ANALISA PEMANFAATAN POTENSI ANGIN PESISIR SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK Ahmad Farid1, Mustaqim2, Hadi Wibowo3 1,2,3 Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal
Abstrak Kota Tegal dikenal dengan kota Bahari atau daerah pesisir laut utara (pantura). Pantura mempunyai potensi angin yang cukup besar, dimana adanya hembusan angin tersebut disebabkan perbedaan temperatur daratan dan lautan, juga variasi harian siang dan malam. Sehingga daerah pesisir selalu memungkinkan terjadinya gerakan angin. Potensi angin yang ada dari hasil survey yang dilakukan berkisar 3 – 6 m/s. Metode yang digunakan adalah dengan melakukan eksperimen rancangan turbin vertikal savonius 2 tingkat, dimana tinggi tingkat bawah adalah 10 cm, jumlah sudu 6, dan bagian atas tinggi 60 cm, dengan 2 sudu, dengan diameter masing-masing tingkat adalah 40cm. Ujicoba dilakukan dipesisir pantai tegal (PAI) dengan melakukan variasi pembebanan 25 gr – 125 gr, pada kecepatan 3 – 6 m/s. Data yang diambil adalah putaran poros, dan sedangkan hasil analisa adalah daya turbin. Hasil pengukuran, pengujian dan analisa diperoleh data daya turbin maksimum 6,83 Watt dan torsi 0,44 Nm/s pada pembebanan 0,5 kg pada kecepatan angin 6 m/s dengan hasil putaran poros adalah 148 rpm. Kata kunci : savonius, daya, torsi
PENDAHULUAN Latar Belakang Salah satu pemanfaatan potensi energi angin adalah penggunaan turbin angin yang banyak digunakan untuk kebutuhan pertanian, seperti untuk menggerakkan pompa untuk keperluan irigasi, serta kebutuhan akan energi yaitu sebagai pembangkit listrik energi angin. Berbagai macam penemuan turbin angin sebagai pembangkit energi alternatif sudah ditemukan sejak lama dengan berbagai macam bentuk dan desain. Namun di sekitar kota Tegal ini belum ada pemanfaatan energi angin untuk pembangkit listrik, baik sebagai penerangan rumah maupun penerangan jalan. Dari studi referensi yang dilakukan pemanfaatan energi angin untuk penerangan jalan adalah menggunakan turbin jenis vertikal dengan tipe helix, savonius dan wind side. Oleh karena itu kami termotivasi untuk melakukan suatu perencanaan pemanfaatan angin pesisir kota Tegal untuk penerangan jalan dengan tipe berbeda yaitu dengan turbin
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
vertikal gabungan jenis Savonius dan Darrieus. Perumusan Masalah Berdasarkan latarbelakang diatas, maka pada penelitian ini dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : Berapa daya yang mampu dihasilkan dari hasil rancangan turbin angina dibuat? Tujuan Penelitian Berdasar deskripsi dan permasalahan diatas, maka kami termotivasi untuk : a. Mendesain bentuk turbin yang sesuai dengan potensi angin yang ada untuk dapat dimanfaatkan sebagai penerangan jalan. b. Menganalisis hasil rancangan turbin untuk dapat dimanfaatkan menjadi energy listrik sebagai penerangan jalan. Manfaat Penelitian a. Mendapatkan desain turbin angin sebagai pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan potensi energi angin yang ada didaerah sekitar. b. Sebagai bahan kajian untuk penelitian dan pengembangan turbin angin lebih lanjut.
17
DASAR TEORI Kalkulasi Ideal Turbin Angin Daya Energi Angin Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan : P = ½ ρAv³……………………(1) Dimana: P = Energi angin (Watt) ρ = Kerapatan udara (Kg/m3) A = Area penangkapan angin (m2) V = Kecepatan angin (m/s)
Persamaan di atas merupakan sebuah persamaan untuk kecepatan angin pada turbin yang ideal, dimana dianggap energi angin dapat diekstrak seluruhnya menjadi energi listrik. Namun kenyataannya tidak seperti itu. Jadi terdapat faktor efisiensi dari mekanik turbin angin dan efisiensi dari generator sendiri. Sehingga daya yang dapat diekstrak menjadi energi angin dapat diketahui dari persamaan (wind turbines, Al-shemmeri, 2010) berikut:
Dimana
Dimana : ω = Rotasi putaran kincirangin (Rad/s) RRotor = Radius rotor kincir angin (m)
TSR mempengaruhi kecepatan putaran kincir (rpm). Hubungan TSR dengan kecepatan yaitu : Shaft speed = 60 λv / (πD) rpm… (5) Dimana :D = Diameter rotor (m) Gambar 8 Kurva hubungan Tip-speed ratio
:
P = Energi angin (Watt) Cp= Koefisien Tenaga ρ = Kerapatan udara (Kg/m3) A = Area penangkapan angin (m2) V = Kecepatan angin (m/s)
Prinsip Dasar Kincir Angin Prinsip dasar kincir angin adalah mengkonversi tenaga mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik dengan induksi magnetik. Putaran kincir dapat terjadi dengan efektif dengan mengaplikasikan dasar teori aerodinamika pada desainbatang kincir (blade). Ketersediaan angin dengan kecepatan yang memadai menjadi faktor utama dalam implementasi teknologi kincir 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 (Himran Syukri,
18
2006). Hal pertama yang diperhatikan dalam desain kincir angin yaitu TSR (Tip Speed Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip (ujung) kincir angin dan kecepatan angin yang didapat oleh kincir. Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan (Anonim 2, 2010): …………….……(4)
(λ) terhadap Rotor power coefficient (CPR) pada berbagai jumlah sudu (Sumber: Wind Turbines, Erich Hau) Daya dan Torsi Suatu rotor kincir dapat mengerkstraksi daya dari angin karena rotor tersebut menurunkan kecepatan angin tidak terlalu banyak maupun tidak terlalu rendah.Suatu rotor yang diam, tidak menghasilkan daya sama sekali demikian pula rotor tersebut berputar sangat cepat, udara diblok secara sempurna oleh rotor (rotor bersifat sebagai piringan pejal). Dalam hal ini tidak ada daya yang dihasilkan oleh kincir. Diantara kedua harga ekstrim ini terjadi putaran optimum dimana daya yang diekstraksi adalah maksimum. P = Q. ω…………………….(11)
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
Dimana : Q = Torsi ω = Kecepatan angular (rad/s) P = Daya (Watt)
METODOLOGI PENELITIAN Metode yang digunakan adalah dengan melakukan eksperimen rancangan turbin vertikal savonius 2 tingkat, dimana tinggi tingkat bawah adalah 10 cm, jumlah sudu 6, dan bagian atas tinggi 60 cm, dengan 2 sudu, dengan diameter masing-masing tingkat adalah 40cm. Ujicoba dilakukan dipesisir pantai tegal (PAI) dengan melakukan variasi pembebanan 25 gr – 125 gr, pada kecepatan 3 – 6 m/s. Data yang diambil adalah putaran poros, dan sedangkan hasil analisa adalah daya turbin. Berikut gambar/ foto proses pengambilan data penelitian:
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh data sebagai berikut: 1. Tanpa Beban No
Kec.Angin (m/s)
n (rpm)
1
5
208
2
5,2
215
3
5,5
227
4
5,5
235
5
6,4
255
6
6,2
252
7
6,5
258
8
6,6
267
2. Dengan Pembebanan
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
N o
Kec.An gin (m/s)
beban (kg)
jarak lengan (m)
n (rpm)
1
6,5
0
0,15
265
2
6
0,05
0,15
257
3
6,1
0,1
0,15
229
4
6,2
0,15
0,15
226
5
6,1
0,2
0,15
223
6
6,3
0,25
0,15
207
3. Dengan Pembebanan 0,5 kg No
Kec.An gin (m/s)
beban (kg)
jrk lengan (m)
n (rp m)
1
6,2
0,5
0,3
148
2
6,3
0,5
0,3
148
3
6,1
0,5
0,3
148
rata2
6,20
0,5
0,3
148,00
1
5
0,5
0,3
108
2
5,2
0,5
0,3
108
3
5,3
0,5
0,3
109
rata2
5,17
0,5
0,3
108,33
1
4,6
0,5
0,3
106
2
4,5
0,5
0,3
105
3
4,5
0,5
0,3
104
rata2
4,53
0,5
0,3
105
1
4,2
0,5
0,3
78
2
4,1
0,5
0,3
75
3
4
0,5
0,3
76
rata2
4,1
0,5
0,3
76,33
1. Dengan Pembebanan 0,75kg No
Kec.A ngin (m/s)
beban (kg)
jrk lengan (m)
n (rpm)
1
6,2
0,75
0,3
49
2
6,1
0,75
0,3
45
3
6,1
0,75
0,3
45
rata2
6,13
0,75
0,30
46,33
1
5,15
0,75
0,3
45
2
5,21
0,75
0,3
44
3
5,3
0,75
0,3
46
rata2
5,22
0,75
0,3
45,00
1
4,6
0,75
0,3
43
2
4,51
0,75
0,3
44
19
3
4,45
0,75
0,3
43
rata2
4,52
0,75
0,3
43,33
1
4,2
0,75
0,3
41
2
4,1
0,75
0,3
39
3
4
0,75
0,3
40
rata2
4,1
0,75
0,3
40,00
2. Dengan Pembebanan 1,25kg No
Kec.A ngin (m/s)
beban (kg)
jrk lengan (m)
n (rpm)
1
6,2
1,25
0,3
39
2
6,1
1,25
0,3
38
3
6,2
1,25
0,3
39
rata2
6,17
1,25
0,30
38,67
1
5,15
1,25
0,3
35
2
5,21
1,25
0,3
33
3
5,3
1,25
0,3
35
rata2
5,22
1,25
0,3
34,33
1
4,6
1,25
0,3
28
2
4,51
1,25
0,3
28
3
4,45
1,25
0,3
25
rata2
4,52
1,25
0,3
27,00
1
4
1,25
0,3
6
2
4,1
1,25
0,3
0
3
3,8
1,25
0,3
0
rata2
3,97
1,25
0,3
2,00
Dari hasil pengambilan data tersebut kemudian dianalisa besar daya dan torsinya menggunakan persamaan: P = Q. ω Dimana : Q = Torsi ω = Kecepatan angular (rad/s) P = Daya (Watt) Dari persamaan diatas untuk mengetahui daya turbin maka harus diketahui torsinya dulu. Untuk mencari torsi menggunakan persamaan: Q = Fg . r Dimana: Q = Torsi Fg =Gaya gesek r = jarak lengan (0,3m) untuk Fg = (μ.m.g)
20
dimana; μ = koefisien gesek (0,3) m = massa beban 0,5kg g = gaya grafitasi (9,81 m/s2) maka Q = (μ.m.g) r = 0,3 . 0,5 . 9,81 . 0,3 = 0,44 Nm/s Jadi torsi sebesar 0,44 Nm/s. Untuk perhitungan selanjutnya diambil sampel data yang mempunyai putaran poros tertinggi 148 rpm,yaitu pada : v = kec.angin rata 6,2 m/s m = massa beban 0,5kg maka dapat diperoleh daya: P=Q.ω = (0,44) ω = = = 6,83 Watt SIMPULAN Hasil pengukuran, pengujian dan analisa diperoleh data daya turbin maksimum 6,83 Watt dan torsi 0,44 Nm/s pada pembebanan 0,5 kg pada kecepatan angin 6 m/s dengan hasil putaran poros adalah 148 rpm. SARAN Untuk memperbesar daya maka dimensi/ diameter rotor turbin sebaiknya lebih diperbesar lagi, 1. Untuk meningkatkan torsi perlu dilakukan kajian lebih lanjut khususnya dalam penggabungan 2 jenis turbin yang berbeda (savonius dan darrieus) 2. Untuk lampu sebaiknya digunakan Lampu LED yang mempunyai daya listrik rendah, namun cahaya lebih terang. 3. Untuk efisiensi turbin yang lebih baik, sebaiknya menggunakan generator khusus turbin angin.
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
DAFTAR PUSTAKA Al-Shemmeri, Wind Turbines, 2010 Anonim 1, 2007. www.mst.gadjahmada.edu /dl/ Kincir_Angin.pdf Anonim2,2010.http://www.alpensteel.com/arti cle/47-103-energi-angin--wind-turbine-wind-mill/447--teknologi-magneticlevitation-pada-turbin-angin.html Anonim,http://permaculturewest.orgau/ipc6/c
Volume 12 No. 2 Oktober 2016
h08/shannon/index.html/diakses pada tanggal 21 Maret 2010 Himran, Syukri, 2005. Energi Angin, CV Bintang Lamumpatue, Makassar. Ikhsan I, Hipi A, 2011, Analisis Pengaruh Pembebanan Terhadap Kinerja Kincir Angin Tipe Propeller pada Wind Tunnel sederhana, TA, Makasar. Pudjanarsa & Nursuhud, Teknik Konversi Energi, 2008
21
22
Volume 12 No. 2 Oktober 2016
