8

## Analisis Pengaruh Perbedaan Aluminium dan Akrilik Sebagai Kerangka Penyusun Generator Axial Flux 12

## Slot 8 Pole

## Fajrin Nurul Qomariyah
Fajrinnurul1999@gmail.com
Univeritas Jember Widyono Hadi widyono@unej.ac.id Universitas Jember Widya Cahyadi cahyadi@unej.ac.id Universitas Jember

## Abstrak
Generator  merupakan  suatu  alat  yang  penting  pada sebuah  pembangkit  yang  mengubah  energi  mekanik menjadi energi listrik. Pemilihan material dalam membuat kerangka  penyusun  generator  sangat  perlu  diperhatikan agar generator yang dibuat memiliki keefektivitasan yang baik  saat  dioperasikan.  Dampak  dari  pemilihan  material kerangka penyusun generator akan mempengaruhi output generator  yang  dihasilkan.  Secara  khusus  material aluminium  memiliki  keefektivitasan  yang  lebih  baik dibandingkan  material  akrilik.  Dari  kedua  material tersebut  didapatkan  bahwa  material  aluminium  memiliki distribusi  kerapatan  fluks  magentik  yang  lebih  besar dibandingkan  material  akrilik  sehingga  output  generator berupa tegangan dan frekuensi juga lebih  besar. Hasil uji torsi  generator  dengan  kerangka  penyusun  aluminium lebih  kecil  dibandingkan  kerangka  penyusun  material akrilik  sehingga  kinerja  generator  dengan  material aluminnium  lebih  baik  dibandingkan  dengan  material akrilik.
Kata  Kunci — Generator,  Aluminium,  Akrilik,  Distribusi Kerapatan Fluks Magnetik, Torsi.

## Abstract
A generator is an important device in a plant that converts mechanical  energy  into  electrical  energy.  The selection  of materials  in  making  the  frame  of  the  generator  is  very important  so  that  the  generator  made  has  good effectiveness when operated. The impact of the selection of the material of the generator's constituent framework will affect  the  output  of  the  generator  produced.  Specifically, aluminum material has a better effectiveness than acrylic materials.  From  both  materials  it  is  obtained  that aluminum material has a greater distribution of magentic flux  density  than  acrylic  material  so  that  the  generator output in the form of voltage and frequency is also greater. The result of the generator torque test with an aluminum constituent  frame  is  smaller  than  the  acrylic  material building  frame  so  that  the  performance  of  the  generator
with  aluminnium  material  is  better  compared  to  acrylic material.
Keywords — Generator, Aluminium, Acrylic, Magnetic flux density distribution, Torque

## I. PENDAHULUAN
Ketersediaan  energi  listrik  merupakan  salah  satu  faktor yang  sangat  penting  dan  bahkan  menjadi  sebuah  parameter dalam  mendukung  kesuksesan  pembangunan  suatu  daerah. Kecukupan  akan  ketersediaan  energi  listrik  akan  mendorong perkembangan pembangunan pada bidang industri, komersial, pelayanan  publik  dan  kualitas  masyarakat  yang  tinggal  di suatu  daerah  untuk  menikmati  energi  lsitrik  (A.C.  Wibowo, 2015)[1].  Dengan  ketersediaan  energi  listrik  maka  harus  di dukung  dengan  pembangkit  listrik  yang  memadai[2]. Generator  memiliki  peranan  yang  penting  pada  sebuah pembangkit listrik. Generator merupakan salah satu alat yang dapat  mengubah  energi  mekanik  menjadi  energi  listrik[3]. Pemilihan material dalam membuat kerangka penyusun sangat perlu diperhatikan. Setiap material atau bahan yang digunakan dalam  pembuatan  kerangka  penyusun  memiliki  sifat  dan karakteristik  yang  berbeda  setiap  materilanya.  Dengan  sifat dan  karakteristik  yang  berbeda  ini  tentu  akan  mempengaruhi keefektivitasan generator dalam pengoperasiannya.
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Liu Yiqi, Paul han dan Ali M.Bazzi denga judul “ A Comparison of Rotor Bar Material  of  squirrel-cage  Machines  for  Efficiency Enchancement  Purposes” .  Penelitian  ini  dilakukan  untuk melihat keefektifitasan dari 3 bahan material yaitu aluminium, tembaga, dan perak dalam pembuatan rotor bar. Pengambilan data dilakukan secara simulasi menggunakan software FEMM. Dari penelitian ini dihasilkan bahwa aluminium memiliki nilai kerapatan fluks magnet yang lebih besar dibandingkan dengan tembaga  dan  perak  kemudain  dari  sifat  fisik  ketiga  bahan tersebut didapatkan bahwa aluminium dan perak memiliki titik leleh  yang  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  tembaga sehingga  menyebabkan  lebih  kecil  tekanan  termal  pada  saat pengecoran  dan  pembuatan rotor  bar. Kedua,  tembaga memiliki  koefisien  ekspansi  termal  yang  lebih  kecil

## Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI)
9
dibandingkan  dengan  kedua  bahan  yang  lain.  Kemudian konduktivitas  termal  yang  tinggi  bermanfaat  untuk menciptakan  struktur rotor  bar yang  seragam  selama  proses kristalisasi  serta  menghindari  overheating  saat  beroperasi. Selanjutnya tembaga memiliki bulk modulus diikuti perak dan aluminium  sehinggan  dapat  memberikan  dukungan  mekanik yang  kuat  terhadap  struktur  yang  dibuat.  Aluminium  secara signifikan lebih ringan dibandingkan dua bahan lainnya. Jadi dengan  mengganti  aluminium  dengan  kedua  bahan  tersebut dapat menambah berat dari mesin [4] .
Pada penelitian ini akan dilakukan proses pembandingan material  alumnium  dan  material  akrilik  sebagai  kerangka penyusun  generator axial  flux .  Untuk  spesifikasi  dari generator  baik  menggunakan  kerangka  penyusun  aluminium dan  akrilik  sama  baik  dari  jumlah  lilitan,  tipe  generator, magnet, dan dimensi generator. Penelitian ini menitikberatkan pada  pengaruh  material  kerangka  penyusun  terhadap  output generator axial  flux seperti  frekuensi,  tegangan,  torsi,  dan persebaran  distribusi  kerapatan  fluks  magnetik.  Distribusi persebaran  fluks  magnetik  dilakukan  secara  simulasi menggunakan software MagNet.

## II. METODE PENELITIAN

## A. Desain Alat
Perancangan  dan  pembuatan  generator  ini  menggunakan generator tipe axial flux dengan dua stator dan rotor tunggal. Kumparan pada stator diletakkan berhadapan langsung dengan magnet di rotor.
Pada  bagian  rotor  terdapat  8  buah  magnet  Neodymium (NdFeB)  dengan  ukuran  15mmx2mm  sehingga  jumlah pole - nya  sebanyak  8.  Dimensi  rotor  berbentuk  lingkaran  dengan diameter 73mm dan ketebalan rotor 2mm.
Pada  bagian  stator  terdapat  12  kumparan  yang  dibagi menjadi  2  sehingga  setiap  stator  terdapat  6  kumparan. Kumparan  ini  akan  dihubungkan  secara  wye(Y)  sehingga keluaran  generator  berupa  tiga  fasa.  Dimensi  stator  sebesar 95mmx95mm dengan ketebalan 2mm.
Gbr. 1 Desain Generator Axial Flux Double Stator
Gbr. 2 Desain 2d Rotor Generator Axial Flux
Gbr. 3 Desain 3d Rotor Generator Axial Flux
10
Gbr. 5 Desain 3d Stator Generator Axial Flux

## B. Perancangan Generator Axial Flux
1. Menentukan jumlah kutub
dibulatkan menjadi 8
2. Menentukan jumlah kumparan
kumparan 3. Perhitungan Bmax 4. Perhitugan Amag
m 2
5. Perhitungan   max

## C. Spesifikasi Generator
TABEL I SPESIFIKASI GENERATOR AXIAL FLUX DOUBLE STATOR Parameter Simbol Nilai Jumlah Fasa Nph 3 Fasa Jumlah stator 2 Jumlah Rotor 1 Densitas Flux Magnet Br 44,8 mT Ukuran Magnet R T 7,5 mm 2 mm Ukuran Rotor D 7,3 cm Ukuran Stator P L 9,5 cm 9,5 cm Diameter Kawat D 0,5 mm Jarak Antar Magnet 0,5 cm Jumlah Magnet Nm 8 magnet Jumlah lilitan N 375 lilitan Jumlah kumparan Ns 12 Kumparan Inti Besi Ya Lebar Celah Udara 4 mm Resistansi Kumparan Ra 2 ohm Induktansi Kumparan Xa 44,8 mT

## D. Blok Diagram
Gbr. 6 Blok Diagram Generator Axial Flux
Penelitian  generator axial  flux  3  phase stator  ganda menggunakan  metode  konvensional  yang  mana primemover berupa  motor  DC  yang  diberikan  tegangan  DC  oleh power supply .  Apabila primemover berputar  maka  rotor  akan berputar  juga  sehingga  menimbulkan  medan  elektromagnetik sehingga output dari generator berupa tegangan dan arus dapat diukur.  Untuk  pengukuran  kecepatan  putar  generator menggunakan  alat  ukur  tachometer. Output tegangan  yang dihasilkan  generator  berupa  tegangan  AC  yang  kemudian disearahkan  menggunakan rectifier tiga  fasa  guna mendapatkan tegangan DC. Maka hasil keluaran dari rectifier tiga  fasa  ini  akan  digunakan  untuk  menyuplai  beban.  Beban yang digunakan yaitu berupa  beban resistif sebesar 100 ohm. Beban  yang  digunakan  hanya  untuk  melihat  torsi  generator baik menggunakan kerangka penyusun alumnium dan akrilik. Pengambilan data dilakukan dengan cara memberikan variasi

## Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI)
11
kecepatan  putar  generator  kemudian  melakukan  pengukuran output  baik  tanpa  beban  maupun  yang  berbeban,  sedangkan untuk  persebaran  kerapatan  distribusi  fluks  magnetik  baik kerangka  penyusun  aluminium  dan  akrilik  menggunakan software MagNet.

## E. Flowchart Penelitian
Mulai Studi Literatur dan Perumusan Masalah Menentukan Jumlah Lilitan,  Fasa dan Magnet Pembuatan Rotor Pembuatan Stator Penggabungan Stator dan Rotor Pengujian Generator Axial Flux 3 Phase 6 volt ≤ V≤ 12 volt Pengambilan Data Generator Axial Flux 3 Phase Analisis Data dan Kesimpulan Selesai TIDAK
Gbr. 7 Flowchart penelitian

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  Generator  Axial  Flux  meliputi  pengujian  tanpa beban  dan  berbeban  yang  dilakukan  secara  langsunng  pada alat sedangkan untuk torsi dan persebaran kerapatan distribusi fluks  magnetik  dilakukan  secara  simulasi  menggunakan software  MagNet.  Pengujian  ini  dilakukan  dengan memberikan  variasi  kecepatan  putar  generator  untuk  melihat hasil output generator.
A. Pengujian Generator Axial Flux Tanpa Beban
TABEL 2

## FREKUENSI OUTPUT GENERATOR AXIAL FLUX
Dari  Tabel  2  menunjukkan  bahwa  nilai  frekuensi  yang dihasilkan dipengaruhi oleh variasi kecepatan putar generator yang  diberikan.  Yang  mana  semakin  besar  kecepatan  putar generator maka semakin besar pula frekuensi output generator yang dihasilkan.
Gbr. 8 Grafik perbandingan frekuensi simulasi dengan material aluminium dan frekuensi simulasi dengan material akrilik.
Dari  Gambar  8  didapatkan  bahwa  nilai  frekuensi  simulasi dengan menggunakan kerangka penyusun aluminium nilainya lebih  besar  dibandingkan  dengan  menggunakan  kerangka
RPM Frekuensi pengukuran Frekuensi perhitungan Frekuensi Simulasi (material aluminium) Frekuensi Simulasi (material akrilik) 500 29,79 33,33 33,33 33 1000 66,13 66,67 66,34 66,23 1500 100,8 100 100,23 100 2000 136,2 133,33 133,44 133,31 2500 169,2 166,67 166 166 2765 182,1 184,33 184,46 184,42 3000 202,4 200 200,12 200 3500 233,6 233,33 233,34 233
12
penyusun  akrilik.  Sehingga  penggunaan  bahan  aluminium lebih baik dibandingkan dengan bahan akrilik.

## TABEL 3 TEGANGAN OUTPUT GENERATOR TANPA BEBAN
Dari  Tabel  3  menunjukkan  bahwa  tegangan  output generator  yang  diperoleh  dipengaruhi  oleh  kecepatan  putar generator.  Arinya  semakin  besar  kecepatan  generator  maka semakin  besar  tegangan  output  yang  dihasilkan.    Tegangan output  generator  berupa  tegangan  AC.  Bisa  dilihat  pada Gambar 9.
Gbr.  9  Tegangan  output  Generator  dengan  kecepatan  putar  generator  2765 RPM berupa tegangan AC.
Dari  Gambar  10  dapat  dilihat  bahwa  tegangan  output generator  dengan  kerangka  penyusun  aluminium  memiliki nilai  yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  kerangka penyusun akrilik.
Gbr. 10 Grafik perbandingan tegangan output generator dengan bahan aluminium dan akrilik.

## B. Pengujian Generator Axial Flux Dengan Beban
Pengujian  generator  dengan  beban  menggunakan  beban resistif sebesar 100ohm dengan memberikan variasi kecepatan putar generator.
TABEL 4

## HASIL PENGUJIAN GENERATOR AXIAL FLUX DENGAN BEBAN RESISTOR 100 OHM
(RPM) V pengukura n (Volt)
V perhitunga n  (Volt) V Simulasi (BahanA luminiu m) V simulasi (Bahan akrilik) 500 1,22 1,17 1,17 1,15 1000 2,39 2,34 2,35 2,32 1500 3,42 3,51 3,52 3,49 2000 4,46 4,68 4,7 4,68 2500 6,12 5,85 5,9 5.87 2765 6,65 6,47 6,5 6,49 3000 7,29 7,02 7,03 7,07 3500 7,72 8,19 8,19 8,14
RPM
Tegangan (bahan aluminium ) (V) Tegangan (bahan akrilik ) (V) Arus (bahan aluminiu m) (A) Arus (bahanak rilik) (A) 500 2,54 2,48 0,0254 0,0248 1000 4,42 4,36 0,0442 0,0436 1500 5,95 5,87 0,0595 0,0587 2000 6,94 6,78 0,0694 0,0678 2500 7,94 7,78 0,0794 0,0778 2765 8,27 8,13 0,0827 0,0813 3000 8,603 8,54 0,08603 0,0854 3500 8,93 8,82 0,0893 0,0882

## Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI)
13
Gbr. 11 Grafik Perbandingan tegangan output dengan beban menggunakan kerangka penyusun aluminium dan akrilik
Dari  Gambar  11  dapat  dilihat  bahwa  nilai  tegangan  output generator  dengan  beban  resistif  sebesar  100  ohm menggunakan  kerangka  penyusun  aluminium  lebih  besar dibandingkan  dengan  menggunakan  kerangka  penyusun akrilik.
Gbr. 12 Grafik perbandingan arus output dengan beban menggunakan kerangka penyusun alumnium dan akrilik.
Dari  Gambar  12  dapat  dilihat  bahwa  arus  output  dengan beban  resistif  sebesar  100  ohm  menggunakan  kerangka penyusun dengan material aluminium  lebih besar dibandingkan  menggunakan  kerangka  penyusun  material akrilik.

## C. Persebaran  Kerapatan  Fluks  Magnetik  dan  Torsi Generator
Dari  Gambar  13  dan  14  didapatkan  bahwa  persebaran kerapatan  fluks  magnetik  yang  dilakukan  secara  simulasi menggunakan  software  MagNet  dengan  bahan  material  yang digunakan berupa akrilik sebesar 1,07141 T yang ditunjukkan warna  merah  dan  nilai  terkecil  kerapatan  fluks  magnet menggunakan bahan material akrilik sebesar 2,58803x10 -0,06 T ditunjukkan  dengan  warna  putih.  Semakin  berwarna  merah
makan  kerapatan  fluks  magnetik  akan  semakin  besar  pula. Begitu  juga  dengan  bahan  aluminium  menunjukkan  bahwa persebaran  kerapatan  fluks  magnetik  menggunakan  bahan material  aluminium  alloy  dengan  nilai  maksimum  sebesar 1,07986 T ditunjukkan dengan warna merah dan nilai terkecil kerapatan fluks magnetik sebesar 2,50624x10 0,06 T. Sehingga perseberan kerapatan fluks magnetik dengn bahan aluminium lebih besar dibandingkan dengan bahan akrilik.
Gbr. 13 Persebaran Kerapatan Fluks Magnetik  Dengan Menggunakan Bahan Akrilik.
Gbr. 14 Persebaran Kerapatan Fluks Magnetik Dengan Menggunakan Bahan Aluminium.
Secara khusus, alumnium memiliki meting point lebih besar dibandingkan  dengan  akrilik  sehingga  tekanan  termal  pada proses  pembuatan  rotor  sedikit  besar.  Bulk  modulus  yang lebih  besar  dapat  memberikan  mekanik  yang  kuat  sehingga bahan  aluminium  lebih  unggul  dibandingkan  akrilik. Sedangkan  konduktivitas  termal  aluminium  lebih  tinggi
14
dibandingkan  akrilik  yang  bermanfaat  untuk  menghindari overheating saat generator dijalankan.
TABEL 5

## KARAKTERISTIK FISISK BAHAN ALUMINIUM DAN AKRILIK
Aluminium Akrilik Melting Point Thermal Expansion Thermal Conductivity 222 W/m.K 0,05021 W/m.K Bulk Modulus 68 GPa 2.76 - 3.30 GPa Density 2,71 g/cm 3 1,18 g/cm 3
Gbr. 15 Perbandingan Torsi generator dengan kerangka penyusun aluminium dan akrilik.
Dari Gambar 15 didapatkan bahwa ada saat kecepatan 500 rpm  torsi  yang dihasilkan saat  menggunakan  bahan material akrilik  sebesar  0,0112  N-m  sedangkan  saat  menggunakan bahan material aluminium sebesar 0,00988 N-m. Torsi awalan dari  bahan  alumium  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  bahan akrilik sehingga kinerja generator axial flux dengan kerangka penyusun  alumnium  lebih  baik  dibandingkan  dengan akrilik.Sedangkan untuk torsi maksimum dengan kedua bahan material  akrilik  dan  aluminium  pada  saat  kecepatan  putar generator sebesar 1500 rpm dengan nilai sebesar 0,01886 N-m dan  0,01812  N-m.  Saat  kecepatan  melebihi  1500  rpm  maka torsi yang dihasilkan akan mengecil secara perlahan baik pada material aluminium maupun akrilik.
IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa penggunaan  bahan  alumnium  sebagai  kerangka  penyusun generator  akan  menghasil  output  generator  baik  tanpa  beban
(tegangan, frekuensi) maupun berbeban (tegangan, arus, daya) lebih besar dibandingkan menggunakan bahan akrilik.
Sedangkan  untuk  persebaran  kerapatan  fluks  magnetik maksimum  bahan  aluminium  sebesar  1,07986  T  sedangkan untuk  bahan  akrilik  sebesar  1,07141  T.  Untuk  persebaran kerapatan  fluks  magnetik  minimum  bahan  alumnium  sebesar 2,50624x10 0,06 T dan untuk akrilik sebesar 2,58803x10 -0,06 T. Begitu  juga  torsi  awalan  generator  dengan  bahan aluminium  sebagai  kerangka  penyusu  sebesar  0,00988  N-m dan untuk akrilik sebesar 0,0112 N-m. sedangkan unntuk torsi maksimum kedua bahan masing-masing bernilai 0,01886 N-m untuk bahan akrilik dan 0,01812 N-m bahan aluminium.

## REFERENSI
[1] A. C.  Wibowo,  “Analisis  Proyeksi  Kebutuhan  Energi  Listrik  Dengan Menggunakan  Metode  Simple  Economic,”  Transient,  vol.  4 ,  no.  4,
2015.
[2] Direktorat Jenderal Ketenagalistikan. (2018). Statistik Ketenagalistrikan  no  31-  2017.  Kementrian  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral.
[3] Chapman,  S.J.  (2002).  Electric  Machinery  Fundamentals-5th  ed. McGraw - Hill Companies : NewYork
[4] Liu  Y.,  Han  P., M. Bazzi  A,.A Comparison  of Rotor  Bar Material  of Squirre; cage Induction Machines for Efficiency Enhacement Purposes. University of Connecticut. USA.