ANGIN SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF PADA
MESIN PENDINGIN SKALA KECIL
ALFIN YUWANA PUTRA
DEPARTEMEN PEMANFAATAN SUMBERDAYA PERIKANAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Angin sebagai Sumber Energi Alternatif pada Mesin Pendingin Skala Kecil” adalah benar karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya ilmiah yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor
Bogor, September 2013
ABSTRAK
ALFIN YUWANA PUTRA, C44080023. Angin sebagai sumber energi alternatif pada mesin pendingin skala kecil. Dibimbing oleh FIS PURWANGKA dan BUDHI HASCARYO ISKANDAR.
Proses pendinginan merupakan salah satu proses penangan hasil tangkapan yang sangat dibutuhkan oleh nelayan dalam mempertahankan mutu hasil tangkapan. Proses pendinginan atau pembekuan yang selama ini dilakukan oleh sebagian besar nelayan masih menggunakan es dan masih sangat bergantung kepada ketersediaan es. Pada beberapa kapal penangkap ikan sudah menerapkan teknologi refrigerasi, namun energi listrik yang dibutuhkan kebanyakan masih disuplai dari penggunaan motor bakar yang kurang ramah lingkungan. Hal tersebut memunculkan ide untuk mencari alternatif sumber energi agar didapatkan sebagian solusi dari masalah tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah: (1) mengetahui kecepatan angin minimal yang dibutuhkan untuk mengisi energi listrik ke sistem penyimpanan; (2) mengetahui lama waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pengisian daya ke sistem penyimpanan sampai penuh; dan (3) mengetahui waktu yang digunakan untuk menghabiskan energi yang tersimpan dan suhu yang dicapai. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kecepatan angin minimal yang dibutuhkan untuk memutarkan turbin angin yaitu sebesar 16.2 km/jam dan menghasilkan kecepatan putaran turbin sebesar 41.2 rpm. Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi akumulator 45 Ah sampai penuh dengan kecepatan angin rata-rata 17.5 km/jam, kecepatan putaran turbin rata-rata 53.6 rpm dan arus listrik rata-rata yang dihasilkan 2.4 ampere adalah 18 jam 45 menit. Waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan tegangan akumulator menjadi 6 volt adalah 2 jam 1 menit 59 detik dan menghasilkan suhu sebesar 3.5 oC. Hasil uji coba menunjukkan bahwa angin dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif pada mesin pendingin skala kecil yang dirancang.
ABSTRACT
ALFIN YUWANA PUTRA, C44080023. Wind as an alternative energy source in small-scale refrigeration. Supervised by FIS PURWANGKA and BUDHI HASCARYO ISKANDAR.
The cooling process is one of the handlers catches a very needed by fishermen in maintaining the quality of the catch. The process of cooling or freezing as long as this is done by most fishermen still use the ice and still highly dependent on the availability of the ice. On some fishing vessel refrigeration technology is implemented, but electrical energy needed is still mostly supplied from use of motor fuels that are less environmentally friendly. This gave rise to the idea to find alternative sources of energy in order to obtain some solution of the problem. The purpose of this research is: (1) find out the minimum wind speed needed to fill the electric power to the storage system; (2) know the length of time it takes to do the charging system into storage until it is full; and (3) find out the time used to spend the stored energy and temperature are achieved. The results of this research show that the minimum wind speed needed to play the wind turbines which amounted to 16.2 km/h and produces turbine rotation speed of 41.2 rpm. The time it takes to charge the accumulator 45 Ah to the brim with an average wind speed of 17.5 km/h, the average turbine rotation speed of 53.6 rpm and average electric current generated 2.4 ampere is 18 hours 45 minutes. The time it takes to reduce the accumulator voltage to 6 volts is 2 hours 1 minute 59 seconds and generate temperatures of 3.5 °C. Experimental results show that the wind can be used as an alternative source of energy on a small scale refrigeration designed.
ANGIN SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF PADA
MESIN PENDINGIN SKALA KECIL
ALFIN YUWANA PUTRA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan pada
Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan
DEPARTEMEN PEMANFAATAN SUMBERDAYA PERIKANAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Penelitian : Angin sebagai Sumber Energi Alternatif pada Mesin Pendingin Skala Kecil
Nama : Alfin Yuwana Putra
NRP : C44080023
Program studi : Teknologi dan Manajemen Perikanan Tangkap
Disetujui oleh
Fis Purwangka, S.Pi., M.Si Pembimbing I
Dr. Ir. Budhi Hascaryo Iskandar, M.Si Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Ir. Budy Wiryawan, M.Sc Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia- Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan di workshop Kapal dan Transportasi perikanan, Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, Institut Pertanian Bogor, dan Stasiun Lapang Kelautan FPIK IPB, Palabuhanratu, Jawa Barat pada bulan Februari-April 2013 ini adalah Angin sebagai Sumber Energi Alternatif pada Mesin Pendingin Skala Kecil.
Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada:
1. Fis Purwangka, S.Pi, M.Si. dan Dr. Ir. Budhi Hascaryo Iskandar, M.Si. sebagai pembimbing yang telah memberikan pengarahan dan bimbingan sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini;
2. Dr. Yopi Novita, S.Pi, M.Si. sebagai Komisi Pendidikan Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan atas saran dan arahannya;
3. Dr. Ir. Ronny Irawan Wahyu, M.Phil. sebagai penguji tamu pada sidang ujian skripsi;
4. Dosen Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan atas ilmu yang telah diberikan selama ini;
5. Kedua orang tua, kakak dan adik yang selalu memberikan doa, motivasi, inspirasi dan semangat kepada penulis;
6. Insan Nurfitriani dan keluarga yang telah membantu doa, dukungan dan semangatnya dalam penyelesaian skripsi;
7. Keluarga besar PSP 45: Kusnadi, Yadudin, Iqbal, Insun, Ristiani, Zabao,
Uwox, Izza, Okta ‘tejo’, Agung, Kakek Tio, Ocid, Cut Pinta, Imelda, Rahmi
Fitria, Anggara Bayu, Hotnaida, Rheka, Desi, Harist, Fahrul, Dian, Ina, Eka ‘Ocil’, Fifi, Dwi, Ana, Tomi, Amy, Arif ‘Aming’, Fristi, Didi ‘tapir’, Ikhlas, Jhon, Sihol, Charis, Zepanya, Cici, Bayu Adi, Albar, Jenal, Ani ‘Eman’, Herul, Eka Haryanti, Nova, Lina yuni, Nurlina ‘Kampung’, Arif Nugroho, Adit, Bedul, Ema, Isamuddin, Jessy, Luthfi, Yasinta, Jojo, Tabah, Fajri, Ochim, dan Sefi telah memberikan doa, semangat dan bantuannya;
8. PSP 46, PSP 47, PSP 48, Toba crew, Bagian Dapur (Mang Yana, Mang Isman, dan Bi Hani), TU PSP serta civitas PSP lainnya yang telah memberikan doa, dukungan dan semangatnya.
9. Pihak terkait yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, November 2013
DAFTAR ISI
Waktu dan Tempat Penelitian 4
Metode Penelitian 4
Alat dan Bahan 4
Pengolahan Data 5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tahap Desain 7
Rangkaian Turbin Angin Pembangkit Listrik 7
Rangkaian Sistem Refrigerasi 10
Tahap Pembuatan dan Perakitan Alat 13
Jumlah Putaran Turbin Angin, Arus Listrik yang Dihasilkan, Penurunan
Tegangan Akumulator dan Suhu yang Dicapai 19
Hubungan antara Kecepatan Angin dan Kecepatan Putaran Turbin 20 Hubungan antara Kecepatan Putaran Turbin dan Arus Listrik yang
Dihasilkan 20
Hubungan antara Waktu dan Suhu yang Dicapai dan Penurunan Tegangan
DAFTAR TABEL
1. Hasil pengukuran arus yang dihasilkan berdasarkan
putaran turbin angin 5
2. Hasil pengukuran tegangan yang dibutuhkan oleh
mesin pendingin 5
3. Hasil pengukuran kecepatan putaran turbin dan arus listrik yang dihasilkan 19 4. Hasil pengukuran penurunan tegangan accumulator, suhu yang dicapai
dengan waktu 19
DAFTAR GAMBAR
1. Kerangka pikir penelitian 3
2. Rangkaian turbin angin 7
3. Komponen alternator 8
4. Pengaturan circuit amperemeter 9
5. Pengaturan circuit voltmeter 9
6. Rangkaian sistem refrigerasi 11
7. Unit refrigerasi dalam penelitian ini 11
8. Prinsip kerja sistem refrigerasi 13
9. Tahap pembuatan 14
10. Rangka turbin angin 14
11. Desain as turbin angin 15
12. Desain mangkok dan lengan turbin angin 15
13. Desain pelindung alternator (Box alternator) 16 14. Tempat akumulator, amperemeter dan voltmeter 16
15. Rangkaian sistem pembangkit listrik 17
16. Cool box 18
17. Dudukan cool box dan sistem refrigerasi 18
18. Hubungan kecepatan angin dengan kecepatan putaran turbin 20 19. Hubungan kecepatan putaran turbin dengan arus listrik yang dihasilkan 20
20. Hubungan waktu dengan suhu 21
21. Hubungan waktu dengan penurunan tegangan akumulator 21
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ikan hasil tangkapan membutuhkan penanganan khusus untuk menjaga ikan tetap segar. Penanganan ikan di atas kapal meliputi segala tindakan terhadap hasil tangkapan di atas kapal, mulai dari tindakan awal sampai dengan penyimpanan (Wahyono dalam Huda 2013). Penanganan ikan hasil tangkapan di kapal merupakan perlakuan terpenting dari seluruh proses perjalanan ikan hingga sampai ke konsumen. Penurunan mutu ikan dapat dihambat dengan perlakuan suhu rendah. Penggunaan suhu rendah berupa pendingin dan pembeku dapat memperlambat proses-proses biokimia yang berlangsung dalam tubuh ikan yang mengarah pada penurunan mutu ikan (Baheramsyah dalam Huda 2013). Penanganan hasil tangkapan ikan menggunakan kapal ikan tradisional biasanya menggunakan pendinginan dengan es basah atau es batu. Penggunaan es merupakan salah satu cara yang paling mudah dilakukan. Penggunaan es juga relatif murah dan mudah. Namun penggunaan es basah ini akan menyebabkan beban pada kapal lebih besar dan ruang muat untuk ikan menjadi berkurang. Selain itu pendinginan dengan menggunakan es basah hanya dapat mempertahankan suhu rendah dalam waktu yang singkat (Huda 2013). Hal ini akan membatasi lama trip yang dilakukan nelayan karena sifat es yang mudah mencair. Apabila nelayan akan melakukan trip dalam waktu yang cukup lama, maka jumlah es yang dibawa akan banyak pula. Hal ini akan menyebabkan banyak ruang yang terpakai untuk penyimpanan es tersebut. Penggunan sistem refrigerasi dalam penanganan hasil tangkapan dapat dijadikan solusi dari permasalahan tersebut. Pada beberapa kapal penangkap ikan sudah menerapkan teknologi tersebut, namun energi listrik yang dibutuhkan oleh sistem refrigerasi yang ada sebagian besar masih disuplai dari penggunaan motor bakar.
Penggunaan motor bakar dapat dikatakan masih kurang ramah lingkungan dikarenakan masih menggunakan bahan bakar fosil yang tergolong sebagai sumber energi tak terbarukan. Gas buang kendaraan bermotor mengeluarkan zat-zat berbahaya yang dapat menimbulkan dampak negatif, baik terhadap kesehatan manusia maupun lingkungan. Komponen utama bahan bakar fosil ini adalah hidrogen (H) dan karbon (C). Bahan pencemar yang terutama terdapat di dalam gas buang kendaraan bermotor adalah karbon monoksida (CO), senyawa hirdokarbon (HC), oksida nitrogen (NOX), sulfur (SOX), dan partikulat debu
2
Perumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah ketergantungan nelayan terhadap es dalam menangani hasil tangkapan, sistem refrigerasi yang masih bergantung pada penggunaan bahan bakar fosil, semakin berkurangnya jumlah BBM, tingginya harga BBM yang kemudian menyebabkan tingginya biaya operasional, polusi yang ditimbulkan dari penggunaan BBM. Berbagai permasalahan tersebut diharapkan dapat diatasi dengan pemanfaatan sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif yang cukup potensial untuk dimanfaatkan adalah angin. Oleh karena itu, penelitian mengenai angin sebagai sumber energi alternatif pada mesin pendingin skala kecil, sebagai salah satu upaya penggunaan sumber energi alternatif perlu dilakukan. Penelitian ini merupakan tahap awal dalam memanfaatkan energi angin pada mesin pendingin.
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah :
1) Mengetahui kecepatan angin minimal yang dibutuhkan untuk mengisi energi listrik ke sistem penyimpanan;
2) Mengetahui lama waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pengisian daya ke sistem penyimpanan sampai penuh; dan
3) Mengetahui lama waktu yang digunakan untuk menghabiskan energi yang tersimpan di dalam sistem penyimpanan serta suhu yang dicapai.
Manfaat
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai salah satu solusi dalam memperoleh sumber energi alternatif pada sistem refrigerasi kapal perikanan. Hasil penelitian dapat dijadikan acuan untuk penelitian serupa namun dalam skala yang lebih besar lagi.
Kerangka Pemikiran
Penggunaan tenaga angin dalam menggerakkan mesin pada sistem refrigerasi kapal perikanan dapat menjadi solusi dari keterbatasan jumlah BBM bagi kapal perikanan. Pemanfaatan energi angin pada sistem refrigerasi perlu diuji coba karena belum diketahui kemampuan energi angin sebagai sumber energi yang dapat digunakan di atas kapal. Sistem refrigerasi yang digunakan dalam memanfaatkan energi angin tidak lagi menggunakan motor bakar, akan tetapi menggunakan motor listrik.
3
Gambar 1 Kerangka pikir penelitian Tidak
Evaluasi Rancangan Turbin Angin
Ya Masalah:
Keterbatasan sumber energi tidak terbarukan
Belum diketahui kemampuan tenaga angin sebagai sumber energi yang dapat digunakan diatas kapal
Aplikasi motor listrik pada mesin pendingin belum diterapkan
Kecepatan Angin Minimal yang
dibutuhkan
Kebutuhan Daya
Lama Waktu Pengisian dan
Pemakaian Accumulator Perancangan Turbin Angin Sebagai Sumber Energi
Uji Coba Turbin Angin Sesuai Daya yang dibutuhkan
4
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan dalam tiga tahap. Tahap pertama yaitu desain dan pembuatan alat yang dilaksanakan di workshop Kapal dan Transportasi Perikanan, Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor pada bulan Februari dan Maret tahun 2013. Tahap kedua yaitu pengambilan data yang dilaksanakan pada bulan April tahun 2013 di Palabuhanratu, Jawa Barat. Tahap ketiga yaitu pelaporan hasil penelitian di Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Metode Penelitian
Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode percobaan, yaitu dengan mendesain, membuat dan melakukan uji coba pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi alternatif pada mesin pendingin hasil tangkapan. Data primer yang diambil pada percobaan ini meliputi daya yang dihasilkan oleh turbin angin, lama waktu untuk mengisi accumulator, daya yang dihabiskan oleh mesin pendingin hasil tangkapan selama mesin tersebut bekerja. Data sekunder yang diambil berupa literatur turbin angin, alternator, accumulator, dan sistem refrigerasi, serta data kecepatan angin di Teluk Palabuhanratu.
Tenaga angin yang dibutuhkan dilihat dari kecepatan angin (RPM) minimal yang dibutuhkan dan dalam penentuannya menggunakan kincir angin dengan ukuran dan jumlah mangkok yang tetap. Sistem penyimpanan pada uji coba ini menggunakan accumulator dengan ampere tetap. Sistem refrigerasi yang digunakan dalam uji coba ini terdiri dari tiga komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, dan evaporator. Sistem refrigerasi tersebut menggunakan motor listrik dengan watt yang tetap.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: 1) Ampere meter
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: 1) Bola plastik
5
Data yang didapat ditabulasikan dan dihitung dengan menggunakan perhitungan matematika sederhana. Data tersebut disajikan dalam bentuk tabel dan grafik, selanjutnya dideskripsikan untuk mencapai tujuan penelitian. Data akan disajikan dalam bentuk tabulasi sebagaimana disajikan pada Tabel 1 dan 2.
Tabel 1 Hasil pengukuran arus yang dihasilkan berdasarkan putaran turbin angin Waktu Pengukuran Putaran Turbin Angin
(RPM)
Arus listrik yang Dihasilkan (Ampere)
Tabel 2 Hasil pengukuran tegangan yang dibutuhkan oleh mesin pendingin Waktu Pengukuran Tegangan yang
Dibutuhkan (Volt)
Suhu yang dihasilkan (oC)
Menurut F. Suryatmo dalam Setiono (2006), perhitungan untuk mengetahui energi yang dihasilkan oleh angin dapat menggunakan persamaan berikut:
W = P x t ... (1)
Keterangan :
W = energi (Joule) P = daya (watt) t = waktu (jam)
6
Perhitungan untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian accumulator dapat menggunakan persamaan berikut:
Lama pengisian arus (Anwar 2008):
Ta = Ah
A ... (3)
Keterangan :
Ta = Lamanya pengisian arus (jam)
Ah = Besarnya kapasitas accumulator (ampere hours) A = Besarnya arus pengisian ke accumulator (ampere)
Lama pengisian daya (Anwar 2008):
Td = daya Ah
daya A ... (4)
Keterangan :
Td = Lamanya pengisian daya (jam)
Daya Ah = Besarnya daya yang didapat dari perkalian Ah dengan besar tegangan accumulator (watt hours)
Daya A = Besarnya daya yang didapat dari perkalian A dengan besar tegangan accumulator (watt)
Selanjutnya untuk mengetahui lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menghidupkan mesin pendingin yaitu:
W = P x t atau t = W/P ... (5)
Keterangan:
7
Hasil dan Pembahasan
Tahap Desain
Tahap pembuatan desain dibagi menjadi dua, yaitu pembuatan desain sistem pembangkit listrik dan desain sistem refrigerasi. Pembuatan desain sistem pembangkit listrik diawali dengan pembuatan desain rangka kincir angin. Bahan yang digunakan adalah besi bekas. Rangka kincir angin didesain memiliki beberapa bagian yang berfungsi sebagai dudukan alternator dan dudukan bearing. Setelah desain tersebut selesai, desain yang dibuat selanjutnya adalah desain As dan mangkok kincir angin serta lengan kincir angin. Untuk as menggunakan bahan berupa besi as berdiameter 2.5 cm dengan panjang total 15 cm dan mangkok kincir angin menggunakan bola plastik berdiameter 22 cm. Selanjutnya adalah pembuatan desain pelindung alternator. Pelindung alternator dibuat menggunakan resin.
Pembuatan desain sistem refrigerasi diawali dengan pembuatan desain cool box. Cool box yang dibuat memiliki volume sebesar 57 liter dengan bahan berupa resin dan polyuretan. Selanjutnya adalah desain sistem refrigerasi yang akan digunakan. Pada sistem refrigerasi terdiri dari rangkaian kompressor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, dan kipas.
Rangkaian Turbin Angin Pembangkit Listrik
Rangkaian turbin angin yang dibuat pada penelitian ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu: turbin angin, Alternator, Amperemeter, Voltmeter, Saklar, dan accumulator. Rangkaian turbin angin dapat dilihat pada Gambar 2 berikut ini.
8
Bagian dan fungsi tiap bagian turbin angin pembangkit listrik adalah sebagai berikut:
1) Turbin Angin
Berdasarkan kedudukan poros, jenis-jenis turbin angin itu dapat dibagi ke dalam dua kategori, yakni: turbin angin dengan sumbu horisontal dan turbin angin dengan sumbu vertikal (Reksoatmodjo 2004). Berdasarkan prinsip kerjanya rotor vertikal secara umum dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu tipe dengan pembangkit putaran komponen gaya hambat dan tipe dengan pembangkit putaran komponen gaya angkat (Atmadi dan Fitroh 2008).
Penelitian ini menggunakan jenis turbin angin dengan sumbu vertikal dan bertipe pembangkit putaran komponen gaya hambat. Turbin angin digunakan untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar alternator, sehingga dapat menghasilkan listrik.
2) Alternator
Pengubahan energi angin menjadi energi listrik pada alat-alat yang kecil dapat dilakukan memakai alternator mobil. Alternator mempunyai konstruksi yang sederhana, selain itu terdapat beberapa kelebihan bila dibandingkan dengan dynamo. Kelebihan pada alternator ialah tidak terdapat bunga api antara sikat-sikat dan slip ring, disebabkan tidak terdapat komutator yang dapat menyebabkan sikat menjadi aus. Rotornya lebih ringan dan tahan terhadap putaran tinggi, dan silicon diode (rectifer) mempunyai sifat pengarahan arus, serta dapat mencegah kembalinya arus dari baterai ke alternator (F. Suryatmo dalam Setiono 2006). Oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan alternator mobil sebagai panghasil listrik pada turbin angin. Alternator yang digunakan adalah alternator Denso 27060 bz020.
Sumber: Atwell 2011
9
3) Amperemeter
Amperemeter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik. Menurut Prawiroredjo (2006), rangkaian amperemeter adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik pada sebuah rangkaian listrik dalam hal ini adalah arus searah. Untuk mengukur arus pada suatu rangkaian, maka amperemeter dipasang seri terhadap rangkaian yang hendak diukur besar arusnya.
Sumber: NETPDTC 1998
Gambar 4 Pengaturan circuit amperemeter
4) Voltmeter
Menurut Daryanto (2011), voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik. Sedangkan menurut Prawiroredjo (2006), rangkaian voltmeter adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengukur besarnya tegangan suatu komponen atau tegangan suatu titik terhadap titik yang lain pada rangkaian listrik. Rangkaian voltmeter dapat mengukur besar tegangan searah maupun tegangan bolak balik. Untuk mengukur tegangan, voltmeter dipasang secara paralel terhadap komponen atau tempat yang hendak diukur besar tegangannya.
Sumber: NETPDTC 1998
10
5) Accumulator
Accumulator atau biasa disebut aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi energi listrik. Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiaiwi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dari elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen kering). Dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros, contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells). Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik (secara umum dikenal dengan istilah
“di-charge”). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki terjadi proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Proses elektrokimia reversibel yaitu proses pengubahan tenaga kimia menjadi tenaga listrik (discharging) di dalam aki pada saat aki dipakai. Saat diisi atau dimuati, terjadi proses pengubahan tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging) (Anwar 2008).
Rangkaian Sistem Refrigerasi
Refrigerasi adalah metode pengkondisian temperatur ruangan agar tetap berada di bawah temperatur lingkungan. Karena temperatur ruangan yang terkondisi tersebut selalu berada di bawah temperatur lingkungan, maka ruangan akan menjadi dingin, sehingga refrigerasi dapat juga disebut dengan metode pendinginan (Dalimunthe 2004). Sistem refrigerasi yang umum dan mudah dijumpai adalah sistem refrigerasi kompresi uap (vapor compression refrigeration). Pada sistem ini terdapat refrigeran (refrigerant), yakni suatu senyawa yang dapat berubah fase secara cepat dari uap ke cair dan sebaliknya (Tampubolon dan Samosir 2005). Pada sistem refrigerasi terjadi proses perpindahan kalor dari lingkungan ruang pendingin ke refrigeran pada evaporator. Perpindahan kalor ini disebabkan karena temperatur refrigeran pada evaporator lebih rendah daripada temperatur lingkungan ruang pendingin. Perpindahan kalor ini menyebabkan turunnya temperatur udara pada ruang ruang pendingin.
11
Gambar 6 Rangkaian sistem refrigerasi
Gambar 7 Unit refrigerasi dalam penelitian ini
1) Kompresor
12
2) Kondensor
Kondensor dari sistem refrigerasi pada penelitian ini terbuat dari pipa tembaga dengan ukuran 6 mm. Pada kondensor ditambahkan sebuah kipas untuk mempercepat proses pelepasan kalor.
3) Filter
Filter merupakan peralatan pendukung pada sistem refrigerasi. Filter dipasang pada liquid line, yakni saluran yang menghubungkan antara keluaran kondensor dengan alat ekspansi (Tampubolon dan Samosir 2005). Penggunaan filter dimaksudkan untuk menyaring kotoran dan uap air yang ada di sistem refrigerasi.
4) Pipa Kapiler
Alat ekspansi dapat berupa pipa kapiler, katup ekspansi manual, katup ekspansi automatik, maupun katup ekspansi termostatik (Tampubolon dan Samosir 2005). Penggunaan pipa kapiler pada sistem refrigerasi ini bermaksud untuk mengontrol laju refrigeran dan menurunkan tekanan refrigeran pada evaporator. Menurut Hasan dan Widodo (2008), Sistem pengontrol laju refrigeran yang paling sederhana adalah pipa kapiler. Seperti namanya pipa kapiler terdiri dari pipa panjang dengan diameter yang sangat kecil. Diameter pipa kapiler antara 0.26 inci sampai 0.4 inci.
5) Evaporator
Evaporator adalah media pemindahan energi panas melalui permukaan agar refrigeran cair menguap dan menyerap panas dari udara dan produk yang ada di dalam ruang tersebut. Dilihat konstruksinya, evaporator dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu bare-tube, plate-surface, dan finned (Hasan dan Widodo 2008). Evaporator yang digunakan dalam penelitian ini yaitu tipe plate-surface. Menurut Hasan dan Widodo (2008), Evaporator bare-tube dan plate-surface lazim digunakan untuk keperluan pendinginan air dan pendinginan udara yang suhunya di bawah 1oC.
13
Gambar 8 Prinsip kerja sistem refrigerasi
Tahap Pembuatan dan Perakitan Alat
Pada tahap pembuatan, dilakukan kegiatan pemotongan dan penyambungan. Sistem penyambungan yang dilakukan ada dua cara, yaitu panyambungan dengan baut dan penyambungan dengan pengelasan. Tahap pembuatan alat terdiri dari 8 tahap, sebagaimana disajikan pada gambar 9.
Uap jenuh refrigeran dari evaporator dikompresi oleh kompresor sehingga berubah menjadi uap refrigeran dengan temperatur dan tekanan yang tinggi
Uap refrigeran dengan temperatur dan tekanan yang tinggi masuk ke dalam kondensor
Terjadi proses kondensasi sehingga uap refrigeran dengan temperatur dan tekanan yang tinggi berubah fase menjadi refrigeran cair
Refrigeran cair selanjutnya melewati filter dan pipa kapiler menuju evaporator sehingga terjadi penurunan tekanan
Di evaporator, refrigeran mengalami evaporasi sehingga menyerap kalor dan berubah menjadi uap jenuh
14
Gambar 9 Tahap pembuatan
a). Pembuatan Rangka Turbin Angin
Rangka turbin angin terbuat dari besi dengan ukuran seperti terlihat pada Gambar 10. Penyambungan rusuk-rusuk dilakukan dengan cara pengelasan. Rangka ini juga berfungsi sebagai dudukan alternator dan dudukan bearing. Tipe bearing yang digunakan adalah spherical trusted roller bearing. Bearing tersebut dipilih karena digunakan untuk menopang as dengan posisi vetikal.
Gambar 10 Rangka turbin angin Pembuatan rangka turbin angin
Pembuatan as dan mangkok turbin angin
Pembuatan pelindung alternator (Box alternator)
Pembuatan tempat accumulator, amperemeter dan voltmeter
Perakitan sistem pembangkit listrik
Pembuatan cool box
Pembuatan dudukan cool box dan sistem refrigerasi
15
b). Pembuatan As dan Mangkok Turbin Angin
As atau poros terbuat dari besi dengan diameter 2.5 cm dan panjang total 15 cm. Pada bagian ujung atas dibuat ulir berdiameter 1.5 cm dan panjang 2 cm dengan cara dibubut. Pada bagian bawah dibuat lubang dengan diameter 1.5 cm sedalam 2 cm dengan cara dibubut. Pada bagian sisi samping as, diberi 2 buah lubang berulir yang saling berhadapan dengan diameter 5 mm dan terletak 1.5 cm dari bagian bawah. Mangkok kincir angin terbuat dari bola plastik dengan bentuk setengah lingkaran dan berdiameter 22 cm. Panjang lengan turbin angin ini sebesar 5.5 cm.
Gambar 11 Desain as turbin angin
16
c). Pembuatan Pelindung Alternator (Box Alternator)
Box alternator berfungsi untuk melindungi alternator dari air dan kotoran yang terbawa angin. Box ini terbuat dari resin dan memiliki bentuk berupa prisma segiempat. Bentuk dan ukuran dari box alternator dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Desain pelindung alternator (Box alternator)
d). Pembuatan Tempat Accumulator, Amperemeter dan Voltmeter
Tempat accumulator terbuat dari resin dengan rangka terbuat dari plat besi setebal 0.3 cm. Penggunaan rangka besi bertujuan agar tempat accumulator (baterai) lebih kuat. Tempat amperemeter dan voltmeter terbuat dari kotak plastik yang diberi lubang sebesar ukuran amperemeter dan voltmeter. Bentuk dan ukuran dari tempat accumulator, amperemeter dan voltmeter dapat dilihat pada Gambar 14.
17
e). Perakitan Sistem Pembangkit Listrik
Sistem pembangkit listrik ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu: alternator, as/ besi poros, mangkok dan lengan kincir angin, rangka kincir angin, kabel-kabel, amperemeter, voltmeter, saklar, accumulator. Setelah semua komponen tersebut siap, kemudian dirangkai seperti pada Gambar 15.
Gambar 15 Rangkaian sistem pembangkit listrik
f). Pembuatan Cool Box
Cool box terdiri dari tiga lapisan. Lapisan paling luar terbuat dari resin dengan bentuk persegi panjang berukuran 53 cm X 45 cm X 50 cm. Lapisan bagian tengah terbuat dari polyuretan. Lapisan bagian dalam terbuat dari kotak plastik bervolume 57,4 liter yang dilapisi dengan resin.
18
Gambar 16 Cool box
g). Pembuatan Dudukan Cool Box dan Sistem Refrigerasi
Dudukan cool box dan sistem refrigerasi dibuat dengan tujuan untuk menjadikan cool box dan sistem refrigerasi menjadi satu bagian. Dudukan tersebut terbuat dari besi siku dengan bentuk persegi. Pada bagian bawah tempat kompresor melekat ditutup dengan plat besi. Penyambungan besi dilakukan dengan pengelasan. Bentuk dan ukuran dudukan cool box dan sistem refrigerasi dapat dilihat pada Gambar 17.
Gambar 17 Dudukan cool box dan sistem refrigerasi
h). Pembuatan Sistem Refrigerasi
Sistem refrigerasi terdiri dari rangkaian kompresor, evaporator, dan kondensor. Langkah awal pada perakitan ini diawali dengan pemasangan plat evaporator pada bagian dalam cool box. Kemudian pemasangan kondensor pada sisi luar box, lalu diikuti dengan pemasangan kompresor pada dudukan mesin cool box. Selanjutnya pipa output kompresor disambungkan ke pipa input kondensor dengan menggunakan pipa tembaga berdiameter 6 mm. Penyambungan pipa dilakukan dengan me-“nyenai” bagian ujung salah satu pipa agar diameternya menjadi lebih besar dari pipa lain yang akan disambung. Setelah kedua pipa disatukan, kemudian di-las dengan menggunakan perak.
19
Jumlah Putaran Turbin Angin, Arus Listrik yang Dihasilkan, Penurunan Tegangan Akumulator dan Suhu yang Dicapai
Berdasarkan data hasil pengukuran kecepatan putaran turbin dan arus listrik yang dihasilkan, kecepatan putaran turbin paling tinggi yaitu sebesar 141.4 rpm pada kecepatan angin 25.2 km/jam dan menghasilkan arus listrik sebesar 3.7 ampere. Kecepatan putaran turbin paling rendah yaitu sebesar 0.0 rpm pada kecepatan angin 15.9 km/jam, 16.0 km/jam, dan 16.1 km/jam. Dari fakta tersebut dapat dikatakan bahwa, turbin akan berputar bila angin memiliki kecepatan minimal 16.2 km/jam. Kecepatan rata-rata putaran turbin selama 24 jam yang diukur setiap 15 menit yaitu sebesar 53.6 rpm dan menghasilkan arus listrik rata-rata sebesar 2.4 ampere. Jika dilihat dari arus rata-rata-rata-rata yang dihasilkan maka waktu yang dibutuhkan untuk mengisi accumulator dengan kapasitas 540 watt sampai penuh adalah 18 jam 45 menit. Data hasil pengukuran disampaikan pada Tabel 3. Sedangkan data hasil pengukuran penurunan tegangan accumulator, suhu yang dicapai dengan waktu disampaikan pada Tabel 4.
Tabel 3 Hasil pengukuran kecepatan putaran turbin dan arus listrik yang
Tabel 4 Hasil pengukuran penurunan tegangan accumulator, suhu yang dicapai dengan waktu
20
Hubungan antara Kecepatan Angin dan Kecepatan Putaran Turbin
Hubungan kecepatan angin dengan kecepatan putaran turbin dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Hubungan kecepatan angin dengan kecepatan putaran turbin
Grafik tersebut menunjukkan bahwa kecepatan angin minimal yang dibutuhkan untuk menggerakan turbin adalah sebesar 16.2 km/jam dan menghasilkan kecepatan putaran turbin sebesar 41.2 rpm. Gradien atau kemiringan garis pada grafik tersebut adalah sebesar 12.125 dan setiap perubahan nilai kecepatan angin akan mempengaruhi nilai kecepatan putaran turbin sebesar -158.73. Kondisi ini menunjukkan semakin besar kecepatan angin, maka akan semakin besar pula kecepatan putaran turbin angin.
Hubungan antara Kecepatan Putaran Turbin dan Arus Listrik yang Dihasilkan
Hubungan kecepatan putaran turbin dengan arus listrik yang dihasilkan disajikan dalam Gambar 19.
21
Gambar 19 di atas menunjukkan bahwa arus listrik baru dapat dihasilkan ketika kecepatan putaran turbin sebesar 41.2 rpm dengan arus listrik yang dihasilkan sebesar 2.0 Ampere. Arus listrik tertinggi yang dihasilkan yaitu pada saat kecepatan putaran turbin sebesar 141.4 rpm dengan nilai arus listrik sebesar 3.7 Ampere. Gradien atau kemiringan garis pada grafik tersebut adalah sebesar 0.0199 dan setiap perubahan nilai kecepatan putaran turbin akan mempengaruhi nilai arus listrik yang dihasilkan sebesar 1.3184. Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa semakin besar kecepatan putaran turbin angin maka akan semakin besar pula arus listrik yang dihasilkan.
Hubungan antara Waktu dan Suhu yang Dicapai dan Penurunan Tegangan
Accumulator
Hubungan lama waktu dengan perubahan suhu yang terjadi disampaikan pada Gambar 20 dan hubungan lama waktu dengan penurunan tegangan pada accumulator disampaikan pada Gambar 21.
Gambar 20 Hubungan waktu dengan suhu
22
Persamaan pada Gambar 20 menjelaskan bahwa nilai suhu didapatkan dari 23.633 dipangkatkan dengan 25.42 kali nilai waktunya. Grafik hubungan waktu dengan suhu di atas menggambarkan fungsi eksponensial dengan eksponen negatif. Eksponen negatif ini menunjukkan bahwa semakin besar waktu maka nilai suhu akan semakin menurun.
Gambar 21 menunjukkan hubungan waktu dengan penurunan tegangan accumulator. Penurunan tegangan accumulator paling besar terjadi pada saat mesin pendingin baru dihidupkan, yaitu sebesar 0.5 Volt. Hal ini dikarenakan mesin pendingin tersebut membutuhkan daya awal yang cukup besar pada saat baru dihidupkan, sehingga berpengaruh terhadap penurunan tegangan accumulator. Gradien atau kemiringan garis dari grafik pada Gambar 15 adalah sebesar -69.871 dan setiap perubahan waktu akan mempengaruhi penurunan tegangan accumulator sebesar 11.86. Gambar 21 memperlihatkan bahwa dibutuhkan waktu selama 2 jam 1 menit 59 detik untuk menurunkan tegangan accumulator menjadi 6 Volt dalam penggunaan mesin pendingin pada penelitian ini.
23
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Adapun saran dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Kecepatan angin minimal yang dibutuhkan untuk memutarkan turbin angin yaitu sebesar 16.2 km/jam dan menghasilkan kecepatan putaran turbin sebesar 41.2 rpm;
2. Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi accumulator 45 Ah sampai penuh dengan kecepatan angin rata 17.5 km/jam, kecepatan putaran turbin rata-rata 53.6 rpm dan arus listrik rata-rata-rata-rata yang dihasilkan 2.4 ampere adalah 18 jam 45 menit;
3. Waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan tegangan accumulator menjadi 6 volt adalah 2 jam 1 menit 59 detik dan menghasilkan suhu sebesar 3.5 oC; dan 4. Hasil uji coba menunjukkan bahwa angin dapat digunakan sebagai sumber
energi alternatif pada mesin pendingin skala kecil yang dirancang.
Saran
Adapun saran dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Desain kincir angin lebih disempurnakan agar kemampuan pengisian daya lebih maksimal dan dapat mengimbangi pemakaian daya; dan
2. Desain mesin pendingin lebih disempurnakan agar suhu yang dicapai dapat lebih rendah dan daya yang dibutuhkan dapat lebih kecil.
24
DAFTAR PUSTAKA
Anwar MS. 2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik [Skripsi]. Surabaya: Jurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Atmadi S, Fitroh AJ. 2008. Pengembangan Metode Parameter Awal Rotor Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Savonius. Jurnal Teknologi Dirgantara Vol. 6 No. 1: 41-50.
Atwell R. 2011. Charging System Tests. [diunduh 2013 November 20]. Tersedia pada: http://www.ratwell.com/technical/ChargingSystem.html
Dalimunthe IS. 2004. Pengantar Teknik Refrigerasi. Medan: Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Daryanto. 2011. Teknik Listrik Lanjutan. Bandung: PT. Sarana Tutorial Nurani Sejahtera.
Firmansyah D. 2011. Uji Coba Turbin Angin sebagai Alternatif Energi Sumber Listrik untuk Lampu Navigasi Kapal Ikan [Skripsi]. Bogor: Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Hasan S, Widodo S. 2008. Sistem Refrigerasi dan Tata Udara Jilid 1. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional.
Havendri A. 2008. Kaji Eksperimental Perbandingan Prestasi dan Emisi Gas Buang Motor Bakar Diesel Menggunakan Bahan Bakar Campuran Solar dengan Biodiesel CPO, Minyak Jarak dan Minyak Kelapa. Jurnal TeknikA No. 29 Vol. 1 Thn. XV April 2008.
Huda MA, Baheramsyah A, Cahyono B. 2013. Desain Sistem Pendingin Ruang Muat Kapal Ikan Tradisional dengan Menggunakan Campuran Es Kering dan Cold Ice yang Berbahan Dasar Propylene Glycol. Jurnal Teknik Pomits Vol. 2, No.1 (2013).
[NETPDTC] Naval Education and Training Program Development Center. 1998. Navy Electricity and Electronics Training Series. Module 16: Introduction to Test Equipment (NAVEDTRA 14188). United States. 272 p.
Prawiroredjo K. 2006. Pemahaman dan Penggunaan Alat Ukur Multimeter Analog Sebagai Pengenalan Teknik Elektronika. Jurnal Ilmiah LEMDIMAS Vol. 6, Nomor 2 Tahun 2006.
Putro SM. 2003. Perancangan Sistem Kontrol Kompressor AC Berbasiskan PC. Semarang: Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
Reksoatmodjo TN. 2004. Vertical-Axis Differential Drag Windmill. Jurnal Teknik Mesin Vol. 6 No. 2: 65 – 70.
Setiono P. 2006. Pemanfaatan Alternator Mobil Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Angin [Skripsi]. Semarang: Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
25
LAMPIRAN
Lampiran 1 Dokumentasi penelitian
Turbin angin
Amperemeter dan Voltmeter
Alternator
Pelindung alternator
Proses pembuatan cool box
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 26 Januari 1991 dari pasangan Bapak Sumpeno dan Ibu Kunarti. Penulis merupakan putra kedua dari tiga bersaudara. Tahun 2008 penulis lulus dari SMA Negeri 7 Tangerang dan pada tahun yang sama, penulis lulus seleksi masuk IPB melalui jalur USMI pada Program Studi Teknologi dan Manajemen Perikanan Tangkap, Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
