BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan
untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk
mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi,
keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark,
Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Kini turbin angin lebih banyak 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 konvensional (Contoh: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih
dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan
dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Contoh :
batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh
sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan
dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.
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. Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perbedaan
suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah khatulistiwa yang panas,
udaranya menjadi panas, mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan
bergerak ke daerah yang lebih dingin misalnya daerah kutub. Sebaliknya didaerah
kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian
terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara ke
garis khatulistiwa menyusuri permukaan bumi dan sebaliknya, suatu perpindahan
udara dari garis khatulistiwa kemabli ke kutub utara, melalui lapisan udara
yang lebih tinggi.
1.2 Tujuan
1.
Untuk mengetahui bagaimana hubungan antara energi gerak dengan energi listrik
2. Untuk mengetahui
prinsip kerja dari clean energi trainer dengan metode
wind generator
3.
Untuk mngetahui
aplikasi dari generator angin.
BAB II
LANDASAN TEORI
Tidak sesuai
seperti yang bisa dilihat, pelajaran generator arus langsung (DC) harus mulai
dengan sebuah pengetahuan generator arus bolak-balik (AC).Alasan bahwa tegangan
menyebabkan banyak generator DC sudah menjadi sifat bolak-balik dan hanya
menjadi DC setelah itu diralat oleh komutator.
Perputaran karena suatu gaya penggerak eksternal, seperti, sebuah motor.
Sebuah dasar generator AC terdiri dari sebuah lilitan yang berkisar pada 60
rad/menit antara kutub utara dan selatan pada sebuah magnet permanen.Lilitan
dihubungkan ke dua cincin yang kecil mengganjal di atas lubang.Dua cincin yang
kecil dihubungkan ke sebuah muatan eksternal yang berarti x dan y merupakan dua
hal yang tak bergerak.
Karena lilitan berputar, sebuah tegangan diinduksikan antara terminalnya
A dan D. tegangan ini tampak di antara penyeka dan oleh karena itu, melewati
muatan. Tegangan dibangkitkan karena konduktor dari lilitan terpotong melewati
fluks yang diproduksi oleh kutub kutub
utara dan selatan. Tegangan yang
diinduksikan oleh karena maksimum (20 V) ketika lilitan sebentar lagi berada di
posisi horizontal. Tidak ada fluks dipotong ketika lilitan sebentar lagi berada
di posisi vertical; dengan konsekuensi tegangan pada keadaan instan adalah nol.
Fitur lain dari tegangan yang polaritasnya mengubah setiap kali lilitan membuat
setengah belokan. Tegangan didapatkan oleh karena diberikan sebagai sebuah
fungsi sudut putar.Bentuk gelombang mempertahankan bentuk dasar kutub utara dan
selatan.Kita mengasumsikan kutub dirancang untuk membangkitkan gelombang
sinusoidal.
Lilitan dalam contoh kali ini berkisar pada kecepatan yang sama, oleh
karena itu tiap sudut putar berkoresponden menjadi sebuah spesifik interval
waktu. Karena lilitan dapat membuat satu belokan per detik, sudut 360o
berkoresponden menjadi sebuah interval satu detik.Akibatnya, kita juga dapat memberikan
tegangan induksi sebagai suatu fungsi waktu.
Jika penyeka dapat dinyalakan dari satu cincin yang kecil ke setiap kali
polaritas yang lain diubah, kita dapat menghasilkan tegangan polaritas konstan
melewati muatan. Penyeka x akan selalu menjadi positif dan penyeka y negative.
Kita dapat menghasilkan hasil ini oleh sebuah komutator. Sebuah komutator dalam bentuk yang paling
sederhana terdiri dari sebuah cincin
yang kecil yang terputus setengah, dengan tiap segmen disekat dari yang lain
sama seperti dari batangnya.Satu segmen dihubungkan ke lilitan yang terakhir A dan yang lain ke
lilitan terakhir D. Komutator dibuat
dari lilitan dan tegangan di antara segmen diangkut oleh x dan y merupakan dua
hal yang tak bergerak.
Tegangan di antara penyeka x dan y bergetar tetapi tidak pernah mengubah
polaritas.Tegangan bolak-balik di dalam lilitan diralat oleh komutator, yang
mana berperan sebagai suatu
mekanika nyala yang terbalik. Polaritas yang konstan antara penyeka, arus di dalam
muatan eksternal selalu mengalir pada arah yang sama. Mesin ini disebut suatu
generator arus langsung, atau dinamo.
Dasar generator AC dan DC didasari pada pembangunan jalan yang sama.
Dalam kasus ini, sebuah lilitan berputar di antara kutub sebuah magnet dan
suatu tegangan AC yang diinduksikan ke dalam lilitan. Mesin hanya membedakan
cara lilitan yang dihubungkan ke rangkaian eksternal: generator AC membawa
cincin yang kecil sedangkan generator DC membutuhkan komutator. Kadang-kadang
kita membuat mesin kecil yang mana membawa kedua cincin yang kecil dan sebuah
komutator.Seperti mesin yang dapat menstimulasikan fungsi sebagai suatu
generator AC dan DC.
Ketika sebuah generator arus langsung di bawah muatan, beberapa fluks
dasar dan hubungan arus mengambil tempat yang secara langsung dihubungkan ke
proses konversi energi mekanik-listrik. Pertimbangan untuk contoh, suatu
generator dipol yang dikendalikan berlawanan arah dengan jarum jam sambil
mengirimkan arus I ke sebuah muatan.
Arus yang dikirimkan oleh generator juga mengalir melewati semua angker
dinamo konduktor. Jika kita dapat melihat ke dalam mesin, kita akan menemukan
arus yang selalu mengalir dalam arah yang sama pada konduktor yang sebentar
saja berada di bawah suatu kutub N. Sama benarnya untuk konduktor yang sebentar
saja berada di bawah suatu kutub S. namun, arus di bawah kutub N mengalir
berlawanan arah ke bawah suatu kutub S. Angker dinamo konduktor di bawah kutub
S membawa arus yang mengalir ke dalam halaman, menjauh dari pengamat. Sebaiknya,
arus angker dinamo di bawah kutub N mengalir ke luar halaman, ke arah pengamat.
Karena konduktor yang terbaring dalam suatu medan magnetik, ada disubjekkan ke gaya, menurut hokum
Lorentz. Jika kita menguji arah arus mengalir dan arah fluks kita menemukan
bahwa gaya individual F pada seluruh konduktor berperan searah jarum jam.
Efeknya, mereka menghasilkan suatu torsi yang berperan berlawanan dengan arah
yang mana generator dikendalikan.Untuk menjaga generator yang bekerja, kita
harus menggunakan suatu torsi pada batang untuk mengatasi perlawanan torsi
elektromagnetik ini.Hasil daya mekanik dikoversikan ke dalam daya listrik, yang
mana dikirimkan ke muatan generator. Itulah bagaimana proses konversi energi
berganti posisi. (Theodore Wildi, 2002)
Fakta yang
paling signifikan timbul dari analisa angin bumi sebagai suatu sumber energi
listrik yang dayanya diproduksi sebanding dengan kecepatan angin pangkat
tiga.Hasil ini berasal dari energi kinetik angin. Massa udara m dengan
kecepatan V dan densitas ρ mengalir per satuan waktu melewati area A diluakan oleh
bilah sumbu horizontal konvensional turbin angin adalah ρAV. Sehingga, energi
kinetik dari massa udara ini diperoleh sebagai berikut :
Energi kinetik = ½ mV2 = ½ ρ AV3……………………….........……. (2.1)
Seperti yang
ditunjukkan dari teoritis analisa oleh Betz (1919), pecahan maksimum energi
kinetik ini yang dapat diekstrak dari angin adalah 16/27 atau 0,593, jadi
energi keluaran maksimum secara teoritis pada turbin angin diperoleh sebagai
berikut :
Daya keluaran maksimum teoritis = 0,297 ρAV3 ……….........…….…(2.2)
Proses konversi
energi mengatur daya reduksi yang mana bervariasi dengan jenis turbin angin dan
aerogenerator dan yang mana secara kasar sepertiga dari keluaran maksimum
teoritis. Dengan demikian, daya keluaran yang tersedia secara aktual adalah
Daya keluaran yang tersedia = (2/3)0,297ρAV3 ≈0,2ρAV3…...........… (2.3)
Jika diameter
bilah dari sistem rotor adalah D, dengan demikian persamaan (2.3) menjadi
Daya keluaran yang tersedia ≈ 0,05πρD2V3
……….……….…......….. (2.4)
Sehingga, daya
yang tersedia untuk kecepatan angin sebanding dengan pangkat dua diameter
rotor.
Kuantitas tambahan butuh didefinisikan, seperti koefisien daya Cp,
dan keseluruhan koefisien daya Cop,
adalah diperoleh sebagai berikut:
Cp =
…………………………........…….…... (2.5)
Cop =
………………………...…..........…. (2.6)
Koefisien Cop
jadi termasuk ketidakefisienan pada transmisi dan generator.
Hubungan dasar menghasilkan analisa angin
sebagai suatu sumber energi yang dinyatakan dalam persamaan (2.1) melalui
persamaan (2.4).Aspek yang paling jauh dari teori dikembangkan oleh Wilson dan
Lissaman (1974).
Jenis karakteristik tempat daya
angin yang baik dideskripsikan secara rinci oleh Davidson (1964) dan yang
lainnya.Daerah yang besar sekali memberikan beberapa tempat atraktif.Udara
mengalir melewati daerah yang didiskusikan oleh Frenkiel (1962, 1963). Dia
mendefinisikan daerah bukit tinggi terbaik, memberikan angin yang kuat, karena ini
memiliki nilai yang minimum dari gradien kecepatan angin secara vertikal antara
tinggi 10 meter (33 kaki) dan 40 meter (131 kaki). Variasi kecepatan angin
dengan tinggi yang sesuai diekspresikan dengan hubungan di mana daerah
tingkat teratas, nilai p mendekati 0,14 dengan kuat angin. Ini diperlukan
sekali bahwa banya tempat bukit tinggi yang seharusnya suatu nilai p kurang
dari 0,14, dengan lebih baik satu mempunyai nilai kurang dari 0,10, atau saat
kurang dari 0,07. Ini berarti bahwa area bukit tinggi seharusnya kecil dengan
slope keduanya di atas dan di bawah angin antara 1 dari 6 dan 1 dari 3½.
Gradien vertikal rendah angin direkomendasikan untuk keadaan stress minimum
pada bilah rotor, tetapi kecepatan angin dan hembusan yang keras juga
signifikan dan mungkin faktor yang berpengaruh. Suatu gradien minimum vertikal
dari kecepatan angin bisa jadi tidak begitu penting untuk aerogenerator
modern.Frenkiel juga merekomendasikan suatu puncak terisolasi dalam sebuah lembah
yang sumbunya ditarik ke arah angin yang kuat.
Tempat karakteristik yang baik juga dideskripsikan oleh Savino (1974),
dan mungkin meringkaskannya sebagai berikut:
1.
Suatu tempat seharusnya mempunyai kecepatan angin yang
tinggi tiap tahunnya.
2.
Seharusnya tidak ada halangan tinggi untuk suatu mil
atau dua arah melawan angin.
3.
Yang di atas lembut, di sekitar bukit dengan
sepoi-sepoi menuruni suatu daratan datar atau lokasinya berada pada pulau di
dalam suatu danau atau laut adalah sebuah tempat yang baik.
4.
Suatu daratan terbuka atau suatu garis pantai terbuka
mungkin merupakan suatu lokasi terbaik.
5.
Sebuah lembah gunung yang memproduksikan penyalur angin
yang baik.
Savino juga
menambahkan daftar bantuan tentang seleksi tempat dalam bentuk tanda ekologikal
angin yang kuat mempengaruhi tumbuh-tumbuhan. Berikut tanda ekologikal yang
adalah tempat berdaya angin yang baik termasuk:
1.
Arah cabang pohon yang melambai ditiup angin.
2.
Arah condong pohon, di mana batang pohon bengkok secara
permanen mengikuti arah angin.
3.
Pangkasan angin yang menyebabkan pendeknya pohon secara
tidak normal dengan ujung pohon seragam tingginya atau sama rata.
4.
Karpet pohon atau karpet semak, di mana vegetasi tidak
pernah tumbuh melebihi semak-semak.
Daerah yang
berhubungan dengan pantai besar sekali menyediakan beberapa tempat daya angin
yang terbaik.Tempat karakteristik juga didiskusikan oleh Putnam (1948) dan
Golding (1955).
Menurut Golding
dan Stodhart (1949, 1952), potongan informasi tunggal yang paling berharga
bahwa dapat diperoleh tentang sebuah tempat potensial daya angin adalah kurva
durasi angin, yang diperoleh dari kurva kecepatan durasinya. (E.Wendell Hewson, 1998)
Gaya ini haris ditampung oleh poros dan bantalan.
Gaya sentrifugal s yang menginggalkan titik tengah. Bila kipas bentuknya simetrik, semua
gaya sentrifugal s akan saling meniadakan atau resultantenya sama dengan nol. Gaya tangensila t
yang menghasilkan momen, bekerja tegak lurus pada radius dan yang merupakan
gaya produktif.
Penggunaan tenaga angin
diperkirakan dapat dilakukan untuk keperluan – keperluan seperti menggerakkan
pompa air untuk irigasi, tambak ikan/ udang atau untuk mendapatkan air tawar
bagi ternak, menggiling padi untuk memperoleh beras, menggergaji kayu dan membangkitkan
tenaga listrik. Sebaliknya didaerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin
dan turun ke bawah.
Dengan demikian terjadi suatu
perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis
khatulistiwa menyusuri permukaan bumi dan sebaliknya, suatu perpindahan udara
dari garis khatulistiwa kembali
ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Perpindahan udara
seperti ini dikenal sebagai angin pasat. Dengan sendirinya hal yang serupa
terjadi pula antara wilayah khatulistiwa dan kutub seatan.
Untuk pemanfaatan kincir angin
bagi pembangkitan tenaga listrik skala kecil diperlukan sebuah pengatur
tegangan oleh karena kecepatan angin yang berubah – ubah sehingga tegangan juga
berubah. Diperlukan sebuah baterai untuk menyimpan energi karena sering terjadi
angin
tidak bertiup. Bila angin tidak bertiup, perlu
dicegah generator bekerja sebagai motor, oleh karena itu perlu pula sebuah pemutus otomatik.
Sebuah pompa air yang
digerakkan angin dalam bentuk lengkung m3 air per jam sebagai fungsi
kecepatan angin. Daya dari pada kipas
angin sebagai fungsi kecepatan angin untuk tiga macam garis tengah sudu yaitu
5,10 dan 20 meter.
Efisiensi daripada sistem
diperkirakan mencapai 20%. Data mengenai kecepatan angin dikumpulkan di
Indonesia oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika yang dari stasiun – stasiun yang
tersebar. Angka – angka kecepatan angin rata- rata menurut bulan dalam tahun
1974, dalam km/jam di beberapa kota di jawa tercatat. Tinggi pengukuran adalah
10 meter di atas tanah. Dalam tahun 1968 itu oleh Institut Teknologi Bandung
dibuat suatu protipe kincir angin yang dimaksudkan untuk pompa air.
Garid tengah kipas ini adalah 4,2 meter, tinggi menara 42 meter,
kedalaman pompa 15 meter, dan kapasitas 20 m3 sehari. Pompa tersebut
dipasang di pangarasan, jawa tengah. Kecepatan angin yang diukur adalah 12
km/jam, yang kadang- kadang dapat mencapai 40km/jam. Laboratorium Aero
Hidrodinamika juga dari ITB dalam tahun 1973 mengadakan penelitian yang lebih
mendalam. Studi dan percobaan – percobaan dibuat dengan rotor model Darieus,
yang mempunyai poros vertikal kemudian dibuat desain dan kontruksi sebuah
prototipe rotor dengan dua sudu. Bila angin tidak bertiup, perlu dicegah
generator bekerja sebagai motor, oleh karena itu perlu pula sebuah pemutus otomatik. Sebuah pompa air yang digerakkan angin dalam bentuk lengkung m3
air per jam sebagai fungsi kecepatan angin. (Kadir,1995)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan dan Fungsi
1.
Pembangkit tenaga angin
Fungsi : untuk mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik.
2.
Kipas
Fungsi : untuk memberikan daya angin
atau sebagai sumber angin.
3.
2 Kabel (Merah dan Hitam)
Fungsi :untuk menghubungkan
pembangkit tenaga angin ke USB perekam data.
4.
USB Perekam data
Fungsi :untuk merekam data dari
pembangkit tenaga angin.
5.
Kabel USB
Fungsi : untuk menghubungkan USB
perekam data ke komputer.
6.
Komputer yang telah terinstall Clean Energy Trainer
Fungsi : untuk membaca atau
menunjukkan data yang diperoleh dari USB Perekam
data.
3.2 Prosedur Percobaan
1.
Hubungkan pembangkit tenaga angin ke USB perekam data.
2.
Hubungkan USB perekam data ke komputer dengan kabel
USB.
3.
Jalankan perangkat lunak.
4.
Ikuti petunjuk dari perangkat lunak.
5.
Jika perlu, hubungkan kembali dengan pembangkit ke USB
perekam.
6.
Klik pada tab “Wind Generator” (Pembangkit Tenaga
Angin).
7.
Nyalakan kipas.
8.
Pilih mode operasi “Manual Mode” pada perangkat lunak.
9.
Ulangi percobaan dengan memvariasikan jumlah
baling-baling kipas.
10. Catat
data yang diperoleh.
DAFTAR PUSTAKA
Hewson,E.
Wendell. 1998. “ENERGY TECHNOLOGY HANDBOOK”. New York :
Mc.GrawHill, Inc.
Pages : 142-143, 155-157
Kadir,A.1995.”ENERGI ”.Edisi kedua. Jakarta:
Universitas Indonesia-Press
Halaman: 216- 231
Wildi,Theodore.
2002. “ELECTRICAL MACHINES, DRIVES, AND POWER SYSTEMS”.
Fifth Edition. New Jersey :
Pearson Education, Inc.
Pages : 71-77
Tidak ada komentar:
Posting Komentar