Jurnal: Elektrika Borneo (JEB)                                                                                                                                p-ISSN: 2443-0986 Vol. 9, No. 2, Oktober 2023, hlm. 60 – 64                                                                                                             e-ISSN 2685-001X

## SPEEDBUMP PIEZOELEKTRIK SEBAGAI ENERGI LISTRIK
ALTERNATIF (STUDI KASUS GERBANG KAMPUS UBT)
Fitriani 1 , Muhammad Said Fadillah 2 , Jordan Christian 3
1,2,3 Universitas Borneo Tarakan, Tarakan,  Kalimantan Utara, Indonesia
1 fitrianiubt22@gmail.com , fitriani@borneo.ac.id
3 jchristian451@gmail.com
Abstract—  At  this  time  technological  advances  mostly support human activities with various technological equipment that use electrical energy as a source of energy, this certainly makes  electrical  energy  an  inseparable  part  of  all  human activities.  Because  of  this  many  studies  have  developed renewable energy sources, but many studies have focused more on  developing  large-scale  energy  sources,  in  the  same  way alternative energy sources on a small scale can be developed by utilizing  the  kinetic  energy  of  wasted  vehicles  at  the  Borneo University  of  Tarakan  Campus  to  generate  energy  by  using piezoelectric speed bump media. The speed bump is designed in such a way by adding piezoelectricity as an energy generator, so that  the  kinetic  energy  from  wasted  vehicles  can  be  used  to generate  alternative  electrical  energy.  The  method  used  is  to calculate the number of vehicle mobility on the Tarakan Borneo University  Campus  and  alternative  energy  produced  by piezoelectric speed bumps based on the footing of the number of vehicle mobility on the Tarakan Borneo University Campus. The  average  number  of  vehicle  mobility  at  the  University  of Borneo  Tarakan  Campus  per  day  is  Monday  5247,  Tuesday 4184,  Wednesday  4302,  Thursday  4590,  Friday  4091  and Saturday  2271.  The  energy  generated  is  a  piezoelectric  speed bump  at  the  University  of  Borneo  Tarakan  Campus  every Monday, Tuesday, Wednesday , Thursday Friday and Saturday are 2.48kW, 1.97kW, 2.02kW, 2.16kW, 1.92kW and 1.07kW.
Keywords —Electrical energy, Piezoelektrik .
I ntisari—Pada saat ini kemajuan teknologi sebagian besar menunjang  kegiatan  manusia  dengan  berbagai  peralatan teknologi  yang  menggunakan  energi  listrik  sebagai  sumber energinya,  hal  ini  tentu  menjadikan  energi  listrik  sebagai bagian yang tidak dapat terpisahkan dalam segala kegiatan manusia.  Karena  itu  banyak  penelitian  mengembangkan sumber  energi  terbarukan,  akan  tetapi  banyak  penelitian yang  lebih  terfokus  pada  pengembangan  sumber  energi dengan  skala  besar,  dalam  hal  yang  sama  sumber  energi alternatif  dengan  skala  kecil  dapat  dikembangkan  yaitu dengan  memanfaatkan  energi  kinetik  kendaraan  yang terbuang  di  Kampus  Universitas  Borneo  Tarakan  untuk menghasilkan  energi  dengan  menggunakan  media  speed bump piezoelektrik. Speed bump dirancang sedemikian rupa dengan  menambahkan  piezoelektrik  sebagai  penghasil energi, sehingga energi kinetik dari kendaraan yang terbuang dapat  digunakan  untuk  menghasilkan  energi  listrik alternatif.  Metode  yang  digunakan  ialah  menghitung banyaknya  jumlah  mobilitas  kendaraan  di  Kampus Universitas  Borneo  Tarakan  dan  energi  alternatif  yang dihasilkan  speed  bump  piezoelektrik  berdasarkan  pijakan dari  jumlah  mobilitas  kendaraan  di  Kampus  Universitas Borneo  Tarakan.  Jumlah  rata-rata  mobilitas  kendaraan  di Kampus  Universitas  Borneo  Tarakan  perharinya  adalah Senin 5247, Selasa 4184, Rabu 4302, Kamis 4590, Jumat 4091, dan  Sabtu  2271.  Energi  yang  dihasilkan Speedbump
piezoelektrik di Kampus Universitas Borneo Tarakan setiap perharinya  Senin,  Selasa,  Rabu,  Kamis  Jumat  dan  Sabtu adalah  2,48kW,  1,97kW,  2,02kW,  2,16kW,  1,92kW  dan 1,07kW.
Kata Kunci—Energi Listrik, Piezoelektrik.

## I. PENDAHULUAN
Sumber pembangkit listrik yang utama sekarang adalah bahan bakar fosil, akan tetapi bahan bakar fosil merupakan sumber  daya  alam  yang  tidak  dapat  diperbarui  dan kesediannya yang terbatas karena memiliki jumlah massa tertentu  dan  apabila  dipakai  secara  terus  menerus  tanpa adanya pembatasan tentu akan mengalami penurunan dan habis seiring berjalannya waktu. Produksi dan pemakaian bahan bakar fosil memiliki dampak buruk bagi lingkungan, selain  itu  bahan  bakar  fosil  merupakan  penghasil karbondioksida  yang  dapat  mengakibatkan  efek  rumah kaca.  Seiring  meningkatnya  kebutuhan  energi  serta  tidak seimbangnya  permintaan  dan  persediaan  energi  karena pasokan bahan bakar yang menggunakan fosil mengalami penurunan  maka  pengembangan  sumber  energi  alternatif sangat diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi saat ini [1]. Melihat beberapa tahun terakhir banyak penelitian dalam  mengembangkan  sumber  energi  terbarukan,  baik dalam  pengembangan  sumber  energi  terbarukan  dalam skala besar maupun kecil. Namun beberapa penelitian lebih terfokus  pada  pengembangan  sumber  energi  skala  besar, padahal  jika  melihat  dengan  kendala  yang  dihadapi, sumber energi baru dengan skala kecil dapat dimanfaatkan salah  satunya  dengan  memanfaatkan  peningkatan  jumlah kendaraan bermotor yang melintas jalan raya sekarang ini, maka  potensi  alternatif  dan  ramah  lingkungan  yang  bisa dimanfaatkan  dalam  menghasilkan  energi  listrik  salah satunya  adalah  memanfaatkan  energi  mekanik  yang terbuang  pada  kendaraan  bermotor  untuk  menghasilkan energi listrik dengan cara menggunakan media polisi tidur (speed bump) dengan mekanisme tertentu yang dirancang untuk menghasilkan energi listrik. Polisi tidur merupakan gundukan  yang  melintang  di  jalan  yang  berfungsi  untuk mengurangi  kecepatan  laju  kendaraan.  Pada  dasarnya polisi  tidur  dibuat  untuk  menjaga  agar  pengendara  tidak berkendara dengan kecepatan maksimal, yang membahayakan  banyak  orang  serta  untuk  menjaga keteraturan berlalu lintas di jalan raya [2].

## II. LANDASAN TEORI
A. Sensor Piezoelektrik Nama piezoelektrik  sendiri  diambil dari bahasa Latin, Dimana piezin yang memiliki makna diperas atau ditekan dan  piezo  yang  bermakna  didorong.  Bahan  piezoelektrik sendiri untuk pertama kalinya ditemukan di tahun 1880-an oleh  Jacques  dan  Pierre  Curie.  Piezoelektrik  akan memberikan  efek  ketika  suatu  medan  listrik  tercipta dikarenakan material dikenai  tekanan mekanik. Pada saat medanlistrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan  menyesuaikan  dengan  medan  listrik,  dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau strukturkristal material.  Perubahan  molekul  menyebabkan  material berubah dimensi.Fenomena tersebut sering disebut dengan efek  piezoelektrik.  Pada  umumnya  bahan  yang  yang terkandung  dalam  piezoelektrik  terdiri  dari  batuan, keramik,  termasuk  tulang  dan  juga  polimer.  Dimana bahan-bahan material tersebut berpotensi untuk membangkitkan  besaran  listrik  sebagai  respon  dari tegangan mekanik yang di berikan pada material piringan piezoelektrik  tersebut. Sifat  reversibel  yang  dimiliki  oleh piezoelektrik  dapat  dijelaskan  sebagai  berikut.  Di  dalam sebuah  kristal  piezoelektrik,  muatan  listrik  positif  dan muatan listrik negatif terpisah namun terdistribusi simetris sehingga kristal keseluruhan secara elektris bersifat netral. Ketika diterapkan stress (tekanan), maka distribusi muatan yang  simetris  akan  terganggu  sehingga  muatan  menjadi tidak simetris lagi, dan muatan yang tidak simetris inilah yang  menimbulkan  medan  listrik.  Oleh  karena  itu  bahan piezoelektrik sangat dimungkinkan sekali untuk dijadikan konverter antara energi listrik dan gerakan mekanis, dapat dilihat  pada  Gambar  1,  bagaimana  hubungan  beban mempengaruhi piezoelektrik [3].
Gambar 1.  Hubungan Beban Terhadap Piezoelektrik
B. Pegas tekan
Pegas  adalah  elemen  mesin  flexibel  yang  digunakan untuk memberikan gaya, torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. Energi disimpan pada benda padat dalam  bentuk  twist,  stretch,  atau  kompresi.Energi  di- recover dari sifat elastis material yang telah terdistorsi.Pegas  haruslah  memiliki  kemampuan  untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja pada  pegas  dapatberbentuk  gaya  tarik,  gaya  tekan,  atau torsi  (twist  force)  [4].  Pegas  dapat  diklasifikasikan berdasarkan  jenis  fungsi  dan  beban  yang  bekerja,  yaitu
pegas Tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan energi.
C. Jembatan penyearah
Penyearah adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolakbalik (AC) menjadi sumber arus searah (DC).  Pada  penyearah  jembatan,  hanya  ada  2  dioda  saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC sedangkan  2  dioda  lainnya  bersifat  sebagai  isolator  pada saat siklus yang sama [5].

## III. METODE PENELITIAN
A. Perancangan alat Perancangan  alat  ini  menjadi  awal  langkah  untuk menentukan  rancangan  pembangkit  tenaga  Speed  bump (Polisi Tidur). Dalam langkah ini kita harus mempertimbangkan  beberapa  rancangan  yang  sekiranya dapat  beroperasi  maksimal  apabila  pembangkit  ini  telah diciptakan.
Gambar 2. Komponen spesifikasi speedbump
Pada  komponen Speedbump yang  akan  dibuat  seperti pada  gambar  3.1  ialah  dengan  memposisikan  sensor piezoelektik  diatas  diatas  komponen  rangka  dari  polisi tidur, dimana piezoelektrik tersebut akan di tutupi dengan penampang  agar  terhindar  dari  kontak  langsung  dengan ban pada kendaraan.
B. Pengambilan data Data penelitian diambil berdasarkan jumlah perhitungan mobilitas kendaraan pada kampus Universitas Borneo  Tarakan  setiap  perjamnya  dalam  waktu  jam  aktif kuliah,  dimana  perhitungan  mobilitas  kendaraan  dimulai dari  jam  07.00  sampai  dengan  17.00,  sehingga  setiap kendaraan  yang  lewat  akan  dihitung  terkhususnya  untuk kendaraan  roda  2  setiap  perjamnya  selama  1  minggu terhitung mulai hari Senin s.d. minggu. Setelah data hasil mobilitas diperoleh, maka dilanjutkan dengan pengambilan data dari keluaran piezoelektrik yang terdapat pada Speedbump ,  pada  pengukuran  keluaran Speedbump dilakukan dengan beberapa tahap,:
1. Pengukuran  tegangan  satu  persatu  dari  piezoelektrik tanpa beban dengan penekanan
Gambar 3. Skema pengukuran tegangan satu persatu dari piezoelektrik tanpa beban dengan penekanan
2. Pengukuran  tegangan  dari  speed  bump  piezoelektrik dengan  pemberian  penekan  energi  mekanik  dari kendaraan
Gambar 4. Skema pengukuran tegangan dari speed bump piezoelektrik dengan pemberian penekan energi mekanik dari kendaraan

## 3. Pengukuran pada kapasitor
Gambar 5. Skema pengukuran tegangan pada kapasitor
4. Pengukuran  tegangan  dan  arus  dari  speed  bump piezoelektrik dengan penyearah dan beban yang diberi penekanan energi mekanik dari kendaraan
Gambar 6. Skema pengukuran tegangan dan arus dari speed bump piezoelektrik dengan penyearah dan beban yang diberi penekanan energi mekanik dari kendaraan

## C. Diagram alir

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil perancangan Speedbump piezoelektrik Bagian dari kerangka speed bump ini merupakan salah satu komponen penting guna untuk meletakkan piezoelektrik.  Dimana  pada  kerangka  ini  dibagi  dari  dua bagian, yaitu kerangka tengah yang di  buat  dari  besi  plat guna  dapat  memperkokoh  dari  benturan  energi  mekanik yang  dihasilkan  oleh  kendaraan  dan  kerangka  samping yang  merupakan  bagian  dari  sisi  miring  speed  bump dengan kelandaian yang sesuai dengan peraturan.
Gambar 8. Kerangka pada Speedbump piezoelektrik
B. Hasil pengujian Speedbump piezoelektrik
1. Pengukuran  tegangan  satu  persatu  dari  piezoelektrik tanpa beban dengan penekanan.
Tabel I Pengukuran tegangan satu persatu dari piezoelektrik tanpa beban Piezoelectrik Penekanan Ke1(VAC) Penekanan Ke2(VAC) Penekanan Ke3(VAC) 1 4.66 8.73 6.23 2 6.76 7.39 1.30 3 5.82 9.39 7.64 4 5,81 16,5 3,23 5 6,44 17,5 5,67 6 14,4 1,81 2,64 7 6,16 10,4 1,14 8 9,22 3,99 18,3 9 3,91 6,69 12,6 10 11,7 7,85 9,50 11 4,70 7,35 4,51 12 3,72 15,4 4,92 13 5,12 11,9 1,33 14 7,20 2,97 6,56 15 4,01 5,56 7,05 16 5,44 7,40 16,1 17 4,02 3,78 9,30 18 1,55 9,25 7,03 19 6,14 13,1 8,44 20 10,3 6,00 6,16 21 10,9 2,19 5,15
Piezoelectrik Penekanan Ke1(VAC) Penekanan Ke2(VAC) Penekanan Ke3(VAC) 22 12,1 1,56 3,47 23 3,18 5,12 11,4 24 8,41 2,36 4,08 25 3,45 11,4 8,18
Berdasarkan tabel  1  dapat  dijelaskan bahwa pada saat pengukuran tegangan satu persatu dari piezoelektrik tanpa beban dengan 3 kali penekanan pada setiap 1 piezoelektrik, dapat  dilihat bahwa piezoelektrik  menghasilkan tegangan nilai  yang  bervariasi  hal  ini  disebabkan  karena  tekanan yang  di  terima  pada  setiap  percobaan  piezoelektrik  juga bervariasi.
2. Pengukuran  tegangan  dari  speed  bump  piezoelektrik dengan pemberian penekan energi mekanik kendaraan.

## Tabel II
Pengukuran tegangan dari alat dengan pemberian beban Penekanan Tegangan Keluar (VAC) 1 7,37 2 6,97 3 4,71 4 5,13 5 7,48 6 6,37 7 10,6 8 8,30 9 8,75 10 6,85
Berdasarkan  tabel  2  dapat  dijelaskan  bahwa  ketika pengukuran  tegangan  dari  speed  bump  piezoelektrik dengan pemberian penekan energi mekanik dari kendaraan sebanyak  10  kali  penekanan  didapatkan  nilai  tegangan yang berbeda beda dari setiap penekanan. Hal ini dikarena energi  tekan  dari  kendaraan  yang  diterima  speed  bump bervariasi.

## 3. Pengukuran tegangan kapasitor
Gambar 9. Grafik perbandingan tegangan keluaran pada kapasitor
Berdasarkan  grafik  pada  gambar  9  dapat  dijelaskan bahwa  nilai  kapasitansi  kapasitor  berbanding  terbalik dengan  nilai  tegangan  keluaran  kapasitor.  Sehingga semakin  besar  nilai  kapasitansi  kapasitor  maka  nilai tegangan yang keluar semakin kecil pada setiap penekanan, dan sebaliknya.
4. Pengukuran pengukuran tegangan dan arus dari speed bump piezoelektrik dengan penyearah dan beban yang diberi penekanan energi mekanik kendaraan
Tabel III Daya keluaran dari speed bump piezoelektrik Penekanan Daya (W) 1 1,20 2 0,01 3 0,03 4 0,06 5 0,04 6 0,10 7 2,07 8 0,95 9 0,10 10 0,54 11 0,90 12 0,19 13 1,14 14 0,06 15 0,14 16 0,09 17 0,05 18 0,32 19 0,14 20 1,18 21 0,09 22 0,05 23 2,87 24 1,22 25 0,05 26 0,01 27 1,33 28 0,18 29 1,94 30 0,01 C. Energi  yang  Dihasilkan  Speed  Bump  pada  Kampus Universitas Borneo Tarakan
Berdasarkan  gambar  10.  dibawah  dapat  dijelaskan bahwa banyaknya jumlah mobilitas kendaraan mempengaruhi jumlah energi yang dikeluarkan oleh speed bump  piezoelektrik,  dimana  jumlah  mobilitas  kendaraan dengan  energi  yang  dihasilkan  oleh  speed  bump piezoelektrik  berbanding  lurus, sehingga  semakin banyak jumlah  mobilitas  kendaraan  semakin  besar  juga  energi yang dihasilkan dan sebaliknya.
Gambar 10. Energi yang dihasilkan speed bump piezoelektrik pada kampus universitas borneo tarakan perhari

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan pengujian yang telah dilakukan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan: 1. Speed bump piezoelektrik ini berpotensi mengeluarkan energi  yang  dihasilkan  dari  energi  kinetik  setiap kendaraan  dan  energi  kinetik  dari  setiap  kendaraan sangat mempengaruhi tegangan dan arus keluaran dari speed  bump  piezoelektrik  sehingga  pada  setiap percobaan menghasilkan nilai keluaran yang bervariasi.
2. Hasil  energi  dari  keluaran  speed  bump  piezoelektrik setiap penekanan menghasilkan nilai rata rata tegangan 4,78V, arus 0,10A dengan daya 0,47W, dan hasil energi yang  dihasilkan  pada  Kampus  Universitas  Borneo Tarakan setiap perharinya Senin, Selasa, Rabu, Kamis Jumat  dan  Sabtu  adalah  2,48kW,  1,97kW,  2,02kW, 2,16kW, 1,92kW dan 1,07kW.

## REFERENSI
[1] Maulana,  R.  (2016),  Pemanfaatan  Sensor  Piezoelektrik Sebagai Penghasil Sumber Energi Pada Sepatu, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
[2] Yulia,  E.  (2016),  Polisi  Tidur  Piezoelektrik  Sebagai Pembangkit Listrik dengan Memanfaatkan Energi Mekanik Kendaraan Bermotor.Vol. 8, No. 1.
[3] Simbolon, R. I. (2018), Rancang Bangun Taganing Elektrik Menggunakan  Sensor  Piezoelektrik  dengan  Algoritma Fuzzy Logic Berbasis Arduino Mega, Universitas Sumatra Utara, Medan.
[4] Al-Faruqi,  M.  J.  (2016),  Rancang  Bangun  Pembangkit Listrik  Tenaga  Speed  Bump  Sebagai  Sumber  Energi Alternatif, Politeknik Negeri Padang, Padang.
[5] Irfandi, M. (2015), Pengisian Baterai Handphone Berbasis Piezoelektrik, Politeknik Negeri Batam, Batam.