2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Angin dan Proses Terjadinya Angin
Menurut Harun (1987) yang diacu oleh Setiono (2006), adanya perbedaan suhu antara wilayah yang satu dengan wilayah yang lain di permukaan bumi ini menyebabkan timbulnya angin. Terjadinya perputaran udara yaitu perpindahan udara dari daerah khatulistiwa (suhu tinggi) ke daerah kutub (suhu rendah) dan sebaliknya dari daerah kutub (suhu rendah) ke daerah khatulistiwa (suhu tinggi). Perpindahan udara atau gesekan udara terhadap permukaan bumi inilah yang disebut dengan angin. Perbedaan suhu di permukaan bumi dikarenakan penyinaran matahari ke bumi dan peredaran bumi terhadap matahari. Oleh karena itu, adanya angin pada suatu wilayah tergantung perbedaan suhu, sehingga dapat dikatakan secara periodik angin di suatu wilayah dibangkitkan kembali selama ada perbedaan suhu oleh penyinaran matahari. Atas dasar hal tersebut, angin dapat dikatakan sebagai sumber daya energi terbarukan.
2.1.1 Alat ukur kecepatan angin
Menurut Safarudin (2003) yang diacu oleh Alamsyah (2007), untuk memperkirakan kecepatan angin di lokasi, dapat dipergunakan dua teknik. Teknik pertama yaitu menggunakan alat yang disebut anemometer, sedangkan teknik kedua yaitu menggunakan pengamatan langsung berdasarkan Skala Beaufort. (1) Anemometer
Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.
Sumber: Safarudin (2003) diacu oleh Alamsyah (2007) Gambar 1 Anemometer.
Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara.
(2) Skala Beaufort
Menurut Hofman (1987) yang diacu oleh Alamsyah (2007), kecepatan angin dan tipe angin juga dapat diperkirakan dengan menggunakan skala Beaufort, dimana skala Beaufort memperkirakan kecepatan angin berdasarkan kondisi visual yang terdapat di daratan dan lautan. Sehingga, dapat ditentukan tipe angin di suatu wilayah berdasarkan besarnya kecepatan angin di wilayah tersebut. Berikut tabel skala Beaufort beserta penjelasannya dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1 Skala Beaufort.
Skala Beaufort
Skala Petersen
Uraian jelas dari angin Kecepatan angin Lazim dipakai di laut Lazim dipakai di darat m/s km/jam 0 Datar Suasana sunyi Tidak ada angin 0-0,2 0-1
1 Datar Lemah dan
sunyi
Angin
lemah 0,3-1,5 2-5
2 Riakan ringan Kesejukan lemah Angin lemah 1,6- 3,3 6-11 3 Riakan ringan sampai bergelombang Kesejukan ringan Angin lemah 3,4-5,4 12-19 4 Bergelombang Kesejukan sedang Angin sedang 5,5-7,9 20-28 5 Dahsyat Angin sepoi – sepoi yang segar Angin yang cukup kencang 8,0-10,7 29-38 6 Laut yang agak dahsyat Angin sepoi – sepoi yang kaku Angin kencang 10,8-13,8 39-49
7 Laut yang liar - Angin
keras 13,9-17,1
50-61
Skala
Beaufort
Skala Petersen
Uraian jelas dari angin Kecepatan angin Lazim dipakai di laut Lazim dipakai di darat m/s Km/jam 8 Laut yang tinggi - Angin taufan 17,2-20,7 62-74 9 Laut yang tinggi - Taufan 20,8-24,4 75-88 10 Laut yang sangat tinggi - Taufan berat 24,5-28,4 89-102 11 Laut yang luar
biasa tinggi - Badai 28,5-32,6 103-117
12 Liar - Badai > 32,6 > 117
Sumber: Hofman (1987) diacu oleh Alamsyah (2007)
2.1.2 Jenis –jenis angin
Menurut Wyrtki (1961) yang diacu oleh Suardi (2009), secara umum angin dapat dibagi menjadi angin lokal dan angin musim. Salah satu yang termasuk ke dalam angin lokal yaitu angin angin laut dan angin darat.
(1) Angin laut
Angin laut terjadi ketika pada pagi hingga menjelang sore hari, daratan menyerap energi panas lebih cepat dari lautan. Sehingga suhu udara di darat lebih panas daripada di laut, akibatnya udara panas di daratan akan naik dan digantikan udara dingin dari lautan.
(2) Angin darat
Angin darat terjadi ketika pada malam hari energi panas yang diserap permukaan bumi sepanjang hari akan dilepaskan lebih cepat oleh daratan (udara dingin), sementara itu di lautan energi panas sedang dalam proses dilepaskan ke udara. Gerakan konvektif tersebut menyebabkan udara dingin dari daratan bergerak menggantikan udara yang naik di lautan sehingga terjadi aliran udara dari darat ke laut, dan biasanya angin darat terjadi pada tengah malam dan dini hari. Kedua angin ini banyak dimanfaatkan oleh para nelayan tradisional untuk menangkap ikan di laut. Pada malam hari saat bertiupnya angin darat, para nelayan pergi menangkap ikan di laut. Sebaliknya pada siang hari saat bertiupnya angin laut, para nelayan pulang dari penangkapannya.
2.1.3 Pola umum angin di Indonesia
Pola angin yang sangat berperan di Indonesia yaitu angin muson. Hal ini disebabkan karena Indonesia teletak di antara dua benua yaitu Benua Asia dan Australia dan di antara dua samudera yaitu Samudera Pasifik dan Samudera Hindia. Menurut Wyrtki (1961) yang diacu oleh Suardi (2009), keadaan musim di Indonesia terbagi menjadi tiga golongan, yaitu :
(1) Musim Barat (Oktober – April)
Di Pulau Jawa angin ini dikenal sebagai angin muson barat laut, musim barat umumnya membawa curah hujan yang tinggi di Pulau Jawa. Angin muson barat berhembus pada bulan Oktober - April, terjadi pergerakan angin dari benua Asia ke benua Australia sebagai angin muson barat. Angin ini melewati Samudera Pasifik dan Samudera Indonesia serta Laut Cina Selatan. Karena melewati lautan tentunya banyak membawa uap air dan setelah sampai di kepulauan Indonesia turun hujan. Setiap bulan November, Desember, dan Januari Indonesia bagian barat sedang mengalami musim hujan dengan curah hujan yang cukup tinggi. (2) Musim Timur (April - Oktober)
Angin muson timur berhembus setiap bulan April - Oktober, dimana selama musim timur biasanya Pulau Jawa mengalami kekeringan. Terjadi pergerakan angin dari benua Australia ke benua Asia melalui Indonesia sebagai angin muson timur. Angin ini tidak banyak menurunkan hujan, karena hanya melewati laut kecil. Oleh sebab itu, di Indonesia sering menyebutnya sebagai musim kemarau. (3) Musim Peralihan
Diantara musim penghujan (Musim Barat) dan musim kemarau (Musim Timur) terdapat musim lain yang disebut Musim Pancaroba (Peralihan). Adapun ciri-ciri musim pancaroba (peralihan), yaitu antara lain udara terasa panas, arah angin tidak teratur, sering terjadi hujan secara tiba-tiba dalam waktu yang singkat dan lebat. Musim peralihan terbagi menjadi dua periode, yaitu periode Maret – Mei dikenal seagai musim Peralihan I atau Muson pancaroba awal tahun. Sedangkan, periode September – November disebut musim peralihan II atau musim pancaroba akhir tahun. Pada musim-musim peralihan, matahari bergerak melintasi khatulistiwa, sehingga angin menjadi lemah dan arahnya tidak menentu.
2.2 Jenis Men mesin atau yang dige alat untuk Safarudin dua jenis, (1) Turbin seperti diarahk (2) Turbin digolon kali dit Darrieu gambar 2.2.1 Kon Men beberapa m tersebut ya 1) Sudu Sudu m energi kin Turbin An nurut Kamu u motor yan erakkan oleh k merubah e (2003) yan yaitu turbin n angin Pro baling – ba kan sesuai d n angin Da ngkan dalam temukan ol us yaitu tid r turbin ang Sumber Gam nstruksi tur nurut Trihar macam sub aitu sebagai merupakan netik dari an ngin us Besar Ba ng roda pen h aliran air, energi angi ng diacu ole n angin prop opeller ada aling pesaw dengan arah rrieus meru m jenis turb eh GJM Da ak memerlu gin dapat dil
r: Safarudin (2 mbar 2 Turb rbin angin ryanto (200 b sistem yan i berikut : bagian roto ngin dan diru
ahasa Indon nggeraknya , uap atau u in (energi g eh Alamsya peller dan tu alah jenis t wat terbang p angin yang upakan sua in angin be arrieus tahu ukan mekan lihat pada G 2003) diacu o bin angin Pr 07), kontru ng dapat me or dari turb ubah ke dal nesia (KBBI a berporos d udara. Seda gerak) menj ah (2007), t urbin angin turbin angin pada umum g paling ting atu sistem k erporos tega un 1920. K nisme orien Gambar 2 di leh Alamsyah ropeller dan uksi turbin eningkatkan bin angin, d lam energi g I), pengerti dengan sudu angkan, turb jadi energi turbin angin n darrieus. n dengan p mnya. Turbin ggi kecepata konversi en ak. Turbin a Keuntungan tasi pada ar bawah ini. h (2007) n Darieus. angin secar n efisiensi d dimana roto gerak putar. ian turbin a u (baling-ba bin angin a listrik. Me n dibagi me poros horiz n angin ini annya. nergi angin angin ini per dari turbin rah angin. U ra umum t dari turbin or ini mene . adalah aling) adalah enurut enjadi zontal harus yang rtama jenis Untuk terdiri angin erima
(1)Model sudu
Model sudu yang umum digunakan untuk turbin angin tipe horizontal (propeller) terbagi menjadi tiga bentuk, yaitu (1) bentuk persegi panjang, (2) bentuk taper linier terbalik dan (3) bentuk taper linier. Seperti terlihat pada Gambar 3 di bawah ini.
(1) (2) (3)
Sumber: Triharyanto (2007)
Gambar 3 Jenis-jenis model sudu.
Model sudu yang paling baik adalah yang mendekati bentuk streamline, dalam pengujian ini digunakan bentuk taper linear sebagai bentuk yang mendekati kondisi streamline. Menurut Hofman (1987) yang diacu oleh Alamsyah (2007), untuk mendapatkan hasil yang optimal dari sebuah turbin angin, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut yaitu bentuk sudu seperti sekrup atau memuntir, sehingga aerodinamisnya semakin baik. Untuk mendapatkan energi yang lebih baik, puli dipasang langsung pada rotor. Serta sudu yang ideal berjumlah 3 buah sudu, karena menghasilkan pembagian gaya dan keseimbangan yang lebih baik.
(2) Jumlah sudu/daun pada baling-baling
Menurut Jhon (1985) yang diacu oleh Guntoro (2008), menyatakan bahwa semakin besar luas baling-baling maka akan menghasilkan gaya yang besar pula. Akibatnya akan menyebabkan putaran rotor yang semakin cepat dan menghasilkan daya listrik keluaran yang semakin besar. Demikian pula, dengan menambah jumlah sudu pada baling-baling akan menambah luas baling-baling yang berarti akan menambah gaya pada turbin sehingga akan memperbesar putaran rotor. Selain itu menurut Guntoro (2008), bahwa semakin banyak jumlah sudu pada baling-baling efisiensi daya listriknya cenderung semakin besar. Hal ini terjadi karena gaya angkat angin menjadi besar dengan bertambahnya luas baling-baling (luas bertambah karena jumlah
sudu bertambah) sehingga kecepatan putaran rotor (alternator) juga semakin lebih besar, akibatnya daya dan arus listrik yang dihasilkan juga semakin besar.
Menurut Fyson (1985) yang diacu oleh Sambada (2001), baling-baling pada kapal adalah alat untuk melanjutkan putaran yang diberikan mesin utama yang disalurkan melalui poros (shafting) baling-baling yang berupa kekuatan hantar (delivered horse power) menjadi tenaga dorong (thrust horse power) untuk melakukan gerakan atau mendorong kapal. Dimensi propeller menurut Fyson (1985) terdiri dari diameter baling-baling (Dp), diameter hub (biasanya 0,2 Dp), Disc Area Ratio (DAR) adalah total luas daun baling-baling per luas sapuan baling-baling, dan untuk baling-baling kapal berdaun tiga biasanya memiliki nilai DAR =0,5. Bentuk daun baling-baling secara melintang dan membujur, rake dan skew, pitch dan slip.
Menurut Harvald (1992) yang diacu oleh Sambada (2001), semakin sedikit jumlah daun baling-baling semakin tinggi efisiensi baling-baling. Hal ini berlaku jika angka maju mempunyai harga yang tetap. Dengan harga maju yang sudah tertentu demikian itu maka berarti harus dipilih baling-baling dengan jumlah daun yang sesedikit mungkin. Tetapi jika dilakukan perhitungan dengan menganggap bahwa kecepatan, dan dengan demikian daya baling-baling yang diperlukan serta garis tengah baling-baling-baling-baling semuanya sudah tertentu, dan memenuhi kriteria kavitasi maka penambahan jumlah daun baling-baling akan menurunkan efisiensi. Jumlah daun baling-baling tidak memiliki pengaruh yang berarti pada daya yang diperlukan untuk menggerakkan kapal.
(2) Generator
Generator merupakan salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin, karena generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik.
(3) Tower
Tower atau tiang penyangga yaitu bagian struktur dari turbin angin horizontal yang memiliki fungsi sebagai struktur utama penopang dari komponen sistem terangkai sudu, poros dan generator.
2.3Altern Men adalah su Pengubaha dilakukan sebuah pu stator. Aru utama pad yang mem tambahan, memperha dan semu alternator Kec (rpm) alte dengan se kecepatan alternator. akan rend tinggi (Ala 2.4Sistem Men (tidak sep tidak men nator Mobil nurut Nipon uatu mesin an energi a memakai a ulley yang m us bolak-bal da alternato mbangkitkan , terdapat alus putaran a bagian te r mobil disa epatan angi ernator. D emakin cepa n angin (km . Selain itu, dah. Sebalik amsyah, 20 m Penyimpa nurut Alam panjang har nentu, oleh l ndenso (19 yang men angin menja alternator m memutarkan
lik ini diuba or adalah ro n arus listr pula brush n rotor dan ersebut dipe ampaikan pa Sum Ga in (km/jam) Dimana, sem atnya putar m/jam) berb , pada alter knya, semak 07). anan Energ msyah (2007 ri angin aka karena itu 80) yang d ngubah ten adi energi l mobil, energ n rotor dan ah menjadi otor yang m rik dan dio h yang me fan untuk m egang oleh ada Gambar mber: Setiono ambar 4 Alt ) sangat be makin tingg ran (rpm) a banding lu rnator mob kin tinggi gi Listrik 7), karena t an selalu te digunakan diacu oleh naga mekan listrik pada gi mekanik membangk arus searah membangkitk de yang m engalirkan mendingink front dan r 4 di bawah o (2006) ternator mo erpengaruh gi kecepata lternator, h urus dengan il, saat rpm rpm maka terbatasnya ersedia) ma alat penyim Setiono (2 nik menjad alat-alat y dan mesin kitkan arus b h oleh diode kan elektrom menyearahka arus ke r kan rotor, s rear frame h ini. obil. terhadap ke an angin ( hal ini mem n kecepatan m rendah m keluaranny a ketersedia aka ketersed mpan energi 2006), alter di tenaga li ang kecil diterima m bolak-balik e, Bagian-b magnetik. S an arus. Se otor coil u tator serta e. Untuk ga ecepatan pu (km/jam) d mbuktikan b n putaran ( maka keluara ya akan sem aan energi diaan listrik i yang berf rnator istrik. dapat elalui k pada bagian Stator ebagai untuk diode ambar utaran diikuti bahwa (rpm) annya makin angin k pun fungsi
sebagai masyaraka menurun, Oleh kare terjadi ke penggunaa Peny energi, co listrik ada yang cuku memenuhi Gambar 5 2.5 Sistem Men kapal tida kemudian sistem kel pembangk kilometer satu atau b Siste sendiri, di puluh me kapal haru back-up e at/lampu m maka kebu ena itu, kita elebihan da an daya pad yimpanan e ontoh seder alah accu m up besar, i kebutuha di bawah in m Kelistrik nurut Koenh ak berbeda. didistribus listrikan di kit listrik menjadi sa beberapa pu em kelistrik imana jarak ter tergantu us mampu energi listr meningkat at utuhan perm a perlu men aya pada da masyarak energi ini di rhana yang mobil. Accu sehingga e an listrik. ni. Sumber: Gambar 5 kan pada K hardono (20 Daya listrik sikan melalu darat meru yang terpi atu, untuk m ulau. kan di kapa k antara sis ung pada u menjaga k rik. Ketika tau ketika mintaan ak nyimpan se saat turbin kat menurun iakomodasi dapat dija u mobil me energi dapa Untuk gam : Alamsyah (2 Accu mobi Kapal Penan 009), sistem k dihasilkan ui sistem ka upakan sist isahkan da memenuhi al hanya un stem pemba ukuran kap kontinyuitas a beban kecepatan an daya lis ebagian ene n angin be n. dengan me adikan seba emiliki kap at digunaka mbar accu 2007) il 12 Volt 45 ngkap Ikan m kelistrika n oleh suatu awat menuj tem terpusa alam jarak kebutuhan ntuk memen angkit dan pal. Perenca ketersedia penggunaa angin suatu strik tidak ergi yang d erputar ken enggunakan agai alat pe pasitas peny an secara m mobil dis 5 Ah. n an yang ada u sistem pe ju ke beban at, dimana puluhan daya listrik nuhi kebutu konsumen anaan sistem an tenaga l an daya l u daerah se dapat terpe dihasilkan k ncang atau n alat penyi enyimpan e yimpanan e maksimal u sampaikan a di darat d mbangkit li n listrik. Ap beberapa s bahkan ra k konsumen uhan di kap hanya beb m kelistrik listrik yang listrik edang enuhi. ketika saat mpan energi energi untuk pada dan di istrik, pabila istem atusan n dari pal itu berapa an di g ada,
sehingga dalam perencanaannya diperlukan pertimbangan-pertimbangan agar generator yang digunakan dapat melayani kebutuhan listrik secara optimal pada berbagai kondisi operasi di kapal (Koenhardono, 2009).
2.6 Lampu LED (Light Emitting Diode)
Lampu LED merupakan lampu terbaru yang merupakan sumber cahaya yang efisien energinya. Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa muatan-elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon (Routledge, 2002).
Sumber: Routledge (2002)
Gambar 6 Bagian lampu LED.
LED mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan lampu pijar konvensional. LED tidak memiliki filamen yang terbakar, sehingga usia pakai LED jauh lebih panjang daripada lampu pijar, LED tidak memerlukan gas untuk menghasilkan cahaya. Selain itu bentuk dari LED yang sederhana, kecil dan kompak memudahkan penempatannya. Di dalam hal efisiensi, LED juga memiliki keunggulan. Pada lampu pijar konvensional, proses produksi cahaya menghasilkan panas yang tinggi karena filamen lampu harus dipanaskan.LED hanya sedikit menghasilkan panas, sehingga porsi terbesar dari energi listrik yang ada digunakan untuk menghasilkan cahaya dan membuatnya jauh lebih efisien (Kuniyo, 2006).
2.7 Lamp La berlayar p kapal. Me ukuran ka bawah tuj lampu nav terlihat hin G Uk 12 meter merah, hij mil dan ha dari sisi Sedangkan segala arah Posis pu Navigasi ampu naviga pada malam enurut FAO apal. Untuk uh meter (< vigasi yang ngga jarak 2 Gambar 7 P kuran kedua (7-12 meter jau, dan pu anya bisa di kiri saja d n lampu pu h. Gambar si lampu i asi adalah l m hari untuk O (2009), p k ukuran pe < 7 meter) berwarna p 2 mil, serta Sumber: FA Posisi lampu a yaitu kapa r). Pada ka utih. Lampu ilihat dari sa dan lampu utih harus t Sumber: FA r 8 Posisi lam lampu kapa k mengetah penggunaan ertama, yai dan kecepa putih, posisi lampu terse AO (2009) u pada kapa al yang mem apal ukuran u merah dan
atu sisi saja hijau hany erlihat hing
AO (2009) mpu pada k
al yg harus hui arah kap
n lampu na itu kapal y atan kurang lampu dipa ebut harus t al ukuran ku mpunyai uku ini digunak n hijau haru a. Untuk lam ya bisa dil gga jarak 2 kapal ukuran dipasang p pal, jenis k avigasi dib yang mempu g dari 7 kno asang diatas erlihat dari urang dari 7 uran 7 mete kan tiga wa us terlihat h mpu merah h lihat dari mil dan da n 7 – 12 me ada waktu kapal dan uk bagi berdas unyai ukur ot menggun s kapal dan segala arah meter. er sampai de arna lampu hingga jara harus bisa d sisi kanan apat terlihat eter. kapal kuran arkan ran di nakan harus h. engan yaitu ak 1,5 dilihat saja. t dari
Uk dengan 20 lampu yai jarak 1,5 m bisa diliha saja. Lam depan. Se dan dapat kuran ketig 0 meter (1 tu merah, h mil dan han at dari sisi mpu putih ha edangkan la dilihat dari Gambar ga yaitu ka 2-20 meter hijau, dan pu
nya bisa dil kiri saja da arus terliha ampu putih arah belaka Sumber: FA 9 Posisi lam apal yang m r). Pada ka utih. Lampu lihat dari sa an lampu h at hingga ja yang lain h ang saja. AO (2009) mpu pada ka mempunyai apal ukuran u merah dan atu sisi saja hijau hanya arak 3 mil d harus dapat apal ukuran i ukuran 1 n ini diguna n hijau haru . Untuk lam bisa diliha dan dapat t t dilihat hin n 12 – 20 me 2 meter sa akan tiga w us terlihat h mpu merah at dari sisi k terlihat dari ngga jarak eter. ampai warna ingga harus kanan i arah 2 mil
