Laporan Fisika Energi PLTA (1)
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
I.
Latar Belakang
Pemanfaatan energi yang ada di bumi akan terbuang sia-sia apabila tidak
digunakan dengan cara yang efisien, salah satu energi yang ada di bumi adalah
energi angin. Angin adalah udara yang bergerak sebagai akibat adanya perbedaan
tekanan udara. Angin mengalir dari tempat dengan tekanan udara tinggi ke tempat
dengan tekanan udara rendah. Kecepatan angin dapat diperkirakan dari
pengamatan atau spesifikasi kejadian alam.
Salah satu implementasi energi angin dalam kehidupan sehari-hari adalah
turbin angin, dimana turbin angin akan mengkonversi energi gerak menjadi energi
listrik. Dengan pemanfaatan energi tersebut maka akan dapat diketahui efisiensi
dari konversi energinya.
Efisiensi merupakan salah satu langkah dalam pelaksanaan konservasi
energi. Efisiensi energi adalah istilah umum yang mengacu pada penggunaan
energi lebih sedikit untuk menghasilkan jumlah layanan atau output berguna yang
sama. Dalam pandangan masyarakat umum kadang kala efisiensi energi diartikan
juga sebagai penghematan energi.
Dengan mengetahui prinsip kerja dan konversi energi secara lebih detail
serta dapat menghitung nilai efisiensinya maka energi yang ada tidak akan
terbuang sia-sia. Oleh sebab itu, dalam makalah ini penulis membuat peragaan
konversi turbin angin dengan pembuatan alat peraga yang diberi judul
“Pembangkit Listrik Tenaga Angin Sederhana”.
II.
Dasar Teori
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. (Sears dan Zemannsky.
2002)
1
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
Pengertian konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari yang satu
menjadi bentuk energi lain. Textbook buku fisika tentang hukum konservasi
energi mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan (dibuat) ataupun di
musnahkan akan tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk
lainnya. Dalam kamus Bahasa Indonesia, konversi adalah perubahan di satu
sistem pengetahuan ke sistem yang lain perubahan pemilikan atas suatu benda,
tanah, dan sebagainya, perubahan suatu bentuk (rupa, dsb) kebentuk (rupa, dsb)
yang lain. (P. Kharisma. 2011)
Sistem konversi energi angin (SKEA) merupakan suatu sistem yang
bertujuan untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik poros
turbin untuk kemudian diubah lagi oleh generator menjadi energi listrik. Dengan
menggunakan turbin angin, energi angin bisa dirubah menjadi energi listrik. Pada
bagian ini dibahas tentang turbin angin sumbu vertikal (VAWT).Turbin angin
sumbu vertikal adalah turbin angin yang memiliki gerakan sudu sejajar dengan
arah angin. Turbin angin jenis ini memiliki struktur yang lebih sederhana. Turbin
angin sumbu vertikal adalah turbin angin yang dapat digunakan pada kecepatan
angin yang bervariasi dengan arah yang berbeda-beda. Tidak seperti turbin angin
sumbu horizontal, turbin angin jenis ini memiliki kecepatan putar yang rendah
dengan torka yang tinggi. (A. Buxamusa. 2010)
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada
generator arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang
digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator). Komutator
menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa komutasi merubah arus yang
dihasilkan generator menjadi searah. (Marsudi, Djiteng. 2005)
2
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
(Elektronika Dasar. 2012)
III.
Metodologi Penelitian
ALAT DAN BAHAN
1. Keping CD Bekas
2. Lem
3. Styrofoam
4. Gunting
5. Kardus
6. Dinamo
7. LED
8. Kertas bekas
9. Staples
10. Kabel Penghubung
11. Multimeter
12. Cutter
13. Korek api
1 buah
1 buah
Secukupnya
1 buah
Secukupnya
1 buah
1 buah
Secukupnya
1 buah
Secukupnya
1 buah
1 buah
1 buah
Cara kerja :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Gulung kertas sekecil mungkin untuk penyangga kincir angin.
Kemudian rekatkan dengan lem.
Potong kardus berbentuk persegi panjang rangkap dua.
Setelah itu di staples.
Potong styrofoam berbentuk kubus untuk pondasi kincir angin.
Susun gulungan kertas dengan menancapkannya pada styrofoam kemudian
dilakban.
7. Potong kepingan CD dari 4 sisi untuk membentuk baling-baling.
8. Panaskan kepingan CD dengan di bakar perlahan-lahan kemudian ditarik ke
samping dan dibentuk menjadi baling-baling.
9. Kemudian kepingan CD tersebut di masukkan ke dalam dinamo setelah itu di
lem.
10. Pasang kabel padamasing-masing kutub positif dan negatif dinamo.
11. Pasangkan rangka pembungkus dinamo dengan penyangga.
3
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
12. Hubungkan kutub positif dan dinamo kabel dengan kutub positif dan dinamo
LED.
13. Pasangkan kincir pada poros dinamo.
IV.
Perhitungan dan Pembahasan
Pada percobaan pembangkit listrik angin sederhana yang telah dilakukan
bertujuan untuk mengetahui proses konversi energi pada pembangkit listrik tenaga
angin (PLTA) sederhana dan menghitung efisiensi dari pembangkit listrik tenaga
angin. Alat dan bahan yang digunakan yaitu keping bekas CD yang digunakan
sebagai baling-balingnya. Keping CD ini dipakai karena mudah di dapat, terbuat
dari bahan plastik, perlu waktu lama untuk terurai, berbentuk lingkaran sempurna
( dapat berputar dengan stabil pada titik poros).Setelah itu lem yang digunakan
untuk merekatkan dinamo dengan kepingan CD, Styrofoam digunakan untuk
pondasi kincir angin, gunting digunakan untuk memotong kepingan CD, Kardus
digunakan untuk alas pondasi kincir angin, Dinamo digunakan untuk mengubah
energi kinetik menjadi energi listrik, LED sebagai indikator adanya energi listrik
pada konversi energi saat turbin angin berputar. Hal ini ditandai dengan
menyalanya lampu LED. Setelah itu, kertas bekas digunakan untuk penyangga
kincir angin, staples digunakan untuk merekatkan pada kardus bekas, kabel
penghubung digunakan untuk menghubungkan lampu LED dengan dinamo,
multimeter digital digunakan untuk mengetahui besarnya tegangan yang
dihasilkan pada komponen, Cutter digunakan untuk memotong styrofoam dan
korek api yang digunakan untuk memanasi kepingan CD yang dibuat agar mudah
untuk di bengkokkan.
Dalam percobaan ini digunakan dinamo DC yang berfungsi untuk
mengubah energi kinetik menjadi enegri listrik. Prinsip dari dinamo yaitu di
dasarkan pada hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada
pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan
terbentuk gaya gerak listrik.
Setelah pembangkit listrik tenaga angin yang dibuat selesai, kemudian diuji
dengan menggunakan angin. Pada percobaan ini untuk menghidupkan LED
dibutuhkan tenaga angin sehingga membutuhkan tenaga angin yang besar.
4
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
Kemudian digunakan bantuan sepeda motor yang digunakan untuk menggerakkan
kincir angin. Sepeda motor dijalankan kemudian alat tersebut di pegang. Disini di
asumsikan kecepatan anginnya sebesar 11,11 m/s (sudah dikonversi dari km/jam
ke m/s) yang dapat dilihat di speedometer sepeda motor. Setelah itu tegangan
yang diperoleh dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
No
v(m/s
V
1
)
11,11
(Volt)
2,134
2,139
2,143
2,139
Rata
-rata
Nilai penampang kincir angin
Diketahui diameter ( d = 12 cm)
Maka luas penampangnya = 1/4πd2
= ¼ (3.14)(12 cm) 2
= 113,04 cm2
= 0,011304 m 2
Pin= kAv3
= 1,37 x 10 -5 x 11,304 x 10 -3 m 2 x (11,11) 3 m/s
= 2,123 x 10 -4 watt
Pout = V2 /R
= (2,319) 2 / 152300
= 3,53 x 10 -5 watt
Sehingga di dapatkan efisiensinya
η=Pout / Pin x 100%
= 3,53 x 10 -5 watt / 2,123 x 10 -4 watt
5
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
= 16,6 %
Efisiensi yang diperoleh kecil, hal ini dikarenakan pada saat pengambilan
data tegangan, dikarenakan :
1. Penggunaan kecepatan angin tidak tepat karena seharusnya menggunakan
anemometer sehingga menyebabkan data yang diperoleh tidak akurat. Selain itu
pada saat pengambilan data tegangan tidak mungkin tidak ada pengaruh dari angin
luar (kecepatan angin unstabil).
2. Pembuatan kincir angin dengan 4 sisi yang tidak efisien karena dengan 4 sisi
maka angin yang dihasilkan tidak maksimal.
3. Multimeter digital yang digunakan fluktuatif sehingga menyebabkan kurang teliti
dalam mengambil data.
V.
Kesimpulan
1. Dengan menggunakan turbin angin, energi angin bisa dirubah menjadi energi
listrik.
2. Besar nilai efisiensi yang diperoleh dari eksperimen alat peraga turbin angin
adalah sebesar 16,6 %
VI.
Daftar Pustaka
1. Kadir, Abdul. 1995. Energi: Sumber daya, inovasi, tenaga listrik dan potensi
ekonomi. Jakarta : UI
2. Prasetyo,E. 1996. Fisika energi, seri diktat kuliah Gunadarma. Depok:
Universitas Gunadarma
3. Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta : Erlangga
4. Sears dan Zemannsky. 2002. Fisika Universitas edisi ke 10 Jilid I. Jakarta :
Erlangga
6
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
5.
P. Kharisma. 2011. Konversi Energi. Diakses pada tanggal 1 Juni 2015. Pukul
08:45WIB.Sumber:repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/30874/4/Chapter
%20II.pdf
6. A. Buxamusa. 2010.Wind Flow Analysis and Modelling Power Generator for a
Multiple Wind Turbine Installation. M.S. Thesis, Ohio : Youngstown State
University
7. Elektronika Dasar. 2012. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/prinsipkerja-motor-dc/.Di akses pada tanggal 4 Juni 2015. Pukul 11.54 WIB
7
FISIKA ENERGI
I.
Latar Belakang
Pemanfaatan energi yang ada di bumi akan terbuang sia-sia apabila tidak
digunakan dengan cara yang efisien, salah satu energi yang ada di bumi adalah
energi angin. Angin adalah udara yang bergerak sebagai akibat adanya perbedaan
tekanan udara. Angin mengalir dari tempat dengan tekanan udara tinggi ke tempat
dengan tekanan udara rendah. Kecepatan angin dapat diperkirakan dari
pengamatan atau spesifikasi kejadian alam.
Salah satu implementasi energi angin dalam kehidupan sehari-hari adalah
turbin angin, dimana turbin angin akan mengkonversi energi gerak menjadi energi
listrik. Dengan pemanfaatan energi tersebut maka akan dapat diketahui efisiensi
dari konversi energinya.
Efisiensi merupakan salah satu langkah dalam pelaksanaan konservasi
energi. Efisiensi energi adalah istilah umum yang mengacu pada penggunaan
energi lebih sedikit untuk menghasilkan jumlah layanan atau output berguna yang
sama. Dalam pandangan masyarakat umum kadang kala efisiensi energi diartikan
juga sebagai penghematan energi.
Dengan mengetahui prinsip kerja dan konversi energi secara lebih detail
serta dapat menghitung nilai efisiensinya maka energi yang ada tidak akan
terbuang sia-sia. Oleh sebab itu, dalam makalah ini penulis membuat peragaan
konversi turbin angin dengan pembuatan alat peraga yang diberi judul
“Pembangkit Listrik Tenaga Angin Sederhana”.
II.
Dasar Teori
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. (Sears dan Zemannsky.
2002)
1
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
Pengertian konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari yang satu
menjadi bentuk energi lain. Textbook buku fisika tentang hukum konservasi
energi mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan (dibuat) ataupun di
musnahkan akan tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk
lainnya. Dalam kamus Bahasa Indonesia, konversi adalah perubahan di satu
sistem pengetahuan ke sistem yang lain perubahan pemilikan atas suatu benda,
tanah, dan sebagainya, perubahan suatu bentuk (rupa, dsb) kebentuk (rupa, dsb)
yang lain. (P. Kharisma. 2011)
Sistem konversi energi angin (SKEA) merupakan suatu sistem yang
bertujuan untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik poros
turbin untuk kemudian diubah lagi oleh generator menjadi energi listrik. Dengan
menggunakan turbin angin, energi angin bisa dirubah menjadi energi listrik. Pada
bagian ini dibahas tentang turbin angin sumbu vertikal (VAWT).Turbin angin
sumbu vertikal adalah turbin angin yang memiliki gerakan sudu sejajar dengan
arah angin. Turbin angin jenis ini memiliki struktur yang lebih sederhana. Turbin
angin sumbu vertikal adalah turbin angin yang dapat digunakan pada kecepatan
angin yang bervariasi dengan arah yang berbeda-beda. Tidak seperti turbin angin
sumbu horizontal, turbin angin jenis ini memiliki kecepatan putar yang rendah
dengan torka yang tinggi. (A. Buxamusa. 2010)
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada
generator arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang
digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator). Komutator
menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa komutasi merubah arus yang
dihasilkan generator menjadi searah. (Marsudi, Djiteng. 2005)
2
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
(Elektronika Dasar. 2012)
III.
Metodologi Penelitian
ALAT DAN BAHAN
1. Keping CD Bekas
2. Lem
3. Styrofoam
4. Gunting
5. Kardus
6. Dinamo
7. LED
8. Kertas bekas
9. Staples
10. Kabel Penghubung
11. Multimeter
12. Cutter
13. Korek api
1 buah
1 buah
Secukupnya
1 buah
Secukupnya
1 buah
1 buah
Secukupnya
1 buah
Secukupnya
1 buah
1 buah
1 buah
Cara kerja :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Gulung kertas sekecil mungkin untuk penyangga kincir angin.
Kemudian rekatkan dengan lem.
Potong kardus berbentuk persegi panjang rangkap dua.
Setelah itu di staples.
Potong styrofoam berbentuk kubus untuk pondasi kincir angin.
Susun gulungan kertas dengan menancapkannya pada styrofoam kemudian
dilakban.
7. Potong kepingan CD dari 4 sisi untuk membentuk baling-baling.
8. Panaskan kepingan CD dengan di bakar perlahan-lahan kemudian ditarik ke
samping dan dibentuk menjadi baling-baling.
9. Kemudian kepingan CD tersebut di masukkan ke dalam dinamo setelah itu di
lem.
10. Pasang kabel padamasing-masing kutub positif dan negatif dinamo.
11. Pasangkan rangka pembungkus dinamo dengan penyangga.
3
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
12. Hubungkan kutub positif dan dinamo kabel dengan kutub positif dan dinamo
LED.
13. Pasangkan kincir pada poros dinamo.
IV.
Perhitungan dan Pembahasan
Pada percobaan pembangkit listrik angin sederhana yang telah dilakukan
bertujuan untuk mengetahui proses konversi energi pada pembangkit listrik tenaga
angin (PLTA) sederhana dan menghitung efisiensi dari pembangkit listrik tenaga
angin. Alat dan bahan yang digunakan yaitu keping bekas CD yang digunakan
sebagai baling-balingnya. Keping CD ini dipakai karena mudah di dapat, terbuat
dari bahan plastik, perlu waktu lama untuk terurai, berbentuk lingkaran sempurna
( dapat berputar dengan stabil pada titik poros).Setelah itu lem yang digunakan
untuk merekatkan dinamo dengan kepingan CD, Styrofoam digunakan untuk
pondasi kincir angin, gunting digunakan untuk memotong kepingan CD, Kardus
digunakan untuk alas pondasi kincir angin, Dinamo digunakan untuk mengubah
energi kinetik menjadi energi listrik, LED sebagai indikator adanya energi listrik
pada konversi energi saat turbin angin berputar. Hal ini ditandai dengan
menyalanya lampu LED. Setelah itu, kertas bekas digunakan untuk penyangga
kincir angin, staples digunakan untuk merekatkan pada kardus bekas, kabel
penghubung digunakan untuk menghubungkan lampu LED dengan dinamo,
multimeter digital digunakan untuk mengetahui besarnya tegangan yang
dihasilkan pada komponen, Cutter digunakan untuk memotong styrofoam dan
korek api yang digunakan untuk memanasi kepingan CD yang dibuat agar mudah
untuk di bengkokkan.
Dalam percobaan ini digunakan dinamo DC yang berfungsi untuk
mengubah energi kinetik menjadi enegri listrik. Prinsip dari dinamo yaitu di
dasarkan pada hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada
pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan
terbentuk gaya gerak listrik.
Setelah pembangkit listrik tenaga angin yang dibuat selesai, kemudian diuji
dengan menggunakan angin. Pada percobaan ini untuk menghidupkan LED
dibutuhkan tenaga angin sehingga membutuhkan tenaga angin yang besar.
4
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
Kemudian digunakan bantuan sepeda motor yang digunakan untuk menggerakkan
kincir angin. Sepeda motor dijalankan kemudian alat tersebut di pegang. Disini di
asumsikan kecepatan anginnya sebesar 11,11 m/s (sudah dikonversi dari km/jam
ke m/s) yang dapat dilihat di speedometer sepeda motor. Setelah itu tegangan
yang diperoleh dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
No
v(m/s
V
1
)
11,11
(Volt)
2,134
2,139
2,143
2,139
Rata
-rata
Nilai penampang kincir angin
Diketahui diameter ( d = 12 cm)
Maka luas penampangnya = 1/4πd2
= ¼ (3.14)(12 cm) 2
= 113,04 cm2
= 0,011304 m 2
Pin= kAv3
= 1,37 x 10 -5 x 11,304 x 10 -3 m 2 x (11,11) 3 m/s
= 2,123 x 10 -4 watt
Pout = V2 /R
= (2,319) 2 / 152300
= 3,53 x 10 -5 watt
Sehingga di dapatkan efisiensinya
η=Pout / Pin x 100%
= 3,53 x 10 -5 watt / 2,123 x 10 -4 watt
5
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
= 16,6 %
Efisiensi yang diperoleh kecil, hal ini dikarenakan pada saat pengambilan
data tegangan, dikarenakan :
1. Penggunaan kecepatan angin tidak tepat karena seharusnya menggunakan
anemometer sehingga menyebabkan data yang diperoleh tidak akurat. Selain itu
pada saat pengambilan data tegangan tidak mungkin tidak ada pengaruh dari angin
luar (kecepatan angin unstabil).
2. Pembuatan kincir angin dengan 4 sisi yang tidak efisien karena dengan 4 sisi
maka angin yang dihasilkan tidak maksimal.
3. Multimeter digital yang digunakan fluktuatif sehingga menyebabkan kurang teliti
dalam mengambil data.
V.
Kesimpulan
1. Dengan menggunakan turbin angin, energi angin bisa dirubah menjadi energi
listrik.
2. Besar nilai efisiensi yang diperoleh dari eksperimen alat peraga turbin angin
adalah sebesar 16,6 %
VI.
Daftar Pustaka
1. Kadir, Abdul. 1995. Energi: Sumber daya, inovasi, tenaga listrik dan potensi
ekonomi. Jakarta : UI
2. Prasetyo,E. 1996. Fisika energi, seri diktat kuliah Gunadarma. Depok:
Universitas Gunadarma
3. Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta : Erlangga
4. Sears dan Zemannsky. 2002. Fisika Universitas edisi ke 10 Jilid I. Jakarta :
Erlangga
6
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
FISIKA ENERGI
5.
P. Kharisma. 2011. Konversi Energi. Diakses pada tanggal 1 Juni 2015. Pukul
08:45WIB.Sumber:repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/30874/4/Chapter
%20II.pdf
6. A. Buxamusa. 2010.Wind Flow Analysis and Modelling Power Generator for a
Multiple Wind Turbine Installation. M.S. Thesis, Ohio : Youngstown State
University
7. Elektronika Dasar. 2012. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/prinsipkerja-motor-dc/.Di akses pada tanggal 4 Juni 2015. Pukul 11.54 WIB
7