Alifin PDAM

ANALISIS HASIL RANCANGAN KINCIR ANGIN MODEL SAVONIUS UNTUK INVERTER

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Salah Satu Syarat Akademis Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya pada Program Diploma III Teknik Universitas Haluoleo. Oleh : ALIFIN YAHYA KINE : STB. E3C1099029 : STB. E3C1099032

JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM DIPLOMA TIGA (D3) TEKNIK UNIVERSITAS HALUOLEO KENDARI 2003

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.id

LEMBAR PENGESAHAN Nama/Stambuk Jurusan Konsentrasi Judul Tugas Akhir : 1. ALIFIN 2. YAHYA KINE : Teknik Mesin D3 : Otomotif : Analisis Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter (E3C1 99029) (E3C1 99032)

Kendari, Desember 2003 Disetujui Oleh : Pembimbing I Pembimbing II

Ir. RIDWAY BALAKA, M.Eng NIP. 131 683 702 Mengetahui : Dekan Fakultas Teknik Mesin

Ir.S A L I M I N NIP. 132 230 527

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Ir. RIDWAY BALAKA, M.Eng NIP. 131 683 702

Ir. S A L I M I N NIP. 132 230 527

ii


ABSTRAK ALIFIN (E3A199029), YAHYA KINE (E3A199032) Dengan Judul Tugas Akhir Analisis Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter Energi Listrik Dibimbing Oleh Ir. Ridway Balaka,M.Eng dan Ir.Salimin. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui prestasi kerja kincir angin, kekuatan material elemen-eleman konstruksi kincir angin untuk dapat menghasilkan tegangan listrik dari tegangan DC menjadi tegangan AC. Prinsip kerjanya adalah angin memutar kencir menghasilkan energi mekanik untuk mencas sumber energi listrik DC. Jika hembusan angin normal, secara kontinyu akan menstabilkan sumber energi listrik DC secara terus menerus akan menghasilkan energi listrik AC sebesar kapasitas inverter yang digunakan (500 watt 220 volt), sehingga dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga pada daerah-daerah pinggiran pantai dan daerah pegunungan yang belum terjangkau oleh PLN.

PEMBIMBING I

MAHASISWA

ALIFIN STB E3C1099029 Ir. RIDWAY BALAKA, M.Eng NIP. 131 683 702 YAHYA KINE STB. E3C1099032

iii


KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas izin dan limpahan rahma-Nya jualah, sehingga penulisan tugas akhir ini dengan judul Analisis Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter dapat diselesaikan dengan baik. Selama penyusunan tugas akhir ini, kami mengalami berbagai hambatan yang dihadapi, namun dengan penuh ketekunan, kesabaran dan kerja keras yang disertai dengan Doa Kepada Allah SWT penguasa setiap keputusan, akhirnya hambatan-hambatan terlewati karena kami yakin bahwa setiap masalah ada jalan keluarnya. Hasil kerja kami ini bukanlah merupakan suatu kesempurnaan dalam penyelesaian tugas akhir ini, tetapi betapapun sempurnanya tulisan ini. Kami tahu pastilah terjadi kekurangan-kekurangan yang terdapat dalam penulisan ini, mengingat keterbatasan pengalaman, untuk itu kami mengharapkan saran dan kritik yang konstruktif sifatnya. Dengan selesainya tugas ini, kami menghaturkan banyak terima kasih kepada Bapak Ir. Ridway Balaka, M.Eng dan Bapak Ir. Salimin Selaku Pembimbing Kami yang telah dengan ikhlas memberikan bimbingan dan arahan kepada kami. Akhirnya tak lupa kami ucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Kedua Orang Tua Kami dan segenap keluarga yang telah mengasuh dan membimbing serta selalu mendoakan kami. 2. Bapak Ir. Ridway Balaka M. Eng, Selaku Dekan Fakultas Teknik Mesin Universitas Haluoleo. 3. Bapak Ir. Salimin selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Unhalu 4. Bapak Ir. Jenni Delly Selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Unhalu. 5. Para Dosen yang telah membimbing kami dalam memenuhi berbagai mata Kuliah sejak mulai hingga akhir studi di D.III Teknik Mesin Unhalu. 6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa, yang tak sempat kami sebutkan satu persatu yang telah membantu kami dalam penyusunan. Akhir kata kami berharap, tugas Akhir yang sederhana ini, dapat bermanfaat bagi mereka yang membacanya, serta bagi mereka yang mencintai dan menghargai ilmu pengetahuan. Kendari, Desember 2003

iv

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.id PenulisDAFTAR ISI HALAMAN JUDUL........................................................................... HALAMAN PENGESAHAN................................................................... ABSTRAK..................................................................................... KATA PENGANTAR.......................................................................... DAFTAR ISI.................................................................................. DAFTAR GAMBAR........................................................................... DAFTAR LAMPIRAN......................................................................... NOMEN KLATUR............................................................................. BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang.......................................................... 1. 2 Penegasan Judul........................................................ 1. 3 Batasan Masalah........................................................ 1. 4 Tujuan Penelitian...................................................... 1. 5 Manfaat Penelitian..................................................... 1. 6 Metode Penelitian...................................................... BAB II TEORI DASAR 2. 1 Pengenalan Energi Angin.............................................. 2. 2 Manfaat Energi Angin.................................................. 2. 3 Kincir Angin............................................................. 2. 4 Sistem Konversi dan Penyimpanan Energi Angin (SKEA).................................................................... BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN 3. 1 Waktu dan Tempat..................................................... 3. 2 Bahan dan Alat......................................................... 3. 3 Metode Pengambilan Data............................................ 3. 4 Analisis Data............................................................ 3.4.1 Penentuan V-belt (sabuk)..................................... 3.4.2 Perhitungan Putaran Transmisi.............................. 3.4.3 PerhitunganLuas Penampang Daun Kincir.................. 3.4.4 Perhitungan Daya Yang Dihasilkan Dari Perubahan Energi........................................................... 3.4.5 Perhitungan rpm (putaran) Transmisi Pully............... 3.4.6 Perhitungan Penentuan Putaran Rotor Koncir Untuk Menghasilkan Jumlah Alternator Chass..................... 3.4.7 Perhitungan Kecepatan Angin Untuk Mencapai Putaran 1.000 rpm Pada Pulley Alternator Chass.........27 3. 5 Bagan Kincir Angin Untuk Model Savonius Untuk Inverter Energi Listrik................................................. 3.6 Pembahasan............................................................. 3.6.1 Proses Perubahan Energi Mekanik Menjadi Energi Listrik DC............................................... 3.6.1 Proses Perubahan Energi Listrik Tegangan DC Menjadi Tegangan AC........................................ KESIMPULAN DAN SARAN Halaman i ii iii iv vi viii ix x 1 2 3 3 4 4 5 7 8 10 12 12 13 14 14 17 21 22 23 25

28 28 28 29

BAB IV

v

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.id4. 1 Kesimpulan ............................................................. 4. 2 Saran..................................................................... DAFTAR PUSTAKA.......................................................................... LAMPIRAN-LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Bagan Sistem Konversi Energi Listrik Dengan Sistem Baterry............... Gambar 2. Bagan Konversi Energi Angin Dengan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter......................................................... Gambar 3. Bagan Kincir Untuk Model Savonius Untuk Inverter........................... DAFTAR LAMPIRAN No. Keterangan 1. Gambaran Rancangan Kincir Angin Model Savonius......................... 2. Foto-Foto Rancangan Kincir Angin Model Savonius.......................... 3. Data Kecepatan Angin Dari Badan Meteorolog dan Geofisika. Stasiun Meteorologi Maritim Kendari............................................... 37 35 36 31 33 34

10 11 28

vi


NOMEN KLATUR

No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.

Simbol E m v A P k L C dp Dp i n1 n2 nr Vn r R

Keterangan Energi massa Kecepatan Angin Luas Penampang Kecepatan Udara daya konstantan (1,37.105) Panjang Tali Sabuk Jarak Antara Dua Rotor Tatapan (3,14) Diameter rotor kecil Diameter roto besar Perbandingan Putaran Putaran poros penggerak energi Putaran poros yang di kehendaki Putaran rotor (rmp) poros AS energi penggerak dari Kincir energi Kecepatan normal angin Rasio keceparan ujung Jari-jari rotor

Satuan Joule Kg m/s (m2) (Kg/m3) (watt) Cm Cm Cm rpm rpm Cm

rpm

m/det Cm

vii


BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tingginya kebutuhan energi listrik pada dewasa ini, sehingga energi listrik yang ada sudah tidak dapat mencukupi kebutuhan sebagian masyarakat. Disamping itu juga pemenuhan kebutuhan energi listrik membutuhkan biaya yang sangat mahal, sehingga perlu pengelolaan dan pemanfaatan sumber daya alam yang dapat menghasilkan energi listrik. Sumber daya alam tersebut diantaranya sumber daya alam tenaga, angin, panas bumi. Pengelolaan sumber daya alam menjadi sumber tenaga telah dikembangkan dengan teknologi tinggi. Pemanfaatan sumber daya alam seperti air telah banyak digunakan oleh berbagai negara maju sebagai sumber pembangkit tenaga listrik. Pemanfaatan sumber daya alam udara untuk menjadi pembangkit tenaga listrik merupakan prospek yang dapat dikembangkan menjadi potensi sumber daya tenaga penggerak. Aliran udara yang mengalir dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang rendah merupakan gerakan udara yang sering disebut sebagai angin. Adanya gerakan udara tersebut, maka dapat dibuat suatu rancangan kincir angin yang digerakan oleh angin sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perputaran kincir angin tersebut dihubungkan dengan alternator chass sebagai sumber pembangkit energi GGL tegangan DC dialirkan ke ACCU secara kontinyu. Dari accu arus listrik tersebut dialirkan ke inverter AC untuk mengubah tegangan arus DC menjadi arus tegangan AC. Dengan demikian arus listrik yang dihasilkan tersebut dapat digunakan untuk menyalakan lampu/alat elektronik dan lain sebagainya. Proses pengolahan arus angin menjadi daya sumber tegangan listrik ini merupakan sumber daya yang potensial dan dapat dikembangkan pada masa yang akan datang sehingga penggunaan pembangkit listrik dengan bahan bakar solar dan bensir dapat diefisienkan. Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka penulis tertarik untuk mengadakan penelitian lebih lanjut dengan mengangkat judul Analisa Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter Energi Listrik. 1.2. Penegasan Judul Demi mempermudah dan memahami judul dari penulisan ini, maka kami dapat jelaskan sebagai berikut : - Analisa Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius yaitu dapat dilihat dari model kincir yang digunakan yaitu kincir angin model empat daun dipasang tegak lurus pada as kincir (Berporos Vertikal atau Tegak).dengan putaran ke arah kanan. - Inverter energi listrik adalah alat yang digunakan untuk merubah arus listrik tegangan DC menjadi arus tegangan AC. 1.3. Batasan Masalah Untuk terarahnya penulisan ini kami membatasi pada perhitungan penentuan V-belt (sabuk). Perhitungan putaran transmisi dan perhitungan RPM transmisi pulley. Sedangkan perhitungan bantalan as dan bearing, daun kincir, serta perhitungan

viii

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idlainnya tidak dibahas perhitungannya (diabaikan) akan tetapi hanya dilakukan analisa rancangan kincir untuk menghasilkan energi listrik. 1.4. Tujuan Penelitian Untuk mengarah pada hasil yang ingin dicapai, maka tujuan penulisan ini adalah : 1. Untuk mengetahui prestasi kerja kincir angin model savonius 2. Untuk mengetahui, elemen-elemen konstruksi kincir angin model savonius. 3. Untuk mengetahui besarnya energi listrik yang dihasilkan. 1.5. Manfaat Penelitian Dari hasil penelitian ini manfaat yang diharapkan adalah : 1. Sebagai bahan masukan bagi pemerintah dan masyarakat dalam memanfaatkan sumber daya alam khususnya tenaga angin guna memenuhi kebutuhan akan energi listrik dimasa yang akan datang. 2. Sebagai bahan perbandingan bagi peneliti lain yang relevan dengan penelitian ini. 1.6. Metode Penelitian Metode yang dipakai untuk menunjang penulisan ini adalah : 1. Metode studi kepustakaan yaitu mengadakan pengamatan dan mempelajari beberapa buku referensi yang relevan dengan penelitian ini. 2. Metode observasi yaitu mengadakan pengamatan langsung terhadap koncir angin model sabonius yang terpasang pada lokasi penelitian. BAB II TEORI DASAR 2.1. Pengenalan Energi Angin Energi angin telah dikenal manfaatnya oleh manusia seperti untuk perahu layar, kincir angin, dan sebagainya. Menurut Djati Nursuhut (1991) energi angin terjadi karena adanya perbedaan temperatur suhu pada suatu tempat. Perbedaan tekanan udara tersebut menyebabkan udara mengalir dalam bentuk angin. Golding Haris (1976) mengemukakan bahwa angin merupakan aliran udara yang mengalir dalam satuan energi yang dinyatakan dengan rumus : E = mv2 .. ( 1 ) Dimana E = Energi m = massa (Kg) v = Kecepatan angin ( m/s) Andai kata suatu blok udara mempunyai luas penampang Am2 bergerak dengan kecepatan vm/s, maka jumlah massa yang melewati suatu tempat dapat diukur dengan rumus : M = A.v. g (Kg/s) . ( 2 ) Dimana : A = luas penampang (m2) ). Fisika Dasar Halaman 65, Tahun 1996 Fisika dasar DI. Tobing v = kecepatan Utama (m/s) Perbit PT. Gramedi Pustaka angin Jakarta 3 q = Kecepatan udara (Kg/m ) Dengan demikian, maka energi yang dapat dihasilkan persatuan waktu adalah : p = E persatuan waktu

1

ix

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idp = 0,5.q.A.v2 (3) Dimana : p = daya (watt) E = energi ( j ) q = Kecepatan udara (Kg/m3) A = Penampang (A2) 3 ). Fisika Dasar Halaman 65, Tahun 1996 Fisika dasar DI. Tobing v Gramedi Pustaka Utama Jakarta Perbit PT.= kecepatan angin (m/s) Untuk tujuan praktis sering dipergunakan rumus pendekatan : p = k A.v3 (4) Dimana : k = konstanta (1,37. 10-5) p = daya (watt) v = kecepatan angin (m/s) Untuk mengukur kecepatan angin, faktor lokasi adalah sangat penting. Adanya pohon-pohon yang tinggi, gedung-gedung yang menjulang tinggi maupun permukaan padat akan mempengaruhi kecepatan angin. Organisasi meteorologi dunia menganjurkan paling sedikit kecepatan angin harus diukur pada ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah dan pada lapangan yang bebas hambatan angin (Heekleman, 1974) Untuk menyatakan kekuatan angin bagi keperluan meteorologi digunakan skala beaufort, yang sekarang diganti dengan skala metrik. Untuk mendapatkan tekanan angin dihitung dari w = 0,08 kg/m 2, akan tetapi tekanan angin itu sangat tergantung pada bentuknya benda yang sebagian diterpa zarah dan yang sebagian lagi disusuri zarah udara. Dengan demikian, maka tekanan udara pada sebuah tiang yang budar dengan diamter yang sama dengan sisi bujur sangkar tersebut (Golding Haris, 1976). 2.2. Pemanfaatan Energi Angin Potensi energi angin di Indonesia relatif kecil, namun dibeberapa tempat misalnya dilokasi pantai selatan Jawa, Lombok dan lain-lain kecepatan angin mencapai 4 m/dt atau dapat memutar turbin angin skala kecil. Energi angin untuk daerah-daerah tertentu mungkin merupakan energi alternatif yang baik, misalnya untuk daerah terpencil dimana bahan bakar minyak (konvensional) sukar diperoleh sehingga harganya mahal. Potensi tenaga angin ditentukan oleh kecepatan angin dan kontinuitas serta homogenitasnya. Sedangkan data arah angin untuk menentukan arah dan type turbin yang akan digunakan/bagan. (Djati Nursuhut, 1991). Dengan kecepatan angin 2 m/dt sudah dapat menggerakkan pompa air mekanik, sedangkan untuk listrik dibutuhkan kecepatan angin normal 4 m/dt. Pengembangan energi angin lebih ditunjukan kepada pemanfaatan skala kecil guna memenuhi kebutuhan energi dasar terutama untuk desa-desa pantai. 2.3. Kincir Angin Kincir angin merupakan teknologi konversi energi angin dimana energi kinetik dapat diubah menjadi energi mekanik atau energi listrik.. Untuk mendesain kincir angin diperlukan data-data sebagai berikut : a. Lama angin bertiup b. Frekwensi kecepatan angin c. Bertahannya daya angin Untuk keperluan tersebut di atas, perlu diadakan pengamatan langsung di lokasi tempat kincir angin akan dibangun. Pengamatan langsung ini perlu dilakukan untuk

x

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.iddipakai sebagai dasar perencanaan dan evaluasi penampakan suatu kincir angin, Sedangkan pengamatan kuantitatif dapat memberi gambaran keadaan rata-rata angin sepanjang tahun. (Djojodiharjo, 1993). Pengamatan dilaksanakan dengan menggunakan alat pengukur kecepatan angin terhadap waktu dan dari gambaran ini dapat dianalisa besarnya sesuatu kecepatan terhadap lama/waktu angin bertiup dan dari sini pula dapat di desain lama bertahannya daya angin untuk suatu kincir angin. Menurut Brown (1975) kincir angin merupakan alat pembangkit energi angin besar kecil energi angin tergantung dari jenis kincir angin yang digunakan antara lain : a. Kincir angin bersudut tunggal (Single blade) b. Kincir angin bersudut ganda (Double blade) c. Kincir angin bersudut triple ( Three blade windmill) d. Kincir angin bersudut banyak (Multi blade windmill) e. Kincir angin rotor banyak (Multi rotor windmill) f. Kincir angin bersayap layar (Sailwing windmill) Berdasarkan jenis hambatan, kincir angin terdiri dari : a. Kincir angin jenis cross wind savorius b. Kincir angin jenis cross wind paddless Kincir angin tersebut di atas adalah kincir angin berporos horisontal. 2.4. Sistem Konversi dan Penyimpanan Energi Angin (SKEA) Energi yang diperoleh dari angin mula-mula akan dirubah menjadi energi kinetik mekanik oleh kincir angin dalam bentuk gerakan rotasi atau translasi listrik baru akan dikonversikan menjadi energi listrik.. Perlu diingat bahwa besarnya energi angin yang dapat diserap oleh kincir angin setiap saat dapat dirubah (berfluktuasi). Hal ini karena besar dan arah angin pada setiap saat dapat berubah. Oleh karena itu, energi listrik yang didapatkan ada yang langsung dikirim ke beban tetapi ada juga yang perlu disimpan dahulu ke dalam sistem penyimpanan energi. 2.4.1. Sistem Konversi Energi Angin Dengan Sistem Baterry (Accu)

KINCIR ANGIN

GENERATOR LISTTRIKK

BATERY/ ACCU

INVERTER AC

BEBAN DC

Disini energi listrik yang dihasilkan dari generator listrik disimpan ke dalam KINCIR ANGIN beterry, kemudian untuk pemakaian beban AC perlu BATERY/ inverter digunakan TRASMISI Alternator MODEL dahulu sedangkan untuk beban DC langsung dapat dipakai lebih ACCU SAVONIUS 2.4.2. Konversi Energi Angin Dengan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter

Gambar 1. Bagan Sistem Konversi Energi Listrik Dengan Sistem Baterry

REGULATOR AVR

INVERTER

xi

AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR PANEL

OUTPUT/BEBAN


Gambar 2. Bagan Konversi Energi Angin Dengan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter. Disini kincir angin model Savonius yang dipakai karena model savonius ini arah putaran kincirnya kearah kanan, walaupun energi angin yang menggerakkannya datang dari arah yang berbeda-beda. Energi listrik yang dihasilkan oleh Alternator disimpan ke dalam Baterry (Accu) dan tegangannya distabilkan melalui regulator AVR (Automatic Voltage Regulator), kemudian inverter mengubah energi tegangan DC menjadi AC dan diteruskan ke panel dan dari panel tegangan AC dapat langsung dipakai. BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Waktu dan Tempat Waktu pengambilan data dilakukan pada siang hari saat angin berhembus kencang dan stabil selama tiga (3) hari berturut-turut yaitu dimulai pada hari sabtu tanggal 23 Oktober 2003 sampai dengan senin tanggal 25 Oktober 2003. Tempat penelitian di jalan Bay Pass Pantai depan SMU Hasrati Kendari. 3.2. Bahan dan Alat Bahan dan alat yang digunakan sebagai berikut terdiri dari bahan dan alat mekanik dan elektrik. 3.1.1. Bahan dan Alat Mekanik Terdiri Dari: Besi siku ukuran 90 x 90.9 mm sebanyak 1 batang Besi siku ukuran 30 x 30.3 mm sebanyak 1 batang Bearing Besi AS Kincir Angin Besi Penyangga AS 3 buah 1 batang 3 batang

Kincir empat daun dari fiber glas

xii

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idPulley 4 buah masing-masing 2 buah pulley transmisi, 1 buah pulley

AS, dan 1 buah pulley alternator . Pillow blok 1 buah Conex Bearing 2 buah Sabuk (V-belt) 2 buah Baut / sekrop 30 buah

Macam-macam baut yaitu 10 mm, 17 mm , 12 mm 3.1.2. Bahan dan Alat Elektrik, terdiri dari - Alternator - Accu 120 A 12V - Regulator - Inverter 500 Watt - Stop kontak - Saklar lampu 3.3. 220 volt1 buah 2 buah 2 buah 1 buah 1 buah 1 buah

Balon lampu 10 watt merk philips 3 buah TV warna 24 1 buah

Metode Pengambilan Data Metode pengambilan data dilakukan langsung dengan cara pengamatan selama tiga hari secara terus menerus pada alat dan bahan yang dipasang. Adapun para meter yang diamati adalah sebagai berikut : Kecepatan rata-rata putaran rotor penggerak mekanik sebesar 218.rpm/menit Kecepatan rata-rata hembusan angin pada saat penelitian berlangsung menurut data Badan Meteorologi dan Geofisika untuk bulan Oktober 2003 rata-rata 4 m/s Tegangan AC yang dihasilkan yaitu sebesar 500 watt, 220 volt sesuai kapasitas inverter yang digunakan

xiii

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.id3.4. Analisa Data 3.4.1. Perhitungan Penentuan Sabuk Perhitungan sabuk ditentukan dengan rumus sebagai berikut : L = 2C + 2 Dimana : L = Panjang Tali Sabuk C = Jarak antara dua rotor = 3,14 (Tetapan) (dp + Dp) + 1 (Dp - dp)2 (5) 4C

dp = Diameter rotor kecil Dp = Diameter rotor besar 3.4.1.1. Perhitungan V-belt/Sabuk pada Penelitian ini adalah

sebagai berikut : Di dalam penelitian ini sabuk yang digunakan ada dua buah yaitu : 1. Sabuk / V-belt untuk rotor energi dan rotor transmisi5

). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen (L1). Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997

2. Sabuk / V-belt (L2)

untuk rotor trasmisi dan rotor alternator

Dengan perhitungan sebagai berikut 1.Panjang sabuk/ V-belt untuk rotor energi dan rotor transmisi (L1). Alat yang digunakan memiliki ukuran sebagai berikut : Dp = Diameter pulley AS energi = 35 cm dp1= Diameter pulley AS rotor transmisi = 20 cm

xiv

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idC1 = jarak antara pulley AS kincir rotor energi dengan pulley AS rotor transmisi = 40 cm L1 = 2C1+ L1 = 2C1+ 2 3,14 L1 = 2C1+ (dp1 + Dp1) + 1 (20 + 35) + 1 (55) + (15)2 4C1 1 (Dp1 - dp1)2 4C1 (35 - 20)2 4C1

2 3,14

2 172,7 1 L1 = 2(40)+ + (225) 2 4(40) 172,7 225 L1 = 80+ + 2 160

L1 = 80 + 86,35 + 160 L1 = 168 cm Panjang sabuk untuk rotor energi dan rotor transmisi adalah = 168 cm. 2.Panjang sabuk untuk rotor transmisi dan rotor alternator (L2). Alat yang digunakan memiliki ukuran sebagai berikut : Dp2 = Diameter pulley AS rotor transmisi = 42 cm dp2= Diameter puley AS Alternator = 8 cm C2 = jarak antara pulley AS rotor transmisi dengan pulley AS rotor Alternator = 50 cm L2 = 2C2+ L2 = 2C2+ 2 (dp2 + Dp2) + (8 + 42) + 1 1 (Dp2 + dp2)2 4C1 (42 + 8)2 4C2

225

2 3,14

xv

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.id3,14 L2 = 2C2+ L2 = 2(50)+ L2 = 100+ 2 1 (50) + + (34)2 4C2

2 157 2 157 +

1 (1156) 4(50) 1156 200

L2 = 100 + 78,5 + 200 L2 = 184,28 cm

1156

Panjang sabuk untuk rotor transmisi dan rotor alternator adalah = 184 cm. 3.4.2. Perhitungan Putaran Transmisi Perhitungan putaran transmisi adalah menggunakan rumus perbandingan putaran sebagai berikut : i1 =

n1 n2

..................................................................

(6)

Dimana : i = Perbandingan putaran n1 = Putaran poros penggerak energi (rpm) n2 = Putaran poros yang dikehendaki (rpm) Karena pada penelitian ini menggunakan transmisi sehingga terjadi dua langka kerja putaran yaitu : Langka kerja pertama adalah putaran dari poros penggerak energi

ke poros AS penggerak transmisi berdiameter 20 cm

xvi

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idLangka kerja kedua adalah mentransmisi putaran dari poros AS

penggerak transmisi berdiameter 42 cm ke poros AS penggerak Alternator. Dari kedua langka kerja tersebut di atas, maka disimpulkan bahwa transmisi melakukan dua langka kerja sekaligus yang pertama menerima putaran dari poros AS penggerak dari kincir angin. Dan kedua adalah meneruskan putaran ke poros AS penggerak Alternator, sehingga pada transmisi dilengkapi dua6

poros AS penggerak yang berbeda ukuran ). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen diameternya dengan tujuan agar Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997 dapat menambah jumlah putaran yang diterima beberapa kali lipat dari putaran semula Ukuran pertama berdiameter 20 cm berfungsi sebagai input putaran yaitu menerima putaran dari poros AS penggerak energi dari kincir angin., selanjutnya poros AS kedua dengan ukuran diameter 42 cm berfungsi sebagai output putaran yaitu meneruskan putaran untuk memutar poros AS penggerak alternator., selanjutnya masing-masing langkah kerja

perbandingan putarannya dapat dihitung sebagai berikut : i1 = ni2 Dimana : i1

Untuk langkah pertama, perbandingan putarannya sebagai berikut : ni1 = i1 = D1n1 = D2n1 = D2 D1 = n1 n2

= Perbandingan putaran pertama

D1 = Diameter pully penggerak D2 = Diameter pully yang digerakkan ni1 = Jumlah putaran penggerak ni2 = Jumlah putaran yang digerakkan

xvii

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idni1 i1 = ni2 i1 = = i1 = D1n1 = D2n1 = D2 = D1 = n1 n2

1 (rpm) 1,75 (rpm) Atau dengan kata lain pada langka pertama 1 rpm putaran poros AS energipenggerak akan menghasilkan 1,75 rpm putaran pada poros AS transmisi yang berdiameter 20 cm I2 = Untuk langkah kedua, perbandingan putarannya sebagai berikut :

35 20

ni3 Dimana :ni4i2

= Perbandingan putaran kedua

ni3 = Diameter poros pada transmisi dengan ukuran 42 cm ni4 = Diameter poros penggerak alternator (pully) dengan ukuran 8cm. Jadi perbandingan I2 =

ni3 ni4 42 8=

I2 =

1 (rpm) 5,25 (rpm)

Atau dengan kata lain pada langka kedua 1 rpm putaran poros AS transmisi ukuran diameter 42 cm menghasilkan 5,25 rpm putaran poros AS alternator. Berdasarkan hasil perhitungan perbandingan putaran pada langkah pertama dan kedua tersebut di atas, akan dapat ditentukan besarnya perbandingan putaran dari poros AS energi penggerak (dari Kincir Angin) terhadap putaran poros AS Alternator setelah melalui transmisi dengan perbandingan sebagai berikut : It = = i1, diketahui i1 =

Sehingga rumus di atas menjadi

D3 ni3 D4 ni4

1 rpm 1,75 rpm xviii

1 1,75

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idIt = =

It =

D3 D4 42 8

=

1 rpm 1,75 rpm 1 rpm 1,75 rpm

It =

=

It = it =

42 x 1,75 8x1 73,5 1 rpm 9,2 rpm

it = 9,1875 = 9,2 8

Sehingga perbandingan it =

Atau dengan kata lain 1 rpm putaran poros AS penggerak energi dari kincir angin setelah melalui transmisi akan menghasilkan 9,2 rpm putaran poros AS Alternator. 3.4.3. Perhitungan Luas Penampang Daun Koncir Perhitungan luas penampang daur kincir Angin menggunakan rumus : A = P x L m2 ................................................................... ( 7) Dimana : A = Luas penampang daun kincir angin P = Panjangan penampang daun kincir yang digunakan adalah 2,2 meter. L = Lebar penampang daun kincir yang digunakan adalah 0,78 meter Jadi luas penampang A A=PxL A = 2,2 x 0,78 = 1,716 A = 1,7 m2

xix


7

). Sularso, Koyakutsu Suga Perhitungan Daya Yang Dihasilkan Dari Perubahan Energi 3.4.4. Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997

Perhitungan daya yang dihasilkan dari perubahan energi angin menggunakan rumus : P = k . A. V3 ................................................................. (8) Dimana : P = Daya (Kilo watt) k = Konstanta 0.00508 A = Luas penampang daun kincir adalah 1,7 m2 V = Kecepatan rata-rata angin adalah 4 m/s Jadi daya yang dihasilkan P P=k.A.V P = 0,00508 . 1,7 . 43 P = 0,00508 . 1,7 .64 P = 0,00508 . 108,8 P = 0,552704 Kilowatt P = 552,704 P = 553 watt Jadi daya yang dihasilkan dari perubahan negeri adalah 553 watt Perhitungan rpm (putaran) Transmisi Pully Perhitungan putaran transmisi pully dihitung dengan menggunakan rumus :

nr =

30.Vn

rpm

.. (9)

.R (Luther Sule, 1996)Dimana :

xx

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idnr = putaran rotor (rpm) poros energi penggerak dari kincir angin. Vn = Kecepatan normal angin (m/dt) adalah 4 m/s untuk wilayah Kota Kendari dan sekitarnya menurut Data Badan Meteorogi dan Geofisika Kendari. = Rasio kecepatan ujung pada penelitian ini 1 m/s

R = Jari-jari rotor yaitu 35/2 = 17,5 cm R = 0,175 m = 3,14 ). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997 9 ). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 19978

Jadi putaran transmisi pulley adalah :

nr =

30.Vn .R 30.4 .1

rpm

nr = 3,14 .0,175 120 nr = 0,5495 nr = 218,3803458 rpm nr = 218, rpm

rpm

rpm

Jadi putaran rotor energi adalah 218 rpm, maka setelah melalui transmisi maka jumlah putaran Alternator sebesar 218,3803458 x 9,1875 =

2006,369427 rpm.

xxi

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idMenurut pengamatan Alternator chass Accu mulai bekerja mencas pada putaran alternator 1000 rpm sehingga bila kecepatan angin berhembus normal yaitu rata-rata 4 m/s, maka alternator menghasilkan putaran 2006,369427 rpm saat 30 detik dari saat star pertama mencas accu secara terus menerus selama angin tetap berhembus. 3.4.5. Perhitungan Penentuan Putaran rotor kincir untuk menghasilkan jumlah Alternatif Chass. Perhitungan penentuan putaran rotor kincir yang menghasilkan 100 rpm pada rotor alternatif chass menggunakan rumus : D4 D3 = n3 n4 ..................................................... (11)

Dimana : D3 = Diameter pulley trasmisi ukuran = 0,08 m D4 = Diameter pulley transmisi ukuran = 0,42 m n3 = Putaran pulley transmisi n4 = Putaran pulley alternator chass = 1.000 rpm Jadi D4 D3 0,08 0,42 n3 n3 n3 = = 190,476 = 190,5 = = n4 n3 1.000 0,08 x 1.000 0,42 n3

xxii


10

D2 ). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar n1 Perencanaan dan Penelitian Elemen = Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997 ..................................................... (10) D1 n2 Dimana : D1 = Diameter pulley rotor kincir ukuran = 0,2 m D2 = Diameter pulley transmisi ukuran = 0,35 m n1 = Putaran pulley kincir n2 = Putaran pulley transmisi ukuran = 190,5 m Diketahui n3 = n2 D2 D1 0,2 0,35 n3 n3 n3 = = 108,857 = 108,9 rpm = n1 n2 n1 190,5 0,2 x 190,5 0,35

=

10

). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997

3.4.6. Perhitungan Kecepatan Angin Untuk Mencapai Putaran 1.000 rpm Pada Pulley Alternator Chass Perhitungan kecepatan angin untuk mencapai putaran 1.000 rpm

menggunakan rumu : V = . dp. ni 60

xxiii

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idDimana : V = Kecepatan angin dp = diameter rotor kincir = 0,35 m ni = Putaran rotor kincir = 108,9 rpm Jadi V = . dp. ni 60 V V V = = 1,99 = 2 meter/detik 3,14 . 0,35. 108,9 60

Jadi pada saat kecepatan angin mencapai 2 m/detik sudah menghasilkan putaran 1.000 rpm rotor alternator chass ini berarti alternator chass sudah mulai bekerja.

3.5.

Bagan Kincir Angin Untuk Model Savonius Untuk Inverter Energi Listrik Adapun bagannya adalah sebagai berikut :

KINCIR ANGIN MODEL SAVONIUS

TRASMISI

Alternator

BATERY/ ACCU

REGULATOR AVR

INVERTER

AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR xxiv OUTPUT/BEBAN PANEL


3.6.

Gambar 3. Bagan Kincir Untuk Model Savonius Untuk Inverter Pembahasan 3.6.1. Proses Perubahan Energi Mekanik Menjadi Energi Listrik DC10

Pada penelitian ini Perencanaan dan mekanik yang ). Sularso, Koyakutsu Suga Dasar sumber energiPenelitian Elemen dipakai berasal dari alam Mesin Pardnya Paramitha Jakarta 1997 sekitar yaitu dengan memanfaatkan energi angin. Proses perubahan energi ini dengan cara merubah energi angin menjadi energi mekanik (GERAK) melalui bantuan sebuah alat yang disebut kuncir angin. Angin yang berhembus akan menerpa daun kincir sehingga menyebabkan kincir angin tersebut berputar, semakin keras hembusan angin maka semakin cepat pula putaran kincir yang digunakan tersebut. Dengan berputarnya kincir angin maka telah terjadi energi mekanik atau energi gerak. Dan dengan berputarnya pula kincir angin maka dengan sendirinya AS kincir akan ikut berputar. Akibat dari putaran AS kincir tersebut maka pulley, puli transmisi dan pulley Alternator semuanya ikut berputar. Putaran pulley alternator akan menyebabkan rotor pada alternator ikut berputar. Akibat dari perputaran rotor tersebut akan menghasilkan GGL listrik DC, yang berfungsi mencas (mengisi) Accu secara kontinyu. Sesuai pengamatan proses pencasan/pengisian pada Accu akan terjadi setelah putaran rotor mencapai 1000 rpm keatas. Secara terus menerus, dan hal itu dapat dicapai kurang dari 1 (satu) menit.. 3.6.2. Proses Perubahan Energi Listrik Tegangan DC, menjadi Tegangan AC. Energi listrik tegangan DC yang dihasilkan oleh alternator untuk mencas/mengisi Battery (Accu) secara kontinyu serta menstabilkan tegangan DC, yang masuk pada Baterry (Accu) masuk kesebuah alat yang disebut inverter untuk selanjutnya tegangan DC diubah menjadi tegangan AC. Tegangan AC yang dihasilkan tersebut masuk lagi pada sebuah alat yaitu panel untuk selanjutnya tegangan AC yang dihasilkan yaitu sebesar 500 watt, 220 volt bisa digunakan untuk menyalakan lampu listrik, menghidupkan TV maupun radio, serta alat elektronik lainnya..

xxv


BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4. 1 Kesimpulan Dari hasil analisis dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa 1. Prestasi kerja untuk kincir angin model savonius yaitu kincir angin model penampang empat daun dipasang tegak lurus pada AS kincir (berporos vertikal atau tegak) dengan putaran ke arah kanan. Dengan prinsip kerja bahwa setiap ada terpaan / tiupan angin yang mengenai daun kincir, menyebabkan daun kincir tersebut berputar dengan arah putar satu arah yaitu kearah kanan secara terus menerus walaupun angin yang menerpa daun kincir dating dari arah yang berbeda-beda, sehingga energi putar yang dihasilkan dapat stabil dan menghasilkan energi puta yang cukup untuk dapat memulai alternator chass bekerja menchass baterey secara kontinyu, sehingga dapat menstabilkan inverter yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik AC. 2. Elemen-elemen konstruksi kincir angin model savonius adalah penampang daun kincir empat daun dipasang tegak lurus pada AS kincir (berporos vertical) terbuat dari bahan fiber glass, AS kincir, kopel bearing (pil blok) riga buah, dan satu buah pulley kincir. 3. Besarnya tegangan AC yang dihasilkan oleh kincir angin model Savonius ditentukan seberapa besar kapasitas inverter yang digunakan, pada penelitian ini kapasitas inverter yang digunakan adalah 500 watt 220 volt sehingga output tegangan AC yang dihasilkan juga sebesar 500 watt, 220 volt. 4. Semakin besar kecepatan angin, rapat massa udara luas penampang rotor/kincir angin, semakin besar pula daya yang dihasilkan 5. Alternator chass yang digunakan, akan mulai bekerja menchass baterei/accu yaitu pada saat kincir angin mulai berputar sampai mencapai putaran 1.000 rpm/menit ke atas dan ini dicapai kurang dari 1 menit, dan sebagainya, jika kincir tidak berputar atau putaran kuran dari 1000 rpm/menit secara otomatis alternator chass tidak bekerja. 6. Semakin kencang hembusan angin semakin stabil tegangan AC yang dihasilkan. 7. Potensi energi angin ditentukan oleh : Besarnya kecepatan angin. Rapat massa udara

xxvi

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.id4. 2 Luas penampang rotor/kincir angin.

Saran-Saran Sebaiknya penggunaan alat ini dipakai pada daerah-daerah pinggir pantai dan daerah pegunungan yang hembusan anginnya lama bertiup, frekwensi kecepatan anginya tinggi dan daya tahan hembusannya kontinyu.

DAFTAR PUSTAKA

Brown, C.K. Dan Warne, D.F. 1975, An Analysis Of The Potensial For Wind Energi Production In North Westen Ontanion In Wind Power Report, Ontanio Research Foundation Canada. Djati Nursuhut, 1991, Tentang Angin Institut Teknologi Surabaya, Surabaya Djojodiharjo, H. 1993, Aspek Teknologi Ekonomi dari Pemakaian Energi Angin di Indonesia, Bina Aksara, Jakarta,. Golding Harris, 1976, The Generation If Electricity By Wind Power, New York Univercity, USA Haekleman, Am. Michael, 1974, Wind And Windspinners, Peace Press California. Sularso Koyakatsu Suga, 1997 Dasar Perencanaan dan Penelitian Elemen Mesin, Pardnya Paramitha, Jakarta Tobing D.L. 1996 Fisika Dasar, Penerbit Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Luther Sule, Ir. 1996, Pengantar Pemanfaatan Energi Angin, Kendari ABSTRAK ALIFIN (E3C199029), YAHYA KINE (E3C1399032) Dengan Judul Tugas Akhir Analisis Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter Energi Listrik Dibimbing Oleh Ir. Ridway Balaka,M.Eng dan Ir.Salimin.

xxvii

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HALUOLEO PROGRAM DIPLOMA (D3) TEKNIK Jl. Mayjen S. Parman Telp./Fax. (0401)31503 Kendari 93121 E-mail : ridway-d3tek@kendari. Wasantara.net.idTugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui prestasi kincir angin, kekuatan material elemen-eleman konstruksi kincir angin untuk dapat menghasilkan tegangan listrik dari tegangan DC menjadi tegangan AC. Prinsip kerjanya adalah angin memutas kencir menghasilkan energi mekanik untuk mencas sumber energi listrik DC. Jika henbusan angin normal, secara kontinyu akan menstabilkan sumber energi listrik DC secara terus menerus akan menghasilkan energi listrik AC sebesar inverter yang digunakan (500 watt 220 volt), sehingga dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga pada daerah-daerah pinggiran pantai dan daerah pegunungan yang belum terjangkau oleh PLN.

xxviii

Documents

Alifin PDAM