1

Pemanfaatan Turbin Ventilator yang Terpasang

Pada Atap Rumah Sebagai Pembangkit Listrik

Oleh

Nalendradi Attar

NIM: 612009007

Skripsi

Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

April 2016

2

3

4

5

i

INTISARI

Tugas akhir ini bertujuan untuk memodifikasi sebuah ventilator turbin angin

yang pada dasarnya memiliki cara kerja sebagai mana turbin angin sumbu vertical.

Bentuk turbin angin yang digunakan adalah ventilator turbin angin yang biasa dipasang

pada atap-atap pabrik, dipilih karena diharapkan dapat berputar dengan angin yang kecil

sehingga memiliki self-starting yang baik dan tidak tergantung arah angin sehingga

dapat menangkap angin dari berbagai arah.

Dimensi turbin yang digunakan memiliki dimensi panjang 66 cm dan tinggi 35

cm. Untuk mengkonversi energi turbin menjadi listrik digunakan generator AC 3 fasa

yang kemudian disearahkan menjadi tegangan DC. Untuk menghasilkan tegangan 5 V

keluaran penyearah dihubungkan ke konverter DC ke DC dengan IC CE8301.

Hasil simulasi dengan kipas angin berkecepatan 2,4 m/s; 3,4 m/s; dan 5,4 m/s

menunjukkan efisiensi sistem turbin mengalami peningkatan dengan kelajuan debit

angin tetap dan kecepatan angin yang ditingkatkan menghasilkan daya 0,145W, 0,413

W, dan 1,655 W. Dengan efisiensi sebesar 7 %. Pengujian di daerah Kemiri, Salatiga

menunjukkan bahwa turbin ini dapat berputar minimal dengan kecepatan 2 m/s dalam

keadaan angin bertiup secara continue dan menghasilkan 0,75 V. Kecepatan angin

terbesar yang didapatkan adalah 3,3 m/s yang dapat menghasilkan 1,5V. Sehingga dapat

membuktikan bahwa kecepatan angin dipengaruhi oleh aliran fluida (udara) yang terjadi

antara temperatur dan tekanan udara.

ii

ABSTRACT

This thesis aims to modify a wind turbine ventilator which is basically a way of

working as where the vertical axis wind turbine. Forms used wind turbine is a wind

turbine ventilator used meadow on the roofs of the factory was chosen because it is

expected to spin a small wind so it has good self-starting and does not depend on wind

direction so as to catch the wind from any directions.

Dimensions turbines used has dimensions of length 66 cm and 35 cm high. To

convert the energy into electricity turbines used 3 phase AC generator that is then

rectified into DC voltage. To generate a voltage of 5 V output rectifier is connected to

DC to DC converters with IC CE8301.

The simulation results with a fan speed of 2.4 m/s ; 3.4 m/s ; and 5.4 m/s

indicates the efficiency of the turbine system has increased the speed of the wind flow

and wind speed are enhanced generate 0,145W power, 0.413 W and 1,655 W. With an

efficiency of 7%. It was tested at Kemiri area-Salatiga which shows the turbine can spin

at speeds of at least 2 m/s in a state wind blows a continuously and produces 0.75 V.

The wind speed obtained was 3.3 m/s to generate 1.5 V, so that it can prove that the

wind speed is influenced by the flow of the fluid (air) that occurs between the

temperature and air pressure.

Keywords: wind turbine ventilator, 3 -phase AC generator, DC to DC converters

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta

penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada

berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Allah SWT yang memberikan berkat dan karunia-Nya kepada penulis untuk

menyelesaikan skripsi ini.

2. Kepada Bapak Bambang Supriyanto dan Ibu Winarti. serta adik terbandel Damar

Handyanjaya, yang selalu memberikan bantuan moral, materiil dan Doa.

3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. dan Bapak F. Dalu Setiaji, M.T selaku pembimbing I

dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan dan ide-ide cemerlang

yang menginspirasi penulis selama mengerjakan skripsi.

4. Semua temen-temen angkatan 2009, yang tidak bisa saya tuliskan namanya satu

persatu, teman-teman lab skripsi yang masih tersisa dan baru akan masuk, teman-

teman “berkubang ceria” Grego adi’11, Armop setiawan’11, Winfrid boni.

5. Berbagai pihak yang penulis tidak dapat sebutkan satu persatu terimakasih banyak

penulis ucapkan.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, 2 Mei 2016

Penulis

iv

DAFTAR ISI

INTISARI .............................................................................................................................. i

ABSTRACT ........................................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................ iv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... vi

DAFTAR TABEL ........................................................................................................ viii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1

1.2 Spesifikasi Sistem .................................................................................... 2

1.3 Sistematika Penulisan .............................................................................. 2

BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................................... 4

2.1 Angin ....................................................................................................... 4

2.2 Daya yang diekstrak oleh angin ............................................................... 5

2.3 Area Sapuan Rotor ................................................................................... 6

2.4 Turbin Angin ........................................................................................... 6

2.5 Turbin Ventilator ..................................................................................... 8

2.6 Generator ................................................................................................. 8

2.7 Regulator ................................................................................................. 9

2.7.1 Step Down Regulator .................................................................. 10

2.7.2 Step Up Regulator ....................................................................... 10

2.8 Arduino .................................................................................................... 11

2.9 Akumulator .............................................................................................. 12

2.10 Anemometer ............................................................................................ 14

2.11 Display..................................................................................................... 15

BAB III PERANCANGAN SISTEM .............................................................................. 16

3.1 Cara Kerja Alat .......................................................................................... 16

3.2 Perancangan Perangkat Keras .................................................................... 17

3.2.1 Turbin Ventilator ........................................................................ 17

3.2.2 Modul Regulator ........................................................................... 18

3.2.3 Generator .................................................................................... 20

3.2.4 Penyearah 3 fasa ......................................................................... 20

3.2.5 Sensor Tegangan dan Arus .......................................................... 22

3.2.6 Display ........................................................................................ 24

v

3.3 Kipas Angin ............................................................................................. 24

3.4 Perancangan Perangkat Lunak ................................................................. 26

3.5 Pembacaan Arduino ................................................................................. 27

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA.......................................................................... 28

4.1 Pengujian Turbin Vertikal ......................................................................... 28

4.1.1 Turbin Ventilator ........................................................................ 29

4.2 Pengujian Generator .................................................................................. 30

4.3 Pengujian Boost Converter ....................................................................... 36

4.4 Pengujian Penyimpanan Energi pada Batere ............................................. 41

4.5 Pengujian Keseluruhan Alat ...................................................................... 42

4.6 Pengujian Aktual ....................................................................................... 47

4.7 Rencana Perubahan Spesifikasi ............................................................... 48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 49

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 49

5.2 Saran Pengembangan ................................................................................ 49

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 51

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Angin Sumbu Horisontal .......................................................... 7

Gambar 2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal.............................................................. 7

Gambar 2.3 Turbin Ventilator .................................................................................. 8

Gambar 2.4 Generator AC ....................................................................................... 9

Gambar 2.5 Regulator DC to Dc .............................................................................. 10

Gambar 2.6 Arduino Nano ....................................................................................... 12

Gambar 2.7 Baterai Li-ion pada ponsel ................................................................... 13

Gambar 2.8 Anemometer ......................................................................................... 14

Gambar 3.1 Diagram Sistem .................................................................................... 16

Gambar 3.2 Turbin Ventilator yang telah dimodifikasi ........................................... 17

Gambar 3.3 Untai Boost Converter BL-8530 .......................................................... 18

Gambar 3.4 Modul Regulator .................................................................................. 19

Gambar 3.5 Generator AC pada Bracket ................................................................. 20

Gambar 3.6 Skema Generator .................................................................................. 20

Gambar 3.7 Rangkaian Penyearah 3 fasa ................................................................. 21

Gambar 3.8 Sinyal Keluaran Generator 3 Fasa ....................................................... 22

Gambar 3.9 Sensor Tegangan .................................................................................. 23

Gambar 3.10 Sensor Arus dengan rangkaian Non-Inverting ..................................... 23

Gambar 3.11 Rangkaian I2C LCD Backpack ............................................................ 24

Gambar 3.12 LCD Backpack ..................................................................................... 24

Gambar 3.13 Kipas Angin.......................................................................................... 25

Gambar 3.14 Diagram Alir Perangkat Lunak ............................................................ 26

Gambar 4.1 Pengujian Mekanik Turbin ................................................................... 28

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian Vout Generator .................................................. 32

Gambar 4.3 Rangkaian pengujian Iout Generator.................................................... 32

Gambar 4.4 Rangkaian penyearah tiga fase dengan dioda germanium ................... 33

Gambar 4.5 Grafik daya Generator Dengan Beban Resistor 5 Watt ....................... 34

Gambar 4.6 Rangkaian Penyearah tiga fasa dengan dioda 1n5821 ......................... 35

Gambar 4.7 Grafik daya yang dihasilkan generator................................................. 36

Gambar 4.8 Tegangan keluaran generator (kanan) dan arus keluaran (kiri) ............ 36

Gambar 4.9 Uji performa modul boost regulator ..................................................... 37

vii

Gambar 4.10 Rangkaian pengujian Iout Boost Regulator ......................................... 38

Gambar 4.11 Rangkaian pengujian Vout Boost Regulator ........................................ 38

Gambar 4.12 Tegangan keluaran regulator (kanan) dan arus keluaran (kiri) ............ 38

Gambar 4.13 Tegangan keluaran generator dan tegangan keluaran boost

regulator ............................................................................................... 39

Gambar 4.14 Uji performa modul Boost Regulator untuk Mengetahui daya

maksimal yang dihasilkan .................................................................... 40

Gambar 4.15 Rangkaian Pengujian Pengisian batere ................................................ 41

Gambar 4.16 Grafik tegangan batere (atas) dan arus batere (bawah) ketika

pengisian............................................................................................... 41

Gambar 4.17 Arus yang terbaca ketika dibeban batere saat pengisian ...................... 42

Gambar 4.18 Arus terbaca setelah proses pengisian selama 24jam ........................... 43

Gambar 4.19 Rangkaian saat proses pengosongan baterai ........................................ 44

Gambar 4.20 Grafik arus saat proses pengosongan dalam waktu tertentu ................ 45

Gambar 4.21 Tegangan saat diberi beban baterai ...................................................... 46

Gambar 4.22 Arus yang masuk selama proses pengisian .......................................... 46

Gambar 4.23 Arus terbaca setelah pengisian 1 jam ................................................... 47

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Pengujian Generator ............................................................................. 30

Tabel 4.2 Pengujian Generator dengan beban resistor ......................................... 33

Tabel 4.3 Pengujian Generator dengan Beban Resistor dengan Penyearah

Menggunakan dioda 1n5821 ................................................................ 35

Tabel 4.4 Pengujian Boost Regulator tanpa beban............................................... 37

Tabel 4.5 Pengujian Boost Regulator dengan beban ............................................ 40

Tabel 4.6 Arus pengosongan ................................................................................ 45