Kekuatan manusia

Ini adalah halaman topik . Fokus Appropedia adalah pada penelitian asli , tetapi halaman ini menyediakan konteks yang berguna dan membantu menavigasi situs. Anda dapat membantu Appropedia dengan menyempurnakan halaman ini .Baca selengkapnya...

Pembicaraan seputar konsumsi energi di Amerika Serikat sering kali berfokus pada ketergantungan pada minyak asing, sejauh mana konsumsi bahan bakar fosil berkontribusi terhadap perubahan iklim global, dll. Tentu saja, ini adalah masalah yang sangat mendesak yang perlu segera ditangani, tetapi ada krisis energi kedua yang sering kali diabaikan. Sementara negara-negara maju mengonsumsi bahan bakar fosil pada tingkat yang mengkhawatirkan, hampir 2 miliar penduduk dunia tidak memiliki listrik dan masih sangat bergantung pada bahan bakar tradisional seperti kotoran, kayu, dan bentuk biomassa lainnya. ^[1] Sejauh ini, upaya untuk membalikkan tren ini telah difokuskan pada pendekatan bercabang dua: pertama, meningkatkan akses ke bentuk energi "modern" dengan cara yang murah dan bertanggung jawab; dan kedua, membuat penggunaan biofuel saat ini lebih aman dan lebih berkelanjutan. Meskipun ini adalah pendekatan yang bermanfaat, pendekatan ini tidak komprehensif.

Selama berabad-abad, tenaga manusia dan hewan telah dimanfaatkan, dan pentingnya tenaga tersebut dalam portofolio strategi komprehensif untuk mengatasi krisis energi di negara-negara berkembang tidak boleh diabaikan. Diperkirakan 1200 petajoule diproduksi oleh manusia tanpa listrik untuk keperluan bekerja pada tahun 2008. Jumlah ini lebih dari 1,5 kali lipat energi angin yang diproduksi pada tahun yang sama! ^[2] Sebagian besar upaya ini dihabiskan untuk tugas-tugas kasar dan berulang yang dapat dibuat lebih efisien dengan mesin bertenaga manusia.

Sejarah

Penggunaan alat sebagai perpanjangan kekuatan manusia jauh lebih tua dari catatan sejarah. Ensiklopedia permainan paling awal yang diketahui di Eropa, Libro de Juegos (Kitab Permainan), yang dipesan oleh Raja Alfonso X dari Castille pada tahun 1283, menggambarkan mesin bubut busur yang digunakan untuk memutar potongan-potongan backgammon. Jenis alat ini masih digunakan hingga saat ini oleh para perajin di Maroko.

Sejak Abad Pertengahan dan seterusnya, perangkat yang menghemat tenaga kerja disempurnakan untuk digunakan di rumah dan dalam skala industri. Mungkin mesin yang paling penting adalah mesin pemisah kapas. Solusi mekanis sederhana Eli Whitney untuk tugas berat pemrosesan kapas meningkatkan produktivitas hingga lima puluh kali lipat. ^[4] Alih-alih mengurangi kebutuhan akan tenaga kerja budak di Amerika Selatan, mesin pemisah kapas justru menegaskan kembali permintaan akan budak. Dengan demikian, mesin pemisah kapas yang digerakkan manusia secara tidak sengaja mengubah arah sejarah.

Akhir abad ke-19 menyaksikan perkembangan sepeda. Selama beberapa dekade berikutnya, sepeda berevolusi dari sekadar papan dengan dua roda menjadi rangka berlian yang kita lihat saat ini. Berbagai perbaikan, termasuk kecepatan yang beragam, telah menjadikan sepeda sebagai alat transportasi bertenaga manusia yang paling efisien. Khususnya di negara berkembang, biaya bahan bakar fosil telah mengharuskan adanya turunan sepeda unik yang sesuai dengan efisiensi dengan beban kerja. ^[5] Karena keunggulannya dalam sejarah tenaga manusia, teknologi sepeda telah menjadi titik awal bagi banyak upaya untuk memanfaatkan kelebihan energi manusia. Di negara maju, pusat kebugaran mulai memanfaatkan daya yang dikeluarkan pada sepeda statis untuk kebutuhan listrik mereka. ^[6]

Dalam dua puluh tahun terakhir, perhatian semakin tertuju pada pemanenan energi manusia dengan cara yang lebih tidak konvensional. Misalnya, kristal piezoelektrik, yang menghasilkan listrik di bawah tekanan atau kompresi, menjadi lebih murah dan tidak mudah pecah. Meskipun produksi listriknya sangat kecil, diharapkan serangkaian perangkat semacam itu dapat diintegrasikan ke dalam pakaian untuk memperoleh energi getaran seseorang, untuk tujuan memberi daya pada perangkat elektronik bergerak. ^{[7] [8]} Aplikasi lain dari teknologi semacam itu adalah integrasi generator mini yang terletak di sendi lutut, untuk memanen energi berlebih ^[9] Meskipun inovasi semacam itu tentu saja menjanjikan, harganya sangat mahal bahkan untuk negara maju saat ini.

Jenis

Tenaga pedal

Dari Tenaga Pedal

Tenaga pedal adalah penggunaan tenaga manusia dengan mengayuh pedal untuk memberi daya pada perangkat. Hal ini dapat dilakukan secara langsung melalui sambungan mekanis atau dengan menghasilkan listrik yang akan digunakan untuk memberi daya pada perangkat.

Tenaga engkol

Dari Crank power

Engkol ^W merupakan salah satu metode tertua untuk mengubah tenaga manusia menjadi tenaga mekanik. Sejak ditemukannya generator listrik , engkol juga digunakan untuk pembangkitan listrik skala kecil .

Engkol biasanya dioperasikan dengan tangan. Penting untuk dicatat bahwa mengoperasikan engkol dapat dengan cepat melelahkan. Untuk banyak aplikasi, tenaga pedal (yang menggunakan otot kaki yang lebih besar) mungkin merupakan pilihan yang lebih baik.

Engkol tangan masih sering menjadi pilihan yang baik untuk penggiling mekanis skala kecil (misalnya penggiling kopi), penggiling, penggulung (misalnya mesin pasta), pengupas, dan semacamnya.

Beberapa pompa air skala kecil juga digerakkan dengan tangan.

Mesin elektronik yang digerakkan dengan tangan dan (dengan tenaga kaki) mulai kembali populer.

• https://www.appropedia.org/Low_cost_computer_guide#Crank_power
• http://web.archive.org/web/20110911194312/http://www.treehugger.com:80/files/2006/05/sonys_handcrank_1.php

Kata "engkol" juga digunakan untuk hubungan mekanis yang mengubah gerak lurus bolak-balik menjadi gerak putar atau sebaliknya.

Pertimbangan Desain

Budaya

Kartun di sebelah kanan muncul pada tahun 1895 di majalah Punch. Pada masa ini dalam sejarah Eropa dan AS, budaya bersepeda yang muncul membawa serta perubahan budaya, seperti penerimaan bertahap terhadap wanita yang mengenakan celana. Dalam kartun tersebut, digambarkan paralel antara penggunaan mesin jahit pedal dan sepeda di rumah, untuk menggambarkan rasa pemberdayaan yang diberikan budaya bersepeda kepada wanita di Inggris Raya pada pergantian abad.

Di era modern, mungkin ada kendala budaya serupa terhadap penerimaan sosial terhadap mesin bertenaga pedal. Misalnya, wanita mungkin tidak dianjurkan untuk duduk di atas sadel sepeda. Dalam kasus seperti itu, perlu untuk mendesain ulang mesin agar dapat berbaring atau berbaring miring. Jika persyaratan tenaga kerja pekerjaan tersebut tidak terlalu banyak, engkol tangan dapat menggantikan tenaga pedal, seperti motor starter tarik. ^[11]

Sebagai kasus masalah budaya yang tidak terduga dengan teknologi, Universal Nut Sheller menemukan kesuksesan besar di komunitas Mali untuk mengupas kacang tanah. Namun, kesuksesan ini tidak terjadi di komunitas Ghana, yang mengupas kacang shea sebagai aktivitas komunitas. ^[12]

Logistik

Pertimbangan lain sebelum penerapan mesin bertenaga manusia adalah kemampuan masyarakat untuk mengamankan suku cadang dan keahlian teknis untuk membangun mesin dan menjaganya agar tetap beroperasi. Salah satu pedoman umum untuk potensi mesin bertenaga manusia adalah penggunaan sepeda. Jika sepeda digunakan secara luas, jika suku cadang cukup mudah diperoleh, dan jika perbaikan sepeda dilakukan secara lokal, maka aplikasi lain dari tenaga kayuh mungkin dapat dilakukan. ^[13]

Selain dukungan lokal berupa infrastruktur sepeda, akan bermanfaat untuk memiliki akses lokal terhadap keterampilan pertukangan atau pengerjaan logam, untuk konstruksi rangka mesin.

Aplikasi

Gambar di bawah ini menunjukkan hubungan antara Indeks Pembangunan Manusia dan Konsumsi Daya Dasar. Garis hitam pekat menunjukkan negara-negara yang akan memperoleh manfaat dari pembangkitan daya listrik menggunakan perangkat bertenaga manusia. Negara-negara di antara garis putus-putus dan garis pekat memiliki jaringan listrik yang tidak dapat diandalkan atau akses listrik terbatas, tetapi juga dapat memperoleh manfaat dari listrik bertenaga manusia. Prinsip ini dapat diperluas untuk mencakup cara lain dalam memanfaatkan daya manusia. ^[14]

Pekerjaan yang membutuhkan tenaga manusia adalah pekerjaan yang memiliki unsur gerakan osilasi atau berulang. Dengan demikian, banyak prinsip yang menginformasikan konstruksi perangkat bertenaga manusia telah diterapkan di banyak bidang kebutuhan, termasuk mesin cuci, ^[15] pabrik bertenaga manusia untuk produksi batu bata, ^[16] dan adaptasi terhadap infrastruktur yang ada, seperti pada Gambar 4.

Meskipun pembangkitan tenaga listrik telah didukung oleh banyak pihak di negara-negara maju, ^[17] pengembangan teknologi tersebut di tingkat akar rumput masih terbatas, karena banyak alasan yang tercantum di bagian "Logistik". Misalnya, magnet tanah jarang dan LED yang sering disertakan dengan generator tenaga listrik di negara-negara berkembang tidak tersedia secara lokal, mahal, dan memiliki peluang perbaikan yang rendah. ^[18]

Teori

Tindakan alami mengayuh sepeda, yang pada dasarnya mengubah gerak linier menjadi gerak melingkar, menciptakan fungsi daya osilasi seperti yang terlihat pada Gambar 2.

Dalam kasus sepeda bergerak, efek ini ditutupi oleh tiga faktor: inersia yang disebabkan oleh berat pengendara; kerugian gesekan dari peralatan; dan gaya hambat dari udara. Namun, bagi pengendara yang tidak bergerak (orang yang mengoperasikan mesin bertenaga manusia), fenomena ini menjadi pertimbangan penting dalam penyaluran daya. Misalnya, untuk penggilingan biji-bijian, akan lebih baik jika menyediakan daya penggilingan yang lebih atau kurang konstan, untuk memfasilitasi laju umpan yang konsisten melalui mesin. Karena alasan ini, sering kali lebih bijaksana untuk memperkenalkan cara "menghaluskan" keluaran daya dari roda gigi yang digerakkan. Cara yang paling umum untuk ini adalah melalui roda gila. Roda gila adalah massa berputar yang digunakan dalam sistem mekanis untuk penyimpanan energi. Roda gila akan menggantikan massa inersia yang disediakan oleh berat pengendara dalam contoh bergerak.

Untuk sebuah lingkaran (bayangkan roda sepeda) dengan jari-jari 'r' dan massa 'm', momen inersia I, didefinisikan olehSAYAdari=MR2{\displaystyle I_{z}=mr^{2}\!}

Untuk cakram padat atau silinder dengan jari-jari 'r' dan massa 'm', momen inersia I diberikan olehSAYAdari=MR22{\displaystyle I_{z}={\frac {mr^{2}}{2}}\,\!}

Selain itu, energi kinetik roda gila diberikan olehBahasa Inggris=SAYAω22{\displaystyle E={\frac {I\omega ^{2}}{2}}\,\!}Di manaω{\gaya tampilan \omega }adalah kecepatan sudut roda gila.

Dari pemeriksaan awal, kita dapat melihat bahwa untuk massa yang sama, lingkaran tersebut memiliki momen inersia yang lebih tinggi, dengan faktor 2. Dari perspektif energi, dibandingkan dengan silinder padat, lingkaran tersebut membutuhkan waktu dua kali lebih lama untuk mencapai kecepatan tetap, tetapi membutuhkan waktu dua kali lebih lama untuk melambat, jika semua hal dianggap sama. Namun, keuntungan utama dari roda gila cakram padat adalah kemudahan pembuatannya.

Telah ada beberapa rancangan yang diusulkan untuk metode perataan daya yang tidak memerlukan massa yang berputar. Secara khusus, sistem pegas bolak-balik dan rangkaian listrik yang menggunakan kapasitor besar telah disarankan. ^[21] Sistem semacam itu berupaya untuk portabilitas mesin bertenaga manusia. Sementara sistem mekanis tanpa massa belum banyak digunakan, sistem yang terakhir telah digunakan dalam pembangkitan daya listrik, dalam aplikasi yang memerlukan masukan tegangan yang stabil. ^{[22] [23]}

Untuk mengurangi kelelahan pengendara, momen inersia roda gila harus sekitar 150 kg m^2 sec^-2, seperti yang ditentukan secara empiris oleh Wilson dan Bloop. ^{[24] [25]}

Konstruksi

Konstruksi mesin bertenaga manusia dapat dilakukan dari awal, atau melalui modifikasi komponen yang sudah ada, seperti rangka sepeda. Karena desainnya beragam, tergantung pada ketersediaan pasokan lokal, seperti kayu atau logam, pertimbangan dalam penerapan, dll. Dua contoh mesin bertenaga pedal, mesin tandem yang diusulkan, dan perangkat bertenaga pedal satu orang di lapangan ditunjukkan.

Penyebaran

Meskipun iklim umum untuk mesin bertenaga manusia tampaknya berputar di sekitar penyediaan tenaga listrik bagi negara-negara maju, ada minat domestik untuk menghidupkan kembali beberapa teknologi "kuno" ini untuk penggunaan domestik. Misalnya, Fender Blender menawarkan alas bertenaga pedal, yang terinspirasi oleh estetika sepeda cruiser, untuk digunakan dengan blender standar. Selain itu, semua bagian plastik mesin terbuat dari plastik daur ulang. ^[28]

Salah satu kisah sukses penerapan tenaga manusia, di luar ranah tenaga pedal adalah pompa injak. Jenis pompa ini menggunakan berat pengguna yang dikombinasikan dengan tenaga kaki untuk menggerakkan pompa hisap dengan dua ruang, satu untuk setiap kaki. Biaya rendah, penerimaan sosial yang tinggi, dan laju aliran irigasi yang lebih baik dengan tingkat kelelahan pengguna yang lebih rendah menjadikannya standar pembanding desain bertenaga manusia. ^{[29] [30]}

Lihat juga

• Perangkat bertenaga hewan
• Mencuci dan mengeringkan pakaian
• Stasiun berbagi sepeda yang menyediakan listrik kembali ke jaringan listrik utama ^[31]

Tautan eksternal

• Tenaga Pedal di CCAT
• Diskusi tentang Peralatan Bertenaga Manusia di bikeforums.net
• Green MicroGym: berisi Human Dynamo, dan treadmill SportsArt EcoPowr
• MNM Power, perusahaan lain yang membuat produk tenaga peda
• Perangkat MotorGym Co Ltd milik Lucien Gambarota, yang digunakan oleh perusahaan California Fitness di Hongkong
• Pabrik Eco Woodway
• Pedal-A-Watt, perangkat untuk digunakan di sepeda

Referensi

Data halaman

Kata Kunci	energi , energi terbarukan
SDG	SDG07 Energi terjangkau dan bersih
Penulis	Rahayes , Aaron Antrim , KVDP
Lisensi	CC BY SA 3.0
Bahasa	Bahasa Inggris (en)
Terjemahan	Cina
Terkait	1 subhalaman , 14 halaman tautan di sini
Alias	Perangkat bertenaga manusia , Teknologi bertenaga manusia , Perangkat bertenaga manusia , Perangkat bertenaga manusia , Perangkat bertenaga manusia , Energi otot , Kekuatan otot
Dampak	1.151 tampilan halaman ( lebih banyak )
Dibuat	12 November 2006 oleh Chris Watkins
Terakhir diubah	13 April 2024 oleh Kathy Nativi
Kutip sebagai	Rahayes , Aaron Antrim , KVDP (2006–2024). "Kekuatan manusia" . Appropedia . Diakses tanggal 11 September 2024 .
Kueri API	dasar , semantik , html , file , lebih banyak lagi