PROPOSAL KOMPETISI KINCIR ANGIN INDONESIA 2014 (KKAI 2014)
TIM BAYU MAHESA Ketua Tim : Asep Hidayat Anggota :1. Diki Maulana 2. Deicky MR 3. Ana Supriatna Dosen Pembimbing :Dedy Hernady
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Kegiatan 2. Ketua Pelaksana Nama Lengkap NIM Program Studi Perguruan Tinggi 3. Jumlah Anggota Pelaksana 4. Dosen Pendamping Nama Lengkap NIDN
: Kompetisi Kincir Angin Indonesia 2014 : : : : :
Asep Hidayat Teknik Mesin STT YBS Internasional Tasikmalaya 3
: Dedy Hernady, ST : 0422067202
Tasikmalaya, 12 Juni 2014 Menyetujui, Dosen Pembimbing
Ketua Tim
Dedy Hernady, ST 0422067202
Asep Hidayat 11170017 Ketua
Dewanto Rosian Adhy, M.T
DAFTAR ISI Pendahuluan _____________________________________ Error! Bookmark not defined. Dasar Pemilihan __________________________________ Error! Bookmark not defined. Perancangan
Sudu dan Rotor _________________________________Er ror ! B ookmark not defi ned. Transmisi ______________________________________Er ror ! B ookmark not defi ned. Generator______________________________________ Er ror ! B ookmark not defi ned. Tower dan Pondasi ______________________________Er ror ! B ookmark not defi ned. Sistem Kendali __________________________________Er ror ! B ookmark not defi ned. Pembuatan Komponen _____________________________ Error! Bookmark not defined.
1.1. PENDAHULUAN Salah satu cara untuk mengekstraksi tenaga angin menjadi tenaga listrik adalah dengan menggunakan kincir angin atau disebut dengan turbin angin (wind turbine). Jenis turbin angin dapat dibedakan dari orientasi poros dan sumbu rotasinya. Sebuah turbin dengan poros yang dipasang horizontal sejajar dengan tanah dikenal sebagai turbin angin sumbu horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). Sedangkan turbin angin yang memiliki poros dengan arah normal terhadap tanah disebut turbin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Kedua konfigurasi yang memiliki desain rotor tersebut dapat langsung dibedakan, dan masing-masing dengan mempunyai karakteristik sendiri-sendiri. Untuk turbin VAWT dapat dikembangkan untuk aliran angin yang diskontinyu, rasio kecepatan angin yang rendah. Tetapi mempunyai kesulitan dalam pengaturan kecepatan rotor dan kesulitan saat starting. Namun, turbin tipe VAWT tidak memerlukan mekanisme tambahan untuk menghadapi angin dan generator serta peralatan yang berat dapat dipasang di tanah, sehingga mengurangi beban menara. Efisiensi rotor yang tinggi pada turbin sangat diharapkan untuk meningkatkan ekstraksi energi angin dan harus dimaksimalkan dalam batas-batas produksi yang wajar. Efesiensi pada turbin dikenal sebagai koefisien daya (Cp), di mana Cpmax = 0,593 dan ini disebut sebagai Batas Betz. Batas Betz diasumsikan untuk kecepatan linier yang konstan. Oleh karena itu, setiap gaya rotasi yang terjadi seperti wake rotation, turbulensi yang disebabkan oleh gaya angkat atau vortex shedding (tip losses) akan mengurangi efisiensi maksimum. Kerugian efisiensi umumnya dapat dikurangi, salah satunya dengan cara menghindari rasio tip speed yang rendah yang dapat meningkatkan wake rotation, atau menggunakan aerofoils yang memiliki perbandingan gaya angkat (lift ) dan gaya seret (drags) yang tinggi. Teknologi yang berkembang di bidang Pembangkit listrik tenaga Angin sangatlah pesat. Namun nilai investasi yang relative besar menjadikan sebuah kendala tersendiri. Untuk itu dalam proposal penelitian dan pengembangan Kincir Angin ini akan menitik beratkan pada pemanfaatan komponen lokal yang ada. Pendekatan ini dilakukan untuk memperoleh sebuah prototype Kincir Angin yang membutuhkan investasi yang tidak terlalu besar. Dengan cara ini
diharapkan instansi atau personal dapat membangun Kincir Angin untuk kebutuhan sendiri demi terciptanya kemandirian energy. 1.2. DASAR PEMILIHAN Kincir angin yang dibangun memperhatikan beberapa hal sebagai berikut: 1. Kemudahan dalam pemasangan di daerah daerah potensial dengan memimimalisir pembangunan Rangka atau Tiang Penyangga. Kincir yang dibuat dapat dipasang di bangunan bangunan yang ada di lokasi. 2. Memanfaatkan bahan bahan yang tersedia di pasaran sehingga menekang biaya investasi sistem. 3. Menekankan pada perancangan komponen yang dapat memaksimalkan efisiensi dan efektifitas konversi energi, Untuk itu maka dipilih perancangan Kincir Angin dengan mengunakan metoda VAWT (Vertical Axis Wind Turbine). Pertimbangan ini dilakukan karena sesuai dengan lokasi Kampus STT YBSI yaitu di dekat pantai laut selatan Jawa di wilayah Tasikmalaya. Di lokasi tersebut banyak bangunan tinggi seperti sarang burung walet, banyak tebing tebing pantai sehingga mudah untuk dipasang kincri angin berbentuk VAWT tanpa mempersiapkan Rangka Penumpu Kincir Angin. Untuk Sudu sudu Kincir Angin bisa memanfaatkan bahan bahan bekas seperti plastik bekas cat atau bahan kimia. Selain itu dapat juga memanfaatkan kayu dan pengrajin kayu yang ada di lingkungan Kota Tasikmalaya (industri kelom geulis) yang dapat digunakan sebagai pembuat Sudu Kayu yang bagus. 3.1. PERANCANGAN 3.1.1. Sudu atau Rotor Sudu adalah bagian awal dari Kincir Angin yang menentukan berapa energy yang terkandung dalam gerakan angin yang akan dirubah menjadi energy penggerak generator listrik. Beberapa hal yang dipertimbangkan dalam perancangan ini adalah: -
Dimensi dan Bentuk sudu yang akan menentukan efisiensi penangkapan aliran angin.
-
Bahan pembuatan Sudu yang akan menentukan berat dan daya tahan.
Sudu dengan format VAWT menggunakan 3 blade yang dipasangkan dalam sebuah sumbu. Tiga blade terpasang dalam selang 120 derajat. Blade yang dibuat berupa busur sebesar 120 derajat
Sudu yang akan dibangun memiliki bentuk sebegai berikut:
Gbr 1. Tampak Atas Rancangan Sudu
Gbr 2. Tampak Samping Rancangan Sudu
Bahan yang dipergunakan adalah a. Pipa besi atau aluminium untuk sumbu putarnya. b. Rangka Kipas/Bilah menggunakan aluminium atau kayu alba. c. Papan Kipas menggunakan plastik atau mika. Dimensi dan format Sudu duperhitungkan untuk mendapatkan tangkapan energi angin yang maksimal dan mudah untuk memutar generator.
3.1.2. Transmisi Sistem transmisi digunakan untuk: a. Mengurangi beban angkat dari Sudu dalam memutar generator sehingga didapatkan kondisi dimana Sudu masih bisa memutar generator meskipun angin dalam kondisi minimal. b. Sistem transmisi dipergunakan untuk antisipasi overspeed dari Sudu. Dengan menggunakan konsep kendali, sistem akan melepas koneksi mekanik Sudu dengan Generator sehingga kondisi overspeed tidak akan mempengaruhi generator. c. Sistem transmisi juga dipergunakan untuk antisipasi pemasangan Kincir Angin di Atas gedung atau bangunan. Dengan sistem transmisi akan meningkatkan fleksibilitas pemasangan Kincir Angin.
3.1.3. Generator Generator yang dipergunakan adalah perangkat yang ada di pasaran dengan spesifikasi sebagai berikut: -
Vsuplai : hingga 30 vdc
-
Speed : 2750 rpm
-
Torsi : 10 Kg.cm
-
Encoder : 200 P/R
-
Dimensi body : panjang 13 cm x diameter 6 cm
-
Dimensi shaft : panjang 2cm x diameter 1 cm
-
Berat : 1,5 kg
3.1.4. Tower dan Pondasi Komponen ini adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat atau dudukan dari Sudu. Komponen ini harus kuat menanggung beban dari sudu serta gerakan gerakan yang terjadi karena adanya angin. Kerangka dibuat dari rangka besin dengan bentuk sebagai berikut:
Gbr 3. Tampak Samping Rangka Sudu
3.1.5. Sistem Kendali Sistem kendali adalah komponen yang berfungsi melakukan pengatiuran kerja sistem secara keseluruhan. Sistem ini dipergunakan untuk meningkatkan kehandalan kerja kincir angin dan meminimalkan kondisi tidak aman dari sistem. Komponen sistem kendali memiliki sub komponen sebagai berikut: a. Pusat Kendali menggunakan prosesor Arduino 8 bit dan memori 24 kbyte. b. Sensor menggunakan sensor kecepatan putar (untuk mengukur kecepatan putar sudu) dan sensor arus (untuk mengukur aliran arus listrik yang tersimpan di p enampung) c. Switching untuk mengatur aliran listrik Dengan tiga subkomponen ini diharapkan sistem akan terhindar dari overspeed dari putaran angin, overcurent yang membuat aki berlebihan dan juga over curent dari beban.
Sesnsor
Sesnsor
Kecepatan
Arus
Arduino Kendali
RELAY
AKI
GENERATOR
BEBAN
Gbr 4. Blok Diagram Sistem Kendali Kincir Angin
3.2. PEMBUATAN KOMPONEN Pembuatan komponen dilakukan di Laboratorium Mesin di Sekolah Tinggi Teknologi YBS Internasional. Untuk pengujian dilakukan di Kampus (Lantai 3) dan di lapangan yaitu di Pantai Cipatujah Kabupaten Tasikmalaya. Proses pembuatan berupa: -
Pembuatan Rangka Besi atau Aluminium meliputi proses pemotongan, penyambungan (las) , bor dan lainnya.
-
Pembuatan Rangka kayu dilakukan di pabrik sepatu kelom di wilayah Kecamatan Tamansari Kota Tasikmalaya. Di pabrik tersebut terdapat mesin yang biasa dipergunaka untuk memotong, membentuk kerajinan kayu.
-
Pembuatan Komponen Eletronika, programming dan lainnya dilakukan di Laboratorium Hardware Program Studi Teknik Informatika Sekolah Tinggi teknologi YBS Internasional.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ajao, K.R., dan Adeniyi, J.S.O., 2009. Comparison of Theoretical and Experimental Power output of Small 3-bladed Horizontal-axis Wind Turbine. Journal of American Science Volume 5, No 4 2. Ajao, K.R., dan Mahamood, M.R., 2009. Wind Energy Conversion System: The Past, The Present And The Prospect . Journal of American Science. Volume 5, No. 6, pp 17-22 3. Anwar, M.S., 2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisan Accu Mobil Listrik . Tugas Sarjana. Surabaya: ITS 4. Culp, Archie W., 1991. Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Jakarta: Erlangga. Terjemahan: Principles of Energy Conversion. 1979. McGraw-Hill, Ltd 5. Daryanto, Y., 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Balai PPTAGG - UPT-LAGG 6. Dutta, Animesh. 2006. Basics of Wind Technology. Asian Institute of Technology Thailand. 6 Juli 2006 7. Giles, Ranald V., 1990. Mekanika Fluida dan Hidraulika (SI-Metrik) Edisi Kedua (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. 8. Guntoro, W., 2008. Studi Pengaruh Panjang dan Jumlah Baling-Baling Terhadap Efisiensi Daya Listrik Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Bandung: ITB 9. Kamal, Faizul M., 2008. Aerodynamics Characteristics of A Stationary Five Bladed Vertical Axis Vane Wind Turbine. Journal of Mechanical Engineering, Vol. ME39, No. 2, pp. 95-99 10. Khan, N.I., Iqbal, M.T., Hinchey, Michael, dan Masek, Vlastimil. 2009. Performance of Savonius Rotor As A Water Current Turbine. Journal of Ocean Technology. Vol. 4, No. 2, pp. 71-83 11. Mittal, Neeraj. 2001. Investigation of Performance Characteristics of a Novel VAWT . Thesis. UK: Departement of Mechanical Engineering University of Strathclyde 12. Nakajima, M., Lio, S., dan Ikeda, T., 2008. Performance of Double-step Savonius Rotor for Environmentally Friendly Hidroulic Turbine. Journal of Fluid Science And Technology. Volume 3 No. 3, pp 410-419
13. Nakajima, M., Lio, S., dan Ikeda, T., 2008. Performance of Savonius Rotor for Environmentally Friendly Hidroulic Turbine. Journal of Fluid Science And Technology. Volume 3 No. 3, pp 420-429 14. Olson, Reuben M., dan Wright, Steven J., 1993. Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima (Terjemahan), Jakarta: Gramedia Pustaka Utama 15. Reksoatmodjo, Tedjo Narsoyo. 2004. Vertical Axis-Differential Drag Windmill . Jurnal Teknik Mesin Volume 6, No 2, Oktober 2004: 65 – 70 16. Rosidin, Nanang. 2007. Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Prototipe SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan Windside Untuk Penerangan Jalan Tol . Bandung: ITB 17. RWE npower renewables. 2009. Wind Turbine Power Calculatios. Di akses: 20 Februari 2010. Website: http://www.rwe.com/web/cms/de/8/rwe/ 18. Soelaiman, F., Tandian, Nathanael P., dan Rosidin, N., 2006. Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Prototipe SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan Windside untuk Penerangan Jalan Tol ; Bandung. ITB 19. Tipler, P.A., 1998, Fisika untuk Sains dan Teknik – Jilid I (terjemahan), Jakarta: Erlangga 20. Young, Hugh D, dan Freedman, R.A., 2002. Fisika Universita. Jilid 1. Edisi ke- 10. Jakarta: Erlangga. Terjemahan: University Physics. Edisi ke-8. 2000. Addison Wesley Longman, Inc.
