metodelogi kincir angin

5/11/2018 metodelogi kincir angin - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/metodelogi-kincir-angin 1/52

PROYEK AKHIR PROYEK AKHIR

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA ANGIN PADA STASIUN PENGISIAN ACCU

MOBIL LISTRIK

Moh. Saiful AnwarNRP.7305 030 007

Dosen Pembimbing :Ir. Suryono, MT

NIP. 131 793 743

Ainur Rofiq Nansur, ST., MTNIP. 131 859 915

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2008



PROYEK AKHIR



MOBIL LISTRIK

Moh. Saiful AnwarNRP.7305 030 007

Dosen Pembimbing:Ir. Suryono, MT

NIP. 131 793 743

Ainur Rofiq Nansur, ST., MTNIP. 131 859 915

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

SURABAYA

2008





MOBIL LISTRIK

Oleh:

Moh. Saiful Anwar

NRP. 7305.030.007

Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk

Memperoleh Gelar Ahli Madya (A. Md.)

di

Politeknik Elektronika Negeri SurabayaInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Disetujui oleh:

Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing

1. Drs. Irianto, MT. 1. Ir. Suryono, MT.

NIP. 131 964 948 NIP. 131 793 743

2. Ir. Hendik Eko H. S., MT. 2. Ainur Rofiq N, ST., MT.

NIP. 131 651 430 NIP. 131 859 915

3. Rusiana, ST.

NIP. 131 884 955

Mengetahui :

Ketua Jurusan Teknik Elektro Industri

Ainur Rofiq Nansur, ST., MT.

NIP. 131 859 915

ii



ABSTRAK

Mobil listrik telah banyak diciptakan dan digunakanuntuk mengurangi polusi akibat dari emisi kendaraan bermotor.

Mobil listrik menggunakan accu/battery sebagai sumber energi

untuk menggerakkan mobil tersebut. Accu/battery memiliki masa

pemakaian, yang jika dipakai terus menerus akan habis sehingga

perlu dicharge. Proses ini menggunakan rangkaian charger dan

biasanya dilakukan dirumah pemilik mobil listrik tersebut.

Kaitannya dengan pengisian ulang energi listrik untuk

accu/battery mobil listrik tersebut, perlu adanya suatu stasiun

yang khusus digunakan untuk isi ulang accu mobil listrik, yangkami sebut sebagai stasiun pengisian accu mobil listrik. Stasiun

pengisian ini menggunakan pembangkit listrik tenaga angin

untuk menghasilkan energi listrik, kemudian energi listrik

tersebut digunakan untuk mengisi ulang accu/battery mobil

listrik.

Pembangkit listrik pada proyek akhir ini menghasilkan

tegangan sebesar 13.94V dan arus pengisian dari kontrol

charger sebesar 0.205Amp. Dengan nilai tersebut dapat

melakukan isi ulang accu mobil listrik 12V-5Ah, dengankenaikkan tegangan accu sebesar 0.2V selama 30 menit.

Kata Kunci: Stasiun isi ulang accu, Mobil listrik, Kincir angin.

iii



ABSTRACT

Electric car already created and used to decrease pollution caused by emission of motors vehicle. Electric car use

battery or accumulator as source power to moving forward.

Battery have a sort time if used for a long time and will used up

and so need to recharge. This process using a charger circuit

and usually do at home by the owner of the electric car.

In relation with recharge system electric energy for

electric car accumulator, so there need a station especially using

for accumulator of electric car and its called electric car

accumulator recharge. The station use propeller to catch a wind and generator to produce electric energy, and then the electric

energy used to recharge the accumulator of electric car.

The electric generation in this final project produces

voltage at value 13.94 Volt and recharge current from control

charger at 0.205 Amp. With this point it can used to recharge

12V-5Ah accumulator, with increase voltage by 0.2 at 30

minutes.

Keyword : Accumulators recharge station, electric car, propeller.

iv



KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji syukur alhamdulillah ataskehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

hidayah-Nya selama pembuatan proyek akhir ini sehingga buku

proyek akhir ini bisa terselesaikan dengan baik. Judul dari

proyek akhir yang saya buat adalah:



MOBIL LISTRIK

Proyek akhir ini diajukan sebagai salah satu persyaratan

untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III

Politeknik untuk mendapatkan gelar Amd (Ahli Madya), ProgramStudi Teknik Elektro industri, Politeknik Elektronika

Negeri Surabaya – Institut Teknologi Sepuluh Nopember.Untuk memahami penyusunan proyek akhir ini hendaknya

pembaca diharapkan mengerti latar belakang dan batasan

masalah yang dibahas, sehingga memiliki persepsi yang sama.

Selama penyusunan buku proyek akhir ini, banyak

hambatan-hambatan yang ditemui penulis. Dengan rahmat Allah,

SWT dan bimbingan dari dosen pembimbing serta kemauanyang keras sehingga hambatan dan masalah dapat teratasi

dengan baik. Kami sebagai penulis menyadari dalam pembuatan

tugas akhir ini masih banyak kekurangan didalam pengerjaan proyek akhir ini.

Akhirnya penulis mengharapkan saran dan kritik dari semua

pihak agar nanti dikemudian hari menjadi lebih baik. Sehingga

buku ini menjadi sesuatu yang bermanfaat bagi pembaca.

v



UCAPAN TERIMA KASIH

Alhamdulillah, segala puji hanya milik Allah SWT.Kami memuja-Nya, memohon pertolongan-Nya. Kami

berlindung kepada-Nya dari segala kejahatan diri dan amal perbuatan buruk kami. Kusandarkan cintaku, pengharapanku,

taatku hanya kepada-Mu dan selalu mengikuti tingkah laku Nabi

Muhammad SAW, seorang yang pantas dicintai sebelum lainnya.

Ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya penulis

disampaikan kepada:1. Ibu dan ayah tercinta dan keluarga yang telah

memberikan dorongan semangat, moral maupunmaterial, pengorbanan dan do’a selama ini.

2. Bapak Dr. Ir. Titon Dutono, M.Eng. selaku direktur

PENS-ITS.

3. Bapak Ainur Rofiq Nansur ST., MT. selaku ketua

jurusan Elektro Industri.4. Bapak Ir. Suryono, MT dan Bapak Ainur Rofiq

Nansur, ST., MT. selaku dosen pembimbing atassegala perhatian dan bimbingan yang telah

diberikan sehingga Proyek Akhir ini dapatterselesaikan.5. Teman – teman jurusan Teknik Elektro Industri

DIIIA angkatan 2005.

6. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu

– persatu atas bantuan yang telah diberikan selama

ini.

Penulis berharap semoga bantuan dan keihklasan untuk

penyelesaian Proyek Akhir ini mendapat barokah dari AllahSWT.

vi



DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULLEMBAR PENGESAHAN.................................................... ii

ABSTRAK ............................................................................. iiiABSTRACT........................................................................... iv

KATA PENGANTAR............................................................ v

UCAPAN TERIMA KASIH.................................................. viDAFTAR ISI .......................................................................... vii

DAFTAR TABEL.................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................. x

BAB I PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang ......................................................... 1

1.2. Tujuan ...................................................................... 2

1.3. Perumusan Masalah ................................................. 2

1.4. Tinjauan Pustaka ...................................................... 21.5. Sistematika Pembahasan .......................................... 5

BAB II DASAR TEORI

2.1. Energi angin ............................................................. 72.1.1. Daya Energi Angin ......................................... 72.1.2. Turbin Angin .................................................. 8

2.1.3. Jenis Turbin Angin ........................................ 11

2.1.4. Pemilihan Tempat........................................... 13

2.2. Generator.................................................................. 16

2.3. Battery Charger ........................................................ 17

2.4. Metode Charge Discharge........................................ 182.5. Accumulator............................................................. 21

BAB III PERENCANAAN DAN PERANCANGAN SISTEM3.1. Konfigurasi Sistem................................................... 23

3.2. Perencanaan dan Perancangan Kincir Angin ........... 24

3.2.1. Kincir Angin Pada Mobil Listrik .................... 24

3.2.2. Perencanaan Kincir Angin.............................. 24

3.3. Perencanaan Generator............................................. 273.3.1. Perencanaan Generator Untuk Mobil Listrik.. 27

3.4. Perancangan Gear Ratio........................................... 28

3.5. Perencanaan dan perancangan battery charger......... 29

vii



3.4.1. Bridge Rectifier .............................................. 293.4.2. Kontrol Battery Charger ................................. 29

3.4.3. Perencaanaan Accumulator............................. 30

BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL

4.1. Pengujian Kecepatan Angin..................................... 31

4.2. Data Kincir Angin.................................................... 324.3. Pengujian Generator................................................. 32

4.4. Pengujian Pengisian Accu........................................ 34

4.5. Pengujian Generator Dengan Kendaraan ................. 34

BAB V PENUTUP5.1. Kesimpulan .............................................................. 37

5.2. Saran ........................................................................ 37

DAFTAR PUSTAKA............................................................. 39

LAMPIRAN........................................................................... 41

viii



DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema kincir angin untuk pembangkit kecil .... 3 Gambar 2.1 Radius kincir angin dan sudut φ pada kincir

angin ................................................................ 9

Gambar 2.2 Arah gaya pada sebuah blade........................... 10

Gambar 2.3 Kurva perbandingan TSR dan Blade angle...... 10Gambar 2.4 Berbagai jenis turbin angin .............................. 12

Gambar 2.5 Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin... 13

Gambar 2.6 Kaidah tangan kanan Fleming.......................... 16

Gambar 2.7-a Proses charge dengan arus konstan.................. 18

Gambar 2.7-b Proses discharge dengan arus konstan ............. 18Gambar 2.8-a Proses charge dengan daya konstan................. 19Gambar 2.8-b Proses discharge dengan daya konstan ............ 19

Gambar 2.9 Proses charge dengan arus konstan/tegangankonstan............................................................. 19

Gambar 2.10 Proses discharge dengan resistansi konstan ..... 20

Gambar 3.1 Blok diagram sistem pengisian battery pada

Pembangkit listrik tenaga angin....................... 23

Gambar 3.2 Rencana penempatan kincir angin pada mobil

listrik ................................................................ 24Gambar 3.3 Perencanaan kincir angin ................................. 25

Gambar 3.4 Konstruksi dan komponen pendukung kincir

angin ................................................................ 27Gambar 3.5 Perbandingan gigi dan bentuk kincir angin

untuk mobil listrik............................................ 27

Gambar 3.6 Perbandingan gear (Gear Ratio)....................... 28

Gambar 3.7 Rangkaian Bridge Rectifier.............................. 29

Gambar 3.8 Apple 5 battery charger.................................... 30

Gambar 3.9 Accu 12v-5Ah.................................................. 30

ix



DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Hasil percobaan pembangkit listrik tenaga angin .. 4Tabel 1.2 Hasil pengujian dengan alternator berputar ........... 4

Tabel 1.3 Hasil pengujian dengan alternator tidak berputar .. 4Tabel 3.1 Tipe kincir angin dan kegunaannya....................... 26

Tabel 4.1 Data kecepatan angin............................................. 32

Tabel 4.2 Data Kincir angin .................................................. 32Tabel 4.3 Data Kincir angin dengan 2 blade ......................... 32

Tabel 4.4 Tegangan output generator .................................... 33

Tabel 4.5 Pengujian generator dengan beban berbeda........... 33

Tabel 4.6 Hasil pengujian kincir dan generator..................... 34Tabel 4.7 Hasil pengujian pengisian Accu ............................ 34Tabel 4.8 Hasil pengujian pembangkit listrik pada mobil

listrik...................................................................... 35

x



BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pada masa sekarang dimana semakin menipisnyasumber daya alam yang digunakan sebagai sumber bahan bakar

minyak, orang-orang mulai beralih ke energi alternatif.

Disamping itu juga penggunaan bahan bakar minyak pada

kendaraan bermotor dapat menyebabkan pemanasan global

karena emisi yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor tersebut

mengandung zat-zat berbahaya terhadap lingkungan. Salah satusolusi untuk hal tersebut yaitu menggunakan kendaraan berbahan

bakar listrik. Permasalahanan yang timbul jika kita menggunakan

kendaraan berbahan bakar listrik, yaitu kurangnya stasiun

pengisian energi untuk accu mobil listrik. Oleh karena itu, dalam

proyek akhir ini saya merencakan suatu stasiun pengisian bahan bakar untuk kendaraan berenergi listrik dengan memanfaatkan

pembangkit listrik tenaga angin. Dengan konversi tenaga angin

menjadi energi listrik kemudian digunakan untuk charge accu

pada mobil listrik diharapkan stasiun pengisian bahan bakar untuk kendaraan listrik ini dapat berkembang pada masa

mendatang.Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan

manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk

melewati perairan sudah lama sekali. Dan sebagaimanadiketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perbedaan

suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah

keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda. Untuk

mengurangi keterbatasan penggunaan energi yang tak terbarukan dalam pembangkitan energi listrik khususnya maka

diperlukan energi- energi alternatif lain sebagai penggantinya.

Dalam rangka mencari bentuk-bentuk sumber energi alternatif

yang bersih dan terbarukan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar 1.

Untuk pemanfaatan kincir angin bagi pembangkitan

1 Kadir Abdul, ”ENERGI SUMBER DAYA, INOVASI, TENAGA LISTRIK

DAN POTENSI EKONOMI” Edisi Kedua, Bab V Energi Angin, hal 216 .

1



tenaga listrik skala kecil diperlukan sebuah kincir angin dangenerator DC, sebuah pengatur tegangan agar keluaran untuk

mengisi accu dapat konstan. Untuk memastikan tegangankeluaran dari generator tidak berbalik polaritas, maka perlu

ditambahkan sebuah rangkaian penyearah ( Rectifier ) sebelum

masuk ke rangkaian charger.

1.2 TUJUAN

1.2.1 Tujuan Umum

Tujuan umum dari pembuatan Proyek Akhir ini adalah:

Sebagai syarat kelulusan dari pendidikan Diploma III Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS.

1.2.2 Tujuan Khusus

Tujuan khusus dari pembuatan Proyek Akhir ini adalah

untuk mendesain suatu pembangkit listrik tenaga angin untuk stasiun pengisian accu mobil listrik sebagai salah satu sumber

energi listrik alternatif yang bersih dan dapat diperbaharukan.

1.3 PERUMUSAN MASALAH

Masalah yang dari pembuatan proyek akhir ini adalahmendesain kincir angin yang efektik digunakan untuk putaran

rendah dan dapat menghasilkan keluaran tegangan generator

yang cukup untuk dapat mengisi ulang accu. Rangkaian switchyang akan memutus proses isi ulang jika accu telah penuh.

Batasan masalah dari Proyek Akhir ini pengaturan

kestabilan tegangan keluaran dari generator dan perancangan dandesain kincir angin yang tepat.

1.4 TINJAUAN PUSTAKA

Kadir A. 1987. Energi Angin. Dalam: Energi. UI-

Pres. 243-257. Dalam buku ini dijelaskan karakteristik angin

secara umum dan elemen-elemen yang mempengaruhi angin.

Desain sebuah kincir angin juga disebutkan beserta komponen-

komponen dan asas yang bekerja pada sebuah kincir. Disebutkan

juga untuk membuat sebuah pembangkit listrik menggunakanenergi angin, komponen apa saja yang dibutuhkan. Dalam buku

2



yang diterbitkan Kadir, untuk membangun sebuah pembangkittenaga listrik skala kecil yang dibutuhkan antara lain: sebuah

pengatur tegangan, oleh karena kecepatan angin yang berubah-ubah, sehingga tegangan juga berubah. Diperlukan juga sebuah

baterai untuk menyimpan energi.

Gambar 1.1 : Skema kincir angin untuk pembangkit kecil

A = Pengatur tegangan dan pemutus otomatisB = baterai

C = Ke alat pemakaian

Yusuf, A. 2007. Pemanfaatan kincir angin pada

ladang garam sebagai alternatif pembangkit sumber energi

listrik berbasis PID kontroller. Program Kreatifitas

Mahasiswa. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

Surabaya. Pemanfaatan sebuah pembangkit listrik tenaga angindisebuah ladang garam, yang bisa digunakan untuk penerangan

pada waktu malam. Sistem pengaturan menggunakan PID.

Implementasi yang dibangun pada pembangkit tenaga angin iniyaitu dengan menyalurkan energi dari alternator yang diputar

oleh kincir, menuju rangkaian pengaman dan disalurkan ke

rangkaian switch controled dan selanjutnya disalurkan untuk

charge accumulator. Energi dari accu untuk menghidupkan

lampu.

Data hasil percobaan pembangkit listrik menggunakan tenaga

angin:

3



Tabel 1.1: Hasil percobaan pembangkit listrik tenaga angin

Kecepatan angin

(m/s)

Shaft speed

(rpm)

Torque

(Nm)

Power

(Watt)3 52 19.7 83

4 69 35.1 197

5 87 54.8 385

5.46 95 65.3 500

Desain kincir angin dalam Program Kreatifitas Mahasiswa ini

memiliki spesifikasi sebagai berikut:

1. Sumber berasal dari baterai saat Alternator bekerjaTabel 1.2: Hasil pengujian dengan alternator berputar

No Nama peralatan JumlahKebutuhan Daya(Watt)

1 Lampu PL 18W 5 90

2 Lampu TL 5W 2 40

3 Televisi 14 Inch 1 150

4 Radio 1 35

2. Sumber berasal dari baterai saat Alternator berhenti

Tabel 1.3: Hasil pengujian dengan alternator tidak berputar

No Nama peralatanJumlah

(Watt)Lama Pemakaian

1 Lampu PL 18W x 5 90 1 jam 36 menit

2 Lampu TL 5W 40 3 jam 36 menit

3 Radio 35W 35 4 jam 36 menit

Amrullah, F. 2007. Rancang bangun sistem pengisian

baterry charger pada pembangkit listrik tenaga angin.

Proyek Akhir. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

Surabaya. Proyek tugas akhir ini membahas pembangkit listrik

tenaga angin untuk melakukan pengisian accumulator. Untuk

pemanfaatan kincir angin bagi pembangkitan tenaga listrik skala

kecil diperlukan sebuah generator dan sebuah pengatur tegangan

agar dapat konstan berupa battery charger yang didalam

4



rangkaiannya terdapat rangkaian regulator yang berupa ICLM350. Oleh karena kecepatan angin yang berubah-ubah,

sehingga tegangan keluaran generator juga berubah, diperlukansebuah baterai untuk menyimpan energi. Karena sering terjadi

angin tidak bertiup. Bila angin tidak bertiup, perlu dicegah

generator bekerja sebagai motor: Oleh karena itu perlu pula

sebuah pemutus tegangan otomatik bila battery sudah penuh(terdapat pada rangkaian battery charger berupa IC HA17458).

HA17458 merupakan dual op-amp yang menyediakan

kompensasi pergeseran fasa internal dan berperforma tinggi.

WindMission Company, 1998. Windpower course

blade design. www.windmission.dk/workshop/books.html.Sebuah situs internet yang berdedikasi untuk pembuatan kincir

angin tipe rose dan multiblade kincir angin dengan efisiensi yang

tinggi. Dari dokumen yang didapat dari situs ini, dijelaskan perhitungan secara detail untuk membuat suatu kincir angin.

Menentukan jumlah blade (sudu) yang dipakai untuk sebuah

kincir angin.

1.5 SISTEMATIKA PEMBAHASAN

Setelah dilakukan proses pelaksanaan dan pembuatan

alat pada Proyek Akhir ini, mulai dari studi literatur, perancangansistem, pembuatan alat, pengujian alat, penyempurnaan alat,

pengujian alat, serta pengujian akhir dan analisa serta hasil-hasil

yang didapat maka untuk pembahasan secara lengkapdiwujudkan dalam bentuk buku laporan Proyek Akhir ini dengan

sistematika sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUANPada bab ini berisi latar belakang pembuatan alat pada proyek

Akhir, tujuan yang ingin dicapai, batasan permasalahan padaProyek Akhir serta sistematika pembahasan.

BAB II DASAR TEORI

Pada bab ini meliputi teori-teori dasar, sertar eferensi-referensi

yang berguna sebagai acuan dan landasan dalam perencanaan

dan pembuatan Proyek Akhir antara lain: Sistem Mekanik padakincir angin, Generator DC, Battery Charger, dan Battery

(Accumulator).

5



BAB III PERENCANAAN DAN PERANCANGANPada bab ini berisi perencanan berdasarkan cara kerja dari

rangkaian yang diinginkan dan pembuatan peralatan yangdilakukan berdasarkan perencanaan yang telah dibuat.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

Berisi tentang pengujian alat yang telah dilakukan perencanaan dan pembuatan proyek akhir tersebut, sehingga

dapat dianalisa hasil yang diperoleh.

BAB V PENUTUP

Pada bab ini berisi kesimpulan dari proyek akhir yang telahdikerjakan serta saran-saran mengenai proyek akhir tersebut

untuk dilakukan perbaikan dan pengembangan alat yang telah

dibuat ini pada masa yang akan datang.

6



BAB II

DASAR TEORI

2.1 ENERGI ANGIN

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan

manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk

melewati perairan sudah lama sekali. Dan sebagaimana diketahui,

pada asasnya angin terjadi karena ada perubahan suhu antara

udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan

kecepatan angin berbeda. Untuk mengurangi keterbatasan

penggunaan energi yang tak terbaharukan dalam pembangkitanenergi listrik khususnya maka diperlukan energi-energi alternatif

lain sebagai penggantinya. Dalam rangka mencari bentuk-bentuk

sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan kembali

energi angin mendapat perhatian yang besar.Seperti yang telah dijelaskan, Angin adalah udara yang

bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara

yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak

merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memilikienergi kinetik. 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 EnergiAngin (SKEA).

2.1.1 DAYA ENERGI ANGIN

Energi yang dimiliki oleh angin dapat didapat dari

persamaan :

3

vA2

1W ρ=

Dimana :

W = Energi angin (Watt)ρ = Kerapatan udara (Kg/m3)

A = Area penangkapan angin (m2)

v = Kecepatan angin (m/s)

7



Persamaan diatas merupakan sebuah persamaan untuk kecepatanangin pada turbine yang ideal, dimana dianggap energi angin

dapat diekstract seluruhnya menjadi energi listrik. namunkenyataannya tidak seperti itu. Jadi terdapat faktor efisiensi dari

mekanik turbine angin dan efisiensi dari generator sendiri.

Sehingga daya yang dapat diekstrak menjadi energi angin dapat

diketahui dari persamaan berikut:3

wtwt vA2

1W ρη=

Dimana :

= Efisiensi kincir angin (%)wtη

2.1.2 TURBIN ANGIN

Untuk mendesain sebuah kincir angin, ada banyak hal

yang harus diperhatikan. Hal pertama yang harus

dipertimbangkan yaitu berapa besar daya yang kita butuhkan,

kemudian kecepatan angin, setelah itu yang tidak kalah pentingyaitu berapa jumlah blade yang harus digunakan, dan masih

banyak hal teknis lainnya. Hal pertama yang diperhatikan dalam

desain kincir angin yaitu TSR (Tip Speed Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip kincir angin (ujung) dan kecepatan

angin yang didapat oleh kincir.

Menghitung TSR (λ ) dapat menggunakan persamaan :

v

R Rotor ω=λ

Dimana :ω = Rotasi putaran kincir angin (Rad/s)

R Rotor = Radius rotor kincir angin (m)

Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung

menggunakan persamaan:

2

32R VTORQUE

λ=

TSR mempengaruhi kecepatan putaran kincir (rpm).

Hubungan TSR dengan kecepatan yaitu :

8



Shaft speed = 60λ v/(πD) rpmDimana :

D = Diameter rotor (m)Diameter suatu rotor kincir angin dapat pula diperoleh

melalui sebuah perhitungan. Persamaan untuk menghitung

Diameter suatu rotor kincir angin yaitu :

D = (Power x (47λ x RPM)^3)^0.2

Dimana :

Power = Daya output generator (watt)

RPM = Kecepatan putar generator (rpm)

Untuk menentukan jumlah blade yang digunakan, dapat

digunakan persamaan :

2

80B

λ=

Setelah menentukan diameter dan jumlah blade untuk

kincir angin menentukan sudut blade (β). Perhatikan gambar

berikut ini.

Gambar 2.1: Radius kincir angin dan sudut φ pada kincir angin.

9



Persamaan untuk menghitung sudut blade (β ) yaitu :

φ−λ=β )r 3/R 2(ATAN

Pada sebuah blade ada gaya angkat (Lift) dan daya dorong

(Drag). Untuk tipe kincir angin yang horizontal harus dibuat agar

gaya Lift lebih besar dari gaya Drag. Gaya inilah yangmenyebabkan proses perputaran kincir.

2aD

2aL AV)2/(CDragdanAV)2/(CLift ρ=ρ=

Gambar 2.2: Arah gaya pada sebuah blade.

Gambar 2.3: Kurva perbandingan TSR dan Blade angle.

Setelah menentukan β selanjutnya menentukan blade

lebar kincir angin (chord width). Persamaan untuk mencari

chord width (C) pada kincir angin horizontal yaitu :

10



B9

)r /R (R 16C

2λ

π=

Perencanaan untuk kincir angin memang membutuhkan sebuah

perhitungan yang rumit, mulai dari perkiraan TSR sampai denganlebar blade yang digunakan harus sesuai dengan perhitungan agar

daya output sesuai dengan perencanaan semula.

2.1.3 JENIS TURBIN ANGIN

Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama

berdasarkan arah sumbu:

1. Horizontal

. Turbin angin dengan sumbu horizontalmempunyai sudu yang berputar dalam bidang vertikal

seperti halnya propeler pesawat terbang. Gambar 2.1

memperlihatkan berbagai jenis turbin angin horizontal.

Turbin angin biasanya mempunyai sudu dengan bentuk

irisan melintang khusus di mana aliran udara pada salah

satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udaradi sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena

ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang

sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu.Perbedaan tekanan ini membentuk gaya yang

menyebabkan sudu berputar.2. Vertikal. Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja

dengan prinsip yang sama seperti halnya kelompok

horizontal. Namun, sudunya berputar dalam bidang

yang paralel dengan tanah, seperti mixer kocokan telur.

11



Gambar 2.4 : Berbagai jenis turbin angin.

12



Gambar 2.5 : Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin.

Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angindengan jumlah sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah

dengan potensi energi angin yang rendah karena rated wind

speed-nya tercapai pada putaran rotor dan kecepatan angin yang

tidak terlalu tinggi. Sedangkan turbin angin dengan sudu sedikit

(untuk pembangkitan listrik) tidak akan beroperasi secara effisien

pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s.Dengan demikian daerah-daerah dengan potensi energi

angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s,lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan

mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan ini

antara lain american tipe multi blade, cretan sail dan savonius.

2.1.4 PEMILIHAN TEMPAT

Secara umum tempat-tempat yang baik untuk

pemasangan turbin angin antara lain:

13



1. Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsisebagai nozzle, yang mempercepat aliran angin.

2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yangdapat memperlambat angin, dataran terbuka yang

sangat luas memiliki potensi energi angin yang besar.

3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut dan di

daratan menyebabkan angin bertiup secara terusmenerus.

Walau pada dasarnya turbin angin dapat dipasang di mana

saja di tempat-tempat tersebut di atas, pengkajian potensi angintetap harus dilakukan untuk mendapatkan suatu sistem konversi

energi angin yang tepat. Pengkajian potensi energi angin di suatutempat dilakukan dengan mengukur dan menganalisis kecepatan

dan arah angin. Analisis data angin dilakukan dengan

menggunakan metoda statistik untuk mencari kecepatan angin

rata-rata, durasi kecepatan angin dan distribusi frekwensi data

angin. Jika informasi mengenai arah angin juga tersedia, analisis

dengan menggunakan metoda wind rose dapat dilakukan untuk mengetahui kecepatan rata-rata, frekwensi dan energi angin di

setiap arah mata angin.

Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistemkonversi energi angin dapat ditentukan dengan cara:

1. Pilih Tempat. Tempat ditentukan sesuai kebutuhan,

kemudian potensi energi angin dikaji dari data yang

didapat. Cara ini mempertimbangkan:

a. aksesibilitas baik untuk pekerjaan konstruksi

maupun perawatan, b. kondisi sosial budaya setempat,

c. kepentingan lain

2. Pilih Potensi. Pemilihan tempat berdasarkan besarnya potensi energi angin yang tersedia. Semakin besar

kecepatan angin rata-rata di suatu tempat akan

semakin baik. Semakin tinggi potensi energi yang

tersedia akan memberikan keuntungan berupa ukuran

sistem konversi energi angin yang semakin kecil dantidak perlu terlalu efisien sehingga pembuatannya

akan lebih mudah dan murah.

14



Hal-hal lain yang harus diperhatikan dalam pemasangan sistemkonversi energi angin, antara lain:

1. Untuk kegunaan elektrikal jarak tempat pemasangan harus cukup dekat dengan beban

pengguna agar tidak ada kerugian yang berlebih.

Pengurangan tegangan lebih dari 5% sudah

dianggap sangat besar untuk sistem tegangan 12VDC dan 24 VDC. Jarak lebih dari 300 m harus

dihindari kecuali jika digunakan tegangan tinggi

220 VAC.2. Tempat pemasangan harus dilindungi atau

dipagari agar terhindar dari aksi perusakan.Sebaiknya lokasi pemasangan harus dapat

dipantau dengan mudah dari jalan atau tempat

beban pengguna. Tempat-tempat di mana terdapatkecepatan angin yang sangat kencang dan dapat

merusak pada waktu-waktu tertentu tidak

direkomendasikan.3. Aliran angin di dekat permukaan bumi akan

semakin mengecil dan mencapai harga nol di

permukaan tanah. Profil kecepatan angin ini

disebut dengan lapisan batas atmosfir. Permukaan

bumi memiliki tingkat kekasaran yang berbeda-

beda. Semakin kasar permukaan bumi akansemakin tebal lapisan batas atmosfir. Dengan

semakin besarnya lapisan batas atmosfer maka

kecepatan angin pada ketinggian tertentu akan

semakin kecil. Dengan demikian tempat

pemasangan harus diarahkan pada tempat dengan

tingkat kekasaran yang rendah seperti daerahlepas pantai, daerah pantai, padang rumput, dan

tempat-tempat dengan tumbuh-tumbuhan dan bangunan yang tidak terlalu tinggi.

4. Turbin angin yang digunakan untuk keperluan

pengisian batere biasanya ditempatkan di perahu, bangunan atau rumah. Lokasi pemasangan harus

diperhatikan agar aliran yang datang pada sistem

konversi energi angin ini tidak turbulen atau tidak berbalik arah di bagian belakang. Untuk hal ini

15



ada aturan atau konvensi bahwa turbin anginharus lebih tinggi sekitar 10 m dari pohon atau

bangunan tertinggi di tempat tersebut. Lokasi pemasangan juga setidaknya harus berjarak

minimal sekitar 10 kali dari diameter rotor

terhadap hambatan atau rintangan terdekat.

2.2 GENERATOR

Generator merupakan sumber utama energi listrik yang

dipakai sekarang ini dan merupakan converter terbesar di dunia.Pada prinsipnya tegangan yang dihasilkan generator bersifat

bolak-balik, sedangkan generator yang menghasilkan tegangansearah karena telah mengalami proses penyearahan.

Generator adalah suatu mesin yang menggunakan

magnet untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

Prinsip generator secara sederhana dapat dikatakan bahwa

tegangan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor

tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya2. Hukum tangan kanan Fleming berlaku pada

generator dimana menyebutkan bahwa terdapat hubungan antara

penghantar bergerak, arah medan magnet dan arah resultan darialiran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah

gerakan penghantar, telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah

menunjukkan arah aliran elektron yang terinduksi.

Gambar 2.6 : Kaidah tangan kanan Fleming.

Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti

penghantar yang digerakkan. Jumlah tegangan yang diinduksikan

pada penghantar saat penghantar bergerak pada medan magnettergantung pada :

16



1. Kekuatan medan magnet, makin kuat medan magnetmakin besar tegangan yang diinduksikan.

2. Kecepatan penghantar dalam memotong fluks, makincepat maka semakin besar tegangan yang

diinduksikan.

3. Sudut perpotongan, pada sudut 90 derajat tegangan

induksi maksimum dan tegangan kurang bila kurangdari 90 derajat.

4. Panjang penghantar pada medan magnet.

Terdapat dua jenis konstruksi dari generator (AC), jenis

medan diam atau medan magnet dan medan magnet dibuat

berputar. Pada medan magnet diam secara umum kapasitasampere relatif kecil dan ukuran tegangan kerja rendah, jenis ini

mirip dengan generator DC kecuali terdapat slips ring sebagai

alat untuk pengganti komutator. Sedangkan pada generator jenis

medan magnet berputar dapat menyederhanakan masalah

pengisolasian tegangan yang dibangkitkan secara umum sebesar

18.000 volt sampai 24.000 volt, generator medan berputar mempunyai jangkar diam yang disebut stator. Siklus tegangan

yang dibangkitkan tergantung pada jumlah kutub yang digunakan

pada magnet, pada generator yang menggunakan dua kutub dapatmembangkitkan satu siklus tegangan sedangkan pada generator

dengan empat kutub dapat menghasilkan dua siklus tegangan.

Sehingga terdapat perbedaan antara derajat mekanis dan derajatlistrik. Derajat mekanik adalah apabila kumparan atau penghantar

jangkar berputar satu kali penuh atau 360 derajat mekanis

sedangkan derajat listrik adalah jika GGL atau arus bolak-balik

melewati satu siklus berarti telah melewati 360 derajat waktu.

2.3 BATTERY CHARGER

Pengertian dari battery charger adalah suatu alat yang

berfungsi untuk mengisi battery dengan arus konstan hinggamencapai tegangan yang ditentukan. Bila level tegangan yang

ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun

secara otomatis ke level aman tepatnya yang telah ditentukan dan

menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga

indikator menyala menandakan battery telah terisi penuh.

17



2.4 METODE CHARGE DISCHARGE

Battery (Accumulator) merupakan salah satu media

penyimpan energi yang biasa digunakan pada kendaaran bermotor untuk menyalakan lampu dan sebagainya. Dalam proyek akhir ini, accumulator digunakan untuk menyimpan

energi listrik yang berasal dari pembangkit listrik tenaga angin.

Penelitian atau percobaan tentang charge/discharge telah

menghasilkan banyak sekali metode yaitu antara lain :a. Proses charge discharge dengan arus konstan.

Proses charge dan proses discharge dengan arus

konstan yang ditunjukkan pada gambar 2.7-a dan

gambar 2.7-b dapat diambil kesimpulan bahwa, proses charge discharge akan berakhir ketika waktu

yang telah diset terlampaui atau apabila kapasitas

accumulator yang ditentukan telah terpenuhi.

Gambar 2.7 -a : Proses charge dengan arus konstan.

Gambar 2.7 -b : Proses discharge dengan arus konstan.

b. Proses charge discharge dengan daya konstan.

Proses charge dengan daya konstan yang

ditunjukkan pada gambar 2.8-a dilakukan ketika

tegangan naik dan arus turun, proses ini berakhir

18



ketika set time terpenuhi atau tegangan pada batteryterpenuhi. Sedangkan proses discharge dengan daya

konstan yang ditunjukkan pada gambar 2.8-bdilakukan ketika tegangan battery turun dan arus

naik dan discharge berakhir saat set time terlampaui

atau tegangan beban terpenuhi.

Gambar 2.8 -a : Proses charge dengan daya konstan.

Gambar 2.8 -b : Proses discharge dengan daya konstan.

c. Gambar 2.9 menunjukkan proses charge dengan

arus konstan ketika tegangan terminal lebih rendahdari pada tegangan charge.

Gambar 2.9 : Proses charge dengan arus konstan/tegangan konstan.

19



d. Gambar 2.10 menunjukkan proses discharge denganresistansi konstan ketika tegangan battery turun dan

arus juga turun.

Gambar 2.10 : Proses discharge dengan resistansi konstan.

Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian

accumulator, dapat menggunakan perhitungan pada persamaan

(2.4.1) dan persamaan (2.4.2) :

Lama pengisian arus :

A

AhTa = ...........................................................(2.4.1)

Keterangan :

Ta = Lamanya pengisian arus (jam)Ah = Besarnya kapasitas accumulator (Ampere hours)

A = Besarnya arus pengisian ke accumulator (Ampere)

Lama pengisian daya :

A

AhTd

daya

daya= ..................................................(2.4.2)

Keterangan :

Td = Lamanya pengisian daya (jam)Daya Ah = Besarnya daya yang didapat dari perkalian

Ah dengan besar tegangan accumulator (Watt hours)

Daya A = Besarnya daya yang didapat dari perkalian A

dengan besar tegangan accumulator (Watt)

20



2.5 ACCUMULATOR

Accumulator atau sering disebut accu (=aki) adalah

salah satu komponen utama dalam kendaraan bermotor, baik mobil atau motor, semua memerlukan aki untuk dapatmenghidupkan mesin kendaraan (mencatu arus pada dinamo

stater kendaraan). Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi

energi listrik.Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus

searah (DC) dari proses kimiaiwi, yaitu elemen primer dan

elemen sekunder. Elemen primer terdiri dari elemen basah danelemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer menyebabkan

elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika muatannya

habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan

memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen kering).

Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat

dikatakan cukup boros, contoh elemen primer adalah batu baterai

(dry cells).Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus diberi

muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara

mengalirkan arus listrik (secara umum dikenal dengan istilah ’di-charge’). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen

sekunder dapat dimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder

ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung

proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan

efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia

reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging).

Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik

menjadi tenaga kimia (charging).

21



Halaman ini sengaja dikosongkan

22



BAB III

PERENCANAAN DAN

PERANCANGAN SISTEM

3.1 KONFIGURASI SISTEM

Blok diagram secara keseluruhan dari sistem

ditunjukkan pada gambar 3.1. Kincir angin dikopel dengan

generator dan akan berputar karena aliran angin sehingga

generator juga akan berputar dan menghasilkan tegangan.

Sebelum tegangan keluaran dari generator digunakan untuk men-

charge battery terlebih dahulu dikontrol didalamcharge/discharge controller.

Gambar 3.1 : Blok diagram sistem pengisian battery pada pembangkit

listrik tenaga angin.

Proyek akhir ini memanfaatkan putaran kincir angin

untuk menggerakkan sebuah generator DC dengan outputmaksimal 24V. Tegangan output dari generator dimasukkankedalam sebuah rangkaian bridge rectifier untuk mencegah

adanya perubahan polaritas tegangan, kemudian dimasukkan

pada sebuah rangkaian kontroler yang khusus digunakan

untuk mencharge accu/baterai. Lama pengisian accu

bergantung dari besarnya arus output dari kontoler dan

kondisi angin yang ada. Bila kecepatan angin semakin besar maka output dari kontroler akan semakin besar sampai batas

nominalnya yaitu 12VDC. Accu yang digunakan adalah accu12V. Tegangan output dari pembangkit listrik ini hanya

digunakan untuk melakukan isi ulang terhadap accu mobil

listrik.Berdasarkan gambar 3.1 perencanaan dan pembuatan

perangkat untuk proyek akhir ini meliputi:

1. Perencanaan dan pembuatan kincir angin.2. Perencanaan penggunaan kontroler untuk charger

accu.

23



3.2 PERENCANAAN DAN PERANCANGAN KINCIR

ANGIN

Proyek akhir ini akan menjelaskan perbedaan antara pembangkit listrik yang terintegrasi dengan mobil listrik dan pembangkit listrik yang dibangun diluar dari mobil listrik itu

sendiri. Berikut akan dijelaskan perencanaan dan perancangan

dari masing-masing pembangkit listrik.

3.2.1 KINCIR ANGIN PADA MOBIL LISTRIK

Integrasi pembangkit listrik dengan mobil listrik

dipasang pada mobil listrik, dengan pertimbangan bahwa denganmemasang kincir pada kendaraan, maka aliran angin yangdihasilkan pada saat mobil melaju akan memutar kincir.

Harapannya dengan kondisi angin seperti apapun, aliran anginakan menyebabkan angin memutar kincir dan menghasilkan

aliran listrik yang dihasilkan oleh generator.

Dalam perencanaannya generator dipasang pada sisi

depan mobil listrik seperti pada ilustrasi gambar 3.2, penempatan

kincir pada sisi depan karena merupakan sisi yang melawan arah

aliran angin dan dapat menerima angin secara maksimal.Rencana penempatan kincir digambarkan seperti ilustrasi

dibawah ini:

Gambar 3.2 : Rencana penempatan kincir angin pada mobil listrik.

3.2.2 PERENCANAAN KINCIR ANGIN

Kincir angin adalah alat bantu yang digunakan untuk

menggerakkan generator dan membangkitkan tenaga listrik.

Kincir angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi

24



kebutuhana para petani dalam melakukan penggilingan padi,keperluan irigasi, dan lain-lain. Kincir angin terdahulu banyak

dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnyadan lebih dikenal dengan Windmill. Kincir angin dalam sistem

ini berfungsi sebagai penggerak mula dari generator.

Dalam proyek akhir ini saya menggunakan kincir angin

dengan bentuk blade seperti ditunjukkan pada gambar 3.3.

Gambar 3.3: Perencanaan kincir angin.Kincir angin dibuat dari bahan serat (fiber) kemudian

dicetak kedalam cetakan sehingga terbentuk sesuai dengan

perencanaan. Panjang blade juga harus sesuai, jika besar bladeyang dipakai terlalu kecil dipasang pada generator besar tidak

akan bisa berputar cepat untuk mendapatkan tenaga yang tepat.

Perencanaan kincir angin harus disesuaikan untuk

keperluan apa kincir tersebut digunakan. Dari data yang saya

25



peroleh (tabel 3.1), kita dapat menentukan berapa jumlah bladeyang harus digunakan.

Tabel 3.1: Tipe kincir angin dan kegunaannya

Sesuai dengan data pada tabel 3.1, untuk membuat

kincir angin yang akan digunakan untuk memproduksi teganganlistrik harus digunakan kincir angin dengan 3 blade (Sudu).

Kincir angin dengan menggunakan 3 blade akan menghasilkan kecepatan tinggi dengan torsi rendah dan mempunyai solidity2

yang rendah, dan khusus digunakan untuk menghasilkan

tegangan listrik.

Proyek akhir ini memiliki perencanaan seperti

ditunjukkan pada gambar 3.4. Komponen pendukung kincir angin

dalam sistem ini dirancang dengan menggunakan beberapa

komponen sebagai berikut:1. Sudu atau daun (Blade)

Berfungsi sebagai penangkap angin. Sudu ini

berjumlah 3 buah. Dari ketiga sudu ini mempunyai

panjang, lebar yang sama.

2. Pillow Block

Berfungsi untuk tempat dudukan dari poros kincir,

yang dilengkapi dengan bearing.3. Poros

Berfungsi sebagai tempat menempelnya sudu(Blade). Poros yang digunakan mempunyaidiameter 20 cm dan lebar ±5 cm.

4. Roda Gigi (Gear)

Berfungsi sebagai pengait kincir angin dengan

generator.

2 Solidity is the percentage of rotor that is not air. “http://www.personal.psu.edu/

jms5037/windmillpp.ppt”

26



Gambar 3.4: Konstruksi dan komponen pendukung kincir angin.

3.3 PERENCANAAN GENERATOR

Generator yang dipakai dalam proyek akhir ini memilikispesifikasi yaitu generator DC dengan magnet permanen dengan

tegangan keluaran maksimum 24 v.

3.3.1 PERENCANAAN GENERATOR UNTUK MOBIL

LISTRIK

Generator yang akan ditempatkan pada mobil listrik

memiliki rancangan seperti gambar 3.5. Untuk mendapatkan

putaran tinggi saya gunakan gearbox dengan perbandingan gigi1:3.

Gambar 3.5: Perbandingan gigi dan bentuk kincir angin untuk mobil

listrik.

27



3.4 PERANCANGAN GEAR RATIO

Roda gigi dalam sistem ini selain berfungsi sebagai

pengait antara kincir angin dengan generator, gear jugamerupakan penggerak mula dari generator dan roda gigi ini berfungsi untuk mengatur torsi. Penggunaan roda gigi untuk

kincir angin dipilih ukuran yang lebih besar daripada roda gigi

pada generator dengan perbandingan 3:1. perbandingan roda gigi

ini dimaksudkan agar torsi yang dihasilkan kincir lebih besar

daripada torsi generator sehingga putaran generator menjadi lebih

cepat.

Gambar 3.6 : Perbandingan gear (Gear Ratio).

Menentukan jumlah perbandingan gear dalam suatu

keperluan mekanik, dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:

2/12/1 θθ=ωω

Dimana:

= Kecepatan gear 1 (rpm)1ω

= Kecepatan gear 2 (rpm)2ω= Ratio gear 11θ

= Ratio gear 22θ

Dengan menggunakan perbandingan gear, suatu

pembangkit listrik tenaga angin akan memberikan hasil sesuaidengan kebutuhan. Sehingga dengan kecepatan angin yang ada

dapat ditentukan gear ratio yang tepat.

28



3.5 PERANCANAAN DAN PERANCANGAN

BATTERY CHARGER

3.5.1 BRIDGE RECTIFIER

Untuk mengantisipasi adanya tegangan bolak-balik dari

output tegangan generator maka perlu diberikan suatu penyearah

tegangan. Disini saya menggunakan rangkaian bridge rectifier.

Jika generator yang kita gunakan merupakan genererator AC(Alternator) maka harus menggunakan suatu rangkaian

penyearah sebelum masuk ke rangkaian kontrol battery charger.

Namun kali ini meskipun saya menggunakan generator DC saya

tetap menggunakan rangkaian rectifier untuk mengantisipasitegangan bolak-balik seperti yang telah disebutkan diawal.Rangkaian bridge rectifier dalam proyek akhir ini dapat dilihat

pada gambar 3.7 berikut ini:

Gambar 3.7 : Rangkaian Bridge Rectifier.

3.5.2 KONTROL BATTERY CHARGER

Kontrol yang digunakan untuk rangkaian charger

disebut Apple 5, sebuah rangkaian yang khusus digunakan untuk

charger battery dengan output 5A. Prinsip kerja rangkaian iniyaitu sebelum output tegangan dari generator digunakan untuk

charger battery, tegangan output tersebut dimasukkan terlebihdahulu pada rangkaian battery charger agar arus yang digunakan

untuk charger battery bisa konstan. Kontrol charger ini selain

berfungsi untuk mengatur kestabilan dari arus pengisian accu,

juga untuk mematikan arus pengisian jika accu telah penuh.

29



Apple 5 ditunjukkan pada gambar 3.8 seperti yang terlihat

dibawah ini:

Gambar 3.8: Apple 5 battery charger.

3.5.3 PERENCANAAN ACCUMULATOR

Accumulator yang digunakan dalam proyek akhir ini

adalah accu 12v-5Ah. Saya menggunakan accu dengan Ah yang

kecil dengan pertimbangan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh

pembangkit listrik tenaga angin tidak terus menerus, karena adakalanya angin bertiup sangat kencang dan adakalanya angin

hanya bertiup sepoi-sepoi sehingga generator tidak menghasilkan

tegangan. Accu yang saya gunakan dapat dilihat pada gambar 3.9

seperti yang terlihat berikut ini:

Gambar 3.9: Accu 12v-5Ah.

30



BAB IV

PENGUJIAN DAN HASIL

4.1 PENGUJIAN KECEPATAN ANGIN

Setiap waktu angin memiliki kecepatan yang selalu

berubah-ubah, oleh karenanya perlu dilakukan pengambilan datakecepatan angin secara berulang-ulang. Setelah itu dilakukan

perhitungan kecepatan angin rata-rata, agar didapatkan kecepatan

angin secara tepat.

Untuk pengambilan data kecepatan angin, saya tidak

menggunakan alat khusus untuk menghitung kecepatan angin(anemometer). Tapi saya menggunakan suatu alat sederhana

dengan berdasaran pada konsep kecepatan, yaitu jarak yang

ditempuh per satuan waktu. Jadi saya menggunakan suatu pipa plastik 1 meter yang bening kemudian saya menaruh sebuah

foam kedalam pipa tersebut. Setelah itu saya catat waktu tempuh

foam itu. Pengambilan data dilakukan berulang-ulang untuk

mendapatkan kecepatan angin rata-rata.

Tabel 4.1: Data kecepatan angin

Waktu Kecepatan

2.89 0.346

3.03 0.330

1.19 0.840

4.22 0.237

2 0.500

5.11 0.196

3.19 0.3133.89 0.257

5.59 0.179

3.36 0.298

Rata-rata 0.350 m/s

1.260

km/jam

31



4.2 DATA KINCIR ANGIN

Dari kincir angin yang digunakan dalam proyek akhir

ini memiliki data- data sebagai berikut:

Tabel 4.2: Data Kincir angin

TSR Torsi (Nm)Daya Ideal

(watt)

Blade

angle (°)

5 0,001938 0,019294 5

Membandingkan data dengan kincir angin yang

menghasilkan output tegangan generator yang lebih besar dari

pengujian sebelumnya, yaitu sebesar 13,94 volt. Data dari kincir angin yang digunakan ditunjukkan pada tabel 4.3 berikut ini:

Tabel 4.3: Data Kincir angin dengan 2 blade

R Rotor (m) TSR Torsi (Nm) Gear Ratio

1 6 0,003403 5:1

Dari data kincir angin tersebut, dapat menjelaskan bahwa ada beberapa hal yang menjadikan kincir angin 2 blade itu

dapat memberikan output tegangan generator lebih besar.

Perbedaan-perbedaan itu antara lain:1. Radius (jari-jari) kincir angin lebih besar,

memberikan area yang ditangkap oleh kincir lebih

besar. Sehingga daya yang didapat menjadi lebih besar.

2. Gear ratio yang digunakan lebih besar,

memungkinkan untuk mendapat putaran yang lebihcepat dengan kecepatan angin yang sama.

3. Torsi dari kincir angin lebih besar, sehingga start

awal kincir angin menjadi lebih besar dan mampu

memberikan momen yang besar untuk memutar

generator.

4.3 PENGUJIAN GENERATOR

Pengujian tegangan output dari generator memiliki datasebagai berikut:

32



Tabel 4.4: Tegangan output generator

Tegangan (v) Putaran (rpm)

1.39 614.7 180

8.02 269

9.31 282

11.37 329

12.26 360

13.9 402

15.47 460

16.1 516

17.19 553

Selanjutnya dilakukan proses pengujian generator

dengan memberikan beban pada generator. Besarnya hambatan

berpengaruh terhadap besarnya putaran generator. Tabel 4.5menampilkan hasil pengujian generator untuk beban yang

berbeda.

Tabel 4.5: Pengujian generator dengan beban berbeda

Putaran (rpm) Tegangan (v)

R=1.7k R=4.7k R=1.7k R=4.7k Arus (A)

488 - 16.16 - 0.01

422 - 13.91 - 0.009

345 - 11.4 - 0.008

300 - 9.61 - 0.007

266 - 8.64 - 0.006

240 551 7.06 18.39 0.005

197 471 5.52 15.57 0.004

120 336 4.18 11.08 0.00392 257 3.01 8.54 0.002

58 180 1.23 4.76 0.001

Pengujian generator menggunakan kincir angin

ditunjukkan pada tabel 4.6 berikut ini:

33



Tabel 4.6 : Hasil pengujian kincir dan generator

Tegangan (v) Waktu pengambilan (wib)

7 11.204 12.50

5 13.20

8 16.10

Dari data tersebut diatas, tegangan output dari generator

tidak dapat mengisi ulang accu. Hal ini disebabkan karena kincir

angina memiliki area penerimaan angin yang kurang lebar

dengan kecepatan angin yang ada.

4.4 PENGUJIAN PENGISIAN ACCU

Karena desain kincir angin yang tidak sesuai, maka data

pengisian Accu dilakukan simulasi dengan cara mengkopel motor

DC dengan generator. Kemudian data yang dihasilkan

ditampilkan pada tabel 4.7 berikut ini.

Tabel 4.7 : Hasil pengujian pengisian Accu

Tegangan

Generator (v)

Arus

(Amp)

Putaran

(rpm)

Tegangan

Accu (v)

Waktu

(Jam)

10.56 0.01 310 8.96 1:04:5511.57 0.019 345 9.91 2:45:20

Dari kondisi awal accu mempunyai tegangan 8.55 Volt.

Setelah melakukan pengisian selama ± 1 jam tegangan di accumenjadi 8.96 Volt. Dalam simulasi ini power supply untuk motor

DC hanya dapat memutar generator sampai 345 rpm, tidak dapat

lebih dari itu. Perbandingan gear yang saya gunakan 1:3.

4.5

PENGUJIAN GENERATOR DENGANKENDARAAN

Proyek akhir ini juga melakukan pengujian dengan

memasang kincir angin pada generator kemudian dibawa berjalandengan sepeda motor untuk mensimulasikan pembangkit listrik

pada mobil listrik.Hasil pengujian dengan menerapkan sistem pembangkit

pada mobil listrik dapat dilihat pada tabel 4.8. Pada pengujian ini

kendaraan berjalan berlawanan dengan arah angin.

34



Pertimbangannya karena dengan berjalan berlawanan denganarah angin maka kincir dapat berputar dengan optimal.

Tabel 4.8: Hasil pengujian pembangkit listrik pada mobil listrik Kecepatan(Km/jam)

Arus pengisian (A)

30 0.15

30 0.3

40 0.24

Dari data diatas, diukur kondisi awal accu mempunyai

tegangan 8.63 Volt. Kemudian setelah pengujian dan dengan arus

pengisian seperti tabel diatas, dihasilkan tegangan pada accumenjadi 8.87 Volt. Pengujian saat berjalan searah dengan arah

angin, membutuhkan kecepatan yang tinggi yaitu lebih dari 40

Km/jam. Tidak efisien jika berjalan searah dengan arah angin,akan membutuhkan energi yang besar sekali.

35



Halaman ini sengaja dikosongkan

36



BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Setelah melalui proses perencanaan dan pembuatan alat yang

dilanjutkan dengan pengujian alat, maka pada proyek akhir inidapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Proyek akhir ini dinyatakan tidak berhasil. Karena desain

blade yang digunakan pada proyek akhir ini masih belum

sesuai dengan hasil yang diharapkan. Sehingga tegangan

keluaran generator tidak mencapai tegangan yang cukupuntuk mencharger accu.

2. Kincir angin dengan 3 blade yang digunakan dalam

proyek akhir ini memiliki torsi sebesar 0,001938 Nm dantegangan keluaran generator sebesar 8 volt dan putaran

generator 269 rpm. Sedangkan kincir angin 2 blade yang

telah digunakan pada proyek akhir sebelumnya memiliki

torsi sebesar 0,003403 Nm dan tegangan keluaran

generator sampai 13.94 volt.

3. Dengan simulasi didapatkan untuk arus 0.019 Ampdibutuhkan putaran sebesar 345 rpm dan dapat

melakukan isi ulang accu dari 8.96 – 9.91 Volt selama

±2Jam 45Menit.

4. Penerapan pembangkit listrik pada mobil listrik tidak dapat diterapkan pada mobil listrik karena kecilnya arus

pengisian, dibandingkan dengan besar tegangan yang

digunakan untuk daya mobil listrik.

5.2 SARAN

Agar dapat dikembangkan pada waktu-waktu selanjutnya,

penulis memberikan saran-saran sebagai berikut:

1. Untuk mendesain suatu pembangkit listrik tenaga angin,

harus diperhitungkan desain blade yang sesuai dengankecepatan angin didaerah tersebut dan daya yang ingin

dihasilkan.

2. Penggunaan kincir angin dengan diameter besar sangatdianjurkan untuk membuat pembangkit listrik tenaga

angin jika ingin digunakan untuk mencharger accu.

37



3. Tegangan pengisian accu dari pembangkit idealnya haruskonstan, dan tidak dianjurkan melakukan pengisian accu

menggunakan tegangan yang terlalu besar untuk menjagamasa pemakaian accu.

4. Untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi

(IPTEK), pembangkitan energi listrik pada mobil listrik

dapat digunakan menjadi salah satu alternatif untuk membantu mengurangi pemakaian energi yang semakin

bertambah.

38



DAFTAR PUSTAKA

[1] Amrullah, F. 2007. Rancang bangun sistem pengisian baterrycharger pada pembangkit listrik tenaga angin. Tugas Akhir .

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. Surabaya[2] E.W Golding, “Windmills for Water Lifting and the

Generation of Electricity on the Farm,” FAO Internal Working

Bulletin No.17.[3] Kadir A. 1987. Energi Angin. Dalam: Energi. UI-Pres. 243-

257

[4] NITTETSU ELEX CO., LTD.,NS Cycle Tester (Accumulator

Charge and Discharge Test System), Japan.[5] United Nations Environment Programme. 2006. Energy

Efficiency Guide for Industry in Asia.

www.energyefficiencyasia.org /docs /ee_modules/indo/ Chapter -

Electric motors (Bahasa Indonesia).pdf

[6] www.mst.gadjahmada.edu/dl/Kincir_Angin.pdf [7] www.otherpower.com

[8] www.personal.psu.edu/jms5037/windmillpp.ppt

[9] www.windmission.dk/workshop/books.html

[10] Yusuf, A. 2007. Pemanfaatan kincir angin pada ladanggaram sebagai alternatif pembangkit sumber energi listrik berbasis PID kontroller. Program Kreatifitas Mahasiswa.

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. Surabaya

39



Halaman ini sengaja dikosongkan.

40



PROFIL PENULIS

Penulis lahir dipasuruan 22 tahun yang lalu,dibesarkan dikeluarga yang sederhana.

Memulai pendidikan di SD Negeri 2Gajahrejo pada tahun 1993, setelah itu

melanjutkan pendidikan menengah pertama

di SMP Negeri 2 Purwodadi, Penulis

kemudian melanjutkan di sekolah kejuruan

SMK Negeri 1 Purwosari mengambil jurusanTeknologi Informasi. Kuliah di PENS-ITS

jurusan Teknologi Industri diploma 3.

Biodata Penulis:

aiful Anwar

86

at hrejo RT.001/006 Purwodadi

Hp :lahraga

omMotto -- follow your path !

Nama : Moh. S

TTL : Pasuruan, 8 Maret 19

Alam : Dsn. Watukopo Ds. GajaPasuruan 67163

628646153975

Hobi : Travelling, Hiking, O

e-mail : [email protected]@hotmail.c: ”Let it flow like the wind ”

41

metodelogi kincir angin

Documents