## PISTON Journal of Technical Engineering:
Rancang Bangun dan Unjuk Kerja Generator Mini Magnet Permanen NdFeB Fluks Radial sebagai
Lampu Indikator Emergency
Achmad Maulana Soehada S.
Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No. 1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail: maulana@gmail.com
Masuk : 24 Oktober 2017 Direvisi : 1 November 2017        Disetujui : 14 November 2017
Abstrak: Rancang bangun generator mini tipe fluks radial telah berhasil dibuat dimana rotor didesain dengan menggunakan bahan  magnet  permanen  NdFeB  berbentuk rectangular sebanyak  8  buah  (kerapatan  fluks  magnet  1,28  T).  Stator  dibuat dengan  menggunakan  7 buah  kumparan  dari  kawat  tembaga  dengan  diameter  sebesar  0,3  mm  dan  jumlah  lilitan  sebanyak 218.  Unjuk  kerja  generator  minifluks  radial  diukur  sebagai  fungsi  kecepatan  putar  rotor  (540  sampai  660  rpm)  terhadap output  tegangan,  arus  listrik,  daya  listrik  dan  intensitas  cahaya  yang  dihasilkan.  Hasil  unjuk  kerja  generator  listrik  tanpa beban  menunjukkan  output  tegangan  maksimum  adalah  sebesar  219  volt  pada  kecepatan  putar  rotor  660  rpm.  Pada  saat kecepatan  putar  yang  sama  dan  diberi  beban  lampu  pijar  10  W  diperoleh  output  tegangan,  arus  listrik,  daya  listrik  dan intensitas cahaya masing-masing sebesar 185 V, 0,36 A, 66,6 W dan 280 Cd. Dengan demikian generator minifluks radial ini dapat diaplikasikan sebagai lampu indikator emergensi (tanda bahaya), khususnya di jalan tol (daerah licin).
Kata kunci: magnet NdFeB, generator mini, fluks radial, output tegangan, intensitas cahaya
Abstract: A flux radial generator have been constructed and tested where the rotor was designed using 8 NdFeB permanent magnets that have rectangular shape (flux density of 1,28 T each). The stator was designed using 7 coils from copper wire with  the  diameter  of  0,3  mm  and  218  winding  each.  The  performances  of  this  flux  radial  generator  were  tested  using different rotation variations (540-660 rpm) as a function of output voltage, current, electrical power and light intensity. The tests suggested that the maximum output voltage of 219 V can be obtained at the rotation of 660 rpm. At the same condition with 10 W load from the lamp, some parameters were achieved: output voltage, current, electrical power and light intensity of 185 V; 0,36A; 66,6 W and 280 Cd, respectively. Thus this mini flux radial generator can be applied as an emergency lamp indicator, particularly on the highway (slippery road).
Keywords: NdFeB magnet, mini generator, flux radial, output voltage, light intensity

## PENDAHULUAN
Masih banyak wilayah Indonesia yang belum teraliri listrik, terutamadaerah terpencil, perbatasan dan pulau- pulau  terluar  [1].  Untuk  mengatasi  masalah  tersebut  maka  dibutuhkan  sumber  energi  alternatif,  seperti  energi baru  dan  terbarukan  sebagai  penghasil  listrik.  Salah  satu  upaya  mengatasi  kelangkaan  energi  listrik  adalah dengan pemanfaatan energi air dan angin dalam pembangkit energi listrik baik dalam skala besar maupun dalam skala kecil [2]. Indonesia memiliki potensi angin yang cukup besar terkait dengan bidang energi, namun sistem ini  juga  memerlukan  batere  atau  media  penyimpanan  energi.  Inovasi  terhadap  teknologi  konversi  energi terutama pada generator listrik magnet permanen NdFeB tipe fluks radial dan aksial telah banyak dikembangkan [3-8].  Generator  listrik  adalah  sebuah  peralatan  yang  dapat  mengubah  energi  mekanik  (gerak)  menjadi  energi listrik [9,10].
Prinsip dari pembangkit listrik tenaga angin tipe Savonius  adalah mengubah energi kinetik dari sudu-sudu turbin  yang  berputar  akibat  kecepatan  angin  sehingga  memutar  generator  dan  menghasilkan  listrik  [11-14]. Kinerja  komponen  generator  pada  tipe  pembangkit  listrik  ini  sangat  tergantung  pada  jumlah  dan  distribusi
medan  magnetik  dari  magnet  permanen  NdFeB  yang  digunakan  [2,3].  Selain  itu  pengaruh  parameter  desain, kecepatan putar juga mempengaruhi unjuk kerja generator tersebut [15-16].
Pada penelitian ini akan dilakukan  rancang bangun  generator  listrik  magnet permanen NdFeB fluks radial model  sederhana  untuk emergency  lamp .  Variabel  penelitian  adalah  kecepatan  putar  rotor  sebagai  fungsi  dari output  tegangan  tanpa  dan  dengan  beban  lampu  pijar  10  W,  arus  listrik,  daya  listrik  dan  intensitas  cahaya. Sedangkan besaran lainnya, seperti: jumlah kumparan, jumlah magnet, jumlah sudu turbin dan besaran lainnya adalah  tetap.  Berdasarkan  daya  luaran  dari  generator  listrik  magnet  permanenNdFeB  tipe  fluks  radial  sangat dimungkinkan dapat diaplikasikan sebagai sumber energi listrik pada lampu darurat ( emergency lamp ) di jalan tol khususnya daerah tikungan dan licin.

## METODOLOGI
Disain dan konstruksi generator fluks radial manet permanen NdFeB satu fasa yang dibuat terdiri dari stator dan rotor. Stator terdiri dari  kumparan  kawat tembaga (koil)  dengan diameter kawat tembaga 3  mm, digulung hingga mencapai jumlah 218 lilitan dan dibentuk seperti terlihat pada Gambar 1a. Panjang bagian luar, P O = 120 mm,  bagian  dalam,  P IN =    85  mm,  lebar  bagian  luar,  I O =  50  mm,  bagian  dalam,  I IN =  20  mm  dan  tebal kumparan, T K = 10 mm. Kumparan koil ini dibuat satu fasa, N PH = 1 dan mempunyai hambatan total = 97,7 Ω. Rotor dibuat berbentuk cincin selinder, diameter 200 mm, tinggi 130 mm dan tebal 2 mm, berfungsi sebagai tempat  dudukan  magnet  permanen  NdFeB  sebanyak  8  buah.  Magnet  NdFeB  yang  digunakan  berbentuk  kotak dengan dimensi, panjang, P = 150 mm, lebar, L =  50 mm dan tebal, T = 10 mm. Susunan magnet diperlihatkan seperti terlihat pada Gambar 1b, dengan jarak antara magnet adalah 20 mm. Sedangkan model generator fluks radial  diperlihatkan  seperi  pada  gambar  1c.  Jarak  celah  udara  ( air  gap )  antara  statordan  rotor  dibuat  tetap sebesar 5 mm, dan poros turbin dipasang tegak lurus pada posisi tengah dengan diameter poros adalah 20 mm.
a) b) c)
Gambar 1. a). Bentuk dan dimensi kumparan stator, b). Susunan magnet permanen NdFeB pada rotor, dan c). Model generator fluks radial.
Pada  Gambar  2,  ditunjukkan  bentuk  fisik  generator  fluks  radial  yang  telah  dibuat  (a),  bentuk  sudu  turbin yang dipasang  pada generator (b) dan (c) potongan atas dan depan generator fluks radial yang sudah siap untuk diujicoba. Jumlah sudu turbin dibuat tetap sebanyak 16 buah yang terbuat dari pipa paralon dengan diameter 100 mm, panjang 500 mm dan tebal 2 mm.
a) b) c)
Gambar 2. a). Bentuk generator fluks radial, b). Tampak atas susunan sudu turbin pada generator magnet permanen NdFeB dan c). Tampak depan generator fluks radial.
Pengujian unjuk kerja generator  magnet permanen NdFeB fluks radial dilakukan meliputi kecepatan putar rotor  diukur  dengan  menggunakan tachometer ,  output  tegangan  dan  arus  diukur  dengan multimeter dan intensitas  cahaya  diukur  dengan  Lux  meter  dalam  satuan  candela  (Cd).  Candela adalah  satuan  cahaya  yang dianggap  sama  dengan  cahaya  lilin  yang  mempunyai  sifat  menyebar  dan  dihitung  dari  kekuatan  intensitas cahayas eluruhnya. Sedangkan daya listrik dihitung berdasarkan nilai output tegangan dan arus yang dihasilkan dengan menggunakan beban lampu pijar 10 watt.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Gambar 3 , diperlihatkan hubungan antara  kecepatan putar rotor terhadap output tegangan baik tanpa maupun dengan beban lampu pijar 10 watt.  Dari gambar 1, terlihat bahwa output  tegangan tanpa beban (V TB ) relatif  lebih  tinggi  dibanding  output  tegangan  dengan  beban  (V DB )  pada  kecepatan  rotor  (X)  yang  sama. Perbedaan ini diakibatkan torsi yang dihasilkan dengan beban lampu pijar 10 watt lebih besar dibanding tanpa beban. Output tegangan tanpa beban (V TB ) memenuhi persamaan V TB = 0,562X - 157,2 dengan tingkat ketelitian mencapai  96,6%.  Sedangkan  output  tegangan  dengan  beban,    V DB =  0,362X  -  56,25  dan  ketelitian  mencapai 98,3%. Persamaan di atas hanya berlaku dengan syarat batas kecepatan rotor, X antara 540 sampai 660 rpm.
Gambar 3. Hubungan antara kecepatan putar rotor terhadap output tegangan tanpa dan dengan beban lampu pijar 10 W.
Pada Gambar 4, menunjukkan bentuk gelombang sinusoida dari generator fluks radial satu fasa dengan a). tanpa beban dan b). beban lampu pijar 10  W. Dari gambar sumbu Y berkorelasi dengan amplitudo atau output  tegangan  dan  sumbu  X  berkorelasi  dengan  priode,  waktu,  panjang  gelombang  dan  atau  frekuensi. Gelombang sinusoida ini merupakan hasil dari gerakan rotasi yang dihasilkan oleh rotor dan berputar secara periodik.
a)
b)
Gambar 4. a).Bentuk sinusoidal dari output tegngan tanpa beban dan b).Bentuk sinusoidal dari output tegangan dengan beban lampu pijar 10 W.
149 169 184 219 140 155 165 185 V TB = 0,562X - 157,2 R² = 0,966 V DB = 0,362X - 56,25 R² = 0,983 100 150 200 250 500 540 580 620 660 700 O u tp u t Te ga n ga n . V (V) Kecepatan putar, X (rpm) tanpa beban dengan beban
Pada Gambar 5 , diperlihatkan hubungan antara kecepatan putar rotor (X) terhadap output tegangan (V) dan arus  listrik  (I)  dengan  beban  lampu  pijar  10  W.  Korelasi  output  tegangan,  V  terhadap    arus  listrik,  I  adalah berbanding  lurus,  artinya  semakin  besar  tegangan  yang  dihasilkan  maka  arus  listrik  juga  akan  semakin  besar. Dari  hubungan  antara  V  dan  I  ini  menunjukkan  adanya  besaran  yang  tetap  (konstan)  merupakan  nilai  dari resistansi, R dalam satuan ohm. Akan tetapi nilai resistansi, R akan turun dengan naiknya kecepatan putar rotor atau  bertambahnya  output  tegangan  generator  tersebut.  Nilai  arus  listrik,  I  =  0,001X  -  0,54,  merupakan persamaan garis dan X adalah kecepatan putar rotor dan tingkat ketelitiannya adalah sebesar 97,2%. Formula ini hanya berlaku dengan syarat batas nilai X antara 540 sampai 660 rpm.
Gambar  5. Hubungan  antara  kecepatan  putar  rotor  (X)  terhadap  output  tegangan  (V)  dan  arus  listrik  (I)  dengan  beban lampu pijar 10 W.
Pada  Gambar  6 , diperlihatkanhubungan  antara  kecepatan  putar  rotor  (X)  terhadap  daya  listrik  (P)  dan intensitas  cahaya  (L)  dengan  beban  lampu  pijar  10  W.  Hubungan  antara  daya  listrik,  P  (W)  dan  intensitas cahaya, L (candela = Cd) masing-masing terhadap kecepatan putar rotor (X) memenuhi persamaan garis, yaitu: P  =  0,323X  -  149  dan  L  =  1,367X  -  610,7.  Tingkat  ketelitian  pengukuran  daya  listrik,  P  mencapai  98%  dan intensitas  cahaya,  L  sebesar  96,1%.  Dengan  demikian  dapat  dikatakan  bahwa  daya  listrik  semakin  besar  tentu intensitas cahaya dari lampu tersebut akan semakin terang.
Gambar  6. Hubungan  antara  kecepatan  putar  rotor  (X)  terhadap daya  listrik  (P)  dan  intensitas  cahaya  (L)  dengan beban lampu pijar 10 W.
140 155 165 185 0.19 0.25 0.28 0.36 V = 0,362X - 56,25 R² = 0,983 I = 0,001X - 0,54 R² = 0,972 0 0.1 0.2 0.3 0.4 120 140 160 180 200 500 540 580 620 660 700 A ru s lis tr ik , I (A) O u tp u t te ga n ga n , V (V ) Kecepatan putar, X (rpm) 26.6 38.8 48.2 66.6 115 196 248 280 P = 0,323X - 149,0 R² = 0,980 L = 1,367X - 610,7 R² = 0,961 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 500 540 580 620 660 700 Da ya li str ik , P (W ) In te n si ta s ca h ay a, L (c an d el a)
Kecepatan putar, X (rpm)

## KESIMPULAN
Telah  berhasil  dibuat  rancang  bangun  generator  minifluks  radial  magnet  permanenNdFeB  sederhana.Dari hasil rancang bangun generator minifluks radialmagnet permanen ini menunjukkan adanya korelasi linier antara output  tegangan,  arus  listrik,  daya  listrik  dan  intensitas  cahaya  terhadap  kecepatan  putar  rotor.  Pada  saat generator  listrik  bekerja  tanpa  beban  dan  kecepatan  putar  rotor  maksimum  sebesar  660  rpm  diperoleh  output tegangan  219  V.  Sedangkan  pada  saat diberi  beban  lampu  pijar  10  W  dihasilkan  output  tegangan,  arus  listrik, daya listrik dan intensitas cahaya masing-masing sebesar 185 V, 0,36 A, 66,6 W dan 280 Cd. Dengan demikian generator  minifluks radial  ini lebih  tepat diaplikasikan sebagai lampu emergensi (tanda bahaya), khususnya di jalan tol daerah tikungan dan licin.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Daryanto Y 2007 Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (Balai PPTAGG-UPT-LAGG)
[2] Gieras J F, Wang R J dan Kamper M J 2008 Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines, 2nd ed. (Springer)
[3] Muljadi, Sardjono P dan Suprapedi 2015 Energy Procedia 68 282
[4] Soehada A M, Sebayang P dan Kurniawan C 2017 Piston 1 6
[5] Nurdiyansyah L F, Tetuko A P, Aryanto D dan Sebayang P 2016 Telaah 32 9
[6] Simbolon S, Tetuko A P, Sebayang K dan Sebayang P 2017 Piston 1 1
[7] Tetuko  A  P,  Kurniawan  C  dan  Sebayang  P  2013  Simulasi  Flux  Density  Permanent  Magnet  NdFeB  untuk  Aplikasi Generator Listrik Prosiding Seminar Nasional Kimia Terapan Indonesia , Solo, 23 Mei 2013, 6 85
[8] Yanti Y, Nurdiyansah L F, Tetuko A P, Siregar M R T dan Sebayang P 2013 Rancang Bangun Generator Mini Tipe Aksial Dengan Menggunakan Magnet Permanen NdFeB dan Kajiannya , Seminar dan Focus Group Discussion (FGD) Material Maju: Magnet dan Aplikasinya.
[9] Davila-Vilchis J M dan Mishr R S 2014 Energy 65 631
[10] Gargov N P, Zobaa A F dan Pisica I 2014 Electric Power Systems Research 109 63
[11] AhSahaUK dan RajkumarMJ Renewable Energy 31 1776
[12] Loganathan B, Mustary I, Chowdhury H dan Alam F 2017 Energy Procedia 110 555
[13] Ahmed D and Ahmad A 2013 Journal of Physics: Conference Series 439 012039
[14] Eriksson S dan Bernhoff H 2011 Applied Energy 88 265
[15] Feiand  W  dan  Luk  P  C  K  2009  Design  and  performance  analysis  of  a  high-speed  air-cored  axial-flux permanentmagnet generator with circular magnets and coils Proc. IEEE int. Eletric Machines & Drives conf . p.1
[16] Kurt E, Gör H dan Demirtas M 2014 Energy Conversionand Management 77 163`