TUGAS METODE PENELITIAN

PROPOSAL TUGAS AKHIR

PEMANFAATAN KINCIR ANGIN UNTUK DESTILASI AIR LAUT

Disusun Oleh :

Nama : Gallant. E

NIM : 41306010015

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MERCU BUANA

JAKARTA

2009

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.  Latar Belakang

Air merupakan elemen yang paling melimpah di atas Bumi. 70% permukaan

bumi ini adalah air. Namun, hanya sebagian kecil saja dari jumlah ini yang benar-benar

dimanfaatkan,. Sebagian besar air, kira-kira 97% ada dalam samudera atau laut, dan

kadar garamnya terlalu tinggi untuk di konsumsi. Dari 3% sisanya yang ada, hampir

semuanya yaitu kira-kira 87 persennya, tersimpan dalam lapisan kutub atau sangat

dalam di bawah tanah.

Adalah benar jika air  merupakan unsur utama pendukung kehidupan di muka

bumi ini mengingat jumlahnya yang sangat banyak. Manusia mampu bertahan hidup

tanpa makan dalam beberapa minggu, namun tanpa air kita akan mati dalam beberapa

hari saja. Air juga dimanfaatkan sebagai unsur utama dalam beberapa aspek kegiatan

ekonomi modern diantaranya dalam bidang pertanian, pembangkit listrik, budidaya

perikanan, industri, dan  berbagai aspek lainnya. Karunia Allah yang tiada ternilai

harganya ini harus dimanfaatkan semaksimal mungkin secara bijaksana untuk

kesejahteraan manusia itu sendiri.

Di Indonesia sendiri permasalahan air bersih merupakan sebuah polemik yang

sampai kini belum jelas penyelesaiannya. Bersamaan dengan itu kegiatan pembangunan

terus menerus dilakukan tanpa memperhatikan lagi aspek – aspek lingkungan. Sumber –

sumber resapan air dijadikan sebagai objek pembangunan secara radikal. Sumber-

sumber air semakin dicemari oleh limbah industri yang tidak diolah atau tercemar

karena penggunaanya yang melebihi kapasitasnya untuk dapat diperbaharui. Kalau kita

tidak mengadakan perubahan besar dalam cara kita memanfaatkan air, mungkin saja

suatu ketika air tidak lagi dapat digunakan tanpa pengolahan khusus yang biayanya

melewati jangkauan sumber daya ekonomi masyarakat Indonesia.

Suatu terobosan perlu segera dilakukan dalam menghadapi masalah ini.

Walaupun bukanlah satu – satunya penyelesaian tapi setidaknya dapat dijadikan sebagai

pilihan dalam mengatasi permasalahan air bersih. Wilayah Indonesia yang didominasi

oleh lautan dan didukung oleh garis pantai yang panjang dapat dimanfaatkan sebagai

sarana dalam menerapkan sebuah teknologi penyulingan air laut menjadi air bersih.

Teknologi yang digunakan dengan memanfaatkan kincir angin sebagai sumber energi

untuk destilasi air laut. Pemanfaatan kincir angin adalah hal yang logis mengingat

kondisi angin pantai di Indonesia yang mendukung.

1.2. Maksud dan Tujuan

Beranjak dari latar belakang masalah yang dikemukakan di atas maka maksud

dan tujuan dari penulisan ini adalah untuk :

1. Pemanfaatan energi angin di Indonesia, berdasarkan data angin yang ada di

Indonesia dan perkembangan teknologi sistem konversi energi angin untuk proses

destilasi air laut.

2. Memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan S1 di Universitas Mercu Buana.

3. Menerapkan teori yang telah diberikan di perkuliahan dan mengaplikasikannya

dalam keadaan yang sebenarnya.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah penulisan ini adalah pada pembahasan dan analisa mengenai

dasar elemen kincir angin, cara kerja inverter dan proses destilasi.

1.4. Metode Penulisan

Penulis melakukan metode kepustakaan untuk mencari referensi dengan

membaca dan mempelajari dasar elemen kincir angin, cara kerja inverter dan proses

destilasi yang berhubungan dengan judul yang penulis pilih.

1.5. Sistematika penulisan

Sistematika penulisan yang digunakan pada karya tulis ini adalah sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini akan membahas mengenai latar belakang, ruang lingkup

pembahasan, tujuan penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II STUDI PUSTAKA

Pada bab ini akan membahas mengenai landasan teori, pandangan

umum tentang angin dan potensinya.

BAB III METODOLOGI

Pada bab ini penulis akan membahas mengenai data-data inti yang

dibutuhkan, yang meliputi : elemen dasar kincir angin, cara kerja inverter,

proses destilasi.

BAB IV PEMBAHASAN DAN ANALISA

Dalam bab ini penulis mengemukakan tentang pengolahan data, baik

secara gambar maupun bentuk perhitungan serta data-data yang dibutuhkan

dalam proses pengolahan data.

BAB V PENUTUP

Pada bab ini akan membahas mengenai kesimpulan yang telah didapat ,

kelebihan dan kekurangan dari teknologi destilasi ini serta saran – saran

yang mungkin dapat bermanfaat bagi kepentingan penulis dan pembaca.

DAFTAR PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Landasan Teori

Kecepatan angin selalu berubah sepanjang waktu. Untuk itu dalam menentukan

besarnya energi yang tersedia di lokasi penerapan destilasi tersebut, kecepatan angin

rata-rata ditentukan dengan menggunakan rumus berikut :

V1 = 1 / t ( | v1 (t) dt)

Formulasi diatas bisa digunakan untuk menghitung kecepatan rata-rata bulanan

atau tahunan tergantung pada periode yang ditetapkan. Dengan mengetahui kecepatan

angin yang ada, selanjutnya bisa ditentukan besarnya energi yang bisa dihasilkan di

suatu lokasi dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Es = 0.693 Pw * T

     = 0.296 p * a * A * V3  * Dt    kWH

dimana :

pa = rapat masa udara  (Kg/m3 )

A  = luas penampang sapuan  (m2)

V  = kecepatan angin  (m/s)

Dt = selisih waktu  (jam)

Pemakaian rumus diatas untuk data angin yang tercatat dengan anemometer

counter (Wind Run Three Cup) dengan selisih waktu pencatatan selama Dt dalam jam.

Sedangkan untuk menghitung energi angin dari kecepatan angin (dalam m/s), yang

terukur di lokasi digunakan rumus berikut :

E = k * 0.5 * p* a* A * V3  kW

Dengan k adalah suatu konstanta yang bisa berharga 16/27 yakni efisiensi

maksimum kecepatan angin yang mampu dirubah menjadi energi.

2.2. Pandangan Umum Angin dan Potensinya

2.2.1. Pendahuluan Tentang Angin

Angin adalah sumber energi yang ramah lingkungan dan tak akan pernah habis

(renewable energy) atau sumber energi terbarukan. Kita telah memanfaatkan energi

angin selama ratusan tahun. Dari Belanda sampai tanah pertanian Amerika Serikat,

Kincir angin (windmill) sudah digunakan untuk memompa air atau menggiling gandum.

Saat ini peralatan modern yang setara dengan kincir angin - atau turbin angin (wind

turbine) - dapat memanfaatkan energi angin untuk membangkitkan listrik. Pemanfaatan

angin sebagai salah satu sumber energi di Indonesia untuk masa mendatang perlu segera

direalisasikan. Hal ini penting karena penggunaan sumber energi fosil, seperti minyak

bumi dan batubara yang banyak mengemisikan gas buang yang beracun dan

menimbulkan efek rumah kaca dapat dikurangi tahap demi tahap.

2.2.2. Potensi Angin di Indonesia

Kondisi geografis yang dimiliki Indonesia merupakan sebuah nilai lebih yang

dapat dimanfaatkan dalam pengembangan  teknologi energi terbarukan, khususnya

angin. Daerah pantai merupakan salah satu contoh tempat yang dapat diterapkan sebagai

pengembangan aplikasi teknologi energi terbarukan, yaitu angin. Potensi angin di

daerah pantai memang sangat besar dalam pengembangan  aplikasi energi terbarukan.

Di bawah ini dapat dilihat tabel data mengenai perkiraan wilayah produksi

energi angin di Indonesia.

No. Daerah Luas WPEA

(kilometer

persegi)

Daya Listrik yang dapat

dihasilkan (MW)

1. Jawa 1200 9600

2. Sumatra 1000 8000

3. Kalimantan 600 4800

4. Sulawesi 800 6400

5. Nusa Tenggara 500 4000

6. Lainnya 500 4000

  Jumlah 4600 36800

Sumber : majalah LAPAN No. 16 Tahun ke-4

Keterangan : WPEA = Wilayah Produksi Energi Angin

2.2.3. Hasil Penelitian Potensi Angin

Berikut merupakan data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan

Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5 m/s atau lebih:

No. Nama DaerahKecepatan Rata-rata 

(m/s)

Masa Bertiup Angin

Di atas 4.0 m/s  (%)

1 Blang Bintang 3.50 42.6

2 Tanjung Pinang 3.75 62.5

3 Tanjung Pandang 4.35 75.0

4 Pondok Betung 3.70 25.0

5 Margahayu 4.30 90.0

6 Rendole/Pati 5.30 84.8

7 Semarang 3.90 51.3

8 Iswahyudi 5.15 95.5

9 Kalianget 4.15 65.6

10 Denpasar 4.03 59.5

11 Pasir Panjang 4.95 66.7

12 Kupang/Penfui5.75 78.6

13 Waingapu3.65 32.7

Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2004

Berdasarkan data yang telah dihimpun oleh Badan Meteorologi dan Geofisika,

maka penulis memperkirakan bahwa daerah yang potensial dalam menerapkan energi

angin untuk destilasi air laut adalah daerah Pantai Baron, Rendole/Pati, Iswahyudi, dan

Kupang/Penfui.

 

BAB III

PEMBAHASAN DAN ANALISA

3.1. Konsep Teknologi  Destilasi Air Laut

Secara umum konsep dari teknologi  destilasi air laut ini adalah konversi energi

mekanik menjadi panas, yang sebelumnya harus dirubah menjadi energi listrik melalui

kincir angin. Konsep tersebut dapat digambarkan pada diagram di bawah ini :

 

 

3.2. Elemen Dasar Kincir Angin

Elemen dasar kincir angin:

a)      Nacelle : merupakan elemen utama karena berfungsi melindungi elemen – elemen

vital seperti  gearbox dan electrical generator. Dapat dikatakan nacelle ini sebagai

badan pembungkusnya. Di depan nacelle terdapat turbin, rotor blade, dan hub.

b)      Rotor Blade : merupakan elemen yang berfungsi untuk menangkap energi angin

dan energi yang diperoleh akan di transfer melalui hub. Untuk kincir angin

modern dengan kapasitas daya 600kW, panjang dari  rotor blade mencapai 20

meter (66 feet) dan umumnya di desain seperti desain sayap pesawat terbang.

c)      Hub : Dihubungkan dengan low speed shaft dari kincir angin itu sendiri.

d)      Low Speed Shaft : elemen ini menghubungkan antara rotor hub dengan gearbox.

Pada kincir angin dengan kapasitas daya 600 kW, kecepatan dari rotor relatif

rendah yaitu sekitar 19 – 30 rotasi per menit (RPM). Elemen shaft mengandung

pipa yang berfungsi sebagai system hidrolik dari kincir untuk mengaktifkan

pengereman aerodinamis (aerodynamic brakes).

e)      Gearbox :  memiliki low speed shaft pada saat ke arah kiri dan mengakibatkan

high speed shaft berputar lebih cepat ke arah kanan dengan besar 50 kali lebih

cepat.

f)      High Speed Shaft :  berputar dengan kecepatan sekitar 1500 RPM untuk

kemudian membangkitkan generator. Elemen ini diperlengkapi dengan

mechanical disk brake yang digunakan untuk mengatasi kegagalan pengereman

aerodinamis atau pada saat turbin sedang diperbaiki.

g)      Electrical Generator : mempunyai nama lain generator induksi atau generator

asinkron. Pada kincir angin yang modern daya listrik maksimum yaitu sekitar 500

– 1500 kW.

h)      Electronic Controller :  berfungsi untuk memonitor keadaan dari kincir angin

guna menjaga bila terdapat kesalahan seperti gearbox ataupun rotor yang

kepanasan. Secara otomatis kincir akan berhenti berputar dan segera menghubungi

petugas operator melalui modem link.

i)        Cooling Unit : instrumen yang terdapat pada cooling unit yaitu kipas elektris

yang berfungsi untuk mendinginkan  electrical generator. Selain kipas juga

terdapat oil cooling unit yang berfungsi untuk mendinginkan gearbox. Pada

beberapa jenis kincir terdapat juga instrumen water – cooled generator.

j)        Tower : merupakan bagian yang vital karena berfungsi menyangga turbin angin

itu sendiri. Pada kincir angin modern tinggi tower biasanya mencapai 40 – 60

meter. Tower dapat dibedakan menjadi bentuk tubular seperti gambar di atas dan

bentuk lattice. Keuntungan dari bentuk tubular yaitu aman sedang untuk lattice

mempunyai biaya yang murah.

k)      Anemometer and wind vane : anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan

dan arah angin, sinyal elektronis dari anemometer ditangkap oleh electronic

controller yang kemudian digunakan untuk memulai memutar kincir. Kincir akan

berputar jika kecepatan angin paling tidak  5 m/s atau 10 knots dan akan berhenti

secara otomatis pada kecepatan 25 m/s atau 50 knots. Ini dilakukan untuk

melindungi turbin dan lingkungan sekitar.

3..3. Prinsip Kerja Turbin

 

Pandangan aerial pembangkit tenaga angin menunjukkan bagaimana

sekumpulan turbin angin dapat menyediakan listrik bagi jaringan listrik (utility

grid). Listrik dikirimkan melalui kabel transmisi dan distribusi ke rumah,

perusahaan, sekolah dan lain-lain. Turbin angin dengan tiga daun sudu dioperasikan

"upwind", dengan daun baling-balingnya menghadap daun baling-baling. Tipe

turbin angin lainnya adalah dua daun, dan downwind turbine. Lalu bagaimana listrik

dibangkitkan ? Sederhananya, sebuah turbin angin bekerja berlawanan dengan kipas

angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti kipas angin,

turbin angin memanfaatkan angin untuk menghasilkan listrik. Angin memutar sudu,

yang memutar sebuah poros, yang berhubungan dengan generator dan menghasilkan

listrik. Turbin skala komersial berukuran dari 50 sampai 750 kilowatt. Turbin-turbin

kecil tunggal, di bawah 50 kilowatt digunakan untuk rumah, peralatan

telekomunikasi atau pemompaan air.

3.4.   Cara Kerja Inverter

Inverter merupakan alat untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak balik. 

Adapun tujuan pemasangan inverter adalah agar arus dari turbin yang tidak stabil dapat

di stabilkan dengan frekuensi, tegangan dan arus tertentu.

Diagram  Alir  Inverter  dengan  Daya  tinggi dan Komparator :

Prinsip dasar dari inverter adalah dengan menghidup-matikan sumber arus

searah dengan frekuensi tertentu, lalu keluarannya di perhalus sehingga  menghasilkan

arus bolah-balik yang sama dengan keluaran PLN.

Untuk pemasangan inverter sendiri yaitu arus dari turbin pembangkit listrik

tenaga angin di hubungkan dengan baterai. Lalu dari baterai ini kita mencatu rangkaian

function generator. Dari function generator akan keluar arus bolak-balik dengan

tegangan dan frekuensi tertentu serta arus yang kecil. Untuk menguatkan arus dipasang

transistor daya yang diparalel. Terakhir untuk menguatkan tegangan dipasang

transformator untuk arus kuat.

3.5.  Proses Destilasi

`           Destilasi adalah proses pemisahan komponen – komponen dalam suatu liquid

untuk mendapatkan salah satu atau beberapa komponen tertentu, dalam hal ini yaitu

destilasi air laut dapat dianggap hanya memisahkan dua komponen (biner), walaupun

sebenarnya banyak unsur kimia dalam air laut, tetapi sebenarnya proses destilasi 

ditentukan oleh besarnya perbedaan titik didih (boiling point ) yang memang besarnya

cukup signifikan. Hal ini dapat diverifikasi lagi dengan menghitung  relative volatility

dengan rumus:

            Aij = (Yi / Xi) / ( Yj / Xj ),

Dimana  Aij adalah  relative volatility

              Yi adalah fraksi mol komponen ‘i’ dalam uap

              Xi adalah fraksi mol komponen ‘i’ dalam cairan (liquid)

Jika relative volatilitynya mendekati satu maka komponennya sulit untuk dipisahkan,

karena titik didihnya hampir sama, sehingga harus digunakan metode  khusus.

3.5.1. Skema Komponen Unit Destilasi

Berikut disajikan skema komponen-komponen unit destilasi :

Secara umum elemen – elemen unit destilasi terdiri dari :

1.   Reboiler, yang digunakan untuk menguapkan liquid

2.   Kolom vertikal, yang berfungsi sebagai penampung dan tempat proses pemisahan

terjadi

3.   Kondensator, digunakan untuk mendinginkan uap hasil proses

4.   Reflux drum, yang digunakan untuk menahan dan memisahkan hasil kondensasi,

yang mana sebagian akan dikembalikan ke kolom untuk diproses kembali.

3.5.2. Operasi dasar dan proses

            Liquid yang digunakan (feed), dimasukkan ke dalam penampung (feed tray)

yang ada ditengah kolom vertikal. Kolom tersebut dipisah menjadi dua bagian , bagian

atas ( enriching / rectifition) dan bagian bawah (stripping). Kemudian liquid  turun dan

berkumpul dibagian bawah reboiler, kemudian panas diberikan pada reboiler. Sumber

panas dapat berupa uap panas yang dialirkan pada reboiler. Dalam proses ini digunakan

metode continuous destilation dimana  feed akan terus dialirkan sehingga proses akan

berlangsung kontinu, campuran uap air dan liquid akan dialirkan ke bagian bawah

kolom , di mana uap air akan naik ke atas, sedangkan liquid turun sebagai bottom

product. Uap air yang berada dibagian atas akan dikondensasi oleh kondensator,

kemudian hasilnya ditampung dalam reflux drum untuk dipisahkan dan sebagian

dikembalikan ke bagian atas kolom untuk lebih diperkaya atau persentase pengotornya

diperkecil. Sedangkan sisanya keluar sebagai hasil destilasi.

  Daftar Gambar Destilator

                                 

                       

      

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Hal penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan daerah angin untuk

destilasi air laut adalah adanya pengaruh terhadap kehidupan sosial-ekonomi di lokasi

yang bersangkutan. Hal tersebut dikarenakan mampu menunjang kegiatan komersial

dan kegiatan-kegiatan lain. Sedangkan keuntungan dari segi teknis dengan adanya

daerah angin untuk destilasi air laut adalah :

1.   Adanya skala nasional tentang daerah angin yang bisa digunakan sebagai acuan

untuk pengembangan daerah angin di lokasi lain.

2.   Dari aspek pariwisata akan mengembangkan daerah tujuan wisata ilmiah.

=  Kelebihan

Kelebihan dari teknologi ini adalah :

1.   Ramah lingkungan

2.   Biaya investasi awal lebih murah

3.   Hemat energi, karena didapat dari energi angin

=  Kekurangan

Kekurangan dari teknologi ini adalah :

1.   Teknologi  kurang dikenal masyarakat

2.   Untuk memperoleh energi  yang besar, diperlukan jumlah kincir yang banyak

3.   Belum ada niat baik dari pemerintah atau instansi yang berwenang dalam sosialisai

teknologi ini.

B. Saran

1.   Diharapkan adanya penelitian lebih lanjut mengenai pemanfaatan energi angin

untuk destilasi air laut.

2.   Kajian yang dirasa perlu diteliti adalah mengenai pengaruh gelombang

elektromagnetik yang dipancarkan oleh kincir angin terhadap sistem navigasi pada

kapal-kapal yang lewat disekitar laut tersebut.

RANGKUMAN ( ABSTRAK )

            Persediaan air bersih yang semakin hari semakin menipis di Indonesia,

khususnya di Pulau Jawa, dikarenakan minimnya daerah resapan air hujan akibat

pembangunan yang berkelanjutan. Hal tersebut harus segera diantisipasi dengan

penanganan yang cepat dan professional. Salah satu cara diantaranya dengan

menerapkan teknologi destilasi air laut. Mengingat sumber energi untuk proses destilasi

masih mahal maka digunakan alternatif lain yaitu penggunaan kincir angin karena

energi yang disuplai oleh angin sifatnya tak terbatas ditambah lagi kondisi angin di

wilayah pantai Indonesia cukup memadai.                                        

DAFTAR PUSTAKA

1.  WWW. WINDPOWER.ORG.

2.  WWW. NREL. COM.

3.  Kadir Abdul, 1987, Energi, UI PRESS, Jakarta.

4.  Flavin C. dan Lensson N., 1995, Gelombang Revolusi Energi, Yayasan Obor

Indonesia, Jakarta.

5. Uyung G.D., 2000, Energi, Teknologi destilasi air laut flash-evaporation

menggunakan nergi matahari untuk penyediaan air tawar,edisi 10, PSE

UGM, Jogjakarta.

6.  Mangunwijaya Y.B., 1988, Pengantar Fisika Bangunan, Djambatan, Jakarta.

7. Harijono Djojodiharjo,1980,Lapan,Aspek Tekno – Ekonomi dari Pemanfaatan Energi Angin di Indonesia,No. 16,Jakarta

 LAMPIRAN

  Daftar Gambar destilator

                                 

                       

      

RANGKUMAN ( ABSTRAK )

            Persediaan air bersih yang semakin hari semakin menipis di Indonesia,

khususnya di Pulau Jawa, dikarenakan minimnya daerah resapan air hujan akibat

pembangunan yang berkelanjutan. Hal tersebut harus segera diantisipasi dengan

penanganan yang cepat dan professional. Salah satu cara diantaranya dengan

menerapkan teknologi destilasi air laut. Mengingat sumber energi untuk proses destilasi

masih mahal maka digunakan alternatif lain yaitu penggunaan kincir angin karena

energi yang disuplai oleh angin sifatnya tak terbatas ditambah lagi kondisi angin di

wilayah pantai Indonesia cukup memadai.                                        

DAFTAR PUSTAKA

1.  WWW. WINDPOWER.ORG.

2.  WWW. NREL. COM.

3.  Kadir Abdul, 1987, Energi, UI PRESS, Jakarta.

4.  Flavin C. dan Lensson N., 1995, Gelombang Revolusi Energi, Yayasan Obor

Indonesia, Jakarta.

5. Uyung G.D., 2000, Energi, Teknologi destilasi air laut flash-evaporation

menggunakan nergi matahari untuk penyediaan air tawar,edisi 10, PSE

UGM, Jogjakarta.

6.  Mangunwijaya Y.B., 1988, Pengantar Fisika Bangunan, Djambatan, Jakarta.

7. Harijono Djojodiharjo,1980,Lapan,Aspek Tekno – Ekonomi dari Pemanfaatan Energi Angin di Indonesia,No. 16,Jakarta