Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 4, No. 2, Mei 2013 101 Pemanfaatan energi yang terbuang dari pengayuhan sepeda sebagai sumber energi untuk charger HP Ulfah Mediaty Arief 1, Arief Rohman Hakim 2 1. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Ulfaharief@yahoo.com Abstrak : Akhir-akhir ini sudah menjadi gejala menuju krisis energi dan bahan bakar serta makin tingginya harga minyak dunia. Pada situasi demikian, hal yang sebaiknya dilakukan adalah dengan melakukan penghematan energi atau penciptaan energi alternatif yang dapat digunakan oleh lingkungan. Salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk menghasilkan energy listrik adalah dari ayunan sepeda dengan memamfaatkan dynamo yang ada pada sepeda. Sepeda merupakan alat transportasi yang ramah lingkungan dan tidak menggunakan sumber bahan bakar minyak maupun batubara. Sepeda dapat menghasilkan energi yang dapat digunakan sebagai energy alternative. Energi yang dihasilkan sepeda berupa energy gerak yang dapat ditransfer menjadi energy listrik melalui dinamo. Dinamo bekerja berdasarkan induksi elektromegnetik ( Michael Faraday). Pada penelitian ini didesain sebuah alat dengan tujuan untuk memamfaatkan energi yang terbuang oleh sepeda. Energi yang dihasilkan oleh sepeda melalui dinamo akan digunakan untuk mencharger battery handphone. Tegangan yang dihasilkan dinamo sepeda sebesar 2,5 Volt dan arus yang dihasilkan sebesar 0,6 A dengan kecepatan 20 km/jam dan tegangan 4,5 Volt, dan arus 1 A dengan kecepatan 40 km/jam. Hasil tegangan dan arus ini akan diinputkan ke Power bank yang merupakan sebuah teknologi charger yang berfungsi sebagai penyimpan energi yang dapat digunakan untuk mengisi ulang baterai yang pada penelitian ini untuk handphone. Charger ini akan mengisi power bank untuk tegangan 2,5 Volt, arus 0,6 volt dapat diisi selama 4,5 jam dengan output 2,3 V pada kecepatan 20 km/jam. Untuk tegangan 4,5 Volt, dan arus 1 A dengan kecepatan 40 km/jam dapat mengisi selama 3 jam dengan tegangan output charger sebesar 5 Volt. Kata Kunci: dinamo, sepeda, charger HP 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Hampir semua sudut kehidupan kita menggunakan energi listrik yaitu, rumah, kantor, pertanian, kedokteran, komunikasi sampai hiburan seluruhnya menggunakan listrik. Perkembangan zaman dan kemampuan berfikir manusia dalam menciptakan teknologi sehingga memungkinkan kehidupan manusia menjadi mudah dan nyaman misalnya keberadaan alat seperti mobil, motor, sepeda, lampu, televisi, kulkas, komputer, handphone dan sebagainya. Disisi lain, penggunaan yang berlebihan dan pertambahan populasi penduduk juga dapat meningkatkan kebutuhan energi. Diperkirahan bahwa 90% pembangkit listrik bersumber dari bahan bakar minyak dan batubara. Akhir-akhir ini sudah menjadi gejala menuju krisis energi dan bahan bakar serta makin tingginya harga minyak dunia. Pada situasi demikian, hal yang sebaiknya dilkukan adalah dengan melakukan penghematan energi atau penciptaan energi alternatif yang dapat digunakan oleh lingkungan. Sepeda merupakan alat transportasi yang ramah lingkungan dan tidak menggunakan sumber bahan bakar minyak maupun batubara. Sepeda dapat menghasilkan energi yang dapat digunakan sebagai energy alternatif. Energi yang dihasilkan sepeda berupa energi gerak yang dapat ditransfer menjadi energi listrik melalui
102 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 4, No.2, Mei 2013 dinamo. Dinamo bekerja berdasarkan induksi elektromegnetik. 1.2. Tujuan Tujuan penelitian adalah: Merancang, membuat dan menguji charger HP yang memanfaatkan energi yang terbuang oleh sepeda melalui dinamo. 1.3. Tinjauan Pustaka 1.3.1. Dinamo Dinamo sepeda merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan arus listrik yang kecil pula. Pada dinamo sepeda prinsip kerjanya yaitu energi gerak diubah menjadi energi listrik. Hasil arus listrik sesuai dengan cepat lambatnya kecepatan putaran dinamo. Dinamo sepeda intinya adalah sebuah magnet yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap, bila roda memutar magnet akan menghasilkan tegangan 6 sampai 12 volt. Generator atau pembangkit listrik yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Cara kerjanya bagian atas dinamo (bagian yang dapat berputar) dihubungkan dengan roda sepeda. Pada proses itulah terjadi perubahan energi gerak menjadi energi listrik. Dinamo bekerja berdasarkan induksi elektromegnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday. Motor listrik, generator adalah mesin yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Energi gerak pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan, generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen, kumparan ( solenoida), cincin geser, dan sikat. Pada generator, perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan didalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi. Sebagaimana percobaan Faraday, GGL induksi pada generator AC dapat diperbesar dengan cara: memperbanyak lilitan kumparan, menggunakan magnet permanen yang lebih kuat, mempercepat perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan. Gambar 1. Konstruksi dinamo sepeda Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Adapula kumparan yang diputar sebagai rotor dan magnet tetap sebagai stator. Prinsip kerja generator DC (dinamo) sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator). Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya GGL induksi atau arus listrik yang dihasilkan adalah jumlah lilitan kumparan, luas penampang magnet dan lamanya waktu pengisian. Dapat dirumuskan sebagai berikut :
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 4, No. 2, Mei 2013 103 Keterangan E = Besarnya GGL Induksi (volt) N = Jumlah lilitan (bh) Δɸ = Perubahan Fluks magnet (weber) B = Induksi magnet (Tesla) A = Luas daerah (m 2 ) Δt = Lamanya waktu (sekon) (http://cepitem.blogspot.com/2010/11/mate ri-pelajaran-fisika-induksi.html) 1.3.2. Charger Secara umum pengertian charger adalah suatu alat elektronika yang didalamnya terdapat suatu komponen yang berfungsi mengubah dan menstabilkan arus input yang tidak stabil menjadi arus output yang stabil agar dapat mengisi suatu alat elektronika. Dalam pembuatan charger harus memperhatikan input dan output yang dibutuhkan, sehingga dalam pemilihan komponen bisa lebih tepat. Dalam pembuatan alat ini tegangan output yang dihasilkan dinamo sepeda 6-12 volt AC, sedangkan untuk outputnya hanya membutuhkan tegangan 5 volt DC untuk mengisi tegangan ke power bank. Maka dalam pembuatannya memerlukan komponen yang sesuai dengan output yang dibutuhkan.pemilihan komponen disini sangat mempengaruhi pada hasil keluaran charger. 1.3.3. Power bank Power bank adalah sebuah teknologi charger yang berfungsi sebagai penyimpan energi yang dapat digunakan untuk mengisi ulang baterai handphone ketika low-bat, sangat berguna jika sama sekali tidak menemukan terminal listrik PLN (untuk mengisi baterai handphone dengan cara biasa). Power bank dibuat bagi para pebisnis, orang-orang lapangan, dan yang sering melakukan perjalanan. Power bank dapat nenyimpan energi dalam jumlah yang sangat banyak sehingga mampu digunakan 3-8 kali pengisian, tentunya tergantung pada kapasitas dan kualitasnya. Setelah energi dalam Power bank ini habis untuk mengisi baterai, harus diisi kembali selama 8 jam seperti cara biasa mengisi baterai handphone melalui terminal listrik PLN. Bentuk dan ukuran power bank cukup kecil sehingga sangat mudah untuk diselipkan di antara barang bawaan, atau sekadar dimasukkan ke dalam saku jacket atau celana. Powerbank bisa dipakai untuk semua perangkat mobile yang menggunakan baterai lithium rechargeable (isi ulang). Tidak hanya bisa untuk mencharge baterai handphone, tetapi juga gadget lain, seperti Blackberry, ipad/iphone/ipod, kamera digital, Mp3 player, dan gadget lain tergantung kesesuaian jenis colokan kelengkapan Power bank. Maka sebelum membelinya, pastikan kelengkapan colokannya sesuai dengan aneka gadget yang dimiliki. Power bank memiliki kapasitas mulai 1600mAh, 1800mAh, 2600mAh, 3000mAh, 5200mAh, 5600mAh, 5800mAh, 6000mAh, 8000mAh, hingga 9000mAh, dan banyak perusahaan yang menciptakannya dengan berbagai merk. Satuan mah ini sendiri adalah kepanjangan dari Milli Ampere per Hour dalam bahasa inggris dan arti dalam bahasa Indonesianya adalah Mili Amper per Jam. mah ini adalah besarnya arus listrik per 60 menit, yang setara dengan per jam. Mili amper ini sendiri setara dengan seper seribu (0,001) ampere, yaitu satuan arus dalam istilah kelistrikan. Di dalam powerbank, mah ini menunjukan energy (tenaga) yang bisa di simpan dan dapat menyuplai sebuah Hp (handphone). Jika batere sebuah Hp dan powerbank ini dapat di isi ulang dayanya, maka mah inilah yang akan menunjukan seberapa lama alat tersebut akan mampu bertahan dalam penggunaan secara terus menerus. Itu berarti, semakin besar mahnya maka
104 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 4, No.2, Mei 2013 semakin besar pula kapasitas batere atau kapasitas powerbank dan semakin besar mah itu tentu semakin lama pula daya tahan batre atau powerbank tersebut. (http://review-id.com/maksud-pengertianarti-mah-pada-powerbank/) Power bank harus mempunyai tegangan output yang cukup untuk melakukan pengisian. Tegangan yang diperlukan untuk mengisi baterai Hp kebanyakan adalah 5V DC. Jadi, idealnya sebuah power bank harus mempunyai tegangan yang diperlukan sebesar 5V DC. Semakin baik kualitas power bank maka dapat mengurangi faktor lost power (daya yang hilang). 2. Metode Penelitian Untuk mencapai tujuan di atas maka penelitian ini dilaksanakan dalam beberapa tahap yaitu: Mengidentifikasi dinamo sepeda, perancangan penempatan dinamo disepeda, Perancangan alat charger dan power bank, Uji coba alat dan analisa (pembahasan) alat. 2.1. Identifikasi dan Penempatan Dinamo Sepeda Dinamo sepeda yang digunakan mempunyai sumber tegangan yang menghasilkan 6-12 Volt. Penempatan dinamo sepeda diusahakan agar dinamo sepeda menghasilkan tegangan yang cukup untuk mencharger power bank. Dinamo sepeda ditempatkan pada roda belakang, karena posisi ini memudahkan dalam pengujian karena gear sepeda terletak pada roda belakang. Gambar 2. Perancangan Penempatan Dinamo Sepeda 2.2. Perancangan Charger dan Power Bank Inti dari rancang bangun alat ini dapat dilihat pada gambar 2. Pada perancangan charger terdiri dari rangkaian yang mengubah tegangan AC (bolak -balik) yang dihasilkan dinamo sepeda menjadi tegangan DC (searah) dengan rangkaian penyearah. IC LM7805 suatu komponen yang berfungsi mengatur tegangan output menjadi 5 volt untuk power supplay mikrokontroller ATMega16 dan input pada power bank. Sensor Tegangan berfungsi sebagai pengirim sinyal ke ATMega16 untuk mengetahui besarnya tegangan yang dihasilkan charger. Mikrokontroller ATMega16 yang berfungsi untuk menampilkan lamanya waktu pengisian dan jumlah tegangan yang dihasilkan dinamo sepeda didisplay LCD. Power Bank : merupakan tempat penyimpanan hasil tegangan yang diperoleh dari sumber dinamo sepeda, setelah itu power bank digunakan untuk mencharger handphone (HP)/ smarthphone pengguna yang inputnya 5 volt. Untuk perancangan penempatan dinamo sepeda dapat dilihat pada gambar di bawah :
Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 4, No. 2, Mei 2013 105 Pada saat charger mengisi power bank tampilan LCD akan menampilkan lamanya waktu pengisian tegangan ke power bank dan tegangan yang dihasilkan oleh dinamo sepeda. Mikrokontroller ATMega16 akan selalu mendeteksi power bank apabila terhubung (Y) maka kembali ke timer increment begitu seterusnya. Setelah power bank terisi penuh maka ATMega16 akan bekerja untuk menghentikan timer (Timer STOP) setelah beberapa saat (delay) maka LCD akan off / mati. HP Gambar 2 Blok Diagram Pemamfaatan Energi yang Terbuang Dari Pengayuhan Sepeda Sebagai Sumber Energi Untuk Charger Hp 2.3.. Uji Coba Alat Gambar 3 di bawah merupakan sistem kerja alat berdasarkan logika software pada mikrokontroler yang menggunakan ATMega16 pada rangkaian charger power bank. Pada saat mulai ( star) yaitu kondisi dimana dinamo sepeda mulai menghasilkan tegangan ke charger maka mikrokontroller ATMega16 mulai bekerja ditandai dengan inisialisasi yaitu hidupnya LCD kemudian ATMega16 mendeteksi tegangan dari dinamo ke charger apakah sudah terhubung dengan charger power bank atau belum. Apabila tidak terhubung (T) maka sistem kerja ATMega16 akan terus mendeteksi tegangan yang masuk tersebut sampai terhubung dengan benar. Ketika charger power bank sudah terhubung dengan power bank (Y) maka timer akan mulai bekerja (Timer ON), kemudian charger akan mulai mengisi power bank tersebut ( Timer Increment). Gambar 3. Sistem Kerja kontrol untuk penyimpanan energy pada power bank 3. Hasil dan Pembahasan Fungsi utama rangkaian charger adalah mengisi tegangan ke power bank sebesar
106 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 4, No.2, Mei 2013 5V DC, sebagaimana telah dilakukan pengujian pada rangkaian dan hasilnya rangkaian tersebut mampu mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC sebesar 5V DC. Hal ini dibuktikan dengan hasil pengujian menggunakan CRO dan hasil pengujian berupa tulisan yang ditampilkan pada LCD menampilkan output charger 5V. Pengujian tegangan output charger dilakukan untuk mengetahui apakah tegangan drop atau tidak ketika diberi beban charger. Hasil pengujian tegangan sebagaimana telah ditunjukkan menghasilkan output 5,2 Volt sebelum diberi beban power bank dan menjadi 5 Volt setelah diberi beban power bank. Untuk menghitung tingkat drop tegangan menggunakan prosentasi dengan membandingkan selisih tegangan output berbeban, dibandingkan dengan tegangan output tanpa beban. Atau dapat dirumuskan : Jadi hasil prosentasi drop tegangan yang dihasilkan antara sebelum dan sesudah diberi beban power bank yaitu 9,6 %. Dari hasil prosentase menunjukkan bahwa tingkat drop tegangan cukup kecil, sehingga ketika digunakan sebagai charger alat ini sudah memenuhi syarat. Dari hasil pengujian lamanya waktu pengisian tegangan ke power bank dengan kapasitas 5600 mah diperoleh ketika kecepatan ±20 Km/Jam menghasilkan arus 0,6A dan tegangan output dari dinamo 2,5 volt, tegangan ouput charger 2,3 volt dan lamanya waktu pengisian 4,5 jam. Untuk kecepatan ± 40Km/Jam menghasilkan arus 1A, tegangan 5 volt dan lamanya waktu pengisian 3 jam. Semakin cepat putaran dinamo sepeda akan semakin besar arus dan tegangan yang dihasilkan. 4. Penutup 4.1. Kesimpulan Dari hasil rancang bangun alat charger untuk mengisi energy pada power bank dengan memamfaatkan energy yang terbuang dari ayunan sepeda maka dapat disimpulkan bahwa : besarnya tegangan yang dihasilkan charger power bank berbanding lurus dengan cepat lambatnya putaran dinamo sepeda. Semakin cepat putaran dinamo sepeda maka semakin besar energi listrik yang dihasilkan dan semakin cepat waktu pengisian power bank. Berikutnya charger power bank ini menghasilkan tegangan 5 volt, ini berarti sudah sesuai yang diinginkan dan sudah dapat dipakai untuk mencharger power bank. 4.2. Saran Agar pengisian pada power bank 5600 mah menjadi penuh, diperlukan waktu yang cukup lama saat menjalankan dinamo sepeda. 5. Daftar Pustaka Murnomo, Agus. 2004. Paparan Kuliah/Buku Ajar Mesin Listrik. Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Semarang. Malvino. 1996. Dasar Elektronika. Jakarta : Erlangga. Pratomo Andi, Panduan Praktis Pemrograman AVR Microkontroler AT90S2313, Penerbit Andi Yogyakarta, Yogyakarta, 2005. http://bsi.unissula.ac.id/2013/01/powerbank-your-battery-backup http://id.wikipedia.org/wiki/generator_listrik handphone-charger.html#.uthnbj-boy4