## Powerbank Piezoelektrik Menggunakan Tekanan Tangan
Reggya Mayang Ratih 1 , Muhamad Ibnu Yasyak 2 , Hijiril Nugroha 3 , Umi Fadlilah 4
Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta Surakarta, Indonesia d400180132@student.ums.ac.id 1 , d400170137@student.ums.ac.id 2 , b200174322@student.ums.ac.id 3 , umi.fadlilah@ums.ac.id 4
Abstraksi —  Perkembangan smartphone yang  semakin canggih membuat penggunaan daya baterai smartphone semakin meningkat.  Dilatarbelakangi  oleh  tidak  terbatasnya  aktivitas outdoor maupun indoor yang  selalu  membutuhkan smartphone dalam  kondisi on dan  terbatasnya  terminal  listrik  serta terbatasnya  daya  baterai  handphone  yang  cepat  habis  membuat keberadaan  powerbank  menjadi  solusi  dari  permasalahan tersebut.  Fungsi  dari  powerbank  tidak  lain  adalah  untuk menyimpan  daya  cadangan,  yang    mana  bisa  digunakan  disaat jauh  dari  jangkauan  listrik.  Akan  tetapi powerbank pada umumnya  belum  dapat  memecahkan  masalah  secara  maksimal, karena  apabila  daya  yang  tersimpan  dalam powerbank habis, maka powerbank perlu diisi daya kembali. Dalam pengisian daya powerbank membutuhkan energi lagi dari sumber listrik. Artikel ini  mendeskripsikan  tentang  powerbank  piezoelektrik  yang dapat  menghasilkan  tegangan  dan  arus  listrik  yang  dapat digunakan  untuk  mengisi  daya  handphone  dengan  cara  ditekan menggunakan tangan.
Katakunci — Piezoelektrik; Smartphone;  Tegangan; Tekanan; Daya

## I. PENDAHULUAN
Maraknya  merek  smartphone  yang  menawarkan  berbagai fitur  canggih  membuat  orang  betah  menghabiskan  banyak waktu  di  depan  smartphone  (handphone  pintar)  dan  tak  bisa lepas  dari  perangkat  itu.  Penelitian  dari  Digital  GFK  Asia, perempuan Indonesia setidaknya menghabiskan waktu selama 5,6  jam/hari  dengan  smartphone  mereka.  Adapun  pria Indonesia,  menghabiskan  waktu  menggunakan  smartphone selama  5,4  jam/hari  dan  membuka  sekitar  47  aplikasi  atau alamat website. Secara rata-rata orang Indonesia menghabiskan  waktu  dengan  smartphone  selama  5,5  jam/hari dan  membuka  46  aplikasi  dan  alamat  website  [1].  Dari penelitian di atas menunjukkan smartphone dengan kondisi on dalam  waktu  yang  lama  sedangkan  baterai  smartphone kapasitasnya  terbatas,  apabila  daya  baterai  habis  maka pengguna  smartphone  harus  mengisi  daya  dari  sumber  listrik agar  tetap  bisa  mengoperasikan  handphone.  Sedangkan terminal listrik yang tersedia jumlahnya jauh lebih sedikit dari pengguna  handphone.  Hal  tersebut  menjadi  kendala  bagi mereka yang lebih sering melakukan aktivitas di luar ruangan karena  jauh  dari  sumber  listrik  rumahan  atau  terbatasnya terminal listrik.
Oleh sebab itu powerbank sangat cocok bagi mereka yang sering  berada  di  luar  ruangan  dan  jauh  dari  sumber  energi listrik.  Powerbank  berfungsi  sebagai  penyimpan  daya  atau dapat  dianalogikan  sebagai  baterai.  Namun  powerbank  juga sama  halnya  dengan  baterai  handphone  apabila  daya  yang tersimpan  habis  maka  powerbank  perlu  di charge dan  hal  ini membutuhkan  energi  lagi  dari  sumber  listrik.  Banyak  metode yang  telah  didapatkan  dari  permasalahan  tersebut  seperti powerbank  solar  cell ,  powerbank  ini  mengubah  cahaya matahari  menjadi  kerja  listrik  melalui photovoltaic  effect [2]. Akan tetapi powerbank ini masih mempunyai kelemahan yaitu sangat  bergantung  pada  panas  matahari  dan  keadaan  cuaca. Semakin besar intensitas cahaya  matahari secara proporsional akan menghasilkan arus yang besar [3]. Powerbank solar cell akan  bekerja  secara  optimal  dalam  keadaan  terkena  panas matahari  langsung  tanpa  mendung  sedangkan  panas  matahari tidak  bisa  dikontrol  oleh  manusia  dan  tidak  semua  negara mengalami iklim atau cuaca panas terus-menerus.
Berdasarkan  dua  uraian  paragraph  di  atas  penulis mengupayakan pemecahan masalah pengisian daya powerbank  menggunakan  material  piezoelektrik.  Material piezoelektrik  adalah  suatu  bahan  yang  apabila  diberikan tekanan mekanik akan menghasilkan medan listrik, sebaliknya apabila medan listrik diterapkan pada bahan piezoelectric akan terjadi  deformasi  mekanik  [4].  Efek  piezoelektrik  terjadi  jika medan  listrik  terbentuk  ketika  material  dikenai  tekanan mekanik  [5].  Dari  penelitian  [6]  didapatkan  hasil  bahwa gelombang  yang  dihasilkan  piezoelektrik  adalah  sinusoidal atau  AC,  dengan  gelombang  positif  lebih  besar  dibandingkan gelombang negatif dikarenakan momentum tegangan mekanik lebih  besar  daripada  momentum  regangan  mekanik.  Oleh karena  itu,  dalam  pembuatan  alat  powerbank  piezoelektrik diperlukan  rangkaian  penyearah.  Penyearah  gelombang  atau rectifier adalah  bagian  dari  catu  daya  yang  berfungsi  sebagai pengubah  sinyal  tegangan  AC  menjadi  tegangan  DC  [7]. Penelitian  yang  dilakukan  oleh  [8]  juga  menyatakan  bahwa nilai  tegangan  dan  arus  keluaran  piezoelektrik  yang  terukur berbeda-beda  pada  setiap  pengukurannya,  hal  ini  disebabkan energi  mekanik  ketika  dilakukan  penekanan  bervariasi.  Oleh sebab  itu  dalam  rangkaian  powerbank  piezoelektrik  akan ditambahkan converter  boost yang  berfungsi  menaikkan tegangan dan menstabilkan tegangan.
Reggya Mayang Ratih, Muhamad Ibnu Yasyak, Hijiril Nugroha, Umi Fadlilah, Powerbank Piezoelektrik Menggunakan Tekanan Tangan
Penggunaan  piezoelektrik  untuk  sumber  daya  powerbank adalah  dikarenakan  piezoelektrik  tidak  bergantung  pada terminal  listrik  dan  variabel  yang  tidak  bisa  dikontrol  oleh pengguna secara langsung. Tujuan pembuataan powerbank ini adalah  agar  pengguna  bisa  mengontrol  langsung  pemberian tekanan  langsung  kepada  piezolektrik  dimanapun  dan kapanpun untuk mengisi baterai powerbank.

## II. METODE

## A. Perangkaian Piezoelektrik Secara Seri dan Paralel
Untuk dijadikan sebagai generator yang menghasilkan arus dan  tegangan  maka  piezoelektrik  disusun  secara  seri  atau paralel.  Dari  penyusunan  seri  atau  paralel  akan  didapatkan keluaran yang terbesar, dari keluaran tersebut maka dipilihlah susunan  yang  tepat  yang  digunakan  dalam  pembuatan powerbank piezoelektrik.

## Gambar 1. Piezoelektrik Secara Seri
Penyusunan  piezoelektrik  secara  seri  dengan  cara menghubungkan  kutub  positif  piezoelektrik  pertama  dengan kutub  negatif  piezoelektrik  kedua,  kutub  positif  piezoelektrik kedua dihubungkan dengan kutub negatif piezoelektrik ketiga, dan  seterusnya  [9].  Pada  gambar  3  rangkaian  seri  dapat dijelaskan  bahwa  jumlah  total  daya  yang  masuk  suatu  titik cabang sama dengan jumlah daya yang keluar tiap titik cabang tersebut, sehingga didapat persamaan  sebagai berikut :
𝐸 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐸 1 = 𝐸 2 = 𝐸 3 = 𝐸 4 (1)
𝐼 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼 1 + 𝐼 2 + 𝐼 3 + 𝐼 4 (2)
Keterangan : E = daya (W)
I = arus (A)

## Gambar 4. Piezoelektrik Secara Paralel
Pada  Gambar  4  dapat  dijelaskan  bahwa  rangkaian piezoelektrik  secara  paralel  jumlah  total  daya  yang  masuk suatu  titik  cabang  adalah  penjumlahan  daya  yang  keluar  tiap titik  cabang  tersebut  sehingga  didapat  persamaan  sebagai berikut:
𝐸 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐸 1 + 𝐸 2 + 𝐸 3 + 𝐸 4 (3)
𝐼 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼 1 = 𝐼 2 = 𝐼 3 = 𝐼 4 (4)
Keterangan : E = daya (W) I = arus (A)
Penyusunan piezoelektrik secara paralel dilakukan dengan cara  menghubungkan  kutub  positif  empat  piezoelektrik
menjadi satu, dan menghubungkan kutub-kutub negatif empat piezoelektrik menjadi satu.

## B. Penambahan Rangkaian Penyearah Jembatan
Gambar 3. Pengukuran Output Rangkaian Penyearah dengan Filter C
Penambahan  rangkaian  penyearah  setelah  piezoelektrik bertujuan  untuk  menyearahkan  gelombang  sinusoidal  dari piezoelektrik  menjadi  sinyal  tegangan  DC.  Pada  penyearah gelombang  tipe  jembatan  untuk  setiap  siklus  tegangan  AC hanya ada 2 dioda  yang  meneruskan arus, sedangkan 2 dioda lainnya bersifat isolator.

## Gambar 4. Rangkaian Penyearah Jembatan
Prinsip  kerja  rangkaian  penyearah  jembatan  adalah  ketika mendapat bagian positif dari siklus sinyal AC, maka arus akan mengalir  melalui  D1  menuju  beban  dan  kembali  melalui  D3. Pada saat bersamaan juga, D2 dan D4 mengalami reverse bias sehingga  tidak  ada  arus  yang  mengalir.  Ketika  siklus  negatif, arus akan mengalir melalui D2 dan D4 sedangkan D1 dan D3 mengalami reverse  bias tidak  ada  arus  yang  melaluinya  atau bersifat isolator.

## C. Penambahan Converter  Boost dan Saklar
Gambar 5. Penambahan Converter Boost dan Saklar
Perangkaian  dilakukan  dengan  merangkai  4  piezoelektrik dengan keluaran terbesar, yang digabungkan dengan rangkaian penyearah  jembatan  dengan  filter  C  dengan  tujuan menyearahkan  gelombang  sinusoidal  piezoelektrik  menjadi gelombang  DC,  setelah  itu  menghubungkan  rangkaian  ke baterai dan modul booster XL6009 dengan penambahan saklar sebelum terhubung USB. Penggunaan modul booster XL6009
menghasilkan  operasi  yang  stabil  pada  berbagai  macam tegangan suplai dan output yang memiliki fitur sebagai berikut [10]:
a) Tegangan masukan 5 – 32 V.
b) Switching frequency 320 – 480 kHz.
c) Tegangan output maksimum 60 V.
d) Arus maksimum 4 A.
e) Efisiensi maksimum 94%.
f) Duty cycle maksimum 90%
Penambahan  saklar  setelah converter  boost bertujuan untuk  mengetahui  pengaruh  kondisi  saklar  terbuka  atau tertutup  terhadap  tegangan  output  pada converter  boost maupun pada kapasitor.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pengukuran  Output  Rangkaian  Paralel  dan  Seri Piezoelektrik
Tahapan  yang  dilakukan  dalam  pengukuran  output piezoelektrik adalah pengukuran tegangan 4 buah piezoelektrik  tersusun  secara  paralel  dan  seri  dengan pemberian  penekanan  oleh  tangan.  Pengambilan  data dilakukan setiap kali diberi tekanan dicatat tegangan dan arus yang  terukur  oleh  multimeter.  Adapun  hasil  pengukuran tegangan  dan  arus  dari  pengukuran  yang  dilakukan  disajikan pada  Tabel  1.  Berikut  hasil  yang  diperoleh  dari  pengukuran yang dilakukan.
TABEL I. T EGANGAN DAN A RUS K ELUARAN P IEZOELEKTRIK R ANGKAIAN P ARALEL DAN S ERI
Tekanan ke- Rangkaian Paralel Rangkaian Seri Tegangan Arus Tegangan Arus 1 1,3 volt 2,4 mA 0,16 volt 0,07 mA 2 1,7 volt 3,0 mA 0,17 volt 0,64 mA 3 3,5 volt 3,7 mA 0,35 volt 0,7 mA
Berdasarkan hasil pengukuran Tabel 1 pada 4 piezoelektrik tipe buzzer yang  disusun  secara  seri  dan  paralel  didapatkan hasil  bahwa  tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan  rangkaian paralel  lebih  besar  daripada  rangkaian  seri.  Penelitian  oleh [11] menyatakan alasan kenapa rangkaian paralel menghasilkan  tegangan  yang  lebih  tinggi  karena  rangkaian paralel  dapat  mengumpulkan  arus  secara  kontinu  meskipun masukannya  tidak  kontinu  sedangkan  rangkaian  seri  sering mengalami  penurunan  tegangan  akhirnya  arus  yang  masuk tidak kontinu.

## B. Pengukuran Tegangan pada Kapasitor
Berdasarkan  hasil  pengukuran  pada  A  didapatkan  hasil bahwa rangkaian paralel piezoelektrik lebih besar menghasilkan  tegangan sehingga dalam pengukuran tegangan pada  kapasitor  menggunakan  rangkaian  piezoelektrik  yang disusun  secara  paralel.  Adapaun  hasil  dari  pengukuran tersebut sebagai berikut.
TABEL II. P ENGUKURAN T EGANGAN K ELUARAN PADA K APASITOR Jumlah Tekanan Tegangan di Kapasitor 50 0,80 volt 100 1,50 volt 150 1,75 volt
Berdasarkan  hasil  pengukuran  Tabel  2  dapat  diketahui setiap  piezoelektrik  ditekan  oleh  telapak  tangan  maka  ada kenaikan  tegangan.  Semakin  banyak  tekanan  yang  dilakukan maka tegangan akan semakin besar begitu juga dengan energi yang  disimpan  kapasitor  juga  semakin  besar.  Pada  rangkaian ini  banyaknya  tekanan  berbanding  lurus  dengan  besarnya tegangan  yang  terukur  di  kapasitor.  Hasil  dari  pengujian tersebut  juga  sama  dengan  hasil  penelitian  yang  dilakukan oleh  [12].  Dalam  selang  waktu  yang  sama,  besarnya  nilai tegangan  yang  dihasilkan  piezoelektrik  sebanding  dengan besarnya  frekuensi  ketukan  mekanik  yang  diberikan  pada piezoelektrik.

## C. Pengukuran  Tekanan  Pada  Kapasitor  dan  Converter Boost dalam Kondisi Saklar Terbuka dan Tertutup
Pengukuran  kali  ini  dilakukan  dengan  dua  kondisi  yaitu saklar  tertutup  dan  saklar  terbuka,  yang  bertujuan  untuk mengetahui  pengaruh  kondisi  saklar  pada  penambahan converter  boost DC-DC  XL6009  terhadap  tegangan  yang dihasilkan.
Adapun hasil pengukuran tersebut disajikan dalam Gambar 6 , Gambar 7, Tabel 3 dan Tabel 4, sebagai berikut:
Gambar 6. Pengukuran Tegangan Rangkaian dengan Kondisi Saklar Terbuka
TABEL III. T EGANGAN DI K APASITOR DAN C ONVERTER B OOST K ONDISI S AKLAR T ERBUKA Jumlah Tekanan Tegangan di Kapasitor Tegangan In di Converter Boost Tegangan Out di Converter Boost 100 1,5 volt 3,98 volt 6,45 volt 200 1,73 volt 3,98 volt 6,45 volt 300 2,30 volt 3,98 volt 6,45 volt
Reggya Mayang Ratih, Muhamad Ibnu Yasyak, Hijiril Nugroha, Umi Fadlilah, Powerbank Piezoelektrik Menggunakan Tekanan Tangan
Gambar 7. Pengukuran Tegangan  Rangkaian dengan Kondisi Saklar Tertutup
TABEL IV. T EGANGAN DI K APASITOR DAN C ONVERTER B OOST K ONDISI
S AKLAR T ERTUTUP Jumlah Tekanan Tegangan di Kapasitor Tegangan In di Converter Boost Tegangan Out di Converter Boost 100 0,02 volt 0,01 volt 0,01 volt 200 0,03 volt 0,01 volt 0,01 volt 300 0,04 volt 0,01 volt 0,01 volt
Dari  hasil  pengukuran  pada  Tabel  3  dan  Tabel  4 menunjukkan  adanya  pengaruh  saklar  terhadap  tegangan  di kapasitor  dan  tegangan  di converter  boost .  Apabila  saklar dalam kondisi off maka tidak arus yang mengalir ke converter boost dan  tidak  ada  beban  dari converter  boost yang menghambat  tegangan  keluaran  di  kapasitor,  sehingga  ketika saklar  diubah  kondisinya  dari off ke  on  maka  tegangan  yang disalurkan  dari  kapasitor  ke  baterai  bisa  dinaikkan  oleh converter  boost yang  selanjutnya  untuk  mengisi  daya handphone.  Apabila  saklar on maka  ada  arus  yang  mengalir menuju converter  boost dan  hambatan  dari converter  boost mempengaruhi tegangan di kapasitor, tegangan yang ada pada kapasitor  akan  langsung  turun  selain  itu  tegangan output di converter boost juga kecil dan tidak cukup untuk mengisi daya handphone.

## D. Pengisian Daya Baterai Handphone
Karena kondisi saklar mempengaruhi tegangan output saat penekanan maka ketika pengisian baterai powerbank atau pada saat  penekanan  piezoelektrik  berlangsung  maka  saklar  harus dalam  kondisi off dan  saklar  dalam  kondisi on apabila digunakan  untuk  mengisi  baterai  handphone.  Berikut  hasil pengujian rangkaian powerbank piezoelektrik yang digunakan untuk mengisi daya handphone disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pengisian Daya Handphone dengan Rangkaian  Simulator
Powerbank Piezoelektrik
Dari  hasil  pengujian  didapat  bahwa  powerbank  ini  bisa mengisi  daya  baterai handphone akan  tetapi  ada  kekurangan yaitu  kenaikan  persentase  daya  handphone  oleh  powerbank piezoelektrik  sangatlah  lama  dikarenakan  arus  yang  terlalu kecil sehingga kenaikan daya baterai handphone konstan.

## IV. KESIMPULAN

## A. Kesimpulan
Setelah melakukan penelitian alat powerbank piezoelektrik dapat  disimpulkan  bahwa  tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan piezoelektrik yang disusun secara paralel lebih besar daripada rangkaian  seri.  Tekanan  yang  diberikan  kepada  piezoelektrik berbanding lurus dengan tegangan yang di ukur pada kapasitor semakin banyak tekanan maka tegangan yang terukur semakin besar.  Pemberian  saklar  sebelum  modul  XL6009  sangat berpengaruh  terhadap  output  karena  pada  modul  XL6009 terdapat beban yang menghambat. Untuk menghasilkan output yang  besar  maka  saat  pengisian  baterai  powerbank  kondisi saklar off agar  input  tidak  terbebani  oleh  modul,  dan  untuk mengalirkan arus untuk mengisi daya handphone maka saklar harus on .  Penggunaan  modul  XL6009  membuat  tegangan output  menjadi  stabil  dan  besar.  Untuk  mengisi  daya  baterai powerbank  dibutuhkan  waktu  yang  lama  dalam  menekan karena arus yang dihasilkan piezoelektrik terlalu kecil.

## B. Saran
Setelah  melakukan  pengujian  terdapat  kendala-kendala dari piezoelektrik seperti tegangan yang dihasilkan besar tetapi arusnya kecil, sebagai saran perlu adanya pengembangan jenis piezoelektrik  yang  menghasilkan  arus  besar  sehingga  daya yang  dikeluarkan  besar  sehingga  dalam  pengisian  baterai powerbank waktunya lebih singkat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S,  Astri.  2016. Rata-Rata  Orang  Indonesia  Habiskan  Waktu  5,5  Jam Main  HP  dari  Bangun  Hingga  Beranjak  Tidur .  Available: http://www.tribunnews.com/lifestyle/2016/02/26/rata-rata-orang- indonesia-habiskan-waktu-55-jam-main-hp-dari-bangun-hingga- beranjak-tidur.
[2] Anto,  Budhi  ,  Edy  Hamdani  dan  Rizki  Abdullah. Portable  Battery Charger Berbasis Sel Surya . Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 11 , No. 1, April 2014, hal 19-24
[3] Kierby,  Joelius.  2012 .  Pengisisan  Baterai  Handphone  dengan  Solar Cell . Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma.
[4] Wijanto,  Eddy  dkk. Pengujian  Sistem  Konversi  Energi  Suara  menjadi Energi  Listrik  Menggunakan  Piezoelektrik .  Techné  Jurnal  Ilmiah Elektroteknika Vol. 17 No. 1 April 2018 Hal 59 – 67.
[5] Madia,  Aidil  Akmal.  2017.  Prototipe  Alat  Penghasil  Listrik  Dari Tekanan  Mekanik  Berbasis  Piezoelektrik.  Gowa  :  Universitas Hasanuddin.
[6] Hariyanto  dan  Agus  R.  Utomo.  2013. Studi  Analisis  Gelombang Tegangan Piezoelektrik . Depok: Universitas Indonesia.
[7] Usman  dkk. Perancangan  dan  Pembuatan  Trainer  Penyearah Terkendari 3 Fasa . Jurnal Teknolodi Terpadu Vol. 5 No. 1 April 2017.
[8] Irpandi,  Muhammad.  2015 .  Pengisian  Baterai  Handphone  Berbasis Piezoelektrik . Batam : Politeknik Negeri Batam.
[9] Maulana,  Riza.  2016.  Pemanfaatan  Sensor  Piezoelectric  Sebagai Penghasil  Sumber  Energi  pada  Sepatu.  Surakarta  :  Universitas Muhammadiyah Surakarta.
[10] Achmad  Yani  dan  Gunawan. Rancang  Bangun  Perangkat  Catu  Daya Mandiri  pada  Laptop dengan Memanfaatkan  Port  USB dan  Rangkaian Joule  Thief .  Journal  of  Electrical  Technology  Fakultas  Teknik Universitas Islam Sumatra Utara, Vol 2, No 3(2017).
[11] Yulia,  Efi,  dkk.Polisi  Tidur  Piezoelektrik  Sebagai  Pembangkit  Listrik dengan  Memanfaatkan  Energi  Mekanik  Kendaraan  Bermotor.  Jurnal Otomasi Kontrol dan Instrumentasi Vol 8 (1), 2016.
[12] Rinaldi,  R  Gustav,  Muhammad  Anton  Kuncoro,  dan  Yesiana  Arimurti. 2018. Perbandingan  Pengisisan  Kapasitor  Oleh  Piezoelektrik  dengan Bateri, Prosiding  SNFA  (Seminar  Nasional  Fisika  dan  Aplikasinya)
2018. Surakarta: Universitas Sebelas Maret