PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN DENGAN TURBIN SAVOUNIUS DI PANTAI KOTA TEGAL
Soebyakto, Rusnoto, Hadi Wibowo E-mail : soebyakto@gmail.com
ABSTRAK
Angin laut adalah angin yang timbul akibat adanya perbedaan suhu antara daratan dan lautan. Pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00 angin akan berhembus dari laut ke darat. Keadaan semacam ini telah dilakukan penelitian pendahuluan, pada jam 08.15 tanggal 20 April 2014, arah angin mengalami transisi antara angin laut dan angin darat. Pada alat anemometer nilainya kecepatan anginnya kadang-kadang nol. Seperti yang kita ketahui bahwa sifat air dalam melepaskan panas dari radiasi sinar matahari lebih lambat daripada daratan, sehingga suhu di laut pada malam hari akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di daratan. Semakin tinggi suhu, tekanan udara akan semakin rendah. Akibat adanya perbedaan suhu ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan udara di atas daratan dan lautan. Hal inilah yang menyebabkan pada malam hari, angin akan bertiup dari arah darat ke arah laut.
Angin gelombang yang sampai ke pesisir pantai, digunakan untuk memutar turbin angin Savonius untuk menghasilkan listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Angin atau Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah salah satu pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan. Prinsip kerja PLTB adalah dengan memanfaatkan energi kinetik angin yang masuk ke dalam area efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir angin, kemudian energi putar ini diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensonal (PLTD,PLTU), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Kata Kunci : Angin Pantai, Turbin Savounius, Pembangkit Listrik.
PENDAHULUAN
adalah salah satu pembangkit listrik energi terbarukan yang ramah lingkungan. Prinsip kerja PLTB adalah dengan memanfaatkan energi kinetik angin yang masuk ke dalam area efektif turbin untuk memutar baling-baling/kincir angin, kemudian energi putar ini diteruskan ke generator untuk membangkitkan energi listrik.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Untuk menjalankan prinsip dasar kerja turbin angin ini, diperlukan data angin pantai yang meliputi arah dan kecepatan angin, perubahan kecepatan angin terhadap ketinggian dan waktu pengamatan. Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30% dari daya angin yang ada di alam ini. Alat mekanis yang merubah dari daya angin yang ada ke daya turbin angin, dilanjutkan ke daya generator diupayakan efisien dan efektif.
Sistem pembangkit listrik tenaga angin di pantai Kota Tegal, yaitu ada data masuk berupa data tenaga angin di pantai Tegal, diproses menjadi tenaga turbin angin dan daya generator selanjutnya hasil yang didapat berupa listrik.. Daya angin yang akan diteliti dibatasi untuk angin yang bertiup di pantai Kota Tegal pada ketinggian satu meter dan dua meter dari permukaan tanah. Turbin angin yang digunakan dalam penelitian ini yaitu turbin Savonius. Besarnya daya generator disesuaiakan dengan daya turbin angin yang dihasilkan.
METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat
Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga angin dilaksanakan di Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian alat pembangkit listrik tenaga angin pada sore hari hari antara jam 15.00 – 17.30 WIB atau pada pagi hari antara jam 08.00 – 12.00 di pantai Kota Tegal.
Cara Pengambilan Data
Gambar 1 Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Angin Tipe Savonius sumbu vertikal
(1) Angin memutar turbin Savonius.
(2) Pada poros turbin Savonius disentuhkan ke pemutar alat tachometer.
(3) Tombol ON pada Tachometer ditekan, akan terbaca pada alat tachometer, nilai frekuensi dengan satuan rpm (rotasi per menit).
(4) Frekuensi angin bertiup, dapat diperoleh berdasarkan banyaknya perputaran turbin savonius, persentuhan A dan B per satuan waktu lamanya persentuhan tersebut.
(5) Kecepatan turbin Savonius, dihitung berdasarkan kecepatan berputar (kecepatan sudut) kali jari-jari turbin Savonius.
(6) Kecepatan poros turbin, diperoleh berdasarkan kecepatan berputarmya poros (kecepatan anguler poros) kali jari-jari poros turbin.
Pengolahan Data
Data kecepatan angin diperoleh dari alat anemometer : v=ω.R
f= v 2πR
Dimana : v = kecepatan angin (m/s) f = frekuensi angin (Hz)
R = jari-jari sapuan baling-baling (m)
Frekuensi angin yang diperoleh dengan alat anemometer, kita bandingkan frekuensi turbin savounius yang didapat dari alat tachometer. Dengan demikian akan didapat berapa persen angin yang bertiup yang dapat mendorong turbin angin berputar. Daya angin yang ada, dibandingkan daya poros turbin angin, akan diperoleh koefisien daya (Cp).
Pt = Cp.Pa
Pt = daya turbin (Watt) Pa = daya angin (Watt) Cp = koefisien daya
Gambar 2 Sebaran data pada regresi linear
Koefisien korelasi diperoleh dari persamaan
r= Σ(x−¯x)(y−¯y)
√
Σ(x−¯x)2Σ(y−¯y)2Koefisien korelasi ini untuk menyatakan bahwa variable x dan y ada korelasinya. Dimana x dapat menyatakan lamanya turbin angin berputar dan y dapat menyatakan banyaknya turbin angin berputar.
Sistem pembangkit listrik tenaga angin yang akan dikembangkan, antara lain : P = Cp.(1/2) ρ.A.V3
ρ = Massa jenis udara = 1,225 kg/m3
Generator merupakan alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator yang digunakan dalam penelitian ini, disesuaikan dengan daya turbin angin yang telah dihitung berdasarkan luas sapuan turbin dan kecepatan angin. Dengan demikian nilai daya generator dihitung dengan perumusan daya listrik.
P = V.I V = R.I P = R.I2 R=ρ L
A
P = daya listrik (Watt) V = tegangan listrik (Volt) R = hambatan (Ohm) I = kuat arus listrik (A) L = panjang penghantar (m)
= hambatan jenis penghantar (Ohm.m) A = luas penampang penghantar (m2)
L=2π.r.N
r= jari-jari lingkaran lilitan N = banyaknya lilitan
Perumusan perhitungan daya listrik tersebut, kita korelasikan dengan induksi magnetik B (Tesla).
Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa sebuah tegangan gerak elektrik didalam sebuah rangkaian adalah sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks tersebut dinyatakan dalam weber/sekon, maka tegangan gerak elektrik dinyatakan dalam volt.
ε=−N dφ dt
laju perubahan fluks magnetik yang bergerak melintasi loop seluas a yang secara matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut :
= B.A cos = B.A.cos .t
ε=−Ndφ
dt = N.B.A. sin .t
m = N.B.A.
m = amplitudo harga ggl induksi (imbas). A = luas kumparan
= .t
= sudut antara normal bidang loop (kumparan) dengan arah induksi magnet B.
= kecepatan sudut (rad/s)
Hukum induksi Faraday berbunyi : “ gaya gerak listrik yang timbul diantara ujung- ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.
Gambar 3
Arah induksi magnet (B) oleh kawat melingkar berarus
Induksi magnet titik di pusat lingkaran untuk satu lilitan adalah
B=μoI
2.r
Induksi magnet titik di pusat lingkaran untuk N lilitan adalah
B=μoI.N
2.r
o = 4.10-7 weber/A.m
PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN PERANCANGAN TURBIN SAVOUNIUS
Pada mula perancangan turbin savonius seperti pada gambar 1 tanpa ukuran. Pada saat pelaksanaan kegiatan penelitian, terpikirkan berapa besar alat dan berapa besar daya yang ingin dicapai ? Dengan demikian luas sapuan turbin savounius harus ditentukan,
Pada penelitian pendahuluan, data angin pantai Kota Tegal adalah sebagai berikut :
0 berdasarkan data angin penelitian tabel 1.
Perhitungan luas sapuan turbin Savounius dan daya yang dihasilkannya :
a) Alat pertama Turbin Savounius dengan diameter D = 44,5 cm, ketinggian h = 29,5 cm
No
b) Alat kedua Turbin Savounius dengan diameter D = 143 cm, ketinggian h = 81,5 cm
No. (m/s)v (kg/m3 2 2,0 1,225 7,87 1,605247 0,715 1,43
3 2,5 1,225 15,36 1,605247 0,715 1,43
5
3,3 1,225 35,33
1,60524
7 0,715 1,43 6
4,0 1,225 62,93
1,60524
7 0,715 1,43
2) Membuat Turbin Savounius dengan diameter D = 44,5 cm, ketinggian h = 29,5 cm dan diameter D = 143 cm, ketinggian h = 81,5 cm
PERANCANGAN GENERATOR
1) Merancang Dinamo Listrik dengan penggerak motor listrik
Berdasarkan perumusan hukum Ohm, V = R.I dan daya listrik, P = V.I.
pada table di bawah ini :
1 25 50,0 0,5 100,0 1,68E-08 0,2 0,000000314 1869,0 0,03 19841
2 25 25,0 1,0 25,0 1,68E-08 0,2 0,000000314 467,3 0,03 4960
3 25 16,7 1,5 11,1 1,68E-08 0,2 0,000000314 207,7 0,03 2205
4 25 12,5 2,0 6,3 1,68E-08 0,2 0,000000314 116,8 0,03 1240
5 25 10,0 2,5 4,0 1,68E-08 0,2 0,000000314 74,8 0,03 794
P = daya listrik (W); V = voltage (Volt); I = kuat arus (A); = hambatan jenis tembaga
(m); d = diameter tembaga (mm); L = panjang kawat penghantar (m); A = luas penampang kawat tembaga (m2); L = panjang kawat tembaga (m); D = diameter medan magnet (m); N = banyaknya lilitan tembaga untuk membuat induksi magnetik. Data tabel tersebut diatas, diperoleh dengan mencari hubungan antara hukum Ohm, kawat penghantar dan banyaknya lilitan berdasarkan diameter koin medan magnet ( D = 3 cm ).
Alat penghitung besarnya hambatan, tegangan dan kuat arus
DAFTAR PUSTAKA
HaGe, 2009. “Generator DC”. <http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html> [23/09/2012 12:19].
Kadek Fendy Sutrisna, 2011. “Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin”, <http://indone5ia.wordpress.com/2011/05/21/prinsip-kerja-pembangkit-listrik-tenaga-angin-dan-perkembangannya-di-dunia/> [06/10/2012 10:55].
Nogrohoadi, 2008. “Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Indonesia”, <http://nugrohoadi.wordpress.com/2008/05/03/pembangkit-listrik-tenaga-angin-di-indonesia/>[29/02/2012 21:55].
Qtussama, 2012. “Generaor Listrik”.
<http://qtussama.wordpress.com/2012/01/23/generator-listrik/>[ 23/09/2012 12:19 ].
Tonytaufik, 2012. “Kincir Angin 1 Type Savonious”.
<http://tonytaufik.wordpress.com/kincir-angin1/>[ 09/05/2013 9:18].
Tonytaufik, 2012. “Generator Listrik Sederhana”. <http://
tonytaufik.wordpress.com/generator-listrik-sederhana/> [09/05/2013 09:22].
Wikipedia Ensiklopedia bahasa Indonesia, 2012. “Turbin Angin”. <http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin>[ 23/09/2011 05:19 ].
Yusufsatya, 2012. “Penggunaan Listrik Tenaga Angin”.