A. Judul Program
Desain Kincir Angin Berbasis Layang-Layang Untuk Meningkatkan Perolehan Daya Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin
B. Latar Belakang Masalah
Pada Pada masa masa sekara sekarang, ng, di mana mana semaki semakin n menipi menipisny snyaa sumber sumber daya daya alam alam yang yang diguna digunakan kan sebaga sebagaii sumber sumber bahan bahan bakar bakar konvens konvension ional, al, orangorang-ora orang ng mulai mulai berali beralih h ke energi alternati alternatif. f. Contoh konkrit konkrit dan paling mudah dirasakan saat ini adalah tingginya tingginya kebutuhan migas namun tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya. Pemerintah maupun swasta di hampir semua negara kemudian berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumb sumber-sumber er energi baru dan terbarukan terbarukan untuk menjaga ketahanan energi negaranya. negaranya. Salah Salah satu satu sumber sumber energi energi terbar terbarukan ukan terseb tersebut ut adalah adalah energi energi angin. angin. Berdas Berdasark arkan an data data LAPAN (Daryanto, et al., 2005), angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariatif, umumny umumnyaa terkat terkategor egorika ikan n sebagai sebagai angin angin berkec berkecepat epatan an rendah rendah.. Karena Karena itu, itu, penelit penelitian ian sistem sistem konvers konversii energi energi angin angin (SKEA) (SKEA) kecepa kecepatan tan rendah rendah belum belum banyak banyak dilakuk dilakukan an di Indonesia. Seba Sebaga gaii sala salah h
satu satu sumb sumber er ener energi gi terb terbar aruk ukan an,,
angi angin n
memi memili liki ki pros prospe pek k
perkembangan yang bagus karena pasokan energinya dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, keperluan, salah satunya tentu sebagai sebagai sumber sumber pasokan pasokan listrik. listrik. Beberapa negara, seperti seperti Amerik Amerikaa Serika Serikat, t, Itali Italia, a, Spanyo Spanyol, l, dan Jepang Jepang telah telah melakuk melakukann annya. ya. Di Indones Indonesia, ia, kecepatan angin yang rendah bukan berarti kita tidak bisa ikut memperoleh manfaat optimal darinya. Banyak hal bisa dilakukan untuk meningkatkan kualitas dayanya, seperti mena menamb mbah ahka kan n prin prinsi sip p Magl Maglev ev (Magnetic Magnetic Levitation Levitation), ), seba sebaga gaim iman anaa baru baru-b -bar aru u ini ini dikembangkan oleh China untuk desain pembangkit listriknya (Anonim (Anonim1). Cara lain yang bisa dilakukan untuk meningkatkan perolehan daya turbin angin adalah menempatkannya pada layang-layang. Mengacu pada konsep hukum Bernoulli dimana bila kedudukan semakin tinggi, maka kecepatan angin juga meningkat. Ini juga dilatarbelakangi konsep permainan layang-layang yang lebih lanjut berkembang menjadi permainan terbang layang. Bila layang-layang diusahakan berada pada ketinggian tetap pada kisaran ketinggian lebih dari ketinggian standar turbin angin (10 meter), maka akan didapatkan didapatkan daya lebih besar. Sebagai perbandingan, perbandingan, untuk daerah Banjarbaru Banjarbaru kecepatan
angin rata-rata pada ketinggian 10 meter adalah 2,5 m/s (berdasarkan data BMG tahun 2009). Bila layang-layang ditempatkan pada ketinggian 100 meter, maka secara teori kecepatan anginnya adalah lebih besar 17 kalinya sehingga daya yang dapat dibangkitkan juga semakin besar. Dalam hal pemanfaatannya sebagai pembangkit listrik, tentu proyek ini akan lebih berdaya guna bila dalam pengembangannya melibatkan pihak yang lebih berkompeten, yait yaitu u Peru Perusa saha haan an List Listri rik k Nega Negara ra (PLN (PLN). ). Sebag Sebagai ai lemb lembaga aga nasi nasion onal al yang yang pali paling ng berke berkepent penting ingan an dalam dalam pemanf pemanfaat aatan an energi energi altern alternati atif, f, ini tentu tentu merupa merupakan kan salah salah satu satu peluang bagus bagi mereka dalam upaya memenuhi kebutuhan energi nasional. Oleh karena itu, dalam proposal ini saya mengusulkan suatu proyek pendesainan kincir angin berbasis layang-layang. Dengan adanya kemampuan mengoptimalkan energi angin, baik dalam lingkup lokal, regional maupun nasional, diharapkan pembangkit listrik tenaga angin dapat lebih berkembang pada masa mendatang.
C. Rumusan Masalah
Masalah yang dihadapi dalam pembuatan penelitian ini adalah : 1. Bagai Bagaima mana na desa desain in kinci kincirr angi angin n yang yang efek efekti tiff untu untuk k dite ditemp mpat atka kan n pada pada laya layang ng-layang agar layang-layang tetap dapat bertahan pada kedudukannya di ketinggian? 2. Bagaima Bagaimana na desain desain layanglayang-lay layang ang agar tetap stabil stabil dengan dengan adanya penambaha penambahan n kincir angin? Batasan Batasan masalah masalah dari penelitian penelitian ini adalah perancangan perancangan desain kincir kincir angin dan layang-layang yang tepat agar dapat menangkap angin pada ketinggian yang diinginkan.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain mendesain kincir kincir angin yang dapat digunakan digunakan untuk memperoleh daya optimal pada pembangkit listrik tenaga angin.
E. Keluaran yang Diharapkan
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah : 1. Prot Protot otip ipee kinc kincir ir angi angin n berb berbas asis is laya layang ng-l -lay ayan ang g yang yang dapa dapatt digu diguna naka kan n sebag ebagai ai komponen pembangkit listrik tenaga angin.
2. Aplika Aplikasi si hasil hasil rancan rancangan gan untuk untuk keperl keperluan uan pengem pengembang bangan an pemban pembangki gkitt listri listrik k tenaga tenaga angin di Indonesia.
F. Kegunaan Program
Kegunaan program ini adalah : 1. Aplikasi Aplikasi keilmuan keilmuan untuk memecahkan memecahkan permasalahan permasalahan masyarakat masyarakat dalam memberikan memberikan penyediaan energi alternatif. 2. Memb Member erik ikan an solu solusi si terh terhad adap ap masa masala lah h peny penyed edia iaan an energ energii yang yang mura murah h dan dan tida tidak k mencemari lingkungan. 3. Memberikan Memberikan manfaat manfaat ekonomis dalam dalam upaya pemenuhan energi nasional. nasional. 4. Member Memberika ikan n pengala pengalaman man kepada kepada mahasi mahasiswa swa dalam dalam membua membuatt dan terlib terlibat at dalam dalam proyek ilmiah.
G. Tinjauan Pustaka 1. Energi Angin
Sebaga Sebagaima imana na telah telah banyak banyak diketa diketahui, hui, angin angin adalah adalah udara udara yang yang berger bergerak ak dari dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara udara diseba disebabkan bkan oleh oleh perbeda perbedaan an suhu suhu udara udara akibat akibat pemana pemanasan san atmosf atmosfir ir yang yang tidak tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) (Kadir, 1987).
2. Daya Energi Angin
Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan :
Dimana : W = Energi angin (Watt) ρ = Kerapatan udara (Kg/m3) A = Area penangkapan angin (m2)
= Kecepatan angin (m/s) Persamaan di atas merupakan sebuah persamaan untuk kecepatan angin pada turbine yang ideal, dimana dianggap energi angin dapat diekstrak seluruhnya menjadi energi listrik. Namun kenyataannya tidak seperti itu. Jadi terdapat faktor efisiensi dari mekanik turbine angin dan efisiensi dari generator sendiri. Sehingga daya yang dapat diekstrak menjadi energi angin dapat diketahui dari persamaan berikut :
Dimana : = efisiensi kincir angin (%) (United Nations Environment Programme, 2006).
3. Kecepatan angin .
Hal yang yang biasan biasanya ya dijadi dijadikan kan patoka patokan n untuk untuk menget mengetahu ahuii potens potensii angin angin adalah adalah kecepat kecepatanny annya. a. Biasan Biasanya ya yang yang menjad menjadii masala masalah h adalah adalah kestab kestabila ilan n kecepat kecepatan an angin. angin. Sebagaimana diketahui, kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat. Misalnya di Indonesia, kecepatan angin pada siang hari bisa lebih kencang dibandingkan malam hari. Pada beberapa lokasi bahkan pada malam hari tidak terjadi gerakan udara yang signifikan. Untuk situasi seperti ini, perhitungan kecepatan rata-rata dapat dilakukan dengan catatan pengukuran kecepatan angin dilakukan secara kontinyu. Untuk udara yang bergerak terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan angin yang diperoleh diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan dihasilkan sangat sedikit. Semakin Semakin tinggi akan semakin baik. Pada keadaan ideal, untuk memperoleh kecepatan angin di kisaran 5-7 m/s, umumnya diperlukan ketinggian 5 -12 m.
Gambar 1. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap ketinggian tertentu Faktor lain yang perlu diperhatikan untuk turbin angin konvensional adalah desain balin baling-ba g-balin ling. g. Untuk Untuk baling baling-ba -balin ling g yang yang besar besar (misal (misalnya nya dengan dengan diamet diameter er 20 m), kecepatan angin pada ujung baling-baling bagian atas kira-kira 1,2 kali dari kecepatan angin ujung baling-baling bagian bawah. Artinya, unjung baling-baling pada saat di atas akan terkena gaya dorong yang lebih besar daripada pada saat di bawah. Hal ini perlu diperhatika diperhatikan n pada saat mendesain mendesain kekuatan kekuatan baling-bali baling-baling ng dan tiang (menara) khususnya khususnya pada turbin angin yang besar. Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah berbe berbeda da secara secara signif signifika ikan, n, maka maka yang yang perlu perlu diperh diperhit itungk ungkan an selanj selanjutn utnya ya adalah adalah pada pada kecepatan angin berapa turbin angin dapat menghasilkan daya optimal. Kecep Kecepat atan an angi angin n juga juga dipen dipenga garu ruhi hi oleh oleh kont kontur ur dari dari permu permuka kaan. an. Di daer daerah ah perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin akan rendah. Sementara kecepatan angin pada daerah lapang lebih tinggi. Kepadatan
(porositas) di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak. Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan k etika mendesain turbin angin.
5. Profil Geseran Angin ( Wind Shear Profile) Angin seperti fluida yang lain pada umumnya mempunyai profil geseran atau profil kecepatan ketika mengalir melewati benda padat, misalnya permukaan bumi. Pada tepat di permukaan bumi, kecepatan relatif angin terhadap permukaan bumi sama dengan nol. nol. Kemu Kemudi dian an kece kecepat patan an ini ini menj menjad adii sema semaki kin n ting tinggi gi seba sebandi nding ng keti keting nggi gian an dari dari permu permukaa kaan n bumi. bumi. Ada dua jenis jenis profil profil geseran geseran angin angin yang yang biasa biasa digunak digunakan an untuk untuk menghitung menghitung energi, yaitu yaitu profil profil geseran geseran angin eksponensial eksponensial (exponential exponential wind shear profile) profile) dan profil geseran angin kekasaran permukaan ( surface surface roughness wind shear stress). stress). Gambar Gambar 2 menunjukkan menunjukkan profil geseran geseran fluida fluida eksponensial eksponensial yang diungkapkan diungkapkan
dengan rumus berikut :
Di mana, v adalah kecepatan pada ketinggian h, vref dan href masing-masing adalah kecepatan dan ketinggian di mana pengukuran dilakukan. Profil ini tergantung pada kekasaran permukaan. Untuk fluida secara umum α mempunyai nilai 1/7. Profil angin pada daerah yang memiliki banyak pepohonan seperti perkebunan atau hutan, nilai α dapa dapatt menc mencap apai ai 0.3, 0.3, seda sedang ngka kan n untu untuk k laut laut atau atau daer daerah ah-d -dae aera rah h yang yang terb terbuk uka, a, α mempunyai nilai 0.1.
5. Turbin Angin
Untuk mendesain sebuah kincir angin, ada banyak hal yang harus diperhatikan. Hal pertama yang harus dipertimbangkan yaitu berapa besar daya yang kita butuhkan, kemudian kecepatan angin, setelah itu yang tidak kalah penting yaitu berapa jumlah blade (bilah kincir) yang harus digunakan, dan masih banyak hal teknis lainnya (Yusuf, 2007). Hal pertama yang diperhatikan dalam desain kincir angin yaitu TSR (Tip (Tip Speed Ratio) Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip (ujung) kincir angin dan kecepatan angin yang didapat oleh kincir. Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan :
Dimana : ω
= Rotasi putaran kincir angin (Rad/s)
R Rotor Rotor = Radius rotor kincir angin (m) Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan:
TSR mempeng mempengaru aruhi hi kecepat kecepatan an putara putaran n kincir kincir (rpm). (rpm). Hubung Hubungan an TSR dengan dengan kecepatan yaitu : Shaft speed = speed = 60 λv / (πD) rpm Dimana : D = Diameter rotor (m) Diamet Diameter er suatu suatu rotor rotor kincir kincir angin angin dapat dapat pula pula dipero diperoleh leh melalu melaluii sebuah sebuah perhit perhitunga ungan. n. Persamaan untuk menghitung diameter suatu rotor kincir an gin yaitu : D = (Power x (47λ x RPM)3)0.2 Dimana : Power = Daya output generator (watt) RPM = Kecepatan putar generator (rpm) Untuk menentukan jumlah blade yang digunakan, dapat digunakan persamaan : B = 80 / λ 2
sudut Φ pada kincir angin. Gambar 1. Radius 1. Radius kincir angin dan sudut Φ Persamaan untuk menghitung sudut blade (β) yaitu : Β = antitan (2R / 3rλ ) – Φ Pada sebuah blade ada gaya angkat (Lift) dan daya dorong (Drag). Untuk tipe kincir angin yang horizontal harus dibuat agar gaya Lift lebih besar dari gaya Drag. Gaya inilah yang menyebabkan proses perputaran kincir. Setelah menentukan β selanjutnya menentukan blade lebar kincir angin (chord width). Persamaan untuk mencari chord width (C) pad a kincir angin horizontal yaitu :
Perencanaan Perencanaan untuk kincir angin memang membutuhkan membutuhkan sebuah perhitungan perhitungan yang rumit, rumit, mulai dari perkiraan TSR sampai dengan lebar blade yang digunakan harus sesuai dengan perhitungan agar daya output sesuai dengan perencanaan semula. 5. Jenis Turbin Angin
Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu : a. Horizontal . Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar dala dalam m bida bidang ng vert vertik ikal al sepe sepert rtii haln halnya ya prop propel eler er pesa pesawa watt terb terban ang. g. Gamb Gambar ar 2 memper memperlih lihatk atkan an berbag berbagai ai jenis jenis turbin turbin angin angin horizo horizonta ntal. l. Turbin Turbin angin angin biasan biasanya ya mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus di mana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang
sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar (Anonim2, 2007). b. Vertikal . Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan prinsip yang sama seperti halnya kelompok horizontal. Namun, sudunya berputar dalam bidang yang paralel dengan tanah, seperti mixer kocokan mixer kocokan telur.
Gambar 3. Grafik perbandingan torsi rotor untuk setiap jenis kincir angin Jika Jika dikait dikaitkan kan dengan dengan sumber sumber daya daya angin, angin, turbin turbin angin angin dengan dengan jumlah jumlah sudu sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi energi angin yang rendah speed-nya tercapai pada putaran rotor dan kecepatan angin yang tidak karena rated wind speed-nya terlalu tinggi. Sedangkan turbin angin dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik) tidak akan beroperasi secara efisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s (Yusuf, 2007). Daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin ratarata rata kura kurang ng dari dari 4 m/s, m/s, lebi lebih h cocok cocok untuk untuk dikem dikemba bangk ngkan an turb turbin in angi angin n keper keperlu luan an
mekanikal. mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan keperluan ini antara lain american tipe multi blade, blade, cretan sail dan sail dan savonius savonius.. 6. Efisiensi Rotor
Efis Efisie iens nsii roto rotorr dite ditent ntuk ukan an oleh oleh jeni jeniss turb turbin in dan dan kese kesemp mpur urna naan an tekn teknol olog ogii aerodinamik yang digunakan. Rotor dengan soliditas tinggi mempunyai efisiensi yang lebih kecil dibandingkan dengan rotor yang mempunyai soliditas rendah.
Gambar 4. Efisiensi rotor untuk berbagai tipe turbin angin (Tong, 1997) Menurut Menurut teori teori batasa batasan n efisie efisiensi nsi turbin turbin,, bila bila sejuml sejumlah ah aliran aliran massa massa (angin (angin)) dilewa dilewatka tkan n pada pada cakram cakram penghal penghalang, ang, maka maka aliran aliran massa massa terseb tersebut ut akan membel membelok ok memb membent entuk uk gari gariss alir aliran an ( streamline). streamline). Deng Dengan an bent bentuk uk disa disain in cakr cakram am tert terten entu tu (lua (luass penampang atas lebih kecil daripada luas penampang bawah), akan terjadi perbedaan kecepatan dan perbedaan tekanan udara di antara sisi atas dan sisi bawah cakram. Hal ini terjad terjadii karena karena keseti kesetimba mbangan ngan debet debet aliran aliran massa massa (asas (asas kontinu kontinuita itas), s), sehing sehingga ga pada permukaan permukaan cakram terjadi gaya hambat (drag, (drag, sejajar permukaan) dan gaya angkat (lift, (lift, L/D ratio) ratio) merupakan kriteria tegak lurus permukaan). Perbandingan lift terhadap drag ( L/D penting dalam mendisain blade rotor. Kecepatan pola aliran ( streamwise) streamwise) adalah : Vs = (1( 1- α) Vo
Di mana Vo adalah kecepatan datang angin dan α adalah faktor induksi aliran aksial. Selanjutnya untuk mencari perbandingan kecepatan angin datang pada kincir di bagian atas dan bawah, digunakan persamaan Bernoulli : P + ½ρv2 + ρgh = konstan, pada kedua sisi cakram.
7. Pertimbangan Aerodinamik
Rancangan Rancangan aerodinamik aerodinamik yang sangat baik akan meningkatkan meningkatkan efisiensi efisiensi sudu dan efisiensi rotor. Hal yang harus diperhatikan di sini adalah bahwa optimisasi antara biaya peran perancang cangan an aerodi aerodinam namik ik dengan dengan peningka peningkatan tan daya daya yang yang dihasi dihasilka lkan n harus harus cukup cukup rasi rasion onal al..
Pert Pertim imba banga ngan n
aero aerodi dinam namik ik yang yang
tepat tepat diha dihara rapk pkan an
dapa dapatt
memb member erik ikan an
rekomendasi bentuk sudu dan rotor yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu kegunaan kegunaan tertentu tertentu (baik mekanikal maupun elektrikal), elektrikal), sehingga sehingga tidak menghabiskan menghabiskan biaya tinggi untuk desain dan pembuatan.
8. Pemilihan Tempat
Seca Secara ra umum umum temp tempat at-t -tem empa patt yang yang baik baik untu untuk k pema pemasa sang ngan an turb turbin in angi angin n konvensional antara lain: 1. Celah di antara antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai sebagai nozzle, nozzle, yang mempercepat aliran angin. 2. Datara Dataran n terbuk terbuka. a. Karena Karena tidak tidak ada penghal penghalang ang yang yang dapat dapat memper memperlam lambat bat angin, angin, dataran terbuka yang sangat luas memiliki potensi energi angin yang besar. 3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut laut dan di daratan menyebabkan menyebabkan angin bertiup secara terus menerus (Golding, 1982). Pada Pada dasarn dasarnya, ya, turbin turbin angin angin dapat dapat dipasa dipasang ng di mana mana saja saja di tempat tempat-te -tempa mpatt tersebut di atas. Bila ingin mendapatkan kecepatan angin yang lebih besar tanpa harus melakukan modifikasi sedemikian rupa pada turbin, maka penempatan turbin angin pada kedudukan yang semakin tinggi bisa dilakukan. Apalagi diketahui bahwa kekuatan angin pada ketinggian di udara besarnya bisa menjadi ratusan kali lebih bertenaga ketimbang di darata daratan. n. Namun Namun demiki demikian, an, pengkaj pengkajian ian potens potensii angin angin tetap tetap harus harus dilakuk dilakukan an untuk untuk mendapatkan suatu sistem konversi energi angin yang tepat.
Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi energi angin dapat ditentukan dengan cara: 1. Pemilihan Tempat . Tempat ditentukan sesuai kebutuhan, kemudian potensi energi angin dikaji dari data yang didapat. Cara ini mempertimbangkan: a. aksesibilitas baik untuk pekerjaan konstruksi maupun perawatan, b. kondisi sosial budaya setempat, c. kepentingan lain 2. Pemilihan Potensi . Pemilihan tempat berdasarkan besarnya potensi energi angin yang tersedia. Semakin besar kecepatan angin rata-rata di suatu tempat akan semakin baik. Semakin Semakin tinggi tinggi potensi potensi energi yang tersedia akan memberikan memberikan keuntungan berupa ukuran sistem konversi energi angin yang semakin kecil dan tidak perlu terlalu efisien sehingga pembuatannya akan lebih mudah dan murah.
H. Metodologi Penelitian 1. Variabel Penelitian Variabel yang paling menentukan sebuah desain kincir angin adalah ketersediaan angin yang cukup untuk menghasilkan energi listrik melalui generator. Karena kincir angin ditempatkan ditempatkan di ketinggian, ketinggian, maka secara langsung ketinggian pun termasuk ke dalam variabel yang menentukan ketersediaan dan keadaan angin tersebut. Variabel lain adalah kestabilan rancangan rancangan layang-la layang-layang yang setelah setelah dipasangi dipasangi kincir kincir angin angin saat ditempat ditempatkan kan di ketinggi ketinggian. an. Faktor ini menentukan seberapa baik daya keluaran yang dihasilkan turbin meski harus berada pada lingkungan dengan efek perubahan arah angin lebih besar. Adapun parameter terukur adalah kecepatan angin, tegangan dan arus yang dihasilkan dari generator.
2. Alat Alat dan dan Baha Bahan n
Alat dan bahan yang digunakan dalam proyek ini meliputi : •
Plastik fiberglasss atau plastik epoksi (digunakan salah satu), sebagai bahan untuk pembuatan airframe kerangka layang-layang, kincir angin dan stabiliser vertikal.
•
Baut, untuk menguatkan sambungan antarbagian kincir dan airframe.
•
Sensor controller kecepatan putar kincir, sebagai pengontrol kapan kincir mulai berputar dan putarannya dihentikan.
•
Rem hidrolik, untuk menghentikan putaran rotor pada saat darurat.
•
Kabel alumunium, sebagai penghubung antara generator pada frame layang-layang dengan sistem penerima output.
•
Kabel Kabel fiber fiber optic optic singl singlee mode mode, berfun berfungsi gsi sama dengan dengan kabel kabel alumun alumunium ium dan digunakan untuk membandingkan efektifitas penghantaran arus dari generator ke penerima output.
•
Batery Charger dan Charger dan accumulator , sebagai sistem penerima daya output.
3. Konfigurasi sistem
Blok diagram secara keseluruhan keseluruhan dari sistem ditunjukkan ditunjukkan pada gambar 5. Kincir Kincir angin dikopel dengan generator dan akan berputar karena aliran angin sehingga generator juga juga akan akan berp berput utar ar dan dan meng menghas hasil ilka kan n tega teganga ngan. n. Sebe Sebelu lum m tegan teganga gan n kelu keluar aran an dari dari generat generator or diguna digunakan kan untuk untuk keperl keperluan, uan, perala peralatan tan yang yang akan akan diguna digunakan kan sebaga sebagaii beban beban terlebih dahulu dikontrol di dalam switch dalam switch controller pada controller pada battery charger .
Gambar 5. Blok 5. Blok diagram sistem pengisian baterai pada pembangkit listrik tenaga angin . 4. Perancangan Kincir Angin
Perencanaan kincir angin harus disesuaikan untuk keperluan apa dan pada kondisi apa kincir tersebut digunakan. Kincir angin dibuat dari bahan serat (fiber) atau plastik kompos komposit it tipe tipe GRP GRP ( glass-reinfo glass-reinforced rced plastic plastic), dari dari jenis jenis epoksi epoksi maupun maupun vinil vinilest ester, er, kemudian dicetak ke dalam cetakan sehingga terbentuk sesuai dengan desain. Panjang blade yang digunakan harus sesuai dengan frame layang-layang yang digunakan sebagai platformn platformnya. ya. Jika besar blade yang dipakai terlalu kecil, kincir tidak akan bisa berputar cepat untuk mendapatkan tenaga yang tepat. Komp Kompon onen en pend penduk ukun ung g kinc kincir ir angi angin n dala dalam m sist sistem em ini ini dira diranc ncan ang g deng dengan an menggunakan beberapa komponen sebagai berikut : 1. Sudu atau daun (Blade)
Berfungsi sebagai penangkap angin. Sudu ini berjumlah 2 buah yang mempunyai panjang dan lebar yang sama. 2. Pillow Block Berfungsi untuk tempat dudukan dari poros kincir, yang dilengkapi dengan bearing. 3. Poros Berf Berfun ungs gsii sebag sebagai ai temp tempat at mene menemp mpel elny nyaa sudu sudu (Bla (Blade) de).. Poro Poross yang yang digu diguna nakan kan mempunyai diameter 20 cm dan lebar ±5 cm. 4. Roda Gigi (Gear) Berfungsi sebagai pengait kincir angin dengan generator. 5. Stabiliser Berfungsi Berfungsi mengatur rotor pada sudut-sudut sudut-sudut yang berbeda untuk menyeimban menyeimbangkan gkan platformnya dan mengoptimalkan kecepatan putar kincir terhadap kecepatan angin di ketinggian.
5
5
Gambar 6. Konstruksi 6. Konstruksi dan komponen pendukung kincir angin Secara umum, data turbin angin yang akan dibuat adalah sebagai berikut : Jenis kincir
: high speed two blade
Bahan sudu
f iberglass : pl plastik fiberglass
Diameter sudu
: 3 – 5 meter
Lebar sudu
: 10 – 12 cm (bagian atas) dan 15 – 18 cm (bagian atas)
Sudut pitch Sudut pitch sudu
: tetap
Generator
: generator magnet permanen, 3 fase
Sistem peng engerema eman
furling dan sirkuit pendek : side furling dan
Sistem transmisi
: speed increasing transmission
Adapun untuk airframe airframe pengangkut penyangga kincir angin, digunakan digunakan frame frame berbentuk huruf H dengan bahan yang sama dengan kincir angin. Secara keseluruhan, sistem sistem ini memiliki memiliki massa tidak lebih dari 150 kg (sudah termasuk termasuk seluruh komponen turbin angin). Selanjutnya, sistem akan ditempatkan pada ketinggian 800 - 1000 meter di atas permukaan laut untuk diujicoba kinerjanya dalam keseimbangan, tangkapan energi angin dan daya listrik yang dihasilkannya. 5. Pemilihan Gear Ratio
Roda gigi dalam sistem ini selain berfungsi sebagai pengait antara kincir angin dengan dengan genera generator tor,, juga juga merupak merupakan an pengger penggerak ak mula mula dari dari generat generator or dan roda roda gigi gigi ini berfungsi untuk mengatur torsi. Penggunaan roda gigi kincir angin dipilih ukuran yang lebih besar daripada roda gigi pada generator dengan perbandingan standar 3 : 1 untuk blade. Untuk kinc kincir ir deng dengan an 2 atau atau 3 blade. Untuk kecepat kecepatan an angin angin rendah, rendah, perban perbandin dingan gan yang yang digunakan biasanya maksimal 5 : 1. Perbandingan roda gigi ini dimaksudkan agar torsi yang dihasilkan kincir lebih besar daripada torsi generator sehingga putaran generator menjadi lebih cepat.
Gambar 7. Perbandingan 7. Perbandingan gear untuk kincir generator dan angin dengan Untuk menentukan jumlah perbandingan gear untuk keperluan mekanik, dapat menggunakan persamaan sebagai berikut : ω1 / ω2 = θ1 / θ2 Dimana: ω1 = Kecepatan gear 1 (rpm) ω2 = Kecepatan gear 2 (rpm) θ1 = Ratio gear 1 θ2 = Ratio gear 2
Dengan menggunakan perbandingan perbandingan gear, suatu pembangkit pembangkit listrik listrik tenaga angin akan memberikan hasil sesuai dengan kebutuhan. Sehingga dengan kecepatan angin yang ada dapat ditentukan gear ratio yang tepat (Anwar, 2008). Pemakaian gear ini disesuaikan dengan kondisi lingkungan penempatan turbin angin itu sendiri. Berhubung dalam proyek ini, kincir angin dirancang untuk dipasang pada layang-layang dan kemudian ditempatkan di ketinggian yang otomatis kecepatan angin pun lebih besar daripada pada ketinggian kincir angin standar, maka agar efisiensi turbin tetap optimal, perbandingan gear pun diusahakan sekecil mungkin. 6. Perancanaan dan Perancangan Sistem Keluaran Daya a. Rangkaian Penyearah (rectifier )
Untuk Untuk menga mengant ntis isip ipas asii adany adanyaa tega teganga ngan n bola bolakk-bal balik ik dari dari outp output ut tega tegang ngan an generator, maka perlu diberikan suatu penyearah tegangan. Ini diperlukan mengingat saat kincir kincir angin angin berope beroperas rasi, i, aliran aliran udara udara yang yang ditang ditangkapn kapnya ya dapat dapat beruba berubah-u h-ubah bah secara secara fluktuatif, baik besar maupun arahnya. Karena itu, meskipun generatornya adalah AC, masih ada kemungkinan tegangan yang dihasilkan generator justru adalah DC, sehingga perlu ditempatkan sebuah rangkaian rectifier . Jika generator yang digunakan merupakan generat generator or AC (Alter (Alternat nator) or) maka maka merupa merupakan kan keharus keharusan an untuk untuk menggun menggunakan akan suatu suatu rangka rangkaian ian penyea penyearah rah sebelu sebelum m masuk masuk ke rangkai rangkaian an kontrol kontrol battery battery charger . Namun, rectifier untuk meskipun digunakan generator DC, sebaiknya tetap digunakan rangkaian rectifier untuk mengantisipasi tegangan bolak-balik seperti yang telah disebutkan di awal (Yusuf, 2007). b. Kontrol battery charger
battery charger merupa Penggunaan battery merupakan kan opsi, opsi, yaitu yaitu bila bila keluar keluaran an dari dari turbin turbin digunakan digunakan untuk pengisian pengisian accumulator. Prinsi Prinsip p kerja kerja rangkai rangkaian an ini adalah adalah sebel sebelum um accu, tegangan output tersebut output tegangan dari generator generator digunakan untuk mengisi accu, dimasukkan terlebih dahulu pada rangkaian battery charger agar arus yang digunakan bisa konstan. Kontrol charger ini selain berfungsi untuk mengatur kestabilan dari arus pengisian accu, juga untuk mematikan arus pengisian jika accu telah penuh.
7. Perencanaan Accumulator
Accumulator yang digunakan dalam penelitian ini sebaiknya memiliki Ah yang kecil, kecil, misalnya misalnya accu 12V – 5Ah. Penggunaan accu dengan dengan Ah yang kecil berdasarkan berdasarkan pertimbangan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin tidak terus menerus, karena ada kalanya angin bertiup sangat kencang dan adakalanya angin hanya bertiup sepoi-sepoi sepoi-sepoi sehingga generator tidak menghasilka menghasilkan n tegangan tegangan (Anwar, (Anwar, 2008).
8. Pengambilan dan Analisis Data
Pengambilan Pengambilan data dilakukan dilakukan setelah setelah layang-lay layang-layang ang stabil stabil pada kedudukannya kedudukannya keting ketinggia gian. n. Sebelu Sebelumny mnyaa sistem sistem ditemp ditempatk atkan an di keting ketinggia gian n dengan dengan cara cara menari menarikny knyaa dengan kendaraan (dalam hal ini, yang direncanakan direncanakan adalah mobil ringan). Saat layanglayang layang berger bergerak ak naik, naik, kincir kincir angin angin akan akan berput berputar ar dengan dengan kecepat kecepatan an yang yang sebandi sebanding ng dengan ketinggian. Saat layang-layang berada pada ketinggian optimlanya, putaran kincir akan member memberika ikan n gaya gaya angkat angkat yang yang memper mempertah tahanka ankan n layang layang-la -layan yang g tetap tetap berada berada di posisinya. Data Data yang yang diam diambi bill sesu sesuai ai denga dengan n indi indikat kator or,, namu namun n lebi lebih h difo difokus kuska kan n pada pada tegang tegangan an yang yang dikelu dikeluark arkan an saat saat kincir kincir angin angin bekerj bekerja. a. Pengam Pengambil bilan an data data dilakuk dilakukan an beberapa kali dengan ketinggian laying-layang bervariasi. Data – data ini selanjutnya akan dianalisis dengan mencari korelasi antara ketinggian yang dicapai, kecepatan angin dan daya yang dihasilkan.
Perancangan Kincir Angin dan Komponen Pendukungnya
Perakitan Komponen Sistem
Pengujian Sistem dan Pengambilan Data
Analisis Data
Penarikan Simpulan Gambar 8. Skema Metodologi Penelitian I. Jadwal Penelitian
No
1
Kegiatan Pere Perenc ncan anaa aan n
Bulan 1 dan dan
Pers Persia iapan pan
Alat - Perencanaan - Persiapan Alat
2
Eksperimen - Perakitan Alat - Pengujian Alat - Pengambilan Data
3
Penulisan Laporan - Analisa Data - Pengolahan Data - Pembuatan Draf Laporan - Pengetikan Laporan Akhir - Penggandaan Laporan - Penandatanganan Laporan
4
Pengiriman Laporan
Bulan 2
Bulan 3
Bulan 4
Bulan 5
J. Estimasi Biaya Penelitian No
Komponen Biaya
Volume
Harga Satuan (Rp)
Jumlah (Rp)
3 rim
Rp. 30.000,-
Rp 100.000,-
Rp. 30.000,-
Rp 320.000,-
Bahan habis pakai
Kertas A4 80 gram 1
Tinta nta
Printer
(5
8 rim hitam + 3 warna) Jumlah Biaya Penunjang penelitian Plas Plasti tik k fiber fibergl glas asss 5 satuan
Rp 420.000,-
Rp 300.000,-
Rp 1.500.000,-
1 buah
Rp 300.000,-
Rp 300.000,-
Accumulator
1 buah
Rp 500.000,-
Rp 500.000,-
Gear ( Gear (ukuran 37)
4 buah
Rp 45.000,-
Rp 180.000,-
Gear ( Gear (ukuran 14)
4 buah
Rp 35.000,-
Rp 140.000,-
1 buah
Rp 800.000,-
Rp 800.000,-
Kabel alumunium
1000 m
Rp 6.800,- / meter
Rp 6.800.000,-
Sewa dan biaya
3 bulan
Rp 150.000,-/ bulan
Rp 450.000,-
Rp 100.000,-
Rp 500.000,-
epoxi (ukuran 10 x 10) battery Kontrol charger (opsi) charger (opsi)
2
Inve Invert rter er
AC/ AC/DC
(opsi)
kebersihan laboratorium Biay Biayaa koor koordi dina nasi si 5 kali tim tim
dan dan
eval evalua uasi si
bulanan Jumlah Biaya Akomodasi dan Perjalanan Transportasi 3
lokasi pengambilan 3-5 orang data Jasa
4
ke
pembelian
barang Jumlah Biaya Lain – Lain
5 kegiatan
Rp 11.170.000,-
Rp 20.000,- s/d Rp 100.000,Rp 500.000,-
Rp 500.000,-
Rp 500.000,Rp 1.000.000,-
Pembuatan poster
1 Buah
Rp. 200.000,-
Rp 200.000,-
Publikasi Ilmiah
1 Buah
Rp. 355.000,-
Rp 355.000,-
4 Buah
Rp. 20.000,-
Rp 80.000,-
10 Kali
Rp. 30.000,-
Rp 300.000,-
5 Buah
Rp. 45.000,-
Rp 225.000,-
10 Kali
Rp. 15.000,-
Rp 150.000,-
Perbanyakan progres report Peng Penggan ganda daan an dan penjilidan laporan Penggandaan literatur penunjang Internet / 2 jam Jumlah Biaya
Rp 1.500.000,-
REKAPITULASI BIAYA No Uraian
Biaya (Rp)
2
Bahan Habis Pakai Peralatan Penunjang
Rp 420.000,Rp 11.170.000,-
3
Akomodasi dan Perjalanan
Rp 1.000.000,-
4
Lain-lain
Rp 1.500.000,-
JUMLAH TOTAL
Rp 14.090.000,-
1
11. Daftar Pustaka
Anonim1. 2010 2010.. http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine-wind-mill/447--teknologi-magnetic-levitation-pada-turbin-angin.html (Diakses pada tanggal 21 April 2010) Anonim2. 2007. www.mst.gadjahmada.edu/dl/Kincir_Angin.pdf (Diakses pada tanggal 21 April 2010) System. NITTETSU ELEX CO., Anonim3. …. Accumulator …. Accumulator Charge and Discharge Test System. LTD.,NS Cycle Tester : Japan (www.ns-elex.co.jp www.ns-elex.co.jp/world/e_index.htm. /world/e_index.htm. Diakses pada tanggal 21 April 2010) Anwar, Moh. Saiful. 2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik . Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Bayu. Denpasar : Darmawan, Ketut Budiyasha. 2007. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Universitas Pendidikan Ganesha
Golding, E.W. 1982. Windmills for Water Lifting and the Generation of Electricity on the Farm Farm (FAO (FAO Intern Internal al Work Workin ing g Bull Bullet etin in No.17 No.17). ). Roma : Food Agricultu Agriculture re Organization Angin. Dalam : Energi Kadir A. 1987. Energi 1987. Energi Angin. : Energi.. Jakarta : UI-Pres United Nations Environment Programme. 2006. Energy 2006. Energy Efficiency Guide for Industry in Asia. Asia. www.energye www.energyeffici fficiencya encyasia.or sia.org g /docs /ee_modules /ee_modules/indo/ /indo/ Chapter Chapter - Electric motors (Bahasa Indonesia).pdf Yusuf, A. 2007. Pemanfaatan Kincir Angin Pada Ladang Garam Sebagai Alternatif Pembangkit Sumber Energi Listrik Berbasis PID Kontroller . Program Kreatifitas Mahasiswa. Mahasiswa. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
12. Lampiran
Nama Lengkap NIM
: M. Yudi Suhendar : J1D108010
Fakultas/Program Studi
: MIPA/S-1 Fisika
Perguruan Tinggi
: Un Universitas Lambung Mangkurat
Waktu untuk kegiatan
: 10 jam/minggu
Nama Lengkap NIM
: Fachruzzaki : J1D107013
Fakultas/Program Studi
: MIPA/S-1 Fisika
Perguruan Tinggi
: Un Universitas Lambung Mangkurat
Waktu untuk kegiatan
: 10 jam/minggu
Nama Lengkap NIM
: Dian Handiana : J1D109701
Fakultas/Program Studi
: MIPA/S-1 Fisika
Perguruan Tinggi
: Un Universitas Lambung Mangkurat
Waktu untuk kegiatan
: 10 jam/minggu
