BAB IPENDAHULUAN

1.1 TUJUANMahasiswa diharapkan mampu :1. Mengukur data angin pada suatu wilayah2. Menghitung energy yang dihasilkan kincir angin3. Menentukan kelayakan pemanfaatan energy angin pada suatu wilayah

1.2 DASAR TEORISaat ini sebagian besar energi yang di gunakan rakyat indonesia berasal dari bahan bakar fosil, yaitu bahan bakar minyak, gas, dan batu bara. Kerugian penggunaan bahan bakar fosil ini selain merusak lingkungan, juga tidak terbarukan ( non renewable ) dan tidak berkelanjutan( unsustainable ). Cadangan bahan bakar fosil terbatas sehingga pengelolahannya harus dilaksanakan secara efisien mungkin. Karena itu, ketergantungan akan minyak bumi dalam waktu panjang tidak dapat dipertahankan lagi sehingga perlu ditingkatkan pemanfaatan energi baru dan terbaarukan.Angin adalah salah satu sumber energi baru dan terbarukan yang dapat dikembangkan dan dimanfaatkan langsung oleh masyarakat untuk memenuhi kebutuhan energi, khususnya di daerah pesisir, pedesaan dan daerah terpencil. Salah satu pemanfaatan potensial energi angin adalah untuk menggerakkan kincir angin / turbin angin. Kincir angin tersebut dapat menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik atau dapat pula menggerakkan pompa air untuk memompa air tanah. Berdasarkan data Ditjen Listrik dan pemanfaatan energi, potensi tenaga angin sekitar 3-5 m/detik ( 9.287 MW ) sedangkan kapasitas yang sudah terpasang hanya sekitar 0,5 MW.Energi angin adalah energi yang dapat diperoleh secara Cuma-Cuma dan bisa ditemukan dimana saja dengan kapasitas yang berbeda-beda. Berdasarkan dengan sumber energi lainya,termasuk energi yang ramah lingkungan ,tidak menimbulkan polusi namun investasi awalnya cukup mahal, kelebihanya biaya oprasionalnya murah karena tidak membutuhkan biaya pembelian BBM.Energi AnginPemanfaatan energi angin untuk menggerakkan kincir angin yang selanjutnya dikonversi ke energi yang lain, sangat diperlukan data kecepatan angin, arah angin dalam kurun waktu yang lama. energi angin merupakan energi kinetis atau energi akibat kecepatan angin dan selanjutnya energi kinetis inilah yang dapat digunakan untuk memutar sudu-sudu kincir angin.E = m V jouleDimana :E adalah energy kinetis (joule) m adalah massa udara ( kg )V adalah kecepatan angin (m/s)Jika suatu blok udara yang mempunyai penampang A ( m ) dan bergerak dengan kecepatan V ( m/s ) maka jumlah massa udara yang mengalir tiap detik adalahm = A . V . P ( kg/detik )Dimana :m = massa udara yang mengalir ( kg/detik)P = kerapatan udara ( kg/m )A = penampang udara ( m )V = kecepatan angin ( m/detik )Selanjutnya didapatkan energi yang dihasilkan persatuan waktu adalah : P = E / satuan waktu= A V P ( Watt )Menurut Brown,C.K. and Warne ( 1975 ) daya efektif dari angin yang mungkin dihasilkan oleh suatu kincir angin dapat dihitung dengan formula :Ea = cp D V( Watt )Dimana :Ea = daya efektif yang dihasilkan kincir angin ( Watt)Cp = koefisien dayaD = diameter kincir angin (m)V =kecepatan angin (m/s) = kerapatan udara (kg/m)Selanjutnya sistem konfersi energi angin untuk membangkitkan tenaga listrik dihitung dengan formula :(Psyst/A ) wp = cp x tr x g xb x x x Vwatt/mDimana :Cp = keefesiensi daya = 0,4tr = efisiensi transmisi = 0,95g = efisiensi generator = 0,85b = efisiensi baterai = 0,75 = kerapatan udara = 1,2 kg/detikDengan mensubstitusi harga - harga tersebut diatas maka didapatkan energi listrik yang dapat dibangkitkan / satuan luas penampang sudu kincir angin adalah :( P syst/A ) = 0,1454.V Watt / mDan untuk selang waktu didapat.( P syst / A ) = 0,1454 V . dtWatt/m

PENGUKURAN DATA ANGINTujuan pengukuranDalam kaitanya dengan pemanfaatan energi angin, tujuan pengukuran adalah :a) Memperoleh data potensi energi angin di lokasib) Identifikasi lokal ( daerah potensial )c) Penentuan kelas pemanfaatan berdasarkan potensi yang tersediad) Penetapan tempat pemasangan turbin angin

Parameter data anginParameter utama ( data primer ) adalah kecepatan dan arah angin ; sedangkan daya, energi dan informasi statistik lain merupakan data skunder yang ditentukan dari data data primer. Parameter cuaca yakni radiasi matahari, temperatur, kelembaban, tekanan udara luar ( atmosfer ) juga dapat mempengaruhi daya dan energi di suatu lokasi.Kecepatan angin vertikal kadang - kadang diperlukan guna mengetahui turbulensi, sedangka perubahan temperatur terhadap ketinggian (yang disebut temperatur) diperlukan untuk mengetahui informasi mengenai turbulensi dan stabilitas atmosfer.Tekanan atmosfer ( barometer ) bersama temperatur udara digunakan untuk menentukan kerapatan udara.Data dan informasi yang diperlukan untuk pemanfaatan energi anginData angin serta informasi yang diperlukan untuk pemanfatan adalah : Kecepatan angin dilokasi ( rata rata tahunan, minimum dan maksimum ) Arah angin dominan Distribusi kecepatan angin Distribusi arah angin( windrouse dalam dua belas sektor) Pola angin harian ,bulanan, tahunan Kondisi LU LL (Angin rendah ) Daya angins spesifik, WPD ( W/m) dan energi ( WED ) dalam satu tahun ( kWh/m )

Kondisi topografi Kondisi topografi di suatu daerah sangat menentukan kontur atau distribusi kecepatan angin disuatu daerah tersebut, dan dengan demikian juga akan mempengaruhi potensi lokasi serta pemilihan tempat pemasangan sebuah turbin angin.Elemen elemen topografi adalah : (i) Kekasaran permukaan ( ruoghness )Kekerasan permukaan merupakan hasil kolektif dari permukaan dataran dan rintangan akan menyebabkan penurunan kecepatan angin di dekat permukaan tanah dan disebut gerser angin ( wind shear ) contohnya adalah tanaman hutan bangunan dan lain lain.(ii) Orografi (orrograffi)Suatu bentuk dataran yang menghasilkan suatu pengaruh tambahan terhadap angin, yang dapat mempercepat atau memperlambat. Misalnya bukit, lembah, hubungan, cliff dll. Sebagai contoh di dekat puncak atau bagian yang tinggi di dataran ini, kecepatan angin bertambah, sedangkan di bagian lembah atau bawah kecepatan angi akan berkurang.(iii) Rintangan ( obstaecle )Sangat mempengaruhi kecepatan angin, efeknya secara fertikal akan bertambah sampai 3 kali tinggi rintangan, dan dalam arah horisontal sampai 30-40 tinggi rintangan.Metode pengukuranMetode pengukuran data angin dapat dilakukan sebagai berikut:a. Tidak langsung(i) Pengamatan fenomena dilokasi yang dapat di taksir secara kuantitatif,misalnya dengan menggunakan sekala beaofert.(ii) Kondisi ekologis sustu lokasi b. LangsungPengukuran langsung data primer ( kecepatan dan arah mata angin) dilokasi. Kecepatan angin diukur dnegan anemometer, dan arah angin diukur dengan sensor arah angin. Syarat pengukuran adalah sebagai berikut:(i) Pengukuran kecepatan dan pengukuran dilakukan pada ketinggian standart WMO (World Meteorologikal Organisation ) 10m atau ketinggian yang dirancang untuk menara turbin kincir angin(ii) Menggunakan peralatan standart ( anemometer analog atau digital ) yang dilengkapi dengan data loggar(iii) Pengukuran arah angin diukur dengan sensor arah angin ( tipe mekanis/ elektris ) yang dapat digabung atau dipisah dengan alat anemometer. Arah angin acuan adalah utara ( 0 derajat ) dengan menggunakan data logger semua parameter dicuplik ( sempling ) setiap 10 menit dan dicatat sebagai data rata rata deviasi standart, maksimum dan minimum data tersebut dicatat dengan berurutan ( serial )(iv) Pengukuran minimum dilakukan dalam satu tahun

c. Pengukuran sesaat dilokasi ( surfai)(i) Kecepatan angin diukur dengan waktu 10 menit untuk mendapatkan data perjam dan harian (ii) Setiap satu jam pada beberapa pengukuran yang mewakili satu hari dan mengambil data rata ratanya

d. EkstrapolasiEkstrapolasi dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran standart ( 10m ) untuk menaksir kecepatan angin pada suatu ketinggian diatas ketinggian standart, misalnya pada 15m, 24m, 30m, dsb Contoh peralatan ukur dan pengukuran data angin diperhatikan pada gambar

a) Anemometer dan arah angin unttuk surfai lapangan

b) Anemometer sensor arah dan data logger

c) Pengukuran data angin

Pengukuran yang umum dilakukan sebagai kondisi sebagai berikutParameterKetinggian monitoring

Kecepatan angin, m/s10 m, 25m, 40m, 50, dst

Kecepatan angin vertikal, m/s38 m

Arah angin, derajat25m, 40 m

Radiasi matahari, w/m23 4 m

Temperatur, C3 m

Temperatur delta, C3 m

Tekanan atmosfer, mm Hg2 3 m

Pengolahan Data ngin dan efaluasiPerolehan dataBerdasarkan pengukuran kecepatan dan arah angin disuatu lokasi, informasi pengolahan yang diperoleh adalah:a. Kecepatan dan arah angin Rata rata harian, bulanan tahunan Kecepatan angin minimum dan maksimum Kecepatan LURL Informasi statistik: rata rata, defisiasi standart, distribusi, kecepatan angin, histogram,dll Distribusi arah angin harian,bulanan, tahunan yang dinyatakan dalam sektor sektor arah angin(8/12 sektor) yang memberikan persentase arah mata angin) disebut windcroseb. Daya angin spesifik dilokasi (WPD = Wind Power Density) harian bulanan tahunan dalam W /meter persegic. Energi angin spesifik di lokasi ( WED = Wind Energy Density) harian bulanan tahunan dalam KWh/ segi. Untuk satu tahun dinyatakan dalam A KWh ( annual kilo watt hour) / m.Metode ekstrapolasi untuk penaksiran kecepatan anginUntuk ketinggian diatas refrensi (misalnya tinggi akytual menara turbin) kecepatan angin dapat sitaksir dengan membandingkan terhadap kecepatan referensi dngan menggunakan rumus V= Vr ( H/ Hr) Dengan V = kecepatan pada suatu ketinggian H (m /detik), Vr = kecepatan pada ketinggian refrensi Hr, dan adalah suatu konstanta yang nilainya adalah sebagai berikut : = untuk V kecepatan pada suatu ketinggian H ( m/ detik ), Vr = kecepatan pada ketinggian refrensi Hr, dan adalah suatu konstanta.1. Daya dan energi angin dilokasiDinyatakan oleh rfapat daya ( WPD = Wind Power Density) dalam W /m, sedangkan energi WED dalam KWh m, dan ditaksir dalam 1 tahun yng disebut energi tahunan A KWh/ m.a. Rapat Daya (WPD Wind Power Density); W/ mRapat Daya Dilokasi ( W /m ) dapat ditaksir dengan menggunakan persamaanP = P VRapat masa udara V merupakan funsi tekanan atmosfer, temperatur dan diambil sebesar 1,225 1,3 kg/m untuk indonesi NILi pendekATan adalah P= 1,225 kg/m.b. energi angin spesifik ( WED = wind energi densiti ) KWh /mEnergi angin spesifik dalam 1tahun disebuah lokasi merupkan hasil perkalian antara daya dan waktu dalam 1 tahunRapat energi = P 8,760Dengan t = 8760 jam adalah jumlah jam dalam 1 tahun. Maka energi angin yang tersedia dilokasi disebut ( AKWh anual kilo watt hour) dalam KWh/mAKWh = p v (8760)Metoda weibull untuk penaksiran energi aktual dilokasi Energi angin aktual di suatu lokasi dengan kondisi topografi tertentu adalah : E = (EPF) x AkWhDengan EPF (Energi Pttern Faktor ) adalah sebuah parameter yang diperoleh dari distribusi kecepatan angin dan dinyatakan oleh nilaisebuah faktor yaitu faktor weibull k yang memberikan bentuk kurva distribusi kecepatan angin di sebuah lokasi selama satu bulan atau 1 tahun .Nilai EPF dapat ditentukan dengan 2 cara berikut :(i) Dari kurfa distri busi ,yaitu kecepatan distribusi kecepatan angin selama 1 tahun . kurfa tersebut berbentuk lonceng dan memberikan nilai k .(ii) Berdasarkan pengukuran setiap jam selama periode total pengukuran. Distribusi arah angin dinyatakan oleh sektor arah datangnya angin.masing masing 30nderajat dan utara dalah arah 0 (nol).

Gambar kurva distribusi weibullTabel 2 : hubungan antara k dan EPFk1,21,41,61,82,02,22,42,62,83,03,23,54,05,0

EPF3,993,032,482,141,911,751,631,531,461,401,361,301,231,15

Gambar . kurva hubungan antara k dan epf

Gambar . kurva distribusi kecepatan angin ( distribusi weibull)

Gambar . wind rose

Metoda frekuensi ( bin) untuk penaksiran energi anginEnergi yang dihasilkan di suatu lokasi secara aktual diverifikasi pada baris rata rata 10 menit. Untuk hal ini, proporsi waktu total bertiupnya angin pada suatu nilai kecepatan angin tertentu dalam rentang waktu yang berbeda harus diketahui.Jumlah jam dalam 1 tahun adalah (f = 8760)Standar IEC 1400 -12 mensyaratkan agar penggunaan interval kecepatan angin ( bin ) 0,5 m/detik sedangkan bin yang lebih lebar akan menghasilkan ketelitian yang lebih rendah.

BAB IIMETODOLOGI PRAKTIKUM

2.1 PELAKSANAAN2.1.1 Alat Dan BahanAlat dan bahan yang digunakan meliputi : Anemometer Termometer Barometer Stopwatch Kertas buram Kertas HVS

2.1.2 Prosedur Kerja1. Siapkan bahan yang ada 2. Pembimbing memberikan asistensi praktek3. Ukur kecepatan dan arah angin dengan anemometer4. Ukur temperatur udara dengan termometer5. Mengukur tekanan udara dengan barometer6. Hitung potensi tenaga angin berdasarkan data pengukuran7. Menghitung energi yang dihasilkan oleh kincir angin dengan berbagai diameter sudu.8. Menghitung energi listrik yang dapat di bangkitkan berdasarkan diameter sudu.9. Mahasiswa mengisi lembar kerja untuk membuat laporan10. Setelah selesai kumpulkan laporan praktek yang berisi tabel ukuran dan perhitungan serta denah yang telah dibuat.