## PENDAHULUAN
Krisis energi yang melanda dunia khususnya di Indonesia, telah membuat berbagai pihak mencari solusi dan melakukan penelitian untuk mencari sumber energi alternatif yang dapat menghasilkan energi listrik. Telah diketahui bahwa saat ini sumber minyak bumi dan batu bara semakin menipis, untuk itu energi alternatif sangat dibutuhkan dunia.
Beberapa penelitian mulai memanfaatkan energi matahari, air dan angin untuk menghasilkan energi listrik baik dalam skala kecil maupun besar. Sumber energi lain dapat berupa energi dari magnet permanen. Energi yang dapat dihasilkan oleh magnet permanen sangat menguntungkan, karena energi yang dihasilkan cukup tinggi dan tanpa efek pencemaran lingkungan [1].
Magnet permanen tersebut dapat diaplikasikan pada generator yang digunakan pada kincir air maupun kincir angin untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
Generator yang banyak dijual di pasaran biasanya berjenis high speed induction generator, dimana generator jenis ini membutuhkan putaran tinggi dan juga membutuhkan energi listrik awal untuk membuat medan magnet disekelilingnya. Pada penggunaan kincir angin, dibutuhkan generator yang berjenis low speed dan tanpa energi listrik awal karena biasanya ditempatkan di daerah-daerah yang tidak memiliki aliran listrik [2].
Pada makalah ini akan didiskusikan penggunaan magnet barium ferit dan magnet NdFeB pada Generator Magnet Permanen (GMP) kecepatan rendah.
Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007 Tanggal 26 Juni 2007

## APLIKASI MAGNET PERMANEN BaFe
12 O 19 DAN NdFeB PADA GENERATOR MAGNET PERMANEN KECEPATAN RENDAH SKALA KECIL
Pudji Irasari 1 dan Novrita Idayanti 2
1 Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik (TELIMEK)-LIPI Jl. Sangkuriang Komplek LIPI Gd. 20 Bandung
2 Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (PPET)-LIPI Jl. Sangkuriang Komplek LIPI Gd. 20 Bandung email : novrita@ppet.lip.go.id

## ABSTRAK
APLIKASI MAGNET PERMANEN BaFe 12 O 19 DAN NdFeB PADA GENERATOR MAGNET PERMANEN KECEPATAN RENDAH SKALA KECIL .Telah dilakukan perancangan dan pembuatan Generator Magnet Permanen (GMP) kecepatan rendah untuk pembangkit listrik skala kecil. Dalam makalah ini dibandingkan karakteristik generator menggunakan magnet permanen barium ferit (BaFe 12 O 19 ) dan neodymium iron boron (NdFeB). Struktur rotor dipilih tipe surface mounted karena semua fluks menghadap ke lilitan stator dan berperan dalam konversi energi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada putaran nominal, generator dengan magnet BaFe 12 O 19 hanya mampu membangkitkan daya 8,87 W sedangkan generator dengan magnet NdFeB mampu membangkitkan daya 1988,93 W.
Kata kunci : Magnet permanen, Barium Ferit, NdFeB, Generator kecepatan rendah

## ABSTRACT
APPLICATION OF PERMANENT MAGNET BaFe 12 O 19 AND NdFeB ON SMALL SCALE LOW SPEED PERMANENT MAGNET GENERATOR . Designing and manufacturing of low speed permanent magnet generator (PMG) for small scale electric power plant have been conducted. In this paper, the characteristics of generator using permanent magnet of barium ferit (BaFe 12 O 19 ) and neodymium iron boron (NdFeB) were compared. Surface mounted type is selected as the rotor structure as all flux faces to stator winding and take a role in energy conversion. The experiment result demonstrates that at nominal speed, generator with BaFe 12 O 19 magnet can only generate power of 8.87 W while generator with NdFeB magnet can generate power of 1,988.93 W.
Key words : Permanent Magnet, Barium Ferrite, NdFeB, Low speed generator
Aplikasi Magnet Permanen BaFe 12 O 19 dan NdFeB pada Generator Magnet Permanen Kecepatan Rendah Skala Kecil (Pudji Irasari)

## TEORI
Magnet Barium Ferit (BaFe 12 O 19 )
Magnet barium ferit mulai dikembangkan pada awal tahun 1960, sebagai alternatif untuk menggantikan penggunaan magnet logam. Magnet ini termasuk klasifikasi material keramik magnet keras yang memiliki struktur heksagonal (BaFe 12 O 19 ), sehingga dikenal juga dengan nama barium heksaferit. Struktur yang dimiliki adalah magnetoplumbite / M-type dan dengan rumus umum magnetoplumbite adalah MFe 12 O 19 atau MO.6Fe 2 O 3 , dimana M dapat berupa barium (Ba), stronsium (Sr) atau timbal (Pb) [3].
Sifat magnet yang dimiliki oleh barium ferit adalah induksi remanen (B r ) = (2,12-4) kG, koersivitas (H c ) = (1,7-3,2) kOe, produk energi maksimum (BH max ) = (0,92-3,5) MGOe, densitas (ρ) = (4,6-4,9) g/cm 3 [4]. Sifat fisik lainnya adalah memiliki kestabilan kimia yang baik, suhu curie tinggi dan tahan korosi, sehingga tidak perlu di coating dilapis dalam penggunaannya. Keunggulan lainnya adalah harga lebih murah bila dibandingkan dengan magnet permanen lainnya, sehingga menyebabkan magnet barium ferit sangat disukai untuk diaplikasikan sebagai magnet permanen. Sifat fisik dari magnet barium ferit dapat dilihat pada Tabel 1.
Dalam aplikasinya, barium ferit dapat dibuat berbagai macam bentuk seperti : ring , toroid , silinder, piringan, ellips dan bahkan bentuk persegi sesuai dengan kegunaannya.

## Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB)
Pada tahun 1980 ditemukan magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) dengan kekuatan yang tinggi, dan mulai dikomersilkan sejak November 1984. NdFeB adalah material magnetik jenis permanen rare earth (tanah jarang), karena terbentuk oleh 2 atom dari suatu unsur tanah jarang neodymium (Nd), 14 atom besi (Fe) dan 1 atom boron (B), sehingga rumus molekul yang terbentuk adalah Nd 2 Fe 14 B [6].
Karakteristik magnet yang dimiliki NdFeB lebih baik bila dibandingkan dengan magnet permanen lainnya, seperti Ferit, Alnico dan Samarium Cobalt . BH max yang dimiliki dapat berkisar antara 30 MGOe sampai dengan 52 MGOe. Karena memiliki karakteristik magnet yang tinggi, maka dalam aplikasinya magnet NdFeB memiliki dimensi dan volume yang kecil. Dalam beberapa aplikasi, magnet ini juga dapat menggantikan penggunaan magnet Samarium Cobalt , khususnya penggunaan pada suhu kurang dari 80 o C. Beberapa bahan magnet permanen dengan sifat karakteristik diperlihatkan pada Tabel 2.
Aplikasi magnet NdFeB cukup banyak, seperti pada peralatan elektronik, motor listrik/generator, sensor/ tranduser, industri otomotif, industri petrokimia dan produk peralatan kesehatan. Keunggulan lain yang dimiliki oleh magnet NdFeB adalah memiliki harga yang lebih murah dibandingkan dengan magnet Samarium Cobalt . Tetapi kekurangannya adalah tidak dapat diaplikasikan pada suhu tinggi, yaitu hanya maksimum berkisar sampai 200 o C. Selain itu magnet ini cukup mahal dan mempunyai ketahanan korosi yang rendah, sehingga dalam aplikasinya diperlukan suface treatment , seperti dilapisi dengan nikel, seng atau emas.

## Deskripsi Generator
Generator Magnet Permanen (GMP) yang akan dibandingkan karakteristiknya masing-masing memiliki spesifikasi sebagai berikut, 1 kW, 220V, 1 fasa, 500 rpm (12 kutub) dengan magnet BaFe 12 O 19 dan 1 kW, 220V, 3 fasa, 300 rpm (18 kutub) dengan magnet
Tabel 1 . Sifat magnet barium ferit komersil [5]
Magnetic Properties Isotropic Anisotropic (G) 2200 3950 Residual Induction, Br (mT) 220 395 (kOe) 1800 2400 Coercive Force, Hc (kA/m) 190 (kOe) 3000 2450 Intrinsic Coercive Force, Hcl (kA/m) 195 (MGOe) 1,05 3,6 Maximum Energy Product, BH max (kJ/m³) 28,6 (lbs/in³) 0,177 0,178 Density (g/cm³) 4.9 °F 842 842
Curie Temperature °C
450 450 °F 480 480 Maximum Operating Temperature °C 250 250
Tabel 2 . Perbandingan karakteristik magnet permanen [7] Material Induksi remanen (Br) (Tesla) Koersifitas (Hc) (MA/m) Energi produk (BH max ) (kJ/m 3 ) Sr Ferit 0,43 0,20 34 Alnico 5 1,27 0,05 44 Alnico 9 1,05 0,12 84 SmCo 5 0,95 1,30 176 Sm 2 Co 17 1,05 1,30 208 Nd 2 Fe 14 B 1,36 1,03 350
Gambar 1 . Prototip generator yang diuji (a) GMP dengan magnet barium ferit (b) GMP dengan magnet NdFeB
(b)
(a)
ISSN : 1411-1098
Nd 2 Fe 14 B. Prototip GMP tersebut diperlihatkan pada Gambar 1(a) dan Gambar 1(b). Kedua generator menggunakan stator yang sama dengan jumlah alur 54, diameter luar 230 mm, diameter dalam 147,6 mm dan panjang laminasi 103 mm.

## METODE PERCOBAAN
Percobaan dilakukan dengan cara memutar generator menggunakan motor induksi melalui transmisi pulley belt . Set-up pengujian diperlihatkan pada Gambar 2.
Generator diputar pada putaran nominal, yaitu 500 rpm untuk generator 12 kutub dan 300 rpm untuk generator 18 kutub. Selanjutnya secara bertahap generator dibebani hingga diperoleh daya maksimumnya. Beban yang digunakan adalah lampu pijar. Pada setiap pembebanan dicatat besarnya arus dan tegangan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil percobaan, diperoleh data keluaran GMP seperti ditampilkan dalam Tabel 3.
Tegangan GMP dengan magnet Barium Ferit tidak dapat mencapai tegangan desain 220V sedangkan GMP dengan magnet NdFeB membangkitkan daya di atas 220V untuk semua beban yang diberikan.
Kecilnya tegangan yang dibangkitkan oleh magnet Barium Ferit disebabkan oleh rendahnya kerapatan fluks remanensi magnet B r yang dimiliki, yaitu
600 Gauss sedangkan kerapatan fluks NdFeB adalah 10.000 Gauss.
Tegangan fasa keluaran generator dinyatakan dengan persamaan di bawah ini [8].
w ph ph k f N E  44 , 4  ................................... (1) m m A B   .......................................................... (2) s p d w k k k k  .................................................. (3)
dimana :
N ph = Jumlah lilitan/fasa,
f = Frekuensi (Hz),
 = Kerapatan fluks (Weber),
k w = Faktor belitan,
B m = Kerapatan fluks magnet (Tesla), A m = Luas penampang magnet (m2), k d = Faktor distribusi, k p = Faktor kisar,
k s = Faktor kemiringan.
Parameter desain untuk kedua generator adalah E ph = 220V, f = 50 Hz, k w = 1 (kisar lilitan penuh, k d = 1, k p = 1 dan posisi magnet lurus tanpa kemiringan k s = 1), sedangkan daya maksimum GMP BaFe 12 O 19 pada putaran nominal adalah 8,87 W sedangkan GMP NdFeB 1.988,93 W.

## KESIMPULAN
Perbandingan
karakteristik generator menggunakan magnet BaFe 12 O 19 dan NdFeB telah dilakukan dalam penelitian ini. Hasil percobaan menunjukkan bahwa generator dengan magnet NdFeB mampu memberikan daya keluaran yang jauh lebih besar dibanding generator dengan magnet BaFe 12 O 19 .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai melalui proyek Tematik 2005 dan Kompetitif LIPI tahun anggaran 2008. Pada kesempatan ini para penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Pusat Penelitian Telimek - LIPI, yang telah memberi kesempatan untuk melakukan penelitian ini.

## DAFTAR ACUAN
[1]. http://www.freeenergynews.com/Directory/ MagneticMotors
[2]. http://bebaspolusi.wordpress.com/2008/02/20/ generator-putaran-rendah-part-1/
[3]. D. BAHADUR, J. Chemical Science , 118 (1) (2006) 5-21
[4]. BRINKER C. JEFFREY, Sol Gel Science ,Academic press limited, London, (1990)
[5]. http://www.duramag.com/magnetic- materials/ ceramic/default.asp
Tabel 3 . Perbandingan karakteristik GMP pada putaran nominal.
Arus (A) Tegangan (V) Daya (W) Barium Ferit NdFeB Barium Ferit NdFeB Barium Ferit NdFeB 0,02337 0,95 33,60 365,40 0,79 1038,65 0,05680 1,25 33,30 350,50 1,89 1317,53 0,10060 1,50 33,00 337,50 3,32 1523,00 0,15450 2,00 32,60 306,00 5,04 1838,85 0,20800 2,25 32,50 286,99 6,76 1938,20 0,22600 2,50 32,00 265,00 7,23 1988,93 0,28600 2,67 31,00 244,00 8,87 1951,51 0,33000 2,72 26,00 236,00 8,58 1923,42
Gambar 2 . Set-up uji GMP
Aplikasi Magnet Permanen BaFe 12 O 19 dan NdFeB pada Generator Magnet Permanen Kecepatan Rendah Skala Kecil (Pudji Irasari)
[6]. h t t p : / / w w w . c y - m a g n e t i c s . c o m / Mag_Info_NdFeB.htm
[7]. http://www.duramag.com/magnetic_materials/ Neodymium/Default.asp.
[8]. BRINKER C. JEFFREY, Sol Gel Science ,Academic press limited, London, (1990)
[9]. http://www.duramag.com/magnet-materials/ ceramic/default.asp
[10]. G. MAHALINGAM, A. KEYHANI, Design of 42V/ 3000W Permanent Magnet Synchronous
Generator , Ohio State University, (2000) 181-191