Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga An (1)
PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN DENGAN
TURBIN SAVOUNIUS DI PANTAI KOTA TEGAL
Soebyakto, Rusnoto, Hadi Wibowo
E-mail : soebyakto@gmail.com
ABSTRAK
Angin laut adalah angin yang timbul akibat adanya perbedaan suhu
antara daratan dan lautan. Pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan
pukul 16.00 angin akan berhembus dari laut ke darat. Keadaan semacam ini
telah dilakukan penelitian pendahuluan, pada jam 08.15 tanggal 20 April
2014, arah angin mengalami transisi antara angin laut dan angin darat. Pada
alat anemometer nilainya kecepatan anginnya kadang-kadang nol. Seperti
yang kita ketahui bahwa sifat air dalam melepaskan panas dari radiasi sinar
matahari lebih lambat daripada daratan, sehingga suhu di laut pada malam
hari akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di daratan. Semakin tinggi
suhu, tekanan udara akan semakin rendah. Akibat adanya perbedaan suhu ini
akan menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan udara di atas daratan dan
lautan. Hal inilah yang menyebabkan pada malam hari, angin akan bertiup
dari arah darat ke arah laut.
Angin gelombang yang sampai ke pesisir pantai, digunakan untuk
memutar turbin angin Savonius untuk menghasilkan listrik. Pembangkit Listrik
Tenaga Angin atau Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah salah satu
pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan. Prinsip kerja
PLTB adalah dengan memanfaatkan energi kinetik angin yang masuk ke
dalam area efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir angin, kemudian
energi putar ini diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan
tenaga listrik. Turbin angin digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik
masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan
sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai
saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit
listrik konvensonal (PLTD,PLTU), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh
para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan
masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (batubara, minyak
bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Kata Kunci : Angin Pantai, Turbin Savounius, Pembangkit Listrik.
PENDAHULUAN
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Pantai Kota Tegal dilandasi oleh keingintahuan
peneliti dalam mengungkapkan suatu gejala/konsep/dugaan bahwa tenaga angin
pantai Kota Tegal dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Pembangkit Listrik
Tenaga Angin atau sering juga disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)
1
adalah salah satu pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan. Prinsip
kerja PLTB adalah dengan memanfaatkan energi kinetik angin yang masuk ke dalam area
efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir angin, kemudian energi putar ini
diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi
energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang
akhirnya akan menghasilkan listrik. Untuk menjalankan prinsip dasar kerja turbin angin
ini, diperlukan data angin pantai yang meliputi arah dan kecepatan angin, perubahan
kecepatan angin terhadap ketinggian dan waktu pengamatan. Umumnya daya efektif yang
dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30% dari daya angin yang ada
di alam ini. Alat mekanis yang merubah dari daya angin yang ada ke daya turbin angin,
dilanjutkan ke daya generator diupayakan efisien dan efektif.
Sistem pembangkit listrik tenaga angin di pantai Kota Tegal, yaitu ada data masuk berupa data
tenaga angin di pantai Tegal, diproses menjadi tenaga turbin angin dan daya generator
selanjutnya hasil yang didapat berupa listrik.. Daya angin yang akan diteliti dibatasi untuk angin
yang bertiup di pantai Kota Tegal pada ketinggian satu meter dan dua meter dari permukaan
tanah. Turbin angin yang digunakan dalam penelitian ini yaitu turbin Savonius. Besarnya daya
generator disesuaiakan dengan daya turbin angin yang dihasilkan.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga angin dilaksanakan di
Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian alat pembangkit listrik tenaga angin pada sore
hari hari antara jam 15.00 – 17.30 WIB atau pada pagi hari antara jam 08.00 – 12.00 di
pantai Kota Tegal.
Cara Pengambilan Data
Alat yang menjadi prototype pada penelitian ini adalah sistem pembangkit listrik
tenaga angin (sumbu vertikal) tipe Savonius. Data yang diperlukan adalah kecepatan
angin disekitar alat turbin savounius yang berputar, kecepatan turbin savounius dan
kecepatan poros turbin. Kecepatan angin diukur dengan alat anemometer. Kecepatan
poros turbin dengan alat tachometer dan kecepatan turbin savounius dengan rumus
perhitungan.
2
Gambar 1 Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Tipe Savonius sumbu vertikal
(1) Angin memutar turbin Savonius.
(2) Pada poros turbin Savonius disentuhkan ke pemutar alat tachometer.
(3) Tombol ON pada Tachometer ditekan, akan terbaca pada alat tachometer, nilai
frekuensi dengan satuan rpm (rotasi per menit).
(4) Frekuensi angin bertiup, dapat diperoleh berdasarkan banyaknya perputaran turbin
savonius, persentuhan A dan B per satuan waktu lamanya persentuhan tersebut.
(5) Kecepatan turbin Savonius, dihitung berdasarkan kecepatan berputar (kecepatan
sudut) kali jari-jari turbin Savonius.
(6) Kecepatan poros turbin, diperoleh berdasarkan kecepatan berputarmya poros
(kecepatan anguler poros) kali jari-jari poros turbin.
Pengolahan Data
Data kecepatan angin diperoleh dari alat anemometer :
v =ω. R
v=2π .f .R
3
f=
v
2 πR
Dimana : v = kecepatan angin (m/s)
f = frekuensi angin (Hz)
R = jari-jari sapuan baling-baling (m)
Frekuensi angin yang diperoleh dengan alat anemometer, kita bandingkan frekuensi turbin
savounius yang didapat dari alat tachometer. Dengan demikian akan didapat berapa persen
angin yang bertiup yang dapat mendorong turbin angin berputar. Daya angin yang ada,
dibandingkan daya poros turbin angin, akan diperoleh koefisien daya (Cp).
Pt = Cp.Pa
Pt = daya turbin (Watt)
Pa = daya angin (Watt)
Cp = koefisien daya
Gambar 2 Sebaran data pada regresi linear
Koefisien korelasi diperoleh dari persamaan
r=
Σ( x− x̄ )( y− ȳ )
√ Σ( x− x̄ )2 Σ( y− ȳ )2
Koefisien korelasi ini untuk menyatakan bahwa variable x dan y ada korelasinya. Dimana
x dapat menyatakan lamanya turbin angin berputar dan y dapat menyatakan banyaknya
turbin angin berputar.
Sistem pembangkit listrik tenaga angin yang akan dikembangkan, antara lain :
P = Cp.(1/2) ρ.A.V3
Dimana, P = Daya yang dihasilkan
Cp = Koefisien daya
4
ρ = Massa jenis udara = 1,225 kg/m3
A = Luas Sapuan Rotor (m2)
= ¼ π. D2
D = Diameter rotasi (m)
V = Kecepatan angin nominal (m/s)
Generator
Generator merupakan alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Generator yang digunakan dalam penelitian ini, disesuaikan dengan daya turbin angin yang
telah dihitung berdasarkan luas sapuan turbin dan kecepatan angin. Dengan demikian nilai
daya generator dihitung dengan perumusan daya listrik.
P = V.I
V = R.I
P = R.I2
R= ρ
L
A
P = daya listrik (Watt)
V = tegangan listrik (Volt)
R = hambatan (Ohm)
I = kuat arus listrik (A)
L = panjang penghantar (m)
= hambatan jenis penghantar (Ohm.m)
A = luas penampang penghantar (m2)
L=2 π . r .N
jari-jari lingkaran lilitan
N = banyaknya lilitan
Perumusan perhitungan daya listrik tersebut, kita korelasikan dengan induksi magnetik
r=
B (Tesla).
Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa sebuah tegangan gerak elektrik didalam
sebuah rangkaian adalah sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian
tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks tersebut dinyatakan dalam weber/sekon, maka
tegangan gerak elektrik dinyatakan dalam volt.
ε =−N
dφ
dt
Konsep gaya listrik pertama kali dikemukakan oleh Micheal Fraday yang melakukan
penelitian untuk menemukan faktor yang mempengaruhi besar gaya gerak listrik yang
terinduksi.
Beliau menyatakan bahwa induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu
semakin cepat terjadinya medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar. Disisi, lain
ggl tidak sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding dengan
5
laju perubahan fluks magnetik yang bergerak melintasi loop seluas a yang secara
matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut :
= B.A cos
= B.A.cos .t
ε =−N
dφ
dt
= N.B.A. sin .t
m = N.B.A.
m = amplitudo harga ggl induksi (imbas).
A = luas kumparan
= .t
= sudut antara normal bidang loop (kumparan) dengan arah induksi magnet B.
= kecepatan sudut (rad/s)
Hukum induksi Faraday berbunyi : “ gaya gerak listrik yang timbul diantara ujung- ujung
suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang
dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.
Gambar 3
Arah induksi magnet (B) oleh kawat melingkar berarus
Induksi magnet titik di pusat lingkaran untuk satu lilitan adalah
B=
μo I
2. r
Induksi magnet titik di pusat lingkaran untuk N lilitan adalah
B=
μo I . N
2. r
o = 4.10-7 weber/A.m
PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
PERANCANGAN TURBIN SAVOUNIUS
1) Perancangan gambar turbin savounius
6
Pada mula perancangan turbin savonius seperti pada gambar 1 tanpa ukuran. Pada saat
pelaksanaan kegiatan penelitian, terpikirkan berapa besar alat dan berapa besar daya yang
ingin dicapai ? Dengan demikian luas sapuan turbin savounius harus ditentukan,
berdasarkan perumusan :
1
P= 2 . ρ . A . v 3
P = daya (Watt); = massa jenis angin/udara (kg/m3) = 1,225 kg/m3; A = luas sapuan
turbin (m2); dan v = kecepatan angin (m/s).
Pada penelitian pendahuluan, data angin pantai Kota Tegal adalah sebagai berikut :
TABEL 1 DATA ANGIN PANTAI KOTA TEGAL
KAMIS, 3 APRIL 2014
KECEPATA
KETINGGI
N
JA
SUHU
N
AN
O.
M
(oC)
ANGIN
(m)
15.0
1
2,9
32,7
0,5
5
15.0
2
2,8
32,7
0,5
5
15.0
3
2,3
32,7
0,5
5
15.0
4
2,1
32,7
0,5
5
15.0
5
2,3
32,7
0,5
5
15.0
6
2,7
32,7
0,5
5
2,5
1
4,1
2
3,5
3
3,2
4
3,1
5
2,6
15.0
0
15.0
0
15.0
0
15.0
0
15.0
0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,1
2,0
3,3
1
2,5
15.1
7
2
2,8
3
2,6
4
3,0
5
3,5
6
3,4
7
3,2
8
3,0
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
3,0
Perancangan alat Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan Turbin Savounius,
berdasarkan data angin penelitian tabel 1.
Perhitungan luas sapuan turbin Savounius dan daya yang dihasilkannya :
a)
Alat pertama Turbin Savounius dengan diameter D = 44,5 cm, ketinggian h = 29,5 cm
No
.
v (m/s)
1
1,5
2
2,0
3
2,5
4
3,0
5
3,3
6
4,0
(kg/m3
)
P (Watt)
1,225
0,31
1,225
0,74
1,225
1,45
1,225
2,51
1,225
3,35
1,225
5,96
A (m2)
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
R (m)
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
D (m)
0,44
0,44
0,44
0,44
0,44
0,44
b) Alat kedua Turbin Savounius dengan diameter D = 143 cm, ketinggian h = 81,5 cm
No.
1
2
3
4
v
(m/s)
1,5
2,0
2,5
3,0
(kg/m3
)
P
(Watt)
1,225
3,32
1,225
7,87
1,225
15,36
1,225
26,55
A (m2)
1,60524
7
1,60524
7
1,60524
7
1,60524
7
R (m)
0,715
0,715
0,715
0,715
D (m)
1,43
1,43
1,43
1,43
8
5
6
3,3
4,0
1,225
35,33
1,225
62,93
1,60524
7
1,60524
7
0,715
0,715
1,43
1,43
2) Membuat Turbin Savounius dengan diameter D = 44,5 cm, ketinggian h = 29,5 cm dan
diameter D = 143 cm, ketinggian h = 81,5 cm
PERANCANGAN GENERATOR
1) Merancang Dinamo Listrik dengan penggerak motor listrik
Berdasarkan perumusan hukum Ohm, V = R.I dan daya listrik, P = V.I.
Jika kita ingin menghendaki daya P = 25 Watt, harga V dan I dapat bervariasi seperti
9
pada table di bawah ini :
N
o
P
(Watt)
V
(volt)
I
(A)
R
(Ohm)
(m)
d
(mm)
1
25
50,0
0,5
100,0
1,68E-08
0,2
2
25
25,0
1,0
25,0
1,68E-08
0,2
3
25
16,7
1,5
11,1
1,68E-08
0,2
4
25
12,5
2,0
6,3
1,68E-08
0,2
5
25
10,0
2,5
4,0
1,68E-08
0,2
A (m2)
L (m)
0,000000314
1869,0
0,000000314
467,3
0,000000314
207,7
0,000000314
116,8
0,000000314
74,8
D
(m)
0,0
3
0,0
3
0,0
3
0,0
3
0,0
3
N
19841
4960
2205
1240
794
P = daya listrik (W); V = voltage (Volt); I = kuat arus (A); = hambatan jenis tembaga
(m); d = diameter tembaga (mm); L = panjang kawat penghantar (m); A = luas
penampang kawat tembaga (m2); L = panjang kawat tembaga (m); D = diameter
medan magnet (m); N = banyaknya lilitan tembaga untuk membuat induksi magnetik.
Data tabel tersebut diatas, diperoleh dengan mencari hubungan antara hukum Ohm,
kawat penghantar dan banyaknya lilitan berdasarkan diameter koin medan magnet ( D
= 3 cm ).
R= ρ
L
R.A
→L=
A
ρ
L=2 π RN
2) Alat Penunjang Membuat Generator Listrik
Alat penghitung banyaknya lilitan
10
Alat penghitung besarnya hambatan, tegangan dan kuat arus
DAFTAR PUSTAKA
HaGe, 2009. “Generator DC”. [23/09/2012 12:19].
Kadek Fendy Sutrisna, 2011. “Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin”,
[06/10/2012 10:55].
Nogrohoadi,
2008. “Pembangkit
Listrik
Tenaga Angin
di
Indonesia”,
[29/02/2012 21:55].
Qtussama, 2012. “Generaor Listrik”.
[ 23/09/2012 12:19 ].
Rahmanta, 2010. Metode Konversi Gelombang Laut.
[21/11/2010 17:05].
Ocean
Wave
Energy.
11
Tonytaufik, 2012. “Kincir Angin 1 Type Savonious”.
[ 09/05/2013 9:18].
Tonytaufik, 2012. “Generator Listrik Sederhana”. [09/05/2013 09:22].
Wikipedia Ensiklopedia bahasa Indonesia, 2012. “Turbin Angin”.
[ 23/09/2011 05:19 ].
Yusufsatya, 2012. “Penggunaan Listrik Tenaga Angin”.
[24/05/2012 23:21]
12
TURBIN SAVOUNIUS DI PANTAI KOTA TEGAL
Soebyakto, Rusnoto, Hadi Wibowo
E-mail : soebyakto@gmail.com
ABSTRAK
Angin laut adalah angin yang timbul akibat adanya perbedaan suhu
antara daratan dan lautan. Pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan
pukul 16.00 angin akan berhembus dari laut ke darat. Keadaan semacam ini
telah dilakukan penelitian pendahuluan, pada jam 08.15 tanggal 20 April
2014, arah angin mengalami transisi antara angin laut dan angin darat. Pada
alat anemometer nilainya kecepatan anginnya kadang-kadang nol. Seperti
yang kita ketahui bahwa sifat air dalam melepaskan panas dari radiasi sinar
matahari lebih lambat daripada daratan, sehingga suhu di laut pada malam
hari akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di daratan. Semakin tinggi
suhu, tekanan udara akan semakin rendah. Akibat adanya perbedaan suhu ini
akan menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan udara di atas daratan dan
lautan. Hal inilah yang menyebabkan pada malam hari, angin akan bertiup
dari arah darat ke arah laut.
Angin gelombang yang sampai ke pesisir pantai, digunakan untuk
memutar turbin angin Savonius untuk menghasilkan listrik. Pembangkit Listrik
Tenaga Angin atau Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah salah satu
pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan. Prinsip kerja
PLTB adalah dengan memanfaatkan energi kinetik angin yang masuk ke
dalam area efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir angin, kemudian
energi putar ini diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan
tenaga listrik. Turbin angin digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik
masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan
sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai
saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit
listrik konvensonal (PLTD,PLTU), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh
para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan
masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (batubara, minyak
bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Kata Kunci : Angin Pantai, Turbin Savounius, Pembangkit Listrik.
PENDAHULUAN
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Pantai Kota Tegal dilandasi oleh keingintahuan
peneliti dalam mengungkapkan suatu gejala/konsep/dugaan bahwa tenaga angin
pantai Kota Tegal dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Pembangkit Listrik
Tenaga Angin atau sering juga disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)
1
adalah salah satu pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan. Prinsip
kerja PLTB adalah dengan memanfaatkan energi kinetik angin yang masuk ke dalam area
efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir angin, kemudian energi putar ini
diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi
energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang
akhirnya akan menghasilkan listrik. Untuk menjalankan prinsip dasar kerja turbin angin
ini, diperlukan data angin pantai yang meliputi arah dan kecepatan angin, perubahan
kecepatan angin terhadap ketinggian dan waktu pengamatan. Umumnya daya efektif yang
dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30% dari daya angin yang ada
di alam ini. Alat mekanis yang merubah dari daya angin yang ada ke daya turbin angin,
dilanjutkan ke daya generator diupayakan efisien dan efektif.
Sistem pembangkit listrik tenaga angin di pantai Kota Tegal, yaitu ada data masuk berupa data
tenaga angin di pantai Tegal, diproses menjadi tenaga turbin angin dan daya generator
selanjutnya hasil yang didapat berupa listrik.. Daya angin yang akan diteliti dibatasi untuk angin
yang bertiup di pantai Kota Tegal pada ketinggian satu meter dan dua meter dari permukaan
tanah. Turbin angin yang digunakan dalam penelitian ini yaitu turbin Savonius. Besarnya daya
generator disesuaiakan dengan daya turbin angin yang dihasilkan.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga angin dilaksanakan di
Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian alat pembangkit listrik tenaga angin pada sore
hari hari antara jam 15.00 – 17.30 WIB atau pada pagi hari antara jam 08.00 – 12.00 di
pantai Kota Tegal.
Cara Pengambilan Data
Alat yang menjadi prototype pada penelitian ini adalah sistem pembangkit listrik
tenaga angin (sumbu vertikal) tipe Savonius. Data yang diperlukan adalah kecepatan
angin disekitar alat turbin savounius yang berputar, kecepatan turbin savounius dan
kecepatan poros turbin. Kecepatan angin diukur dengan alat anemometer. Kecepatan
poros turbin dengan alat tachometer dan kecepatan turbin savounius dengan rumus
perhitungan.
2
Gambar 1 Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Tipe Savonius sumbu vertikal
(1) Angin memutar turbin Savonius.
(2) Pada poros turbin Savonius disentuhkan ke pemutar alat tachometer.
(3) Tombol ON pada Tachometer ditekan, akan terbaca pada alat tachometer, nilai
frekuensi dengan satuan rpm (rotasi per menit).
(4) Frekuensi angin bertiup, dapat diperoleh berdasarkan banyaknya perputaran turbin
savonius, persentuhan A dan B per satuan waktu lamanya persentuhan tersebut.
(5) Kecepatan turbin Savonius, dihitung berdasarkan kecepatan berputar (kecepatan
sudut) kali jari-jari turbin Savonius.
(6) Kecepatan poros turbin, diperoleh berdasarkan kecepatan berputarmya poros
(kecepatan anguler poros) kali jari-jari poros turbin.
Pengolahan Data
Data kecepatan angin diperoleh dari alat anemometer :
v =ω. R
v=2π .f .R
3
f=
v
2 πR
Dimana : v = kecepatan angin (m/s)
f = frekuensi angin (Hz)
R = jari-jari sapuan baling-baling (m)
Frekuensi angin yang diperoleh dengan alat anemometer, kita bandingkan frekuensi turbin
savounius yang didapat dari alat tachometer. Dengan demikian akan didapat berapa persen
angin yang bertiup yang dapat mendorong turbin angin berputar. Daya angin yang ada,
dibandingkan daya poros turbin angin, akan diperoleh koefisien daya (Cp).
Pt = Cp.Pa
Pt = daya turbin (Watt)
Pa = daya angin (Watt)
Cp = koefisien daya
Gambar 2 Sebaran data pada regresi linear
Koefisien korelasi diperoleh dari persamaan
r=
Σ( x− x̄ )( y− ȳ )
√ Σ( x− x̄ )2 Σ( y− ȳ )2
Koefisien korelasi ini untuk menyatakan bahwa variable x dan y ada korelasinya. Dimana
x dapat menyatakan lamanya turbin angin berputar dan y dapat menyatakan banyaknya
turbin angin berputar.
Sistem pembangkit listrik tenaga angin yang akan dikembangkan, antara lain :
P = Cp.(1/2) ρ.A.V3
Dimana, P = Daya yang dihasilkan
Cp = Koefisien daya
4
ρ = Massa jenis udara = 1,225 kg/m3
A = Luas Sapuan Rotor (m2)
= ¼ π. D2
D = Diameter rotasi (m)
V = Kecepatan angin nominal (m/s)
Generator
Generator merupakan alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Generator yang digunakan dalam penelitian ini, disesuaikan dengan daya turbin angin yang
telah dihitung berdasarkan luas sapuan turbin dan kecepatan angin. Dengan demikian nilai
daya generator dihitung dengan perumusan daya listrik.
P = V.I
V = R.I
P = R.I2
R= ρ
L
A
P = daya listrik (Watt)
V = tegangan listrik (Volt)
R = hambatan (Ohm)
I = kuat arus listrik (A)
L = panjang penghantar (m)
= hambatan jenis penghantar (Ohm.m)
A = luas penampang penghantar (m2)
L=2 π . r .N
jari-jari lingkaran lilitan
N = banyaknya lilitan
Perumusan perhitungan daya listrik tersebut, kita korelasikan dengan induksi magnetik
r=
B (Tesla).
Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa sebuah tegangan gerak elektrik didalam
sebuah rangkaian adalah sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian
tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks tersebut dinyatakan dalam weber/sekon, maka
tegangan gerak elektrik dinyatakan dalam volt.
ε =−N
dφ
dt
Konsep gaya listrik pertama kali dikemukakan oleh Micheal Fraday yang melakukan
penelitian untuk menemukan faktor yang mempengaruhi besar gaya gerak listrik yang
terinduksi.
Beliau menyatakan bahwa induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu
semakin cepat terjadinya medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar. Disisi, lain
ggl tidak sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding dengan
5
laju perubahan fluks magnetik yang bergerak melintasi loop seluas a yang secara
matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut :
= B.A cos
= B.A.cos .t
ε =−N
dφ
dt
= N.B.A. sin .t
m = N.B.A.
m = amplitudo harga ggl induksi (imbas).
A = luas kumparan
= .t
= sudut antara normal bidang loop (kumparan) dengan arah induksi magnet B.
= kecepatan sudut (rad/s)
Hukum induksi Faraday berbunyi : “ gaya gerak listrik yang timbul diantara ujung- ujung
suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang
dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.
Gambar 3
Arah induksi magnet (B) oleh kawat melingkar berarus
Induksi magnet titik di pusat lingkaran untuk satu lilitan adalah
B=
μo I
2. r
Induksi magnet titik di pusat lingkaran untuk N lilitan adalah
B=
μo I . N
2. r
o = 4.10-7 weber/A.m
PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
PERANCANGAN TURBIN SAVOUNIUS
1) Perancangan gambar turbin savounius
6
Pada mula perancangan turbin savonius seperti pada gambar 1 tanpa ukuran. Pada saat
pelaksanaan kegiatan penelitian, terpikirkan berapa besar alat dan berapa besar daya yang
ingin dicapai ? Dengan demikian luas sapuan turbin savounius harus ditentukan,
berdasarkan perumusan :
1
P= 2 . ρ . A . v 3
P = daya (Watt); = massa jenis angin/udara (kg/m3) = 1,225 kg/m3; A = luas sapuan
turbin (m2); dan v = kecepatan angin (m/s).
Pada penelitian pendahuluan, data angin pantai Kota Tegal adalah sebagai berikut :
TABEL 1 DATA ANGIN PANTAI KOTA TEGAL
KAMIS, 3 APRIL 2014
KECEPATA
KETINGGI
N
JA
SUHU
N
AN
O.
M
(oC)
ANGIN
(m)
15.0
1
2,9
32,7
0,5
5
15.0
2
2,8
32,7
0,5
5
15.0
3
2,3
32,7
0,5
5
15.0
4
2,1
32,7
0,5
5
15.0
5
2,3
32,7
0,5
5
15.0
6
2,7
32,7
0,5
5
2,5
1
4,1
2
3,5
3
3,2
4
3,1
5
2,6
15.0
0
15.0
0
15.0
0
15.0
0
15.0
0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,6
1,0
32,1
2,0
3,3
1
2,5
15.1
7
2
2,8
3
2,6
4
3,0
5
3,5
6
3,4
7
3,2
8
3,0
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
15.1
0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
32,1
2,0
3,0
Perancangan alat Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan Turbin Savounius,
berdasarkan data angin penelitian tabel 1.
Perhitungan luas sapuan turbin Savounius dan daya yang dihasilkannya :
a)
Alat pertama Turbin Savounius dengan diameter D = 44,5 cm, ketinggian h = 29,5 cm
No
.
v (m/s)
1
1,5
2
2,0
3
2,5
4
3,0
5
3,3
6
4,0
(kg/m3
)
P (Watt)
1,225
0,31
1,225
0,74
1,225
1,45
1,225
2,51
1,225
3,35
1,225
5,96
A (m2)
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
0,15197
6
R (m)
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
D (m)
0,44
0,44
0,44
0,44
0,44
0,44
b) Alat kedua Turbin Savounius dengan diameter D = 143 cm, ketinggian h = 81,5 cm
No.
1
2
3
4
v
(m/s)
1,5
2,0
2,5
3,0
(kg/m3
)
P
(Watt)
1,225
3,32
1,225
7,87
1,225
15,36
1,225
26,55
A (m2)
1,60524
7
1,60524
7
1,60524
7
1,60524
7
R (m)
0,715
0,715
0,715
0,715
D (m)
1,43
1,43
1,43
1,43
8
5
6
3,3
4,0
1,225
35,33
1,225
62,93
1,60524
7
1,60524
7
0,715
0,715
1,43
1,43
2) Membuat Turbin Savounius dengan diameter D = 44,5 cm, ketinggian h = 29,5 cm dan
diameter D = 143 cm, ketinggian h = 81,5 cm
PERANCANGAN GENERATOR
1) Merancang Dinamo Listrik dengan penggerak motor listrik
Berdasarkan perumusan hukum Ohm, V = R.I dan daya listrik, P = V.I.
Jika kita ingin menghendaki daya P = 25 Watt, harga V dan I dapat bervariasi seperti
9
pada table di bawah ini :
N
o
P
(Watt)
V
(volt)
I
(A)
R
(Ohm)
(m)
d
(mm)
1
25
50,0
0,5
100,0
1,68E-08
0,2
2
25
25,0
1,0
25,0
1,68E-08
0,2
3
25
16,7
1,5
11,1
1,68E-08
0,2
4
25
12,5
2,0
6,3
1,68E-08
0,2
5
25
10,0
2,5
4,0
1,68E-08
0,2
A (m2)
L (m)
0,000000314
1869,0
0,000000314
467,3
0,000000314
207,7
0,000000314
116,8
0,000000314
74,8
D
(m)
0,0
3
0,0
3
0,0
3
0,0
3
0,0
3
N
19841
4960
2205
1240
794
P = daya listrik (W); V = voltage (Volt); I = kuat arus (A); = hambatan jenis tembaga
(m); d = diameter tembaga (mm); L = panjang kawat penghantar (m); A = luas
penampang kawat tembaga (m2); L = panjang kawat tembaga (m); D = diameter
medan magnet (m); N = banyaknya lilitan tembaga untuk membuat induksi magnetik.
Data tabel tersebut diatas, diperoleh dengan mencari hubungan antara hukum Ohm,
kawat penghantar dan banyaknya lilitan berdasarkan diameter koin medan magnet ( D
= 3 cm ).
R= ρ
L
R.A
→L=
A
ρ
L=2 π RN
2) Alat Penunjang Membuat Generator Listrik
Alat penghitung banyaknya lilitan
10
Alat penghitung besarnya hambatan, tegangan dan kuat arus
DAFTAR PUSTAKA
HaGe, 2009. “Generator DC”. [23/09/2012 12:19].
Kadek Fendy Sutrisna, 2011. “Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin”,
[06/10/2012 10:55].
Nogrohoadi,
2008. “Pembangkit
Listrik
Tenaga Angin
di
Indonesia”,
[29/02/2012 21:55].
Qtussama, 2012. “Generaor Listrik”.
[ 23/09/2012 12:19 ].
Rahmanta, 2010. Metode Konversi Gelombang Laut.
[21/11/2010 17:05].
Ocean
Wave
Energy.
11
Tonytaufik, 2012. “Kincir Angin 1 Type Savonious”.
[ 09/05/2013 9:18].
Tonytaufik, 2012. “Generator Listrik Sederhana”. [09/05/2013 09:22].
Wikipedia Ensiklopedia bahasa Indonesia, 2012. “Turbin Angin”.
[ 23/09/2011 05:19 ].
Yusufsatya, 2012. “Penggunaan Listrik Tenaga Angin”.
[24/05/2012 23:21]
12