dadi fiks ta KU
Transcript of dadi fiks ta KU
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
1/54
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
2/54
sering terkendala besarnya in&estasi dan jangka $aktu pembangunan yang lama
pada pusatpusat tenaga listrik dibandingkan pembangunan industry yang lain
maka perlu diusahakan agar dapat memenuhi kebutuhan tenaga listrik tepat pada
$aktunya. 'engan kata lain pembangunan bidang kelistrikan harus dapat
mengimbangi kebutuhan tenaga listrik yang akan terus meningkat tiap tahunnya.
Pembangkit listrik yang dimiliki oleh PLN se!ara umum menggunakan energi
yang termasuk tidak terbaharui, !ontoh ( batubara, BBM. )ntuk memenuhi
kebutuhan energi listrik yang terus meningkat itulah, diperlukan pembangkit
tenaga listrik dengan meman*aatkan sumber daya alam yang ada +energi
terbarukan. PL-B +Pembangkit Listrik -enaga Bayu adalah pembangkit tenaga
listrik dengan sumber energi terbarukan. "al ini dilihat dari segi ekonomis dan
keamanan.
Pengembangan PL-B +Pembangkit Listrik -enaga Bayu sangat !o!ok
untuk daerah terpen!il atau pedesaan yang pada umumnya masih banyak terdapat
sumber daya bayu terutama daerah yang masih banyak ditumbuhi pepohonan
ataupun tempat terbuka.
PL-B mempunyai keuntungan utama karena si*atnya terbarukan. "al ini
berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya bayu yang
berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar *osil.
da beberapa ma!am turbin angin tipe &ertikal, salah satunya adalah
turbin tipe orlo&. /alah satu keunggulan dari turbin ini adalah e*isiensinya lebih
tinggi dibandingkan dengan turbin yang sejenis. -urbin ini sangat !o!ok untuk
aplikasi skala ke!il. /elain itu juga pergerakan turbin tidak tergantung pada arah
mata angin
2
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
3/54
'ari uraian di atas maka penulis mengambil laporan akhir dengan judul
“Rancang Bangun Turbin Angin Prs !ertikal Ti"e #rl$ %ebagai
Prtti"e M&el PLT Ba'u &i Pliteknik Negeri Malang.(
1.) Ru*usanMasalah
/esuai dengan latar belakang yang telah di uraikan, pembahasan ini akan
lebih ditekankan pada(
a. Bagaimana !ara meran!ang turbin bayu poros &ertikal tipe orlo& sebagai
prototipe model PL-B bayu di Polteknik Negeri Malang
b. Bagaimana unjuk kinerja turbin bayu poros &ertikal tipe orlo& sebagai
prototipe model PL-B bayu di Polteknik Negeri Malang
!. Bagaimana karakteristik turbin bayu poros &ertikal tipe orlo& sebagai
prototipe model PL-B bayu di Polteknik Negeri Malang
1.+ Pe*batasanMasalah
gar pembatasan ini lebih terarah sesuai dengan perumusan masalah maka
pembahasan dibatasi padahal 1 hal berikut(
a. Model turbine sumbu &ertikal yang digunakan dalam tugas akhir ini
adalah jenis orlo& +"eli!al Blade
b. -idak dilakukan perhitungan terhadap si*atsi*at bahan serta e*ek dari
getaran.
!. Model blade yang digunakan pada trubin ini adalah aero*oil dengan tipe
N2 0034 dengan jumlah blade 5+tiga.
d. Penulis tidak membahas tentang perhitungan sistem kelistrikan.
e. Penulis tidak membahas tentang perhitugan N2
1., Tu-uan
-ujuan dari penulisan laporan akhir ini adalah(
3
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
4/54
a. Mengetahui !ara meran!ang turbin poros &ertikal tipe orlo& sebagai
prototipe model PL-B bayu di Polteknik Negeri Malang
b. Mengetahui unjuk kinerja turbin poros &ertikal tipe orlo& sebagai
prototipe model PL-B bayu di Polteknik Negeri Malang
!. Mengetahui karakteristik turbin poros &ertikal tipe orlo& sebagai
prototipe model PL-B bayu di Polteknik Negeri Malang
1. %iste*atikaPenulisan
'alam pengerjaan penulisan Laporan khir ini, agar pembahasan tidak
menyimpang dari prosedur yang telah ditetapkan, oleh karena itu pembahasan
dilakukan semaksimal mungkin dalam menyelesaikan Laporan khir ini sehingga
dapat tersusun Laporan khir dengan judul seperti disebutkan dimuka yang berisi
pokokpokok bahasan seperti berikut (
BB 3. P6N'")L)N
Membahas tentang pendahuluan yang berisi latar belakang, rumusan
masalah, batasan masalah, tujuan, dan sistematika penulisan.
BB 7. LN'/N -68I
Membahas tentang dasar teori yang sesuai dan materi 1 materi yang
dibutuhkan untuk pengerjaan proyek
BB 5. M6-8'8L8I
Membahas tentang tempat pelaksanaan proyek, persiapan alat dan bahan,
serta diagram alir pengerjaan.
BB :. NLI/
Membahas tentang pembuatan dan penentuan material yang digunakan
dalam peren!anaan ini.
4
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
5/54
BB ;. P6N)-)P
Penutup berisi tentang kesimpulan dan saransaran dari Laporan khir ini,
sa!ara ringkas dan jelas.
BAB II
TIN/AUAN PU%TA0A
5
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
6/54
).1 Dasar Teri PLTB
).1.1 %e-arah Pe*anaatan Energi Angin
'ua ribu tahun yang lalu manusia sudah dapat meman*aatkan energi
angin untuk usaha sederhana.Beratusratus tahun kemudian energi angin itu
menjadi semakin jelas peman*aatannya.#apal ke!il dan besar dapat mengarungi
lautan luas dengan bantuan energi angin yang meniup layar kapal. ngin
merupakan udara yang bergerak, udara yang berpindah tempat,mengalir dari
tempat yang dingin ke tempat yang panas dan dari tempat yang panas mengalir ke
tempat yang dingin, demikian terusmenerus.ngin adalah proses alam yang
berlaku se!ara skala ke!il dan skala besar, se!ara lingkup daerah dan dunia. 'i
lapisan atmos*ir ba$ah udara dingin mengalir dari daerah kutub menuju daerah
khatulisti$a dan di lapisan atmos*ir atas udara hangat mengalir dari khatulisti$a
menuju daerah kutub.ngin merupakan suatu energi alam yang berlimpah adanya
di bumi yang juga merupakan energi yang murah serta tak pernah habis.6nergi
angin telah lama dikenal dan diman*aatkan oleh manusia. dapun
peman*aatannya antara lain (
3. Pemompaan air untuk keperluan rumah tangga dan pertanian.
7. Melaksanakan kegiatan pertanian, seperti menggiling jagung, menggiling
tepung, tebu.
5. Membangkitkan tenaga listrik khususnya untuk Pembangkit Listrik -enaga
ngin terutama untuk daerah yang belum terjangkau oleh PLN.
).1.) Asal Energi Angin
/emua energi yang dapat diperbaharui dan bahkan energi pada bahan
bakar*osil ke!uali energi pasang surut dan panas bumi berasal dari
6
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
7/54
Matahari.Matahari meradiasi 3,uli 394:. )dara panas
lebih ringan daripada udara dingin dan akan naik keatas sampai men!apai
ketinggian sekitar 30 kilometer dan akan tersebar ke arah utaradan selatan.
>ika Bumi tidak berotasi pada sumbunya, maka udara akan tiba di kutub
utaradan kutub selatan, turun ke permukaan lalu kembali ke khatulisti$a. )dara
yang bergerak inilah yang merupakan energi yang dapat diperbaharui, yang dapat
digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya dapat menghasilkan listrik.
).1.+ Prses Ter-a&in'a Angin
ngin terjadi bila terdapat pemanasan permukaan bumi yang tak sama
olehsinar matahari. 'isiang hari udara di atas lautan relati lebih dingin daripada
daratan./inar matahari menguapkan air lautan dan diserap lautan.Penguapan dan
7
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
8/54
obsorsisinar matahari di daratan kurang sehingga udara di atas daratan lebih
panas.'engan demikian udara di atas mengembang,jadi ringan dan naik ke atas.
)dara dingin yang lebih berat turun mengisi kekurangan udara di daratan,
maka terjadilah aliran udara yang disebit angin dari lautan ke daratan tepi
pantai.'imalam hari peristi$a yang sebaliknya terjadi, angin di permukaan laut
mengalir daripantai ke tengah lautan dan peristi$a inilah yang diman*aatkan oleh
para nelayanuntuk men!ari ikan di lautan.ngin di lereng gunung juga terjadi
demikian.Padasekitar pun!ak pegunungan lebih dulu panas dibandingkan dengan
daerah lembah.#arena perbedaan panas ini sehingga menimbulkan perbedaan
tekanan yang akhirnyatimbul angin biasa yang disebut angin lembah dan angin
gunung. Beberapa karakteristik angin (
. Angin Darat2Laut
@ilayah Indonesia merupakan daerah kepulauan dengan luas lautan lebih
besar dari daratan.ngin daratlaut disebabkan karena daya serap panas yang
berbeda antara daratan dan lautan. Perbedaan karakteristik laut dan darat tersebut
menyebabkan angin di pantai akan bertiup se!ara kontinyu.
. Angin 3rgrai
ngin orogra*i merupakan angin yang dipengaruhi oleh perbedaan
tekanan antara permukaan tinggi dengan permukaan rendah +angin gunung dan
8
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
9/54
angin lembah.Pada pagi sampai menjelang siang hari, bagian lereng atau
punggung pegunungan lebih dahulu disinari matahari bila dibandingkan dengan
$ilayah lembah.kibatnya, $ilayah lereng lebih !epat panas dan mempunyai
tekanan udara yang rendah, sedangkan suhu udara di daerah lembah masih relati*
dingin sehingga mempunyai tekanan udara yang tinggi. Maka massa udara
bergerak dari lembah ke lereng atau ke bagian punggung gunung. Massa udara
yang bergerak ini disebut sebagai angin lembah.
Pada malam hari, suhu udara di $ilayah gunung sudah sedemikian
rendah sehingga terjadi pengendapan massa udara padat dari $ilayah gunung ke
lembah yang masih relati* lebih hangat. erakan udara inilah yang disebut angin
gunung.
/yarat 1 syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk
menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel 7.3 dan 7.7 berikut.
-abel 7.3 -abel #ondisi ngin
Tabel kondisi angin
Kela
s
Angi
n
Kecepatan Angin
m/d
Kecepatan Angin
km/jam
Kecepatan
Angin
knot/jam
1 0.3 1.5 1 5.4 0.58 ! 2."2
2 1.6 ! 3.3 5.5 ! 11." 3.11 ! 6.423 3.4 ! 5.4 12.0 1".5 6.61 ! 10.54 5.5 ! 7." 1".6 ! 28.5 10.7 ! 15.45 8.0 ! 10.7 28.6 ! 38.5 15.6 ! 20.86 10.8 ! 13.8 38.6 ! 4".7 21 ! 26.87 13." ! 17.1 4".8 ! 61.5 27.0 ! 33.3
8 17.2 ! 20.7 61.6 ! 74.5 33.5 ! 40.3
" 20.8 ! 24.4 74.6 ! 87." 40.5 ! 47.510 24.5 ! 28.4 88.0 ! 102.3 47.7 ! 55.311 28.5 ! 32.6 102.4 ! 117.0 55.4 ! 63.4
12 #32.6 #118 63.4
"
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
10/54
-abel 7.7 -ingkat #e!epatan ngin 30 Meter di atas Permukaan -anah
Kelas
Angin
Kecepatan
Angin m/d
Kondisi Alam $a%atan
1 0.00 ! 0.02
2 0.3 0 ! 1.5 Asap tenang& asap l'%'s ke atas3 1.6 ! 3.3 Asap be%ge%ak mengik'ti a%a(
mata angin4 3.4 ! 6.4 )aja( te%asa ada angin& da'n
da'n be%go*ang pelan& pet'nj'k
a%a( angin be%ge%ak5 5.5 ! 7." $eb' jalan& ke%tas bete%bangan&
%anting dan po(on be%go*ang
6 8.0 ! 10.7 +anting po(on be%go*ang&bende%a be%kiba%
7 10.8 ! 13.8 +anting besa% be%go*ang& ai%
plamp'n be%ombak kecil8 13." ! 17.1 ,j'ng po(on melengk'ng&
(emb'san angin be%asa di
telinga" 17.2 ! 20.7 $apat memata(kan %anting
po(on& jalan te%asa be%at
mela-an a%a( angin
10 20.6 ! 24.4 $apat memata(kan %antingpo(on& %'ma( %obo(
11 24.5 ! 28.4 $apat me%obo(kan po(on&
menimb'lkan ke%'sakan12 28.5 ! 32.6 enimb'lkan ke%'sakan pa%a(13 32.7 ! 36." To%nado
ngin kelas 5 adalah batas minimum dan angin kelas 4 adalah batas
maksimum energi angin yang dapat diman*aatkan untuk menghasilkan energi
listrik.
).1., Turbin Angin %ebagai Alternati Pe*bangkit Listrik
Menurunnya tinggi muka air di berbagai bendungan terutama
yangdiman*aatkan sebagai sumber pembangkit listrik tenaga air PL- telah
menurunkanpasokan listrik di >a$a hingga ;00 mega$att./ebagai salah satu
10
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
11/54
sumber pemasoklistrik, PL- bersama pembangkit listrik tenaga uap PL-) dan
pembangkit listrik tenaga gas PL- memang memegang peran penting terhadap
ketersediaan listrikterutama di >a$a, Madura, dan Bali.6nergi angin yang
sebenarnya berlimpah diIndonesia ternyata belum diman*aatkan sebagai alternati*
penghasil listrik.Padahal, diberbagai negara, peman*aatan energi angin sebagai
sumber energi alternati* nonkon&ensional sudah semakin mendapatkan
perhatian."al ini tentu saja didorong oleh kesadaran terhadap timbulnya krisis
energi dengan kenyataan bah$a kebutuhan energi terus meningkat sedemikian
besarnya. 'i samping itu, angin merupakan sumber energi yang tak ada habisnya
sehingga peman*aatan sistem kon&ersi energi angin akan berdampak positi*
terhadap lingkungan.
).1. Prinsi" 0er-a Pe*bangkit Listrik Tenaga Ba'u
ngin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit
Listrik -enaga ngin mengkon&ersikan energi angin menjadi energi listrik dengan
menggunakan turbin angin atau kin!ir angin. 2ara kerjanya !ukup sederhana,
energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada
generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi
listrik. 6nergi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam batere sebelum dapat
diman*aatkan.
/esuai susunan dan *ungsi dari beberapa komponen penting dalam turbin
pembangkit listrik tersebut, maka dapat diuraikan tugas dan *ungsinya masing
masing.
3. Blades +Bilah #ipas( #ebanyakan turbin angin mempunyai 7 atau 5 bilah
kipas angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar.
11
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
12/54
7. otor( Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor -o$er +Menara(
Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, ataupun rangka besi. #arena
ken!angnya angin bertambah dengan seiring dengan bertambahnya
ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga angin yang
didapat.
5. Pit!h +/udut Bilah #ipas( Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai
dengan ke!epatan rotor yang dikehendaki. -ergantung kondisi angin yang
terlalu rendah atau terlalu ken!ang.
:. Brake +em( /uatu rem !akram yang dapat digerakkan se!ara mekanis
dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau
saat keadaan darurat.
;. Lo$speed sha*t +Poros Puutaran endah( Poros turbin yang berputar
kirakira 50A0 rpm.
A. ear bo= +oda igi( oda gigi menaikkan putaran dari 50A0 rpm
menjadi sekitar 30003400 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar
yang disyaratkan untuk memutar generator listrik.
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
13/54
37. "ighspeed sha*t +Poros Putaran -inggi( Ber*ungsi untuk menggerakkan
generator.
35. -o$er +Menara
-urbin angin adalah bagian dari sistem yang lebih besar.#omponen
lainnya dinamakan komponen penyeimbang sistem balan!e o* system +B8/ dan
ada beberapa jenis tergantung kepada jenis sistem yang diinstalasi. -iga jenis
sistem energi angin yang utama bisa dibedakanyaitu (
3. /istem yang -erhubung ke jaringan PLN,>ika jaringan PLN sudah ada di daerah tersebut, maka sistem energi
angin bisa dihubungkan ke jaringan tersebut. angkaian /istem yang -erhubung
ke jaringan PLN dapat dilihat pada gambar berikut.
ambar 7.3 /istem yang -erhubung ke >aringan PLN
7. 8** grid atau sistem berdiri sendiri
/istem tersebut bisa beroperasi tanpa topangan eksteriorC sangat sesuai
untuk penggunaan di daerah terpen!il.angkain system o** grid dapat dlihat pada
gambar berikut.
13
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
14/54
ambar 7.7 /istem 8** rid
5. /istem Listrik "ybrid -urbin ngin
/istem Listrik "ybrid -urbin ngin sebaiknya digunakan dengan
sumbersumber energi lainnya +PD, generator diesel.Ini bisa meningkatkan
produksi energi listrik dari sistem ini dan menurunkan resiko kekurangan
energi.angkain sistem hybrid dapat dilihat pada ambar berikut.
ambar 7.5 /istem Listrik "ybrid
).1.4 0euntungan &an 0erugian &ari Energi Angin
#euntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin
se!ara prinsipnya adalah disebabkan karena si*atnya yang terbarukan. "al ini
14
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
15/54
berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang
berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar *osil. 8leh karenanya tenaga
angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan.
-enaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan,
dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang ataupolusi yang
berarti ke lingkungan.
'ampak &isual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik.
Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan
yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Penempatan ladang
angin pada lahan yang masih dapat digunakan untuk keperluan yang lain dapat
menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk setempat. /elain mengganggu
pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan lahan untuk
pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman."al ini
yang membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas.Beberapa
aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit
listrik tenaga angin dapat terhambat.Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin
angin juga dapat menyebabkan terganggunya !ahaya matahari yang masuk ke
rumahrumah penduduk.Perputaran sudusudu menyebabkan !ahaya matahari
yang berkelapkelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.
6*ek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau
*rekuensi rendah. Putaran dari sudusudu turbin angin dengan *rekuensi konstan
lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon./elain derau dari
sudusudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau
suara mekanis dan juga derau suara listrik.'erau mekanik yang terjadi disebabkan
oleh operasi mekanis elemenelemen yang berada dalam nacelle atau rumah
pembangkit listrik tenaga angin.'alam keadaan tertentu turbin angin dapat juga
15
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
16/54
menyebabkan inter*erensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal
tele&isi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.
Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit tenaga angin
adalah terhadap populasi burung dan kelela$ar. Burung dan kelela$ar dapat
terluka atau bahkan mati akibat terbang mele$ati sudusudu yang sedang
berputar.Namun dampak ini masih lebih ke!il jika dibandingkan dengan kematian
burungburung akibat kendaraan, saluran transmisi listrik dan akti&itas manusia
lainnya yang melibatkan pembakaran bahan bakar *osil.'alam beberapa studi
yang telah dilakukan, adanya pembangkit listrik tenaga angin ini dapat
mengganggu migrasi populasi burung dan kelela$ar.Pembangunan pembangkit
angin pada lahan yang bertanah kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya
lahan di daerah tersebut.
Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat
mengganggu pelaut dan kapalkapal yang berlayar. #onstruksi tiang pembangkit
listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut. "al lain yang terjadi
dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya kehidupan ba$ah
laut. 6*ek negati*nya dapat terjadi seperti di Irlandia, dimana terjadinya polusi
yang bertanggung ja$ab atas berkurangnya stok ikan di daerah pemasangan turbin
angin./tudi barubaru ini menemukan bah$a ladang pembangkit listrik
tenaga angin lepas pantai menambah 40 1 330 dB kepada noise *rekuensi rendah
yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan distribusi
predator laut. Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi
tempat pertumbuhan bibitbibit ikan yang baru.#arena meman!ing dan berlayar di
daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga akibat
adanya peman!ingan berlebih di laut.
16
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
17/54
'alam operasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tanpa
kegagalan dan ke!elakaan.#egagalan operasi sudusudu akibat perputaran telah
menyebabkan beberapa ke!alakaan dan kematian.#ematian juga terjadi kepada
beberapa penerjun dan pesa$at terbang ke!il yang mele$ati turbin
angin.eruntuhan puingpuing berat yang dapat terjadi merupakan bahaya yang
perlu di$aspadai, terutama di daerah padat penduduk dan jalan raya. #ebakaran
pada turbin angin dapat terjadi dan akan sangat sulit untuk dipadamkan akibat
tingginya posisi api sehingga dibiarkan begitu saja hingga terbakar habis. "al ini
dapat menyebarkan asap bera!un dan juga dapat menyebabkan kebakaran berantai
yang membakar habis ratusan acre lahan pertanian. "al ini pernah terjadi pada
-aman Nasional ustralia dimana 400 km7 tanah terbakar.#ebo!oran minyak
pelumas juga dapat teradi dan dapat menyebabkan terjadinya polusi daerah
setempat, dalam beberapa kasus dapat mengkontaminasi air minum.
).) Turbin Angin
-urbin angin mengambil energi angin dengan menurunkan ke!epatannya.
)ntuk bisa men!apai 300% e*isien, maka sebuah turbin angin harus menahan
300%ke!epatan angin yang ada, dan rotor harus terbuat dari piringan solid dan
tidak berputar sama sekali, yang artinya tidak ada energi kinetik yang akan
dikon&ersi. 6nergi angin bisa ditangkap dengan dua atau tiga buah balingbaling
yang didesain seperti sayap pesa$at terbang.)ntuk mendapatkan ke!epatan angin
yang !ukup tinggi, konstan, dan tidak terlalu banyak turbulensi biasanya turbin
angin dipasang di atas sebuah menara pada ketinggian 50 meter atau lebih.Baling
baling yang digunakan ber*ungsi seperti sayap pesa$at udara. #etika angin
17
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
18/54
bertiup melalui balingbaling tersebut, maka akan timbul udara bertekanan rendah
di bagian ba$ah dari balingbaling,
-ekanan udara yang rendah akan menarik balingbaling bergerak ke area
tersebut. aya yang ditimbulkan dinamakan gaya angkat. Besarnya gayaangkat
biasanya lebih kuat dari gaya tarik. #ombinasi antara gaya angkat dan gaya tarik
menyebabkan rotor berputar seperti propeler dan memutar generator. -urbin angin
bisa digunakan se!ara stand-alone, atau bisa dihubungkan ke jaringan transmis
).).1 0nstruksi Turbin Angin
ambar 7.: konstruksi turbin angin
).).) /enis Turbin Angin &ikategrikan ber&asarkan "sisi su*bu
Vertical Axis Wind Turbine +D@-
Horizontal Axis Wind Turbine+"@-
).).).1 !ertical A5is 6in& Turbine
18
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
19/54
-urbin angin sumbu &ertikal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi
rotornya tegak lurus terhadap permukaan tanah.#elebihan utama susunan sudu
&erti!al ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke arah datangnya angin agar
menjadi e*ekti* karena mampu mendayagunakanmenangkap angin dari berbagai
arah.
#arena sulit dipasang di atas menara, >@- sering dipasang lebih dekat
ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau pun!ak atap sebuah bangunan.
Pada dasar yang rendah +dekat tanah ke!epatan angin lebih pelan sehingga energi
angin yang tersedia sedikit. #ondisi aliran udara di dekat tanah dan obyek lain
juga kurang mendukung dalam turbin angin karena mampu men!iptakan aliran
yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan
dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan
meningkatkan biaya pemeliharaan atau memepersingkat umur turbin angin. >ika
tinggi pun!ak atap yang dipasangi menara turbin angin kirakira ;0% dari tinggi
bangunan, ini merupakan titikoptimal bagi energi angin yang maksimal dan
turbulensi angin yang minimal.
ambar 7.; beberapa !ontoh dari Vertical axis wind turbine +D@-.
-ipe 1 tipe turbin &erti!al adalah sebagai berikut (
1"
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
20/54
3. -urbin angin 'arrieus
-urbin angin 'arrieus pada umumnya dikenal sebagai turbin
eggbeater.-urbin angin 'arrieus pertama kali ditemukan oleh eorges 'arrieus
pada tahun 3953. -urbin angin 'arrieus merupakan turbin angin yang
menggunakan prinsip aerodinamik dengan meman*aatkan gaya lift pada
penampang sudu rotornya dalam mengekstrak energi angin.
-urbin 'arrieus memiliki torsi rotor yang rendah tetapi putarannya lebih
tinggi dibanding dengan turbin angin /a&onius sehingga lebih diutamakan untuk
menghasilkan energi listrik. Namun turbin ini membutuhkan energi a$al untuk
mulai berputar. otor turbin angin 'arrieus pada umumnya memiliki &ariasi sudu
yaitu dua atau tiga sudu.Modi*ikasi rotor turbin angin 'arrieus disebut dengan
turbin angin ".
ambar 7.A -urbin angin 'arrieus
20
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
21/54
ambar 7.< -urbin angin 'arrieus tipe"
7. -urbin angin /a&onius
-urbin angin /a&onius pertama kali diperkenalkan oleh insinyur Einlandia
/igurd >. /a&onius pada tahun 3977. -urbin angin sumbu &ertikal yang terdiri dari
dua sudu berbentuk setengah silinder +atau elips yang dirangkai sehingga
membentuk F/G, satu sisi setengah silinder berbentuk !embung dan sisi lain
berbentuk !ekung yang dilalui angin. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor
turbin ini meman*aatkan gaya hambat +drag saat mengekstrak energi angin dari
aliran angin yang melalui sudu turbin. #oe*isien hambat permukaan !ekung lebih
besar daripada permukaan !embung. 8leh sebab itu, sisi permukaan !ekung
setengah silinder yang dilalui angin akan memberikan gaya hambat yang lebih
besar daripada sisi lain sehingga rotor berputar. /etiap turbin angin yang
meman*aatkan potensi angin dengan gaya hambat memiliki e*isiensi yang
terbatasi karena ke!epatan sudu tidak dapat melebihi ke!epatan angin yang
melaluinya.
21
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
22/54
ambar 7.4 Prinsip rotor sa&onius
'engan meman*aatkan gaya hambat, turbin angin sa&onius memiliki
putaran dan daya yang rendah dibandingkan dengan turbin angin 'arrius.
Meskipun demikian turbin sa&onius tidak memerlukan energi a$al memulai rotor
untuk berputar yang merupakan keunggulan turbin ini dibanding turbin 'arrieus.
'aya dan putaran yang dihasilkan turbin sa&onius relati* rendah, sehingga
pada penerapannya digunakan untuk keperluan yang membutuhkan daya ke!il dan
sederhana seperti memompa air. -urbin ini tidak sesuai digunakan untuk
pembangkit listrik dikarenakan tip speed ratio dan *aktor daya yang relati* rendah.
5. -urbin angin orlo&
-urbin angin yang diran!ang sebagai bentuk tanggapan atas meningkatnya
permintaan untuk turbin angin yang bekerja baik di lingkungan perkotaan, di
mana ke!epatan angin lebih rendah dan perubahan arah angin sering terjadi.
-urbin ini adalah hasil pengembangan dari turbin 'arrieus. Ini bertujuan
untuk mengurangi masalh &ibrasi dan kebisingan dari desain turbin 'arrieus
dengan membuat blade heli= yang melengkung yang berbeda dari blade yang
lurus.pada turbin 'arrieus yang lama, selama blade berputar sudut serangan akan
berubah, ini berdampak pada seluruh area rotasi di mana blade terpasang ."al ini
menyebabkan getaran yang akan mengurangi kondisi turbin, dan menyebabkan
22
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
23/54
suara yang sangat yang tidak diinginkan di perkotaan .Blade tipe orlo&, di sisi
lain, berbentuk melengkung dengan model heliks, yang berarti bah$a di
sepanjang jalan yang rotasi, setidaknya bagian dari blade tidak akan di
kekurangan daya angkat, yang akan sangat mengurangi getaran dan kebisingan
yang dihasilkan.
ambar 7.9 -urbin tipe orlo&
).).).) Hri7ntal A5is 6in& Turbine
-urbin angin sumbu horiHontal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi
rotornya paralel terhadap permukaan tanah.-urbin angin sumbu horiHontal
memiliki poros rotor utama dan generator listrik di pun!ak menara dan diarahkan
menuju dari arah datangnya angin untuk dapat meman*aatkan energi angin. otor
turbin angin ke!il diarahkan menuju dari arah datangnya angin dengan pengaturan
baling 1 baling angin sederhana sedangkan turbin angin besar umumnya
menggunakan sensor angin dan motor yang mengubah rotor turbin mengarah pada
angin. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor turbin angin sumbu horiHontal
mengalami gayalift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih besar dari gaya
drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift ,
udara.
23
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
24/54
ambar 7.30 aya aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran
Berdasarkan letak rotor terhadap arah angin, turbin angin sumbu
horiHontal dibedakan
menjadi dua ma!am yaitu(
3. Upwind
7. Downwind
-urbin angin jenis upwind memiliki rotor yang menghadap arah datangnya
angin sedangkan turbin angin jenis downwind memiliki rotor yang
membelakangi menurut jurusan arah angin.
ambar 7.33 -urbin angin jenis upwind
24
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
25/54
ambar 7.37 -urbin angin jenis downwind
otor pada turbin upwind terletak di depan turbin, posisinya mirip
dengan pesa$at terbang yang didorong baling 1 baling. )ntuk menjaga turbin
tetap menghadap arah angin, diperlukan mekanisme yaw seperti ekor turbin.
#euntungannya, naungan menara berkurang. )dara akan mulai menekuk di
sekitar menara sebelum berlalu begitu sehingga ada kehilangan daya dari
gangguan yang terjadi, hanya tidak setingkat dengan turbin downwind .
#ekurangannya, membutuhkan nacelle yang panjang untuk menjaga rotor sejauh
mungkin dari menara untuk menghindari terjadinya tabrakan sudu./udu dibuat
kaku untuk menghindari sudu melentur ke arah menara.
-urbin angin downwind memiliki rotor di sisi bagian belakang
turbin.Bentuk nacelle didesain untuk menyesuaikan dengan arah angin, sehingga
tidak membutuhkan mekanisme ya$.#eunggulannya yaitu sudu rotor dapat lebih
*leksibel karena tidak ada bahaya tabrakan dengan menara./udu *leksibel
memiliki keuntungan, biaya pembuatan sudu lebih murah dan mengurangi
tegangan pada to$er selama keadaan angin dengan ke!epatan tinggi karena
25
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
26/54
melentur memberikan beban angin didistribusikan se!ara langsung ke sudu
daripada ke menara./udu yang *leksibel dapat juga sebagai kekurangan dimana
kelenturannya menyebabkan keletihan sudu.'ibelakang menara merupakan
masalah dengan mesin downwind karena menyebabkan turbulensi aliran dan
meningkatkan kelelahan pada turbin.
).+ #eneratr
enerator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik .
Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik . @alau generator dan motor punya
banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. enerator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui
sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak men!iptakan listrik yang sudah
ada di dalam kabel lilitannya. "al ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air,
yang men!iptakan aliran air tapi tidak men!iptakan air di dalamnya. /umber enegi
mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui
sebuah turbin maupun kin!ir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol
tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun
sumber energi mekanik yang lain.
Pada 34533457 Mi!hael Earaday menemukan bah$a perbedaan
potensial dihasilkan antara ujungujung konduktor listrik yang bergerak tegak
lurus terhadap medan magnet. 'ia membuat generator elektromagnetik pertama
berdasarkan e*ek ini menggunakan !akram tembaga yang berputar antara kutub
magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang ke!il.
26
https://id.wikipedia.org/wiki/Energihttps://id.wikipedia.org/wiki/Listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Induksi_elektromagnetikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Induksi_elektromagnetikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Motorhttps://id.wikipedia.org/wiki/Muatan_listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Sirkuit_listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_uaphttps://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran_dalamhttps://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_anginhttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Engkol&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_suryahttps://id.wikipedia.org/wiki/Mataharihttps://id.wikipedia.org/wiki/1831https://id.wikipedia.org/wiki/1831https://id.wikipedia.org/wiki/1832https://id.wikipedia.org/wiki/Michael_Faradayhttps://id.wikipedia.org/wiki/Perbedaan_potensialhttps://id.wikipedia.org/wiki/Perbedaan_potensialhttps://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttps://id.wikipedia.org/wiki/Tembagahttps://id.wikipedia.org/wiki/Magnethttps://id.wikipedia.org/wiki/Arus_searahhttps://id.wikipedia.org/wiki/Listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Induksi_elektromagnetikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Motorhttps://id.wikipedia.org/wiki/Muatan_listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Sirkuit_listrikhttps://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_uaphttps://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran_dalamhttps://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_anginhttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Engkol&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_suryahttps://id.wikipedia.org/wiki/Mataharihttps://id.wikipedia.org/wiki/1831https://id.wikipedia.org/wiki/1832https://id.wikipedia.org/wiki/Michael_Faradayhttps://id.wikipedia.org/wiki/Perbedaan_potensialhttps://id.wikipedia.org/wiki/Perbedaan_potensialhttps://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttps://id.wikipedia.org/wiki/Tembagahttps://id.wikipedia.org/wiki/Magnethttps://id.wikipedia.org/wiki/Arus_searahhttps://id.wikipedia.org/wiki/Energi
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
27/54
'esain alat yang dijuluki F!akram EaradayG itu tidak e*isien dikarenakan
oleh aliran arus listrik yang arahnya berla$anan di bagian !akram yang tidak
terkena pengaruh medan magnet. rus yang diinduksi langsung di ba$ah magnet
akan mengalir kembali ke bagian !akram di luar pengaruh medan magnet. rus
balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke ka$at penghantar dan menginduksi
panas yang dihasilkan !akram tembaga. enerator homopolar yang dikembangkan
selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah
magnet yang disusun mengelilingi tepi !akram untuk mempertahankan e*ek
medan magnet yang stabil. #elemahan yang lain adalah amat ke!ilnya tegangan
listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui *luks
magnetik.
).+.1 Prinsi" 0er-a #eneratr
Prinsip kerja generator adalah kebalikan daripada saat mesin induksi bekerja
sebagai motor.ketika mesin ber*ungsi sebagai motor, kumparan stator diberi
tegangan tiga *asa sehingga akan timbul medan putar dengan ke!epatan sinkron
+ns. Namun jika motor ber*ungsi sebagai generator, pada rotor motor diputar oleh
sumber penggerak dengan ke!epatan lebih besar daripada ke!epatan sinkronnya.
Bila suatu konduktor yang berputar didalam medan magnet +kumparan stator
akan membangkitkan tegangan sebesar.
'an bila dihubungkan ke beban akan mengalirkan arus. rus pada rotor ini
akan berinteraksi dengan medan magnet pada kumparan stator sehingga timbul
arus pada kumparan stator sebagai reaksi atas gaya mekanik yang diberikan. Pada
proses perubahan motor induksi menjadi generator induksi dibutuhkan daya
27
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
28/54
reakti* atau daya magnetisasi untuk membangkitkan tegangan pada terminal
keluarannya. 'alam hal ini yang ber*ungsi sebagai penyedia daya reakti* adalah
kapasitor yang besarnya disesuaikan dengan daya reakti* yang diperlukan.
#ebutuhan daya reakti* dapat dipenuhi dengan memasang suatu unit
kapasitor pada terminal keluaran, dimana kapasitor menarik daya reakti* kapasiti*
atau dengan kata lain kapasitor memberikan daya reakti* indukti* pada mesin
induksi. #erja dari kapasitor ini dapat dipandang sebagai suatu sistem penguat
+eksitasi sehingga generator induksi juga dikenal dengan sebutan generator
induksi penguatan sendiri +sel* e=!ited o* indu!tion generator. "al terpenting
yang harus diperhatikan dalam kinerja generator induksi adalah *luksi sisa atau
medan magnet pada kumparan stator, dimana tanpa adanya *luksi sisa ini proses
pembangkitan tegangan tidak akan tejadi.
'engan adanya *luksi sisa ini dan perputaran rotor akan menimbulkan
tegangan induksi pada rotor. -egangan induksi ini akan terinduksi pula pada sisi
stator dan akan menimbulkan arus yang akan mengisi kapasitor hingga terjadi
keseimbangan. #eseimbangan tersebut ditandai dengan titik pertemuan antara
lengkung magnetisasi dengan garis reaktansi kapasiti* seperti terlihat pada gambar
di ba$ah ini .Lengkung magnetisasi tersebut terjadi akibat adanya kejenuhan inti
besi dari generator.
Pada generator tidak terdapat hubungan listrik antara stator dengan rotor,
karena arus pada rotor merupakan arus induksi./ehingga prinsip kerjanya dapat di
simpulkan bah$a (
28
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
29/54
3. Bila sumber tegangan yang dipasang pada kumparan stator, akan timbul
medan putar dengan ke!epetan tertentu
7. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduksi pada rotor
5. kibatnya pada rotor akan timbul ggl induksi
:. #arena rotor merupakan rangkaian yang tertutup maka ggl induksi
akanmengalirkan arus + I
;. danya arus +I dalam medan magnet akan menimbulkan gaya pada rotor
A. Pada kopel muka yang dihasilkan oleh gaya pada rotor !ukup besar
memikulkopel beban, rotor akan berputar searah dengan putar rotor
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
30/54
menuju ke beban disalurkan melalui stator. otor adalah bagian generator yang
berputar. otor ber*ungsi sebagai kumparan medan untuk menghasilkan *luks.
'igunakan dua buah rotor yang mengapit stator untuk menghasilkan *luks
magnet. )ntuk menghasilkan medan magnetik digunakan magnet permanen pada
rotor yang dilekatkan pada piringan rotor. 'ua buah rotor tersebut dihubungkan
menggunakan suatu poros sebagai media putar. ntara rotor dan stator dipisahkan
oleh !elah udara +air gap. >umlah kutub magnet yang digunakan untuk
masingmasing piringan rotor dapat ditentukan menggunakan persamaan sebagai
berikut +uhal, 3990 (
f = P
2 x
n
60 ....+7.3
p=120 f
n ....+7.7
dengan(
n J #e!epatan putar rotor +rpm
J >umlah kutub rotor
f J *rekuensi +"H
Perputaran rotor akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh
kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan diinduksikan
pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator
akan menghasilkan *luks magnetik yang berubahubah besarnya terhadap
$aktu.danya perubahan *luks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan
menimbulkan ggl induksi pada akhir kumparan tersebut.
-.E. 2han,700< melakukan penelitian untuk membuat enerator sinkron
magnet. Permanen a=ial *luks. 'imana jenis generator ini !o!ok digunakan pada
30
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
31/54
sistem pembangkit listrik tenaga bayu baik dengan turbin angin sumbu &ertikal
maupun turbin angin sumbu horiHontal. enerator tersebut didesain dengan desain
rotor bagian luar yang dapat se!ara langsung dikopel atau dipasangkan dengan
turbin angin, selain itu desain dari angker generator tanpa inti dapat
menghilangkan daya tarik magnet antara bagian yang statis dengan bagian yang
bergerak. "al yang ditinjau dari desain dan konstruksi enerator sinkron magnet
permanen a=ial *luks ini adalah mempelajari laju kerapatan *luks magnet agar
dapat memprediksi besanya nilai 6ME.
"o$ey pada tahun 7009 telah melakukan penelitian tentang generator listrik
yaitu enerator Magnet Permanen ksial yang diaplikasikan pada Pembangkit
Listrik -enaga Piko"idro +PL-P".'aya Piko "idro sangat baik dan memiliki
biaya murah untuk memproduksi listrik di Negara berkembang, tetapi masih ada
beberapa hal yang dapat dikembangkan dari segi per*ormansinya.enerator
magnet permanen aksial banyak digunakan pada beberapa jenis mesin listrik
untuk turbin bayu namun masih sedikit diaplikasikan pada PL-B. /ehingga '..
"o$ey melakukan penelitian penggunaan enerator Magnet Permanen ksial
pada PL-P" dapat memproduksi listrik lebih besar dari sekitar 90 % e*isiensi
lebih besar dari menggunakan generator sinkron dengan e*isiensi sebesar
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
32/54
5.
Menghasilkan per*orma dinamis yang lebih besar +kerapatan *luks magnet lebih
besar pada !elah udara dibandingkan dengan menggunakan eksitasi.
:. Menyederhanakan konstruksi dan pera$atan.
;. Mengurangi biaya pemeliharaan pada beberapa tipe mesin.
Pada mesin *luks aksial ini ada beberapa desain, antara lain adalah (
3.
Mesin /isi anda otor -unggal
7.
Mesin /isi anda /tator -unggal
5. Mesin -unggal
:. Mesin /isi anda -anpa Besi
;. Mesin /isi Banyak
).+.+.1 0nstruksi "er*anen *agnet generatr secara u*u*
/e!ara umum permanent magnet generator memiliki beberapa
komponen utama seperti digamabarkan seperti pada gamabar 7.35.
ambar 7.35 Bagian 1 bagian PM
32
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
33/54
ambar 7.3: PM dengan magnet permanen di luar
ambar 7.3; PM dengan magnet permanen di poros
). turbin #rl$
)..1 %e-arah turbin #rl$
-urbin orlo& "eli!al adalah jenis turbine yang baru dikembangkan
pada tahun 399;, mengubah energi kinetik yang dihasilkan oleh arus aliran
menjadi energy mekanisgerak putar, /ebuah turbin yang memodi*ikasi turbin
'arrieus dengan blade berbentuk helik. #elemahan dari turbin 'arrieus di
dapatkan solusinya oleh turbin orlo& ini. -urbin di temukan oleh Pro*esor
orlo& dari Northeastern )ni&ersity dan salah satunya telah di gunakan sebagai
pembangkit listrik meman*aatkan air pasang surut +tidal energy di pedesaan
33
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
34/54
maHonBrasil, struktur pendukung dalam instalasi turbin jenis ini jauh lebih
mudah.
)..) 0nstruksi turbin #rl$
ambar 7.3A -ampilan turbin orlo& dari atas dan samping
ambar 7.3< /kema turbin orlo& heliks
ambar 7.34 -urbin angin &ertikal tipe orlo&
)..+ Perancangan turbin #rl$
34
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
35/54
da dua *aktor yang mempengaruhi daya yang akan dihasilkan oleh
turbin. Pertama adalah *aktor eksternal antara lain massa jenis *luida +K kgm5,
ke!epatan *luida +D ms. #edua adalah *aktor internal yang merupakan
geometri turbin yang berbentuk helik yaitu radius turbin + m, tinggi turbin +"
m, ke!epatan sudut yang dapat dihasilkan oleh turbin + rads, twist angle +,
pitc! angle +d, panjang c!ord +! m, jumlah blade +n.
Penentuan daya angin daya angin adalah energi per satuan $aktu, maka(
Pt =1
2(aliran masa perdetik ) × v2
..+7.5
Pt =1
2(Cp×A×v )×v2
..+7.:
Pt =1
2 ρ × A × v
3
..+7.;
'imana (
t J daya mekanik angin +@att " J ke!epatan udara +ms
#p J koe*isien daya, 2p O0,A J luas penampang turbin +m7
$ J kerapatan udara +kmm5
)ntuk menentukan daya yang dihasilkan oleh turbin maka menggunakan
persamaan(
P=1
2 x Cp x ρ x A x v
3
..+7.A
dimana (
t J 'aya keluaran rotor turbin angin +@att
#p J #oe*isien daya turbin angin
$ J Massa jenis udara +kgm
A J Luas sapuan rotor +m
35
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
36/54
" J #e!epatan angin +mdet
-ip /peed ratio menentukan karakteristik keluaran dari daya blade. "al
ini dapat dilihat dengan keluaran daya yang sama dimana blade pada keadaan
turbin yang mempunyai -/ yang besar akan menghasilkan torsi yang besar.
'engan demikian dalam peman*aatan energi yang dihasilkan oleh turbin, jenis
beban yang hendak diberikan harus disesuaikan dengan karakteristik keluaran
agar men!apai hasil yang maksimal -/ + -ip /peed ratio merupakan
perbandingan antara ke!epatan tangensial pada ujung rotor dengan ke!epatan
*luida. Perhitungan tip speed ratio dapat ditentukan dengan !ara berikut (
-ip speed ratio + Jspeed of rotor speed
fluids speed JV
v Jω . D
2 v ..
+7.
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
37/54
D J diameter turbin +m
-urbin adalah panjang diameter buc&et turbin + D dikali tinggi turbin +!, atau
se!ara matematis dapat digambarkan pada persamaan(
A'D! ..+7.9
'imana (
A J luas daerah sapuan turbin +m7
D J diameter turbin +m
! J ketinggian turbin +m
Penentuan untuk -$ist angle
Pada umumnya turbin helikal orlo& mempunyai dua jenis twist angle
+ yaitu twist angle A0 derajat dan twist angle + 370
Penentuan pit!h angle
#eliling lingkaran turbin adalah ( 7Q ..+7.30
itc! dari turbin adalah (320×h
ψ =2πtan!
..+7.33
'ari kedua persamaan tersebut didapatkan bah$a pitc! angle +d adalah (
! =tan−1 320×h
ψ ×2π ..+7.37
)ntuk menghitung e*isiensi turbin dalat di kalkulasi dengan rumus berikut (
37
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
38/54
6**¿
Pt
Pudara x 100
dengan PtJ T ω ..+7.35
'imana (
t J daya pengukuran +@
fluida J daya yang ada pada *luida +@
T J torsi turbin
ω J ke!epatan angular turbin+pm
/edangkan untuk penghitungan sudu turbin dapat menggunakan persamaan
sebagai berikut (
C ="πD
# ..+7.3:
'imana (
D J 'iameter turbin +!m
( J >umlah blade
# J Panjang sudu
" J /oliditas bahan
#arena pro*il sudu yang digunakana adalah pro*il N2 0034 maka untuk
menghitung ketebalan sudu yang sesuai dengan standart adalah (
t =18
×C ..+7.3;
38
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
39/54
).., A"likasi turbin #rl$
)ntuk pengaplikasian turbin jenis ini biasanya digunakan pada daerah
yang ke!epatan udaranya rendah karena turbin orlo& ini dapat berputar meski
ke!epatan *luida yang menerjang bladenya ke!il, seperti ditunjukkan pada table
berikut
-abel 7.5 da*tar jenis turbin-urbin Eisiensi 'aerah 8perasi
+ms
arman 3; 34 R0.;
-yson 3A R0.;
/a&onius 39 R7
seaElo$ 70 R7
'arries 75 R7
orlo& 5; R0.A
Derdant :5 R7
-etapi karena beberapa keterbatasan maka penggunaan turbin ini hanya
digunakan untuk hanya dalam kondisi tertentu seperti (
3. Penggunaan untuk turbin air
-urbin orlo& banyak di aplikasikan untuk turbin air untuk pembangkit mikro
hidro di berbagai Negara seperti BraHil, merika, dan #orea.
ambar 7.39 Mikrohidro di maHon
3"
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
40/54
ambar 7.70 -urbin air tipe orlo& di #orea
ambar 7.73 -urbin air tipe orlo& di 2ape 2od
7. Penggunaan untuk turbin angin
-urbin tipe orlo& juga sering digunakan sebagai turbin angin untuk pembangkit
mikro untuk gedung 1 gedung tertentu.
40
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
41/54
ambar 7.77 -urbin angin orlo& di amerika
ambar 7.75 -urbin angin orlo& di London
41
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
42/54
BAB III
MET3D3L3#I PENELITIAN
+.1 6aktu &an Te*"at
@aktu penelitian ( Eebruari 703A sampai Mei 703A
-empat penelitian ( edung dan edung # Politeknik Negeri
Malang
+.) Met&e Penga*bilan DataPada penelitian ini, diambil tahapan 1 tahapan untuk memperoleh
kebenaran in*ormasi agar penulisan laporan akhir dan pembuatan alat ini
memperoleh hasil sesuai yang diinginkan dan memberikan dampak positi* untuk
masa mendatang. 8leh karena itu, dalam penulisan laporan akhir menggunakan
metode 1 metode yang diterapkan dalam hal ini antara lain (
+.).1 %tu&i Literatur
42
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
43/54
/tudi literature merupakan studi pemahaman teori dan konsep agar
penulisan laporan akhir dan pembuatan alat ini lebih terarah dan diperoleh kondisi
yang lebih baik dari sebelumnya dan memenuhi standar yang diiHinkan. /tudi
literature ini dilakukan dengan !ara memba!a buku, jurnal maupun re*erensi yang
dapat menunjang penyusunan tugas akhir ini.
+.).) Met&e 3bser$asi
8bser&asi bertujuan untuk memperoleh in*ormasi dengan !ara pengamatan
langsung terhadap keadaan yang terjadi di tempat sebenarnya. 8bser&asi ini
dilakukan di edung dan edung # Politeknik .Negeri Malang.
+.).+ Perancangan alat
'alam proses pembuatan turbin angin tipe orlo& ini diperlukan
beberapa material dan alat, yaitu (
+.).+.1 Bahan
Peran!angan model turbin didasarkan atas pertimbangan material yang
banyak tersedia di pasaran dan kemampuan *abrikasi. Proses *abrikasi yang paling
sulit adalah pembuatan sudu turbin dengan penampang aero*oil yang berbentuk
helikal. )ntuk itu dalam penelitian ini, sudu turbin dibuat dari bahan aluminium.
/edangkan bagian turbin lainnya dibuat dari besi.
Pro*il N2 yang diterapkan pada bentukan air*oil adalah N2
0034, pertimbangan ini didasarkan pada pro*il N2 tersebut sering diterapkan
juga pada turbin dengan sudu helikal +orlo&. /elanjutnya dari bentukan N2
yang ada tersebut maka dengan menga!u pada panjang dan diameter yang telah
ditetapkan selanjutnya ditentukan besaranbesaran pada c!ord blade turbin.
+.).+.) Alat
dapun alatalat yang dibutuhkan adalah (.
3. ergaji besi
43
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
44/54
7. Mesin las listrik dan Mesin Las lumunium
5. Mesin bor
;. -ang dan 8beng
A. Mistar meteran
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
45/54
+.+ T"lgi
+.+.1 Turbin angin
-urbin angin sumbu &ertikaltegak +atau -/D memiliki porossumbu
rotor utama yang disusun tegak lurus. #elebihan utama susunan ini adalah turbin
45
https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbin_angin_sumbu_vertikal&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbin_angin_sumbu_vertikal&action=edit&redlink=1
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
46/54
tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi e*ekti*. #elebihan ini sangat berguna
di tempattempat yang arah anginnya sangat ber&ariasi. D@- mampu
mendayagunakan angin dari berbagai arah.
'engan sumbu yang &ertikal, generator serta gearbo= bisa ditempatkan
di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses
untuk keperluan pera$atan. -api ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan
tenaga putaran yang berdenyut. Drag +gaya yang menahan pergerakan sebuah
benda padat melalui *luida +Hat !air atau gas bisa saja ter!ipta saat kin!ir berputar.
#arena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering
dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau pun!ak atap
sebuah bangunan. #e!epatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah,
sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. liran udara di dekat
tanah dan obyek yang lain mampu men!iptakan aliran yang bergolak, yang bisa
menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya
kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau
mempersingkat umur turbin angin. >ika tinggi pun!ak atap yang dipasangi menara
turbin kirakira ;0% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi
angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.
+.+.) #eneratr
enerator sebagai pembangkit tenaga listrik pada pengaplikasian PL-B ini
menggunakan generator tipe PM atau generator yang menggunakan magnen
permanen pada rotornya sebagai pembangkit medan magnetis yang nantinya akan
berputar mengikuti turbin. Penggunaan generator jenis ini lebih menguntungkan
46
https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_hambathttps://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_hambathttps://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_hambat
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
47/54
karena tidak diperlukannya suntikan arus '2 untuk membangkitkat medan
magnetis. /ehingga konstruksinya lebih simple dan mudah untuk di aplikasikan
serta diamati.
+.+.+ Pen'earah
Penyearah elombang adalah suatu bagian dari angkaian 2atu 'aya atau
Po$er /upply yang ber*ungsi sebagai pengubah sinyal 2 +lternating 2urrent
menjadi sinyal '2 +'ire!t 2urrent. angkaian e!ti*ier atau Penyearah
elombang ini pada umumnya menggunakan 'ioda sebagai #omponen
)tamanya. "al ini dikarenakan 'ioda memiliki karakteristik yang hanya
mele$atkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah
sebaliknya. >ika sebuah 'ioda dialiri arus Bolakbalik +2, maka 'ioda tersebut
hanya akan mele$atkan setengah gelombang, sedangkan setengah gelombangnya
lagi diblokir
+.+., 0n$erter D8 9 D8
#on&erter '2'2 berlaku seperti halnya tra*otransfor)er yang
mengubah tegangan 2 tertentu ke tegangan 2 yang lebih tinggi atau lebih
rendah. -idak ada peningkatan ataupun pengurangan daya masukan selama
pengkon&ersian bentuk energi listriknya. #on&erter '2'2 dapat dibagi menjadi
47
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
48/54
dua kategori besar, yaitu yang terisolasi dan yang tak terisolasi. #ata FisolasiG
disini se!ara sederhana bermakna adanya penggunaan tra*o +Isolasi al&anis
antara tegangan masukan dan tegangan keluaran !on&erter '2'2 yang tak
terisolasi dengan istilah dire!t !on&erter dan !on&erter yang terisolasi dengan
istilah indire!t !on&erter
+.+. Batere :aki;
Merupakan jenis aki yang diran!ang mampu menghasilkan energi +arus
listrik yang tinggi dalam $aktu singkat sehingga dapat menyalakan mesin seperti
mesin kendaraan.'engan kata lain untuk menghidupkan mesin dibutuhkan arus
listrik yang tinggi. /etelah mesin hidup aki istirahat sambil di!as kembali oleh
generator +alternator.>adi aki akan selalu penuh terisi arus listrik tidak pernah
sampai habis. >ika aki sering terpakai sampai habis aki jenis ini akan !epat rusak.
#onstruksinya menggunakan banyak pelat tipis se!ara paralel agar resistansinya
rendah dengan permukaan yang lebih luas agar dapat melepas arus listrik yang
tinggi saat dibutuhkan.ki jenis ini banyak digunakan pada kendaraan untuk
menyalakan mesin
+.+.4 In$erter
In&erter adalah angkaian elektronika daya yang digunakan untuk
mengkon&ersikan tegangan searah +'2 ke suatu tegangan bolakbalik +2. da
beberapa topologi in&erter yang ada sekarang ini, dari yang hanya menghasilkan
tegangan keluaran kotak bolakbalik +pushpull in&erter sampai yang sudah bisa
menghasilkan tegangan sinus murni +tanpa harmonisa. In&erter satu *asa, tiga
*asa sampai dengan multi*asa dan ada juga yang namanya in&erter multile&el
+kapasitor split, diode !lamped dan susunan kaskade. da beberapa !ara teknik
48
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
49/54
kendali yang digunakan agar in&erter mampu menghasilkan sinyal sinusoidal,
yang paling sederhana adalah dengan !ara mengatur keterlambatan sudut
penyalaan in&erter di tiap lengannya.
+.+.< Du*" La&
'ump load adalah komponen dengan resisti&itas rendah yang
menghasilkan panas dari daya yang disuplaikan. "al ini digunakan dalam sistem
baik melindungi batere dari pengisian yang berlebihan atau dalam sistem gridtied
untuk melindungi in&erter. )ntuk sistem o**grid yang menggunakan batere,
rating daya dari dump load harus setara dengan total output daya sistem. 'alam
sistem gridtied rekomendasi umum adalah untuk dimensi dump load memiliki
ukuran yang sama, sebagai selisih antara daya terpasang dan rating daya dari
in&erter.
+.+.= Beban
Sang dimaksud beban dalam ran!angan ini adalah bebanbeban yang dapat
ditampung oleh in&erter seperti beban penerangan, tele&isi, c!arger, atau yang
lainnya. Bisa disebut juga peralatan 1 peralatan yang mengkonsumsi daya listrik
dengan skala ke!il.
+.+.> Pen-elasan &iagra* alir "rses "e*buatan turbin?
dapun penjelasan terhadap diagram alir proses pembuatan turbin yaitu(
3. Memulai.
7. Melakukan persiapan untuk mendesain dengan mempelajari literatur.
5. Mengumpulkan datadata yang dibutuhkan untuk mendesain.
:. Mendesain turbin angin tipe orlo&.
;. Membuat desain untuk bentuk sudu, jumlah sudu dan ukuran turbin.
A. Melakukan penyesuaian dengan keadaan real, jika tidak sesuai dilakukan
pendesainan ulang.
4"
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
50/54
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
51/54
+.+.> Pen-elasan &iagra* alir "rses "enger-aan la"ran?
51
%E%UAI
%E%UAI
3
4
30
33
37
9
<
A
;
:
5
7
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
52/54
dapun penjelasan terhadap diagram alir pengerjaan Laporan akhir yaitu(
3. Memulai pengerjaan dengan pembuatan proposal L
7. Memnentukan permasalahan yang akan di angkat
5. /etelah ditemukan permasalahan yang bisa diangkat, mulai dibuat
rumusan masalah, tujuan serta batasan terhadap permasalahan tersebut.
:. 'ilakukan studi dari literatur yang ada untuk medesain turbin.
;. Men!ari datadata yang dibutuhkan seperti ke!epatan angin,massa jenis
udara, daya generator, dll.
A. Memeriksa kembali data yang diperoleh apakah sudah memenuhi atau
belum jika belum dilakukan pengambilan data ulang.
ika data sudah terpenuhi dilakukan peran!angan turbin.
4. >ika turbin sudah jadi maka dilakukan pengujian terhadap turbin.
9. Pengujian dititik beratkan pada kemampuan dan karakteristik turbin.
30. Membuat kesimpulan dari hasil pengujian.
33. Melakukan penulisan laporan akhir.
37. /elesai.
+., Diagra* alir "rses "enger-aan la"ran akhir
52
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
53/54
53
12
11
10
"
8
7
6
5
4
3
2
1
-
8/18/2019 dadi fiks ta KU
54/54
+.4 Rencana anggaran bia'a
Bahan s"esiikasi /u*la
h
Harga satuan Ttal harga
Lembaran
alumunium
3770 = 7::0 = 3
mm
5 :0:000 3737000
Plat besi 3770 = 7::0 = 7
mm
3 :70000 :70000
Pipa besi berongga 3;0 !m 3 300000 300000
bearing -ipe &erti!al
+ro!hes
5