PERANCANGAN KINCIR ANGIN TIPE AXIAL SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA LISRIK
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Memenuhi Syarat-syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta
Diajukan oleh:
AIRLANGGA GURUH PRATAMA D 400 080 046 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2012
i
KATA PENGATAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan, hidayah serta taufiqnya sehingga sampai saat ini masih diberikan kesempatan untuk beribadah dan meyembah padaNYA dan telah menjadikanku manusia yang berakal dan berguna dalam dunia ini. Sholawat serta salam untuk junjunganku, Nabiku Muhammad S.A.W yang aku nantikan–nantikan syafa’atnya. Hanya karena Allah SWT akhirnya penulis bisa melewati kendala dan tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun dan diajukan sebagai syarat untuk kelulusan dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Adapun judul tugas akhir yang penulis ajukan : “PERANCANGAN KINCIR
ANGIN
TIPE
AXIAL
SEBAGAI
PEMBANGKIT
TENAGA
LISTRIK”. Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan, dan saran serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas dan kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terima kasih sebesar – besarnya kepada: 1.
Bapak Ir. Agus Ryanto, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiayah Surakarta.
2.
Bapak Ir. Jatmiko, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiayah Surakarta dan selaku Pembimbing I Tugas Akhir.
iv
3.
Bapak Hasyim Asy’ari, S.T. M.T. selaku Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4.
Bapak Aris Budiman, ST, MT. dan Bapak Tindyo Prasetyo, ST selaku penguji Tugas Akhir.
5.
Agus Supardi, ST. MT selaku Pembimbing Akademik yang telah banyak membimbing selama menempuh studi di Teknik Elektro UMS.
6.
Bapak dan Ibu dosen atas kesedianya membimbing dan memberikan waktunya kepada penulis selama di Teknik Elektro.
7.
Kedua orang tuaku tercinta dan seluruh keluarga besar terima kasih atas semua kasih sayang, do’a, yang tiada hentinya dan tidak pernah surut sehingga penulis bisa seperti saat ini.
8.
Adikku Abimanyu Haryo Yudhanto.
9.
Tri Hartati Utami, kebersamaan, ketulusan, kesetiaan, dan doamu menjadikan diriku percaya diri serta semangat buat aku.
10. Seluruh Staf Tata Usaha, Staf Akademik maupun non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 11. Sahabat-Sahabat Seperjuanganku Teknik Elektro 2008 : Sistem Tenaga Listrik (Arief Rahman Hakim, Acuk Febri Nuryanto, Andi Pradana, Aziz Ardiyatmoko, Anang Prasetya, Aji Purnomo, Ginanjar Sukoraharjo, Hendras
v
Afriatmaja, Muhibur Rohman, Muhammad Yusuf Anshori, Wahyu Setiawan, Obil Parulian Siregar). 12. Bapak Pramono selaku patnership dalam Tugas Akhir ku, Pembuatan alat generator magnet permanen yang terintegrasi dengan turbin angin tipe axial, terima kasih Bapak atas bantuan dan ilmunya. 13. Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro (KMTE) UMS. 14. Teman – temanku yang ada di Kost Pondok Dimas “Agus Sriwiyanto, Septian Anggono. Jangan jadikan ini akhir dari kebersamaan kita. Semoga Allah SWT selalu mempertemukan dan melindungi kita. Amien… 15. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga karya ini dapat bermanfaat untuk rekan-rekan mahasiswa dan pihak-pihak yang berkepentingan.
Surakarta,
Mei 2012
Penulis
vi
MOTTO
“Maka sesungguhnya disamping kesukaran terdapat kemudahan” (QS. Al-Insyirah : 5)
“Kegagalan adalah guru dari kesuksesan” (Penulis)
“Kesempurnaan manusia berada pada kekurangannya” (Penulis)
“Pengalaman adalah harga mahal untuk kesuksesan” (Penulis)
“Keep green and clean” (Penulis)
vii
PERSEMBAHAN
Sedikit karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta dan terkasih : Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat, karunia dan hidayahNya kepada kita semua. Ayahanda dan Ibundaku tercinta. Kasih sayang, pengorbanan, doa, abadi sepanjang masa, dan yang selalu dan tiada henti-hentinya mengingatkanku. Maafkan anakmu yang nakal ini. Adikku Abimanyu Haryo Yudhanto. Tri Hartati Utami, kebersamaan, ketulusan, kesetiaan, dan doamu menjadikan diriku percaya diri serta semangat buat aku. Segenap Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro ( KMTE ). Teman-teman Teknik Elektro 2008. Teman-teman Di Kota Tangerang Selatan. Sahabat-Sahabat Seperjuanganku, Arief Rahman Hakim, Acuk Febri Nuryanto, Andi Pradana, Aziz Ardiyatmoko, Anang Prasetya, Aji Purnomo, Ginanjar Sukoraharjo, Hendras Afriatmaja, Muhibur Rohman, Muhammad Yusuf Anshori, Wahyu Setiawan, Obil Parulian Siregar.
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv MOTTO ................................................................................................................. vii PERSEMBAHAN ................................................................................................. viii DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii DAFTAR TABEL ................................................................................................. xiii DAFTAR KONTRIBUSI ...................................................................................... xiv ABSTRAKSI ......................................................................................................... xvi BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah........................................................................
3
1.3. Batasan Masalah .............................................................................
3
1.4. Tujuan Penelitian............................................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian .........................................................................
4
1.6. Sistematika Penulisan .....................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Telaah Penelitian ...........................................................................
6
2.2. Landasan Teori ..............................................................................
6
ix
2.2.1.Kondisi Angin .............................................................................
7
2.2.2. Desain turbin .............................................................................
9
2.2.3. Komponen Pembangkit Listrik................................................... 12 2.2.4. Energi Kinetik ........................................................................... 12 2.2.5. Sudu ........................................................................................... 14 2.2.6. Gearbox ...................................................................................... 13 2.2.7. Generator ................................................................................... 14 2.2.8. Transformator ............................................................................ 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat ........................................................................ 20 3.2. Bahan dan Peralatan ..................................................................... 21 3.2.1. Bahan ......................................................................................... 21 3.2.2. Peralatan ................................................................................... 21 3.3. Alur Penelitian................................................................................ 22 3.1.1. Studi Literatur .......................................................................... 22 3.1.2. Perancangan Alat ..................................................................... 22 3.1.3. Pembuatan Alat ........................................................................ 22 3.1.4. Pengujian Sistem .....................................................................
22
3.4. Flowchart Penelitian ...................................................................... 24 3.5. Skema Turbin angin .....................................................................
25
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian ............................................................................. 26 4.1.1. Percobaan Pertama .................................................................... 26
x
4.1.2. Percobaan Kedua ....................................................................... 27 4.2. Analisa Data .................................................................................. 27 4.2.1. Daya Dalam Angin............................................................ ........ 28 4.2.2. Energi Kinetik........................................................................... .. 30 4.2.3. Daya Generator......................................................................... .. 32 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ..................................................................................... 40 5.2. Saran .............................................................................................. 40 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41 LAMPIRAN .......................................................................................................... 42
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Turbin angin Savonius ....................................................................... 11 Gambar 2.2. Turbin angin Darrieus ..................................................................... 11 Gambar 2.3. Bagian-Bagian Transformator .........................................................
17
Gambar 2.4. Contoh Transformator .....................................................................
17
Gambar 2.5. Rangkaian Step Up .......................................................................... . 19 Gambar 3.1. Flowchart Penelitian .......................................................................... 24 Gambar 3.3. Skema Turbin Angin ......................................................................... 25 Gambar 4.1. Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 4 Bilah ...................................................... 35 Gambar 4.2. Grafik Hubungan Tegangan dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 4 Bilah .............................................................. 35 Gambar 4.3. Grafik Hubungan Arus dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 4 Bilah ........................................................................... 36 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kecepatan angin dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 3 Bilah ...................................................... 37 Gambar 4.5. Grafik hubungan tegangan dengan kecepatan putar (RPM) pada turbin angin Axial 3 bilah .................................................................. 37 Gambar 4.6. Grafik Hubungan Arus dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin Angin Axial 3 Bilah ........................................................................... 38
xii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Kondisi Angin .......................................................................................
7
Tabel 3.1. Jadwal penelitian dan pembuatan laporan ............................................ 20 Tabel 4.1. Pengukuran Turbin Angin Axial 4 Bilah .............................................. 26 Tabel 4.2. Pengukuran Turbin Angin Axial 3 Bilah .............................................. 27 Tabel 4.3. Daya Dalam Angin Turbin Axial 4 Bilah ............................................. 29 Tabel 4.4. Daya Dalam Angin Turbin Axial 3 Bilah ............................................. 29 Tabel 4.5. Energi Kinetik Turbin Axial 4 Bilah ..................................................... 31 Tabel 4.6. Energi Kinetik Turbin Angin Axial 3 Bilah .......................................... 31 Tabel 4.5. Perhitungan Daya Generator Turbin Axial 4 Bilah............................... 33 Tabel 4.6. Perhitungan Daya Generator Turbin Axial 3 Bilah.............................. 34
xiii
DAFTAR KONTRIBUSI
Tugas Akhir ini berawal dari ketertarikan penulis terhadap energi alternatif terbarukan, khususnya energi tersebut mempunyai peran yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan energi. Penulis melakukan studi literatur baik melalui jurnal ilmiah maupun melihat video energi alternatif yang ada di jaringan internet. Setelah mendapatkan inspirasi dan topik yang akan dituang ke dalam Tugas Akhir, penulis berkonsultasi dengan Bapak Hasyim Asy’ari S.T, M.T,. Beliau menawarkan untuk merancang turbin angin tipe axial 4 bilah dan 3 bilah dengan generator magnet permanent. Generator sebagai pembangkit listrik yang disuplai untuk mengisi/mengecas lampu LED emergency. Penelitian ini terbagi menjadi dua, penulis membahas fungsi alatnya sebagai turbin angin dan fungsi sebagai generator dibahas dengan teman saya bernama Acuk Febri Nuryanto. Setelah berkonsultasi dengan Bapak Hasyim Asyi’ari, S.T, M.T mengenai judul Tugas Akhir dan beliau bersedia untuk membimbing penulis dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini. Beliau juga menyarankan untuk dosen pembimbing I Tugas Akhir ini adalah Bapak Ir. jatmiko, M.T. Setelah seminar Proposal Tugas Akhir ada beberapa saran dan masukkan dari dosen penguji demi perbaikkan Tugas Akhir ini. Penelitian ini dilakukan di Waduk Gajah Mungkur Wonogiri, penulis mencari alat dan bahan yang sesuai dengan rancangan. Setelah alat dan bahan terkumpul kemudian melakukan perancangan tiang penyangga, merangkai gearbox dan membuat bilah turbin angin. Dalam perancangan dan perakitan
xiv
ABSTRAKSI
Penelitian ini adalah untuk pemanfaatan turbin angin axial 4 bilah dan 3 bilah dengan menggunakan generator magnet permanent. Pemanfaatan Turbin Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu ini menggunakan turbin angin axial 4 bilah dan 3 bilah dari bahan fiber glass. Desain bilah dibuat dengan ukuran 70x20 cm, bilah tersebut digunakan sebagai penggerak generator magnet permanent. Generator magnet permanent menggunakan 10 buah magnet permanent dengan lilitan 100, 125, dan 150 berdiameter 28 cm. Sistem pembangkit ini memanfaatkan generator magnet permanent sebagai pembangkit listrik. Tegangan dan arus yang dihasilkan generator magnet permanent tergantung pada kecepatan angin yang memutar rotor generator. Untuk turbin angin axial 4 bilah dapat menghasilkan tegangan 100 volt dan arus sebesar 0,50 mA pada kecepatan 758 rpm, dan untuk turbin angin axial 3 bilah dapat menghasilkan tegangan 90 volt dan arus sebesar 0,45 mA pada kecepatan 807 rpm. Pada sistem pembangkit ini mampu dibebani lampu emergency dengan nameplate 6 volt 4,5 Ah dan dapat mengisi lampu emergency pada tegangan 40 volt.
Kata kunci : PLTB, axial 4 dan 3 bilah, generator magnet permanent
xvi
