Upload
myudisuhendar
View
1.532
Download
13
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Rencana pembuatan
Citation preview
A. Judul Program
Desain Kincir Angin Berbasis Layang-Layang Untuk Meningkatkan Perolehan
Daya Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin
B. Latar Belakang Masalah
Pada masa sekarang, di mana semakin menipisnya sumber daya alam yang
digunakan sebagai sumber bahan bakar konvensional, orang-orang mulai beralih ke
energi alternatif. Contoh konkrit dan paling mudah dirasakan saat ini adalah tingginya
kebutuhan migas namun tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya. Pemerintah maupun
swasta di hampir semua negara kemudian berpacu untuk membangkitkan energi dari
sumber-sumber energi baru dan terbarukan untuk menjaga ketahanan energi negaranya.
Salah satu sumber energi terbarukan tersebut adalah energi angin. Berdasarkan data
LAPAN (Daryanto, et al., 2005), angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariatif,
umumnya terkategorikan sebagai angin berkecepatan rendah. Karena itu, penelitian
sistem konversi energi angin (SKEA) kecepatan rendah belum banyak dilakukan di
Indonesia.
Sebagai salah satu sumber energi terbarukan, angin memiliki prospek
perkembangan yang bagus karena pasokan energinya dapat dimanfaatkan untuk berbagai
keperluan, salah satunya tentu sebagai sumber pasokan listrik. Beberapa negara, seperti
Amerika Serikat, Italia, Spanyol, dan Jepang telah melakukannya. Di Indonesia,
kecepatan angin yang rendah bukan berarti kita tidak bisa ikut memperoleh manfaat
optimal darinya. Banyak hal bisa dilakukan untuk meningkatkan kualitas dayanya, seperti
menambahkan prinsip Maglev (Magnetic Levitation), sebagaimana baru-baru ini
dikembangkan oleh China untuk desain pembangkit listriknya (Anonim1).
Cara lain yang bisa dilakukan untuk meningkatkan perolehan daya turbin angin
adalah menempatkannya pada layang-layang. Mengacu pada konsep hukum Bernoulli
dimana bila kedudukan semakin tinggi, maka kecepatan angin juga meningkat. Ini juga
dilatarbelakangi konsep permainan layang-layang yang lebih lanjut berkembang menjadi
permainan terbang layang. Bila layang-layang diusahakan berada pada ketinggian tetap
pada kisaran ketinggian lebih dari ketinggian standar turbin angin (10 meter), maka akan
didapatkan daya lebih besar. Sebagai perbandingan, untuk daerah Banjarbaru kecepatan
angin rata-rata pada ketinggian 10 meter adalah 2,5 m/s (berdasarkan data BMG tahun
2009). Bila layang-layang ditempatkan pada ketinggian 100 meter, maka secara teori
kecepatan anginnya adalah lebih besar 17 kalinya sehingga daya yang dapat dibangkitkan
juga semakin besar.
Dalam hal pemanfaatannya sebagai pembangkit listrik, tentu proyek ini akan lebih
berdaya guna bila dalam pengembangannya melibatkan pihak yang lebih berkompeten,
yaitu Perusahaan Listrik Negara (PLN). Sebagai lembaga nasional yang paling
berkepentingan dalam pemanfaatan energi alternatif, ini tentu merupakan salah satu
peluang bagus bagi mereka dalam upaya memenuhi kebutuhan energi nasional. Oleh
karena itu, dalam proposal ini saya mengusulkan suatu proyek pendesainan kincir angin
berbasis layang-layang. Dengan adanya kemampuan mengoptimalkan energi angin, baik
dalam lingkup lokal, regional maupun nasional, diharapkan pembangkit listrik tenaga
angin dapat lebih berkembang pada masa mendatang.
C. Rumusan Masalah
Masalah yang dihadapi dalam pembuatan penelitian ini adalah :
1. Bagaimana desain kincir angin yang efektif untuk ditempatkan pada layang-layang
agar layang-layang tetap dapat bertahan pada kedudukannya di ketinggian?
2. Bagaimana desain layang-layang agar tetap stabil dengan adanya penambahan kincir
angin?
Batasan masalah dari penelitian ini adalah perancangan desain kincir angin dan
layang-layang yang tepat agar dapat menangkap angin pada ketinggian yang diinginkan.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain kincir angin yang dapat digunakan
untuk memperoleh daya optimal pada pembangkit listrik tenaga angin.
E. Keluaran yang Diharapkan
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
1. Prototipe kincir angin berbasis layang-layang yang dapat digunakan sebagai
komponen pembangkit listrik tenaga angin.
2. Aplikasi hasil rancangan untuk keperluan pengembangan pembangkit listrik tenaga
angin di Indonesia.
F. Kegunaan Program
Kegunaan program ini adalah :
1. Aplikasi keilmuan untuk memecahkan permasalahan masyarakat dalam memberikan
penyediaan energi alternatif.
2. Memberikan solusi terhadap masalah penyediaan energi yang murah dan tidak
mencemari lingkungan.
3. Memberikan manfaat ekonomis dalam upaya pemenuhan energi nasional.
4. Memberikan pengalaman kepada mahasiswa dalam membuat dan terlibat dalam
proyek ilmiah.
G. Tinjauan Pustaka
1. Energi Angin
Sebagaimana telah banyak diketahui, angin adalah udara yang bergerak dari
tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan
udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak
merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin
dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik
dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin
sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) (Kadir, 1987).
2. Daya Energi Angin
Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan :
Dimana :
W = Energi angin (Watt)
ρ = Kerapatan udara (Kg/m3)
A = Area penangkapan angin (m2)
= Kecepatan angin (m/s)
Persamaan di atas merupakan sebuah persamaan untuk kecepatan angin pada
turbine yang ideal, dimana dianggap energi angin dapat diekstrak seluruhnya menjadi
energi listrik. Namun kenyataannya tidak seperti itu. Jadi terdapat faktor efisiensi dari
mekanik turbine angin dan efisiensi dari generator sendiri. Sehingga daya yang dapat
diekstrak menjadi energi angin dapat diketahui dari persamaan berikut :
Dimana :
= efisiensi kincir angin (%)
(United Nations Environment Programme, 2006).
3. Kecepatan angin.
Hal yang biasanya dijadikan patokan untuk mengetahui potensi angin adalah
kecepatannya. Biasanya yang menjadi masalah adalah kestabilan kecepatan angin.
Sebagaimana diketahui, kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat.
Misalnya di Indonesia, kecepatan angin pada siang hari bisa lebih kencang dibandingkan
malam hari. Pada beberapa lokasi bahkan pada malam hari tidak terjadi gerakan udara
yang signifikan. Untuk situasi seperti ini, perhitungan kecepatan rata-rata dapat dilakukan
dengan catatan pengukuran kecepatan angin dilakukan secara kontinyu.
Untuk udara yang bergerak terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan
angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin
tinggi akan semakin baik. Pada keadaan ideal, untuk memperoleh kecepatan angin di
kisaran 5-7 m/s, umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m.
Gambar 1. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap ketinggian tertentu
Faktor lain yang perlu diperhatikan untuk turbin angin konvensional adalah desain
baling-baling. Untuk baling-baling yang besar (misalnya dengan diameter 20 m),
kecepatan angin pada ujung baling-baling bagian atas kira-kira 1,2 kali dari kecepatan
angin ujung baling-baling bagian bawah. Artinya, unjung baling-baling pada saat di atas
akan terkena gaya dorong yang lebih besar daripada pada saat di bawah. Hal ini perlu
diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya
pada turbin angin yang besar. Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah
berbeda secara signifikan, maka yang perlu diperhitungkan selanjutnya adalah pada
kecepatan angin berapa turbin angin dapat menghasilkan daya optimal.
Kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan. Di daerah
perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin
akan rendah. Sementara kecepatan angin pada daerah lapang lebih tinggi. Kepadatan
(porositas) di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak.
Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan ketika mendesain turbin angin.
5. Profil Geseran Angin (Wind Shear Profile)
Angin seperti fluida yang lain pada umumnya mempunyai profil geseran atau
profil kecepatan ketika mengalir melewati benda padat, misalnya permukaan bumi. Pada
tepat di permukaan bumi, kecepatan relatif angin terhadap permukaan bumi sama dengan
nol. Kemudian kecepatan ini menjadi semakin tinggi sebanding ketinggian dari
permukaan bumi. Ada dua jenis profil geseran angin yang biasa digunakan untuk
menghitung energi, yaitu profil geseran angin eksponensial (exponential wind shear
profile) dan profil geseran angin kekasaran permukaan (surface roughness wind shear
stress).
Gambar 2 menunjukkan profil geseran fluida eksponensial yang diungkapkan
dengan rumus berikut :
Di mana, v adalah kecepatan pada ketinggian h, vref dan href masing-masing adalah
kecepatan dan ketinggian di mana pengukuran dilakukan. Profil ini tergantung pada
kekasaran permukaan. Untuk fluida secara umum α mempunyai nilai 1/7. Profil angin
pada daerah yang memiliki banyak pepohonan seperti perkebunan atau hutan, nilai α
dapat mencapai 0.3, sedangkan untuk laut atau daerah-daerah yang terbuka, α
mempunyai nilai 0.1.
5. Turbin Angin
Untuk mendesain sebuah kincir angin, ada banyak hal yang harus diperhatikan.
Hal pertama yang harus dipertimbangkan yaitu berapa besar daya yang kita butuhkan,
kemudian kecepatan angin, setelah itu yang tidak kalah penting yaitu berapa jumlah blade
(bilah kincir) yang harus digunakan, dan masih banyak hal teknis lainnya (Yusuf, 2007).
Hal pertama yang diperhatikan dalam desain kincir angin yaitu TSR (Tip Speed
Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip (ujung) kincir angin dan kecepatan angin yang
didapat oleh kincir. Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan :
Dimana :
ω = Rotasi putaran kincir angin (Rad/s)
RRotor = Radius rotor kincir angin (m)
Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan:
TSR mempengaruhi kecepatan putaran kincir (rpm). Hubungan TSR dengan
kecepatan yaitu :
Shaft speed = 60 λv / (πD) rpm
Dimana :
D = Diameter rotor (m)
Diameter suatu rotor kincir angin dapat pula diperoleh melalui sebuah perhitungan.
Persamaan untuk menghitung diameter suatu rotor kincir angin yaitu :
D = (Power x (47λ x RPM)3)0.2
Dimana :
Power = Daya output generator (watt)
RPM = Kecepatan putar generator (rpm)
Untuk menentukan jumlah blade yang digunakan, dapat digunakan persamaan :
B = 80 / λ2
Gambar 1. Radius kincir angin dan sudut Φ pada kincir angin.
Persamaan untuk menghitung sudut blade (β) yaitu :
Β = antitan (2R / 3rλ ) – Φ
Pada sebuah blade ada gaya angkat (Lift) dan daya dorong (Drag). Untuk tipe
kincir angin yang horizontal harus dibuat agar gaya Lift lebih besar dari gaya Drag. Gaya
inilah yang menyebabkan proses perputaran kincir.
Setelah menentukan β selanjutnya menentukan blade lebar kincir angin (chord
width). Persamaan untuk mencari chord width (C) pada kincir angin horizontal yaitu :
Perencanaan untuk kincir angin memang membutuhkan sebuah perhitungan yang rumit,
mulai dari perkiraan TSR sampai dengan lebar blade yang digunakan harus sesuai dengan
perhitungan agar daya output sesuai dengan perencanaan semula.
5. Jenis Turbin Angin
Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu :
a. Horizontal. Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar
dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pesawat terbang. Gambar 2
memperlihatkan berbagai jenis turbin angin horizontal. Turbin angin biasanya
mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus di mana aliran udara pada
salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika
angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang
sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini membentuk gaya
yang menyebabkan sudu berputar (Anonim2, 2007).
b. Vertikal. Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan prinsip yang sama
seperti halnya kelompok horizontal. Namun, sudunya berputar dalam bidang yang
paralel dengan tanah, seperti mixer kocokan telur.
Gambar 3. Grafik perbandingan torsi rotor untuk setiap jenis kincir angin
Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angin dengan jumlah sudu
banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi energi angin yang rendah
karena rated wind speed-nya tercapai pada putaran rotor dan kecepatan angin yang tidak
terlalu tinggi. Sedangkan turbin angin dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik)
tidak akan beroperasi secara efisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang
dari 4 m/s (Yusuf, 2007).
Daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-
rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan
mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe
multi blade, cretan sail dan savonius.
6. Efisiensi Rotor
Efisiensi rotor ditentukan oleh jenis turbin dan kesempurnaan teknologi
aerodinamik yang digunakan. Rotor dengan soliditas tinggi mempunyai efisiensi yang
lebih kecil dibandingkan dengan rotor yang mempunyai soliditas rendah.
Gambar 4. Efisiensi rotor untuk berbagai tipe turbin angin (Tong, 1997)
Menurut teori batasan efisiensi turbin, bila sejumlah aliran massa (angin)
dilewatkan pada cakram penghalang, maka aliran massa tersebut akan membelok
membentuk garis aliran (streamline). Dengan bentuk disain cakram tertentu (luas
penampang atas lebih kecil daripada luas penampang bawah), akan terjadi perbedaan
kecepatan dan perbedaan tekanan udara di antara sisi atas dan sisi bawah cakram. Hal ini
terjadi karena kesetimbangan debet aliran massa (asas kontinuitas), sehingga pada
permukaan cakram terjadi gaya hambat (drag, sejajar permukaan) dan gaya angkat (lift,
tegak lurus permukaan). Perbandingan lift terhadap drag (L/D ratio) merupakan kriteria
penting dalam mendisain blade rotor. Kecepatan pola aliran (streamwise) adalah :
Vs = (1- α) Vo
Di mana Vo adalah kecepatan datang angin dan α adalah faktor induksi aliran aksial.
Selanjutnya untuk mencari perbandingan kecepatan angin datang pada kincir di bagian
atas dan bawah, digunakan persamaan Bernoulli : P + ½ρv2 + ρgh = konstan, pada kedua
sisi cakram.
7. Pertimbangan Aerodinamik
Rancangan aerodinamik yang sangat baik akan meningkatkan efisiensi sudu dan
efisiensi rotor. Hal yang harus diperhatikan di sini adalah bahwa optimisasi antara biaya
perancangan aerodinamik dengan peningkatan daya yang dihasilkan harus cukup
rasional. Pertimbangan aerodinamik yang tepat diharapkan dapat memberikan
rekomendasi bentuk sudu dan rotor yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu
kegunaan tertentu (baik mekanikal maupun elektrikal), sehingga tidak menghabiskan
biaya tinggi untuk desain dan pembuatan.
8. Pemilihan Tempat
Secara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan turbin angin
konvensional antara lain:
1. Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai nozzle, yang mempercepat
aliran angin.
2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat memperlambat angin,
dataran terbuka yang sangat luas memiliki potensi energi angin yang besar.
3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut dan di daratan menyebabkan angin bertiup
secara terus menerus (Golding, 1982).
Pada dasarnya, turbin angin dapat dipasang di mana saja di tempat-tempat
tersebut di atas. Bila ingin mendapatkan kecepatan angin yang lebih besar tanpa harus
melakukan modifikasi sedemikian rupa pada turbin, maka penempatan turbin angin pada
kedudukan yang semakin tinggi bisa dilakukan. Apalagi diketahui bahwa kekuatan angin
pada ketinggian di udara besarnya bisa menjadi ratusan kali lebih bertenaga ketimbang di
daratan. Namun demikian, pengkajian potensi angin tetap harus dilakukan untuk
mendapatkan suatu sistem konversi energi angin yang tepat.
Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi energi angin
dapat ditentukan dengan cara:
1. Pemilihan Tempat. Tempat ditentukan sesuai kebutuhan, kemudian potensi energi
angin dikaji dari data yang didapat. Cara ini mempertimbangkan:
a. aksesibilitas baik untuk pekerjaan konstruksi maupun perawatan,
b. kondisi sosial budaya setempat,
c. kepentingan lain
2. Pemilihan Potensi. Pemilihan tempat berdasarkan besarnya potensi energi angin yang
tersedia. Semakin besar kecepatan angin rata-rata di suatu tempat akan semakin baik.
Semakin tinggi potensi energi yang tersedia akan memberikan keuntungan berupa
ukuran sistem konversi energi angin yang semakin kecil dan tidak perlu terlalu efisien
sehingga pembuatannya akan lebih mudah dan murah.
H. Metodologi Penelitian
1. Variabel Penelitian
Variabel yang paling menentukan sebuah desain kincir angin adalah ketersediaan
angin yang cukup untuk menghasilkan energi listrik melalui generator. Karena kincir angin
ditempatkan di ketinggian, maka secara langsung ketinggian pun termasuk ke dalam variabel
yang menentukan ketersediaan dan keadaan angin tersebut. Variabel lain adalah kestabilan
rancangan layang-layang setelah dipasangi kincir angin saat ditempatkan di ketinggian.
Faktor ini menentukan seberapa baik daya keluaran yang dihasilkan turbin meski harus
berada pada lingkungan dengan efek perubahan arah angin lebih besar. Adapun parameter
terukur adalah kecepatan angin, tegangan dan arus yang dihasilkan dari generator.
2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam proyek ini meliputi :
Plastik fiberglasss atau plastik epoksi (digunakan salah satu), sebagai bahan untuk
pembuatan airframe kerangka layang-layang, kincir angin dan stabiliser vertikal.
Baut, untuk menguatkan sambungan antarbagian kincir dan airframe.
Sensor controller kecepatan putar kincir, sebagai pengontrol kapan kincir mulai
berputar dan putarannya dihentikan.
Rem hidrolik, untuk menghentikan putaran rotor pada saat darurat.
Kabel alumunium, sebagai penghubung antara generator pada frame layang-layang
dengan sistem penerima output.
Kabel fiber optic single mode, berfungsi sama dengan kabel alumunium dan
digunakan untuk membandingkan efektifitas penghantaran arus dari generator ke
penerima output.
Batery Charger dan accumulator, sebagai sistem penerima daya output.
3. Konfigurasi sistem
Blok diagram secara keseluruhan dari sistem ditunjukkan pada gambar 5. Kincir
angin dikopel dengan generator dan akan berputar karena aliran angin sehingga generator
juga akan berputar dan menghasilkan tegangan. Sebelum tegangan keluaran dari
generator digunakan untuk keperluan, peralatan yang akan digunakan sebagai beban
terlebih dahulu dikontrol di dalam switch controller pada battery charger.
Gambar 5. Blok diagram sistem pengisian baterai pada pembangkit listrik tenaga angin.
4. Perancangan Kincir Angin
Perencanaan kincir angin harus disesuaikan untuk keperluan apa dan pada kondisi
apa kincir tersebut digunakan. Kincir angin dibuat dari bahan serat (fiber) atau plastik
komposit tipe GRP (glass-reinforced plastic), dari jenis epoksi maupun vinilester,
kemudian dicetak ke dalam cetakan sehingga terbentuk sesuai dengan desain. Panjang
blade yang digunakan harus sesuai dengan frame layang-layang yang digunakan sebagai
platformnya. Jika besar blade yang dipakai terlalu kecil, kincir tidak akan bisa berputar
cepat untuk mendapatkan tenaga yang tepat.
Komponen pendukung kincir angin dalam sistem ini dirancang dengan
menggunakan beberapa komponen sebagai berikut :
1. Sudu atau daun (Blade)
Berfungsi sebagai penangkap angin. Sudu ini berjumlah 2 buah yang mempunyai
panjang dan lebar yang sama.
2. Pillow Block
Berfungsi untuk tempat dudukan dari poros kincir, yang dilengkapi dengan bearing.
3. Poros
Berfungsi sebagai tempat menempelnya sudu (Blade). Poros yang digunakan
mempunyai diameter 20 cm dan lebar ±5 cm.
4. Roda Gigi (Gear)
Berfungsi sebagai pengait kincir angin dengan generator.
5. Stabiliser
Berfungsi mengatur rotor pada sudut-sudut yang berbeda untuk menyeimbangkan
platformnya dan mengoptimalkan kecepatan putar kincir terhadap kecepatan angin di
ketinggian.
Gambar 6. Konstruksi dan komponen pendukung kincir angin
Secara umum, data turbin angin yang akan dibuat adalah sebagai berikut :
Jenis kincir : high speed two blade
Bahan sudu : plastik fiberglass
Diameter sudu : 3 – 5 meter
Lebar sudu : 10 – 12 cm (bagian atas) dan 15 – 18 cm (bagian atas)
Sudut pitch sudu : tetap
Generator : generator magnet permanen, 3 fase
Sistem pengereman : side furling dan sirkuit pendek
Sistem transmisi : speed increasing transmission
Adapun untuk airframe pengangkut penyangga kincir angin, digunakan frame
berbentuk huruf H dengan bahan yang sama dengan kincir angin. Secara keseluruhan,
sistem ini memiliki massa tidak lebih dari 150 kg (sudah termasuk seluruh komponen
5
5
turbin angin). Selanjutnya, sistem akan ditempatkan pada ketinggian 800 - 1000 meter di
atas permukaan laut untuk diujicoba kinerjanya dalam keseimbangan, tangkapan energi
angin dan daya listrik yang dihasilkannya.
5. Pemilihan Gear Ratio
Roda gigi dalam sistem ini selain berfungsi sebagai pengait antara kincir angin
dengan generator, juga merupakan penggerak mula dari generator dan roda gigi ini
berfungsi untuk mengatur torsi. Penggunaan roda gigi kincir angin dipilih ukuran yang
lebih besar daripada roda gigi pada generator dengan perbandingan standar 3 : 1 untuk
kincir dengan 2 atau 3 blade. Untuk kecepatan angin rendah, perbandingan yang
digunakan biasanya maksimal 5 : 1. Perbandingan roda gigi ini dimaksudkan agar torsi
yang dihasilkan kincir lebih besar daripada torsi generator sehingga putaran generator
menjadi lebih cepat.
Gambar 7. Perbandingan gear untuk kincir generator dan angin dengan
Untuk menentukan jumlah perbandingan gear untuk keperluan mekanik, dapat
menggunakan persamaan sebagai berikut :
ω1 / ω2 = θ1 / θ2
Dimana:
ω1 = Kecepatan gear 1 (rpm)
ω2 = Kecepatan gear 2 (rpm)
θ1 = Ratio gear 1
θ2 = Ratio gear 2
Dengan menggunakan perbandingan gear, suatu pembangkit listrik tenaga angin
akan memberikan hasil sesuai dengan kebutuhan. Sehingga dengan kecepatan angin yang
ada dapat ditentukan gear ratio yang tepat (Anwar, 2008).
Pemakaian gear ini disesuaikan dengan kondisi lingkungan penempatan turbin
angin itu sendiri. Berhubung dalam proyek ini, kincir angin dirancang untuk dipasang
pada layang-layang dan kemudian ditempatkan di ketinggian yang otomatis kecepatan
angin pun lebih besar daripada pada ketinggian kincir angin standar, maka agar efisiensi
turbin tetap optimal, perbandingan gear pun diusahakan sekecil mungkin.
6. Perancanaan dan Perancangan Sistem Keluaran Daya
a. Rangkaian Penyearah (rectifier)
Untuk mengantisipasi adanya tegangan bolak-balik dari output tegangan
generator, maka perlu diberikan suatu penyearah tegangan. Ini diperlukan mengingat saat
kincir angin beroperasi, aliran udara yang ditangkapnya dapat berubah-ubah secara
fluktuatif, baik besar maupun arahnya. Karena itu, meskipun generatornya adalah AC,
masih ada kemungkinan tegangan yang dihasilkan generator justru adalah DC, sehingga
perlu ditempatkan sebuah rangkaian rectifier. Jika generator yang digunakan merupakan
generator AC (Alternator) maka merupakan keharusan untuk menggunakan suatu
rangkaian penyearah sebelum masuk ke rangkaian kontrol battery charger. Namun,
meskipun digunakan generator DC, sebaiknya tetap digunakan rangkaian rectifier untuk
mengantisipasi tegangan bolak-balik seperti yang telah disebutkan di awal (Yusuf, 2007).
b. Kontrol battery charger
Penggunaan battery charger merupakan opsi, yaitu bila keluaran dari turbin
digunakan untuk pengisian accumulator. Prinsip kerja rangkaian ini adalah sebelum
output tegangan dari generator digunakan untuk mengisi accu, tegangan output tersebut
dimasukkan terlebih dahulu pada rangkaian battery charger agar arus yang digunakan
bisa konstan. Kontrol charger ini selain berfungsi untuk mengatur kestabilan dari arus
pengisian accu, juga untuk mematikan arus pengisian jika accu telah penuh.
7. Perencanaan Accumulator
Accumulator yang digunakan dalam penelitian ini sebaiknya memiliki Ah yang
kecil, misalnya accu 12V – 5Ah. Penggunaan accu dengan Ah yang kecil berdasarkan
pertimbangan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin tidak
terus menerus, karena ada kalanya angin bertiup sangat kencang dan adakalanya angin
hanya bertiup sepoi-sepoi sehingga generator tidak menghasilkan tegangan (Anwar,
2008).
8. Pengambilan dan Analisis Data
Pengambilan data dilakukan setelah layang-layang stabil pada kedudukannya
ketinggian. Sebelumnya sistem ditempatkan di ketinggian dengan cara menariknya
dengan kendaraan (dalam hal ini, yang direncanakan adalah mobil ringan). Saat layang-
layang bergerak naik, kincir angin akan berputar dengan kecepatan yang sebanding
dengan ketinggian. Saat layang-layang berada pada ketinggian optimlanya, putaran kincir
akan memberikan gaya angkat yang mempertahankan layang-layang tetap berada di
posisinya.
Data yang diambil sesuai dengan indikator, namun lebih difokuskan pada
tegangan yang dikeluarkan saat kincir angin bekerja. Pengambilan data dilakukan
beberapa kali dengan ketinggian laying-layang bervariasi. Data – data ini selanjutnya
akan dianalisis dengan mencari korelasi antara ketinggian yang dicapai, kecepatan angin
dan daya yang dihasilkan.
Perancangan Kincir Angin dan Komponen Pendukungnya
Perakitan Komponen Sistem
Pengujian Sistem dan Pengambilan Data
Analisis Data
Penarikan Simpulan
Gambar 8. Skema Metodologi Penelitian
I. Jadwal Penelitian
No Kegiatan Bulan Bulan Bulan Bulan Bulan
1 2 3 4 5
1Perencanaan dan Persiapan
Alat
- Perencanaan
- Persiapan Alat
2 Eksperimen
- Perakitan Alat
- Pengujian Alat
- Pengambilan Data
3 Penulisan Laporan
- Analisa Data
- Pengolahan Data
- Pembuatan Draf Laporan
- Pengetikan Laporan Akhir
- Penggandaan Laporan
- Penandatanganan Laporan
4 Pengiriman Laporan
J. Estimasi Biaya Penelitian
No Komponen Biaya Volume Harga Satuan (Rp) Jumlah (Rp)
1
Bahan habis pakai
Kertas A4 80 gram 3 rim Rp. 30.000,- Rp 100.000,-
Tinta Printer (5
hitam + 3 warna)8 rim Rp. 30.000,- Rp 320.000,-
Jumlah Biaya Rp 420.000,-
2
Penunjang penelitian
Plastik fiberglass
epoxi
(ukuran 10 x 10)
5 satuan Rp 300.000,- Rp 1.500.000,-
Kontrol battery
charger (opsi)1 buah Rp 300.000,- Rp 300.000,-
Accumulator 1 buah Rp 500.000,- Rp 500.000,-
Gear (ukuran 37) 4 buah Rp 45.000,- Rp 180.000,-
Gear (ukuran 14) 4 buah Rp 35.000,- Rp 140.000,-
Inverter AC/DC
(opsi)1 buah Rp 800.000,- Rp 800.000,-
Kabel alumunium 1000 m Rp 6.800,- / meter Rp 6.800.000,-
Sewa dan biaya
kebersihan
laboratorium
3 bulan Rp 150.000,-/ bulan Rp 450.000,-
Biaya koordinasi
tim dan evaluasi
bulanan
5 kali Rp 100.000,- Rp 500.000,-
Jumlah Biaya Rp 11.170.000,-
3 Akomodasi dan Perjalanan
Transportasi ke
lokasi pengambilan
data
3-5 orangRp 20.000,- s/d Rp
100.000,-Rp 500.000,-
Jasa pembelian
barang5 kegiatan Rp 500.000,- Rp 500.000,-
Jumlah Biaya Rp 1.000.000,-
4
Lain – Lain
Pembuatan poster 1 Buah Rp. 200.000,- Rp 200.000,-
Publikasi Ilmiah 1 Buah Rp. 355.000,- Rp 355.000,-
Perbanyakan
progres report4 Buah Rp. 20.000,- Rp 80.000,-
Penggandaan dan
penjilidan laporan10 Kali Rp. 30.000,- Rp 300.000,-
Penggandaan
literatur penunjang5 Buah Rp. 45.000,- Rp 225.000,-
Internet / 2 jam 10 Kali Rp. 15.000,- Rp 150.000,-
Jumlah Biaya Rp 1.500.000,-
REKAPITULASI BIAYA
No Uraian Biaya (Rp)
1 Bahan Habis Pakai Rp 420.000,-
2 Peralatan Penunjang Rp 11.170.000,-
3 Akomodasi dan Perjalanan Rp 1.000.000,-
4 Lain-lain Rp 1.500.000,-
JUMLAH TOTAL Rp 14.090.000,-
11. Daftar Pustaka
Anonim1. 2010. http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/447--teknologi-magnetic-levitation-pada-turbin-angin.html
(Diakses pada tanggal 21 April 2010)
Anonim2. 2007. www.mst.gadjahmada.edu/dl/Kincir_Angin.pdf (Diakses pada tanggal 21 April 2010)
Anonim3. …. Accumulator Charge and Discharge Test System. NITTETSU ELEX CO., LTD.,NS Cycle Tester : Japan (www.ns-elex.co.jp/world/e_index.htm. Diakses pada tanggal 21 April 2010)
Anwar, Moh. Saiful. 2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Darmawan, Ketut Budiyasha. 2007. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Denpasar : Universitas Pendidikan Ganesha
Golding, E.W. 1982. Windmills for Water Lifting and the Generation of Electricity on the Farm (FAO Internal Working Bulletin No.17). Roma : Food Agriculture Organization
Kadir A. 1987. Energi Angin. Dalam : Energi. Jakarta : UI-Pres
United Nations Environment Programme. 2006. Energy Efficiency Guide for Industry in Asia. www.energyefficiencyasia.org /docs /ee_modules/indo/ Chapter - Electric motors (Bahasa Indonesia).pdf
Yusuf, A. 2007. Pemanfaatan Kincir Angin Pada Ladang Garam Sebagai Alternatif Pembangkit Sumber Energi Listrik Berbasis PID Kontroller. Program Kreatifitas Mahasiswa. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
12. Lampiran
Nama Lengkap : M. Yudi Suhendar
NIM : J1D108010
Fakultas/Program Studi : MIPA/S-1 Fisika
Perguruan Tinggi : Universitas Lambung Mangkurat
Waktu untuk kegiatan : 10 jam/minggu
Nama Lengkap : Fachruzzaki
NIM : J1D107013
Fakultas/Program Studi : MIPA/S-1 Fisika
Perguruan Tinggi : Universitas Lambung Mangkurat
Waktu untuk kegiatan : 10 jam/minggu
Nama Lengkap : Dian Handiana
NIM : J1D109701
Fakultas/Program Studi : MIPA/S-1 Fisika
Perguruan Tinggi : Universitas Lambung Mangkurat
Waktu untuk kegiatan : 10 jam/minggu