15
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dijelaskan perancangan sistem serta realisasi perangkat keras pada perancangan skripsi ini.
3.1. Gambaran Alat
Alat yang akan direalisasikan adalah sebuah alat yang memanfaatkan tenaga angin. Tenaga kinetik yang timbul dari angin akan menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan magnet yang memiliki medan magnet yang besar serta koil. Alat juga dapat menangkap angin dari berbagai sudut, sehingga arah angin yang datangnya terkadang berubah – ubah juga dapat di manfaatkan. Pergerakkan antara koil dan
magnet yang tegak lurus akan menghasilkan arus dan tegangan. Hasil dari generator di alirkan ke wind charger controller. Dari akumulator baru bisa dimanfaatkan untuk
penerangan ataupun kepentingan lain menggunakan inverter.
16 3.2. Sudu Rotor
Untuk mengantisipasi arah angin yang selalu berubah – ubah maka dpilih bentuk twisted savonius sebagai bentuk turbin. Bentuk twisted savonius dapat menangkap angin
dari berbagai arah karena bentuk blade-nya yang melingkar, dan bagian yang memilin berfungsi untuk menahan angin sehingga angin akan tertangkap yang memungkinkan untuk mengalirkan angin.
Sudu berkontak dengan udara yang mengakibatkan sudu berputar karena adanya gaya dari aliran angin. Pangkal sudu yang menempel dengan generator mengakibatkan generator bekerja sehingga akan menimbulkan energi listrik. Oleh karena putaran pada sudu merupakan suatu hal yang menentukan dalam pembangkitan daya, maka konstruksi sudu pun harus dibuat sebaik mungkin.[5]
17
Pada gambar 3.2 adalah per bagian sudu, hal ini dilakukan karena pembuatan secara langsung tidak memungkinkan maka dibuat per bagian [3]. Secara keseluruhan turbin yang dibuat membutuhkan 6 tingkat sehingga dibutuhkan 12 bagian.
Gambar 3.3. Diagram mekanik turbin savonius
Berikut adalah ukuran turbin secara keseluruhan yang dibuat:
Tinggi = H = 150 cm = 1,5 m
Diameter sudu keseluruhan= = 50 cm = 0,5 m
Diameter lengkung sudu = D = 50 cm = 0,5 m
Jari- jari sudu sampai shaft = d = 30 cm = 0,3 m
Diameter sumbu dengan rongga = e = 10 cm = 0,1 m
18
Gambar 3.4. Realisasi Turbin Twisted Savonius
Gambar 3.4 merupakan bentuk sudu setelah terpasang semua dapat terlihat turbin memiliki 6 tingkat dan dapat terlihat memilin menggunakan 12 bagian sudu.
Dengan data ukuran turbin maka dapat diketahui aspect ratio, dan overlap ratio.
Aspect ratio (α) =
=
= 3
Overlap ratio (β) =
= –
19 3.3. Generator
Mengggunakan generator AC servo motor magnet permanen 3 phase berdaya maksimal 400 Watt pada 3000 rpm.
Untuk mengetahui efisiensi dari generator perlu diketahui terlebih dahulu daya masukan dari generator. Karena shaft dari generator menyambung dengan sumbu turbin maka generator dapat dianggap sebagai beban sehingga daya mekanik turbin dapat dicari dengan menggunakan cara Break Horse Power, yaitu daya turbin yang diukur ketika diberi beban generator ataupun perangkat tambahan lainnya dengan melihat daya keluaran dari generator.[7]
Gambar 3.5. Generator AC
20 3.4. Rangkaian Penyearah
Outputan dari generator tidak bisa langsung dimanfaatkan karena masih berupa tegangan AC tiga fasa maka untuk memanfaatkan outputan dari generator diperlukan rangkaian penyearah. Penggunaan rangkaian setara penyearah 3 fasa ini agar keluaran dari generator berupa AC yang terkadang sulit untuk diukur karena tergantung dari putaran generator yang terkadang tidak stabil. Dengan menggunakan rangkaian setara ini diharapkan dapat meminimalisir ripple dari keluaran AC dan mengubahnya menjadi keluaran DC sehingga dapat memudahkan pengukuran.
Gambar 3.6. (a) rangkaian delta 3 fasa (b) rangkaian penyearah 3 fasa
Untuk mencari daya keluaran dari rangkaian setara penyearah tiga fas digunakan rumus :
=
Dimana :
= Daya output (Watt)
= Tegangan output (Volt)
= Arus output (Ampere)
21 3.5. Kipas Angin
Untuk mensimulasikan angin digunakan kipas dengan 3 kecepatan yaitu 2,6 m/s; 3,4 m/s; dan 4 m/s. Kipas angin ini memiliki jari – jari 24 cm = 0,24 m.
Gambar 3.7. Kipas angin
Masing – masing kecepatan memiliki daya angin sebagai berikut :
Luas penampang angin yang menumbuk ( kipas angin )
= .(
= .( 0,24 m .( 0,0576 m) = 0,181
Dipakai kerapatan angin pada suhu kamar ( 27 °C ) adalah 1,743 kg/
Pada kecepatan angin 2,6 m/s (pembacaan anemometer)
Daya ( ) = .ρ.A.
= .(1,0743 kg/ ).(0,181 ).
= 1,709 W
22 Daya ( ) = .ρ.A.
= .(1,0743 kg/ ).(0,181 ).
= 3,821 W
Pada kecepatan angin 4 m/s (pembacaan anemometer)
Daya ( ) = .ρ.A.
= .(1,0743 kg/ ).(0,181 ).
= 6,223 W
3.6. Battery Charger
Dalam perancangan ini menggunakan DC-DC step-up converter dengan
menggunakan IC CE8301. IC CE8301 memiliki spesifikasi sebagai berikut :
- Dapat bekerja pada tegangan 0,9 – 5 V - Tegangan output 1,8 – 6,5 V
- Memiliki efisiensi 85 % - Memiliki fitur PFM
Gambar 3.8. Gambar Rangkaian DC-DC Step-UpConverter
23 = x 0,6
Dan arus output dengan rumus:
= / 250 Ω
Pemilihan IC CE8301 karena IC ini memiliki fitur PFM yang dapat mengontrol duty ratio secara otomatis karena perubahan beban, sehingga memiliki ripple yang kecil. IC ini juga dapat di konfigurasikan dengan induktor, kapasitor, ataupun dioda tambahan. Pada IC MOSFET ini terdapat proteksi agar IC tidak rusak, yaitu bila tegangan pada pin LX melebihi batas yang seharusnya yaitu pada -0 +10. Pada
