bab ii landasan teori ii.1 turbin angin

II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

II.1 Turbin Angin

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan

energi listrik. Awal nya turbin angin dibuat untuk kebutuhan pertanian. Kini

turbin angin banyak digunakan untuk kebutuhan masyarakat. Dengan

menggunkan konversi energi dari energi alam yaitu angin.

Turbin angin terbagi dua menurut prinsip arah putarannya, yang pertama

yaitu turbin angin yang berputar pada poros horizontal atau disebut HWAT

(Horizontal Axis Wind Tuebine ). Kedua yang berputar pada poros vertikal atau

disebut VAWT (Vertical Axis Wind Turbine).

Turbin angin horizontal adalah model umum turbin angin. Desain nya

sama dengan kincir angin, memiliki blade yang sama dengan propeller dan

berputar pada sumbu vertikal. Turbin angin horisontal memiliki generator dan

shaft rotor dipuncak tower dan harus diarahkan ke arah angin.

Gambar 0-1 Turbin Angin Horizontal

(Sumber :mothernature )

Kelebihan turbin angin horizontal adalah towernya yang tinggi, maka

akan mendapatkan angin dengan kekuatan yang besar, setiap 10 meter ketinggian,

dapat berpengaruh pada peningkatan kekuatan angin sebesar 20% dan

II-2

peningkatan daya 34%. Kekurangan turbin angin horizontal adalah dibutuhkanya

tower yang sangat besar guna mensupport beban gearbox, blade,, dan generator.

Sedangkan turbin angin vertikal memiliki shaft rotor vertikal.

Kegunaanya dari shaft rotor vertikal adalah turbin angin tidak perlu diarahkan ke

arah angin bertiup. Dengan sumbu vertikal, generator dan komponen lainya bisa

diletakan dipermukaan tanah. Hal ini memudahkan untuk perawatan komponen-

komponen.

Gambar 0-2 Turbin Angin Vertikal

(Sumber :tecnologygreenenergy )

Kekurangan dari turbin angina vertikal adalah sulit untuk memasang

turbin angin di tower, sehingga jenis tower biasanya di pasang dipermukaan.

Kebanyakan turbin vertikal memiliki penurunan efisiensi dibanding horizontal.

Kebanyakan kekurangan dari semua turbin angin adalah kecepatan angin

yang tidak konstan. Kecepatan angin yang tidak dapat diperkirakan ini dapat

mempengaruhi energi listrik yang dihasilkan tidak konstan juga. Putaran pada

generator akan mengikuti putaran turbin angin. Generator adalah komponen

penting dalam turbin angin untuk membangkitkan listrik.

II.2 Generator

Generator adalah komponen terpenting bagi turbin angin untuk

membangkitkan listrik. generator dapat mengubah energi gerak menjadi energi

II-3

listrik. Prinsip kerja dari generator dasarnya berlandaskan hukum faraday.

Menyatakan bahwa bila ada penghantar dipotong oleh medan magnet yang

berubah setiap saatnya, maka pada penghantar akan timbul gaya gerak listik atau

GGL induksi. Penghantar stasioner (tidak bergerak) sedangkan medan magnet

akan bergerak atau berputar, atau bisa sebaliknya mangnet yang menjadi stasioner

(tidak bergerak) dan penghantarnya yang bergerak atau berputar.

Medan magnet bisa diperoleh dari magnet buatan maupun magnet

permanen. Generator akan membangkitkan tegangan bila rotor pada generator

diputar dan diberi arus eksitasi pada belitan kutubnya.

Gambar 0-3 Prinsip Pembangkitan Tegangan Pada Generator

(Sumber :mesin-mesin listrik )

Kecepatan putaran rotor dan frekuensi tegangan yang dibangkitkan

mempunyai hubungan langsung. Dengan memutar rotor satu putaran penuh akan

membangkitkan satu siklus bentuk gelombang tegangan. Rotor yang diputar

dalam satu putaran satu detik memberikan siklus per detik atau 1 Hz yang menjadi

acuan frekuensi. Memutar rotor dua putaran dalam satu detik menghasilkan dua

siklus, dan frekuensinya adalah 2 Hz. Maka jumlah silkus per detik atau frekuensi

berbanding lurus dengan kecepatan rotor. Jika kecepatanya 60 putaran per menit

(rpm) dengan frekuensi 1 Hz, maka bila frekuensi 60 Hz maka rotor berputar 3600

putaran permenit.

Untuk membangkitkan tegangan sinusoidal dengan frekuensi tertentu,

maka rotor harus diputar dengan kecepatan yang sesuai dengan frekuensi itu

II-4

sendiri. Rotor dikatakan berputar pada kecepatan sinkron jika kecepatanya sesuai

dengan n r/min dalam persamaan ;

Di mana:

f =frekuensi yang dibangkitkan, Hz

n =kecepatan rotor, rpm

p= jumlah pasang kutub pada rotor.

Sebelum generator dapat mencatu suatu beban listrik, generator tersebut

harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

Generator harus beroprasi dengan kecepatan yang benar dan

sesuai. Ini dikarenakan kecepatan menentukan frekuensi.

Harus ada eksitasi dc pada kumparan medan (untuk jenis magnet

buatan).

Generator harus memiliki tegangan keluran yang benar, yang

dapat diatur dengan mengatur arus eksitasi medan.

Tegangan induksi rata-rata pada masing-masing belitan jangkar yang

dihasikan dari adanya medan rotor yang memotongnya berdasarkan hukum

Faraday. Tegangan rata-rata yang dibangkitkan adalah:

dimana :

II-5

( )

dimana :

(

)

(

)

√

( )

√

(

)

dimana : E = ggl induksi (Volt) N = Jumlah belitan

C = Konstanta p = Jumlah kutub

n = Putaran (rpm) f = Frekuensi (Hz)

= Fluks magnetik (webber)

untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang

diletakan pada stator yang disusun dalam berbagai bentuk tertentu, sehingga

susunan kumparan jangkar akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga

kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 120o satu sama lain.

Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk

menghasilkan energi listrik.

II-6

Pada turbin angin, magnet yang digunakan untuk generator adalah magnet

permanent. Salah satu generator magnet permanen dan dapat bekerja baik untuk

turbin angin yang putaranya terkadang berubah-ubah adalah generator AFPM

(axial flux permanent magnet).

II.3 Rectifier

Rectifier atau disebut penyearah adalah suatu bagian dari rangkaian catu

daya power supply yang berfungsi sebagai pengubah sinyal AC menjadi sinyal

DC. Komponen umum penyearah adalah diode, diode memiliki karakteristik yang

hanya melewatkan arus listrik ke satu arah dan tidak melewatkan arus listrik dari

arah sebaliknya.

Dioda adalah komponen elektronika daya yang mempunyai dua kutub

dan bersifat semikonduktor. Cara kerja dari diode adalah memperbolehkan arus

listrik mengalir ke satu arah dan menghambat arus dari arah sebaliknya. Diode

berfungsi sama seperti fungsi katup di dalam bidang elektronika.

Jika sebuah diode dialiri arus bolak balik (AC), maka diode tersebut

hanya akan melewatkan setengah gelombang, sedangkan setengah gelombangnya

lagi akan di blokir.

Gambar 0-4 Simbol Dioda dan cara kerja dioda

(Sumber :teknik elektronika. 2014 )

II-7

II.4. Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang memiliki polaritas Anoda dan

Katoda, sehingga arus yang mengalir pada dioda hanya bersifat satu arah saja

yaitu forward bias jika anoda diberi bias positif dan katoda bias negatif. Tetapi

pada kondisi reverse bias yaitu anoda diberi tegangan negatif dan katoda diberi

positif arus tidak mengalir atau di blok.

Gambar 0-5 Bentuk Dioda


Cara kerja dioda dapat digambarkan seperti sebuah saklar atau switch,

ketika kondisi forward bias maka diode akan berkerja seperti saklar tertutup (ON),

arus akan mengalir melewati diode. Namun pada kondisi reverse bias maka saklar

akan terbuka (OFF) dan arus tidak akan bias melewati dioda. Kondisi ini adalah

kondisi kerja ideal sebuah dioda.

II-8

Gambar 0-6 Karakteristik Dioda


Ketika dioda dipasang dalam keadaan forward bias dioda memiliki

tegangan drop sebesar 0,7 Volt untuk bahan dari silicon dan 0,3 Volt. Sehingga

arus yang mengalir terpotong sebesar drop tegangan pada dioda. Pada kondisi

reverse bias dioda memiliki batas tegangan breakdown, dimana tegangan yang

dibeikan dioda melebihi batas maksimum tegangan breakdown akan terjadi

kebocoran arus, bahkan bisa merusak dioda. Batas tegangan breakdown pada

dioda dapat di lihat dari datasheet dioda.

II.5. Penyearah tiga fasa gelombang penuh

Umumnya catu daya arus searah dengan daya besar yang digunakan

adalah penyearah tiga fasa gelombang penuh. Simbol dari penyearah tiga fasa

gelombang penuh adalah sebagai berikut.

Gambar 0-7 Simbol penyearah tiga fasa gelombang penuh

II-9

(Sumber : elektronika daya. 2016 )

Keuntungan menggunakan penyearah tiga fasa gelombang penuh ini

adalah tegangan yang dihasilkan besar dan rippel teganganya kecil dan juga

memiliki efisiensi yang tinggi

Penyearah ini terdiri dari 6 buah diode yang masing-masing fasa terdiri

dari dua diode.

Gambar 0-8 Rangkaian penyearah 3 fasa gelombang penuh


Dengan konfigurasi rangkaian diode seperti pada gambar di atas dapat

memberi keuntungan yaitu beberapa diode yang tidak bekerja akan dimanfaatkan

sebagai jalan balik arus dari beban-beban.

II-10

Gambar 0-9 Gambar bentuk gelombang tegangan penyearah tiga fasa


Dari buku ajar kuliah elektronika daya Djafar Shodiq Politeknik Negeri

Bandung, cara kerja penyearah tiga fasa gelombang penuh adalah sebagai berikut.

1. Penghantar netral (N) pada penyearah ini tidak diperlukan.

2. Pada saat t0-t1 ( t1 sam dengan sudut 30°) tegangan fasa T lebih tinggi dari

tegangan fasa lainya dan tegangan fasa S lebih rendah dari fasa lainya.

Sehingga kaki anoda pada diode 3 (D3) dan diode 5 (D5) teganganya lebih

tinggi dari kaki katoda. Maka kondisi D3 dan D5 adalah kondisi konduksi

(Forward biased) sehingga arus mengalir dari fasa T ke beban menuju ke

fasa S. Tegangan pada beban sama dengan tegangan line pada sistem

tegangan tiga fasa.

3. Pada saat t1-t2 (ditinjau pada sudut 60°) tegangan fasa R lebih tinggi dari

tegangan fasa lainya dan tegangan fasa S lebih rendah dari fasa lainya,

sehingga kaki anoda pada diode 1 (D1) dan diode 5 (D5) pada kondisi

II-11

konduksi sehingga arus mengalir dari fasa R ke beban menuju ke fasa S.

Tegangan pada beban sama dengan tegangan line pada sistem tegangan tiga

fasa.

4. Pada saat t2-t3 teganga fasa R lebih tinggi dari tegangan fasa lainya dan

tegangan fasa T lebih dari fasa lainya, sehingga kaki anoda diode 1 (D1)

dan diode 6 (D6) tegangannya lebih tinggi dari kaki katoda. Dengan

demikian diode 1 (D1) dan diode 6 (D6) pada kondusi konduksi sehingga

arus mengalir dari fasa R ke beban menuju ke fasa T. Tegangan pada beban

sama dengan tegangan line pada sistem tegangan tiga fasa. Demikian

peninjauan bentuk gelombang output dari penyearah akan berulang setiap

saat.

II.6.. Persamaan yang digunakan pada penyearah

Mencari nilai Vdc

Vdc = 1/T ∫ ( )

Mencari nilai Arus beban

Idc = Vdc/R

Mencari nilai Vrms

Vrms = [1/T∫ ( ) ( )

Mencari nilia Irms

Irms = Vrms/R

Efisiensi

II-12

Pdc = Vdc x Idc

Pac = Vrms x Irms

II.7. Konverter DC to DC ( DC Chopper )

Konverter DC to DC atau DC Chopper atau juga disebut saklar yang

dapat diatur. Dinamakan seperti itu karena prinsip kerja dari DC konverter ini

adalah mengubah-ubah tegangan input DC konstan menjadi tegangan DC variable

dengan cara mencacah tegangan masukan.

Gambar 0-10 Rangkaian sederhana DC Chopper

(Sumber : Rashid. 2011 )

DC Chopper menggunakan PWM (Pulse Widht Modulation) sebagai

pembangkit pulsa pada sistem kontrol. Tegangan keluaran DC Chopper dapat

dikontrol dengan cara mengatur waktu ON dari switch dengan mengaturan lebar

pulsa tegangan output.

II-13

Gambar 0-11 Bentuk gelombang keluaran DC Chooper


II.8. Buck-Boost Konverter

Dari buku power electronic karangan Muhammad H. Rashid, dijelaskan

tentang dc chooper topologi buck-boost sebagai salah satu regulator saklar yang

menghasilkan tegangan keluaran yang lebih kecil atau lebih besar dari tegangan

masukanya.

Gambar 0-12 Gambar rangkaian Buck-boost converter


Prinsip kerja dari Buck-boost dibagi menjadi dua mode. Mode yang

pertama pada saat saklar dalam keadaan ON, arus input akan mengalir ke induktor

(L), pada iduktor akan terjadi pengisian energi, maka arus pada induktor akan

naik, dan karena diode (Dm) dalam keadaan bias mundur, arus tidak akan

mengalir pada beban. Mode kedua yaitu saat saklar dalam keadaan OFF. Arus

pada induktor (L) akan mengalir ke kapasitor (C) kemudian ke kapasitor lalu

beban, dan mengalir lagi ke diode (Dm) terus secara continue hingga saklar dalam

II-14

mode ON. Dalam hal ini energi yang tersimpan di induktor (L) akan di mengalir

ke baban sehingga arus induktor berkurang sampai saklar kembali ke mode ON.

Gambar 0-13 Gambar rangkaian Buck-boost converter analisa tertutup


Pada gambar II.-XIII menunjukan rangkaian Buck-boost keadaan saklar

ON. Diode bekerja reverse sehingga arus akan mengalir ke induktor (L). Dengan

adanya arus mengalir ke induktor maka terjadi pengisian arus pada induktor

sehingga arus pada induktor naik.

Gambar 0-14 Gambar rangkaian Buck-boost converter analisa terbuka


Pada gambar II.-XIV menunjukan rangkaian Buck-boost dengan keadaan

saklar dalam keadaan OFF. Diode bekerja forward sehingga arus mengalir dari

induktor (L), kapasitor (C), beban, dan diode (Dm). Energi yang tersimpan di

induktor mengalami discharging. Buck-boost converter menghasilkan tegangan

keluaran yang terbalik. Regulator ini juga memiliki efisiensi yang tinggi.

Buck-boost converter dapat menghasilkan tegangan keluaran lebih kecil

ataupun lebih besar dari tegangan masukanya. Dengan catatan, bila Duty Cycle

PWM sebagai penyulut Switch lebih dari 50%, maka tegangan keluaran akan lebih

II-15

tinggi dari tegangan masukan. Dan bila Duty Cycle PWM kurang dari 50%, maka

tegangan keluaran akan lebih rendah dari tegangan masukan.

Pada buck-bost converter memerlukan tapis induktor dan kapasitor karena

konverter ini menghasilkan riak arus tinggi. Tegangan keluaran pada buck-bost

konverter berkebalikan dengan sumber tegangan masukan.

( )

Gambar 0-15 Gambar bentuk tegangan keluaran buck-boost converter


II.9. Persamaan yang digunakan untuk menentukan komponen Buck-Boost

Converter

Menentukan besaran pada Induktor

Lmin = ( )

x R

L = Lmin x 10

Menentukan arus pada Induktor

IL =

Menentukan besaran pada Kapasitor

II-16

∆Vo =

II.10. MOSFET

Pada rangkaian Buck-boost ada komponen penyaklaran. Komponen yang

digunakan untuk penyaklaran Buck-boost adalah MOSFET. MOSFET (Metal

Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) merupakan salah satu jenis

transistor yang memiliki impedansi masukan (gate) sangat tinggi. Maka

penggunaan MOSFET sebagai saklar elektronika memungkinkan

menghubungkanya dengan semua jenis gerbang logika.

Dengan menggunakan MOSFET sebagai saklar, maka dapat digunakan

untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi dengan biaya yang lebih

murah dibandingkan dengan transistor bipolar. Agar membuat MOSFET sebagai

saklar maka hanya menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan

kondisi cut-off (OFF).

Gambar 0-16 Gambar Kurva Karakteristik MOSFET

(Sumber : Elektronika dasar. 2013 )

Pada daerah cut-off MOSFET tidak mendapatkan tegangan masukan

(Vin=0V) sehingga tidak ada arus pada Id. Pada kondisi ini tegangan Vds = Vdd.

Dengan kondisi daerah cut-off ini MOSFET dikatan OFF ( full-off ). Kondisi cut-

II-17

off dapat diperoleh dengan menghubungkan jalur input (gate) ke ground, sehingga

tidak ada tegangan dari input yang masuk ke rangkaian saklar MOSFET.

Gambar 0-17 Gambar Rangkaian MOSFET Kondisi Cut-Off


Pada saat saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara

maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan

membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi ini MOSFET dalam kondisi ON

secara penuh (fully-on).

Gambar 0-18 Gambar Rangkaian MOSFET Kondisi saturasi


Ada dua tipe MOSFET, kedua tipe dapat berada dalam satu jenis channel

P atau N. Pada beberapa jenis MOSFET impedansi sangat tinggi, dapat mencapai

triliunan Ohm. MOSFET tipe N biasanya disebut dengan NMOSFET atau nMOS.

II-18

Gambar 0-19 Gambar bentuk struktur dan simbol MOSFET tipe N


Dan MOSFET tipe P biasanya disebut dengan PMOSFET atau pMOS dengan

struktur yang tidak jauh berbeda dengan MOSFET tipe N

Gambar 0-20 Gambar bentuk struktur dan simbol MOSFET tipe P


II.11. Aduino Uno

Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmgea328.

Mikrokotroler ini mempunyai 14 pin dari output digital, dimana 6 pin input

tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, sebuah

osilator Kristal, koneksi USB, Jack Power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk

menggunakan mikrokontroler dapat didukung dengan menghubungkan board

arduino uno ke computer dengan menggunakan kabel USB, atau listrik AC di

adaptor ke DC.

II-19

Gambar 0-21 Gambar Arduino Uno

(Sumber : Data sheet arduino uno )

Arduino Uno dapat diaktifkan dengan koneksi USB atau dengan catu

daya eksternal. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board arduino uno

adalah 7 Volt sampai 12 Volt, jika diberi kurang dari 7 Volt kemungkinan pin 5

Volt uno dapat beroprasi tetapi tidak stabil, kemudian jika diberi daya lebih dari

12 Volt, regulator tegangan bias panas dan dapat merusak arduino.

Masing-masing dari 14 pin digital di uno dapat digunakan sebagai input

atau output dengan menggunakan fungsi pinMode (), digital digitalWrite (), dan

digitalRead (), beroprasi dengan daya 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau

menerima arus maksimum 40 mA dan memiliki pull-up resistor dari 20 – 50

kOhm. Selain itu beberapa pin dapat memiliki fungsi khusus, seperti :

Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan

mengirimkan (TX) TTL data serial. Pin ini dihubungkan ke pin chip serial

ATmega8U2 USB to TTL.

Eksternal menyala : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk memicu

interrupt pada nilai yang rendah, dengan batasan tepi naik atau turun, atau

perubahan nilai.

II-20

PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan output PWM 8-bit dengan

fungsi analogWrite ().

SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung

komunikasi SPI menggunakan SPI library.

LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai

nilai HIGH, LED on, ketika pin bernilai LOW, LED off.

Arduino memiliki 6 masukan analog to digital converter ( ADC ) yang

mana ditunjukan pada gambar dengan A0, A1, A2, A3, A4, dan A5. A0 sampai

A3 hanya digunakan untuk masukan ADC saja yang memiliki resolusi sebesar 10

bit ( 0 – 1023 ) yang berarti masukan tegangan sebesar 0 Volt maka ADC

menghasilkan bilangan 0 dan masukan tegangan sebesar 5 Volt akan

menghasilkan bilangan 1023.

ADC Output =

X 1023

Dengan nilai Vinput adalah tegangan masukan ( 0V – 5 V ), Vreff

adalah tegangan referensi arduino sebesar 5 Volt. ADC memiliki tipe bilangan

integer atau bilangan bulat. Sehingga bila ada nilai bilangan decimal akan

dibulatkan. Bila tegangan yang masukan lebih dari 5 Volt maka ADC akan tetap

menghasilkan bilangan 1023 dan jika terjadi terus menerus maka fitur ADC pada

arduino akan mengalami kerusakan. Tipe ADC pada arduino adalah successive

approximation. Sedangkan untuk A4 dan A5 bisa digunakan sebagai komunikasi

wire atau yang dikenal dengan istilah serial clock and serial data.

Arduino Uno dapat diprogram dengan menggunakan software aruidino,

software dapat didownload di http://arduino.cc/. Pilih “Arduino Uno dari menu>

Peralatan Board yang sesuai dengan mikrokontroler. Salah satu software arduino

adalah Arduino IDE.

II-21

II.12. Aduino IDE

Saat ini arduino adalah Prototypig board yang paling popular di dunia,

dengan kepopuleranya tersebut tidak heran banyak proyek-proyek elektronik

elektronika yang dibuat dengan basis arduino.

Board arduino sendiri hanyalah Prototypig board yang terdiri dari

mikrokontroler AVR ATmega yang telah diisi dengan bootloader dan sebuah

serial converter sehingga tidak memerlukan perangkat keras lain untuk

memasukan program ke dalam mikrokontroler.

IDE dapat memprogram box receiver dengan menggunakan board yang

sudah dirancang sesuai dengan spesifikasi dari board arduino pada umunya yang

biasanya menggunakan software arduino IDE maka kita juga bias dengan mudah

menggunakan pustaka software arduino yang cukup banyak bertebaran di internet.

Gambar 0-22 Gambar tampilan software Arduino IDE

(Sumber : Arduino IDE )

Bahasa yang digunakan dalam arduino IDE adalah bahasa C dan C++

turunan dari AVR-GCC yang telah dirancang untuk berjalan pada board keluaran

arduino. IDE dapat juga digunakan untuk memprogram board buatan sendiri.

Arduino IDE juga mudah untuk digunakan karena memiliki contoh-contoh

software yang cukup banyak.

II-22

II.13. PWM

Pulse Width Modulation atau biasa disebut PWM adalah salah satu jenis

modulasi, dengan mengubah lebar pulsa (duty cyle) dengan nilai amplitudo dan

frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada

di zona transisi ke kondisi low.

Gambar 0-23 Gambar Sinyal PWM dengan Duty Cycle 50%


Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang

belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high

dalam suatu periode sinyal dengan bentuk (%) dan range 0% sampai 100%.

Sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondis high terus dalam satu periode,

maka artinya Duty Cycle = 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan

keadaan low maka sinyal mempunyai Duty Cycle sebesar 50%.

II.14 Baterai

Baterai adalah suatu alat yang dapat merubah energi kimia yang

disimpan oleh baterai menjadi energi listrik. Baterai dapat menyimpan energi

listrik dan dapat digunakan oleh perangkat elektronik. Hampir semua perangkat

elektronik yang digunakan sehari-hari menggunakan baterai untuk sumber energi

listriknya agar dengan mudah dibawa kemanapun dalam kehidupan sehari-

hari.Baterai terbagi menjadi dua jenis yaitu, baterai sekali pakai (single use) dan

baterai sekunder yang dapat di isi ulang (rechargeable battery).

II-23

Baterai primer atau baterai sekali pakai merupakan baterai yang sering

dijumpai dipasaran. Baterai jenis ini umumnya memberikan tegangan sebesar 1,5

Volt dan terdiri dari jenis ukuran seperti AAA (sangat kecil), AA (kecil), dan C

(medium), dan D (besar). Disamping itu ada juga baterai jenis ini yang berbentuk

kotak dengan tegangan 6 Volt dan 9 Volt.

Gambar 0-24Bateri jenis Primer atau sekali pakai

(Sumber : Sanford. 2013 )

Sedangkan jenis baterai yang kedua adalah baterai sekunder adalah

baterai yang dapat di isi ulang atau rechargeable battery. Pada prinsip kerja cara

baterai sekunder menghasilkan arus listrik sama dengan baterai primer. Hanya

saja, reaksi kimia pada baterai sekunder ini dapat berbalik (reversible). Pada saat

baterai digunakan dengan menghubungkan beban pada terminal baterai

(discharge) elektron akan mengalir dari negatif ke positif. Sedangkan pada saat

sumber energi dari luar (charger) dihubungkan ke baterai, elektron akan mengalir

dari positif ke negatif sehingga terjadi pengisian muatan pada baterai.

Gambar 0-25 Baterai jenis sekunder atau dapat diisi ulang

(Sumber : Sanford. 2013 )

II-24

II.14.1 Prinsip Kerja Baterai

Baterai dapat dipakai dan disi kembali. Kerja baterai untuk

menghasilkan arus listrik dengan berdasarkan reaksi elektrokimia. Cara kerja

baterai ada dalam tahapan keadaan penuh (charged), mengalirkan arus

(discharging), baterai kosong (discharged), dan pengisian (charging).

Saat beterai berisikan air asam sulfat dan sudah dalam keadaan arus

penuh pada temperatur 20°C. bahan aktif pelat positif adalah timbel dioksida

(PbO₂) kondisi ini akan membuat pelat berwarna coklat, sedangkan pada pelat

negatif timbel (Pb) berwarna abu-abu. Ini disebut kondisi charged atau keadaan

baterai terisi penuh.

Gambar 0-26 Baterai kondisi charged

(Sumber : Dasar teknik otomotif. 2014 )

Saat baterai dalam keadaan mengalirkan arus, maka oksigen (0₂) yang

berada di pelat positif akan membentuk air (H₂O) dimana oksigen akan bereaksi

dengan hydrogen (H). timbel Pb pada pelat positif akan bereaksi dengan sisa

asam (SO₄) sehingga menjadi timbel sulfat (PbSO₄). Sedangkan pada pelat

negatif mengalami reaksi dengan sisa asam (SO₄) juga, sehingga akan berubah

menjadi timbel sulfat (PbSO₄).

II-25

Gambar 0-27 Baterai keadaan discharging


Bila reaksi berlangsung terus menerus akan membuat arus listrik

habis sehingga asam sulfat terbagi menjadi dua bagian, satu membentuk air

(H₂O) dan bagian lain bereaksi dengan bahan pelat dan membentuk timbel

sulfat (PbO₄).

Gambar 0-28 Baterai keadaan discharged


Saat baterai mengisi arus listrik membuat keadaan akan terbalik. Ini

dikarenakan oksigen dalam asam baterai akan bereaksi dengan timbel pada

pelat positif sehingga sisa asam akan terurai dari pelat – pelat dan bereaksi

dengan hidrogen. Hal ini menambah berat jenis air baterai yang mana

penambahan ini berlangsung selama pengisian hingga penuh.

II-26

Gambar 0-29 Baterai keadaan charging


II.14.2. Karakteristik Baterai

Kinerja sel dapat berubah terhadap suhu. Pada suhu yang sangat rendah,

air elektrolit pada baterai bisa membeku. Pada suhu yang rendah bisa

menyebabkan penurunan kapasitas pada baterai. Pada suhu yang sangat tinggi,

bahan kimia aktif dapat rusak. Kinerja sel umumnya meningkat beserta suhu.

Gambar 0-30 Kurva life time baterai terhadap suhu

(Sumber : Data Sheet Yuasa baterai )

II-27

Grafik diatas menunjukan bagaimana kinerja baterai rusak ketika suhu

operasi turun. Semakin jauh rendah suhu operasi dari suhu ruang semakin besar

terjadinya penurunan hidup baterai.

Ada juga impedansi internal, Ketika arus mengalir melalui sel, terjadi

penurunan tegangan pada hambatan internal sel. Hal ini mengakibatkan

penurunan kapasitas efektif dan efisiensi pengisian/pemakaian.

Laju pemakaian yang lebih tinggi menyebabkan penurunan tegangan

internal yang besar. yang dapat dipengaruhi oleh karakteristik fisik elektrolit.

Semakin kecil ukuran bahan elektrolit maka semakin rendah impedansi sel.

Hambatan internal sel tergantung suhu.

Gambar 0-31 Kurva resistansi internal terhadap temperatur

(Sumber : Data Sheet Yuasa baterai )

Sel bisa sangat tidak efisien pada suhu rendah, namun efisiensinya

membaik di suhu yang lebih tinggi, karena impedansi internal yang lebih kecil.

Namun, hambatan internal yang kecil juga menyebabkan laju pemakaian sendiri

meningkat. Lebih lanjut, umur siklus menurun pada suhu tinggi. Hambatan

internal juga mempengaruhi kapasitas efektif sel. Semakin besar hambatan

internal maka semakin besar reruginya ketika dipakai dan diisi ulang, khususnya

pada arus yang tinggi. Ini berarti untuk laju pemakaian tinggi, kapasitas sel jadi

lebih rendah. Sebaliknya, jika dipakai pada periode waktu yang lama, kapasitas

Ah lebih tinggi.

bab ii landasan teori ii.1 turbin angin

Documents