4 Diagram Aliran Penelitian... 43 BAB 4 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE... 44 4.1 Perancangan Alat Pembangkit Daya... 44 4.1.1 Generator... 45 4.1.2 Roda Gigi... 46 4.1.3 Bantalan... 48 4.1.4 Pegas... 51 4.1.5 Poros... 52 4.1.6 Perhitungan Rantai... 56 4.1.7 Fywheel... 57 4.1.8 Roda Gigi Penggerak... 59 4.2 Hasil Pengujian Sistem Mekanik Speed Bump... 60 4.2.1 Pengujian Sistem Mekanik Speed Bump... 61 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 62 5.1 Kesimpulan... 62 5.1 Saran... 63 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS G 3123)... 22 Tabel 2.2 Umur bantalan untuk jenis mesin yang bervariasi... 28 Tabel 2.3 Jenis jenis bantalan... 30 Tabel 3.1 Dimensi system mekanik speed bump penghasil daya listrik... 44 Tabel 4.1 Faktor factor koreksi daya yang akan ditransmisikan,f c... 55 Tabel 4.2 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS)... 57 Tabel 4.3 Data hasil pengujian sistem mekanik speed bump... 64 Tabel 4.4 Hasil pengujian pada lampu LED... 64 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Polisi tidur (Speed Bump)... 1 Gambar 1.2 Palang Parkir otomatis... 2 Gambar 1.3 Parkir system... 3 Gambar 2.1 Berbagai Variasi Speed Bump... 6 Gambar 2.2 Desain Standar Speed bump... 8 Gambar 2.3 Skema generator... 9 Gambar 2.4 Konsep generator... 9 Gambar 2.5 Rangka Poros Rotor... 10 Gambar 2.6 Komposisi magnet... 10 Gambar 2.7 Lilitan Kawat Tembaga... 11 Gambar 2.8 Kumparan Stator 3 Fasa... 11 Gambar 2.9 Rangkaian penyearah... 12 Gambar 2.10 Roda Gigi... 12 Gambar 2.11 Roda gigi lurus... 13 Gambar 2.12 Roda gigi miring... 13 Gambar 2.13 Roda gigi miring ganda... 13 Gambar 2.14 Roda gigi dalam... 14 Gambar 2.15 Pinyon dan batang gigi... 14 Gambar 2.16 Roda gigi kerucut lurus... 14 Gambar 2.17 Roda gigi kerucut spiral... 15 Gambar 2.18 Roda gigi permukaan... 15 Gambar 2.19 Roda gigi miring silang... 15 Gambar 2.20 Roda gigi cacing silindris... 16 Gambar 2.21 Roda gigi cacing gobloid... 16 Gambar 2.22 Roda gigi hypoid... 16 Gambar 2.23 Poros... 19 Gambar 2.24 Bantalan ( Bearing )... 23 Gambar 2.25 Bantalan gelinding... 23 ix
Gambar 2.26 Bantalan Luncur... 24 Gambar 2.27 Variasi pegas tekan (Helix)... 29 Gambar 2.28 Pegas tekan yang digunakan... 29 Gambar 2.29 Flywheel (Roda Gila)... 31 Gambar 3.1 Mesin listrik... 34 Gambar 3.2 Gerinda tangan... 35 Gambar 3.3 Multimeter... 35 Gambar 3.4 Tachometer... 36 Gambar 3.5 Genetaror... 37 Gambar 3.6 Baut M-12 X 80... 37 Gambar 3.7 Roda gigi... 38 Gambar 3.8 Plat besi... 38 Gambar 3.9 Besi hollow... 39 Gambar 3.10 pegas... 39 Gambar 3.11 Rantai... 39 Gambar 3.12 Sket sistem mekanik speed bump 2d... 40 Gambar 3.13 Sistem mekanik speed bump... 41 Gambar 3.14 Sistem kerja speed bump... 42 Gambar 3.15 Diagram aliran penelitian... 43 Gambar 4.1 Sistem mekanik speed bump... 44 Gambar 4.2 Generator elektrik... 45 Gambar 4.3 Roda gigi... 46 Gambar 4.4 Metode pengukuran pegas... 51 Gambar 4.5 Grafik pemilihan rantai... 56 Gambar 4.6 Standard Spesifikasi rantai... 57 Gambar 4.7 Roda Gila... 57 Gambar 4.8 Roda gigi penggerak... 60 Gambar 4.9 Pengujian sistem mekanik dengan lindasan mobil... 60 Gambar 4.10 Bola lampu DC... 61 x
DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan σ Tegangan N/mm 2 F Gaya N P Beban Tekan N c Jarak pusat cm V p Kecepatan keliling Ft/m Ft Gaya tangensial lb Δx Simpangan m M p Momen puntir Kg.mm xi