i

PEMANFAATAN ENERGI KAYUHAN SEPEDA

UNTUK MENGISI BATERAI HANDPHONE

oleh

Octavianus Hangga Awananta

NIM : 612006038

Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Konsentrasi Teknik Elektronika

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

Oktober 2013

ii

PEMANFAATAN ENERGI KAYUHAN SEPEDA UNTUK MENGISI BATERAI

HANDPHONE

oleh

Octavianus Hangga Awananta

NIM : 612006038

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Konsentrasi Teknik Elektronika

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika Dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Disahkan oleh

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Lukas B. Setyawan M.Sc. Ir. F. Dalu Setiaji, M.T.

Tgl. : 30 September 2013 Tgl. : 30 September 2013

iv

INTISARI

Sepeda sekarang tidak hanya sebagai alat olahraga saja tetapi banyak orang mulai

menjadikannya alat transportasi. Agar bersepeda ini bisa memberikan manfaat yang

lebih maka kita bisa memanfaatkan tenaga yang terbuang dari bersepeda ini yaitu

kayuhan yang kita lakukan. Kayuhan sepeda disini bisa kita gunakan sebagai sumber

energi dengan mengubahnya menjadi energi listrik dan energi listrik yang dihasilkan

bisa kita gunakan untuk mengisi baterai handphone.

Oleh sebab itu maka pada tugas akhir ini akan dirancang dan direalisasikan alat

yang merubah tenaga kinetik hasil dari kayuhan sepeda menjadi energi listrik, dan

energi listrik yang dihasilkan akan diolah pada DC-DC converter agar bisa digunakan

untuk mengisi baterai handphone. Pada tugas akhir ini untuk mengubah energi kinetik

menjadi energi listrik digunakan generator AC 3 fase, generator ini dipilih karena dapat

menghasilkan listrik pada kecepatan putaran yang rendah untuk tugas akhir ini minimal

kecepatan yang diambil adalah 10 km/jam. Untuk bagian DC-DC converter digunakan

converter dengan topologi buck converter yang diatur output tegangannya 5 volt dan

arus maksimum 750 mA.

Pengujian dilakukan dengan bersepeda selama 60 menit menggunakan sepeda

yang sudah dilengkapi alat yang dibuat untuk mengisi baterai handphone. Selama 60

menit ini alat bisa mengisi baterai handphone sebesar 45%. Hasil ini sudah cukup

memuaskan karena dibandingkan dengan charger dengan catu daya listrik PLN dengan

spesifikasi 5 volt 700 mA dan waktu pengisian sama baterai handphone terisi 55%.

v

ABSTRACT

Right now bicycles is not only a sporting tool, many people just start making it as

transportation equipment. So that cycling can provide more benefits we can utilize the

wasted energy from cycling from the pedaling that we do. Pedaling a bike here we can

use as a source of energy by converting it into electrical energy and electrical energy

generated we can use to charge mobile phones.

Therefore, in this final project will be designed and realized a tool that converts

the kinetic energy results from pedaling bikes into electrical energy, and the electrical

energy that generated will be processed on the DC-DC converter that can be used to

charge the phone battery. In this final project to convert kinetic energy into electrical

energy used 3-phase AC generator, this generator was chosen because it can generate

electricity at a low rotation speed, for this final project the minimum speed was 10

km/h. For the DC-DC converter is used converter with buck-converter topology that

regulated the output voltage is 5 volts and the maximum current is 750 mA.

Testing is done by cycling for 60 minutes using a bike that is equipped tool made

for charging mobile phones. For 60 minutes the device can charge the phone by 45%.

These results are quite satisfactory as compared to the charger with the PLN power

supply with specifications 5 V 700 mA, and 60 minute charging time mobile phone

battery can be charged 55%.

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan hikmah, nikmat, kekuatan dan kesabaran dalam menyelesaikan

perancangan dan penulisan skripsi sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik

sebagai syarat untuk menyelesaikan studi Strata satu di Fakultas Teknik Elektro dan

Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini juga, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada

berbagai pihak, antara lain :

1. Papah mamah yang sudah dengan sabar mensupport doa tenaga dan

semuanya dari awal kuliah sampai sekarang ini, terima kasih masih percaya

sama anaknya buat menyelesaikan kuliah ini, papah Dardjito mamah Nunuk

terima kasih semoga bisa gentian membahagiakan papah mamah setelah ini.

2. Pak Lukas dan pak Dalu yang sudah menuntun selama kuliah di Elektro ini

dan khususnya dalam skripsi ini, terima kasih untuk arahan bimbingan waktu

saran revisi dan waktu yang sudah diberikan sampai selesainya skripsi ini

terima kasih sekali pak, semoga setelah lulus bisa makin membanggakan

semuanya jaya selamanya.

3. Mbak Nawang dan Ridho yang sudah mendukung dengan sudut pandang

anak kuliahan :D so nice lah, makasih juga buat trip bekasi arsenalnya

kemaren di sela-sela pengerjaan skripsi yang mulai mengasyikan, thanks big

bro thanks big sis.

4. Feni A Rukmini :D, makasih buat semuanya, buat yang sukanya marah-

marah kurang jelas mulut dimaju-majuin ngrusuhi, dan buat pengertiannya

yang tapi kadang-kadang sedikit maksa juga -__-, hee..makasih, always

sundul sayang kecup manja.

5. Dek Florentina Tantiana Trara hhmmm alay nih, :D makasih udah nemenin

dirumah kalo paz dirumah daripada sepi dirumah lah ya, moga-moga besok

sukses sekolahnya dan bisa lanjut kuliah yang lebih baek dari kakak-

kakaknya.

vii

6. Terima kasih buat netarz crew yo yo yow what’s up yo, Yudha Erwin Wahyu

Rizky Adi Monang Febri Bayu Widi you rock guys, bukan kak momo yang

mengerti perasaanku tapi all of you, thanks dude, hantam rata semuanya

sampai tua tua.

7. Teman-teman seperjuangan angkatan 2006, yongky novie budi yebe bonus

ario angling Chandra sahat retsky andibutar dion ranjit ari samudra paskalis

budikong penda yoyo danus dan semuanya semoga setelah lulus bisa makin

sukses dan berguna untuk nusa dan bangsa.

8. FTJE FTJE tetap jaya tetap jaya lambangnya lambangnya sandal jepit sandal

jepit FTJE FTJE tetap jaya tetap jaya sampai tua tua FTE jaya FTE jaya FTE

jaya FTE jaya sentosa FTE jaya FTE jaya FTE jaya slamanya..

Penulis berharap tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca

sekalian. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga

penulis mengharap kritik dan saran dari pembaca sekalian yang dapat berguna untuk

kemajuan kita bersama.

Salatiga, 1 Oktober 2013

Penulis

viii

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT .................................................... iii

HALAMAN INTISARI .............................................................................................. iv

HALAMAN ABSTRACT ............................................................................................ v

HALAMAN KATA PENGANTAR ........................................................................... vi

DAFTAR ISI ............................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. x

DAFTAR TABEL ....................................................................................................... xii

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

1.1 Tujuan ................................................................................................ 1

1.2 Latar Belakang Masalah .................................................................... 1

1.3 Spesifikasi Alat .................................................................................. 2

1.4 Sistematika Penulisan ........................................................................ 3

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 4

2.1 Generator ............................................................................................ 4

2.2 DC to DC Converter .......................................................................... 10

2.3 Penyearah Gelombang ....................................................................... 12

2.4 Universal Serial Bus (USB) Port ....................................................... 15

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM ..................................... 17

3.1 Cara Kerja Alat .................................................................................. 18

3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ...................................... 18

3.2.1 Modul konversi energi mekanik ke energi listrik .................... 18

3.2.2 Modul penyearah tegangan ....................................................... 20

3.2.3 Modul DC-DC converter (buck converter) ............................... 22

ix

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ................................................................ 31

4.1 Pengujian Modul Penyearah Tegangan AC 3 Phase ke Tegangan DC

................................................................................................................... 31

4.2 Pengujian Modul Pembatas Tegangan ................................................ 36

4.3 Pengujian Modul DC-DC Converter .................................................. 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 44

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 44

5.2 Saran ................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pembangkitan Listrik pada Generator .................................................. 4

Gambar 2.2. Konstruksi Generator DC ..................................................................... 5

Gambar 2.3. Pembangkitan Tegangan Induksi ......................................................... 5

Gambar 2.4. Prinsip Kerja Generator AC ................................................................. 7

Gambar 2.5. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub ................................... 8

Gambar 2.6. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub ..................................... 8

Gambar 2.7. Gelombang Listrik (Gelombang Sinus) yang Dihasilkan oleh

Generator Listrik 3 Phase ..................................................................... 8

Gambar 2.8. Rangkaian Converter DC-DC Tipe Buck ............................................. 10

Gambar 2.9. Rangkaian Converter DC-DC Tipe Boost ............................................ 11

Gambar 2.10. Rangkaian Converter DC-DC Tipe Boost + Penyearah Dioda (Faktor

Daya Satu) ............................................................................................ 12

Gambar 2.11. Gelombang Sinus ................................................................................. 12

Gambar 2.12 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang ........................................ 13

Gambar 2.13 Tegangan Masukan dan Keluaran Penyearah Setengah Gelombang

(a) Pendekatan Dioda Ideal (b) Pendekatan Dioda Offset ................... 13

Gambar 2.14. Rangkaian dan Proses Penyearah Gelombang Penuh dengan bridge

diode ..................................................................................................... 14

Gambar 2.15. Rangkaian Penyearah Dioda Bridge dengan Penapis Kapasitor .......... 15

Gambar 2.16. Pin USB Port ........................................................................................ 16

Gambar 3.1. Blok Diagram Alat Keseluruhan .......................................................... 17

Gambar 3.2. Pemasangan Generator Pada Sepeda ................................................... 19

Gambar 3.3. Desain Roller Yang Bersentuhan Dengan Ban .................................... 19

Gambar 3.4. Desain Pemasangan Puli Generator ..................................................... 19

Gambar 3.5. Rangkaian Penyearah Penuh ................................................................ 20

Gambar 3.6. Rangkaian Pembatas Tegangan dengan Dioda Zener .......................... 22

Gambar 3.7. Rangkaian Buck Converter Dengan MC34063 .................................... 23

Gambar 3.8. Rangkaian dalam IC MC34063 ............................................................ 24

xi

Gambar 3.9. Female USB port .................................................................................. 27

Gambar 3.10. Rangkaian Pembagi Tegangan ............................................................. 28

Gambar 3.11. Rangkaian Pembagi Tegangan USB Port ............................................ 30

Gambar 4.1. Speedometer yang Dipakai .................................................................. 31

Gambar 4.2. Grafik Kecepatan Terhadap Tegangan Pada Tiap Beban Yang

Diberikan .............................................................................................. 33

Gambar 4.3. Grafik Kecepatan Terhadap Arus Pada Tiap Beban Yang Diberikan .. 33

Gambar 4.4. Grafik Transfer Daya pada Kecepatan 15 km/jam ............................... 34

Gambar 4.5. Grafik Transfer Daya pada Kecepatan 15 km/jam ............................... 36

Gambar 4.6. Posisi Alat dan Handphone Saat Pengujian ......................................... 40

Gambar 4.7. Modul Buck Converter ......................................................................... 40

Gambar 4.8. (a) Kecepatan Rata-rata Selama Bersepeda 60 Menit dan (b)

Kecepatan Maksimal Bersepeda Selama Bersepeda 60 Menit ............ 41

Gambar 4.9. Powerbank 5800 mAh yang dipakai .................................................... 42

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Tabel Keterangan USB Port ................................................................. 28

Tabel 3.2. Tabel Nilai Resistor Pembagi Tegangan Port USB ............................. 30

Tabel 4.1. Pengujian Konversi Energi Mekanik dengan Beban 300 Ω................. 32

Tabel 4.2. Pengujian Konversi Energi Mekanik dengan Beban 2k Ω .................. 32

Tabel 4.3. Pengujian Konversi Energi Mekanik dengan Beban 33k Ω................. 32

Tabel 4.4. Hasil Pengujian Modul Pembatas Tegangan ........................................ 36

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Modul DC-DC Converter dengan Power Supply ...... 37

Tabel 4.6. Hasil Pengujian dengan Variasi Handphone ........................................ 38

Tabel 4.7. Perkiraan Waktu Pengisian Sampai Terisi Penuh ................................ 39

Tabel 4.8. Pengujian Selama 60 Menit Untuk Variasi Handphone ...................... 40

Tabel 4.9. Tabel Perbandingan Hasil Pengisian dari Alat yang Dibuat dengan

Charger dengan Catu Daya PLN .......................................................... 41

Tabel 4.10. Tabel Pengujian Powerbank dengan Variasi Kecepatan ...................... 42

Tabrl 4.11. Tabel Pengujian Powerbank Selama 300 Menit .................................. 43