Skripsi

PEMANFAATAN TURBIN ANGIN DUA SUDU SEBAGAI PENGGERAK

MULA ALTERNATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

ANGIN

Diajukan dalam rangka menyelesaikan program studi Strata I untuk mencapai gelar Sarjana Pendidikan

Disusun oleh :

Nama : Hery Alamsyah

NIM : 5301402005 Program Studi : Strata I Pendidikan Teknik Elektro Jurusan : Teknik Elektro

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2007

ABSTRAK

Hery Alamsyah, 2007. Pemanfaatan Turbin Angin Dua Sudu Sebagai Penggerak Mula Alternator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Skripsi S1. Program Studi Pendidikan Teknik Elektro. Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.

Kata Kunci : Turbin angin, Alternator Krisis energi yang terjadi di abad 21 ini sangat signifikan, dikarenakan exsploitasi sumber daya alam yang sangat berlebihan. Sehingga tidak adanya energi yang akan dipakai lagi untuk anak dan cucu kita. Masa depan sangat suram jika kita tidak memperbaiki mulai saat ini. Untuk itulah, pemanfaatan energi terbarukan harus segera dimanfaatkan seoptimal mungkin untuk mempertahankan keberlangsungan energi, demi kebutuhan manusia dimasa yang akan datang. Fokus penelitian ini adalah memanfaatkan energi yang diperbaharui yaitu energi angin. Dengan pemanfaatan turbin angin dua sudu sebagai penggerak mula alternator pada pembangkit listrik tenaga angin. Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah bagi mahasiswa dapat memahami kegunaan turbin angin sebagai pembangkit listrik tenaga angin. Bagi dosen, dapat dijadikan media penelitian dengan skala yang lebih besar lagi. Bagi pemerintah, dapat dijadikan masukan referensi untuk pembangkit listrik tenega angin untuk kepentingan masyarakat indonesia. Pemanfaatan energi angin ini, dilakukan beberapa tahap, yaitu: 1) Menentukan besaran sudu 2) Membuat prosedur penelitian 3) Mencari data Angin daerah Gunung Pati 4) Mengaplikasikan alat 5) Mencatat hasi penelitian 6) Evaluasi. Sedangkan metode pengumpulan data dengan cara metode one shot case study dengan pola eksperimen, Penelitian Turbin Angin Dua Sudu ini telah diujicobakan pada Technic Research Club TIM PIMNAS Malang 2006 Fakultas Teknik Unnes. Adapun penelitian dan pengambilan data dilakukan di Lab.TRC Gedung E2 Fakultas Teknik Unnes. Dari hasil ekperimen yang telah didapatkan, hubungan antara output tegangan dan daya berbanding lurus dengan kecepatan alternator. Berdasarkan pengujian diatas menunjukan ekperimen turbin dua sudu ini terhadap alternator sudah baik dan layak digunakan sebagai referensi penelitian terhadap turbin angin dua sudu. Berdasarkan hasil penelitian, perbaikan dan pengembangan ekperimen ini sangat diperlukan, terutama pada kecepatan angin dan pengaruhnya terhadap putaran alternator yang lebih cepat. Sebaiknya pengujian yang dilakukan didaerah yang memiliki kecepatan angin yang cepat dan konstan perharinya.

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto :

Kalian adalah umat terbaik yang dilahirkan untuk manusia, menyuruh kapada yang maruf, mencegah dari yang munkar dan beriman kepada Allah swt. (QS. Ali Imran : 110)

The Best of you is the most contributing for people (HR.Tirmidzi)

Yesterday is a history, Tomorrow is mistery, Today is a gift, thats why we call it present (Proverb)

Persembahan : Allah swt dan Nabi Muhammad saw sebagai bukti

cinta hamba terhadap dawah ini.

Ibunda dan Ayahanda, yang telah memberikan

cinta dan kasih sayangnya.

Kakak-kakaku tercinta Taufik S.Kom, Indra

Gunawan S.Kom. SH, dan Maria Ulfa SS. MSc.

Nurul Hasanah SH, sebagai penasihat pribadi yang

selalu mengingatkan dan memberikan motivasi

dalam menyelesaikan skripsi ini.

Teman-teman PTE 2002, thanks for everything.

KATA PENGANTAR

Setinggi-tinggi pujian hanya bagi Allah swt, Sang pemilik kerajaan langit

dan bumi. Sholawat serta salam dihaturkan bagi Rosululloh Muhammad Saw, dan

seluruh manusia yang menyerukan kebenaran. Syukur sebagai bukti atas nikmat

yang diberikan-Nya, sehingga penyusun diberikan izin dan kemudahan dalam

menyelesaikan skripsi dengan judul Pemanfaatan Turbin Angin Dua Sudu

Sebagai Penggerak Mula Alternator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

dalam rangka menyelesaikan studi Strata Satu untuk mencapai gelar Sarjana

Pendidikan di Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Selanjutnya

penyusun menghaturkan terima kasih atas bantuan dan peran yang tidak dapat

didefinisikan satu persatu pada tahapan penyelesaian skripsi ini, kepada :

1. Prof. Dr. H. Sudijono Sastroatmodjo, M.Si Rektor Universitas Negeri

Semarang.

2. Prof. Dr. Soesanto, M.Pd, Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang.

3. Drs. Djoko Adi Widodo, M.T, Ketua jurusan Teknik Elektro Universitas

Negeri Semarang.

4. Drs. Suwadi Pembimbing I yang telah membantu dalam penyelesaian

skripsi ini, terima kasih untuk nasihat, arahan, dan bimbingannya ini.

5. Drs. Agus Suryanto, M.T Pembimbing II yang telah membantu dalam

penyelesaian skripsi ini.

6. Para Naqib dan Murobbi yang telah membinaku menjadi orang yang bermanfaat bagi orang lain. Jazakumullohu Khairon Katsiro.

7. Nuzul Setiawan S.Km My best friends dan teman seperjuangan.

8. Ikhwan dan Akhwat UNNES thanks for everything bersama kalian bikin hidup lebih hidup.

9. Fungsionaris Bem KM Unnes 2006 yang menjadi keluarga dalam

perubahan dan pergerakan didunia kampus unnes.

10. KAMMI Komisariat Universitas Negeri Semarang sebagai wadah

pergerakanku mencari identitas dalam perjuangan.

11. FUMMADA (Forum Ukhuwah Mahasiswa Muslim Angkatan 2002) perjuangan kita masih sangat panjang.

12. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah membantu

dan memberikan dorongan dalam penyelesaian skripsi ini.

Demikian, semoga skripsi yang telah penulis susun ini dapat bermanfaat

bagi pembaca dan perkembangan skripsi pendidikan.

Semarang, 1 Juli 2007

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat

karena hampir semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi.

Misalnya untuk penerangan, proses industri atau untuk menggerakkan

peralatan rumah tangga diperlukan energi listrik, untuk menggerakkan

kendaraan baik roda dua maupun empat diperlukan bensin, serta masih

banyak peralatan di sekitar kehidupan manusia yang memerlukan energi.

Sebagian besar energi yang digunakan di Indonesia berasal dari energi

fosil yang berbentuk minyak bumi dan gas bumi. Ketergantungan terhadap

bahan bakar fosil setidaknya memiliki tiga ancaman serius, yakni:

1. Menipisnya cadangan minyak bumi.

2. Kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang

lebih besar dari produksi minyak.

3. Polusi gas rumah kaca (terutama CO2) akibat pembakaran bahan

bakar fosil.

Kadar CO2 saat ini disebut sebagai yang tertinggi selama 125 tahun

belakangan, efek buruk CO2 terhadap pemanasan global telah disepakati

hampir oleh semua kalangan. Hal ini menimbulkan ancaman serius bagi

kehidupan makhluk hidup di muka bumi. Oleh karena itu, pengembangan

dan implementasi bahan bakar terbarukan yang ramah lingkungan perlu

mendapatkan perhatian serius dari berbagai negara. Pemerintah

sebenarnya telah menyiapkan berbagai peraturan untuk mengurangi

ketergantungan terhadap bahan bakar fosil (misalnya: Kebijakan Umum

Bidang Energi (KUBE) tahun 1980 dan Keputusan Menteri Pertambangan

dan Energi No. 996.K / 43 / MPE / 1999 tentang prioritasi penggunaan

bahan bakar terbarukan untuk produksi listrik yang hendak dibeli PLN).

Namun sayang sekali, pada tataran implementasi belum terlihat adanya

usaha serius dan sistematik untuk menerapkan energi terbarukan guna

substitusi bahan bakar fosil. (Yuli Setyo : 2005)

Pemanfaatan energi angin sebenarnya bukan barang baru bagi umat

manusia. Semenjak 2000 tahun lalu teknologi pemanfaatan sumber daya

angin dan air sudah dikenal manusia dalam bentuk kincir angin (wind

mills). Selain ramah lingkungan, sumber energi ini juga selalu tersedia

setiap waktu dan memiliki masa depan bisnis yang menguntungkan. Kini

sebagian besar negara maju di Eropa dan Amerika Serikat telah

memanfaatkan sumber energi ini. Pada masa awal perkembangannya,

teknologi energi angin lebih banyak dimanfaatkan sebagai sulih tenaga

manusia dalam bidang pertanian dan manufaktur, maka kini dengan

teknologi dan bahan yang baru, manusia membuat turbin angin untuk

membangkitkan energi listrik yang bersih, baik untuk penerangan, sumber

panas atau tenaga pembangkit untuk alat-alat rumah tangga. Menurut data

dari American Wind Energy Association (AWEA), hingga saat ini telah

ada sekitar 20.000 turbin angin diseluruh dunia yang dimanfaatkan untuk

menghasilkan listrik. Kebanyakan turbin semacam itu dioperasikan di

lahan khusus yang disebut ladang angin (wind farm).

Di negara-negara Eropa, pemanfaatan sumber energi yang dapat

diperbaharui diperkirakan bakal mencapai 8% dari permintaan energi di

tahun 2005. Energi angin menjadi salah satu alternatif yang banyak dipilih

dan sekaligus berfungsi mengurangi emisi gas karbondioksida (CO2) yang

dihasilkan oleh perangkat sumber energi sebelumnya. Tujuh tahun

belakangan ini, kapasitas energi angin terpasang di Eropa melonjak hingga

40% per tahun dan saat ini kapasitas tersebut dapat memenuhi kebutuhan

listrik lebih dari 5 juta kepala keluarga. Industri energi tenaga angin

diperkirakan bakal memiliki kapasitas 40.000 MW (mega Watt) yang

dapat mencukupi kebutuhan listrik untuk 50 juta kepala keluarga pada

tahun 2010. Energi angin adalah energi yang relatif bersih dan ramah

lingkungan karena tidak menghasilkan karbon dioksida (CO2) atau gas-gas

lain yang berperan dalam pemanasan global, sulphur dioksida dan nitrogen

oksida (jenis gas yang menyebabkan hujan asam). Energi ini pun tidak

menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan ataupun manusia.

Meski demikian, harap diingat bahwa sekecil apapun semua bentuk

produksi energi selalu memiliki akibat bagi lingkungan. Hanya saja efek

turbin angin sangat rendah, bersifat lokal dan mudah dikelola. Di samping

itu turbin atau kincir angin memiliki pesona tersendiri dan menjadi atraksi

wisata yang menarik, seperti misalnya saja kincir-kincir angin di negeri

Belanda. (Nanang Okta : 2006)

B. Permasalahan

Permasalahan yang muncul dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimanakah mengaplikasikan turbin angin dua sudu untuk

penggerak mula alternator mobil ?

2. Berapakah daya dan tegangan yang dihasilkan oleh alternator mobil ?

C. Pembatasan Masalah

Hasil yang dicapai akan optimal jika skripsi ini membatasi

permasalahan. Permasalahan yang akan dikaji dalam skripsi ini adalah :

1. Penelitian ini hanya membahas sejauh mana kemampuan turbin untuk

menggerakan sebuah alternator mobil.

2. Penelitian ini hanya menghitung daya dan tegangan yang dihasilkan

dari jumlah putaran.

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah

1. Mengetahui kemampuan turbin angin dua sudu untuk penggerak mula

alternator mobil

2. Mengetahui berapa daya dan tegangan yang dihasilkan dari alternator

E. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah :

1. Bagi Mahasiswa elektro, dapat memahami mengenai kegunaan turbin

angin sebagai pembangkit tenaga listrik.

2. Bagi Dosen, dapat dijadikan sebagai media untuk penelitian dengan

skala yang lebih besar lagi.

3. Bagi Pemerintah, dapat dijadikan sebagai masukan referensi untuk

pembangkit listrik tenaga angin dan dimanfaatkan untuk kepentingan

masyarakat Indonesia.

F. Penegasan Istilah

Penegasan istilah bertujuan untuk menghindari salah pengertian dan

memperjelas maksud penelitian dengan judul Pemanfaatan Turbin Angin

Dua Sudu Sebagai Penggerak Mula Alternator Pada Pembangkit Listrik

Tenaga Angin.

1. Turbin

Mesin atau motor yang roda penggeraknya berporos dengan sudu

(baling-baling) yang digerakan oleh aliran air, uap dan udara.

(Kamus Besar Bahasa Indonesia)

2. Angin

Gerakan udara dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah yang

bertekanan rendah. (Kamus Besar Bahasa Indonesia)

3. Sudu

Daun mekanis dari suatu roda gerak turbin yang dijalankan oleh

air, uap dan angin. (Kamus Besar Bahasa Indonesia)

4. Generator

Sebuah mesin listrik yang dapat mengubah daya mekanis menjadi

daya listrik. (Drs. Yon Rijono, 2002:107)

5. Alternator

Generator elektris yang digerakan untuk menghasilkan arus bolak-

balik. (Kamus Besar Bahasa Indonesia)

G. Sistematika Penulisan Skripsi

Untuk memperjelas dan memudahkan penyusunan skripsi ini maka

penulis mencantumkan sistematikanya, adapun sistematika tersebut

adalah:

1. Bagian awal, terdiri dari: judul, pengesahan, motto dan persembahan,

kata pengantar, abstrak, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel dan

daftar lampiran.

2. Bagian isi yang terdiri dari:

a. BAB I Pendahuluan, berisi latar belakang, permasalahan,

pembatasan masalah, penegasan istilah, tujuan istilah, manfaat

penelitian metedologi penelitian dan sistematika penulisan skripsi.

b. BAB II Landasan Teori. Dalam landasan teori akan diuraikan

mengenai prinsip pembangkit listrik, karakteristik turbin dan

prinsip kerja turbin, serta keadaan angin.

c. BAB III Metode Penelitian, bab ini akan menguraikan tentang

penentuan obyek penelitian, metode pengumpulan data, alat dan

bahan yang digunakan, prosedur penelitian serta metode analisis

data.

d. BAB IV merupakan hasil penelitian dan pembahasan. Dalam bab

ini diuraikan tentang hasil penelitian yang dilakukan dilapangan,

analisis data serta pembahasan.

e. BAB V penutup, berisi simpulan dan saran. Bagian akhir berisi

daftar pustaka serta lampiran lampiran.

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Turbin Angin

1. Jenis Turbin Angin

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi dua

jenis turbin angin Propeller dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis

turbin inilah yang kini memperoleh perhatian besar untuk

dikembangkan. Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah

digunakan adalah untuk memompa air dan pembangkit tenaga listrik.

Turbin angina terdiri atas dua jenis, yaitu :

a. Turbin angin Propeller adalah jenis turbin angin dengan poros

horizontal seperti baling baling pesawat terbang pada umumnya.

Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang

paling tinggi kecepatannya.

b. Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi

angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak.

Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun

1920. Keuntungan dari turbin jenis Darrieus adalah tidak

memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu

mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti

pada turbin angin propeller.

Gambar 2.1 Turbin angin Propeller dan Darrieus

Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer.

Anemometer jenis mangkok adalah yang mempunyai sumbu vertikel

dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.

Gambar 2.2 Anemometer

Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung

secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut

angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah

anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan

fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul

molekul udara. ( M. Safarudin : 2003)

Kecepatan angin minimun untuk menggerakan sebuah turbin

angin berskala kecil (10 kW), dapat menghasilkan listrik dengan

kecepatan angin rata-rata sebesar 3 m/s. Sedangkan untuk turbin angin

berskala besar (100 kW) dapat menghasilkan listrik dengan kecepatan

angin rata-rata sebesar 5 m/s. ( Yuli Setyo : 2005)

2. Mekanisme Turbin Angin

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan

menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik

ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan

didistribusikan kerumah rumah, kantor, sekolah, pabrik dan

sebagainya.

Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain

yang umum adalah jenis turbin dua bilah. Jadi, bagaimana turbin angin

menghasilkan listrik? Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari

kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin,

seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk

membuat listrik.

Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah

poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik.

Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50 750 kilowatt. Sebuah

turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan,

piringan parabola, atau pemompa air.

Sistem semula jadi pengudaraan digerakkan oleh tiga kaidah :

1. Tekanan Angin

2. Kesan Tingkat (perbedaan suhu)

3. Campuran tekanan angin & perbedaan suhu

( M. Safarudin : 2003)

3. Kontruksi Turbin Angin

Kontruksi turbin angin secara umum dijelaskan oleh Wikipedia

Indonesia, terdiri dari sudu, gearbox, break system, generator,

penyimpan energi, dan Rectifier-inverter.

a. Sudu

Sudu merupakan bagian dari sebuah kincir angin berupa pelat

yang rata. Bila sejumlah udara dengan kecepatan bergerak melalui

bidang seluas R2 (luas sudu), maka daya yang terdapat di dalam angin

dapat ditentukan dengan rumus :

P = 3 R2

P = Daya (watt)

= Kerapatan udara (Kg/m3)

v = Kecepatan angin (m/s)

R = Luas sudu (m2)

Energi kinetik dari satu m3 udara yang bergerak, ditentukan

dengan rumus :

E = 2

E = Energi (Joule)

= Kerapatan udara (Kg/m3)

v = Kecepatan angin (m/s)

Untuk mendapatkan hasil yang optimal maximal dari

sebuah kincir angin maka perlu diperhatikan sebagai berikut :

1. Bentuk sudu seperti sekerup atau memuntir, sehingga

aerodinamisnya semakin baik.

2. untuk mendapatkan energi yang lebih baik sayap sayap

dipasang langsung pada rotor.

3. untuk sudu yang ideal berjumlah 3 buah sudu, karena

menghasilkan pembagian gaya dan keseimbangan yang lebih

baik. ( Harm Hofman : 1987)

b. Gearbox

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada

kincir menjadi putaran tinggi. Dalam pemeliharaannya digunakan

oli untuk menjaga permukaan harus tetap pada ukurannya, dari

waktu ke waktu harus diisi dengan oli yang baru. Agar kondisi

gearbox bisa tahan lama.

Gambar 2.3 Gearbox Sumber: Wikipedia indonesia

c. Brake System

Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah

gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang

besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja

aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan

energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah

ditentukan. Kehadiran angin diluar akan menyebabkan putaran

yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi

maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan

akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown,

kawat pada generator putus, karena tidak dapat menahan arus yang

cukup besar.

d. Generator

Generator AC dan generator DC memiliki perbedaan

prinsip. Untuk generator DC kumparan jangkar ada pada bagian

rotor dan terletak di antara kutub-kutub magnit yang tetap di

tempat, diputar oleh tenaga mekanik. Pada generator AC,

konstruksinya sebaliknya yaitu, kumparan jangkar disebut juga

kumparan stator karena berbeda pada tempat yang tetap, sedangkan

kumparan rotor bersama-sama dengan kutub magnet diputar oleh

tenaga mekanik.

Gambar 2.4 Konstruksi generator sinkron ( Yon Riyono : 2002)

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit

kumparan medan magnet yang terletak di antara kutub magnet

utara dan selatan diputar oleh tenaga air atau tenaga lainnya, maka

pada kumparan rotor akan timbul medan magnet atau fluks yang

bersifat bolak-balik atau fluks putar. Flux putar ini akan

memotong-motong kumparan stator, sehingga pada ujung-ujung

kumparan stator timbul gaya gerak listrik karena pengaruh induksi

dan flux putar tersebut. Gaya gerak listrik (ggl) yang timbul pada

kumparan stator juga bersifat bolak-balik, atau berputar dengan

kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar rotor.

1. Generator AC

Pada generator AC dipakai sebuah medan magnetik

yang berputar sehingga energi listrik dan lilitan stator dapat

dikeluarkan. Arus penguatan untuk rotor dihasilkan oleh satu

atau lebih lilitan generator yang dipasang pada poros dimana

juga rotor terpasang. Listrik yang dihasilkan disearahkan

dengan bantuan dioda. Dioda adalah elemen pengantar

tanggung yang meneruskan arus listrik hanya pada satu arah.

Generator AC jenis praktis menghasilkan arus bolak-

balik tiga fase dengan frekuensi yang tergantung dan jumlah

putaran rotor. Hal ini praktis tidak memungkinkan

penghubungan jaringan (50Hz), kecuali kalau dengan

perantaraan pengaturan putaran jaringan dapat

disinkronisasikan. Jika generator ini dihubungkan dengan

sebuah jembatan perata arus, maka dapat diperoleh arus searah

dengan keuntungan yang telah disebut terdahulu.

2. Generator DC

Bekerjanya generator DC berdasarkan pengaruh timbal-

balik antara medan-medan magnetik dari stator dan rotor. Di

dalam lilitan stator, arus tiga fase yang dihubungkan

membangkitkan medan megnetik yang berputar.

Karena ini terjadilah medan magnetik di dalam rotor

sehingga di dalam lilitan-lilitan yang dihubungkan dengan

singkat, mengalir arus. Sebagai akibatnya arus ini mengubah

medan rotornya sedemikian rupa sehingga rotor itu berputar. Di

medan rotor dan medan stator selalu harus ada perubahan,

sebab kalau tidak begitu mesinnya tidak dapat bekerja.

Jadi, rotor itu tidak akan pernah berputar sinkron

dengan medan rotor. Kalau motornya yang berputar, rotor itu

berputar mengikuti medan stator. Perbedaan antara putaran

rotor dan medan stator disebut selip dan dinyatakan dengan

proses dan putaran sinkron. Bila rotor ini berputar lebih cepat

dan pada medan stator, maka mesinnya bekerja sebagai

generator. Juga di sini terdapat selip. Tegangan yang dihasilkan

adalah sefase dengan tegangan jaringan; variasi jumlah putaran

(dalam batas-batas tertentu) diserap oleh selip.

a. Keuntungan generator DC

1) Generator ini tidak begitu peka terhadap gangguan.

Di dalamnya tidak terdapat sikat-sikat arang, gelang-

gelang seret dan pengaturan-pengaturan yang mudah

rusak. Terutama bagi kincir angin, hal ini sangat

penting karena kincir angin tidak mudah dimasuki

untuk perawatan.

2) Sedikit variasi pada jumlah putaran ditampung oleh

selip, sehingga alat-alat yang mahal untuk

mengkonstarikan putaran tidak diperlukan.

3) Sebuah generator menghasilkan arus setelah diperkuat

oleh tegangan jaringan. Jadi, generator itu merupakan

suatu keseluruhan dengan jaringan.

b. Kekurangan generator DC

1) Mesinnya memerlukan arus mati jaringan. Walaupun

arus mati sebenarnya tidak membangkitkan daya di

dalam mesin, tetapi itu dapat menimbulkan kerugian

pada kawat-kawat dimulai dan sentral. Dampak ini

dapat dibatasi dengan kompensasi arus mati.

2) Arus gerak awal sangat tinggi, sehingga akibat dan

menurunnya tegangan pada saluran-saluran dapat

terjadi kelipan inisalnya pada cahaya lampu.

Sebuah varian pada generator DC adalah mesin nadi

gelang seret. Di sini lilitan rotornya tidak dihubungkan secara

singkat, tetapi dikeluarkan melalui gelang-gelang seret. Dengan

mengatur arus rotorya, beberapa variasi yang lebih besar dalam

jumlah putarannya masih dapat diserap.

e. Penyimpan energi

Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak

sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik

pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan

energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban

penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika

kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan

permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu

kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika

terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau

saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan

energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan

energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai

alat penyimpan energi listrik adalah accu mobil. Accu mobil

memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Accu 12

volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang

lebih) selama 0.5 jam pada daya 780 watt.

Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini

memerlukan catu daya DC (Direct Current) untuk meng-

charge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu

daya AC (Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan

rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini.

f. Rectifier-inverter

Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan

gelombang sinusoidal (AC) yang dihasilkan oleh generator

menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika

dibutuhkan daya dari penyimpan energi (accu/lainnya) maka catu

yang dihasilkan oleh accu akan berbentuk gelombang DC. Karena

kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC ,

maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang

dikeluarkan oleh accu menjadi gelombang AC, agar dapat

digunakan oleh rumah tangga.

g. Jenis Menara

1) Menara Kerangka

Kontruksi menara ini terdiri dari besi besi siku yang

dibuat sedemikian rupa hingga menjadi sebuah menara,

tingginya disesuaikan dengan kebutuhan. Menara ini juga

biasa terbuat dari besi bulat atau baja, sehingga menara lebih

tahan lama.

2) Menara Pipa

Menara ini terbuat dari sebuah pipa yang mempunyai

kawat-kawat sebagai penegak tiang, dan kawat-kawat

tersebut harus diikat dengan jangkar, maka pondasinya dapat

lebih ringan. Dengan adanya kawat penegak tiang menara

tidak mudah tumbang, tetapi dalam pemasangan manara pipa

ini membutuhkan lahan yang cukup luas.

B. Angin

Pengertian angin adalah gerakan udara dari daerah yang bertekanan

tinggi ke daerah yang bertekanan rendah. (Kamus Besar Bahasa

Indonesia)

1. Pengudaraan Oleh Tekanan Angin

Dalam iklim panas-lembab, kelajuan angin diperlukan untuk

menyejukkan kulit. Angin yang ada perlu ditangkap dan digunakan

sepenuhnya. Kesan angin berlebihan dapat dikontrol menggunakan

kaidah manual atau otomatik. Apabila angin bertiup dan mengenai

bangunan, tekanan statik terbentuk di bangian dinding luar dan

ditentukan oleh arah angin. Penyebaran tekanan angin dipengaruhi

beberapa faktor :

a. Bentuk bangunan

b. Kelajuan angin dan arah

c. Lokasi dan lingkungan

Tekanan permukaan positif di bagian angin datang dan negatif

di bagian belakang angin. Walau bagaimanapun, tekanan pada sisi

boleh jadi negatif atau positif bergantung kepada sudut tuju angin dan

bentuk bangunan.

2. Keadaan angin setempat

Angin merupakan faktor penting. Angin merupakan gerakan

udara terhadap permukaan bumi. Kecepatan gerakan udara itu

dinamakan kecepatan angin . Adalah tidak mungkin untuk mengukur

kecepatan angin tiap detik dan mencatatnya sesudah 25 tahun. Hal ini

akan menjurus kepada keseluruhan yang tidak mudah dilihat

Di sini dipakai rata rata ( jumlah dari hasil pengamatan dibagi

oleh jumlah pengamatan). Biasanya kita membatasi jumlah

pengamatan itu. Untuk memperbaiki ikhtisarnya, biasanya hasil

dijadikan ke dalam apa yang disebut pembagian frekuensi dalam

bentuk tabel atau grafik. Selanjutnya beberapa hasil ke dalam interval

tertentu menjadi apa yang disebut kelas. Di sini perbedaan antara hasil

dalam data dasarnya dihapus.

Di sini diberikan sebuah ikhtisar perbandingan dari skala

meter/detik dan skala Beaufort.

Tabel 2.1 Ikhtisar perbandingan dari skala meter/detik

Uraian jelas dari angin Skala

Beaufort Skala Petersen Lazim dipakai dilaut Lazim

dipakai didarat

Kecepatan Angin (m/s)

0 Datar Suasana sunyi Tidak ada angin 0-0,2 0-1

1 Datar Lemah dan sunyi Angin lemah 0,3-1,5 2-5

2 Riakan ringan Kesejukan lemah Angin lemah 1,6- 3,3 6-11

3 Riakan sampai

bergelombang ringan Kesejukan ringan Angin sedang 3,4-5,4 12-19

( Harm Hofman : 1987 )

3. Metoda pendekatan untuk hasil

Pengubahan energi mekanis menjadi energi elektris dengan

bantuan mesin sinkron dari sebuah turbin angin yang dirancang adalah:

P = 3 R2

P = Daya (watt)

= Kerapatan udara (Kg/m3)

v = Kecepatan angin (m/s)

R = Luas sudu (m2)

4 Bergelombang Kesejukan sedang Angin sedang 5,5-7,9 20-28

5 Dahsyat Angin sepoi

sepoi yang segar

Angin yang

cukup kencang 8,0-10,7 29-38

6 Laut yang agak

dahsyat

Angin sepoi

sepoi yang kaku Angin kencang 10,8-13,8 39-49

7 Laut yang liar - Angin keras 13,9-17,1 50-61

8 Laut yang tinggi - Angin taufan 17,2-20,7 62-74

9 Laut yang tinggi - Taufan 20,8-24,4 75-88

10 Laut yang sangat

tinggi - Taufan berat 24,5-28,4 89-102

11 Laut yang luar biasa

tinggi - Badai 28,5-32,6 103-117

12 Dan liar - Badai > 32,6 > 117

Gambar 2.5 Generator Sumber: Wikipedia indonesia

C. Alternator

1. Prinsip Alternator

a. Magnet berputar di dalam kumparan

Arus listrik dibangkitkan dalam kumparan pada saat

kumparan diputarkan dalam medan magnet. Jenis arus listrik yang

dibangkitkan adalah arus bolak-balik yang arah alirannya secara

konstan berubah-ubah dan untuk merubahnya menjadi arus searah,

diperlukan sebuah komutator dan brush (sikat-sikat). ini adalah

untuk menarik arus searah yang dibangkitkan pada setiap stator

coil. Armatur dengan komutator dapat diputarkan di dalam

kumparan. Akan tetapi, konstruksi armatur akan menjadi rumit dan

tidak dapat diputarkan pada kecepatan tinggi. Kerugian yang

lainnya adalah bahwa arus mengalir melalui komutator dan sikat

(brush), maka keausan akan cepat terjadi karena adanya lompatan

api.

Mendapatkan arus searah dapat dilakukan dengan

menyearahkan arus bolak-balik yang dihasilkan oleh stator coil

tetap sebelum dijadikan output dengan menggunakan rectifier, atau

dengan cara mengganti putaran stator coil dengan memutarkan

magnet dalam kumparan. Semakin besar volume listrik yang

dibangkitkan di dalam kumparan, maka kumparan semakin panas

dikarenakan aliran arus. Oleh karena itu, pendinginan akan menjadi

lebih baik kalau stator coil ditempatkan di luar dengan rotor coil

berputar di dalamnya.

Untuk tujuan itulah maka alternator mobil menggunakan

kumparan pembangkit (stator coil) dengan magnet (rotor coil) di

dalamnya (perhatikan Gambar 2.6).

Gambar 2.6 Magnet berputar di dalam kumparan (Toyota-Astra Motor : 1994)

b. Kumparan menghasilkan elektromagnet

Biasanya, komponen - komponen kelistrikan mobil

menggunakan tegangan listrik 12 atau 24 volt dan alternator untuk

sistem pengisian harus menghasilkan tegangan tersebut.

Listrik dibangkitkan pada saat magnet diputarkan di dalam

kumparan dan besarnya tergantung pada kecepatan putaran

magnet. Jadi, melalui proses induksi elektromagnet, semakin cepat

kumparan memotong garis-garis gaya magnet semakin besar

kumparan membangkitkan gaya gerak listrik. Selanjutnya dapat

kita lihat bahwa tegangan berubah-ubah tergantung pada kecepatan

putaran magnet.

Untuk memperoleh tegangan yang tetap, maka diperlukan

putaran magnet yang tetap, ini tidak mungkin dipertahankan karena

mesin akan berputar dengan kecepatan yang tidak tetap sesuai

dengan kondisi pengemudian. Untuk mengatasi kesulitan ini,

sebagai pengganti magnet permanen maka dipakai elektromagnet

untuk mempertahankan tegangan supaya tetap (Gambar 2.7).

Elektromagnet, garis gaya magnetnya berubah-ubah sesuai dengan

putaran alternator.

Gambar 2.7 Kumparan menghasilkan elektromagnet (Toyota-Astra Motor : 1994)

Elektromagnet mempunyai inti besi dengan kumparan

dililitkan disekelilingnya. Pada saat arus mengalir melalui

kumparan, inti besi akan menjadi magnet. Besarnya magnet yang

dibangkitkan tergantung besarnya arus yang mengalir melalui

kumparan, jadi pada saat alternator berputar dengan kecepatan

rendah arusnya naik, sebaliknya jika alternator berputar dengan

kecepatan tinggi arusnya menurun. Arus yang mengalir melalui

elektromagnet diberikan oleh baterai dan besarnya diatur oleh

voltage regulator. Karena dalam ini, maka alternator akan

mengalirkan tegangan yang tetap meskipun putaran mesin

berubah-ubah.

c. Arus bolak-balik tiga fase

Pada saat magnet berputar di dalam kumparan akan timbul

tegangan diantara kedua ujung kumparan, ini akan memberikan

kenaikan pada arus bolak-balik.

Hubungan antara arus yang dibangkitkan dalam kumparan

dengan posisi magnet adalah seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.8. Arus tertinggi akan bangkit pada saat kutub N dan S

mencapai jarak yang terdekat dengan kumparan. Bagaimanapun,

setiap setengah putaran arus akan mengalir dengan arah yang

berlawanan. Arus yang membentuk gelombang sinus dengan cara

ini disebut "arus bolak-balik satu fase". Perubahan 360 pada grafik

berlaku untuk satu siklus dan banyaknya perubahan yang terjadi

pada setiap aetik disebut dengan "frekuensi".

Gambar 2.8 Gelombang sinus pembangkitan arus bolak-balik satu fase (Toyota-Astra Motor : 1994)

Untuk membangkitkan listrik dengan lebih efisien,

alternator mobil menggunakan tiga kumparan yang dirangkai

seperti terlihat pada gambar 2.9. Masing-masing kumparan A, B,

dan C berjarak 120. Pada saat magnet berputar diantara mereka,

akan bangkit arus bolak-balik pada masing-masing kumparan.

Gambar menunjukkan hubungan antara ketiga arus bolak-balik

dengan magnet. Listrik yang mempunyai tiga arus bolak-balik

seperti ini disebut "Arus bolak-balik tiga fase", alternator mobil

membangkitkan arus bolak-balik tiga fase.

Aru

s

Putaran magnet terhadap kumparan

Gambar 2.9 Pembangkitan arus bolak-balik tiga fase (Toyota-Astra Motor : 1994)

Gambar 2.10 Gelombang sinus pembangkitan arus bolak-balik tiga fase (Toyota-Astra Motor : 1994)

d. Penyearahan

Bagian-bagian kelistrikan mobil membutuhkan arus searah

untuk kerjanya dan baterai memerlukan arus searah untuk

pengisian.

Alternator menghasilkan arus bolak-balik tiga fase tetapi

sistem pengisian tidak dapat menggunakannya kecuali jika dirubah

menjadi arus searah.

Aru

s

Putaran magnet terhadap kumparan

Merubah arus searah disebut penyearahan. Penyearahan

dapat dilakukan dengan beberapa cara tetapi alternator mobil

menggunakan dioda yang sederhana dan efektif.

Dioda memungkinkan arus hanya mengalir pada satu arah.

Seperti terlihat pada gambar, jika dipergunakan enam buah dioda,

arus bolak-balik tiga fase tersebut dirubah menjadi arus searah

dengan jalan penyearahan gelombang penuh. Karena alternator

mobil menggunakan diode yang dipasang di dalam. Maka output

listriknya adalah searah (perhatikan Gambar 2.10 dan Gambar

2.11).

Gambar 2.11 Penyearahan dengan diode pada alternator mobil (Toyota-Astra Motor :1994)

Gambar 2.12 Grafik arus penyearahan dengan diode pada alternator mobil (Toyota-Astra Motor : 1994)

Aru

s

Putaran magnet terhadap diode

Dapat kita lihat bahwa arus dan masing-masing kumparan

sampai ke diode terus-menerus berubah arah pada ketiga lead wire

sehingga arah arus dan diode tidak berubah tetapi membentuk

sirkuit dengan polaritas yang tidak berubah-ubah (Perhatikan

Gambar 2.13).

Gambar 2.13 Arah arus pada kumparan sampai ke diode (Toyota-Astra Motor : 1994)

e. Pengatur Tegangan

Tegangan yang dihasilkan oleh alternator bervariasi

tergantung pada kecepatan putaran alternator dan banyaknya beban

(arus output) alternator.

Putaran mesin yang terus berubah-ubah, demikian juga

putaran alternator, selanjutnya beban (lampu-lampu, wiper, hiter,

dan lain-lain) selalu berubah-ubah mempengaruhi kondisi

pengisian baterai. Oleh karena itu, agar alternator dapat

memberikan tegangan standar yang tetap perlu dilakukan

pengaturan tegangan dengan regulator dan untuk tujuan itu maka

sistem pengisian pada mobil menggunakan voltage regulator

(generator regulator) bersama-sama dengan alternator.

Regulator mengalirkan arus ke elektromagnet (rotor coil)

yang menghasilkan garis gaya magnet yang diperlukan untuk

ketiga kumparan (stator coil) alternator untuk membangkitkan arus

bolak-balik tiga fase. Karena elektromagnet mempunyai inti besi

yang dililit kumparan, inti besi akan menjadi magnet dan

membangkitkan garis gaya magnet pada saat dialiri arus.

Banyaknya garis gaya magnet sebanding dengan besarnya arus

yang dilarkan pada kumparan disekeliling inti besi. Dengan kata

lain, alternator dapat menghasilkan tegangan yang tetap dengan

jalan mengalirkan arus yang besar ke rotor coil (field coil) pada

saat alternator berputar lambat atau berbeban berat dan mengurangi

arus pada saat alternator berputar cepat atau berbeban ringan.

Regulator mengatur pengaliran arus ke rotor coil dengan

menarik dan membebaskan titik kontak sesuai dengan tegangan

yang diberikan ke regulator coil. Pada saat alternator berputar

dengan rpm rendah dan tegangan stator coil lebih rendah dan

tegangan baterai, titik kontak yang bergerak akan berhubungan

dengan P1 sehingga arus dan baterai akan mengalir ke rotor coil

melalui P1.

Dalam hal lain, jika alternator berputar dengan rpm tinggi,

tegangan pada stator coil naik melebihi tegangan baterai, tegangan

ini dialirkan ke regulator coil sehingga oleh kekuatan tarikan yang

lebih besar maka P1 akan terputus.

Pada saat titik kontak bergerak menjauhi P1 arus yang ke

rotor coil melalui resistor R dan intensitasnya menurun. Jika arus

yang mengalir ke rotor coil berkurang, maka tegangan yang

dibangkitkan pada stator coil berkurang dan ini akan

mengakibatkan gaya tarik pada kumparan menurun sehingga

lengan titik kontak akan kembali dan berhubungan dengan P1. Hal

ini akan menaikkan arus yang mengalir pada rotor coil dan

kemudian titik kontak akan terputus lagi dan P1. Bila alternator

berputar dengan kecepatan yang lebih tinggi, tegangan yang

dibangkitakan oleh stator coil akan naik memperkuat gaya tarik

pada regulator coil sehingga menghubungkan titik kontak

berhubungan dengan P2. Akibatnya, arus yang melalui resistor

akan mengalir ke P2 dan tidak ke rotor coil.

Pada saat tidak ada arus yang mengalir ke rotor coil, stator

tidak ada arus yang mengalir ke rotor coil, stator tidak dapat

membangkitkan gaya gerak listrik sehingga tegangan alternator

turun dan hubungan titik kontak P2 terputus. Sekali lagi tegangan

alternator akan naik dan lengan kontak akan tertarik, dengan kata

lain pada saat alternator berputar dengan kecepatan rendah lengan

kontak akan menaikkan dan menurunkan arus yang mengalir ke

rotor coil dengan berhubungan dan memutuskan hubungannya dan

P2. pada saat alternator berputar dengan kecepatan tinggi, arus akan

dialirkan secara terputus-putus ke rotor coil tergantung apakah

lengan kontak berhubungan atau putus dengan P2.

Gambar 2.14 Rangkaian pengatur tegangan (Toyota-Astra Motor : 1994)

2. Konstruksi Alternator

Alternator berfungsi untuk merubah energi mekanik dan mesin

menjadi energi listrik. Energi mekanik dan mesin diterima melalui

sebuah pulley yang memutarkan rotor dan membangkitkan arus bolak-

balik pada stator. Arus bolak-balik ini diubah menjadi arus searah oleh

diode. Bagian-bagian utama dan alternator adalah rotor yang

membangkitkan elektromagnetik. stator yang membangkitkan arus

listrik dan diode yang menyearahkan arus. Sebagai tambahan, terdapat

pula brush yang mengalirkan arus ke rotor coil untuk memperhalus

putaran rotor dan fan untuk mendinginkan rotor, stator serta diode.

Semua bagian tersebut dipegang oleh front dan rear frame.

a) b)

c) d)

Gambar 2.15 Alternator

Keterangan gambar : a. Alternator tampak depan b. Alternator tampak samping c. Alternator tampak belakang d. Alternator tampak atas

Gambar 2.16 Bagian-bagian utama alternator (Toyota-Astra Motor : 1994)

a. Rotor

Rotor terdiri dan kutub-kutub magnit sebanyak 12 kutub

magnit, inti field winding dan slip ring, bagian-bagian ini padat

bersambungan pada sumbu rotor, field winding dihubungkan

kepada slip ring dimana brush dapat bergerak, ketika arus mengalir

melalui winding lewat sikat dan slip ring, kutub-kutub magnet

dimagnetkan dan akibatnya ada lapangan magnet disekitar rotor.

Ketegangan lapangan magnet dapat diatur dengan memberikan

arus kepada field winding.

Gambar 2.17 Rotor alternator (Toyota-Astra Motor : 1994)

b. Stator

Stator mempunyai tiga fase gulungan yang diisolasi kepada

stator, gulungan-gulungan itu dihubungkan satu sama lain dengan

bermacam-macam cara. Gulungan stator adalah hubungan bintang

(hubungan Y). Tipe ini disimbolkan sesuai bagan di bawah ini

yang juga menunjukkan bagaimana gulungan stator dihubungkan

kepada penyearah.

Gambar 2.18 Stator ( Daryanto : 2005 )

Gulungan stator dapat juga dihubungkan dengan "hubungan

delta" (hubungan D). Gulungan rotor (rotor field winding) dimana

satu hubungannya

Melalui termininal F lewat slip ring dan sikat, dan ujung

lain dihubungkan ke badan melalui sikat dan slip ring.

Beberapa alternator dilengkapi dengan suatu field rectifier,

alternator itu dihubungkan ke field winding yang didatangkan dan

stator winding. Ujung-ujung field winding dihubungkan ke

terminal F dan A. Stator ditempatkan antara kedua braket bantalan

dengan baut pengikat dan rectifier dipasangkan pada braket

bantalan ujung.

Terminal

Mengalir Tidak Mengalir

Mengalir Tidak Mengalir

Arus yang diinduksi di dalam stator winding ketika magnet

berputar disebut arus bolak-balik 3 fase, ketiga fase gulungan itu

ditempatkan agar supaya fase itu 120 berhubungan satu dengan

yang lainnya. Dengan demikian hasil tegangan dan arus lebih

banyak, kurva tegangan diatas garis nol (+) menunjukkan tegangan

yang memberikan arus pada satu arah dan kurva tegangan dibawah

garis nol (-) memberikan arus pada arah yang berlawanan. Setelah

penyearah kurva tegangan terletak diatas garis nol dan keadaan ini

arah tegangan lebih rata yang dihasilkan dan arus bolak-balik.

Tegangan yang disearahkan itu digunakan pada terminal positif (+)

dan negatif (-).

c. Diode

Pada diode holder, terdapat tiga buah diode positif dan tiga

buah diode negatif. Arus yang dibangkitkan olah alternator

dialirkan dan diode holder pada sisi positif sehingga terisolasi dan

end frame. Selama proses penyearahan, diode akan menjadi panas

sehingga diode holder bekerja meradiasikan panas ini dan

mencegah diode menjadi terlalu panas.

Gambar 2.19 Diode dan diagram pengkabelan ( Daryanto : 2005 )

d. Pulley

Dengan adanya pulley ratio meningkat sekitar 2,5 %,

sehingga penggunaan pulley dapat memberikan efesiensi kecepatan

tinggi yang lebih baik.

e. Bearing

Setiap kecepatan putaran dari rotor tidaklah stabil, dengan

adanya perubahan kecepatan membuat putaran rotor menjadi kasar.

Fungsi bearing dalam hal ini untuk memperhalus putaran rotor

sehingga rotor lebih tahan lama digunakan.

f. Voltage Regulator

Dengan berubah-ubahnya kecepatan alternator, output

teganganpun ikut berubah. Sehingga voltage regulator berfungsi

untuk menstabilkan tegangan alternator agar memenuhi tegangan

standard untuk melakukan pengisian di baterry/accu.

g. Fan

Fan (kipas angin) digunakan sebagai pendingin bagian-

bagian dalam alternator seperti rotor, stator, dan diode serta

komponen lainnya. Sehingga alternator tetap dalam kondisi aman

meskipun kecepatan tinggi yang membuat suhu alternator

meningkat.

h. Front & Rear Frame

Fungsi dari front dan rear frame adalah sebagai kerangka

luar yang memegang bagian-bagian dalam alternator, selain itu

juga mempunyai saluran udara untuk meningkatkan efesiensi

pendinginan.

D. Kerangka Berfikir

Pembangkitan energi mekanis menjadi energi elektris, dengan jalan

menggabungkan sebuah turbin propeller dengan alternator mobil.

Eksperimen disini bertujuan untuk melihat indikasi bangkitnya suatu

tegangan dari alternator yang telah dikopel dengan turbin propeller.

Kecepatan putar dari turbin propeller akan berpengaruh langsung terhadap

putaran rotor dari alternator sebagai akibat dari pengkopelan.

Mendorong sudu turbin sehingga menghasilkan kecepatan putar

sesuai yang diinginkan, dengan berputarnya turbin otomatis rotor pada

alternator juga ikut berputar. Dari putaran rotor nantinya akan didapatkan

suatu indikasi berupa munculnya tegangan, arus, dan daya, pengukuran

dilakukan untuk mengetahui seberapa besar indikasi yang ditimbulkan

sebagai pengaruh dari pengopelan dua komponen tersebut. Kemudian

diadakan post test, dari hasil post test diambil kesimpulan dengan jalan

melihat rata rata hasil dan membandingkan dengan standar yang

diinginkan.

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan adalah metode studi kepustakaan dan

percobaan laboratorium

A. Desain Penelitian

Penelitian ini merupakan jenis penelitian laboratories, dimana aktifitas

laboratories dilakukan pada saat pembuatan unit praktikum yang sudah

direncanakann kemudian dilakukan pengujian. Pengujian dilakukan setelah

unit tersebut selesai dibuat.

Desain penelitian yang digunakan adalah one shot case study yaitu pola

eksperimen yang dilakukan tanpa adanya kelompok pembanding atau tes

awal. Desain tersebut mempunyai pola XO, dimana X adalah perlakukan dan

O adalah tes akhir.

Perlakuan (X) Tes Akhir (O)

Kecepatan putaran alternator

Tegangan output alternator

B. Tempat Penelitian

Tempat penelitian di samping gedung E2 Fakultas Teknik dan

laboratorium Teknik Mesin UNNES pada bulan Februari sampai dengan April

2007.

C. Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penlitian ini adalah

metode eksperimen. Dalam penelitian ini data yang akan diambil berupa data

tegangan output dari alternator, data tersebut diperoleh dari pengaturan

kecepatan putar alternator yang bervariasi.

Metode pengumpulan data adalah metode eksperimen adapun tahap-

tahap penyelesaian masalah dalam pemanfaatan alternator mobil dalam

pembangkit listrik tenaga angin adalah

Tabel 3.1 Penelitian

No Kecepatan Alternator

(rpm)

Tegangan Alternator

(AC)

Kecepatan Angin pada

saat (mil/jam)

Kecepatan Angin

pada saat (m/s)

Arus (Ampere) Waktu

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

D. Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah:

a. Variabel bebas

Menurut Suharsimi Arikunto, variabel bebas yaitu variabel yang

mempengaruhi suatu gejala.dalam penelitian ini yang menjadi variabel

bebas adalah putaran rotor alternator.

b. Variabel terikat

Variabel terikat adalah variabel yang dipengaruhi suatu gejala.

Dalam hal ini yang menjadi variabel terikat adalah tegangan output

alternator.

E. Sampel Penelitian

Sampel penelitian adalah alternator mobil jenis konvensional tipe dua

titik kontak dengan tegangan output 12 volt.

F. Bahan dan Alat

Berikut daftar bahan dan alat yang digunakan dalam menunjang kegiatan

penelitian:

a. Bahan

a. Kabel NYA 1,5 mm2

b. Jumper 12 buah

b. Alat

a. Alternator mobil kendaraan jenis kijang

Merk = Nippo Denso

Jenis Konvensional tanpa IC

Output =12 Volt

b. Anemometer dengan 3 mangkok

Kecepatan max 40 mil/jam

c. Baterai / Accu 12 volt

d. Multimeter

Merk = Sanwa (DMM)

Tipe = CD 720E

e. Ampere meter

Merk = Sanwa (DMM)

Tipe = CD 720E

f. Tacho meter

Merk = Lutron

Tipe = DT-2236

G. Langkah Penelitian

a. Pasangkan alternator mobil dengan penggerak mula menggunakan belt.

b. Sambungkan test probe dari terminal positif amperemeter ke terminal B

alternator

c. Sambungkan negatif probe ampere meter ke resistor

V

A B

R E F

d. Sambungkan test probe dari terminal positif voltmeter ke terminal B

alternator

e. Sambungkan negatif probe voltmeter ke masa.

f. Mengamati gejala dari pengukuran indikasi.

g. Catat setiap gejala yang muncul pada alat ukur tadi, dengan mencatat arus

dan tegangannya.

h. Mencatat gejala yang muncul pada tiap alat ukur yang telah dipasang.

i. Menarik kesimpulan dari apa yang telah diperoleh dari hasil pengamatan

pada eksperimen.

Gambar 3.1 Skema rangkaian pengukuran tegangan dan arus

H. Analisa Data

Teknik analisis data dengan menggunakan metode analisis deskriptif

pada tiap rancangan dengan melakukan perbandingan antara karakteristik

alternator dan pengamatan atau pengukuran hasil eksperimen yang selanjutnya

dilakukan analisa. Apabila terjadi penyimpangan dilakukan identifikasi dari

Alternator

penyimpangan tersebut, adapun analisis yang dilakukan terhadap hasil

eksperimen adalah sebagai berikut:

1. Analisa Tegangan Normal Alternator

Tegangan yang dihasilkan berdasarkan variasi kecepatan putar alternator.

2. Analisa Aliran Arus Terhadap Variasi Kecepatan

Adapun aliran arus pengisian ini berdasarkan sistem pengaturan

regulator terhadap variasi kecepatan, yaitu pada saat putaran rendah

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil penelitian pada alternator

Penelitian dilaksanakan pada bulan april bertempat di kampus Fakultas

Teknik Universitas Negeri Semarang, dengan 12 kali pengukuran data untuk

mendapatkan hasil yang lebih akurat.

Tabel 4.1. Hasil penelitian

Dalam penelitian ini digunakannya resistor sebesar 15 Ohm. Jika melihat

hasil eksperimen diatas dengan berbagai macam variasi putaran kecepatan

alternator diikuti dengan hasil yang berbeda meskipun peningkatan perubahan

itu sangat sedikit. Ini menunjukan perubahan yang terjadi dipengaruhi dengan

No Kecepatan Alternator

(rpm)

Tegangan Alternator

(AC)

Kecepatan Angin pada

saat (mil/jam)

Kecepatan Angin

pada saat (m/s)

Arus (Ampere) Waktu

1 120 rpm 5,1 volt 12,5 mil/jam 5,5 m/s 0,34 Amp 15.40 wib 2 130 rpm 5,3 volt 13 mil/jam 5,7 m/s 0,35 Amp 15.55 wib 3 140 rpm 5,6 volt 13,2 mil/jam 5,8 m/s 0,37 Amp 15.55 wib 4 150 rpm 5,7 volt 13,7 mil/jam 6,0 m/s 0,38 Amp 16.20 wib 5 160 rpm 5,8 volt 13,8 mil/jam 6,1 m/s 0,38 Amp 16.45 wib 6 170 rpm 5,9 volt 13,8 mil/jam 6,1 m/s 0,39 Amp 17.10 wib 7 180 rpm 6,1 volt 13,8 mil/jam 6,1 m/s 0,4 Amp 17.15 wib 8 190 rpm 6,2 volt 14 mil/jam 6,2 m/s 0,41 Amp 17.35 wib 9 200 rpm 6,4 volt 14 mil/jam 6,2 m/s 0,42 Amp 17.35 wib 10 210 rpm 6,6 volt 14 mil/jam 6,2 m/s 0,44 Amp 17.40 wib

kecepatan angin yang membuat alternator tersebut bisa berputar dan

menghasilkan output.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara putaran alternator dengan kecepatan angin

Melihat dari gambar garfik 4.1, menunjukan bahwa kecepatan angin

sangat berpengaruh sekali terhadap putaran kecepatan alternator. Karena

setiap kecepatan angin semakin tinggi diikuti pula dengan semakin cepatnya

putaran alternator. Hal ini membuktikan bahwasannya berbanding lurus antara

kecepatan angin dengan kecepatan alternator.

5

5.2

5.4

5.6

5.8

6

6.2

6.4

120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

Putaran alternator (rpm)

Kec

epat

an A

ngi

n (m

/s)

1. Analisis Data

Hasil penelitian yang dilakukan seperti pada tabel dapat di

analisis. Rata-rata untuk keluaran tegangan pembangkit listrik tenaga

angin adalah :

n

VratarataV = )(

= 5,1 + 5,3 + 5,6 + 5,7 + 5,8 + 5,9 + 6,1 + 6,2 + 6,4 + 6,6 10

= 5,87 Volt

Rata-rata untuk keluaran arus pembangkit listrik tenaga angin

dengan adalah :

n

IratarataI = )(

= 0,34 + 0,35 + 0,37 + 0,38 + 0,38+ 0,39+ 0,4+ 0,41+ 0,42 + 0, 44 10

= 0,38 Ampere

Arus rata-rata yang diperoleh oleh pembangkit listrik tenaga

angin I = 0,38 Ampere. Jika tegangan ini digunakan untuk

menghidupkan beban lampu sebesar 12 Volt / 5 Watt, dengan

perhitungan sebagai berikut :

1. Daya yang dikeluarkan adalah:

P = E x I

= 5,87 Volt x 0,38 Ampere

= 2,23 Watt

2. Energi yang dikeluarkan perjam adalah :

W = P x t

= 2,23 Watt x 1 jam

= 2,23 Watt jam

3. Energi yang diserap beban 12 Volt / 5 Watt adalah :

W = P x t

2,23 Watt Jam = 5 Watt x t

t = 2,23 Watt Jam 5 Watt

= 0,45 Jam

Jadi tegangan rata-rata yang dikeluarkan alternator mobil selama satu

jam menghasilkan tegangan (E) sebesar 5,87 volt dengan arus (I) sebesar

0,38 Ampere, mampu untuk menghidupkan beban lampu 12 Volt / 5 Watt

selama 0,45 jam.

B. Pembahasan

1. Hasil Penelitian Toyota

Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Toyota terhadap

alternator konvensional dengan output tegangan berupa AC. Percobaan

ini dilakukan dengan beberpa variasi putaran kecepatan terhadap

alternator, dan dapat dilihat pada gambar 4.1 . menunjukan hubungan

antara kecepatan alternator dengan output tegangan.

Gambar 4.2 Grafik performa putaran alternator Sumber: Toyota-Astra Motor (1994)

Dari hasil penelitian oleh Toyota dijadikan sebagai referensi

terhadap penelitian yang dilakukan, dan penelitian ini hanya dalam

skala kecil yaitu dengan putaran kecepatan alternator

estimasi kecepatan angin rata-rata sekitar 3 m/s, turbin skala kecil

lebih cocok digunakan, meski tidak menutup kemungkinan bahwa

pada daerah yang berkecepatan angin lebih tinggi (Sumatra Selatan,

Jambi, Riau, dsb) bisa dibangun turbin skala besar. Perlu diketahui

bahwa kecepatan angin bersifat fluktuatif, sehingga pada daerah yang

memiliki kecepatan angin rata-rata 3 m/s, akan terdapat saat-saat

dimana kecepatan anginnya lebih besar dari 3 m/s, pada saat inilah

turbin angin dengan cut-in win speed 3 m/s akan bekerja. ( Yuli Setyo :

2005 )

Melihat kecepatan angin yang fluktuatif, dalam tabel 4.2 dijelaskan

antara kecepatan angin dengan kekuatan angin oleh skala Beaufort.

Tabel 4.2. Nisbah antara skala Beaufort kecepatan angin dalam meter/detik

Beaufort Meter/detik Kekuatan angin

1 4 Angin lemah

2 7 Angin sedang

3 9 Angin kuat

4 11 Angin sangat kuat

5 14 Angin ribut

6 16 Angin ribut

7 19 Badai

8 23 Badai

9 28 Badai kuat

10 33 Badai kuat

11 38 Taufan

12 43 Taufan

Pada semua angin yang telah ditetapkan dengan skala Beaufort,

menunjukan bahwa mekanisme turbin angin hanya mengukur

kecepatan angin dengan kekuatan angin yang tidak merusak turbin

angin. Sehingga kecepatan angin yang di atas 14 m/s tidak

diperhitungkan , karena angin itu merupakan badai dan secara praktis

tidak mempunyai arti sebagai penggerak turbin angin. ( R.Wartena :

1987 )

3. Kondisi angin

Menurut skala Beaufort mengenai kecepatan angin disana

dijelaskan bahwa setiap angin memiliki kecepatan dan kekuatan angin

yang berbeda-beda, sehingga adanya tingkatan daya kekuatan angin

tersebut. Dalam hal ini pengujian turbin angin dua sudu dilaksanakan

didaerah Gunung Pati - Fakultas Teknik Unnes, setelah kami

melaksanakan ekperimen ternyata angin yang dihasilkan untuk

menggerakan turbin angin dua sudu ini belumlah memiliki kecepatan

angin yang besar. Setelah mendapatkan data ditempat pengujian turbin

ini, ternyata daerah Gunung Pati memiliki kecepatan angin sebesar

5 m/s 6,5 m/s artinya jika disesuaikan dengan skala Beaufort daerah

Gunung Pati termasuk kategori angin berkecepatan sedang.

4. Skema Turbin angin

Gambar 4.3 Skema turbin angin

Keterangan:

1. Angin berhembus dengan kecepetan tertentu

2. Memutar kincir angin dua sudu

3. Perputaran roda gigi dari berkecepatan rendah menuju

kecepatan tinggi

4. Menahan kecepatan yang tidak diinginkan (over load),

sehingga sesuai dengan kapasitas yang dibutuhkan

5. Dengan kecepatan yang dibutuhkan menghasilkan energi yang

disimpan ke battery

Angin

Rectifier-Inverter

Baterry Alternator

Break system

Gearbox

Kincir angin

Lampu, Rumah, Pabrik dll.

6. Penyimpanan dengan battery ini bertujuan agar energi bisa

dipakai dalam jangka panjang.

7. Sebelum energi digunakan harus disearahkan yang tadinya

keluaran dari battery berupa DC diubah menjadi AC.

8. Setelah tegangan menjadi AC barulah bisa digunakan oleh

rumah, pabrik dll.

5. Daya dalam angin

Bila sejumlah udara dengan kecepatan bergerak melalui bidang

seluas R2 (luas sudu), maka dapat dicari daya yang terdapat dalam

angin dengan rumus :

P = 3 R2

P = Daya (watt)

= Kerapatan udara (Kg/m3)

v = Kecepatan angin (m/s)

R = Diameter sudu (m2)

Contoh jika dimasukan sebuah nilai:

1. Jika diketahui kecepatan angin di daerah Gunung Pati sebesar

5,5 m/s, dengan kerapatan udara 1 Kg/m3. Sedangkan diameter

sudu 1,5 m (sesuai dengan nilai eksperimen). Berapakah daya

yang terdapat dalam angin tersebut ?

P = 1 Kg/m3 (5,5 m/s)3 3,14 (1,5 m)2

= 1 Kg/m3 166,375 m3/s3 3,14 2,25 m2

= 587,7 Watt

Jika melihat hasil perhitungan tersebut, berarti dalam setiap

kecepatan angin sebesar 5,5 m/s terdapat daya didalamnya sebesar

587,7 watt.

6. Energi Kinetik dalam angin

Setiap angin yang berhembus dapat dihitung energi kinetiknya

melalui rumus :

Ek = 2

Ek = Energi kinetik (Joule)

= Kerapatan udara (Kg/m3)

v = Kecepatan angin (m/s)

Sehingga jika kecepatan angin yang melewati turbin sebesar 5,5

m/s dapat dihitung energi kinetiknya sebagai berikut:

Ek = 2

Ek = 1 Kg/m3 (5,5 m/s)2

= 1 Kg/m3 30,25 m2/s2

= 15,125 Joule

Jika melihat hasil perhitungan tersebut, berarti dalam setiap

kecepatan angin sebesar 5,5 m/s terdapat energi kinetik didalamnya

sebesar 15,125 Joule

7. Output dari alternator (Tegangan dan arus)

a. Hubungan antara putaran alternator dengan tegangan yang

dihasilkan.

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara putaran alternator dengan tegangan

Melihat hasil percobaan dengan data yang ada, dapat

digambarkan melalui gambar grafik 4.4 bahwasannya setiap

kenaikan kecepatan putaran alternator diimbangi dengan kenaikan

dari tegangan. Semakin tinggi putaran alternator semakin tinggi

pula tegangan yang dihasilkan. Percobaan yang dilakukan

putarannya

Hubungan antara putaran alternator dengan arus yang

dihasilkan.

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara putaran alternator dengan arus

Melihat hasil percobaan dengan data yang ada, dapat

digambarkan melalui gambar grafik 4.5 bahwasannya setiap

kenaikan kecepatan putaran alternator diimbangi dengan kenaikan

dari arus. Semakin tinggi putaran alternator semakin tinggi pula

arus yang dihasilkan. Sehingga hubungan antara putaran dengan

arus berbanding lurus.

Dalam hal ini digunakannya hambatan (resistor) sebesar

15 , dan ini juga mempengaruhi besar kecilnya arus yang keluar.

Karena semakin besar hambatannya maka semakin kecil arusnya

dan jika semakin kecilhambatannya maka jumah arusnya akan

semakin besar.

Aru

s (am

pere

)

Putaran alternator (rpm)

C. Kelemahan Penelitian

1. Kecepatan angin yang tidak stabil menyebabkan putaran turbin menjadi

rendah akibatnya ouput yang dihasilkanpun rendah.

2. Putaran alternator yang tidak mencapai kecepatan maksimal yaitu

6000rpm.

3. Pengambilan data hanya berada disatu lokasi, sehingga tidak memiliki

gambaran kemampuan turbin angin dua sudu.

4. Banyaknya rugi-rugi daya yang hilang terjadi dalam kontruksi turbin

angin dua sudu.

5. Kecilnya ukuran sudu mempengaruhi kecepatan dalam berputarnya

turbin angin.

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Pembahasan di atas dapat diambil suatu kesimpulan, antara lain:

1. Pengaplikasian turbin angin dua sudu dalam hal ini sebagai penggerak

mula alternator dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga

angin, meskipun output yang dihasilkan dipengaruhi oleh faktor

kecepatan angin.

2. Tegangan dan daya yang dihasilkan dari alternator mobil dari hasil

penelitian sampel awal sebesar 5,1 volt dan 0,34 ampere dengan

kecepatan 120 rpm, kemudian sampel terakhir didapat tegangan

sebesar 6,6 volt dan 0,44 ampere dengan kecepatan 210 rpm. Sehingga

semakin cepat putaran alternator maka semakin besar output yang

dihasilkan.

B. SARAN

Saran yang dapat di berikan oleh penulis guna kelanjutan eksperimen

selanjutnya adalah:

1. Untuk mendapatkan output (tegangan dan daya) yang maksimal,

hendaknya pemanfaatan turbin angin dua sudu ini dilakukan didaerah

pantai dengan kecepatan angin yang besar.

2. Adanya perbaikan dan pengembangan dengan penelitian yang lebih

besar, sehingga dapat dipergunakan dalam praktek mahasiswa teknik

elektro.

DAFTAR PUSTAKA

Hofman, Harm. 1987. Energi Angin (Alih Bahasa Harun ): Binacipta

Suharsimi, Arikunto. 1993. Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktek. Jakarta : Rineka Cipta.

Kadir, Abdul. 1995. Energi Sumber Daya Inovasi, Tenaga Listrik, dan Potensi Ekonomi. Jakarta : UI Press.

R.Wartena . 1987. Generator Angin (Alih Bahasa Harun dan Ir. Sobandi Sachri ): Binacipta

Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. 2003. Departemen pendidikan Nasional. Jakarta

Soeparno, & Soepatah, Bambang. 1979. Mesin Listrik 2. Departeman pendidikan dan kebudayaan. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Jakarta

Rijono, Yon 1997. Dasar Teknik Tenaga Listrik (Edisi Revisi). Yogyakarta: Andi Offset.

Basri, Sarjoni & Syah, Djalinus. 2001. Kamus Teknik Inggris-Indonesia. Jakarta: Rineka Cipta.

Dagun, Save M. 1997. Kamus Besar Ilmu Pengetahuan. Lembaga Pengkajian Kebudayaan Nusantara. Jakarta.

-. 1994. Fundamental of Electricity Step 2. PT. TOYOTA

Sumanto. 1992. Mesin-mesin Sinkron. Yogyakarta: Andi Offset.

Abdul Kadir. 1999. Mesin Sinkron. Jakarta: Djambatan.

Okta, Nanang. 2006. Menabur Angin, Menuai Energi. Yayasan Pijar Cendikiawan. Bandar lampung. Download pada tanggal 10 februari 2007 http://www.sendaljepit.wordpress.com/

Indartono, Yuli S. 2005. Krisis Energi di Indonesia. Graduate School of Science and Technology, Kobe University, Japan. Download pada tanggal 10 februari 2007 http://www.io.ppi-jepang.org/article.php?edition=5

Wikipedia Indonesia, ensiklopedia bebas berbahasa Indonesia. Download pada tanggal 12 februari 2007 http://www.id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin http://www.id.wikipedia.org/wiki/Tenaga_angin

Yuni. 2002. Minyak Mahal, Ada Angin Cuma Cuma. Download pada tanggal 12 februari 2007

http://www.kompas.com/kompas-cetak/0201/19/Indonesia/index.htm

Safarudin, Mochamad. 2003. Turbin Angin sebagai Alternatif Pembangkit Listrik. Peneliti Sekolah Tinggi Teknologi Mandala, Bandung. Download pada tanggal 15 februari 2007 http://www.kompas.com/inspirasi/index.htm

Fisika LIPI, 2005. Filiphina Buka Pembangkit Tenaga Angin Terbesar. Download pada tanggal 16 februari 2007 http://www.bbc.co.uk/indonesian/news/story/2005/06/050618_philipineswind.shtml

Fisika LIPI, 2006. Amerika Beralih ke Tenaga Angin. Download pada tanggal 16 februari 2007. http://www.bbc.co.uk/indonesian/news/story/2006/02/060209_usoil.shtml

Fisika LIPI, 2004. 1000 Kincir Angin Sepanjang Jalan Anyer-Panarukan. Download pada tanggal 16 februari 2007. http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&&6

Bambang, 2004. Kali Ngrawan disedot Kincir Angin untuk Irigasi. Suara Merdeka. Download pada tanggal 20 februari 2007. http://www.suaramerdeka.com/harian/0412/02/x_slo.html

Lampiran 1

Turbin angin tampak samping Turbin angin tampak depan

Turbin angin dua sudu Spesifikasi : Diameter 1,5 meter V = 90 km/jam Max 400 rpm Sumber : Technic Reaserch Club - FT.Unnes

Lampiran 2

Anemometer dengan 3 mangkok Anemometer

Bentuk 3 mangkok penangkap angin Multimeter

Alternator tampak depan Alternator tampak samping

Lampiran 3

Teknik penglopelan

Roda Gigi Teknik penglopelan

Lampiran 4

Teknik penglopelan

Teknik penglopelan antara alternator dengan deferensial

Skripsi Oke.pdfFoto Turbin Angin.pdf