## Vol. 3, Nomor 1, Juni 2018

## Jurnal ABDIMAS Unmer Malang

## PELATIHAN RANCANG BANGUN ALAT PERAGA PRAKTIKUM FISIKA BAGI GURU-GURU FISIKA SMA
Tatik Juwariyah 1) , Sigit Pradana 2), Yuhani Djaya 3) ,
1,2,3) Fakultas Teknik, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta e-mail : 1) juwariyah_tj@upnvj.ac.id

## ABSTRAK
Hambatan praktikum fisika di tingkat SMA disebabkan oleh beberapa faktor.Salah satu faktor tersebut adalah masih jarangnya pelatihan penguasaan peralatan laboratorium bagi para guru.Akibatnya kreatifitas guru fisika  dalam  mempraktekkan  konsep  fisika  yang  diajarkan  masih  rendah  sehingga  diperlukan  pelatihan perancangan alat peraga praktikum fisika.Tujuan kegiatan ini adalah memberikan pelatihan perancangan alat peraga praktikum fisika yang sedang up to date yaitu alat peraga pembangkit listrik energi terbarukan. Alat peraga  praktikum    pembangkit  listrik  energi  terbarukan  yang    diberikan  pada  kegiatan pelatihan ini  adalah pembangkit  listrik  tenaga  angin (wind  turbine). Pelatihan  ini  dapat  dibagi  menjadi  dua  tahap.  Pertama, penjelasan  komponen-komponen  yang  diperlukan  dalam  merancang  alat  peraga  pembangkit  listrik  energi angin. Kedua, pengujian alat hasil rancangan yaitu dengan memvariasikan kecepatan angin yang datang pada alat  peraga  energi  angin  dan  mengukur  daya  listrik  yang  dihasilkan.  Pada  kegiatan  pengabdian  kepada masyarakat  ini  para  peserta(guru)  dilatih  merangkai  komponen-komponen  alat  peraga.  Namun  para  guru belum sempat melakukan pengambilan data dan menganalisis data hasil pengujian alat peraga secara mandiri. Namun demikian  para guru telah diperagakan cara mengambil data variasi kecepatan angin terhadap daya keluaran. Adanya pelatihan perancangan alat praktikum  fisika berupa alat peraga pembangkit listrik energi terbarukan khususnya pembangkit listrik tenaga angin bagi guru-guru fisika diharapkan dapat menjadi salah satu solusi hambatan pelaksanaan praktikum  fisika di tingkat  SMA.
Kata Kunci : teknologi pakan ternak, olahan susu, sapi perah

## 1. PENDAHULUAN
Madrasah Aliyah Miftahul Umam adalah sebuah sekolah islam swasta setingkat SMA didirikan tahun 1978, beralamat di Jl. RS Fatmawati, Gg H. Kamang No  25,  Pondok  Labu,  Cilandak  Jakarta  Selatan  dan beralamat  email  :  ma.miftahul.umam@gmail.com. Status  sekolah  tersebut  Terakreditasi  A  pada  tahun 2010.  Sebagaimana  disajikan  pada  Gambar  1  , sekolah tersebut memiliki visi “ Berilmu Amalan dan Beramal  Ilmiah”.  Saat  ini  kepala  sekolah  MA Miftahul Umam dalah Wahyu Marhendratmo, S.Si.
Hasil  wawancara  dengan  kepala  sekolah  MA Miftahul Umam setiap jenjang kelas terdiri dari kelas IPA dan IPS sebagaimana sekolah-sekolah SMA lain di wilayah DKI
Jakarta. Jam kegiatan belajar mengajar dilaksanakan mulai  pukul  7.30  –  14.30.  Dari  survey  lapangan kegiatan  belajar  mengajar  dilaksanakan  di  kelas. Dikarenakan  tidak  adanya  ruang  praktikum  di sekolah  ini,  semua  mata  pelajaran  disajikan  dalam bentuk teori di kelas. Khususnya pada mata pelajaran
fisika  yang  kebetulan  diampu  oleh  kepala  sekolah menyatakan  bahwa  tidak  pernah  diadakan  kegiatan praktikum  fisika  ataupun  kegiatan  belajar  mengajar fisika  dengan  pendekatan  praktik  peraga  fenomena fisika.
Berdasarkan  analisis  situasi  yang  dipaparkan sebelumnaya ditemukan adanya hambatan pelaksanaan  praktik  fisika  di  MA  Miftahul  Umam Jakarta    disebabkan  oleh  beberapa  faktor.  Pertama, khususnya  di  MA  Miftahul  Umam  Jakarta    tidak memiliki fasilitas ruang laboratorium fisika.  Kedua, materi  fisika  di  SMA  cukup  padat,  tidak  sebanding dengan jumlah jam pelajaran yang tersedia sehingga praktik  fisika  hampir  ditiadakan  oleh  karena keterbatasan  waktu.  Ketiga,  intensitas  guru  dalam mengikuti  pelatihan  laboratorium  masih  rendah sehingga  pemahaman  guru  terhadap  konsep  serta penggunaan alat-alat praktik fisika cukup rendah.
Hambatan-hambatan  pelaksanaan  praktik  fisika khususnya  di  kedua  SMA/MA  tersebut  sebenarnya dapat  disiasati  dengan  cara  mengadakan  kerjasama antara  pihak  sekolah  dan  pihak  universitas.  Lokasi

## Vol. 3, Nomor 1, Juni 2018

## Jurnal ABDIMAS Unmer Malang
Universitas  Pembangunan  Nasional  “Veteran” Jakarta  khususnya  Fakultas  Teknik  UPNVJ  tidak terlalu  jauh  dari  kedua  sekolah  tersebut  sehingga kerjasama  antara  kedua  pihak  sangat  diperlukan dalam  berbagai  bidang.Selain  itu,  sumbangan kegiatan  tri  dharma  berupa  pengabdian  kepada masyarakat  yang  dilakukan  oleh  dosen  seperti mengadakan pendampingan atau pelatihan ke sekolah misalnya  pelatihan  perancangan  alat  peraga  praktik fisika sangat diperlukan
Berdasarkan  situasi yang dipaparkan di bagian sebelumnya  ditemukan  bahwa    alat  peraga pembangkit  listrik  energi  terbarukan  merupakan salah  satu  topik  alat  peraga  yang  sedang  up  to  date dan  perlu  disosialisasikan  kepada  para  siswa. Pembangkit  listrik  energi  terbarukan  adalah  solusi dari  masalah  semakin  menipisnya  bahan  bakar seperti  minyak  bumi,  batu  bara  dan  gas  alam. Pembangkit  listrik  merupakan  terapan  dari  konsep induksi  elektromagnetik  yang  diajarkan  di  tingkat SMA.  Sehingga alat peraga pembangkit listrik energi terbarukan sangat dibutuhkan guru-guru fisika SMA untuk  memperagakan  bagaimana  konsep  fisika khususnya GGL(gaya gerak listrik) induksi elektromagnetik  bekerja  secara  nyata  menghasilkan listrik AC.
Hasil survei lapangan di kedua sekolah tersebut memberi kesimpulan bahwa perlu adanya pembekalan ataupun pelatihan bagaimana mengoperasikan sekaligus merakit suatu alat peraga sederhana konsep pembangkit listrik energi terbarukan  bagi  para  guru  fisika.Pembekalan  atau pelatihan yang dilakukan secara kontinu kepada para guru  dapat  mengatasi  masalah  tidak  efektifnya kegiatan praktikum fisika.Kegiatan pembekalan atau pelatihan  dapat  meningkatkan  kreatifitas  dan ketrampilan  para  guru  fisika  yang  selama  ini cenderung  hanya  mengajar  dengan  pendekatan teoritis di kelas. Kreatifitas dan ketrampilan para guru fisika jelas menambah kualitas transfer ilmu kepada para siswa.

## 2. TARGET DAN LUARAN

## 2.a Target
Peserta  pelatihan  yang  menjadi  target  sasaran kegiatan  ini  adalah  para  guru  fisika  SMA.  Peserta
pelatihan dilatih merangkai model pembangkit listrik energi  terbarukan  yaitu  pembangkit  listrik  tenaga angin (wind  turbine). Peserta  juga  dilatih  menguji coba alat  peraga listrik tenaga angin (wind turbine) yaitu pada beberapa variasi kecepatan angin.

## 2.b Luaran
Luaran  kegiatan  Program  Pengabdian  kepada Masyarakat ini dijelaskan pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Luaran kegiatan Iptek Bagi Masyarakat
No  Jenis Luaran Indikator capaian 1 Publikasi ilmiah di jurnal/prosiding Draft 2 Peningkatan pemahaman dan kualitas masyarakat ada sertifikat kegiatan 3 Jasa, model, rekayasa sosial,sistem,produk/barang Produk rancang bangun alat peraga 4 Buku ajar Modul praktik
Kegiatan  pengabdian  kepada  masyarakat  ini dilakukan dengan beberapa tahapan. Skema tahapan pelaksanaan  kegiatan  dijelaskan  seperti  Gambar  1. berikut.

## Gambar 1. Diagram alir  kegiatan

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1  Lokasi Kegiatan
Kegiatan  ini  dilaksanakan  di  Laboratorium  Fisika Fakultas  Teknik  UPN  “Veteran”  Jakarta  dan    MA

## Vol. 3, Nomor 1, Juni 2018

## Jurnal ABDIMAS Unmer Malang
Miftahul  Umam,  Cilandak,  Jakarta  Selatan  seperti tersaji pada Gambar 2.4.2 Peserta Kegiatan Peserta  Kegiatan    adalah  guru-guru  fisika  MA Miftahul Umam yaitu guru fisika kelas X, XI,XII.

## Gambar 2. Lokasi kegiatan PPM

## 3.2 Alat dan Bahan yang dipakai
Alat  dan  bahan  yang  digunakan  pada  pelaksanaan kegiatan  pengabdian  masyarakat  ini  adalah  sebagai berikut.
1. Proyektor : menjelaskan materi pelatihan
2. Laptop :  menjelaskan materi pelatihan
3. Rol Konektor listrik : menghubungkan listrik
4. Kipas angin : untuk menciptakan angin buatan
5. Anemometer : mengukur kecepatan angin
6. Multitester : mengukur arus, voltase keluaran alat peraga
7. Seri  alat  peraga  pembangkit  listrik  tenaga  angin, terdiri atas beberapa bagian utama yaitu : baling- baling (blade) , generator, ekor, controller
3.3 Tahapan – tahapan pelaksanaan kegiatan
3.3.1.  Penjelasan  konsep  pembangkit  listrik  tenaga angin (wind turbine).
Energi  yang  tersedia  pada  angin  adalah  energi kinetik  dari  sebagian  besar  massa  udara  yang bergerak diatas permukaan bumi. Sudu turbin angin menerima energi kinetik kemudian mengubahnya ke dalam  energi  mekanik  atau  listrik  tergantung penggunaan akhir. Efisiensi konversi angin ke bentuk energi  lain  yang  berguna  tergantung  pada  efisiensi dimana  rotor  berinteraksi  dengan  aliran  angin sebagaimana  dijelaskan  Mathew  (2006).  Untuk memperbesar  daya  keluaran  dari  turbin  maka  bisa dengan  dua  langkah  yaitu  memperbesar  luasan
permukaan area sapuan angin ( A ) dan meningkatkan kecepatan  dari  angin  ( v ).Menurut  Korprasertsak  & Leephakpreeda,  (2016)  saluran  antar guide  vane menghambat  angin  untuk  meningkatkan  kecepatan angin.
Gambar 3. Penjelasan konsep pembangkit listrik
Daya angin dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Korprasertsak & Leephakpreeda, 2016).
𝑃 = 1 2 𝜌𝐴𝑣 3 (1)
Dimana:
P : daya mekanik yang dihasilkan rotor (watt) ρ : masa jenis udara (kg/m 3 ) A : luas penampang ( 𝑚 2 ) v : kecepatan aliran udara (m/s)
Daya  teoritis  yang  tersedia  pada  aliran  angin adalah pada persamaan diatas. Sedangkan turbin tidak dapat mengubah daya dari angin secara keseluruhan. Ketika  aliran  angin  melewati  turbin,  sebagian  dari energi  kinetiknya  ditransfer  ke  rotor  dan  udara meninggalkan  turbin.  Daya  aktual  yang  dihasilkan oleh rotor dipilih sebagai efisiensi dimana energi yag ditransfer  dari  angin  ke  rotor  berada.  Efisiensi  ini biasanya  dinyatakan  sebagai power  coefficient (C p ). Sehingga, power coefficient rotor dapat didefinisikan sebagai  perbandingan  antara  daya  aktual  turbin dengan  daya    yang  dihasilkan  oleh  angin  sebagai berikut
𝐶 𝑝 = 2𝑃𝑇 𝜌𝑎𝐴𝑇𝑉3 = 𝑃𝑇 𝑃 (2)
Dimana,
P T : daya yang dihasilkan oleh turbin P : daya yang dihasilkan oleh angin

## Vol. 3, Nomor 1, Juni 2018

## Jurnal ABDIMAS Unmer Malang
Power  coefficient dari  turbin  bergantung  pada beberapa  faktor  seperti  bentuk  profil  sudu,  susunan sudu,  setelan  dan  lain-lain.  Secara  eksperimen  daya keluaran turbin dinyatakan sebagai daya listrik dalam bentuk  arus  keluaran  dan  tegangan  diukur  dengan multimeter.  Alih  bentuk  persamaan  (2)  dinyatakan sebagai :
𝑃 𝑇 = 𝐶 𝑝 𝑃 (3)
3.3.2 Penjelasan komponen-komponen alat peraga pembangkit listrik tenaga angin (wind turbine) .
Komponen-komponen alat peraga pembangkit listrik tenaga angin (wind turbine) antara lain :

## a.Baling-baling(blade)
Blade merupakan bagian penting dalam suatu sistem turbin angin sebagai komponen yang berinteraksi langsung  dengan  angin.Secara  umum  terdiri  dari  2 tipe yaitu horizontal axis wind turbine (HAWT) dan vertical  axis  wind  turbine (VAWT).  Kedua  tipe  ini dapat  disesuaikan  dengan  orang  yang  ingin mengimplementasikannya dan kemampuannya dalam mewujudkan.Untuk tipe vertikal pembuatannya  jauh  lebih  sulit  dibandingkan horizontal  dan  tergantung  pada  keterampilan pembuatnya.

## b.Generator
Generator  merupakan  alat  konversi  energi  mekanik menjadi  energi  listrik.Generator  mengubah  torsi (T) dan kecepatan putar rotor yang diterimanya dari blade menjadi nilai tegangan (V) dan arus (I).

## c.Ekor
Ekor  turbin  angin  berfungsi  mengarahkan  turbin angin  menghadap  arah  angin.  Ukuran  ekor  perlu disesuaikan  dengan  turbin  angin  sehingga  mampu mendorong badan turbin ke arah angin.

## d.Controller
Controller  berperan  sebagai  alat  konversi  energi listrik  dari  AC  menjadi  DC  dan  pengatur  sistem tegangan  masukan  yang  fluktuatif  dari  generator untuk distabilkan sebelum disimpan ke baterai.

## e.Baterai
Baterai/aki  berperan  sebagai  media  penyimpanan energi listrik. Pada baterai terjadi reaksi elektrokimia charging dan discharging. Proses charging ini bekerja saat  baterai  berfungsi  sebagai  beban  dan  sumber
energinya  dari  generator,  sementara  itu  proses discharging  adalah  ketika  baterai  menjadi  sumber energi untuk pengisian   beban  lainnya  (misalkan lampu).
Gambar 4. Penjelasan komponen wind turbine
3.3.3 Praktek merangkai alat peraga pembangkit listrik tenaga angin (wind turbine ) .
Setelah  mendapatkan  penjelasan  mengenai komponen-komponen alat peraga pembangkit listrik tenaga  angin (wind  turbine) ,  selanjutnya  peserta merangkai komponen-komponen wind turbin.
3.4 Uji coba pengambilan data alat peraga pembangkit listrik tenaga angin (wind turbine) .
Alat  peraga  pembangkit  listrik  tenaga  angin  yang berhasil dirakit para peserta selanjutnya dilakukan uji coba pengambilan data. Pengambilan data dilakukan dengan menentukan variasi kecepatan angin di depan alat  peraga.  Kecepatan  angin  yang  datang  diatur dengan  memencet  tombol  kipas  angin  yang disediakan pada pelatihan seperti Gambar 5.
Gambar 5. Uji coba variasi kecepatan angin di depan wind turbine

## Vol. 3, Nomor 1, Juni 2018

## Jurnal ABDIMAS Unmer Malang
Hasil  uji  coba  pengambilan  data  variasi  kecepatan angin yang terukur pada anemometer terhadap daya keluaran  alat  peraga  menunjukkan  semakin  cepat angin  menerpa  pembangkit  listrik,  maka  semakin besar  arus  atau  tegangan  keluaran  seperti  tersaji  di Gambar 6.

## Gambar 6. Arus dan Tegangan keluaran yang dihasilkan wind turbine
Cara  memvariasi  kecepatan  angin  yang  datang adalah dengan menggeser maju-mundur kipas angin di  depan  baling-baling  turbin  sedemikian  sehingga diperoleh  nilai  kecepatan  angin  yang  diinginkan. Setiap  nilai  kecepatan  angin  yang  terbaca  di anemometer dicatat, dan hasil nilai tegangan dan arus keluaran  alatperaga  juga  dicatat  seperti  tersaji  pada Tabel 2.
Berdasarkan  persamaan  (3)  yang  menyatakan hubungan antara daya keluaran turbin terhadap daya angin  masukan  dan  dari  data  uji  coba  di  lapangan diperoleh data-data seperti tersaji pada Tabel 2. Tabel 2  mengasumsikan  luas  sudu  dan  kerapatan  udara dianggap konstan, sehingga hanya dihitung hubungan kecepatan  angin  terhadap  daya  angin  berdasarkan persamaan (1).

## Tabel 2. Data hasil uji coba wind turbine
N O Kecep atan angin (m/s) Arus (A) Tega ngan (V) P angin (watt) P Turbin (watt ) 1 2,00 2,32 3,71 8,0 8,61 2 3,00 3,10 4,52 27,0 14,0 3 4,00 4,36 5,72 64,0 24,9 4 5,00 5,1 6,12 125 31,2 5 6,00 5,4 6,54 216 35,3
Dari  Gambar  7  diperoleh  bahwa  perbandingan nilai  daya  turbin  (keluaran)  terhadap  daya  angin (masukan) yang dinyatakan  dengan coefisien power sebesar 0,12 atau 12%. Hal ini berarti hanya dua belas persen  tenaga  dihasilkan  oleh  turbin.  Banyaknya kehilangan  tenaga  diakibatkan  karena  munculnya getaran pada gerak turbin sehingga rotor turbin teras panas  karea  gesekan  (terdapat  kalor  yang  hilang  ke lingkungan)  selain  itu  terdengan  bunyi  yang  cukup keras dari putaran baling-baling.
Gambar 7. Grafik daya turbin versus daya angin

## 4. KESIMPULAN
Hasil  kegiatan  ini  adalah  rancang  bangun  alat peraga  praktikum  fisika  berbentuk  alat  peraga pembangkit listrik energi angin (wind turbine) yang dirangkai oleh para guru fisika SMA. Selain itu juga diperoleh  data  uji  coba  alat  peraga  dengan  menguji pada beberapa variasi kecepatan angin. Dari data uji coba  diperoleh  hasil  semakin  cepat  angin  mengenai turbin  semakin  besar  daya  turbin  dihasilkan. Diperoleh  nilai  perbandingan  daya  turbin  keluaran terhadap  daya  angin  masukan  ( coefisien  power) sebesar 0,12 atau 12%.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  kami  ucapkan  kepada  pihak-pihak yang  telah  berpartisipasi  dalam    realisasi  kegiatan pengabdian  kepada  masyarakat  ini  diantaranya  : LPPM UPN “Veteran” Jakarta yang telah mendanai kegiatan  ini;  para  peserta  kegiatan  Bapak/Ibu  Guru Fisika  MA  Miftahul  Umam  Jakarta  dan  SMAN  34 Jakarta, dan pihak-pihak lain yang tidak dapat kami
y = 0,1242x + 11,888 0 10 20 30 40 50 0 100 200 300 d ay a t u rb in (w att ) daya angin (watt) daya turbin vs daya angin

## Vol. 3, Nomor 1, Juni 2018

## Jurnal ABDIMAS Unmer Malang
sebutkan satu persatu atas dukungan dan saran selama kegiatan.

## 6. REFERENSI
Iqlima  N.A.D,  Prabowo,  2014,  Pengembangan  Alat Peraga  Bndul  Matematis  untuk  Melatih Ketrampilan  Proses  Siswa  pada  Materi  Gerak Harmonik  Sederhana  di  Kelas  XI  SMAN  3 Tuban, Jurnal Inovasi Pendidikan Fisika (JIPF), vol 03,No. 02, hal 189-194, ISSN:2302-4496 Riki Purnama, dkk , 2015, Perancangan Alat Peraga Kolektor Surya Pemanas Air Guna Menjelaskan Suhu  dan  Kalor  Pada  Kelas  X  SMA Muhammadiyah  Purworejo, Jurnal  Radiasi Vol.6 .No. 1 , FKIP Universitas Muhammadiyah Purworejo, Purworejo.
Rus Seytaningrum R., 2013, Efektivitas Pelaksanaan Praktikum Fisika Siswa SMA Negeri Kabupaten Purworejo, Jurnal  Radiasi ,Vol.3.No.  1  ,  FKIP
Universitas Muhammadiyah Purworejo, Purworejo.
Ruzita  S.,  dkk,  2013,  Rancang  Bangun  Miniatur Turbin Angin Pembangkit Listrik Untuk Media Pembelajaran, Jurnal  Teknik  Mesin  Politeknik Negeri Padang , Volume 3 No.2 , Padang.
Sudarmadi, 2012, Meningkatkan Kemampuan Guru- Guru Fisika SMA/SMK Binaan dalam Membuat Alat Peraga Praktikum Fisika SederhanaMelalui Pendampingan  di  Kabupaten  Kulonprogo , Prosiding  Pertemuan  Ilmiah  XXVI  HFI  Jateng & DIY , Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853- 0823.
Sutrisno,  1986, Elektronika,  Teori  Dasar  dan Penerapannya, Jilid 1, Penerbit ITB, Bandung.
Yennita,  dkk  ,  2013,  Hambatan  Pelaksanaan Praktikum IPA Fisika yang Dihadapi Guru SMP Negeri Di kota Pekanbaru, Jurnal FMIPA FKIP Universitas Riau, Pekanbaru.