LAPORAN
TUGAS MERENCANA MESIN
Perancangan Kincir Angin Dengan Daya 400
Watt Putaran Maksimal Generator 1000 Rpm
Disusun oleh :
1. Patria Wijayanto (111.03.1005) 2. Sulistiyo Nugroho (111.03.1040) 3. Agung Nugroho (111.03.1051)
JURUSAN TEKNIK MESIN (S-1)
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA
PERANCANGAN KINCIR ANGIN SUMBU
HORIZONTAL 3 SUDU DENGAN DAYA 400
WATT PUTARAN MAKSIMAL GENERATOR
1000 RPM
DIPRESENTASIKAN OLEH :
NAMA : AGUNG NUGROHO
NIM : 111.03.1051
JURUSAN : TEKNIK MESIN (S -1) MATA KULIAH : TURBIN UAP,GAS & AIR DOSEN PENGAMPU : IR.HARY WIBOWO ,M.T
Latar Belakang
Salah satu upaya untuk mengatasi krisis energi adalah mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil dengan cara memanfaatkan sumber energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi angin.
Energi listrik merupakan energi yang sangat penting bagi peradabann manusia baik dalam kegiatan sehari hari hingga dalam kegiatan industri. Energi listrik tersebut digunakan untuk berbagai kebutuhan, seperti penerangan dan juga proses proses yang melibatkan barang-barang elektronik dan mesin industri.
Dengan kebutuhan energi listrik yang besar maka dibutuhkan sumber energi pembangkit listrik yang mencukupi kebutuhan tersebut.
Tujuan
1. Mengetahui koefisien daya kincir
2. Menggunakan kincir angin poros horizontal untuk pembangkit listrik
3. Untuk meningkatkan dan mengembangkan kreativitas mahasiswa dalam bidang ilmu pengetahuan (IPTEK)
Manfaat
1. Kincir angin ini dapat digunakan sebagai salah satu pemanfaatan energi terbarukan.
1. Dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan energi listrik yang besar dan dapat di terapkan di masyarakat.
Teori Turbin Angin Sumbu Horizontal
Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pada pesawat terbang.
Gambar .1 Berbagai jenis kincir angin sumbu horizontal
Tinjauan Pustaka
Perkembangan teknologi tenaga angin di Indonesia dirintis oleh Ridho Hantaro, ST. MT pilot proyek sederhana bertemakan “renewable energy” hingga memenangkan “Brits Award for Poverty Alleviation 2006~. Proyek ini adalah pembuatan turbin angin pembangkit listrik di pulau Sapeken, Kabupaten Sumenep, Jawa Timur. Turbin angin berdiameter rotor 4 meter dengan 6 buah daun alumunium ini mampu menghasilkan daya hingga 1 KW dengan tiang penopang setinggi 8 meter.
Gambar 2.Sistem Turbin Angin Sumbu Horizontal
(1).Penutup bagian depan (nose) (8).Kawat pengikat (2).Sirip kincir angin (9).Pondasi kincir angin (3).Dudukan sirip kincir angin (10).Pondasi
(4).Body & Generator (11).Kawat pengikat (5).Tiang penyangga sirip ekor (12). Inverter
(6).Sirip ekor (13).Cotroler sistem (7).Pipa penyagga (14). Batterai
Berdasarkan perancangan yang sudah ada permasalahan utama terjadi adalah pada kontruksi dudukan poros blade yang terlalu panjang. Bearing yang digunakan pada poros bagian depan menggunakan bearing biasa. Adapun spesifikasi dari rancangan sebelumnya ( Toto Rusianto, 2007 ) adalah sebagai berikut :
Tipe blade (sudut) : Airfoil NACA 4415
Bahan blade : Fiber (komposit)
Jumlah blade (sudu) : 3 buah
Panjang blade : 100 cm
Lebar pangkal blade : 18 cm
Lebar ujung blade : 8 cm
Diameter penyangga blade : 10 cm
Diameter rotor : 200 cm
Diameter poros blade (sudu) : 1 inchi (2,54 cm)
Bantalan poros : 2 buah
Tinggi kincir dari tanah : 2 meter
Tekanan udara ( P ) : 1 atm = 1,01325 x 105 pa
Suhu udara absolute ( K ) : 303, 15 ok
Kemudian kelemahan tersebut diperbaiki oleh perancangan ulang kincir angin yang di lakukan oleh Triyanto, Hanip Stiyanto, Sujono, Eka Laradi Kurnia Elsa tahun 2010 dengan spesifikasi :
Diameter blade = 300 mm Putaran generator = 1200 rpm Perbandingan roda gigi = 1:6
Diameter poros motor ke reduser = 15,22 mm Diameter poros = 25 mm Umur bantalan = 20000 jam
Data dari hasil perancangan pengujian sebelumnya diatas dijadikan acuan untuk perancangan kali ini. Sementara spesifikasi design kincir angin yang dikembangkan adalah sebagai berikut :
Tipe blade (sudu) : Airfoil NACA 4415 Bahan blade : Fiberglass (Komposit) Panjang blade (sudu) : 100 cm
Lebar Pangkal Blade : 18 cm Lebar Ujung Blade : 8 cm Diameter rotor : 200 cm Sudut helix : 20o
Pada perancangan ini komponen – kompenen dari kincir angin pada perancangan sebelumnya disederhanakan, diamana rotor langsung terhubung dengan poros generator tanpa reduser. Serta, penggunaan generator yang lebih baik dari perancangan – perancangan sebelumnya yakni menggunakan generator putaran rendah. Instalasi pengambilan data dengan menggunakan data logger. Pengujian kincir dilakukan di bibir pantai, tepatnya di pantai Baru, Pandansimo, Kab. Bantul , DIY.
TINJAUAN PERANCANGAN/ METODE PENELITIAN
Komponen Pada Sistem Turbin Angin 1. Anemometer
Berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data
kecepatan angin ke pengontrol.
Gambar 3. Anemometer
Sumber : (Komponen elektronika)
http://komponenelektronika.biz/fungsi-anemometer.html
2. Blades
Sudu merupakan bagian dari sebuah kincir angin berupa pelat yang rata. Kebanyakan
turbin angin tipe horizontal menggunakan 3 sudu / blade.
Prinsip kerjanya yaitu angin bertiup di atas menyebabkan
bilah sudu / blade untuk mengangkat dan menghasilkan putaran. Gambar 4. Blade / Sudu
Sumber : (Anne Ahira ) http://www.anneahira.com/kincir-angin-pembangkit-listrik.htm
BRAKE SYSTEM
Gambar 5. Sistem brake Pada Kincir Angin Sumber : http://lugiromadoni.blogspot.com/
Digunakan untuk menjaga putaran ekstrim pada poros, hal ini karena generator memiliki titik kerja aman
dalam pengoperasiannya.
Keadaan angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, apabila
tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator, yang
mengakibatkan putaran berlebih diantaranya overheat, rotor breakdown, dan juga kawat pada generator putus karena tidak dapat
Controller (Pengendali)
Komponen-komponen kontroler Ampere Meter
digunakan untuk memantau besarnya arus yang digunakan oleh seluruh beban,dengan demikian dapat diketahui besar kecilnya arus yang digunakan oleh beban.
Volt Meter
digunakan untuk memantau tegangan yang dibangkitkan oleh
generator. Sehingga dapat terpantau besarnya tegangan yang akang dimasukkan pada data logger, kegunaan khususnya agar memantau tegangan yang dibangkitkan generator jika melebihi 24 volt DC, dapat diketahui.
Voltage Controller
Voltage controller (pengatur tegangan) ini digunakan untuk mencegah tegangan generator yang akan masuk pada data logger tidak lebih dari 24 volt. Atau maksimal hanya 24 volt.
Gambar 6. Generator DC
Sumber : Kaskus
Berdasarkan pengalaman, kami gunakan motor servo 3 phase untuk dijadikan lomba kincir angin. Ini dipilih karena harga yang lebih ekonomis. Selain itu, kami juga sudah mengerti kecepatan angin didaerah lokasi. Sehingga sangat cocok digunakan motor servo yang dibalik penggunaannnya. Selain itu, karena tegangan yang diijinkan hanya sebesar 24 volt DC, sehingga dipilihlah generator servo tersebut.
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanik.
Penyimpan energi (Battery)
Karena keterbatasan akan energi angin (tidak sepanjang hari akan tersedia) maka
ketersediaan listrikpun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat untuk
penyimpanan energi yang berfungsi sebagai
back up energi listrik.
Perhitungan Daya
Baling-baling kincir angin direncanakan berjumlah 3 buah, dengan besarnya diameter rotor 2 m. Jika kecepatan angin rata-rata 4 - 5 m/s, Dari rencana itu dapat ditentukan daya ideal yang dihasilkan adalah sebesar:
a). Untuk kecepatan angin rata-rata 5 m/s P/A = ½ ρ V3
P = ½ ρ V3 (¼ π D2)
P = ½ (1,2) (5)3(¼ x 3,14 x (2)2)
P = 235.5 Watt
b). Untuk kecepatan angin rata-rata 4 m/s P/A = ½ ρ V3
P = ½ ρ V3 (¼ π D2)
P = ½ (1,2) (4)3(¼ x 3,14 x (2)2)
KESIMPULAN
Kesimpulan yang adapat diambil dari perancangan ini adalah sebagai berikut :
1. Rancangan berdasarkan perhitungan dari kapasitas generator yang ada didapatkan diameter blade yang sesuaiyaitu D = 2 meter, serta berdasarkan keadaan lingkungan dan kecepatan angin maka material yang sesuai
adalah fiber glass (komposit) dimana bahan ini cukup kuat dan anti korosif dengan harga yang relatif murah.
2. Turbin angin yang telah diuji dengan jumlah blade sebanyak 3 buah mampu menghasilkan daya rata-rata maksimum 230 Watt selama pengujian
dilakukan. Hal tersebut masih dibawah dari hasil yang diharapkan yaitu
sebesar 400 Watt (dari perhitungan) yang bisa disebabkan karena kecepatan rata-rata angin dilapangan cenderung kurang dari 5 m/s2.
Saran
Untuk Perancangan Kincir Angin sebagai Penggerak Generator Listrik, masih perlu diadakan pengembangan lebih lanjut. Untuk itu disarankan :
Proses pencarian data antara teori yang terdapat dalam buku atau referensi lain dengan kenyataan komponen yang tersedia dipasaran harus
diperhatikan.
Untuk mendapatkan keluaran daya listrik yang dapat dimanfaatkan perlu dipilih generator dengan putaran rendah, mengingat kecepatan angin di indonesia tidak konstan.
Dibutuhkan rangkaian tambahan untuk memaksimalkan sistem pengisian. Dalam jangka waktu tertentu sebaiknya diadakan pengecekan pada komponen mesin ataupun pemeriksaan rutin terhadap mesin agar kondisi mesin dalam keadaan baik
Pada bantalan sebaiknya juga diadakan pengecekan karena ada kemungkinan setelah beroperasi dalam jangka waktu yang lama akan mengalami keausan sehingga putarannya tidak presisi lagi yang akan mengakibatkan kerja mesin terganggu.
