PENGUKURAN RAPAT FLUKS MEDAN MAGNET GENERATOR KNOCKDOWN

i

PENGUKURAN RAPAT FLUKS MEDAN MAGNET

GENERATOR KNOCKDOWN

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan (S1)

Program Studi Pendidikan Fisika

Disusun Oleh :

Lendi Kotipki Ningdana

NIM : 101424051

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii


iii


iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini ku persembahkan kepada

1. Bapakku almahrum Misolsinip Senep Klemens Ningdana dan Ibu tercinta

Paripkur Aknes Asemki

2. Kakakku almahrum Tapki Taklipki Ningdana dan Adik-Adikku tercinta

Atangdoki Lewis Ningdana dan Kaka Yambul Anselmus Ningdana.

3. Bapak-Bapakku almahrum Isom Kaseng Ningdana , almahrum Englokner

Ningdana, almahrum Abidingki Barnabas Ningdana, almahrum Miminong

Bernad Ningdana, almahrum Witki Fransiskus Ningdana, Almahrum

Deladakan Bakim Ningdana, Okweng Abraham Ningdana, Pelemde Yunus

Ningdana, Omyum Eliheser Ningdana, almahrum Omdobali Manu Ningdana,

Yonmumki Martinus Ningdana, Abongbangup Ben Ningdana, almahrum

Kupetwok Ningdana.

4. Kakak-kakakku tercinta Bakol Siprianus Ningdana, Denaweng Charles

Ningdana, Abdakan Lazarus Ningdana, Tapki Frederickus Ningdana, Sabanip

David Ningdana, Agus Ningdana

5. Ibuku tercinta Marsilia Uropmabin dan anak-anak tercinta Ida.A.F.Sewinip

Ningdana, Ichonela Apomserip Ningdana dan Sisan L.G.Yelweng Ningdana.

6. Om tuaku Ngulanki Thomas Asemki dan mama Baptumdiwonip Dodopika

Alwolmabin.

7. Ibu-Ibu tercinta Yapimakot Murupkur Anselina Asemki, Dedenipkur

Bernadeta Sasaka.

8. Sahabat hidupku Kakamum Charolino Ningdana


v


vi


vii

ABSTRAK

Lendi Kotipki Ningdana.2015.

Pengukuran Rapat Fluks Medan Magnet Generator Knockdown.

Skripsi. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,

Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta.

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang dilakukan untuk

menghitung rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown putaran

rendah yang penulis rancang. Generator tersebut diukur kecepatan putar dan

tegangan keluaran yang dihasilkannya. Hasil pengukuran kecepatan putar,

tegangan keluaran, tinggi medan magnet dan jari-jari putar medan digunakan

untuk menghitung rapat fluks medan magnet yang dihasilkan oleh generator

knockdown putaran rendah dalam keadaan tanpa beban.

Hasil perhitungan rapat fluks medan magnet tanpa lampu sebesar

0,00257 T. Hasil ini menunjukkan bahwa besar rapat fluks medan magnet

untuk tanpa beban tidak maksimal seperti standar rapat fluks medan magnet

0,1 T sampai dengan 1 T. Diperlukan pengembangan lebih lanjut sehingga

rapat fluks medan magnet (B) rata-rata semakin besar.


viii

ABSTRACT

Lendi Kotipki Ningdana.2015.

Measurement of Knockdown Generator Magnetic Flux.

Thesis. Physics Education Studies Program, Department of Mathematics and

Natural Sciences, Faculty of Teachers Training and Education,

Sanata Dharma University, Yogyakarta.

The conducted research is experiment to define the density of magnetic

flux of low speed generator which has been designed by the writer. Speed of

the generator and output voltage were measured to calculate it’s flux density

as well as the physical parameters of the device such as length of coils and

radius of the poles.

The result shows that the density of its magnetic flux without any bulb

added is 0,00257 T. Its means that the flux density of the generator is below

the common of PM generator flux. Therefore the generator still needs

enhancement for improving it’s performence.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas rahmat

dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi yang berjudul ”Pengukuran Rapat Fluks Medan Magnet Generator Knock

Down”.

Dalam penyelesaian skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan

dan arahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terimakasih kepada :

1. Rohandi, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,

Universitas Sanata Dharma

2. A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing, yang telah meluangkan

waktu, tenaga, dan dengan sabar memberikan bimbingan, saran serta

semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

3. Pemerintah Kabupaten Pegunungan Bintang Provinsi-Papua yang telah

membiayai kebutuhan akademis maupun non akademis dari awal sampai akhir

penulisan skripsi ini.

4. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S. selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika dan

Kepala Lab Fisika serta dosen penguji, atas semua saran dan masukan yang

berguna demi penyempurnaan skripsi ini.

5. Drs. Domi Severinus, M.Si. sebagai dosen penguji atas semua saran dan

masukan yang berguna demi penyempurnaan skripsi ini.

6. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Fisika, atas pendampingan dan

pengetahuan yang diberikan kepada penulis.


x

7. Segenap staf karyawan sekretariat JPMIPA atas segala bantuan yang telah

diberikan.

8. Bapak P. Ngadiono sebagai Laboran Fisika yang telah menyediakan dan

bersedia mempercayakan alat-alat kepada peneliti dalam melakukan

penelitian.

9. Bapak Ir. Doddy Purwodianto, M.T. sebagai Kepala Lab Teknik Mesin dan

Bapak Michael Intan Widanarko sebagai Laboran Teknik Mesin yang

bersedia menyediakan ala-alat penelitian dan mempercayakan alat-alat kepada

peneliti dalam melakukan penelitian.

10. Orangtua serta kakak-kakakku, atas segala bimbingan, dukungan, kasih

sayang, dan doa yang tulus kepada penulis.

11. Teman seperjuanganku, atas dukungan dan doanya Ulbung Sigenen Baptista

Maksimus Asiki dan almahrum Iri Pimchan Alpius Nalsa.

12. Teman seperjuanganku Wilfrida Mayasti Obina yang selalu memberikan

semangat, motifasi, dan lain-lainnya yang penulis tidak bisa sebutkan satu per

satu dalam aktifitas kuliah.

13. Sahabatku Andrias Pradah Haryono, atas bantuannya dalam mendampingi,

membantu melengkapi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

14. Teman-teman Pendidikan Fisika angkatan 2009 yang atas dukungan dan doa

yang diberikan kepada penulis.

15. Teman-teman Komunitas Mahasiswa dan Pelajar Kabupaten Pegunungan

Bintang Se-Jawa,Bali,Sulawesi,Kalimantan dan Sumatera (KOMAPO) yang

selalu menghibur dan memberikan semangat kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

16. Tak lupa penulis mengucapkan terimakasih yang sebanyaknya kepada semua

pihak yang tidak bisa sebutkan satu per satu dalam penulisan skripsi ini.


xi

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini jauh dari

kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran

yang bersifat membangun dari para pembaca demi kesempurnaan skripsi ini.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Akhir kata, penulis memohon maaf apabila dalam penulisan skripsi ini

terdapat banyak kesalahan.

Penulis.


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.....…………………………………………………………..i

HALAMAN PERSETUJUAN UJIAN.................................................................ii

HALAMAN PENGESAHAN……………......………………………………....iii

HALAMAN PERSEMBAHAN…………….…………………………..……....iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……….……………………………..….v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPERLUAN AKADEMIS...……………………………………vi

ABSTRAK…………………………………………………………...………….vii

ABSTRACT……………………………………………………..……………..viii

KATA PENGANTAR………………………………………………..………....ix

DAFTAR ISI…………………………………………………………………....xii

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK…………………………………..……..xiv

BAB I PENDAHULUAN…………………………………………………...…....1

A. LATAR BELAKANG MASALAH……………………………………........1

B. PEMBATASAN MASALAH……………………………………………......2


xiii

C. RUMUSAN MASALAH.................................................................................3

D. TUJUAN………………………………………………………………….......4

BAB II LANDASAN TEORI………………………………………………........5

BAB III METODOLOGI……………………………………………………......9

A. DESAIN PENELITIAN…………………………………………………......9

B. PARAMETER YANG DIUKUR……………………………………….....16

C. PROSEDUR ANALISIS DATA……………………………………….......16

BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA……………………………………....18

A. PENYAJIAN DATA…………………………………………………..........18

B. ANALISIS DAN DISKUSI…………………………………………...........20

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………………………………………...28

A. KESIMPULAN PENELITIAN………………………………………........28

B. SARAN………………………………………………………………….......29

DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................30


xiv

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK

Gambar

2.1

Grafik hubungan antara tegangan terhadap kecepatan

anguler

8

Gambar

3.1

Bentuk-bentuk ukuran akrilik yang digambar dalam

coreldraw

10

Gambar

3.2

Rangka generator akrilik yang sudah jadi dari sisi depan 10

Gambar

3.3

Rangka generator akrilik dari sisi samping nampak magnet

berada di dalam

11

Gambar

3.4

Penampang tinggi (t) generator dari salah satu sisi lilitan

email

13

Gambar

3.5

Penampang generator knockdown secara umum

menunjukkan muka generator, belakang generator

,tinggi (t) dan jari-jari (r) dari pusat putaran

14

Gambar

4.1

Grafik hubungan tegangan keluaran (V) terhadap

kecepatan putar (nr).

21

Gambar

4.2

Grafik hubungan tegangan keluaran terhadap kecepatan

anguler

22

Gambar

4.3

Grafik hubungan daya terhadap kecepatan anguler 26


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG MASALAH

Ketersediaan energi listrik merupakan salah satu tantangan Kabupaten

Pegunungan Bintang yang harus diatasi oleh Pemerintah Kabupaten

Pegunungan Bintang maupun para akademisi untuk mempermudah aktifitas

masyarakat. Hal ini diperlukan karena di lapangan energi listrik tidak tersedia

dalam jumlah yang memadai di Kabupaten Pegunungan Bintang, sekalipun

tersedia banyak sumber energi alternatif.

Dilihat dari letak geografis dan luas wilayah, Kabupaten Pegunungan

Bintang merupakan salah satu kabupaten di Indonesia yang memiliki sumber

daya alam yang memadai. Artinya bahwa di Kabupaten Pegunungan Bintang

tersedia banyak sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan dengan baik

namun belum termanfaatkan karena tidak tersedianya teknologi pembangkit.

Dengan melihat sumber daya alam yang memadai (sumber energi

alternatif yang tidak termanfaatkan) maka salah satu tantangan pembangkit


2

listrik energi alternatif adalah tersedianya generator sebagai salah satu

alternatif untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Generator bagi energi alternatif biasanya memiliki rapat fluks medan

magnet (B) yang besar sehingga dapat bekerja pada putaran yang rendah. Hal

ini dilakukan untuk menghasilkan jumlah energi listrik yang besar sehingga

dapat digunakan secara maksimal oleh masyarakat.

Pengukuran rapat fluks medan magnet (B) pada generator buatan

sendiri yang dirancang untuk dipergunakan bagi sumber energi alternatif

penting untuk dilakukan. Artinya bahwa dengan adanya generator buatan

sendiri ini menjadi salah satu solusi untuk mengatasi masalah energi listrik di

Kabupaten Pegunungan Bintang.

Pada umumnya generator yang baik atau cocok untuk membangkitkan

energi listrik dalam jumlah yang ideal adalah dengan rapat fluks medan

magnet (B) yang besarnya di atas 0,1 tesla.

B. PEMBATASAN MASALAH

Agar permasalahan yang dibahas pada skripsi ini tidak terlalu melebar,

perlu diberikan batasan-batasan sehingga pembaca juga dapat mengetahuinya

dengan benar. Hal ini diperbuat supaya isi dan pembahasan dari skripsi ini


3

menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun

batasan masalah pada penulisan skripsi ini adalah :

1. Generator yang diuji adalah generator putaran rendah yang dibuat dengan

kerangka akrilik, dengan magnet berdimensi persegi panjang yang

memiliki panjang magnet 25 mm, lebar magnet 15 mm, tinggi magnet 5

mm, 8 kutub magnet, 1220 lilitan pada generator, jenis generator radial

dan jenis magnet ND-35,

2. Mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator knockdown,

3. Karakteristik rapat fluks medan magnet (B) ketika generator dalam

keadaan rangkaian terbuka.

C. RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang dan pembatasan masalah tersebut di atas

maka dapat dibuat rumusan masalahnya adalah sebagai berikut :

1. Merancang generator knockdown dengan rangka akrilik,

2. Mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator

knockdown,

3. Menghitung rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown

dalam keadaan tanpa beban.


4

D. TUJUAN

Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Merancang generator knockdown,

2. Mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator

knockdown,

3. Menghitung rapat fluks medan magnet (B) pada generator knockdown

dalam keadaan tanpa beban.


5

BAB II

LANDASAN TEORI

Menurut Hukum Lorentz terdapat gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik

yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu rapat fluks medan

magnet B. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju sekrup yang diputar dari arah

vektor gerak muatan listrik v ke arah rapat fluks medan magnet B. Dengan kata lain

gaya yang bekerja pada suatu muatan yang bergerak dalam medan listrik adalah sama

dengan besarnya hasil perkalian muatan dengan medan listrik ditambah dengan

perkalian muatan dengan perkalian silang antara kecepatan v muatan dengan rapat

fluks medan magnet B dapat dinyatakan sebagai (Achyanto, 1997).

)BvEQ(F

(2.1)

dengan gaya medan magnet F dalam satuan newton, muatan Q dalam satuan

coulomb, medan listrik E dalam satuan volt/meter, rapat fluks medan magnet B

dalam satuan tesla dan kecepatan v dalam satuan m/s.

Besar gaya Lorentz yang bekerja pada interaksi medan magnet seperti pada

persamaan (2.1) di atas dapat diuraikan menjadi dua buah gaya yaitu yang pertama

besarnya gaya Coulomb yang bekerja sebagai interaksi muatan listrik dan medan


6

listrik yang tidak tergantung pada gerak ( muatan yang tidak bergerak ) yang

besarnya adalah

EQ.F . Sedangkan yang ke dua adalah besarnya gaya Lorentz

yang bekerja pada sebuah partikel (muatan yang bergerak) yang bergerak dalam

interaksi medan magnet yang besarnya adalah

BvQF .

GGL induksi , menurut Hukum Faraday, pada sebuah kawat lurus

sepanjang l yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap rapat fluks medan

magnet B dapat dituliskan sebagai (Tipler,1996).

vl Bε (2.2)

dengan ε adalah GGL induksi dalam volt, B dalam tesla, l dalam meter dan v dalam

meter per sekon. Hukum Faraday menjadi dasar perhitungan GGL pada generator.

Generator adalah alat yang mampu menghasilkan energi listrik yang

bersumber dari energi mekanik. Generator pada umumnya bekerja berdasarkan

prinsip induksi elektromagnetik. Prinsip kerja generator sangatlah sederhana yaitu

kumparan jangkar memotong medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan

medan. Cara kerja generator yang utama adalah dengan adanya medan magnet dan

pemotong medan magnet. Prinsip kerja generator akan lebih mudah dimengerti

apabila kita mengetahui terlebih dahulu apa itu generator. Proses tersebut dikenal

dengan nama pembangkit listrik. Sumber energi mekanik sendiri bisa berasal dari

resiprokat (kebalikan) ataupun turbin.


7

Generator listrik mempunyai 2 jenis yaitu generator listrik AC dan generator

listrik DC. Generator listrik AC mempunyai dua kutub stator sehingga apabila kutub-

kutub magnet yang berlawanan dihadapkan maka akan menimbulkan sebuah medan

magnet. Sedangkan generator listrik DC mempunyai komutator sehingga arus listrik

yang akan dihasilkan berupa arus listrik DC sekalipun sumbernya berupa arus listrik

AC.

Besar tegangan pada generator secara umum dapat dinyatakan sebagai

(Bahtiar,2007)

dt

dΦV (2.3)

Dengan besar perubahan fluks medan mangnet adalah besar hasil perkalian

rapat fluks medan magnet terhadap tinggi total lilitan email dan kecepatan

(Tipler,1996)

ΔB.n.xΔΦ (2.4)

dengan ΔΦ adalah perubahan fluks medan magnet dalam satuan weber, B adalah

rapat fluks medan magnet dalam satuan tesla, n adalah dua kali tinggi total lilitan

email ( Nt2 ) dalam meter dan x adalah jarak dalam satuan meter sehingga

persamaan (2.3) menjadi

dt

B.n.xdV . (2.5)


8

Karena rapat fluks medan magnet dianggap konstan dan tinggi permukaan

dibuat tetap dalam perancangan generator knockdown tersebut, persamaan (2.5) dapat

di tuliskan lagi menjadi

dt

B.n.dxV (2.6)

Perubahan jarak terhadap waktu berlangsung di dalam geometri berupa

lingkaran sehingga perubahan jarak terhadap waktu adalah fungsi kecepatan anguler

rω.dt

dθr

dt

dx . Persamaan potensial dapat dituliskan sebagai

B.n.r.ωV (2.7)

Persamaan (2.7) di atas menunjukkan besar tegangan potensial pada generator

knockdown. Dengan kita menganggap bahwa rapat fluks medan magnet, tinggi total

permukaan medan magnet dan jari-jari lintasan medan magnet adalah sebuah tetapan

maka persamaan (2.7) dapat diperoleh menjadi

C.ωV (2.8)

dengan .rn B.C sehingga dapat dipunyai grafik hubungan antara tegangan V

sebagai fungsi kecepatan anguler ω sebagai berikut : C adalah gradien V terhadap

seperti pada gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1. Grafik hubungan antara tegangan terhadap kecepatan anguler

C C

V

ω


9

BAB III

METODOLOGI

A. DESAIN PENELITIAN

Penelitian ini adalah penelitian eksperimen untuk mengukur rapat fluks

medan magnet (B) pada generator knockdown dengan kerangka akrilik.

Langkah-langkah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Desain Ukuran Akrilik

Pada awalnya generator knockdown digambar dengan menggunakan

program coreldraw pada laptop untuk menentukan ukuran-ukuran.

Ukuran-ukuran tersebut digambar berdasarkan ukuran magnet yang

akan digunakan. Program coreldraw digunakan untuk menggambar

ukuran-ukuran magnet karena program ini memiliki ukuran yang

sesuai dengan pemotongan akrilik. Disain part-part (gambar-gambar)

penyusun rangka akrilik generator ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 merupakan bentuk-bentuk part kerangka akrilik yang

digambar dalam coreldraw. Ukuran-ukuran yang digambar dalam

coreldraw tersebut digambar sesuai dengan ukuran magnet yang

digunakan.


10

Gambar 3.1. Bentuk-bentuk ukuran akrilik yang digambar dalam

coreldraw

Gambar 3.2. Rangka generator akrilik yang sudah jadi dari sisi depan


11

Gambar 3.3. Rangka generator bagian akrilik dari sisi samping.

Nampak magnet berada di dalam

Gambar 3.2 dan 3.3 merupakan bagian-bagian kerangka akrilik yang

digambar dalam coreldraw dan digabungkan atau dilem dari sisi muka

generator maupun sisi belakang generator. Dimana pada gambar 3.2

merupakan gambar yang diambil dari sisi muka generator sedangkan

pada gambar 3.3 merupakan gambar yang diambil dari sisi samping

generator dan tempat lilitan email (kawat).

b. Jenis Magnet dan Ukuran Magnet yang Digunakan

Dalam perancangan generator knockdown ini jenis magnet yang

digunakan adalah jenis magnet ND-35 berbentuk persegi panjang dengan


12

panjang 25 mm, lebar 15 mm dan tinggi 5 mm. Magnet ND-35 digunakan

dalam perancangan generator knockdown karena magnet ND bersifat

permanen dan kuat. Magnet ND (Neodium) atau sering juga disebut

sebagai NdFeB,NIB atau magnet Neo yang juga merupakan sejenis

magnet yang terbuat dari campuran logam neodium.

c. Lilitan Email (Kawat)

Proses pembuatan lilitan email pada perancangan generator

knockdown dimulai dengan meletakkan salah satu ujung email pada

kutub utara maupun kutub selatan magnet. Setelah meletakkan ujung

email pada kutub utara atau kutub selatan magnet lalu dilakukan lilitan

pada generator knockdown secara periodik. Proses lilitan satu sisi

berlawanan arah dengan sisi lainnya yang berdekatan. Lilitan email

berlawanan arah pada sisi yang berdekatan dengan maksud agar GGL

listrik yang dihasilkan tidak saling menghilangkan.

Jumlah kumparan dan lilitan awal hingga kumparan ke tujuh untuk ke

delapan sisi dalam satu kali putaran lilitan adalah sama yaitu masing-

masing tujuh kumparan 20 lilitan, namun untuk lima sisi lainnya

menambahkan satu kumparan sehingga menjadi delapan kumparan


13

yang masing-masing terdiri dari 20 lilitan dan tiga sisi lainnya tetap

mempunyai tujuh kumparan yang masing-masing terdiri dari 20 lilitan.

Artinya bahwa lima sisi mempunyai jumlah kumparan dan lilitan

dalam satu kali putaran adalah sama yaitu delapan kumparan 20 lilitan

(8 kumparan × 5 sisi ×20 lilitan = 800 lilitan), sedangkan tiga sisi

lainnya tetap mempunyai tujuh kumparan yang jumlah lilitannya sama

yaitu 20 lilitan dalam satu kali putaran (7 kumparan × 3 sisi × 20

lilitan = 420 lilitan), sehingga jumlah lilitan email dalam generator

knockdown ini adalah 1220 lilitan.

Gambar 3.4. Penampang tinggi (t) generator dari salah satu sisi lilitan email

Jari-jari

(r)

tinggi

(t)


14

Gambar 3.5. Penampang generator knockdown secara umum

menunjukkan muka generator, belakang generator ,tinggi (t) dan jari-

jari (r) dari pusat putaran

Gambar 3.4 dan 3.5 menunjukkan penampang generator knockdown

setelah diberi lilitan. Gambar tersebut menunjukkan kejelasan dua kali

tinggi lilitan email dari salah satu sisi magnet dan jari-jari dari pusat

putaran generator. Dua kali tinggi dikalikan jumlah lilitan email (N)

adalah n sehingga persamaannya adalah N2t n . Besaran t dalam

Jari-jari

(r)

Muka

gen

erat

or Belaka

ng

gen

erat

or

tinggi (t)


15

cm dan N adalah jumlah lilitan email sehingga n mempunyai dimensi

panjang.

Pengukuran tinggi lilitan dilakukan pada salah satu sisi medan magnet

karena semua sisi (delapan sisi) medan magnet dari hasil pengukuran

besarnya sama. Hasil pengukuran tinggi (t) untuk salah satu sisi yang

mewakili tujuh sisi lainnya sebesar 7 cm, namun pada salah satu sisi

medan magnet mempunyai dua kali tinggi medan magnet sehingga

tingginya menjadi 14 cm . Artinya bahwa hasil pengukuran dua kali

tinggi untuk semua sisi ( tinggi delapan sisi) medan magnet besarnya

sama untuk generator knockdown tersebut. Sedangkan hasil

pengukuran jari-jari (r) pada segi delapan akrilik adalah sebesar 64

mm.

Hasil perhitungan pengukuran dua kali tinggi (t) lilitan email dikalikan

dengan jumlah lilitan (N) atau hasil pengukuran dua kali tinggi

permukaan medan magnet dikalikan dengan jumlah lilitan

perancangan generator knockdown adalah seperti di bawah ini:

N2t n

lilitan 1220 cm 14n

lilitan m 170,8n


16

B. PARAMETER YANG DIUKUR

Parameter yang diukur dalam penelitian eksperimen ini adalah:

1. Tegangan Terminal Keluaran

Pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh

generator knockdown dapat diukur dengan menggunakan multimeter.

2. Kecepatan Anguler (ω)

Kecepatan anguler (putar) dari perancangan generator knockdown

dapat diukur dengan tachometer. Hasil pengukuran tachometer dalam

putaran per menit (nr) sehingga persamaan yang dapat digunakan

untuk memperoleh kecepatan anguler dari hasil pengukuran

adalah30s

π60s

2πT

12πf 2πω nn rr , dengan nr adalah

jumlah rotasi atau putaran permenit (Prasetyadi,2013) .

C. PROSEDUR ANALISIS DATA

Analisis data dapat dilakukan berdasarkan persamaan (2.8). Dimana V

merupakan hasil pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh

generator knockdown, C mewakili rapat fluks medan magnet (B) kali hasil

perhitungan dua kali tinggi medan magnet dikalikan jumlah lilitan (n) dikalikan

dengan jari-jari (r) dari pusat putaran sehingga persamaannya menjadi


17

r.ω.B.nV . (3.1)

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang bertujuan untuk

menentukkan rapat fluks medan magnet (B). Dimana rapat fluks medan magnet (B)

merupakan hasil pembagian tegangan terminal keluaran (V) dibagi dengan tinggi

total dua kali tinggi total lilitan email (t) kali jari-jari putaran medan magnet (r)

dikalikan dengan kecepatan anguler (kecepatan rotasi) (ω) sehingga persamaan (3.1)

dapat dituliskan menjadi

ω.r.n

VB . (3.2)

Namun dapat diketahui bahwa rapat fluks medan magnet (B), dua kali tinggi

total lilitan email (n) dan jari-jari putar (r) tetap sehingga dapat dijadikan sebagai

sebuah variabel C maka persamaan tersebut dapat dituliskan menjadi ωCV .

Dimana C merupakan gradien grafik yang diperoleh dari grafik tegangan terminal

keluaran (V) terhadap kecepatan anguler (ω).

Dengan mengetahui gradien grafik (C) dari grafik hubungan tegangan

terminal keluaran (V) terhadap kecepatan anguler (ω) maka besar hasil penelitian

eskperimen dan hasil pengukuran rapat fluks medan magnet (B) adalah gradien grafik

(C) dibagi dua kali tinggi total lilitan email (n) dikalikan dengan jari-jari putaran (r)

sehingga persamaannya dapat dituliskan menjadi

r.n

CB . (3.3)

B dalam satuan volt kali sekon per meter persegi atau tesla.


18

BAB IV

DATA DAN ANALISIS DATA

A. PENYAJIAN DATA

Hasil pengukuran generator knockdown yang dilakukan pada tanggal, 08

April 2015 ditunjukkan pada tabel 4.1

Tabel 4.1.Kecepatan putar, tegangan dan arus generator knockdown

No

nr

(rpm)

V

(Volt)

ω

(rad/s)

I

(ampere)

Lampu

Jumlah Keterangan

1 125 0,2 13,083 0 0 -

2 205 0,5 21,457 0 0 -

3 345 0,9 36,11 0 0 -

4 530 1,5 55,473 0 0 -

5 860 2,4 90,013 0 0 -

6 1440 3,8 150,72 0 0 -

7 250 0,5 26,167 0 0 -

8 410 0,9 42,912 0 0 -

9 690 1,7 72,22 0 0 -

10 1060 2,6 110,947 0 0 -

11 1720 3,9 120,027 0 0 -


19

12 125 0,1 13,083 0 1 -

13 205 0,2 21,457 0 1 -

14 345 0,5 36,11 0 1 -

15 530 0,9 55,473 0 1 -

16 860 1,6 90,013 0,02 1 -

17 1440 2,8 150,72 0,05 1 Nyala

18 250 0,3 26,167 0 1 -

19 410 0,6 42,912 0 1 -

20 690 1,2 72,22 0,01 1 -

21 1060 2 110,947 0,03 1 Nyala

22 1720 3,2 120,027 0,06 1 Nyala

23 125 0 13,083 0 2 -

24 205 0,1 21,457 0 2 -

25 345 0,2 36,11 0 2 -

26 530 0,6 55,473 0,02 2 -

27 860 1,2 90,013 0,06 2 Nyala

28 1440 2,1 150,72 0,11 2 Nyala

29 410 0,1 42,912 0 2 -

30 690 0,9 72,22 0,04 2 Nyala

31 1060 1,5 110,947 0,08 2 Nyala

32 1720 2,6 120,027 0,12 2 Nyala


20

B. ANALISIS DAN DISKUSI

Dari data pada tabel 4.1 dapat dipunyai grafik hubungan tegangan keluaran

(V) dan kecepatan putar (nr) yang ditunjukkan oleh gambar 4.1. Grafik tegangan

keluaran (V) terhadap kecepatan putar (nr) pada gambar 4.1 menunjukkan bahwa

gradien tanpa lampu sebesar 0,0025 V/rpm, gradien satu lampu 0,002 V/rpm dan

gradien pada dua lampu sebesar 0,0017 V/rpm. Dari hasil gradien masing-masing

lampu ini yang mempunyai nilai positif menunjukkan nilai gradiennya posisif. Hal ini

juga menunjukkan bahwa apabila kecepatan putar ditambahkan maka tegangan

keluarannya menjadi lebih besar atau sebaliknya apabila kecepatan putar dikurangi

maka tegangan keluarannya menjadi lebih kecil.

Dari gambar 4.1 untuk satu lampu dan dua lampu bila y1&2 = 0 maka x1 = 92,9

rpm dan x2 = 108,05882 rpm. Artinya bahwa kecepatan minimumnya adalah adalah

92,9 rpm dan 108,05882 rpm. Pada keadaan ini tegangan yang dihasilkan adalah nol

karena pada keadaan tersebut tegangannya tidak bisa diukur.

Kecepatan anguler dapat diperoleh dari persamaan s 30

πω n r untuk seluruh

putaran pada masing-masing lampu. Misalnya dari tabel 4.1 pada putaran 1440 rpm

adalah

srad150,72

s 30

rad 14403,14ω dan seterusnya untuk putaran lainnya.


21

Gambar 4.1.Grafik hubungan tegangan keluaran (V) terhadap kecepatan putar (nr)

Dari hasil perhitungan seluruh putaran terhadap masing-masing lampu dan

tanpa lampu tersebut dapat dibuat grafik hubungan tegangan keluaran terhadap

kecepatan anguler untuk memperoleh nilai gradien grafik C pada persamaan (2.8).


22

Gambar 4.2. Grafik hubungan tegangan keluaran terhadap kecepatan anguler

Grafik tegangan keluaran (V) terhadap kecepatan anguler (ω) pada gambar

4.2 menunjukkan bahwa gradien masing-masing lampu bernilai positif yang

besarnya berbeda-beda yaitu untuk tanpa lampu sebesar 0,0281 Wb, gradien satu

lampu sebesar 0,0226 Wb dan gradien dua lampu sebesar 0,0184 Wb. Artinya bahwa

banyaknya rapat fluks medan magnet yang menghasilkan ggl induksi pada tanpa

lampu sebesar 0,0281Wb, satu lampu sebesar 0,0226Wb dan dua lampu sebesar

0,0184Wb. Hal ini menunjukkan bahwa besar rapat fluks medan magnet tanpa lampu

lebih besar dari pada satu lampu dan dua lampu atau dengan kata lain besar rapat


23

fluks medan magnet tanpa beban lebih besar dari pada dengan adanya beban. Karena

dalam keadaan tanpa beban tidak terjadi arus yang menghasilkan medan perlawanan.

Dari hasil gradien masing-masing lampu ini menunjukkan bahwa apabila

kecepatan angulernya bertambah maka tegangan keluarannya menjadi lebih besar

atau sebaliknya apabila kecepatan angulernya dikurangi maka tegangan keluarannya

menjadi lebih kecil.

Jadi, dari gambar 4.1 dan gambar 4.2 dapat disimpulkan bahwa apabila

kecepatan putarnya (nr) ditambahkan maka kecepatan anguler (ω) akan semakin besar

dan tegangan keluarannya (V) juga akan semakin besar pula.

Gradien grafik pada gambar 4.2 dapat digunakan untuk menentukan rapat

fluks medan magnet (B). Besar rapat fluks medan magnet (B) dapat ditentukan

dengan menggunakan persamaan (3.3).

Hasil perhitungan rapat fluks medan magnet untuk masing-masing lampu dari

gambar 4.2 adalah

Untuk tanpa lampu

Untuk satu lampu

T 0,00207m 10,9312

Wb0,0226

m 0,064 m 170,8

V.s 0,0226B

2

Untuk dua lampu

T 0,00257

m 10,9312

Wb0,0281

m 0,064 m 170,8

V.s 0,0281B

2


24

T 0,00168m 10,9312

Wb0,0184

m 0,064 m 170,8

V.s 0,0184B

2

Rapat fluks medan magnet dalam keadaan tanpa beban adalah 0,00257 T.

Dengan memberikan satu buah lampu beban, diperoleh rapat fluks medan magnetnya

menjadi 0,00207 T, jika dua buah lampu dipergunakan sebagai beban maka rapat

fluks medan magnet menjadi 0,00168 T . Rapat fluks medan magnet ini berkurang

dengan bertambahnya jumlah beban lampu. Ini menunjukkan bahwa pertambahan

beban mengurangi B efektif yang bekerja pada generator.

Dari data tabel 4.1 untuk keadaan beban satu lampu dan dua lampu dapat

diperoleh data tentang daya seperti ditunjukkan oleh tabel 4.2. Daya diperoleh

sebagai hasil kali tegangan terhadap arus. Data pada tabel 4.1 dapat dipergunakan

untuk membentuk grafik hubungan daya terhadap kecepatan anguler seperti yang

ditunjukkan oleh gambar 4.3.


25

Tabel 4.2. Kecepatan putar,tegangan keluaran, kecepatan anguler,arus

dan daya pada satu lampu dan dua lampu

nr

(rpm)

V

(Volt)

ω

(rad/s)

I

(ampere)

P

(Watt)

Lampu

690 1,2 72,22 0,01 0,012 1

860 1,6 90,013 0,02 0,032 1

1060 2 110,947 0,03 0,06 1

1440 2,8 150,72 0,05 0,14 1

1720 3,2 120,027 0,06 0,192 1

530 0,6 55,473 0,02 0,012 2

690 0,9 72,22 0,04 0,036 2

860 1,2 90,013 0,06 0,072 2

1060 1,5 110,947 0,08 0,12 2

1440 2,1 150,72 0,11 0,231 2

1720 2,6 120,027 0,12 0,312 2


26

Gambar 4.3. Grafik hubungan daya terhadap kecepatan anguler

Dari grafik 4.3 dapat diketahui bahwa daya maksimum untuk satu lampu

terletak pada kecepatan anguler (ω) ke 130 rad/s yaitu sebesar 0,2165 Ws/rad dan

daya maksimum pada dua lampu terletak pada kecepatan anguler (ω) ke 130 rad/s

yaitu sebesar 0,2731 Ws/rad. Dari grafik 4.3 dapat dilihat jelas bahwa daya

maksimum pada satu lampu maupun daya maksimum pada dua lampu terletak pada

kecepatan anguler yang sama yaitu pada 130 rad/s. Dimana selisih daya maksimum

pada dua lampu dan satu lampu sebesar 0,05659 Ws/rad. Hasil ini menyatakan bahwa

daya maksimum pada dua lampu lebih besar dari pada daya maksimum pada satu


27

lampu. Hal ini juga menunjukkan bahwa generator ini bekerja optimal pada putaran

130 rad/s atau

rpm 1242,03822

3,14

3900

3,14

130 30

π

ω 30n r .


28

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN PENELITIAN

Berhasil dirancang generator knockdown putaran rendah dengan kerangka

akrilik, menggunakan magnet ND-35 yang memiliki 8 kutub dan 1220 lilitan total

yang disatukan dengan lem epoxy. Generator ini dapat dikembangkan untuk sistem

energi alternatif karena memiliki jumlah kutub yang bekerja pada putaran yang

rendah.

Tegangan keluaran generator knockdown dalam keadaan tanpa beban

mengikuti persamaan 0128,0n 0,0025V r . Tegangan keluaran satu buah beban

10 W dan 12 Volt adalah 1858,0n 0,002V r . Sedangkan tegangan keluaran dua

buah beban 20 W dan 12 Volt adalah 2757,0n 0,0017V r . Parameter nr adalah

kecepatan putar dalam rpm.

Rapat fluks medan magnet generator knockdown yang berhasil dibuat dalam

keadaan tanpa beban adalah sebesar 0,0025 T.


29

A. SARAN

Berdasarkan hasil perancangan generator knockdown, pengukuran dan

pembahasan hasil penelitian eksperimen yang menunjukkan bahwa tegangan

keluaran, arus dan rapat fluks medan magnet yang dihasilkan sangat kecil. Perubahan

geometri dapat dilakukan pada penelitian sesudahnya untuk mengurangi jarak

lintasan magnetik sehingga dapat diperoleh B yang besar. Semoga penulisan skripsi

ini membuka wawasan berpikir kita untuk mengembangkannya lagi sehingga

memperoleh hasil yang diinginkan ( memperoleh rapat fluks medan magnet standar

0,1 tesla sampai dengan 1 tesla).


30

DAFTAR PUSTAKA

Achyanto Djoko (Terjemahan) (Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut Jakarta).

1997. Mesin-Mesin Listrik, Edisi Keempat. Erlangga,Ciracas,Jakarta.

Bahtiar Ayi. 2007. Handout Kuliah Listrik Magnet II, Jurusan Fisika, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Padjadjaran Bandung.

Nurohman Sabar,M.Pd. Diktat Kuliah Induksi Elektromagnetik. Jurusan Pendidikan

Fisika FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta.

Prasetyadi,A. 2013. Generator Radial Magnet Permanen ND-35 Phasa Tunggal

dengan Rangka Akrilik Knockdown.Prosiding Seminar RiTekTra 2013.

Tipler A. Paul.1996. Fisika Untuk Sains dan Teknik, Edisi Ketiga,Jilid 2. Erlangga,

Ciracas, Jakarta.


Documents

PENGUKURAN RAPAT FLUKS MEDAN MAGNET GENERATOR KNOCKDOWN