RANCANG BANGUN KINCIR ANGIN SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK PULAU – PULAU KECIL (TIPE SAVONIUS)
LUTHFY NIZARUL FIKRY
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Kincir Angin sebagai Pembangkit Listrik Pulau – Pulau Kecil (Tipe Savonius) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Oktober 2013 Luthfy Nizarul Fikry NIM C54090032
ABSTRAK LUTHFY NIZARUL FIKRY. Rancang Bangun Kincir Angin sebagai Pembangkit Listrik Pulau – Pulau Kecil (Tipe Savonius). Dibimbing oleh TOTOK HESTIRIANOTO Rasio elektrifikasi di Indonesia sampai tahun 2009 dilaporkan baru mencapai rata-rata 66%, tetapi di kawasan Indonesia Bagian Timur belum mencapai 45% termasuk pulau-pulau kecil. Kondisi tersebut saat ini masih dirasakan belum memenuhi azas keadilan dan pemerataan. Penelitian ini bertujuan merancang, membangun, dan menguji kincir angin tipe savonius sebagai pembangkit listrik yang memiliki kinerja baik dalam menghasilkan listrik. Pembuatan kincir dilakukan melalui tiga tahapan yaitu, perancangan, pembuatan, dan uji coba. Hasil penelitian menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat memiliki kinerja yang cukup baik. Terdapat hubungan positif antara kecepatan angin dengan tegangan yang dihasilkan. Kecepatan angin untuk mulai memutarkan kincir (cut-in speed) adalah 1.2m/s dan tegangan yang dihasilkan adalah 2.666volt. Kecepatan angin tertinggi yang tercatat adalah 3.64m/s, dengan tegangan listrik yang dihasilkan sebesar 6.16volt. Kata kunci: rancang bangun, kincir angin, savonius, pembangkit listrik, pulaupulau kecil
ABSTRACT LUTHFY NIZARUL FIKRY. The Construction of Windmill as Small Islands Power Plants (Savonius type). Supervised by TOTOK HESTIRIANOTO Electrification ratioin Indonesia until 2009 reportedly reached an average of 66%, but ine astern Indonesia has not reached 45% include small islands. The condition is still felt not to find the principles of justice and equity. This study aims to desain, construct, and testing a savonius windmill type as power plants, that has a good performance in generating electricity. Constructing the windmill was through three stages, that is design, manufacture, and testing. The results showed that the prototype windmill has made a good performance. There is a positive corelation between wind velocity and voltage produced. The wind velocity beginto turn the turbines (cut-in speed) is 1.2m/s and the voltage generated is 2.666volt. The highest wind velocity record is 3.64m/s, with the voltage generated by 6.16volt. Keywords: construction, windmill, savonius, power plants, small islands
RANCANG BANGUN KINCIR ANGIN SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK PULAU – PULAU KECIL (TIPE SAVONIUS)
LUTHFY NIZARUL FIKRY
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Judul Skripsi : Rancang Bangun Kincir Angin sebagai Pembangkit Listrik Pulau – Pulau Kecil (Tipe Savonius) Nama : Luthfy Nizarul Fikry NIM : C54090032
Disetujui oleh
Dr Ir Totok Hestirianoto, M.Sc NIP.19620324 1986031 001
Diketahui oleh
Dr Ir Wayan Nurjaya, M.Sc NIP.19640801 198903 1 001
Tanggal Lulus: 18 Oktober 2013
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak April 2013 ini ialah energi alternatif, dengan judul Rancang Bangun Kincir Angin sebagai Pembangkit Listrik Pulau – Pulau Kecil (Tipe Savonius). Banyak pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penulisan tugas akhir ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Dr. Ir.Totok Hestirianoto, M.Sc selaku pembimbing yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis baik berupa saran, arahan, pikiran, materi , dan waktu. 2. Dr. Ir. Agus S. Atmadipoera, DESS selaku pembimbing GKM yang telah memberikan arahan dan evaluasi penulisan karya ilmiah ini. 3. Fis Purwangka, S.Pi, M.Si selaku penguji yang telah memberikan saran dan arahan yang membangun kepada penulis. 4. Seluruh Staff pengajar dan karyawan Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan IPB, atas ilmu dan pengalaman berharga yang diberikan. 5. Keluarga tercinta Ayahanda, Ibunda, Kakak, Ari, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayang kepada penulis. 6. Keluarga Dramaga Regency B.22 (Anggar, Adit, Dito, Ihsan, Iqbal, Reza), atas motivasi yang selalu diberikan. 7. Keluarga angkatan 46 di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, serta 8. Pihak lain yang turut membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Oktober 2013 Luthfy Nizarul Fikry
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian METODE Waktu dan Tempat Penelitian Bahan Alat Rancangan Alat Desain Kerja Alat Pembuatan Alat Prosedur Analisis Data
1 2 2 2 2 2 2 3 4 5 7
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Konstruksi Kincir Angin Konstruksi Tiang Kincir Konstruksi Turbin Kincir Konstruksi Bilah Kincir DC Converter Uji Coba Kincir
8 8 9 10 11 11
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran
13 13 13
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
15
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Desain konstruksi kincir angin Diagram alir kerja kincir angin Diagram alir pembuatan kincir angin Desain konstruksi tiang kincir Desain konstruksi penyangga rotor (a) dan hub rotor (b) Desain konstruksi cakram rotor (a) dan magnet permanen (b) Desain konstruksi bilah kincir Desain rangkaian elektronik DC converter Konstruksi kincir angin Konstruksi tiang kincir (a), lubang alas dan kepala tiang (b) Cakram rotor (a) dan magnet Neodymium (b) Penggulung kawat (a), kumparan kawat (b), dan cetakan stator (c) Lembaran Alumunium (Al) (a) dan bilah terpasang pada rangka (b) Komponen DC Converter Anemometer (a) dan Digital Multi Meter (b) Hubungan kecepatan angin dan tegangan listrik
3 4 4 5 5 6 6 7 8 8 9 9 10 11 11 12
DAFTAR LAMPIRAN 1 Lampiran 1 Spesifikasi bahan dan alat yang digunakan 2 Lampiran 2 Kecepatan angin dan tegangan listrik hasil uji coba
15 15
PENDAHULUAN Latar Belakang Seiring dengan meningkatnya kebutuhan manusia akan listrik, mendorong perkembangan pembangunan instalasi listrik dengan berbagai sumber energi. Energi angin menjadi salah satu pilihan utama diantara berbagai sumber energi lainnya dalam dekade terakhir, terutama untuk daerah terpencil (Messineo 2012). Angin dipilih karena selama ini listrik dari bahan bakar fosil seperti minyak, batubara dan gas alam memberikan pengaruh negatif pada lingkungan. Penggunaan bahan bakar fosil juga semakin meningkatkan kadar CO2 di atmosfer (Aziz 2012). Sejauh ini pemanfaatan angin sebagai sumber energi alternatif belum menemui dampak negatif. Selain itu, ketersediaan energi angin tidak dibatasi oleh siang dan malam, sehingga memiliki potensi yang besar untuk terus dikembangkan dalam membantu memenuhi krisis kebutuhan energi listrik (Irwan 2012). Kincir angin merupakan salah satu bentuk teknologi nyata dalam mengkonversi energi angin menjadi energi listrik. Kincir angin berdasarkan posisi sumbu putar terbagi ke dalam dua jenis, yaitu kincir angin horizontal (Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)) dan vertikal (Vertical Axis wind Turbine (VAWT)). Kincir angin vertikal memiliki keunggulan utama jika dibandingkan dengan kincir angin horizontal yaitu, kincir angin vertikal dapat berputar pada kecepatan angin rendah (low cut-in speed) dan dapat menerima angin dari berbagai arah, karena sumbu rotornya yang tegak. Terdapat dua jenis kincir angin vertikal, pertama yaitu kincir angin darrieus dan kedua adalah kincir angin savonius. Nama keduanya berasal dari penemu mereka yaitu, George Darrieus dan S. J Savonius. Kincir angin savonius memiliki kelebihan dalam pada desain dan kemudahan dalam pembuatan konstruksinya dibandingkan dengan jenis darrieus (Al-Bahadly 2009). Definisi pulau kecil menurut Kementerian Kelautan dan Perikanan (KKP) (UU 27 Tahun 2007), pulau kecil adalah pulau dengan luas area < 2.000 km2, dengan jumlah penduduk < 20.000 orang. Secara fisik, desa di pulau-pulau kecil memiliki sumber daya alam daratan yang sangat terbatas sehingga tidak mampu untuk membangkitkan listrik sendiri, sedangkan sumberdaya alam laut yang tersedia juga hanya cukup untuk menunjang kehidupan masyarakat sehari-hari. Secara statistik keberadaan desa-desa tertinggal yang belum berkembang di pulaupulau kecil mencapai hampir 7% dari wilayah dunia dan merupakan entitas daratan tersendiri yang umumnya sama sekali belum menikmati infrastruktur listrik. Indonesia sebagai salah satu negara berkembang tidak dapat terlepas dari masalah krisis energi, terutama kebutuhan energi listrik. Selama ini wilayah yang mendapat jaringan listrik merupakan wilayah yang berada di kota-kota besar dan daratan utama, tidak demikian dengan wilayah lain yang berada di luar, terutama pulau-pulau kecil. Berdasarkan rasio kelistrikan nasional, kondisi kelistrikan di Indonesia saat ini masih dirasakan belum merata. Rasio elektrifikasi di Indonesia sampai tahun 2009 baru mencapai rata-rata 66%, namun di kawasan Indonesia Bagian Timur belum mencapai 45% (PLN 2010). Berdasarkan data Lembaga
2 Antariksa dan Penerbangan Nasional (LAPAN) (Daryanto 2007), angin di Indonesia memiliki kecepatan bervariatif yang dikategorikan sebagai angin berkecepatan rendah, yaitu pada kecepatan 2m/s - 6m/s. Oleh karena itu, dirasakan perlu adanya solusi dari permasalahan dalam pemenuhan kebutuhan listrik terutama pulau-pulau kecil di Indonesia. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memanfaatkan potensi angin rendah yang ada, yaitu dengan merancang dan membangun sebuah kincir angin sebagai pembangkit listrik, dimana kincir yang dibuat dapat bergerak dengan kecepatan angin rendah. Sehingga pada akhirnya dapat membantu masyarakat di pulau-pulau kecil dalam memenuhi kebutuhan listrik. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membangun kincir angin tipe savonius sebagai pembangkit listrik, serta menguji kinerja kincir angin yang dibuat. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah dihasilkannya suatu rancang bangun kincir angin tipe savonius sebagai pembangkit listrik tenaga angin berskala kecil. Sehingga dapat digunakan oleh masyarakat pulau-pulau kecil dalam membantu memenuhi kebutuhan listrik.
METODE Waktu dan Tempat Penelitian Kegiatan penelitian ini dilaksanakan pada bulan April sampai dengan Juli 2013. Kegiatan penelitian ini terbagi kedalam tiga tahapan, yaitu tahap perancangan, pembuatan, dan uji coba alat. Seluruh tahapan dilakukan di laboratorium Akustik dan Instrumentasi Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Bahan Bahan yang digunakan dalam peneliatian ini, didominasi oleh besi dan alumunium. Besi yang digunakan memiliki berbagai bentuk, seperti besi as, plat, dan besi berbentuk silinder. Sedangkan alumunium yang digunakan, adalah bentuk plat “L” dan lembaran alumunium. Jumlah dan ukuran bahan yang digunakan lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 1 (Lampiran 1). Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas: laptop (MS Office, MATLAB, EAGLE, dan Solid Work) alat tulis, penggaris, jangka, dan jangka sorong. Alat-alat tersebut merupakan alat yang digunakan untuk membuat
3 rancangan, baik secara manual maupun digital. Sedangkan alat yang digunakan pada proses pembuatan meliputi: gunting, gerinda, bor, obeng, tang, pemintal kawat, kunci pas, Digital Multi Meter (DMM), hand Anemometer, solder, mesin bubut, dan las listrik. Rancangan Alat Rancang bangun kincir angin didesain menggunakan perangkat lunak Solid Work, hasil desain dapat dilihat pada Gambar 1 dibawah ini. Desain kincir angin ini merupakan desain kincir angin vertikal Savonius tipe U,tipe ini memiliki ciri yang khas, yaitu pada bentuk bilah atau sayap yang menyerupai huruf U (AlBahadly 2009). Desain kincir ini terbagi kedalam 4 komponen utama, yaitu: tiang penyangga, turbin, bilah, dan rangkaian listrik (DC converter).
Gambar 1 Desain konstruksi kincir angin Solid Work Dimensi ukuran bilah dan tiang merupakan hasil desain sendiri penulis. Desain tersebut didasarkan pada ketersediaan bahan yang ada dilapangan. Tiang penyangga memiliki alas berbentuk persegi dengan luas 900 cm2 dan tinggi 1.30m dengan diameter tiang 9cm. Desain turbin merupakan desain yang diadopsi dari sebuah perusahaan produsen kincir angin, yaitu Windgenkits (windgenkits.com 2013). Turbin kincir terdiri atas 3 buah cakram, dengan 2 buah cakram yang dipasang 24 buah magnet permanen sebagai rotor dan 1 cakram stator. Cakram stator terdiri atas 9 kumparan kawat tembaga dengan diameter kawat 0.5mm, dimana setiap kumparan terdiri atas 350 lilitan. Kesembilan kumparan tersebut dicetak menjadi sebuah cakram menggunakan resin. Bilah kincir terdiri atas 2 buah plat dengan panjang 110cm, lebar 90cm, dan tebal 0.2mm, yang dibentuk setengah lingkaran seperti dinding sebuah tabung.
4 Desain Kerja Alat Kerja kincir angin diawali oleh adanya angin yang menggerakan kincir, kemudian kincir yang berputar menghasilkan gaya gerak listrik akibat induksi magnetik antara cakram magnet permanen terhadap cakram kumparan kawat tembaga. Selanjutnya listrik AC yang dihasilkan oleh ketiga fase kumparan, dikonversi menjadi listrik DC oleh rangkaian DC converter. Setelah itu, listrik DC yang keluar dapat disimpan pada baterai atau langsung digunakan pada alat listrik yang memiliki tegangan sama dengan listrik yang dihasilkan kincir. Berikut di bawah ini adalah diagram alir desain kerja kincir angin yang dibangun (Gambar 2).
Gambar 2 Diagram alir kerja kincir angin
Pembuatan Alat Pembuatan kincir angin terbagi kedalam empat tahapan, yang meliputi: pembuatan tiang, pembuatan turbin, pembuatan bilah kincir, dan rangkaian elektronik. Berikut di bawah ini adalah diagram alir pembuatan kincir angin (Gambar 3): Mulai
Gagal/ Tidak,
Berhasil/ Ya
Perancangan Alat (Solid Work) Pembuatan Alat
Bilah/Propeler
Tiang dan Rotor
Turbin
DC Converter
Penggabungan
Selesai
Gambar 3 Diagram alir pembuatan kincir angin
5 Tiang dibangun meggunakan besi berbentuk tabung dengan diameter 9cm dan tinggi 1.3m, sedangkan alas tiang terbuat dari lempengan besi dengan ukuran 30cm x 30cm dan tebal 1cm. Selain itu juga, kepala tiang terbuat dari lempengan besi berukuran 16cm x 11cm dengan tebal 1cm. Selanjutnya ketiga komponen tiang tersebut disatukan dengan menggunakan las listrik (Gambar 4) (seluruh angka pada gambar desain dalam satuan meter).
Gambar 4 Desain konstruksi tiang kincir Kedua yaitu tahap pembuatan turbin, tahap ini terdiri atas pembuatan penyangga rotor, cakram rotor, dan cakram stator. Sama halnya dengan tiang, bahan yang digunakan untuk membuat penyangga rotor juga terbuat dari besi as dengan diameter 4cm dan panjang 15cm. Besi as tersebut kemudian dibubut sesuai dengan desain yang dibuat (Gambar 5a), sehingga dapat dipasangkan dengan bearing tyrus dengan diameter 3.7cm. Bearing tersebut digunakan untuk menahan hub rotor (Gambar 5b) sekaligus sebagai poros putar.
(a) (b) Gambar 5 Desain konstruksi penyangga rotor (a) dan hub rotor (b)
6 Berikutnya yaitu pembuatan cakram rotor, cakram dibuat dari lempengan besi dengan diameter 16cm dan tebal 2mm sebanyak 2 keping (Gambar 6a). Selanjutnya pada setiap keping cakram ditempelkan 12 keping magnet permanen dengan menggunakan lem epoxy (Gambar 6b). Posisi kutub antar magnet pada setiap keping dibuat berlawanan. Terakhir yaitu pembuatan cakram stator. Kesembilan kumparan yang telah dihubungkan menjadi 3 fase, kemudian dimasukan kedalam cetakan cakram yang telah dibuat. Selanjutnya, yaitu menuangkan cairan resin yang sebelumnya telah dicampur dengan katalis ke dalam cetakan yang telah terisi dengan kumparan. Volume cairan resin yang digunakan sebanyak 700ml dengan katalis 20ml.
(a) (b) Gambar 6 Desain konstruksi cakram rotor (a) dan magnet permanen (b) Ketiga, yaitu tahap pembuatan bilah kincir. Seperti yang telah dijelaskan pada rancangan alat, sayap kincir dibuat dengan membentuk setengah dinding tabung dengan diameter 70cm dari lembaran alumunium berukuran panjang 1.1m dan lebar 1m dengan tebal 1mm. Selanjutnya bilah tersebut dipasangkan pada rangka bilah, sehingga bilah tetap berbentuk setengah dinding tabung (Gambar 7).
Gambar 7 Desain konstruksi bilah kincir
7 Tahap keempat, yaitu tahap pembuatan rangkaian elektronik sebagai DC converter (Gambar 8). Rangkaian tersebut berfungsi untuk mengubah tegangan AC yang dihasilkan dari kincir menjadi tegangan DC. Desain rangkaian ini dibuat dengan menggunakan perangkat lunak EAGLE 6.5.0.
Gambar 8 Desain rangkaian elektronik DC converter Prosedur Analisis Data Data yang diambil dari pengujian kincir angin ini, adalah kecepatan angin yang terbaca oleh anemometer dan besarnya tegangan listrik yang dihasilkan oleh kincir angin. Data tersebut dianalisis secara deskriptif, untuk melihat korelasi antara kecepatan angin terhadap kecepatan angin dan besarnya tegangan (voltase) yang dihasilkan menggunkan MATLAB7.10.0 (R2010a).
HASIL DAN PEMBAHASAN Konstruksi Kincir Angin Setelah melakukan studi pustaka danperancangan menggunakan piranti lunak Solid Works 10, berikut dibawah ini adalah konstruksi kincir angin tipe Savonius yang dibuat (Gambar 9). Kincir angin tipe Savonius merupakan kincir angin bersumbu vertikal (Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)). Kincir angin vertikal memiliki kelebihan pada desain dan kemudahan dalam pembuatan konstruksinya, jika dibandingkan dengan kincir angin horisontal. Selain itu, konstruksi kincir angin vertikal memungkinkan kincir untuk dapat menangkap angin dari berbagai arah serta tidak memerlukan angin dengan kecepatan tinggi untuk berputar (Al-Bahadly 2009).
8
Gambar 9 Konstruksi kincir angin Konstruksi Tiang Kincir Tiang kincir yang dibangun memiliki dimensi tinggi 1.3 m dengan diameter tiang 9cm, dilengkapi alas tiang berukuran 30cm x 30cm dan kepala tiang 16 cm x 11 cm dengan tebal 1 cm (Gambar 10a). Seluruh bahan konstruksi tiang terbuat dari besi. Bahan tersebut dipilih karena mudah didapatkan, selain itu cukup kokoh untuk menopang kincir angin. Alas dan kepala tiang diberikan lubang sebagai penghubung. Lubang pada alas digunakan untuk menghubungkan tiang dengan pemberat kincir, sedangkan pada kepala tiang digunakan untuk menghubungkan tiang dengan penyangga Turbin (Gambar 10b).
. (a) (b) Gambar 10 Konstruksi tiang kincir (a), lubang alas dan kepala tiang (b)
9 Konstruksi Turbin Kincir Konstruksi turbin terdiri atas rotor dan stator. Rotor terbuat dari dua keping lempengan besi berbentuk cakram, berdiameter 16cm dan tebal 0.2cm (Gambar 11a). Selain itu, pada setiap cakram ditempelkan 12 buah magnet permanen berbentuk trapersium yang ditempelkan menggunakan lem epoxy. Magnet permanen yang digunakan merupakan jenis magnet Neodymium. Posisi kutub tiap magnet dibuat berlawanan satu sama lain pada setiap cakram (Gambar 11b), untuk menghasilkan fluks magnetik terhadap kumparan stator.
(a) (b) Gambar 11 Cakram rotor (a) dan magnet Neodymium (b) Konstruksi stator kincir angin, terbuat dari kawat tembaga dengan diameter kawat 0.5mm. Kawat digulung membentuk segitiga dengan menggunakan alat penggulung yang dibuat sebelumnya (Gambar 12a), selanjutnya kawat tersebut digulung menjadi 9 kumparan dengan setiap kumparan memiliki 350 lilitan (Gambar 12b). Panjang kawat yang dugunakan sebagai stator ini mencapai 283.5m. Kesembilan kumparan tersebut dihubungkan kedalam rangkaian listrik tiga fase, yang terdiri atas 3 kumparan pada setiap fase. Setelah dihubungkan, kumparan tersebut kemudian dimasukan kedalam cetakan stator yang terbuat dari seng dengan diameter 25cm (Gambar 12c). Selanjutnya pada cetakan berisi kumparan tersebut, dituangkan cairan resin sebanyak 700mL yang sebelumnya telah dicampur dengan katalis sebanyak 20mL. Kemudian stator tersebut didiamkan sampai resinya mengeras, didiamkan selama 12 jam untuk memperoleh hasil yang maksimal.
(a)
(b)
10
(c) Gambar 12 Penggulung kawat (a), kumparan kawat (b), dan cetakan stator (c) Konstruksi Bilah Kincir Konstruksi bilah kincir, terbuat dari lembaran alumunium (Al) dengan ukuran 1.1m x 0.9m dua lembar, dengan ketebalan 0.2mm (Gambar 13a). Pemilihan bahan alumunium didasarkan pada masa jenisnya yaitu 2.700kg/m3, yang lebih ringan jika dibandingkan dengan bahan lain yang serupa, seperti seng (Zn) lembaran dengan masa jenis 7.140kg/m 3 (Giancoli 2001). Lembaran alumunium tersebut kemudian dipasangkan pada rangka bilah, dan membentuk dinding setengah tabung dengan diameter 70cm (Gambar 13b).
(a) (b) Gambar 13 Lembaran Alumunium (Al (a) dan bilah terpasang pada rangka (b) Berdasarkan bentuk bilah, kincir angin yang dibuat termasuk kedalam kincir angin Savonius tipe “U”. Tipe ini dipilih karena kemudahan dalam hal pembuatan konstruksinya dan kemampuannya menangkap angin (Soelaiman et, al. 2007). Hasil penelitian Mahmoud (2012) menunjukan bahwa, kincir angin dengan jumlah dua buah bilah lebih efisien dibandingkan dengan tiga atau empat bilah. DC Converter Rangkaian DC Converter ini terdiri atas 3 buah dioda bridge 2A sebagai komponen perubah arus AC menjadi DC, kapasitor dengan kapasitansi sebesar 1000µF, dan sikering sebagai pemutus arus (Gambar 14). Penggunaan kapasitor ditujukan agar tegangan yang dihasilkan dapat stabil, karena dibutuhkan tegangan
11 acuan yang stabil untuk disimpan pada baterai atau accu. Dengan memenuhi tegangan acuan, baterai atau accu dapat terisi dengan baik.
Gambar 14 Komponen DC Converter Uji Coba Kincir Uji coba dilakukan pada tanggal 16 Juli 2013, mulai pukul 09.00 WIB sampai 18.00 WIB. Tempat pengujian berada di lantai 5 gedung Marine Center, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Uji coba dilakukan dengan menghitung kecepatan angin menggunakan anemometer (Gambar 15a) dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh kincir, dengan menggunakan Digital Multi Meter (DMM) secara manual (Gambar 15b). Uji coba langsung dilakukan karena tidak tersedianya alat uji kinerja kincir angin khusus.
(a) (b) Gambar 15 Anemometer (a) dan Digital Multi Meter (b) Kondisi cuaca pada saat uji coba yaitu cerah berawan. Angin bertiup secara fluktuatif dengan arah datang dominan dari utara ke selatan. Kecepatan angin yang dihitung oleh anemometer berada pada kisaran 1.2m/s –3.64m/s (Lampiran 2). Kecepatan angin yang dicatat merupakan kecepatan angin konstan selama 5
12 detik, dengan asumsi tegangan yang dihasilkan berasal dari kecepatan angin yang sama. Hasil uji coba menunjukan bahwa, kuat arus yang dihasilkan adalah 1A. Kecepatan angin minimal (cut-in speed) untuk menggerakan kincir adalah 1.2m/s dengan menghasilkan tegangan listrik sebesar 2.666volt dan kecepatan angin tertinggi adalah 3.64m/s dengan tegangan listrik yang dihasilkan sebesar 6.16volt (Gambar 16).
Gambar 16 Hubungan kecepatan angin dan tegangan Listrik Grafik di atas menunjukan hubungan positif dengan persamaan regresi y = 0.04772x5 – 1.141x4 + 7.794x3 – 21.64x2 + 26.32x– 8.966; dimana y adalah tegangan listrik yang dihasilkan dan x adalah keceptan angin yang memutarkan kincir dengan x dimulai dari 1.2m/s. Nilai koefisien korelasinya sebesar 0.95, yang berarti terdapat hubungan yang erat antara kecepatan dengan tegangan listrik yang dihasilkan. Hal tersebut sesuai dengan prinsip listrik induksi, karena salah satu cara untuk memperbesar Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi suatu generator AC adalah dengan mempercepat perputaran kumparan atau magnet (Rangkuti 2011). Kecepatan angin 3.36m/s mulai menunjukan adanya turbulensi pada kincir, hal tersebut ditunjukan dengan bentuk grafik yang mulai mendatar. Turbulensi atau ketidakstabilan pada kincir angin yang disebabkan oleh pecahnya suatu massa udara pada kecepatan teretentu, sebagai akibat dari tekanan mekanik pergerakan bilah kincir terhadap angin yang berhembus melewati bilah kincir. Sehingga voltase listrik yang dihasilkan mulai konstan, dalam keadaan tertentu bahkan voltase mengalami penurunan (Lubitz 2011). Menurut Kadir (1995), Perhitungan energi yang dihasilkan oleh energi angin, memenuhi persamaan klasik mengenai energi kinetik, dalam hal ini udara yang
13 bergerak dan dikonversikan menjadi energi listrik melalui kincir angin. Sehingga daya atau energi persatuan waktu dari angin dapat ditunjukan dengan persamaan: Pa = ½ ρ A v3(3) dimana: Pa ρ A v
= = = =
Daya angin (Watt) Massa jenis udara (kg/m3) Luas penampang angin (m2) Kecepatan angin (m/s)
dimana densitas udara ρ = 1.130kg/m3, luas penampang bilah A =1.98m2, dan kecepatan angin rata-rata v = 2.45m/s, maka besarnya daya angin yang ditangkap oleh konstruksi kincir ini, adalah 16.45watt. Sedangkan daya yang dihasilkan turbin kincir angin ini memenuhi persamaan: Pt = V. I dimana: Pt = Daya turbin (Watt) V = Tegangan/ voltase (V) I = Arus (A) dengan tegangan keluaran rata-rata 3.73volt dan kuat arus listrik 1A, maka daya yang dihasilkan turbin kincir angin ini adalah 3.73watt. Sehingga efisiensi dari kincir angin ini adalah 22.67%.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Rancang bangun kincir angin dapat direalisasikan dan dibangun sesuai desain yang telah direncanakan, serta memiliki kinerja cukup baik. Kecepatan angin minimal (cut-in speed) untuk menggerakan kincir adalah 1.2m/s dan menghasilkan tegangan sebesar 2.666volt. Kecepatan angin tertinggi yang tercatat adalah 3.64m/s, dengan tegangan listrik yang dihasilkan sebesar 6.16volt. Terdapat hubungan positif antara kecepatan angin dengan tegangan listrik yang dihasilkan. Saran Berdasarkan hasil kinerja konstruksi kincir angin, perlu dilakukan pengujian pada bahan konstruksi yang lebih ringan dan memiliki sifat non magnetik. Sehingga rotor dapat berputar dengan lebih mudah dengan kecepatan awal (cut-in speed) yang lebih rendah. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai desain bilah (ukuran dan jumlah), desain as propeler, dan desain turbin. Selain itu perlu dilakukan perekaman langsung tegangan dan kecepatan secara digital, serta pengujian kincir pada ruang uji khusus kincir untuk mendapatkan korelasi yang
14 lebih akurat antara kecepatan angin dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh kincir.
DAFTAR PUSTAKA Al-Bahadly, I. 2009. Building a Wind Turbine for Rural Home. Energy for Sustainable Development 13 (2009) : 159 – 165. Aziz, T. 2012. Could renewable energy affect the form of the city? “Wind energy as a special parameter”. Energy Procedia 18 ( 2012 ) : 276 – 290. Daryanto, Y. 2007. Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Yogyakarta (ID): Balai PPTAGG – UPT – LAGG. Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Ed Ke-5 Jilid 1. Jakarta (ID): Erlangga. Irwan, Y. M. 2012. The Improvement of Photovoltaic/Wind Hybrid System in Perlis. Procedia Engineering 50 ( 2012 ) : 808 – 816. Kadir, A. 1995. Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensi Edisi Ke-2. Universitas Indonesia (UIPress) : Jakarta. KKP. 2007. Undang – undang No. 27 Tahun 2007. (www.bnpb.go.id/uploads/pubs/3.pdf). Lubitz, W. D. 2011. Impact of ambient turbulence on performance of a small wind turbine. World Renewable Energy Congress 2011 Sweden (2011) : 8 – 13 Mei 2011. Mahmoud, N. H. 2012. An experimental study on improvement of Savonius rotor performance. Alexandria Engineering Journal51 (2012): 19–25. Messineo, A. 2012. Evaluating the Performances of Small Wind Turbines: A Case Study in the South of Italy. Energy Procedia 16 (2012) : 137 – 14. PLN. 2010. Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik PT. PLN (Persero) 20102019. Rangkuti, P, Adil. 2011. Elektrifikasi Pertanian. Bogor (ID): IPB Pr. Soelaiman et, al. 2007. Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Purwarupa SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan Windside untuk Penerangan Jalan Tol [Laporan Penelitian]. Bandung (ID): ITB. Windgenkits.com. 2013. Wind Turbine for Home. [diunduh 2013 Februari 21]. Tersedia pada: http//windgenkits.com.
15
LAMPIRAN Lampiran 1 Spesifikasi bahan dan alat yang digunakan Tabel 1 Bahan penelitian Nama Bahan Plat besi (60cm x 3cm x 0.5cm) Plat besi (30cm x 30cm x 1cm) Plat besi (11cm x 16cm x 1cm) Besi as/ sumbu d = 4cm, h = 15cm Plat besi (5cm x 3cm x 0.2cm) Plat besi (10cm x 3cm x 0.2cm) Plat besi d = 16cm, tebal 0.2cm Pipa besi d = 5cm Pipa besi d = 9cm Plat Alumunium (L) Bearing tyrus diameter 3.7cm Baut, ring, dan mur no 10 Baut, ring, dan mur no 12 Baut, ring, dan mur no 14 Baut no 10 panjang Plat Alumunium (Al) Amplas besi Magnet permanen Kawat tembaga (coil) 0.5 mm Saklar Sikring 1A Dioda bridge 2A Kapasitor 1000uF Kabel listrik Timah solder Lotfet Resin + katalis Seng lembaran Selotip kertas Cat aerosol Grease Lem epoxy
Jumlah Kebutuhan 2 lempeng 1 lempeng 2 lempeng 1 batang 4 lempeng 2 lempeng 2 lempeng 10cm 1,3m 4m 2 buah 30 buah 15 buah 4 buah 4 buah 5m2 5 lembar 24 buah 1Kg 1 buah 1 buah 3 buah 2 buah 20m 1 buah 1 buah 1L 1m2 1 gulungan 5 kaleng 1 buah 1 buah
Lampiran 2 Kecepatan angin dan tegangan listrik hasil uji coba Jam (WIB)
09.00-12.00
Kecepatan Angin (m/s) 1,200 1,500 1,550 1,630 1,850 1,850 1,930
Tegangan Listrik (Volt) 2,666 2,730 2,720 2,750 2,422 2,640 2,759
16
12.30-15.30
16.00-18.00
1,980 2,010 2,050 2,260 2,310 2,350 2,370 2,400 2,570 2,610 2,620 2,650 2,700 2,740 2,900 2,910 2,990 3,000 3,040 3,100 3,340 3,360 3,640
2,755 2,875 2,788 2,845 2,973 2,980 3,350 3,470 3,590 3,688 3,723 3,899 4,280 3,690 4,443 4,300 4,500 4,960 5,050 5,552 5,310 6,060 6,160
17
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Purwakarta pada tanggal 22 September 1991 dari Ayahanda Manap Muhtadin dan Ibunda Nenda Haryati. Penulis adalah putra kedua dari tiga bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Purwakarta dan pada tahun yang sama alhamdulillah, penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB dan diterima di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam kegiatan Himpunan Profesi Mahasiswa Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan (HIMITEKA). Tahun 2011 penulis menjabat sebagai anggota Dewan Formatur HIMITEKA dan Tahun 2012 sebagai Koordinator Dewan Formatur HIMITEKA. Penulis juga aktif sebagai penanggung jawab atlet seni cabang kaligrafi kontemporer pada HIMITEKA (2012). Penulis juga aktif sebagai Dewan Penasehat organisasi mahasiswa daerah asal Purwakarta di IPB (2011-2013). Selain kegiatan berorganisasi penulis juga aktif dalam perlombaan berbasis teknologi kelautan, seperti pada 7th Hong Kong Underwater Robot Challange yang diadakan oleh Hong Kong University of Science and Technology pada tahun 2012 di Hong Kong, penulis mewakili IPB dalam tim Biru Muda sebagai Chief of Electronic Divission.
