Pengaplikasian Piezoelektrik Pada Ban Motor Listrik

Latar Belakang

Kehidupan manusia tidak lepas dari kebutuhan akan  teknologi. Perkembangan industri, yang awalnya berbasis batubara dan sumber daya tak terbarukan lainnya, kini semakin terkuras seiring berjalannya waktu. Penggunaan energi tak terbarukan juga memberikan dampak negatif terhadap lingkungan, seperti pemanasan global yang  semakin parah. Pada abad ke-21, pengembangan sistem pemanenan energi terbarukan merupakan tantangan desain teknologi yang paling penting akibat meningkatnya pemanasan global dan masalah lingkungan lainnya.

Untuk menghadapi permasalahan yang semakin serius tersebut, Perserikatan Bangsa-Bangsa (PBB) pada tahun 2015 mengeluarkan pedoman yang disebut Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs). SDGs mencakup 17 tujuan dari berbagai aspek, mulai dari pendidikan, ekonomi, kesehatan, kemiskinan hingga energi terbarukan. Ketujuh belas sasaran ini diharapkan dapat tercapai pada tahun 2030. Sasaran 7 mencakup target terkait energi bersih dan terjangkau. Hal ini bertujuan untuk menghasilkan energi yang efisien, berkelanjutan dan terbarukan. Oleh karena itu, masyarakat harus berinovasi untuk menemukan sumber energi terbarukan.

Pemanenan energi merupakan cara  paling efektif untuk mengatasi kekurangan energi, berbagai permasalahan lingkungan dan menciptakan sumber energi ramah lingkungan. Teknologi pemanenan energi mengekstraksi energi listrik dari energi sekitar. Ada sejumlah sumber energi sekitar yang dapat dimanfaatkan, antara lain limbah panas, getaran, kebisingan akustik, gelombang elektromagnetik, angin, air  mengalir, pergerakan manusia, dan energi matahari. Pemanen energi berbasis getaran telah menarik perhatian dalam beberapa tahun terakhir. Mekanisme transmisi dasar dapat digunakan untuk mengubah getaran menjadi listrik. Karena  kebutuhan daya elektronik dari komponen kecil untuk memberi daya pada perangkat elektronik yang menggunakan energi getaran yang tersedia berkurang

Piezoelektrik merupakan suatu zat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik atau sebaliknya. Fenomena ini ditemukan oleh Curie bersaudara pada tahun 1880, ketika mereka menemukan bahwa listrik dapat dihasilkan dari kristal tertentu di bawah tekanan. Listrik dihasilkan dari interaksi elektromagnetik linier antara bagian mekanik dan listrik  kristal. Di bawah tekanan, piezoelektrik akan mengalami polarisasi dan menghasilkan listrik.

Ban yang merupakan bagian kendaraan yang berguna untuk berkendara, dapat dimanfaatkan sebagai alat utama pembangkit getaran  jalan hingga piezoelektrik untuk menghasilkan energi listrik. Pada penelitian terbaru tahun 2020, dilakukan penelitian terhadap alat piezoelektrik pada sepeda motor yang mampu menghasilkan  daya sebesar 89,8627 Wh dalam waktu 1 jam saat kendaraan melaju dengan kecepatan 80 km/jam. Hal ini menunjukkan potensi piezoelektrik sebagai sumber tenaga pada motor listrik. Oleh karena itu, dalam artikel ini, penulis berharap dapat mengeksplorasi dan menerapkan aplikasi piezoelektrik di masa depan.

 

Pembahasan

Sebelum membahas penerapan piezoelektrik pada sepeda motor, diperlukan pemahaman dasar tentang mekanisme piezoelektrik pembangkit listrik. Energi listrik dapat dihasilkan dari piezoelektrik, suatu bahan berbasis kristal yang mampu menghasilkan energi listrik ketika terkena tekanan mekanis seperti getaran. Bahan  dasar yang dapat digunakan antara lain: kristal mirip kuarsa; keramik seperti timbal zirkonat titanat (PZT), barium titanat dan timbal titanat; bahan biologis seperti tulang, DNA dan berbagai protein; Polimer seperti polivinilidena fluorida (PVDF).

Bahan-bahan ini dapat menghasilkan arus listrik ketika terkena tekanan mekanis, dan proses piezoelektrik bersifat reversibel, artinya jika arus  dialirkan ke bahan tersebut, bahan tersebut akan sedikit berubah bentuk. Efek piezoelektrik juga diamati pada bahan non-feroelektrik seperti galium nitrida dan seng oksida. Secara keseluruhan, bahan piezoelektrik memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang, termasuk sensor, aktuator, dan perangkat pemanen energi.

Piezoelektrik menghasilkan energi rendah karena tekanan. Untuk mengimbangi daya yang sangat rendah dari generator piezoelektrik, lebih banyak daya dapat dihasilkan  dengan menghubungkan unit piezoelektrik secara paralel. Piezoelektrik menghasilkan energi listrik menggunakan arus bolak-balik. Oleh karena itu, agar baterai dapat menyimpan energi, listrik yang dihasilkan oleh piezoelektrik harus disearahkan oleh rangkaian penyearah. Piezoelektrik dicirikan oleh fakta bahwa tekanan yang lebih besar  dapat menghasilkan daya yang lebih besar.

Gambar 2. Cara kerja piezoelektrik

Dalam penelitian Souad Touairi (2020) tentang fenomena piezoelektrik pada ban menyatakan bahwa penerapan piezoelektrik pada ban sepeda motor sangat layak dilakukan. Penelitian ini menggunakan model interkoneksi grafis untuk menguji penggunaan piezoelektrik pada ban sepeda motor. Oleh karena itu, pemodelan dan pengendalian fluktuasi ban sepeda motor memungkinkan terciptanya konsep yang optimal untuk sistem ini. Untuk memastikan bahwa pemodelan, pengujian dan pengumpulan data berdasarkan perangkat lunak 20-Sim  memberikan karakteristik dinamis ban. Model grafik link yang disempurnakan untuk sistem suspensi ban sepeda motor dengan mempertimbangkan hambatan lateral sistem  dan gaya longitudinal. Perhitungan ini kemudian diterapkan dalam  sistem sederhana yang menghubungkan  piezoelektrik dengan permukaan jalan dan ban sebagai perantaranya. Hasil simulasi 20-Sim kemudian menjelaskan kinerja dan kualitas sistem, yang kemudian dibandingkan dengan perkiraan konsumsi energi sepeda motor. 

Gambar 3. Aktivitas piezoelektrik pada ban sepeda motor

Dalam penelitian lain yang dikembangkan oleh Humam et al (2020), mereka merancang sistem sederhana untuk menerapkan piezoelektrik pada ban mobil.

Gambar 4. Desain ban mobil kembangan mahasiswa Telkom University

Desain ini adalah desain alat fabrikasi dan sambungan berbagai bagian sistem pemanen ditunjukkan pada Gambar 4. Desain alat Dalam konfigurasi ini, alat piezoelektrik adalah komponen  yang terutama digunakan sebagai pemanen. Tergantung pada tekanan ban, terdapat rangkaian kapasitor dan dioda yang digunakan sebagai alat untuk menstabilkan arus yang dihasilkan oleh pemanen piezoelektrik, kemudian energi listrik tersebut ditransfer ke baterai sebagai alat penyimpan energi. . Penerapan ini juga berlaku pada ban sepeda motor karena struktur  ban sepeda motor  tidak jauh berbeda dengan ban mobil..

Kesimpulan

            Aplikasi piezoelektrik pada sepeda motor telah banyak diterapkan. Penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa hal tersebut sangat mungkin terjadi: penggunaan piezoelektrik  ramah lingkungan, tidak menghasilkan limbah dalam jumlah besar dan tidak berdampak terhadap lingkungan. Namun diperlukan kerjasama untuk melakukan penelitian dan penerapannya dari banyak pihak yang berbeda. Penelitian ini harus terus dikembangkan, mengingat efisiensi energi yang dihasilkan masih tergolong rendah namun layak untuk dikembangkan..

 

Daftar Pustaka

 

Burham,N., M. N. A. Malek, A. A. Aziz, N.ak  I. Shuhaimi dan A. M. Markom.” Development of piezoelectric energy harvesting via vehicle movements”. International Conference on Telecommunication Systems, Services, and Applications (TSSA),2019.

Jayarathne,W. M. ,W. A. T. Nimansala, dan S. U. Adikary. “Development of a Vibration Energy Harvesting Device Using Piezoelectric Sensors”. 2018 Moratuwa Engineering Research Conference (MERCon) ,IEEE 2018.

Mumam Alfarisy, Muhammad, et al. “Energy Harvesting Pada Ban Mobil Menggunakan Piezoelektrik Transducer Untuk Wsn Suhu Ban | Alfarisy | EProceedings of Engineering.” E-Proceeding Telkom University Open Library, e-Proceeding of Engineering Telkom University, 5 Oct. 2021, https://openlibrarypublications.telkomuniversity.ac.id/index.php/engineering/article/view/15693.

Touairi, Souad, and Musthapa Mabrouki. “Mechatronic Modeling and Control of Energy Recovery in Motorcycle Tires | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore.” IEEE Xplore, EEE Xplore, 2020, https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9094495.

Artikel ini merupakan bagian dari Lestari KG Media, sebuah inisiatif untuk akselerasi Tujuan Pembangunan Berkelanjutan. Selengkapnya

A member of

Follow our mission at www.esgpositiveimpactconsortium.asia