5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 1/8
DESAIN SEPATU PIEZOELEKTRIK SEBAGAI
SUMBER ENERGI ALTERNATIF YANG PRAKTIS
DAN MEMANFAAT LIMBAH PEMETIK API
GASOLINE
OLEH : DEDE NURJAENI 140310080070
FISIKA UNIVERSITAS PADJADJARAN
ABSTRAK
Piezoelektrik merupakan sebuah bahan yang apabila ada sebuah gaya yang
diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan
segmen tersebut. Sumber fenomena ini adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel
sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 – 100 pico
coloumb/Newton. Dengan keunggulan yang dimiliki piezoelektrik tersebut. Bisa
dimanfaatkan untuk sumber energi listrik.
Bahan tersebut akan diterapkan pada sepatu sebagai sumber energi listrik yang
praktis.
PENDAHULUAN
Berkembangnya teknologi – teknologi saat ini menjadikan segala sesuatu lebih
mudah seperti telepon selular, netbook, tablet pc, dll. Namun kadang menjadi
permasalahan ketika alat yang praktis tersebut memerlukan energi untuk pengisian
baterai. Tentunya harus diperlukan pula energi listrik yang praktis.
BATASAN MASALAH
Listik yang dihasilkan piezoelektrik dianggap kontinyu walaupun nilai tegangan
yang dihasilkan nantinya tidak konstan. Hal ini bisa diatasi dengan rangkaian penstabil
seperti rangkaian filter pada elektronika.
TINJAUAN PUSTAKA
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 2/8
Piezoelektrik adalah muatan yang menumpuk dalam materi padat tertentu
(terutamakristal, keramik tertentu, dan bahan biologis seperti tulang, DNA dan berbagai
protein) dalam menanggapi regangan mekanik diterapkan. Kata yang piezoelektrik
berarti
Listrik yang dihasilkan dari tekanan. Hal ini berasal dari piezo Yunani atau
piezein, yang berarti memeras atau tekan, dan listrik atau elektron , yang merupakan
singkatan dariambar -. Sumber kuno dari muatan listrik piezoelektrik merupakan akibat
langsungdari efek piezoelektrik
Efek piezoelektrik dipahami sebagai interaksi elektromekanis linier antara
mekanik dan listrik di material kristalin tanpa simetri inversi. Efek piezoelektrik
adalah proses reversibel dalam bahan menunjukkan efek piezoelektrik langsung
(generasiinternal dari muatan listrik dihasilkan dari kekuatan mekanik diterapkan) juga
menunjukkan efek piezoelektrik terbalik (generasi internal suatu kekuatan mekanik yang
dihasilkan dari medan listrik diterapkan). Sebagai contoh, kristal timbal zirkonat
titanatakan menghasilkan piezoelektrisitas terukur ketika struktur statis mereka cacat
olehsekitar 0,1% dari dimensi asli. Sebaliknya, kristal timbal zirkonat titanat akan
mengubahsekitar 0,1% dari dimensi statis mereka ketika medan listrik eksternal
diterapkan padamateri.
Sifat efek piezoelektrik berkaitan erat dengan terjadinya momen dipol listrik
dalam padatan. Yang terakhir ini juga dapat dirangsang untuk ion di situs kisi kristal
denganlingkungannya biaya asimetris (seperti dalam BaTiO3 dan PZTs) atau langsung
dapatdilakukan oleh kelompok-kelompok molekul (seperti dalam gula tebu). Kepadatan
dipolatau polarisasi (dimensi [Cm/m3]) dengan mudah dapat dihitung untuk kristal
dengan menjumlahkan momen dipol per volume sel satuan kristal [5] Karena setiap
dipol.Vektor, kepadatan P dipol juga merupakan vektor atau kuantitas diarahkan. Dipol
dekatsatu sama lain cenderung berpihak di daerah yang disebut Weiss domain.
Domain biasanya acak berorientasi, tetapi dapat disejajarkan selama poling (tidak sama
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 3/8
dengan poling magnet), suatu proses dimana suatu medan listrik yang kuat diterapkan di
seluruhmaterial, biasanya pada suhu yang tinggi.Penting untuk menentukan efek
piezoelektrik adalah perubahan polarisasi P ketikamenerapkan stres mekanik. Hal ini
baik mungkin disebabkan oleh konfigurasi-ulang daridipol-membujuk sekitarnya atau
dengan re-orientasi momen dipol molekul di bawah pengaruh tegangan eksternal.
Piezoelektrisitas mungkin kemudian termanifestasi dalam
Sebuah variasi kekuatan polarisasi, arah atau keduanya, dengan rincian
tergantung pada 1.orientasi P dalam kristal, 2. kristal simetri dan 3. menerapkan stres
mekanik. Perubahan Pmuncul sebagai variasi kepadatan muatan pada permukaan kristal
wajah, yaitu sebagai variasi dari medan listrik memperpanjang antara wajah, karena unit
kerapatan muatan permukaan dan polarisasi adalah], sama C/m2 = [Cm / m3]. Namun,
piezoelektrik tidak disebabkan oleh perubahan densitas muatan di permukaan, tetapi
dengan kepadatan dipol
Dalam bulk. Misalnya, 1 cm3 kubus kuarsa dengan 2 kN (500 lbf) gaya
diterapkandengan benar dapat menghasilkan tegangan 12500 V. [6]Bahan piezoelektrik
juga menunjukkan efek sebaliknya, disebut efek piezoelektrik berbicara, dimana aplikasi
dari suatu medan listrik menciptakan deformasi mekanik dalam kristal.
JENIS – JENIS PIEZOELEKTRIK
1. NaturalandSyntheticCrystals
• Quartz,RochelleSalt(Natural)
• LithiumSulfate,AmmoniumDihydrogenPhosphate(Synthetic)
2. Piezoceramicelements
• LeadZirconateTitanate(PZT)
• BariumTitanate,CadmiumSulfide
3. PiezoelectricPolymer
• PolyvinylideneFluoride(PVDF)
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 4/8
bahan piezo yang digunakan dari pemetik api gasoline
DIRECT EFFECT
* Compression
Effect:
Menurunkan volume dan mempunyai
tegangan dengan polaritas yang sama
dengan material
* Tension
Effect:
Meningkatkan volume dan mempunyai
tegangan dengan polaritas yang
berkebalikan dengan material
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 5/8
Inverse Piezoelectric Effect
Jika material piezoelectric diekspos ke sebuah electric field, hasilnya material
tersebut akan memanjang atau memendek berbanding lurus dengan tegangannya
* Jika tegangan yang digunakan
mempunyai polaritas yang sama,
maka material tersebut akan
memanjang
* Jika tegangan mempunyai
polaritas yang berkebalikan,
maka material akan berkontraksi
STRUKTUR PIEZOELEKTRIK
Keramik piezoelektrik tradisional
disebut dengan perovskite crystal, setiap
kristal mengandung sebuah ion yang
kecil dan tetravalen, biasanya adalah
titanium atau zirconium, dan yang
lebih besar, biasanya adalah timbal atau
barium, dan ion oksigen (divalent
metal ions)
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 6/8
Polarization of Piezoelectric
* Di atas temperatur kritis, Curie Point, kristal
perovskite mempunyai stuktur kubus sederhana
piezoelectric.
* Pada temperatur di bawah Curie point, ketika stress
mempunyai momen dipol, menghasilkan tegangan.
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 7/8
METODE PENELITIAN
Desain sepatu yang akan disimpan bahan piezoelektrik
Sensor ini memiliki cara kerja yang sebanding dengan inputnya atau sebanding
dengan seberapa besar sensor ini terdeformasi, cara kerja sensor ini dapat di lihat pada
gambar dibawah ini
Semakin besar tekanan atau deformasi yang diterima sensor tersebut, dapat
menghasilkan output tegangan yang berubah-ubah, namun sayangnya output sensor ini
sangat kecil sehingga sulit untuk dibaca apabila ingin kita jadikan input ke suatu sistem
tertentu.
Piezo Vibration bekerja seperti kapasitor yang mampu menyimpan daya .Berikut
adalah rumus besar nilai kapasitansinya :
5/17/2018 Paper Kapsel 1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-kapsel-1 8/8
Besar kapasitansi bergantung pada permisitivitas bahan , Luas piezo dan ketebalan piezo .
Berikut adalah rangkaian ekivalen dari Piezo Vibration Sensor :
KESIMPULAN
Piezoelectric Vibration sensor ini menghasilkan keluaran berupa tegangan yang
dihasilkan dari input berupa getaran. Getaran akan menggerakan film sensor ini, semakin
besar getaran semakin besar output yang dihasilkan.Pada saat diberi input Speaker dengan frekuensi tinggi tidak memberi perubahan
output yang berarti pada sensor sedangan dengan amplituda tingggi sensor terdeformasi
dan terjadi tegangan dan regangan yang terjadi pada sensor .Dengan demikian dapat
diambil kesimpulan bahwa sensor bekerja memberikan tegangan output apabila terjadi
tegangan dan regangan pada sensor dan frekuensi getaran tidak berpengaruh pada
tegangan output.
DAFTAR PUSTAKA
Taufiq Arif Setyanto, et al. (2005), Piezoelectric pad sensor for dynamic load measurement,
Bulletin of the graduate school of engineering, Hiroshima University, Vol. 54, No. 1.
Gautschi, G., (2002), Piezoelectric sensoric, Springer, Germany.
Recommended