rancang bangun turbin angin horizontal sebagai salah satu...

12
Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0 147 Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu Pembangkit Daya Pada Mobil Hybrid Irnanda Priyadi, Alex Surapati, Vikriandi Tri Putra Program Studi Teknik Elektro, Universitas Bengkulu [email protected] Abstrak—Solusi alternatif untuk mengatasi permasalahan ketersediaan sumber energi adalah dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan. Salah satu jenis sumber energi yang dapat langsung dimanfaatkan dengan bebas dan tidak terbatas adalah energi angin. Energi angin dapat diaplikasikan pada peralatan yang dapat membantu pekerjaan manusia sehari-hari, misalnya untuk mobil listrik. Penelitian ini akan merancang pembangkit listrik tenaga angin sebagai salah satu sumber energi penggerak mobil hybrid. Pada penelitian ini pencatuan daya dari tenaga angin menjadi energi listrik menggunakan 3 bilah dengan diameter bilah 60 cm (r = 30 cm) dan memiliki lebar 4 cm yang diletakkan secara horizontal dengan ketinggian 136 cm dari permukaan tanah dan diletakkan di sisi depan mobil. Generator pada turbin angin memiliki daya keluaran maksimal sebesar 0,27 Watt dengan tegangan keluaran rata- rata 1,8 volt dan arus rata-rata sebesar 0,15 Ampere. Kata Kunci—energi terbarukan; pembangkit listrik tenaga angin; mobil hybrid; turbin angin horizontal; kendaraan hemat energi I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Isu kelangkaan energi, perubahan iklim dunia, dan pemanasan global menjadi sorotan masyarakat luas, bahkan seluruh dunia mulai berlomba-lomba mencari solusi tentang penyelamatan lingkungan. Penggunaan bahan bakar fosil, polusi udara, sampai kebakaran hutan disebut-sebut sebagai penyebab dari rusaknya lingkungan. Berbagai cara dilakukan untuk mencoba mengurangi efek dari pemanasan global tersebut [1]. Cadangan minyak bumi di Indonesia diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan [2]. Solusi terbaik adalah memanfaatkan energi terbarukan, energi terbarukan adalah sumber energi alam yang dapat langsung dimanfaatkan dengan bebas. Ketersediaan energi terbarukan ini tak terbatas dan bisa dimanfaatkan secara terus menerus misalnya angin, matahari, air, panas bumi dan lain lain. Salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang saat ini memiliki potensi besar untuk dikembangkan adalah energi angin. Energi angin merupakan energi yang dalam proses produksinya tidak mencemari lingkungan. Perkembangan energi angin di Indonesia untuk saat ini masih tergolong rendah. Pengoptimalan energi angin dapat diaplikasikan pada kebutuhan manusia sehari-hari, misalnya untuk mobil listrik. Transportasi menggunakan listrik sebagai pengganti bahan bakar minyak telah dimulai penelitiannya. Beberapa penelitian tentang mobil listrik salah satunya adalah pembuatan mobil hybrid menggunakan pembangkit listrik dari tenaga surya dan tenaga angin untuk pengisian baterai sehingga tidak membutuhkan listrik dari PLN untuk pengecasan baterai. Energi angin akan menggerakan turbin angin dan diubah menjadi energi listrik melalui generator yang berfungsi sebagai sumber daya. Penelitian yang dikerjakan ini adalah bagian dari riset mobil listrik tenaga hybrid. Hal yang dikerjakan pada penelitian ini adalah merancang suatu turbin angin untuk membantu pengisian baterai pada mobil hybrid. Berdasarkan paparan diatas maka dilakukan penelitian yang berjudul perancangan dan pembuatan turbin angin horizontal sebagai salah satu sumber daya pada mobil hybrid. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Energi Angin Prinsip utamanya energi yang dihasilkan angin adalah mengubah energi listrik yang dimiliki angin menjadi energi kinetik poros. Besarnya energi yang dapat ditransferkan ke rotor tergantung pada massa jenis udara, luas area, dan kecepatan angin. Energi kinetik untuk suatu massa angin m yang bergerak dengan kecepatan v yang nantinya akan diubah menjadi energi poros. Angin adalah udara (yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. B. Pembangkit Listrik Tenaga Angin Energi angin merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan energi listrik, khususnya wilayah terpencil. Energi angin dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan turbin angin (wind turbine) [2]. Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi gerak angin menjadi energi putar pada kincir, lalu

Upload: others

Post on 15-Nov-2020

18 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

147

Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal

Sebagai Salah Satu Pembangkit Daya

Pada Mobil Hybrid

Irnanda Priyadi, Alex Surapati, Vikriandi Tri Putra Program Studi Teknik Elektro, Universitas Bengkulu

[email protected]

Abstrak—Solusi alternatif untuk mengatasi permasalahan ketersediaan sumber energi adalah dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan. Salah satu jenis sumber energi yang dapat langsung dimanfaatkan dengan bebas dan tidak terbatas adalah energi angin. Energi angin dapat diaplikasikan pada peralatan yang dapat membantu pekerjaan manusia sehari-hari, misalnya untuk mobil listrik. Penelitian ini akan merancang pembangkit listrik tenaga angin sebagai salah satu sumber energi penggerak mobil hybrid. Pada penelitian ini pencatuan daya dari tenaga angin menjadi energi listrik menggunakan 3 bilah dengan diameter bilah 60 cm (r = 30 cm) dan memiliki lebar 4 cm yang diletakkan secara horizontal dengan ketinggian 136 cm dari permukaan tanah dan diletakkan di sisi depan mobil. Generator pada turbin angin memiliki daya keluaran maksimal sebesar 0,27 Watt dengan tegangan keluaran rata-rata 1,8 volt dan arus rata-rata sebesar 0,15 Ampere.

Kata Kunci—energi terbarukan; pembangkit listrik tenaga angin; mobil hybrid; turbin angin horizontal; kendaraan hemat energi

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Isu kelangkaan energi, perubahan iklim dunia, dan pemanasan global menjadi sorotan masyarakat luas, bahkan seluruh dunia mulai berlomba-lomba mencari solusi tentang penyelamatan lingkungan. Penggunaan bahan bakar fosil, polusi udara, sampai kebakaran hutan disebut-sebut sebagai penyebab dari rusaknya lingkungan. Berbagai cara dilakukan untuk mencoba mengurangi efek dari pemanasan global tersebut [1].

Cadangan minyak bumi di Indonesia diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan [2]. Solusi terbaik adalah memanfaatkan energi terbarukan, energi terbarukan adalah sumber energi alam yang dapat langsung dimanfaatkan dengan bebas. Ketersediaan energi terbarukan ini tak terbatas dan bisa dimanfaatkan secara terus menerus misalnya angin, matahari, air, panas bumi dan lain lain.

Salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang saat ini memiliki potensi besar untuk dikembangkan adalah

energi angin. Energi angin merupakan energi yang dalam proses produksinya tidak mencemari lingkungan. Perkembangan energi angin di Indonesia untuk saat ini masih tergolong rendah. Pengoptimalan energi angin dapat diaplikasikan pada kebutuhan manusia sehari-hari, misalnya untuk mobil listrik.

Transportasi menggunakan listrik sebagai pengganti bahan bakar minyak telah dimulai penelitiannya. Beberapa penelitian tentang mobil listrik salah satunya adalah pembuatan mobil hybrid menggunakan pembangkit listrik dari tenaga surya dan tenaga angin untuk pengisian baterai sehingga tidak membutuhkan listrik dari PLN untuk pengecasan baterai. Energi angin akan menggerakan turbin angin dan diubah menjadi energi listrik melalui generator yang berfungsi sebagai sumber daya.

Penelitian yang dikerjakan ini adalah bagian dari riset mobil listrik tenaga hybrid. Hal yang dikerjakan pada penelitian ini adalah merancang suatu turbin angin untuk membantu pengisian baterai pada mobil hybrid. Berdasarkan paparan diatas maka dilakukan penelitian yang berjudul perancangan dan pembuatan turbin angin horizontal sebagai salah satu sumber daya pada mobil hybrid.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Energi Angin

Prinsip utamanya energi yang dihasilkan angin adalah mengubah energi listrik yang dimiliki angin menjadi energi kinetik poros. Besarnya energi yang dapat ditransferkan ke rotor tergantung pada massa jenis udara, luas area, dan kecepatan angin. Energi kinetik untuk suatu massa angin m yang bergerak dengan kecepatan v yang nantinya akan diubah menjadi energi poros. Angin adalah udara (yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.

B. Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Energi angin merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan energi listrik, khususnya wilayah terpencil. Energi angin dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan turbin angin (wind turbine) [2].

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi gerak angin menjadi energi putar pada kincir, lalu

Page 2: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

148

putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Pembangkit ini dapat mengkonversikan energi angin menjadi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin merupakan salah satu energi yang tidak terbatas di alam. Untuk lebih jelas mengenai prinsip kerja turbin angin dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gbr. 2.1. Prinsip kerja turbin angin[3]

1) Dasar Teori Konversi Energi Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin[6]

Energi mekanik pada turbin angin diperoleh dari suatu proses konversi energi angin. Energi angin sendiri merupakan energi yang berasal dari pergerakan massa udara yang bergerak dari suatu daerah bertekanan maksimum ke daerah bertekanan minimum. Massa udara yang bergerak ini disebut sebagai energi kinetik karena memiliki kecepatan gerak, sehingga daya yang menjadi input turbin angin tak lain berasal dari energi kinetik angin. Besarnya daya tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut [3]:

c

itot

g

VmP

2

2

Sedangkan :

iAVm

Maka

:3

2

1i

c

tot AVg

P

(2.1)

(2.2)

Dimana :

totP = Daya total (W)

m = Laju aliran massa (Kg/s)

iV = Kecepatan datang angin (m/s)

cg = Faktor konversi 1.0 Kg/(N.s2)

= Massa jenis udara (Kg/m3)

A = Area sapuan turbin (m2)

C. Kincir Angin

Kincir angin merupakan sebuah alat yang digunakan dalam Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Kincir angin berfungsi merubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Putaran poros

tersebut kemudian digunakan untuk beberapa hal sesuai dengan kebutuhan seperti memutar dinamo atau generator untuk menghasilkan listrik.

Desain dari kincir/turbin angin sangat banyak macam jenisnya, berdasarkan bentuk rotor, kincir angin dibagi menjadi dua tipe, yaitu turbin angin sumbu mendatar (horizontal axis wind turbine) dan turbin angin sumbu vertikal (vertical axis wind turbine) [3].

1) Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) HAWT merupakan turbin yang poros utamanya

berputar menyesuaikan arah angin. Agar rotor dapat berputardengan baik, arah angin harus sejajar dengan poros turbin dan tegak lurus terhadap arah putaran rotor. Biasanya turbin jenis ini memiliki blade berbentuk airfoil seperti bentuk sayap pada pesawat. Secara umum semakin banyak jumlah blade, semakin tinggi putaran turbin.

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan generator listrikdi puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angina (baling baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin beruk uran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gear box yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar.

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidakterdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itudiletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan karena di saatangin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayahtiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.Setiap desain rotor mempunyai kelebihan dan kekurangan. Kelebihan turbin jenis ini, yaitu memiliki efisiensi yang tinggi, dan cut-in wind speed rendah. Kekurangannya, yaitu turbin jenis ini memiliki desain yang lebih rumit karena rotor hanya dapat menangkap angin dari satu arah sehingga dibutuhkan pengarah angin.

Gbr. 2.2. Macam macam desain turbin angin HAWT[4]

Page 3: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

149

Kelebihan turbin angin sumbu horizontal adalah dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat didalam atmosfer bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Adapun beberapa kelemahan turbin angin sumbu horizontal adalah :

Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.

Turbin angin sumbu horizontal yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang terampil.

Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.

Turbin angin sumbu horizontal yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.

Berbagai varian down wind menderita kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi.

Turbin angin sumbu horizontal membutuhkan mekanisme control yaw tambahan untuk membelokkan kincir kearah angin [4].

2) Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) VAWT merupakan turbin angin sumbu tegak yang

gerakan poros dan rotor sejajar dengan arah angin, sehingga rotor dapat berputar pada semua arah angin. VAWT juga mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan. Kelebihannya, yaitu memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan angin rendah, generator dapat ditempatkan di bagian bawah turbin sehingga mempermudah perawatan dan kerja turbin tidak dipengaruhi arah angin. Kekurangannya yaitu kecepatan angin di bagian bawah sangat rendah sehingga apabila tidak memakai tower akan menghasilkan putaran yang rendah, dan efisiensi lebih rendah dibandingkan HAWT.

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di daerah yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar.

Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat kedasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin

yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.

Ada tiga model rotor pada turbin angin jenis ini, yaitu: Savonius, Darrieus, dan H rotor. Turbin Savonius memanfaatkan gaya drag sedangkan Darrieus dan H rotor memanfaatkan gaya lift. Turbin Savonius ditemukan oleh sarjana Finlandia bernama Sigurd J. Savonius pada tahun 1922, konstruksi turbin sangat sederhana, tersusun dari dua buah sudu setengah silinder. Salah satu model VAWT yang mempunyai desain terbaik yang menggunakan kombinasi drag dan lift untuk menghasilkan tenaga, sehingga memiliki torsi start up yang sangat baik dan efisiensi adalah model Lenz2 [4].

Gbr. 2.3. macam macam desain kincir angin VAWT [4]

D. Torsi

Torsi biasa disebut juga momen atau gaya yang menyatakan benda berputar pada suatu sumbu. Torsi juga bisa didefinisikan ukuran keefektifan gaya tersebut dalam menghasilkan putaran atau rotasi mengelilingi sumbu.

Untuk sebuah generator jumlah lilitan sangat berpengaruh terhadap tegangan yang dihasilkan. Sesuai dengan Hukum Faraday sebagai berikut : “ tegangan induksi dalam satu rangkaian adalah berbanding lurus pada laju perubahan fluks magnetik yang melalui rangkaian. Jika rangkaian adalah kumparan terdiri dari N lilitan jika ϕm adalah fluks magnetik melalui satu lilitan,

tegangan diinduksi dalam setiap lilitan. Lilitan adalah

seri, sehingga tegangannya (ε) merupakan penjumlahan”. Dengan begitu, tegangan induksi total dalam kumparan diberikan [5].

E. Generator

Generator adalah suatu alat atau mesin yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dimana energi mekanik didapatkan dari energi potensial dan kinetik yang akan menggerakan rotor melalui poros penghubung pada generator. Untuk PLTMH dan pembangkit listrik tenaga angin (PLTA)[9][10], energi potensial diperoleh dari sumber daya air dan angin. Energi potensial akan mendorong sudu atau impeler pada turbin sehingga timbul energi kinetik. Energi ini diubah oleh generator menjadi energi listrik melalui lilitan kumparan stator dan magnet rotor. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator dapat berbentuk arus bolak balik (AC) dan arus searah (DC) [11]. Generator AC keluarannya dapat menghasilkan

Page 4: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

150

tegangan langsung sementara generator DC harus di olah dulu menggunakan komutator untuk menyearahkan output generator. Perbedaan generator DC dengan generator AC terletak pada kumparan jangkar dan kumparan statornya.

Generator dikelompokan menjadi generator sinkron dan unsikron dimana generator sinkron bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan. Keluaran dari generator sinkron adalah arus bolak- balik (AC)[11]. Prinsip kerja generator sinkron adalah medan magnet yang bersifat bolak balik akan timbul pada kumparan rotor jika diputar oleh prime mover dimana medan magnet akan memotong kumparan stator sehingga menghasilkan gaya gerak listrik pada bagian

ujung kumparan stator dengan gerak bolak balik yang sama dengan kecepatan putar rotor dimana frekuensi listriknya juga sama.

Bila garis gaya magnet dipotong atau dilewati arus listrik yang bergerak di antara medan magnet, akan timbul gaya gerak listrik pada penghantar dan arus akan mengalir apabila penghantar tersebut merupakan bagian dari sirkuit lengkap. Besarnya arus induksi tergantung pada kekuatan medan magnet, jumlah konduktor pemotong medan magnet, dan kecepatan perpotongan [9]. Kerja sebuah alternator adalah medan magnet berputar (rotor) sedangkan penghantar (stator) diam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4

.

Gbr. 2.4. Induksi electromagnet[9]

Pada Gbr. 2.5, jarum Galvanometer (Ammeter yang dapat mengukur arus yang sangat kecil) akan bergerak karena gaya gerak listrik yang dihasilkan pada saat penghantar digerakkan maju mundur di antara kutub utara dan kutub selatan magnet, maka gaya gerak listrik mengalir dari kanan ke kiri.

Bila satu buah penghantar disambung dari ujung ke ujung, maka akan timbul gaya gerak listrik yang dihasilkan bila sebuah penghantar diputar dalam medan magnet, sebenarnya gaya yang dihasilkan sangat kecil. Bila penghantar terbentuk dalam dua kumparan, jumlah total gaya gerak listrik yang dibangkitkan menjadi lebih besar. Demikian juga tenaga listrik yang dihasilkan, generator membangkitkan tenaga listrik dengan jalan memutar sebuah kumparan di dalam medan magnet. Ada dua macam arus listrik, arus searah dan arus bolak balik dan tergantung cara menghasilkan listrik generator [9].

Alternator berfungsi untuk merubah energi mekanik yang didapat dari mesin menjadi tenaga listrik. Energi mekanik yang dihubungkan oleh pully yang memutar rotor

sehingga membangkitkan arus bolak-balik pada stator yang diubah menjadi arus searah oleh dioda sebelum digunakan oleh komponen-komponen kendaraan yang membutuhkan ataupun untuk mengisi baterai kendaraan [9].

Gbr. 2.5 Prinsip generator[9]

1) Generator Tanpa Beban Dengan memutar generator pada kecepatan tertentu

dan menghasilkan medan magnet, maka tegangan maksE

akan terinduksi kumparan jangkar stator. Dengan Persamaan 2.3[12].

ph

smaks

N

NNfE max2

(2.3)

Dimana :

maksE tegangan maksimal generator (v)

N = jumlah lilitan pada stator

f frekuensi listrik yang dihasilkan

max fluks maksimum (Wb)

sN jumlah kumparan

phN jumlah fasa

Untuk menghitung frekuensi yang digunakan pada Persamaan 2.6, dapat menggunakan Persamaan 2.7[12].

120

pnf

(2.4)

Dimana :

n kecepatan medan putar rotor

pjumlah kutub pada rotor

Untuk dapat menghitung nilai tegangan efektif (Erms) dari generator menggunakan persamaan 2.8.

(2.5)

Page 5: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

151

voltE

EE

rms

maksrms

75,0

2

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh medan magnet rotor yang menembus luas penampang stator.

2) Generator berbeban Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan

mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa ) dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs).

Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:

a) Resistansi jangkar Ra

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

b) Reaktansi bocor jangkar X

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor

c) Reaksi Jangkar Xa

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF).[12]

F. Menentukan Jarak Magnet dan Keliling Rotor

Dengan mengacu tehadap Gbr 2.6. Jarak antar magnet

dapat di cari dengan menggunakan Persamaan 2.9[12].

bT

bT

f

f

2

1

30sin 0

(2.6)

Dengan :

fT Jarak antar magnet (cm)

b = Panjang Magnet (cm)

Gbr. 2.6. piringan rotor dan kutub magnet[12]

1) Menentukan Luasan Area Magnet Luasan area magnet ini menentukan luasan piringan

rotor dengan selanjutnya adanya syarat bahwa luasan piringan stator mengikuti luasan rotor dengan tujuan untuk mensinkronkan antara kutub magnet permanen dengan kumparan pada stator. Skema rotor dalam perancangan PMG ini dapat dilihat di Gbr. 2.7.

Gbr. 2.7. Skema Rotor[13]

Dalam perancangan rotor ini dengan bentuk selinder maka dalam mencari luas area magnet menggunakan Persamaan 2.10[13].

Nm

NmrrTrrA

iofio

magnet

22

(2.10)

Dimana :

or Radius luar magnet (cm)

ir Radius dalam magnet (cm)

fT Jarak antar magnet (cm)

Nm Jumlah magnet

2) Menentukan Densitas Fluks Maksimum Dalam perancangan rotor ini dengan bentuk

selinder maka dalam mencari Densitas Fluks Maksimum menggunakan persamaan 2.7[15].

lm

lmBB rmax

(2.7)

Dengan :

maxB Densitas fluks maksimum T

rB Densitas fluks magnet (Tesla) (Nilai Br merupakan

nilai ketetapan dari jenis magnet NdFeB N42 Ni.

lm tebal magnet (cm)

Jarak antara rotor dengan stator (cm)

3) Menentukan Kerapatan Fluks Magnetik Dalam perancangan rotor ini dengan bentuk

selinder maka dalam mencari Fluks magnetik menggunakan Persamaan 2.8[13]

Page 6: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

152

maxmax BAmagnet

(2.8)

Dengan :

max Fluks magnetik (webber)

magnetA Area magnet (cm2)

maxB Densitas fluks maksimum

G. Baterai

Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel.

Jenis sel baterai ini disebut juga storage battery, adalah suatu baterai yang dapat digunakan berulang kali pada keadaan sumber listrik arus bolak-balik (AC) terganggu.

Tiap sel baterai ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.

Menurut pemakaian baterai dapat digolongkan ke dalam 2 jenis:

1. Stationary (tetap).

2. Portable (dapat dipindah-pindah) [14].

Baterai digunakan ataupun tidak akan mengeluarkan daya. Bila sedang tidak digunakan maka pengeluaran tersebut terjadi secara perlahan yang biasa disebut pengeluaran daya sendiri (self discharge). Cepat atau lambatnya pengeluaran dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah suhu elektrolit. Sebuah baterai tidak terpakai berisi penuh akan habis juga dayanya dalam jangka waktu 3 bulan jika baterai diletakkan di suhu 40 ˚C, sedangkan makin dingin suhunya maka makin lambat dayanya berkurang [14].

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan didaerah lingkungan pantai Bengkulu. Penelitian ini direncanakan selama 2 bulan dengan mempelajari metode dan teori yang berhubungan pembangkit listrik tenaga angin yang digunakan pada mobil hybrid kemudian dilanjutkan dengan pembuatan alat dan laporan serta analisa sistem.

B. Alat dan Bahan

Adapun peralatan dan bahan yang digunakan dalam penelitian dan perancangan ini yaitu:

1) Alat ukur kecepatan angin (anemometer) 2) Alat ukur putaran rpm (tachometer) 3) Alat ukur tegangan dan arus (multimeter) 4) Gergaji besi 5) Gerinda 6) Penggaris 7) Tali 8) Generator sepeda 9) Baterai 12 v 4 Ah 10) Pipa paralon berdiameter 8 cm dan tebal 0,5

mm 11) Dan lain lain 12) Rotor Generator 13) Berikut spesifikasi dari rotor generator,

yaitu

Panjang Poros 80 mm

Diameter Pulley Poros 20 mm

Jumlah Pasang Kutub Magnet 3

Tipe Magnet Alnicos (Al) Tipe Ring

Diameter Luar Magnet 25 mm

Diameter Dalam Magnet 18 mm

Tebal Magnet 30 mm

Air Grab 1 mm

Besar Medan Magnet 0,4 Tesla

Tipe Penyebaran Fluks Ke Stator Radial

Panjang Magnet 3,5 mm

Radius Luar Magnet 12,5 mm

Radius Dalam Magnet 9 mm

C. Stator Generator

Berikut spesifikasi dari stator generator, yaitu :

Jenis Kawat Tembaga

Diameter Kawat 0,4 Mm

Panjang Kawat 80 Mm

Jumlah Kumparan 6

Tebal Kumparan 6 Mm

Banyak Lilitan 300

Hubung Antar Kawat Seri

Besar Hambatan Total 10,8 Ω

Hambatan Jenis Kawat 1,7 X 10-8 Ωm

Stator Dengan Inti Besi

Jenis Tegangan Keluaran AC 1 Fasa

Page 7: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

153

D. Objek Penelitian

Objek penelitian yang digunakan adalah pembangkit listrik tenaga angin. Pembangkit listrik tenaga angin dirancang dengan membuat turbin angin yang dirancang dari 3 bilah yang terbuat dari bahan pipa paralon berdiameter 8 cm dan tebal 0,5 mm yang terhubung langsung dengan generator yang berkapasitas 6 Watt. Turbin angin dirancang 3 bilah dengan diameter bilah 60 cm (r = 30 cm) yang akan diletakkan di bagian sisi depan mobil hybrid dengan posisi turbin angin dan generator diletakkan secara horizontal.

E. Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang dilakukan yaitu

mengambil data dari alat ukur yang diletakkan pada mobil

hybrid. Alat ukur yang digunakan yaitu alat ukur

kecepatan angin (anemometer), alat ukur kecepatan putar

(tachometer), alat ukur tegangan, dan alat ukur arus. Data

dari alat ukur diambil selama mobil hybrid beroperasi.

Data yang didapatkan dari alat ukur dikumpulkan agar

dapat menganalisa pembangkit listrik tenaga angin yang

telah dirancang.

F. Diagram Alir

Rancangan sistem dalam penelitian ini disusun dalam bentuk diagram alir (flowchart). Diagram alir digunakan untuk melihat proses dari pembangkit tenaga listrik angin. Diagram alir (flowchart) dapat dilihat pada Gbr. 3.1.

Gbr 3. 1 Diagram alir.

Diagram alir pada Gbr. 3.1 memperlihatkan perancangan proses pembangkit listrik tenaga angin. Angin memutar kincir angin yang dihubungkan langsung dengan generator, selanjutnya generator dapat mengeluarkan daya dan alat ukur mengukur tegangan yang dikeluarkan oleh generator. Tegangan yang dikeluarkan oleh generator akan diproses lagi sehingga mendapatkan tegangan yang cukup untuk mengecas aki. Jika tegangan keluaran dari generator lebih besar dari 12 V, maka

tegangan akan masuk ke aki dan apabila tegangan lebih kecil dari 12 V maka akan diproses lagi.

G. Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Angin

Pada penelitian ini rancangan sistem pembangkit listrik tenaga angin adalah perancangan perangkat keras (hardware). Perancangan perangkat keras yang dimaksud yaitu pembuatan dan perakitan turbin angin,

Rangkaian sistem pembangkit listrik tenaga angin dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gbr. 3. 2. Rangkaian sistem pembangkit listrik tenaga angin.

Berdasarkan Gbr. 3.2, pembangkit listrik tenaga angin menggunakkan generator dengan kapasitas 6 watt. Data-data yang dibutuhkan seperti kecepatan angin, kecepatan putar generator, tegangan dan arus keluaran generator serta kapasitas baterai yang tersedia disimpan saat kincir angin berputar, selama penelitian menggunakan alat ukur untuk mengukur data yang dibutuhkan.

Dalam pembangkit listrik tenaga angin, sumber utamanya adalah angin. Angin yang mengerakkan kincir angin akan memutar generator sehingga generator dapat menghasilkan daya. Tegangan yang dikeluarkan generator apabila dibawah 12V akan diproses lagi sehingga mendapatkan hasil yang diinginkan dan bisa mengecas aki yang berkapasitas 12V. Untuk lebih jelas mengenai keseluruhan kerja sistem secara umum dapat dilihat pada Gbr. 3.3.

Gbr. 3. 3. Diagram blok sistem pembangkit listrik tenaga angin.

H. Perencanaan Perancangan Kincir Angin

Pada perencanaan perancangan kincir angin ini diuraikan mengenai proses rancangan alat yang akan dibuat. Perencanaan perancangan bentuk bilah terlihat pada Gbr. 3.4.

Gbr 3. 4. Perancangan Bentuk Bilah

Gbr. 3.4 adalah perancangan bentuk bilah. Rancangan ini akan dibuat dengan menggunakan 3 bilah yang terbuat dari pipa paralon berdiameter 8 cm dan tebal 0,5 mm yang dibentuk dengan ukuran panjang setiap blade 30 cm dan

Page 8: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

154

lebar setiap blade sebesar 4 cm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Bilah seperti pada Gbr. 3.4 dibuat menjadi 3 bilah yang mengelilingi poros pada turbin angin. Jarak antar bilah ke bilah mengelilingi turbin adalah sebesar 120o. Luas sapuan bilah yang dibuat adalah sebesar 173 cm2. Bilah bilah pada poros turbin dihubungkan langsung pada generator yang dapat dilihat pada Gbr. 3.5.

Gbr. 3.5 Rancangan Pembuatan Kincir Angin

Gbr. 3.5 menjelaskan bahwa kincir angin yang akan dibuat berbentuk taper linier. Taper linier adalah bentuk yang paling optimal untuk mendapatkan angin agar bisa memutar turbin dengan maksimum.

Gbr 3.6 Rencana Penempatan Kincir Angin Pada Mobil Hybrid

Dalam perencanaannya, kincir angin akan diletakkan pada sisi depan mobil hybrid karena merupakan sisi yang melawan arah aliran angin dan dapat menerima angin secara maksimal dan diletakkan pada ketinggian 104 cm dari permukaan tanah. Pada posisi ini adalah posisi yang sesuai untuk peletakkan pembangkit listrik tenaga angin pada mobil hybrid. Bila pembangkit listrik tenaga angin diletakkan terlalu tinggi akan membuat pengendaranya tidak bisa mengendarai mobil hybrid karena menghalangi pandangan pengendara untuk mengendarainya sedangkan bila terlalu rendah akan membuat bilah pada turbin angin menjadi cepat rusak karena bisa mengenai serpihan serpihan dari permukaan tanah. Rencana penempatan kincir angin dapat dilihat pada Gbr. 3.6. Dari perancangan yang dibuat maka dapat dibuat perhitungan daya yang akan dihasilkan dari turbin angin dengan kecepatan mobil sebesar 30 km/Jam dan kecepatan angin 5,6 m/s dengan menggunakan persamaan 2.2.

WattP

P

tot

tot

822,1

5,60,01732,112

1 3

Dari perhitungan daya dengan kecepatan angin sebesar 5,6 m/s dan area sapuan turbin 173 cm2, maka didapatkan daya sebesar 1,822 Watt.

I. Tahap Pengujian

Tahapan-tahapan pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah kerja dari keseluruhan sistem dapat bekerja dengan baik. Pengujian-pengujian yang dilakukan diantaranya:

1) Pengujian Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pengujian pembangkit listrik tenaga angin untuk

mengetahui daya yang dihasilkan dari generator pada turbin angin. Pengukuran menggunakan beberapa alat ukur sebagai media penunjang dalam pengambilan data antara lain : Pengukuran menggunakan anemometer untuk mengukur kecepatan angin, tachometer untuk mengukur kecepatan putar turbin angin, dan multimeter untuk mengukur tegangan dan arus keluaran generator saat turbin angin berputar dan saat mobil hybrid beroperasi.

2) Perhitungan Tegangan keluaran Generator dari Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Perhitungan tegangan keluaran generator dari pembangkit listrik tenaga angin dilakukan untuk mengetahui perbedaan antara tegangan yang diukur dan tegangan yang dihitung dari pembangkit listrik tenaga angin sesuai dengan tegangan dan arus yang dihasilkan oleh generator pada turbin angina dengan menggunakan pesamaan 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, dan 2.11. Setelah didapat data tegangan dan arus pengukuran maka akan dihitung daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin dan membandingkan daya yang terdapat pada baterai, sehingga didapat daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin dengan menggunakan persamaan 2.12 dan 2.13.

J. Tahapan Analisis

Analisa dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kinerja dari sistem pembangkit listrik tenaga angin yang telah dibuat. Pembangkit listrik tenaga angin sebelumnya dirancang dengan pedoman dari penelitian-penelitian sebelumnya, rancangan yang dibuat antara lain : besar kincir yang sesuai dengan ukuran mobil dan altenator yang menyesuaikan dengan besar kincir yang digunakan. Setelah dilakukan perancangan, kemudian menganalisa hasil data yang didapat dari rancangan. Data diambil menggunakan alat ukur meliputi hasil pembacaan kecepatan angin (anemometer), kecepatan putar turbin angin (tachometer), dan tegangan serta alat ukur arus. Data yang didapat akan diolah untuk melihat sistem kerja dari pembangkit listrik tenaga angin pengaplikasian mobil hybrid yang telah dibuat. Dalam analisa ini akan berfokus pada daya yang dihasilkan oleh generator terhadap pengisian aki.

Page 9: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

155

IV. PEMBAHASAN

Pada bab ini akan membahas secara rinci tentang pengujian rancangan turbin angin untuk mengetahui hasil yang direncanakan pada bab 3

A. Turbin Angin

Pada penelitian ini, turbin angin yang digunakan memiliki 3 kincir dengan ukuran sepanjang 30 cm pada masing masing kincir. Kincir angin dibuat dengan menggunakan bahan pipa PVC yang dibentuk presisi satu sama lainnya. Bentuk kincir ini menyesuaikan dengan ukuran mobil hybrid seperti yang ditunjukan pada Gbr 4.1

Gbr 4.1 Turbin Angin dengan 3 bilah

Pada Gbr. 4.1 dapat dilihat kincir angin yang dipasang dengan jarak yang sama yaitu sebesar 120 derajat dari kincir satu ke kincir lainnya. Gbr. 4.1 terlihat juga kincir angin diletakkan pada sisi bagian depan mobil karena merupakan sisi yang melawan arah aliran angin dan dapat menerima angin secara maksimal sehingga dapat memutar turbin angin.

Kincir angin diletakkan 136 cm dari permukaan tanah karena apabila letak kincir angin terlalu tinggi maka akan menghalangi pandangan pengendaranya begitu juga sebaliknya jika kincir angin diletakkan terlalu rendah akan mengakibatkan terkena aspal sehingga bisa membuat kincir angin menjadi patah. Jadi, hal ini juga yang membuat pemilihan generator harus menyesuaikan terhadap ukuran kincir angin yang telah dibuat. Kincir angin yang dirancang berjari-jari 30 cm dalam satu putaran sehingga membutuhkan generator yang memiliki torsi awal yang rendah. Generator yang digunakan adalah dinamo sepeda karena memiliki torsi awal yang rendah..

B. Pengujian Kecepatan Angin dan Kecepatan Turbin

Setiap waktu angin memiliki kecepatan yang berubah ubah, oleh karenanya perlu pengambilan data kecepatan angin dan kecepatan putar turbin secara berulang ulang. Proses selanjutnya dilakukan perhitungan kecepatan angin rata-rata agar didapatkan kecepatan angin secara tepat.

Untuk pengambilan data kecepatan angin menggunakan alat khusus untuk menghitung kecepatan angin (anemometer). Anemometer diletakkan disekitar turbin angin dengan ketinggian 153 cm dari permukaan tanah. Dan untuk pengambilan data kecepatan putar turbin angin menggunakan alat khusus menghitung kecepatan turbin angin (tachometer) yang diletakkan didekat turbin angin. Kemudian dicatat data kecepatan angin dan

kecepatan putar turbin angin selama mobil hybrid bergerak. Anemometer dan tachometer yang digunakan dapat dilihat pada Gbr. 4.2.

Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan kecepatan angin dan kecepatan turbin angin dengan tegangan keluaran dari generator selama mobil hybrid bergerak dengan cuaca cerah. Pengambilan data dilakukan pada tanggal 24 februari 2018 dari pukul 14:26:30 WIB sampai dengan 14:42:30 WIB.

Gbr 4.2 Grafik Perbandingan Kecepatan Angin Terhadap Putaran Turbin

Gbr. 4.3 terlihat bahwa semakin tinggi nilai kecepatan angin maka semakin cepat putaran turbin yang dihasilkan. Ketika angin berada dikeadaan yang tercepat yaitu 4,5

kecepatan turbin juga meningkat menjadi 782

hal ini membuktikan perbandingan kecepatan angin terhadap putaran turbin berbanding lurus.

Gbr. 4.3 Grafik Perbandingan Kecepatan Angin Terhadap Tegangan

Gbr.4.4 menjelaskan perbandingan antara kecepatan angin terhadap tegangan berbanding lurus. Ketika kecepatan angin berada dikeadaan yang tercepat yaitu 4,5

tegangan yang dihasilkan juga meningkat menjadi

4,05 V dan sebaliknya ketika kecepatan angin rendah maka tegangan yang dihasilkan juga semakin rendah

Gbr 4.4Grafik Perbandingan Putaran Turbin Terhadap Tegangan

Gbr. 4.5 adalah gambar grafik perbandingan antara putaran turbin terhadap tegangan. Gbr 4.5 menjelaskan bahwa semakin cepat putaran turbin maka semakin besar

Page 10: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

156

tegangan yang dihasilkan hal ini menunjukan perbandingan putaran turbin terhadap tegangan yang dihasilkan berbanding lurus.

Dari data Tabel 4.1 akan didapat perhitungan tegangan maksimal dan tegangan efektif generator yang digunakan dengan menggunakan Persamaan 2.6 untuk mengetahui seberapa besar ralat dari keluaran generator. Sebelum mencari tegangan maksimal dan tegangan efektif dari generator, terlebih dahulu mencari jarak antar magnet dan keliling rotor menggunakan Persamaan 2.9.

cmT

cmT

cmT

f

f

f

175,0

35,02

1

35,030sin 0

Dari perhitungan jarak antar magnet dan keliling rotor,

selanjutnya dapat dihitung luas area magnet ( magnetA )

pada generator dengan Persamaan 2.10.

2

2

22

00003325,0

3325,0

6

69,025,1175,09,025,114,3

mA

cmA

A

magnet

magnet

magnet

Proses selanjutnya dapat dihitung nilai fluks magnetik

max dengan mengalikan nilai luas area magnet

( magnetA ) terhadap kuat medan magnet B menggunakan

Persamaan 2.12.

webber

Teslam

BAmagnet

0000133,0

4,000003325,0

max

2max

max

Dari variable-variabel yang telah didapatkan, selanjutnya dapat dilakukan perhitungan tegangan maksimal dan tegangan efektif generator yang digunakan dengan menggunakan Persamaan 2.6.

voltE

E

N

NPnNE

N

NNfE

maks

maks

ph

smaksmaks

ph

smaksmaks

05,1

1

60000133,0

120

614130014,32

120

.2

2

Proses selanjutnya dapat menghitung nilai tegangan

efektif rmsE dengan menggunakan Persamaan 2.8.

voltE

EE

rms

maksrms

75,0

2

Berdasarkan perhitungan maksE dan perhitungan

rmsE dapat diketahui bahwa tegangan maksimal

maksE yang dapat dihasilkan oleh generator pada

kecepatan putaran turbin 141 rpm adalah sebesar

1,05 volt dan untuk tegangan efektif rmsE yang

terukur adalah 0,75 volt .

Setelah didapat perhitungan tegangan keluaran dari generator, maka dapat dibuat Tabel 4.1 perbandingan tegangan ukur dan tegangan hitung agar mengetahui seberapa besar perbedaan yang didapat.

TABEL 4.1 PERBANDINGAN TEGANGAN UKUR DAN TEGANGAN HITUNG

Kecepatan Angin

sm /

Putaran Turbin

rpm

Tegangan Ukur

volt

Tegangan Hitung

volt

1 141 0,70 0,75

1,5 148 0,74 0,78

1,7 159 0,78 0,84

2 190 0,97 1

2,5 219 1,32 1,16

2,7 315 1,47 1,67

3 359 1,68 1,9

3,5 413 2,28 2,19

3,7 491 2,58 2,6

4 724 3,23 3,84

4,5 782 4,05 4,15

Dari data Tabel 4.2 perbandingan tegangan ukur dan tegangan hitung dapat dilihat hasil ketika putaran turbin maksimum menghasilkan tegangan hitung sebesar 4,15 volt dan tegangan ukur sebesar 4,03 volt. selisih antara tegangan ukur dan tegangan hitung tidak terlalu jauh dikarenakan cara mengambil data yang benar. Dari data Tabel 4.2 dapat dibuat grafik pembandingan tegangan hitung dan tegangan ukur terhadap putaran turbin seperti yang terlihat pada Gbr 4.6.

Page 11: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

157

Gbr. 4.5. Grafik Perbandingan Tegangan Hitung Dan Tegangan Ukur Terhadap Putaran Turbin

Dari Gbr. 4.5.Grafik perbandingan tegangan hitung dan tegangan ukur terhadap putaran turbin terlihat selisih perbandingan antara tegangan hitung dan tegangan ukur tidak terlalu jauh. Untuk lebih jelas lagi dapat dilakukan perhitungan ralat mutlak (RM) dan ralat relatif (RR) agar dapat diketahui kesalahan yang terjadi dengan mengambil contoh data 1.

Data 1

05,0

70,075,0

RM

RM

VVRM ukurhitung

%6,6

%10075,0

05,0

%100

RR

RR

V

RMRR

hitung

Dari perhitungan ralat mutlak (RM) dan ralat relative (RR) maka dapat dibuat data Tabel 4.2 data hasil ralat perbandingan tegangan hitung dan tegangan ukur.

TABEL 4.2 DATA HASIL PERHITUNGAN RALAT

Tegangan Hitung

volt

Tegangan Ukur

volt

Ralat Mutlak Ralat Relatif

(%)

0,75 0,70 0,05 6,6 0,78 0,74 0,04 5,1 0,84 0,78 0,06 7,1

1 0,97 0,03 3 1,16 1,32 0,16 13,7 1,67 1,47 0,2 11,9 1,9 1,68 0,22 11,5

2,19 2,28 0,09 4,1 2,6 2,58 0,02 0,7

3,84 3,23 0,61 15,8 4,15 4,05 0,1 2,4

Dari Tabel 4.3 data hasil perhitungan ralat

perbandingan tegangan hitung dengan tegangan ukur dari keluaran generator dapat dilihat hasil persentase terbesar pada tegangan ukur 3,23 volt dari tegangan hitung 3,84 volt yaitu sebesar 15,8% sedangkan, hasil persentase terkecil terlihat pada tegangan ukur 2,58 volt dari tegangan hitung 2,6 volt yaitu sebesar 0,7%. Hal ini disebabkan oleh

pengambilan data secara manual yang membuat kurang telitinya dalam pengambilan data.

C. Perhitungan Daya yang Dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Perhitungan daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin dilakukan dengan cara mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh turbin angin. Setelah data tegangan dan arus didapatkan, maka dihitung daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin.

Dari data yang telah diukur maka dapat dihitung daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin dengan mengambil contoh data 1.

Data 1

wattP

AVP

IVP

063,0

09,070,0

Proses selanjutnya melakukan perhitung daya rata-rata pada pembangkit listrik tenaga angin.

wattP

AVP

IVP

ratarata

ratarata

ratarataratarataratarata

27,0

15,08,1

Dari perhitungan daya generator pada turbin angin (P)

dan perhitungan daya rata-rata ratarataP maka dapat

dibuatkan tabel perhitungan daya. Tabel 4.3. memperlihatkan hasil perhitungan daya generator turbin angin.

TABEL 4.3 HASIL PERHITUNGAN DAYA GENERATOR TURBIN ANGIN

Data ke- Tegangan

volt

Arus

Ampere

Daya

watt

1 0,70 0,09 0,063 2 0,74 0,12 0,0888 3 0,78 0,11 0,0858 4 0,97 0,14 0,1358 5 1,32 0,15 0,198 6 1,47 0,17 0,2499 7 1,68 0,15 0,252 8 2,28 0,18 0,4104 9 2,58 0,19 0,4902 10 3,23 0,21 0,6783 11 4,05 0,23 0,9315 Rata-rata 1,8 0,15 0,27

Dari perhitungan yang telah dilakukan terlihat

generator pada turbin angin menghasilkan daya rata-rata sebesar 0,27 watt. Dengan demikian, dari data Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa tegangan maksimum yang diperoleh oleh kincir angin adalah 4,05 volt jadi, tidak bisa digunakan untuk pengecasan aki yang berkapasitas 12 volt.

Page 12: Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu ...senitia.ft.unib.ac.id/wp-content/uploads/2019/01/2018f-1-26-Irnanda... · angin berfungsi merubah energi kinetik angin

Seminar Nasional Inovasi, Teknologi dan Aplikasi (SeNITiA) 2018 ISBN: 978-602-5830-02-0

158

V. PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Berdasarkan hasil pengukuran untuk kecepatan angin 4,5 m/s bisa menghasilkan putaran maksimum dari turbin angin sebesar 782 rpm dan menghasilkan tegangan sebesar 4,05 volt, arus 0,23 Ampere, dan daya 0,9315 Watt.

2. Daya rata-rata yang dapat dihasilkan oleh turbin angin adalah 0,27 watt dengan tegangan rata-rata sebesar 1,8 volt dan arus sebesar 0,15 Ampere.

B. Saran

Untuk mendesain pembangkit listrik tenaga angin pada mobil hybrid, diperlukan untuk memperhitungkan kecepatan laju mobil dan kecepatan angin agar mendapatkan bentuk bilah yang sesuai untuk menggerakkan generator secara maksimum.

REFERENSI

[1] Harsanto, Tedy. 2014. “Rancang Bangun Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Triple-Stage Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Angin”. Skripsi, Program Studi Fisika, Universitas Negeri Jakarta : Jakarta.

[2] Abadi, Sukma. 2011. “Pengembangan Model dan Simulasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) dengan Metode Petri Net”. Universitas Indonesia. Depok.

[3] Sumiati Zuita, Zamri Aidil. 2013. “Rancang Bangun Miniatur Turbin Angin Pembangkit Listrik Untuk Media Pembelajaran”. Jurnal Teknik Mesin Vol 3, No. 2. Politeknik Negeri Padang. Padang.

[4] Sugiyanto. 2013. “Potensi Pembangkit Listrik Hybrid menggunakan Vertical Axis Wind Turbine Tipe Savonius dan Panel Sel Surya”. Jurnal Teknologi Vol 6, No. 2. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.

[5] Anggo, Julistio. 2017. “Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Skala Mikro Menggunakan Turbin Angin dan Panel Surya”. Universitas Bengkulu. Bengkulu.

[6] Arifin, Muhammad. 2007. “Analisa Sistem Pengisian dan Trouble shooting Toyota Kijang 5K”. Universitas negeri Semarang. Semarang.

[7] Zuhal. 2000. “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”. Jakarta: Gramedia.

[8] Arismunandar, W dan Tsuda, Koichi. (1983). Motor Diesel Putaran Tinggi. Pradnya Paramitha. Jakarta

[9] Karyanto, E (2000). Panduan Reparasi Mesin Diesel. Penerbit Pedoman Ilmu Jaya. Jakarta.

[10] Motoren-Werke Mannhem AG. (1999). Diesel Generator Sets with Four-Stroke Diesel Engines. Lieferwerk munchen suddeutsche bremsen-AG. Germany.

[11] Sumiati Zuita, Zamri Aidil. 2013. “Rancang Bangun Miniatur Turbin Angin Pembangkit Listrik Untuk Media Pembelajaran”. Jurnal Teknik Mesin Vol 3, No. 2. Politeknik Negeri Padang. Padang.

[12] Fahey, Steven. 2006. Basic principles of the homade axial fluks alternator.

[13] Purbaya, Andre. 2017. “rancang bangun pengisian daya ponsel pada sepeda menggunakan generator AC”. Universitas Bengkulu. Bengkulu.

[14] Aryo Bambang N, 2011, Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Turbin Angin Sumbu Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 2,07 meter, Institut Teknologi Bandung.

[15] Andri, Helly. 2010. “Rancang Bangun System Battery Charging Automatic”. Universitas Indonesia. Depok.