perancangan kincir angin tipe axial …eprints.ums.ac.id/21774/11/10.naskah_publikasi.pdf ·...

10
PERANCANGAN KINCIR ANGIN TIPE AXIAL SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA LISRIK NASKAH PUBLIKASI Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Memenuhi Syarat-syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta Diajukan oleh: AIRLANGGA GURUH PRATAMA D 400 080 046 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2012

Upload: ledieu

Post on 02-Oct-2018

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

PERANCANGAN KINCIR ANGIN TIPE AXIAL

SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA LISRIK

NASKAH PUBLIKASI

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Memenuhi Syarat-syarat Untuk

Mencapai Gelar Sarjana Teknik Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Diajukan oleh:

AIRLANGGA GURUH PRATAMA

D 400 080 046

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2012

SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH

Bismillahirrahmanirrohim

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya

Nama : Airlangga Guruh Pratama

NIM : D 400 080 046

Fakultas/Jurusan : Tehnik/Elektro

Jenis : Skripsi

Judul : PERANCANGAN KINCIR ANGIN TIPE AXIAL

SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

Dengan ini menyatakan bahwa saya menyetujui untuk

1. Memberikan hak bebas royalti kepada Perpustakaan UMS atas penulisan karya

ilmiah saya, demi pengembangan ilmu pengetahuan.

2. Memberikan hak menyimpan, mengalih mediakan/mengalih formatkan,

mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), mendistribusikannya, serta

menampilkannya dalam betuk softcopy untuk kepentingan akademis kepada

perpustakaan UMS, tanpa perlu meminta ijin dari saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta.

3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan

pihak Perpustakaan UMS, dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas

pelanggaran hak cipta dalam karya ilmiah ini.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan semoga dapat

digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Juli 2012

Yang menyatakan

( Airlangga Guruh Pratama )

PERANCANGAN KINCIR ANGIN TIPE AXIAL SEBAGAI

PEMBANGKIT TENAGA LISRIK

Airlangga Guruh Pratama FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

E-mail : [email protected]

ABSTRAKSI

Penelitian ini adalah untuk pemanfaatan turbin angin axial 4 bilah dan 3 bilah dengan menggunakan

generator magnet permanent.

Pemanfaatan Turbin Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu ini menggunakan turbin angin axial 4

bilah dan 3 bilah dari bahan fiber glass. Desain bilah dibuat dengan ukuran 70x20 cm, bilah tersebut digunakan

sebagai penggerak generator magnet permanent. Generator magnet permanent menggunakan 10 buah magnet

permanent dengan lilitan 100, 125, dan 150 berdiameter 28 cm. Sistem pembangkit ini memanfaatkan generator

magnet permanent sebagai pembangkit listrik.

Tegangan dan arus yang dihasilkan generator magnet permanent tergantung pada kecepatan angin yang

memutar rotor generator. Untuk turbin angin axial 4 bilah dapat menghasilkan tegangan 100 volt dan arus sebesar

0,50 mA pada kecepatan 758 rpm, dan untuk turbin angin axial 3 bilah dapat menghasilkan tegangan 90 volt dan

arus sebesar 0,45 mA pada kecepatan 807 rpm. Pada sistem pembangkit ini mampu dibebani lampu emergency

dengan nameplate 6 volt 4,5 Ah dan dapat mengisi lampu emergency pada tegangan 40 volt.

Kata kunci : PLTB, axial 4 dan 3 bilah, generator magnet permanent

1. PENDAHULUAN

Keberadaan wilayah di Indonesia yang

begitu beragamnya sumber energi alternatif

yang dapat dimanfaatkan, merupakan

tantangan bagi kita untuk melakukan

penelitian atau kajian agar memperoleh

sumber energi alternatif yang dapat

digunakan untuk memenuhi kebutuhan

energi yang terus meningkat. Seiring dengan

meningkatnya kebutuhan listrik, banyak

muncul permasalahan yang disebabkan

karena semakin berkurangnya cadangan

minyak bumi dan gas yang digunakan

sebagai bahan bakar pembangkit listrik. Energi terbarukan mulai dikembangkan

seiring dengan terbatasnya cadangan energi

fosil dan juga adanya dampak negatif pada

lingkungan yang terjadi akibat penggunaan

energi fosil tersebut. Salah satu sumber

energi alternatif yang dapat dikembangkan

adalah Pembangkit Listrik Tenaga Angin.

Kebutuhan energi listrik yang terus

meningkat itulah, maka diperlukan waktu

yang tidak sedikit untuk membangun suatu

pembangkit tenaga listrik. Para perencana

sistem juga harus dapat melihat

kemungkinan-kemungkinan perkembangan

sistem tenaga listrik di tahun-tahun yang

akan datang. Maka dari itu diperlukan

pengembangan industri listrik yang meliputi

perencanaan pembangkitan, sistem kontrol

dan proteksi, serta sistem transmisi dan distribusi listrik yang akan disalurkan hingga

sampai pada konsumen. Pembangunan

pembangkit skala besar sering terkendala

besarnya investasi dan jangka waktu

pembangunan yang lama pada pusat-pusat

tenaga listrik dibandingkan pembangunan

industri yang lain maka perlu diusahakan

agar dapat memenuhi kebutuhan tenaga

listrik tepat pada waktunya. PLTB

mempunyai keuntungan utama karena

sifatnya terbarukan. Hal ini berarti

eksploitasi sumber energi ini tidak akan

membuat sumber daya angin yang berkurang

seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil.

Energi angin adalah energi yang relatif

bersih dan ramah lingkungan karena tidak

menghasilkan karbon dioksida CO2 atau

gas-gas lain yang berbahaya 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. Dengan

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.

Energi alternatif dan yang terbarukan

mempunyai peran yang sangat penting

dalam memenuhi kebutuhan energi. Hal ini

disebabkan penggunaan bahan bakar untuk

pembangkit-pembangkit listrik

konvensional dalam jangka waktu yang

panjang akan menguras sumber minyak

bumi, gas dan batu bara yang makin

menipis dan juga dapat mengakibatkan

pencemaran lingkungan.

1).Generator

Berdasarkan arus yang dihasilkan.

Generator dapat dibedakan menjadi dua

rnacam, yaitu generator AC dan generator

DC. Generator AC menghasilkan arus

bolak-balik (AC) dan generator DC

menghasilkan arus searah (DC). Baik arus

bolak-balik maupun searah dapat

digunakan untuk penerangan dan alat-alat

pemanas.

1. Generator AC

Bagian utama generator AC terdiri atas

magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada

generator. perubahan garis gaya magnet

diperoleh dengan cara memutar kumparan di

dalam medan magnet permanen. Karena

dihubungkan dengan cincin geser, perputaran

kumparan menimbulkan GGL induksi AC.

OIeh karena itu, arus induksi yang

ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus

AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu

pijar yang disusun seri dengan kedua sikat. Sebagaimana percobaan Faraday, GGL

induksi yang ditimbulkan oleh generator

AC dapat diperbesar dengan cara :

a. Memperbanyak lilitan kumparan.

b. Menggunakan magnet permanen

yang lebih kuat.

c. Mempercepat perputaran kumparan,

dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam

kumparan.

Contoh generator AC yang akan sering

dijumpai dalam kehidupan sehari-hari

adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo

sepeda adalah sebuah magnet tetap dan

kumparan yang disisipi besi lunak. Jika

magnet tetap diputar, perputaran tersebut

menimbulkan GGL induksi pada kumparan.

Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda)

dipasang pada kabel yang menghubungkan

kedua ujung kumparan, lampu tersebut akan

dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu

tersebut menyala. Nyala lampu akan makin

terang jika perputaran magnet tetap makin

cepat (laju sepeda makin kencang).

2. Generator DC

Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama

dengan generator AC. Namun, pada

generator DC arah arus induksinya tidak

berubah. Hal ini disebabkan cincin yang

digunakan pada generator DC berupa cincin

belah (komutator). Komutator menyebabkan

terjadinya komutasi, peristiwa komutasi

merubah arus yang dihasilkan generator

menjadi searah. Berdasarkan sumber arus

kemagnetan bagi kutub magnet buatan

tersebut generator arus searah dapat

dibedakan menjadi:

a. Generator dengan penguat terpisah,

bila arus kemagnetan diperoleh dari

sumber tenaga listrik arus searah di luar

generator.

b. Generator dengan penguat sendiri,

bila arus kemagnetan bagi kutub-kutub

magnet berasal dari generator itu sendiri.

Berdasrkan hubungan lilitan penguat

magnet dengan lilitan jangkar generator

penguat sendiri dibedakan atas :

1) Generator shunt

Generator shunt yaitu generator penguat

sendiri dimana lilitan penguat magnetnya

dihubungkan shunt atau parallel dengan

lilitan jangkar.

2) Generator seri

Generator seri yaitu generator penguat

sendiri dimana lilitan magnetnya

dihubungkan seri dengan lilitan jangkar.

3) Generator kompon

Generator kompon yaitu generator arus

searah yang lilitan penguat magnetnya

terdiri dari lilitan penguat shunt dan

lilitan penguat seri. Generator

komponterdiri dari dua macam yaitu:

a) Generator kompon panjang,

merupakan generator kompon yang lilitan

penguat serinya terletak pada rangkaian

jangkar.

b) Generator kompon pendek,

merupakan generator kompon yang lilitan

penguat serinya terletak pada rangkaian

beban.

2). Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang

digunakan untuk menaikkan atau

menurunkan tegangan bolak-balik

(AC).Transformator terdiri dari 3 komponen

pokok yaitu : kumparan pertama (primer)

yang bertindak sebagai input, kumparan

kedua (skunder) yang bertindak sebagai

output, dan inti besi yang berfungsi untuk

memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Prinsip kerja dari sebuah transformator

adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan

primer dihubungkan dengan sumber

tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik

pada kumparan primer menimbulkan medan

magnet yang berubah. Medan magnet yang

berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan

dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder,

sehingga pada ujung-ujung kumparan

sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual

inductance).

Berdasarkan perbandingan antara jumlah

lilitan primer dan jumlah lilitan skunder

transformator ada dua jenis yaitu : 1. Transformator step up yaitu

transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik rendah menjadi tinggi,

transformator ini mempunyai jumlah lilitan

kumparan sekunder lebih banyak daripada

jumlah lilitan primer (Ns > Np). 2. Transformator step down yaitu

transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik tinggi menjadi rendah,

transformator ini mempunyai jumlah lilitan

kumparan primer lebih banyak daripada

jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

Gambar 1. Rangkaian Stepup

Stop

kontak

2. METODE PENELITIAN

Secara keseluruhan penelitian diawali

dari pengukuran kecepatan angin dan

perancangan Pembangkit Listrik Tenaga

Angin. Peralatan utama yang digunakan

untuk mendukung penelitian ini adalah :

1. Multimeter untuk mengukur tegangan

dan arus.

2. Tachometer untuk mengukur

kecepatan putaran mesin (rotor).

3. Anemometer sebagai pengukur

kecepatan angin.

4. Generator magnet permanen sebagai

pembangkit listrik saat pengujian. 5. Baling-baling (blade) dengan panjang

70 cm dan lebar 20 cm dari bahan fiberglass berjumlah 4 dan 3 buah

sebagai penggerak. 6. Roda gigi (gearbox) dengan

perbandingan jari-jari 1:2.

7. Tiang penyangga dengan tinggi 3

meter.

Gambar 2. Kincir Axial 3 Bilah

Pengujian dilakukan di Waduk Gajah

Mungkur, Alur penelitian ditunjukan pada

Gambar 3.

Gambar 3. Flowchart Penelitian.

3. HASIL PENELITIAN DAN

ANALISA

Hasil pengujian pertama turbin angin

pada tanggal 19 April 2012 dapat dilihat pada tabel 1 pengukuran turbin angin axial 4

bilah.

Tabel 1. Pengukuran Turbin Angin Axial 4 Bilah.

.

Tabel 2. Pengukuran Turbin Angin

Axial 3 Bilah.

Gambar 4. Grafik Hubungan Arus

dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 4 Bilah.

Gambar 5. Grafik Hubungan

Kecepatan Angin dengan Kecepatan

Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 4 Bilah.

Gambar 6. Grafik Hubungan

Tegangan dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 4

Bilah.

Gambar 7. Grafik Hubungan

Kecepatan Angin dengan Kecepatan

Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 3 Bilah.

000

000000000000000000000

000000

000000000

000

001

000

000

000

000

000

001

001

0 500 1000

Aru

s G

en

era

tor

(mA

)

Kecepatan Generator (RPM)

Arus Generator …

414

490

508

534

535

549

569

570

582

627

642

706

716

753

758

0

200

400

600

800

3.0 3.3 3.5 4.0 4.3 4.5 5.0 5.3Kec

ep

ata

n G

en

era

tor

(RP

M)

Kecepatan Angin (m/s)

Kecepatan Generator …

25454950525558606365707578 80

100

0

50

100

150

0 500 1000

Tega

nga

n

Ge

ner

ato

r (V

)

Kecepatan Generator (RPM)

Tegangan …

432565

582590608619

621625628

648677680746750807

0

200

400

600

800

1000

0 5 10Kec

ep

ata

n G

en

era

tor

(RP

M)

Kecepatan Angin (m/s)

Kecepatan Generator …

Gambar 8. Grafik Hubungan

Tegangan dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 3

Bilah.

Gambar 9. Grafik Hubungan Arus

dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 3 Bilah.

4. KESIMPULAN

Dari hasil pengujian dan analisa maka

dapat disimpulkan bahwa turbin angin tipe axial dengan 4 bilah mampu yang

menghasilkan tegangan 100 volt dan arus

sebesar 0,50 mA pada kecepatan 758 rpm

dengan kecepatan angin 5,3 m/s. Dan turbin angin tipe axial dengan 3 bilah mampu

yang menghasilkan tegangan 90 volt dan

arus sebesar 0,45 mA pada kecepatan 807

rpm dengan kecepatan angin 6 m/s. Pada

sistem pembangkit ini mampu dibebani lampu emergency dengan nameplate 6 volt

4,5 Ah dan dapat mengisi lampu emergency

pada tegangan 40 volt.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2007. Existing Stucture of

offshore wind energy. Institut Teknologi

Sepuluh Nopember. Desriansyah. 2006. Analisis Teknis Sudu

Kincir Angin Tipe Sumbu Horizontal Dari

Bahan Fibreglass. Indralaya.

Hery Alamsyah. 2007. Pemanfaatan

Turbin Angin Dua Sudu Sebagai Penggerak

Mula Alternator Pada Pembangkit Listrik

Tenaga Angin. Universitas Negeri Semarang.

Himran, Syukri. 2001. Utilization of

Wind Energy. CIRERD 2001. Denpasar Bali

Muhammad Hasan Ashari Widodo. 2011. Modifikasi Generator Sebagai

Penghasil Listrik Untuk PLTB Tipe Vertikal

Axis. Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Yudhi Prasetyo. 2011. Pemanfaatan

Turbin Vertikal Axis Tipe H Pada

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)

Dalam Skala Kecil. Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

25

5557606163656769727476

858790

0

20

40

60

80

100

0 500 1000

Tega

nga

n (V

)

Kecepatan Generator (RPM)

Tegangan …

000

000000000000

000000000

000000000000

000000000

000

000

000

000

000

001

0 500 1000

Aru

s G

en

era

tor

(mA

)

Kecepatan Generator (RPM)

Arus Generator …