Analisis Potensi Energi Angin Pada Car B

(1)

LEMBAR PENGESAHAN ARTIKEL

Analisis Potensi Energi Angin Pada Car Body Oleh

Adib Pahrudin NIM : 421 410 014

Telah diperiksa dan disetujui untuk diterbitkan

Pembimbing I

Drs. Asri Arbie, M.Si

NIP. 19630417 199003 1 003

Pembimbing II

Supartin, M.Pd

NIP. 19760412 200312 2 004

Mengetahui, Ketua Jurusan Fisika

(2)

ANALISIS POTENSI ENERGI ANGIN PADA CAR BODY 1_{Adib Pahrudin, Asrie Arbie, Supartin}

Jurusan Fisika. Universitas Negeri Gorontalo. Gorontalo. Indonesia 11 November 2014

Email: [email protected] Abstrak

Penelitian ini diawali dengan mengukur kecepatan angin dilokasi penelitian, kemudian mengukur kecepatan angin pada masing-masing bagian mobil ketika mobil sedang berjalan. Data hasil penelitian selanjutnya dihitung dengan

persamaan yang sudah ditetapkan, maka diperoleh besar daya listrik untuk setiap bagian mobil. Tujuan kegiatan penelitian ini adalah untuk mengetahui potensi energi angin pada Car Body dengan memanfaatkan angin sebagai sumber energinya dan mengetahui pengaruh kecepatan mobil terhadap besarnya daya listrik yang diperoleh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bagian Cup atas (tengah) merupakan titik yang memiliki potensi energi angin cukup bagus yang dapat dilihat dari besarnya daya listrik sebagai hasil konversi dari energi kinetik menjadi energi listrik yaitu sebesar 3,268 watt dengan kecepatan mobil 40 km/jam. Sedangkan bagian mobil yang lain seperti bagian depan, samping kiri, samping kanan, Cup atas (depan), Cup atas (belakang) dan bagian bawah

menghasilkan daya listrik sebesar 0,625 watt, 1,666 watt, 1,787 watt, 2,748 watt, 1,909 watt dan 1,126 watt. Selain itu, kecepatan mobil memiliki pengaruh yang signifikan terhadap daya listrik yang dihasilkan dari masing-masing bagian mobil. Semakin tinggi kecepatan mobil, maka daya listrik yang dihasilkan akan

bertambah besar pula.

Kata Kunci : Energi Angin, Car Body, Kecepatan Angin, Kecepatan Mobil

Abstract

This research began by measuring the speed of wind in the spot of research, then measuring the speed of wind in parts of car when the car is running. The result of research then counted with the formula which has been determined, thus it obtained the power of electricity for each car. The aim of this research is to know the potency of wind energy of car body by using wind as a source of the energy and knowing the influence of car speed toward the amount of electricity which has been obtained. The result shows that Cup Up (middle) is the core that has good enough wind potency energy which can be seen from the power of electricity as conversion result from kinetic energy become electricity energy that show 3,268 watt with the car speed about 40 km/hour. The other parts of car such as front part, left part, right part, Cup Up (front), Cup Up (back) and bottom part produced electricity power about 0,625 watt, 1,666 watt, 1, 787 watt, 2,748 watt, 1,909 watt

(3)

and 1, 126 watt. Instead of it, the speed of car has significant influence toward electricity power which produced from each parts of car. The more speed of car, then the more electricity power will be obtained.

(4)

PENDAHULUAN

Kebutuhan energi dewasa ini kian meningkat baik di negara maju maupun negara berkembang seperti di Indonesia. Diketahui bahwa lebih dari 82% konsumsi energi komersial berasal dari minyak bumi, maka suatu saat Indonesia akan mengalami krisis energi. Meninjau permasalahan krisis energi yang akan dialami oleh negara-negara berkembang, maka perlu diadakan pemanfaatan jenis energi baru yang jumlahnya sudah pasti tidak terbatas. Dalam hal ini, dengan memanfaatkan energi angin sebagai energi yang terbarukan. Sebagaimana kita ketahui bersama bahwa di negara berkembang, misalnya saja di Indonesia memiliki potensi energi angin yang sangat melimpah.

Menurut ESDM (dalam Sukaraharja dkk) mengatakan “peningkatan pemakaian BBM ini jadi sesuatu yang ramai dibahas sehubungan dengan adanya kenaikan harga dan masih terdapatnya komponen subsidi. Sebagai contoh pada tahun 2011 target subsidi BBM sebesar Rp 129,7 triliun, kenyataannya realisasi mencapai Rp 165,2 triliun atau 127,4 persen, informasi ini disampaikan oleh Dirjen Perhubungan Darat, dalam acara Focus Group Discussion (FGD) Tenov Institute tanggal 4 April 2012. Distribusi realisasi subsidi BBM tersebut adalah angkutan umum hanya mengkonsumsi 3%, sedangkan mobil barang 4%, konsumsi terbesar adalah sepeda motor 40% dan mobil pribadi 53%”.

Tabel 1. Pertumbuhan Kendaraan di Indonesia dari Tahun 2005-2010

Jenis Kendaraan

Tahun (Juta Unit)

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Sepeda

Motor 5 7 9 10 10 11

Mobil

Pribadi 29 33 42 48 52 54

(5)

sumber energi pokok saat ini merupakan sumber energi yang tidak dapat

terbaharui. Melihat permasalahan di atas, maka perlu adanya pemanfaatan sumber energi yang mampu mengurangi konsumsi bahan bakar minyak. Salah satunya dengan memanfaatkan sumber energi yang melimpah dan dapat terbaharui, yaitu angin. Energi kinetik yang terkandung dalam angin dapat dikonversi ke bentuk energi lain, misalnya saja menjadi energi listrik. Memanfaatkan angin sebagai pembangkit listrik mungkin sudah sering kita dengar. Namun, bagaimana jika energi angin ini dimanfaatkan sebagai sumber energi yang mampu menjalankan kendaraan. Hal ini tentu saja sangat berguna ditengah krisis energi yang dialami Indonesia maupun dunia. Oleh karena itu, perlu adanya pengujian awal mengenai potensi energi angin sebagai pengganti bahan bakar minyak. Berdasarkan

permasalahan tersebut, maka dilakukan penelitian dengan judul: ”Analisis Potensi Energi Angin Pada Car Body”.

KAJIAN TEORI Pengertian Angin

Angin adalah udara yang bergerak dari daerah yang memiliki tekanan udara yang tinggi menuju ke daerah yang bertekanan yang lebih rendah. Perbedaan tersebut terjadi karena radiasi yang dipancarkan oleh matahari tidak sama disetiap lokasi. Selain itu, perbedaan tekanan dapat terjadi karena adanya perbedaan tingkat kerapatan udara.

Energi Angin

Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Disekitar kita begitu banyak bentuk-bentuk energi yang tentu saja bisa dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan energi nasional. Salah satunya adalah energi angin yang jumlahnya sangat tidak terbatas dan banyak dimanfaatkan untuk meringankan kerja manusia. Angin yang bergerak akan menghasilkan sebuah energi baru yang disebut dengan energi gerak atau energi kinetik. Energi gerak inilah yang nantinya bisa

(6)

Energi angin merupakan sumber energi yang tersedia dalam jumlah yang tidak terbatas di muka bumi. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Pada dasarnya, energi angin berasal dari energi matahari. Radiasi yang di berikan oleh matahari terhadap permukaan bumi menyebabkan perbedaan temperatur dan sudah pasti akan berbeda pula tekanannya. Perbedaan tekanan inilah akan menghasilkan sebuah aliran fluida yang kemudian menghasilkan angin.

Hampir semua energi yang terbarukan itu, termasuk energi pasang surut, arus dan gelombang air, bahkan energi fosil berasal dari energi matahari. Matahari meradiasikan 1,74 × 1017 Joule energi ke permukaan bumi pada setiap detiknya. Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi bentuk energi angin. Jadi, energi angin merupakan bentuk tidak langsung dari energi matahari, karena angin dipengaruhi oleh pemanasan angin yang tidak merata pada kerak bumi oleh matahari.

Konversi Energi

Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Persamaan umum yang digunakan untuk mengkonversi atau merubah energi angin menjadi energi lain sehingga bisa dimanfaatkan oleh manusia, misalnya saja menjadi listrik adalah sebagai berikut:

(7)

v : Kecepatan angin (m/s)

Daya yang disebabkan oleh energi. Daya angin berbanding lurus dengan kerapatan udara, dan kubik kecepatan angin. Daya yang disebabkan oleh energi kinetik aliran angin dengan kecepatan v, massa jenis ρ, yang melalui sebuah penampang A.

Nilai A dapat dicari dengan menggunakan persamaan

2 4 A d

, dimana d adalah diameter turbin angin atau baling-baling. Nilai d diperoleh dengan mengukur diameter putaran turbin angin. Untuk lebih memahami nilai d yang dimaksud, dapat dilihat pada Gambar 1 di bawah ini. Sedangkan nilai ρ pada suhu 270_{C adalah 1,2 kg/m}3_{. Besar kecilnya nilai kerapatan udara (ρ) bergantung pada} temperatur udara, dimana semakin tinggi temperatur udara, maka nilai ρ akan semakin kecil.

Energi yang terkandung pada angin adalah energi kinetik yang bisa

dikonversikan ke bentuk energi lain, misalnya saja energi listrik. Perubahan energi angin menjadi energi listrik secara umum menggunakan turbin angin yang mampu menggerakkan pompa air dan menghidupkan peralatan elektronik lain. Selain itu, hasil konversi energi dapat membangkitkan energi listrik yang disebut dengan Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).

Sistem Hybrid

Kendaraan Hybrid ini merupakan teknologi terobosan baru yang selain mampu menghemat konsumsi bahan bakar minyak juga bersifat ramah lingkungan, yaitu dengan membantu mereduksi pencemaran udara akibat dari pembakaran mesin kendaraan sehingga kelestarian lingkungan tetap terjaga. Karena itu, mobil Hybrid mampu mengurangi pasokan polusi yang dihasilkan oleh mobil-mobil konvensional.

Gaya Aerodinamik Pada Mobil

(8)

dan gaya samping aerodinamis (Side Force). Adapun penjelasan tentang gaya hambat dan gaya samping adalah sebagai berikut:

a. Gaya Hambat (Drag Force)

Drag force adalah gaya kebelakang yang mendorong mundur kendaraan yang sedang bergerak sebagai akibat dari gangguan aliran udara yang ada disekitar kendaraan. Gaya ini selalu berusaha untuk menghambat pergerakan kendaraan sehingga terkadang kendaraan terasa berat ketika berjalan. Hal ini diakibatkan karena gaya hambat yang ditimbulkan oleh aliran udara cukup besar.

Berikut ini adalah nilai Coeffecient of Drag (cd) dari beberapa kendaraan dan bentuk.

Tabel 2. Nilai cd dan bentuk beberapa kendaraan

Bentuk Kendaraan Nilai cd Bentuk Kendaraan Nilai cd Bentuk Oven Convertible 0.5 – 0.7 Model Alfa Romeo

Giulia 1970 0.34

Bentuk Van/Jeep

Commando 0.5 - 0.7 Model VW Passat 1978 0.41

Bentuk Bus/Minibus 0.6 – 0.8 Model Peugeot 504 0.39 Bentuk Ponton

(Sedan Kotak) 0.4 – 0.55 Model BMW 520 0.43

Bentuk Lancip, Sport 0.3 – 0.4 Model Volvo 244 G1 0.52 Model Masda 323 1975 0.52 Model Mercedez 280 0.45

Model Fiat 127 1975 0.41 Model Porche 1924 0.37

Model Citroen GS 1971 0.30 Model Renault Vesta 0.19

b. Gaya Samping (Side Force)

Jika aliran udara tidak sejajar dengan bidang simetri badan kendaraan, pola aliran udara akan tidak simetris. Hal ini akan menyebabkan timbulnya

(9)

Hasil dan Pembahasan Hasil Penelitian

Berdasarkan penelitian yang telah dilaksanakan diperoleh data hasil penelitian sebagai berikut:

Tabel 3. Data Hasil Penelitian

No

2. Samping Kiri 4,1 5,5 7,9 10,4

3. Samping Kanan 4,0 5,2 8,63 10,7

4. Cup Atas (Depan) 4,3 6,5 8,6 12,3

5. Cup Atas (Tengah) 4,7 6,7 9,6 12,9

6. Cup Atas _(Belakang) 3,8 5,3 8,5 10,9

7. Bawah 2,8 4,8 7,0 9,1

Pengukuran kecepatan angin pada setiap bagian mobil dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui rata-rata kecepatan angin yang dihasilkan pada masing-masing bagian mobil. Data di atas merupakan rata-rata kecepatan angin yang dihasilkan oleh masing-masing bagian mobil. Untuk data hasil pengukuran di lapangan dapat dilihat pada Lampiran 1. Pengambilan data tersebut tidak langsung dicatat ketika sudah ditunjukkan oleh alat ukur, melainkan menunggu beberapa saat sampai muncul skala terukur yang konstan. Berdasarkan Tabel 4 di atas, terlihat bahwa rata-rata kecepatan angin paling tinggi terdapat pada bagian Cup atas (tengah) dengan kecepatan mobil 40 km/jam.

Pembahasan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dianalisis dengan menggunakan persamaan (1.1), diperoleh data hasil analisis sebagai berikut:

Tabel 4. Data hasil analisis

No

. Bagian Mobil

Kecepatan Mobil (Km/Jam)

10 20 30 40

(10)

1. Depan 0,020604 0,088653 0,338517 0,625111 2. Samping Kiri 0,107509 0,256314 0,742229 1,665687 3. Samping _Kanan 0,097179 0,204267 0,944532 1,787513

4. Cup Atas _(Depan) 0,116105 0,396430 0,936372 2,748409

5. Cup Atas

(Tengah) 0,159569 0,439992 1,323622 3,268518

6. Cup Atas

(Belakang) 0,079959 0,222196 0,935201 1,909474

7. Bawah 0,032837 0,164136 0,512101 1,125816

Dari Tabel 4 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara kecepatan mobil terhadap daya listrik yang dihasilkan oleh setiap bagian mobil. Hal ini bertujuan untuk melihat hubungan antara kecepatan mobil terhadap daya listrik yang dihasilkan. Berikut ini kurva hubungan antara kecepatan mobil terhadap daya listrik yang dihasilkan oleh setiap bagian mobil:

Gambar 1. Kurva hubungan antara daya listrik yang dihasilkan dengan kecepatan mobil

(11)

disebabkan aliran udara pada bagian Cup atas cenderung lebih banyak dan rapat jika dibandingkan dengan bagian-bagian mobil yang lain. Untuk lebih jelasnya, pola aliran udara yang melewati bagian Cup atas dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah.

Gambar 4. Pola aliran udara yang melewati badan mobil Sumber: (Azis dan Haryanto, 2011:21)

Hasil 3,268 watt ini merupakan daya yang dikonversi dalam jangka waktu satu detik. Daya listrik sebesar 3,268 watt merupakan hasil konversi energi dalam rentang waktu satu detik, maka seberapa besar daya listrik yang dihasilkan dalam kurun waktu 60 menit. Berikut ini tabel daya listrik yang dihasilkan untuk

masing-masing bagian mobil dalam waktu 60 menit.

Tabel 5. Daya listrik pada setiap bagian Mobil dalam waktu 60 menit

Bagian Mobil

Kecepatan Mobil (km/jam)

10 20 30 40

Daya Listrik (watt)

Depan 74,175 319,152 1218,661 2250,402

Samping Kiri 387,028 922,729 2672,024 5996,473

Samping Kanan 349,847 735,359 3400,314 6435,049

Cup Atas

(Depan) 417,978 1427,150 3370,938 9894,275

Cup Atas

(Tengah) 574,452 1583,971 4765,038 11766,670

Cup Atas

(Belakang) 287,853 799,907 3366,724 6874,107

Bawah 118,212 590,890 1843,564 4052,939

(12)

yang lain seperti bagian depan dan bawah dengan potensi energi cukup rendah. Daya yang sebesar itu dihasilkan menggunakan turbin angin dengan tiga bilah

baling-baling yang memiliki luas area turbin 2,37 10x 3m2_{. Kecilnya luasan area} untuk satu turbin angin, maka sangat memungkinkan jika pada bagian Cup atas dengan luas area ± 4 m2_{dipasang lebih dari satu turbin angin. Hal ini, tentu saja} akan meningkatkan daya listrik yang dihasilkan dalam setiap detiknya. Selain itu, berdasarkan kurva di atas terlihat bawah daya yang dihasilkan hanya terbatas pada kecepatan mobil 40 km/jam. Namun, dengan menggunakan persamaan garis

bx

y ae _{besarnya daya yang dihasilkan pada kecepatan mobil di atas 40 km/jam}

bisa diprediksikan. Sebagai contoh, daya listrik yang dihasilkan pada bagian depan mobil dengan kecepatan mobil 50 km/jam adalah sebesar 2,551 watt. Berikut ini prediksi daya listrik yang dihasilkan pada setiap bagian mobil dengan kecepatan mobil 50 km/jam.

Tabel 6. Prediksi daya listrik pada kecepatan mobil 50 km/jam

Bagian Mobil Prediksi Daya Listrik Yang Dihasilkan_(watt)

Depan 2,551

Samping Kiri 4,369

Samping Kanan 5,588

Cup Atas Depan 7,797

Cup Atas Tengah 9,405

Cup Atas Belakang 6,548

Bawah 4,428

Hasil Tabel 6 di atas merupakan prediksi daya listrik yang dihasilkan dari masing-masing bagian mobil yang diperoleh dengan mengalikan nilai (b) dan

kecepatan mobil yang diinginkan (x), kemudian mengalikan hasil perhitungan ebx dengan nilai (a). Nilai (a), (b) dan (x) dari setiap grafik hubungan antara

(13)

perhitungannya dapat dilihat pada Lampiran 4. Nilai (a) dan (b) tersebut diperoleh ketika menghubungkan kecepatan mobil dengan daya listrik yang dihasilkan dari masing-masing bagian mobil dengan menggunakan software microsoft excel, sedangkan nilai (x) merupakan nilai kecepatan mobil yang diinginkan, dalam hal ini peneliti ingin memprediksi daya listrik yang dihasilkan oleh setiap bagian mobil dengan kecepatan mobil 50 km/jam.

Faktor lain yang mempengaruhi besar kecilnya daya listrik yang

dihasilkan dari masing-masing bagian mobil adalah kecepatan mobil. Hal tersebut bisa dilihat pada Gambar 1, dengan kecepatan yang divariasikan yakni 10 km/jam sampai dengan 40 km/jam kecepatan angin yang diperoleh juga semakin

meningkat. Terlihat bahwa dengan kecepatan mobil 40 km/jam untuk semua bagian mobil lebih besar jika dibandingkan dengan kecepatan mobil yang lain. Jika kecepatan mobil semakin besar, maka kecepatan angin yang terukur akan semakin bertambah besar pula. Begitu juga hasil konversi energi yang dalam hal ini adalah daya listrik akan bertambah besar.

Melihat kembali bagian mobil yang mampu menghasilkan daya listrik yang cukup besar yaitu 11,766 Kw dalam selang waktu 60 menit, maka pada titik ini adalah posisi yang sangat baik untuk meletakkan turbin angin yang nantinya akan mengkonversi energi gerak menjadi energi listrik. Pemanfaatan energi listrik sebagai hasil konversi dari energi angin, mobil hybrid mampu mengurangi

(14)

Perlu diketahui, mobil hybrid yang peneliti bandingkan dengan mobil konvensional pada paragraf di atas merupakan mobil hybrid yang menggunakan energi listrik untuk menjalankan kendaraan dengan cara discharge. Artinya, ketika baterai atau aki yang berfungsi sebagai penampung listrik pada mobil sudah mulai menepis mobil harus segera berhenti dan mengisi ulang baterai (discharge). Mobil hybrid yang memanfaatkan energi angin yang melimpah di alam sebagai sumber energi yang nantinya akan dikonversi oleh turbin angin menjadi energi listrik sehingga bisa menjalankan kendaraan. Mobil hybrid jenis ini tidak perlu berhenti untuk mengisi kembali baterai (discharge), karena selama turbin angin berputar pasokan listrik ke baterai akan terus mengalir sehingga untuk menghasilkan daya listrik sebesar 1 watt tanpa membutuhkan biaya.

SIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang diperoleh, maka peneliti dapat memberikan simpulan bahwa dari keseluruhan titik atau bagian mobil yang diukur secara umum memiliki potensi energi angin yang tergolong baik. Hal ini dapat dilihat dari besarnya daya listrik yang dihasilkan dari masing-masing bagian mobil. Namun dari setiap titik pengukuran, bagian Cup atas (tengah) merupakan titik yang menghasilkan daya listrik paling besar

(15)

DAFTAR PUSTAKA

Atmika, I. K. A. dan I. P. Lokantara. 2010. Tinjauan Beban Aerodinamis Terhadap

Kinerja Stabilitas Arah Kendaraan. http://ojs.unud.ac.id/

index.php/jem/article/viewFile/2338/1543. 13 Februari 2014 (18:20)

Ihwan, A. dan I. Sota. 2010. Kajian Potensi Energi Angin untuk Perencanaan Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) di Kota Pontianak.

http://fmipa.unlam.ac.id/ Flux/wp- content/ uploads/ 2012/12/4.-Andi-Ihwan-Ibrahim-Sota.pdf. 28 Desember 2014 (16:35)

Rachman, A. 2012. Analisis Dan Pemetaan Potensi Energi Angin Di Indonesia.

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/20307824-S42323-Akbar+Rachman.pdf. 12 Februari 2014 (11:17)

Roekettino, A. 2008. Perancangan Awal Dan Manufaktur Thermoelectric Generator Menggunakan Dua Belas Modul Thermoelectric Untuk Aplikasi Kendaraan Hibrid. http://lib.ui.ac.id/ opac/ui/detail. jsp? id=124771&lokasi=lokal. 4 Maret 2014 (21:41)

Sam, A. dan D. Patabang. 2005. Studi Potensi Energi Angin Di Kota Palu Untuk Membangkitkan Energi Listrik. http://jurnalsmartek.files.wordpress. com/ 2012/ 04/3 _alimuddin-sam_daud- patabang-so-edit. pdf. 27 Desember 2013 (09:46)

Su’udi, A, A. Y. E. Risano dan A. A. Hakim. 2013. Pengaruh Penambahan Atap Sekunder Kabin Mobil (Secondary Cabin Roof) Terhadap Gaya Aerodinamis Dan Perilaku Arah Pada Mobil Sedan. http://

journal.eng.unila.ac.id/ index.php/ fema/article/ viewFile/ 59/ 53. 13 Februari 2014 (18:08)

Sucipto. 2008. Perancangan Dan Pembuatan Turbin Angin Aksial Sumbu Horizontal Dua Sudu Dengan Diameter 3,5 Meter.

http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/617/. 30 Januari 2014 (15:12)

Sukaraharja, R, D. Rulianto, C. S. Wibowo dan H. Widhiarto. Cara Hemat Penggunaan BBM Pada Kendaraan Bermotor.