laporan energi angin heri dan hamdin desember 2015

7/25/2019 Laporan Energi Angin Heri Dan Hamdin Desember 2015

1/41

ANALISA POTENSI ENERGI ANGIN DENGAN VARIASI

TURBIN ANGIN TUNGGAL & PARALEL

DI KOTA PALU SULAWESI TENGAH

Oleh

Heriyadi

F 331 12 003

Hamdin

F 331 12 032

LAPORAN

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK

MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TADULAKO

2015/2016


2/41

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan energi dewasa ini kian meningkat baik di negara maju

maupun negara berkembang. Peningkatan ini berhubungan dengan

kebutuhan masyarakat terhadap kendaraan serta kemajuan industrialisasi.

Sampai saat ini penggunaan bahan bakar minyak sangatlah meningkat,

oleh sebab itu diperlukan sumber energi yang dapat memenuhi kebutuhan

manusia. Karena hampir seluruhnya energi yang digunakan di Indonesia

menggunakan bahan bakar fosil seperti bahan bakar minyak (BBM),

dimana keadaannya sangat terbatas dan lama- kelamaan akan habis.

Selain itu energi fosil juga berdampak negatif terhadap lingkungan, baik

secara langsung maupun tidak langsung seperti pemanasan global yang

berdampak pada kerusakan ekologi.

Kota Palu merupakan Ibu Kota Provinsi Sulawesi Tengah dengan

jumlah penduduk sebanyak342.754 jiwa. Sebagian besar wilayah Kota

Palu terdiri dari lembah dan di tengahnya mengalir sebuah sungai besar

yaitu sungai Palu. Selain itu Kota Palu juga merupakan daerah teluk yang

dikelilingi oleh pegunungan dari sisi barat, selatan, sampai ke timur.

Pada kondisi tersebut kota Palu didukung dengan hembusan angin

yang bertiup searah dari arah utara ke selatan, angin tersebut tersedia

setiap hari dari siang hingga sore hari. Dengan keadaan angin seperti ini

maka perlu diadakannya penelitian terhadap potensi angin yang ada untuk

dijadikan salah satu sumber energi. Energi angin merupakan energi

terbarukan yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperoleh

secara cuma - cuma dan jumlahnya sangat melimpah dan tersedia terus-

menerus. Energi ini bersih serta tidak mencemari lingkungan.

Di teluk palu terdapat angin dengan kecepatan efektif untuk dapat

memutar kincir yaitu berkisar antara 3 m/s hingga 10 m/s. Yang didapatkan

mulai dari pukul 11. 40 sampai pada pukul 18.00, dan kecepatan angin

tertinggi terjadi pada pukul 13.00- 16.00.


3/41

dengan waktu tersebut jika digunakan kincir angin dengan diameter 5 m

maka didapatkan energi listrik 76,5 sampai 2.297 watt dan bila kincir

angin diameter 7 m maka didapatkan energi listrik 150 watt sampai 4.500

watt. (Sam & Patabang, 2005)

1.2. Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1.2.1. Mengetahui kecepatan angin di Kota Palu

1.2.2. Mengetahui besar tegangan dan arus yang dihasilkan turbin angin

1.2.3. Mengetahui daya yang dihasilkan oleh turbin angin dengan variasi

turbin tunggal dan parallel.

1.2.4. Mengetahui efesiensi turbin angin tunggal dan paralel.

1.3. Batasan Masalah

Permasalahan pada penelitian ini di batasi pada.

1.3.1. Peletakan kincir angin berada di ketinggian kira- kira 25 m dari atas

permukaan air laut dan di tempatkan diatas bangunan bertingkat.

1.3.2. Kecepatan angin dianggap berasal dari satu arah dengan kecepatan

berkisar antara 3 m/s sampai 10m/s. Sampel angin diambildiseputaran jalan setia budi.


4/41

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Angin

Angin merupakan udara yang bergerak disebabkan adanya

perbedaan tekanan. Udara akan mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke

daerah bertekanan lebih rendah. Perbedaan tekanan udara dipengaruhi

oleh sinar matahari. Daerah yang terkena paparan sinar matahari akan

memiliki temperatur yang lebih tinggi daripada daerah yang sedikit terkena

paparan sinar matahari. Menurut hukum gas ideal, temperatur berbanding

terbalik dengan tekanan, dimana temperatur yang tinggi akan memiliki

tekanan yang rendah begitupula sebaliknya. (Dewi, 2010)

2.2. Jenis Jenis Angin

Angin timbul akibat sirkulasi di atmosfer yang dipengaruhi oleh

aktivitas matahari dalam menyinari bumi yang berotasi. Dengan demikian,

daerah khatulistiwa akan menerima energi radiasi matahari lebih banyak

daripada di daerah kutub, atau dengan kata lain, udara di daerah

khatulistiwa akan lebih tinggi dibandingkan dengan udara di daerah kutub.

Perbedaan berat jenis dan tekanan udara inilah yang akan menimbulkan

adanya pergerakan udara. Pergerakan udara inilah yang didefinisikan

sebagai angin. Jenis jenis angin dapat dibedakan sebagai berikut :

2.2.1. Angin Laut dan Angin Darat

Angin laut adalah angin yang timbul akibat adanya perbedaan suhu

antara daratan dan lautan. Seperti yang kita ketahui bahwa sifat air dalam

melepaskan panas dari radiasi sinar matahari lebih lambat daripada

daratan, sehingga suhu di laut pada malam hari akan lebih tinggi

dibandingkan dengan suhu di daratan. Semakin tinggi suhu, tekanan udara

akan semakin rendah. Akibat adanya perbedaan suhu ini akan

menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan udara di atas daratan dan

lautan. Hal inilah yang menyebabkan angin akan bertiup dari arah darat ke

arah laut. Sebaliknya, pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan

pukul 16.00 angin akan berhembus dari laut ke darat akibat sifat air yang

lebih lambat menyerap panas matahari.


5/41

2.2.2. Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke arah

puncak gunung yang biasa terjadi pada siang hari. Prinsip terjadinya

hampir sama dengan terjadinya angin darat dan angin laut yaitu akibat

adanya perbedaan suhu antara lembah dan puncak gunung.

2.2.3. Angin Musim

Angin musim dibedakan menjadi 2, yaitu angin musim barat dan

angin musim timur. Angin Musim Barat/Angin Muson Barat adalah angin

yang mengalir dari Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim

panas). Apabila angin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan

samudra, maka angin ini akan mengandung curah hujan yang tinggi.

Angin Musim Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim

hujan. Angin ini terjadi pada bulan Desember, Januari dan Februari, dan

maksimal pada bulan Januari dengan kecepatan minimum 3 m/s. Angin

Musim Timur atau Angin Muson Timur adalah angin yang mengalir dari

Benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas). Angin ini

menyebabkan Indonesia mengalami musim kemarau, karena angin

melewati celah- celah sempit dan berbagai gurun (Gibson, Australia Besar,

dan Victoria). Musim kemarau di Indonesia terjadi pada bulan Juni, Juli

dan Agustus, dan maksimal pada bulan Juli.

2.2.4. Angin Permukaan

Kecepatan dan arah angin ini dipengaruhi oleh perbedaan yang

diakibatkan oleh material permukaan Bumi dan ketinggiannya. Secara

umum, suatu tempat dengan perbedaan tekanan udara yang tinggi akan

memiliki potensi angin yang kuat. Ketinggian mengakibatkan pusattekanan menjadi lebih intensif.

Selain perbedaan tekanan udara, material permukaan bumi juga

mempengaruhi kuat lemahnya kekuatan angin karena adanya gaya gesek

antara angin dan material permukaan bumi ini. Disamping itu, material

permukaan bumi juga mempengaruhi kemampuannya dalam menyerap

dan melepaskan panas yang diterima dari sinar matahari. Sebagai contoh,

belahan Bumi utara didominasi oleh daratan, sedangkan selatan

sebaliknya lebih di dominasi oleh lautan. Hal ini saja sudah


6/41

mengakibatkan angin di belahan Bumi utara dan selatan menjadi tidak

seragam.

2.2.5. Angin TopanAngin topan adalah pusaran angin kencang dengan kecepatan

angin 120 km/jam atau lebih yang sering terjadi di wilayah tropis di antara

garis balik utara dan selatan. Angin topan disebabkan oleh perbedaan

tekanan dalam suatu sistem cuaca. Di Indonesia dan daerah lainnya yang

sangat berdekatan dengan khatulistiwa, jarang sekali dilewati oleh angin

ini. Angin paling kencang yang terjadi di daerah tropis ini umumnya

berpusar dengan radius ratusan kilometer di sekitar daerah sistem

tekanan rendah yang ekstrem dengan kecepatan sekitar 20 Km/jam.

2.2.6. Energi Angin

a. Energi Kinetik Angin Sebagai Fungsi dari Kecepatan Angin

Energi kinetik angin yang dapat masuk ke dalam area efektif turbin

angin dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

... (2.1)

dimana pada persamaan tersebut dapat kita lihat bahwa energi angin (P

; Watt) bergantung terhadap faktor-faktor seperti aliran massa angin (m

; kg/s), kecepatan angin (v ; m/s), densitas udara ( ; kg/m3), luas

permukaan area efektif turbin (A ; m2 ).

b. Kecepatan Angin Berdasarkan Fungsi dari Ketinggiannya dari

Permukaan Tanah

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa kecepatan angin

sangat dipengaruhi oleh ketinggiannya dari permukaan tanah. Semakin

mendekati permukaan tanah, kecepatan angin semakin rendah karena

adanya gaya gesek antara permukaan tanah dan angin. Untuk alasan

ini, PLTB biasanya dibangun dengan menggunakan tower yang tinggi

atau dipasang diatas bangunan. Berikut adalah rumus bagaimana cara


7/41

mengukur kecepatan angin berdasarkan ketinggiannya dan jenis

permukaan tanah sekitarnya.

... (2.2.)

Tabel dibawah menunjukan besarnya nilai n sebagai faktor

perbedaan jenis permukaan tanah yang mempengaruhi kecepatan

angin.

2.3. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB)

2.3.1. Turbin angin

Secara umum turbin angin dapat di bagi menjadi 2, yaitu turbin angin

yang berputar dengan sumbu horizontal, dan yang berputar dengan sumbu

vertikal. Gambar di bawah menunjukan jenis-jenis kincir angin berdasarkan

bentuknya. Sedangkan gambar selanjutnya menunjunkkan karakteristik

setiap turbin angin sebagai fungsi dari kemampuannya untuk mengubah

energi kinetik angin menjadi energi putar turbin untuk setiap kondisi

kecepatan angin. Dari gambar 2.1 dapat disimpulkan bahwa kincir angin

jenis multi-blade dan Savonius cocok digunakan untuk aplikasi PLTB

kecepatan rendah. Sedangkan kincir angin tipe Propeller, paling umum

digunakan karena dapat bekerja dengan lingkup kecepatan angin yang

luas.


8/41

Gambar 2.1: Karakteristik kincir angin (Daryanto, 2007)

2.3.2. Gearbox

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi

putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.


9/41

2.3.3. Brake System

Alat ini diperlukan saat angin berhembus terlalu kencang yang dapat

menimbulkan putaran berlebih pada generator. Dampak dari kerusakan

akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown, terjadi

arus lebih pada generator.

2.3.4. Generator

Ada berbagai jenis generator yang dapat digunakan dalam sistem

turbin angin, antara lain generator serempak (synchronous generator),

generator tak-serempak (unsynchronous generator), rotor sangkar

maupun rotor belitan ataupun generator magnet permanen.

Penggunaan generator serempak memudahkan kita untuk mengatur

tegangan dan frekuensi keluaran generator dengan cara mengatur-atur

arus medan dari generator. Sayangnya penggunaan generator serempak

jarang diaplikasikan karena biayanya yang mahal, membutuhkan arus

penguat dan membutuhkan sistem kontrol yang rumit. Generator tak-

serempak sering digunakan untuk sistem turbin angin dan sistem

mikrohidro, baik untuk sistem fixed-speed maupun sistem variable speed.

2.3.5. TowerTower PLTB dapat dibedakan menjadi 3 jenis seperti gambar dibawah

ini. Setiap jenis tower memiliki karakteristik masing-masing dalam hal

biaya, perawatan, efisiensinya, ataupun dari segi kesusahan dalam

pembuatannya. Sedangkan gambar selanjutnya menunjukan diagram

skematik PLTB secara umum umum.

Gambar 2.2 : Tower PLTB (kiri)Guyed (Tengah)Lattice (kanan)

Mono-structure (Daryanto, 2007)


10/41

2.4. Karakteristik Kerja Turbin Angin

Berdasarkan gambar di bawah ini, daerah kerja angin dapat dibagi menjadi

3, yaitu (a) cut-in speed (b) kecepatan kerja angin rata-rata (kecepatan

nominal) (c) cut-out speed. Secara ideal, turbin angin dirancang dengan

kecepatan cut-in yang seminimal mungkin, kecepatan nominal yang sesuai

dengan potensi angin lokal, dan kecepatan cut-out yang semaksimal mungkin.

Namun secara mekanik kondisi ini sulit diwujudkan karena kompensasi dari

perancangan turbin angin dengan nilai kecepatan maksimal (Vcutoff) yang besar

adalahVcut danVrated yang relatif akan besar pula.

Gambar 2.3 : Karakteristik kerja turbin angina (Daryanto, 2007)


11/41

2.5.Rumus Yang Digunakan

2.5.1. Daya Angin

Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan :

P = Av ... (2.3)

Dimana:

P = Energi angin (Watt)

= Kerapatan udara (1,2 Kg/m)

A = Area penangkapan angin (m)

V = Kecepatan angin (m/s)

2.6.2. Brake Horse Power (BHP)

Brake Horse Power adalah daya dari turbin yang di ukur setelah

mengalami pembebanan yang disebabkan oleh generator,gearbox, pompa

atapun perangkat tambahan lainnya. Brake yang dimaksud adalah suatu

peralatan yang digunakan untuk memberikan beban pada turbin sehingga

putarannya dapat terjaga secara konstan. Dalam percobaan nantinya BHP

diukur dengan menggunakan generator listrik. Dengan mengukur besarnya

tegangan yang dihasilkan, dapat diketahui besarnya daya generator.

Seperti pada rumus :P generator = V . I ... (2.4)

Dimana :

P generator : Daya generator listrik, (Watt)

V : Tegangan generator listrik, (Volt)

I : Arus listrik, (Ampere)


12/41

Besarnya BHP dapat dihitung setelah didapatkan harga Pgenerator

dengan rumus sebagai berikut :

BHP =

... (2.5)

Dimana :

BHP : Brake Horse Power, (Watt)

P generator : Daya generator listrik, (Watt)

generator : Efisiensi generator, (asumsi 0,5%) bila dihitung

dapat digunakan persamaan

= % , Dimana : PL = Daya Beban

PT = Daya Mekanik Turbin

2.6.2. Efesiensi ( )

Efesiensi turbin angin dapat dihitung dengan persamaan :

= % ... (2.6)

Dimana :BHP =Brake Horse Power (Watt)

Pangin = Daya Angin (Watt)


13/41

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu & Tempat

3.1.1. Waktu

Pengambilan data dilakukan pada tanggal 6 7 Desember 2015,

Pukul 11:00 17:00 WITA

3.1.2. Tempat

Tempat pengambilan data berada di Jl. Setia Budi Lrg.Gapensi

dengan ketinggian 25 m diatas permukaan air laut.


14/41

Gambar 3.1: Tempat Pengambilan Data


15/41

3.2. Alat dan Bahan

3.2.1. Alat

a) Turbin Angin Tipe Propeler

Gambar 3.2 : Turbin angin tipe propeler

b) Anemometer

Gambar 3.3 : Anemometer


16/41

c) Multimeter

Gambar 3.4 : Multimeter

d) Ampermeter

Gambar 3.5 :Ampermeter


17/41

e) Saklar (S w i t c h )

Gambar 3.6 : S w i t c h

f) Sekring (F u s e )

Gambar 3.7 : F u s e


18/41

3.2.2. Bahan

a) Accu

Gambar 3.8 : Accu

b) Tiang

Gambar 3.9 : Tiang


19/41

c) Kabel

Gambar 3.10 : Kabel

d) Terminal Kabel

Gambar 3.11 : Terminal Kabel


20/41

In AC 220v

Amper

Meter

ON

OFF

STOP

Switch

FuseAccu

Turbin Propeler

Terminal Kabel

Pengatur Kecepatan

(PWM)

Diagram Turbin Angin Paralel


21/41

3.3. Prinsip Kerja

a) Angin yang berhembus menabrak luas penampang pada blade yang

berbentuk airfoil sehingga blade tersebut berputar. Sedangkan pada turbin

simulasi putaran yang dihasilkan didapatkan dari putaran dinamo AC 220v.

b) Putaran yang dihasilkan blade dan dinamo membuat generator pada turbin

bekerja dan menghasilkan listrik DC yaitu aliran positif (+) dan negatif (-).

c) Aliran listrik positif dan negatif dari kedua turbin tersebut dialirkan melalui

kabel dan disatukan diterminal kabel (Gambar 3.11).

d) Pada terminal kabel aliran positif dan negatif dijadikan 1 keluaran positif

dan 1 keluaran negatif.

e) Aliran positif yang sudah digabungkan menjadi 1 dialirkan melalui kabeldan dihubungkan ke terminal s w i t c h o f f (Gambar 3.6).

f) Setelah switch off sudah terhubung dengan aliran positif kemudian

pindahkan switch off ke switch run sehingga aliran positif dapat mengalir.

g) Selanjutnya kabel positif pada switch run dihubungkan ke terminal positif

Ampermeter (Gambar 3.5) dan terminal ampermeter negatif ke salah

satu terminal f u s e (Gambar 3.7).

h) Setelah terminal fuse dihubungkan dari ampermeter kemudian hubungkan

lagi kabel dari salah satu terminal fuse ke positif a c c u (Gambar 3.8)

i) Pada saat ini data belum bisa diambil karena ampermeter belum bekerja

yang disebabkan oleh negatif pada switch belum terpasang.

j) Selanjutnya pasang negatif yang sudah disatukan pada terminal kabel ke

negatif accu kemudian hubungkan lagi negatif accu ke negatif switch

sehingga ampermeter dapat bekerja dan pengambilan data bisa dilakukan.

k) Penting: Pada waktu pengambilan data, turbin yang digunakan adalah

turbin buatan Lab Volt dimana turbin tersebut sudah diprogram agarberhenti atau melakukan pengereman pada saat accu sudah full.


22/41

No. Waktu Temperatur (c) Kecepatan (m/s) Tegangan (volt) Arus (I)

1 13:55 31,6 9,6 11,68 5

2 14:00 32,9 10,8 11,66 63 14:05 32,7 11,6 11,75 7

4 14:10 31,9 10,7 11,73 6

5 14:15 31,5 9,4 11,85 6

6 14:20 31,2 13,5 11,86 9

7 14:25 31,3 12,6 11,87 9

8 14:30 31,4 12,7 11,93 8

9 14:35 31,3 8,4 11,77 4

10 14:40 32,2 8,7 11,82 5

11 14:45 31,7 11,8 11,91 7

12 14:50 32,2 12,3 11,87 813 14:55 29,1 6,1 11,66 4

14 15:00 29,1 6,3 11,65 3

15 15:05 28,9 7,6 11,71 4

16 15:10 29,1 6,7 11,72 3,5

17 15:15 28,7 6,5 11,71 4

18 15:20 28,5 9,3 11,74 6

19 15:25 28,5 6 11,68 3

20 15:30 28,7 6,4 11,69 3

21 15:35 28,7 5,4 11,7 2

22 15:40 28,5 5,7 11,72 2

23 15:45 28,7 5,4 11,69 2,5

24 15:50 28,9 5,5 11,67 2

30,30 8,71 11,75 4,96

TABEL HASIL PENGAMATAN

Minggu, 6 Desember 2015

Rata - Rata

Turbin Tunggal


23/41


1 11:40 31,5 6,2 11,86 3,5

2 11:45 32,2 8,4 11,87 4,5

3 11:50 32,8 6,6 11,83 3,5

4 11:55 31,7 9,4 11,92 5,55 12:00 32,7 4,4 11,85 2,5

6 12:05 31,2 10,7 12,05 6,5

7 12:10 31,6 11,4 12,03 7

8 12:15 31,3 9,4 11,93 4

9 12:20 31,4 11,6 12,06 9

10 12:25 32,1 6,4 11,85 3,5

11 12:30 32 12,7 12,07 8

12 12:35 31,2 10,8 12,04 6,5

13 12:40 31,8 8,2 11,9 3

14 12:45 32 9 11,97 3,515 12:50 31,8 7,8 11,91 2

16 12:55 31,5 9,7 12,02 5

17 13:00 31,7 12 12,09 6

18 13:05 33 4,2 11,86 1,5

19 13:10 32 7,2 11,98 4

20 13:15 31,9 10,1 11,98 4

21 13:20 31,5 11,8 12,05 7

22 13:25 31,7 11,2 12,05 3,5

23 13:30 31,4 11,8 12,05 7

24 13:35 31,2 9,2 11,98 4

31,80 9,18 11,97 4,77

Senin, 07 Desember 2015

Rata - rata

Turbin Tunggal


24/41


1 13:55 28,7 4,5 11,87 4

2 14:00 28,8 4,1 11,9 4,53 14:05 28, 7 6,1 11,92 4,5

4 14:10 28,7 5,7 11,94 5,5

5 14:15 28,6 5,1 11,96 5

6 14:20 28,6 4,2 11,95 4

7 14:25 28,7 5,2 11,97 5,5

8 14:30 28,5 4,4 11,95 4

9 14:35 28,6 6,6 11,98 5

10 14:40 28,7 5 11,99 4,5

11 14:45 28,6 4,8 11,98 4,5

12 14:50 28,6 5,7 11,97 513 14:55 28,5 3,9 11,95 3,5

14 15:00 28,6 4,5 11,98 4

15 15:05 28,5 6,3 12,03 5,5

16 15:10 28,5 5 11,99 4

17 15:15 28,6 4,2 11,98 4

18 15:20 28,6 5,4 11,99 4,5

19 15:25 28,5 6,3 12,01 5

20 15:30 28,5 5,2 11,99 4,5

21 15:35 28,5 6,3 11,99 4

22 15:40 28,4 5,4 12,02 5

23 15:45 28,6 3,3 11,99 3,5

24 15:50 28,5 4,2 11,97 3,5

28,58 5,06 11,97 4,46


Rata - Rata

Turbin Paralel


25/41


1 11:40 33,6 7 11,75 4

2 11:45 31,8 9,7 12,1 7

3 11:50 32,3 12,8 12,25 10

4 11:55 31,6 6,5 12,18 65 12:00 31,5 13,2 12,26 12

6 12:05 33,1 6,6 12,09 4

7 12:10 32,4 9,4 12,1 7

8 12:15 32,8 7,2 12,07 6

9 12:20 31 11,9 12,26 9

10 12:25 32,1 12,5 12,3 8,5

11 12:30 31,1 10,4 12,29 7,5

12 12:35 31,3 12,9 12,37 13

13 12:40 32,1 7,2 12,23 6

14 12:45 30,7 13,9 12,33 1215 12:50 30,5 21,2 12,26 8

16 12:55 30,7 25,1 12,37 12

17 13:00 31,5 21,3 12,23 8

18 13:05 31,8 32 12,39 13

19 13:10 31,4 27,7 12,33 7

20 13:15 31 32 12,45 15

21 13:20 31,2 26,2 12,31 7

22 13:25 31,7 30 12,29 13

23 13:30 31,5 16,5 12,21 6

24 13:35 31,2 31 12,32 12

31,66 16,84 12,24 8,88


Rata - rata

Turbin Paralel


26/41

BAB IV

PERHITUNGAN

4.1. Propertise

a) Luas area Penangkapan Angin (A)

A tunggal=3,14 . (0,61 m)2

= 1,1684 m2

A paralel = 1,1684 m2 x 2 turbin

= 2,3368 m2

Gambar 4.1. Luas area penangkapan angin

b) Massa jenis udara ()

Massa jenis yang diambil adalah massa jenis

dengan temperatur rata-rata pada setiap pengujian.

@30,30C = 1,1622 kg/m (tunggal hari pertama)@28,58C = 1,1685 kg/m (paralel hari pertama)

@31,80C = 1,1567 kg/m (tunggal hari kedua)

@31,66C = 1,1572 kg/m (paralel hari kedua)

(Sumber : Appendix A : Fluid Mechanics Frank M.White)

c) Efesiensi generator diasumsikan 75 % (0,75)


27/41

4.2. Perhitungan Daya Angin

P = Av

Dimana : Area penangkapan angin turbin tunngal (A)= 3,14 x (0,61m)

= 1,1684 m2

Area penangkapan angin turbin paralel (A) = 1,1684 m2 . 2

= 2,3368 m2

Turbin Tunggal Hari Pertama

P = . 1,1622kg/m . 1,1684 m2

. (9,6 m/s)3

= 600,7 kg.m2/s3

= 600,7 watt

Turbin Paralel Hari Pertama

P= . 1,1685 kg/m . 2,3368 m2. (4,5 m/s)3

= 124 kg.m2/s3

= 124 watt

Turbin Tunggal Hari kedua

P= . 1,1567 kg/m . 1,1684 m2 . (6,2 m/s)3

= 161 kg.m2/s3

= 161 watt

Turbin Paralel Hari Kedua

P= . 1,1572 kg/m. 2,3368 m2. (7 m/s)3

= 464 kg.m2/s3

= 464 watt


28/41

4.3. Perhitungan Daya Generator

Pg= v . I


= 11,68 volt . 5 ampere

= 58,4 watt


Pg= 11,87 volt . 4 ampere

= 47,48 watt

Turbin Tunggal Hari Kedua

Pg= 11,86 volt . 3,5 ampere

= 41,51 watt

Turbin Paralel Hari Kedua

Pg= 11,75 volt . 4 ampere

= 47 watt

4. 4. Brake Horse Power (BHP)

BHP =

Turbin tunggal hari pertama

BHP =,

,

= 77,87 watt


BHP =,

,

= 63,3 watt


29/41

Turbin tunggal hari kedua

BHP =,

,

= 55,35 watt

Turbin paralel hari kedua

BHP =,

= 62,67 watt

4.5. Efisiensi Turbin ( T)

T = x 100%


T =,

x 100%

= 1 3 %


T =,

x 100%

= 5 1 %

Turbin Tunggal Hari Kedua

T =, x 100%

= 34 %

Turbin paralel hari kedua

T = x 100%

= 1 3 %


30/41

Tegangan Pangin Pgenerator BHP

(V) (Watt) (Watt) (Watt)

1 13:55 31,6 9,6 11,68 5 601 58,4 77,87 132 14:00 32,9 10,8 11,66 6 855 69,96 93,28 11

3 14:05 32,7 11,6 11,75 7 1060 82,25 109,67 10

4 14:10 31,9 10,7 11,73 6 832 70,38 93,84 11

5 14:15 31,5 9,4 11,85 6 564 71,1 94,80 17

6 14:20 31,2 13,5 11,86 9 1670 106,74 142,32 9

7 14:25 31,3 12,6 11,87 9 1358 106,83 142,44 10

8 14:30 31,4 12,7 11,93 8 1391 95,44 127,25 9

9 14:35 31,3 8,4 11,77 4 402 47,08 62,77 16

10 14:40 32,2 8,7 11,82 5 447 59,1 78,80 18

11 14:45 31,7 11,8 11,91 7 1116 83,37 111,16 1012 14:50 32,2 12,3 11,87 8 1263 94,96 126,61 10

13 14:55 29,1 6,1 11,66 4 154 46,64 62,19 40

14 15:00 29,1 6,3 11,65 3 170 34,95 46,60 27

15 15:05 28,9 7,6 11,71 4 298 46,84 62,45 21

16 15:10 29,1 6,7 11,72 3,5 204 41,02 54,69 27

17 15:15 28,7 6,5 11,71 4 186 46,84 62,45 33

18 15:20 28,5 9,3 11,74 6 546 70,44 93,92 17

19 15:25 28,5 6 11,68 3 147 35,04 46,72 32

20 15:30 28,7 6,4 11,69 3 178 35,07 46,76 26

21 15:35 28,7 5,4 11,7 2 107 23,4 31,20 2922 15:40 28,5 5,7 11,72 2 126 23,44 31,25 25

23 15:45 28,7 5,4 11,69 2,5 107 29,225 38,97 36

24 15:50 28,9 5,5 11,67 2 113 23,34 31,12 28

Tabel Hasil Perhitungan

Hari Pertama (Turbin Tunggal)


No. Waktu T (C) V (m/s) Arus (I) T(%)


31/41


(V) (Watt) (Watt) (Watt)1 11:40 31,5 6,2 11,86 3,5 161 41,51 55,35 34,4

2 11:45 32,2 8,4 11,87 4,5 401 53,415 71,22 17,8

3 11:50 32,8 6,6 11,83 3,5 194 41,405 55,21 28,4

4 11:55 31,7 9,4 11,92 5,5 561 65,56 87,41 15,6

5 12:00 32,7 4,4 11,85 2,5 58 29,625 39,50 68,6

6 12:05 31,2 10,7 12,05 6,5 828 78,325 104,43 12,6

7 12:10 31,6 11,4 12,03 7 1001 84,21 112,28 11,2

8 12:15 31,3 9,4 11,93 4 561 47,72 63,63 11,3

9 12:20 31,4 11,6 12,06 9 1055 108,54 144,72 13,7

10 12:25 32,1 6,4 11,85 3,5 177 41,475 55,30 31,211 12:30 32 12,7 12,07 8 1384 96,56 128,75 9,3

12 12:35 31,2 10,8 12,04 6,5 851 78,26 104,35 12,3

13 12:40 31,8 8,2 11,9 3 373 35,7 47,60 12,8

14 12:45 32 9 11,97 3,5 493 41,895 55,86 11,3

15 12:50 31,8 7,8 11,91 2 321 23,82 31,76 9,9

16 12:55 31,5 9,7 12,02 5 617 60,1 80,13 13,0

17 13:00 31,7 12 12,09 6 1168 72,54 96,72 8,3

18 13:05 33 4,2 11,86 1,5 50 17,79 23,72 47,4

19 13:10 32 7,2 11,98 4 252 47,92 63,89 25,3

20 13:15 31,9 10,1 11,98 4 696 47,92 63,89 9,221 13:20 31,5 11,8 12,05 7 1110 84,35 112,47 10,1

22 13:25 31,7 11,2 12,05 3,5 949 42,175 56,23 5,9

23 13:30 31,4 11,8 12,05 7 1110 84,35 112,47 10,1

24 13:35 31,2 9,2 11,98 4 526 47,92 63,89 12,1

Hari Kedua (Turbin Tunggal)


No. Waktu T (C) V (m/s) Arus (I) T(%)


32/41


(V) (Watt) (Watt) (Watt)

1 5:00 28,7 4,5 11,87 4 124 47,48 63 51

2 5:05 28,8 4,1 11,9 4,5 94 53,55 71 76

3 5:10 28, 7 6,1 11,92 4,5 310 53,64 72 23

4 5:15 28,7 5,7 11,94 5,5 253 65,67 88 35

5 5:20 28,6 5,1 11,96 5 181 59,8 80 44

6 5:25 28,6 4,2 11,95 4 101 47,8 64 63

7 5:30 28,7 5,2 11,97 5,5 192 65,835 88 46

8 5:35 28,5 4,4 11,95 4 116 47,8 64 55

9 5:40 28,6 6,6 11,98 5 393 59,9 80 20

10 5:45 28,7 5 11,99 4,5 171 53,955 72 42

11 5:50 28,6 4,8 11,98 4,5 151 53,91 72 4812 5:55 28,6 5,7 11,97 5 253 59,85 80 32

13 6:00 28,5 3,9 11,95 3,5 81 41,825 56 69

14 6:05 28,6 4,5 11,98 4 124 47,92 64 51

15 6:10 28,5 6,3 12,03 5,5 341 66,165 88 26

16 6:15 28,5 5 11,99 4 171 47,96 64 37

17 6:20 28,6 4,2 11,98 4 101 47,92 64 63

18 6:25 28,6 5,4 11,99 4,5 215 53,955 72 33

19 6:30 28,5 6,3 12,01 5 341 60,05 80 23

20 6:35 28,5 5,2 11,99 4,5 192 53,955 72 37

21 6:40 28,5 6,3 11,99 4 341 47,96 64 19

22 6:45 28,4 5,4 12,02 5 215 60,1 80 37

23 6:50 28,6 4,3 11,99 3,5 109 41,965 56 52

24 6:55 28,5 4,2 11,97 3,5 101 41,895 56 55

Arus (I) T(%)

Hari Pertama (Turbin Paralel)


No. Waktu T (C) V (m/s)


33/41


(V) (Watt) (Watt) (Watt)1 2:00 33,6 7 11,75 4 464 47 63 13,51

2 2:05 31,8 9,7 12,1 7 1234 84,7 113 9,15

3 2:10 32,3 12,8 12,25 10 2836 122,5 163 5,76

4 2:15 31,6 6,5 12,18 6 371 73,08 97 26,24

5 2:20 31,5 13,2 12,26 12 3110 147,12 196 6,31

6 2:25 33,1 6,6 12,09 4 389 48,36 64 16,59

7 2:30 32,4 9,4 12,1 7 1123 84,7 113 10,06

8 2:35 32,8 7,2 12,07 6 505 72,42 97 19,13

9 2:40 31 11,9 12,26 9 2278 110,34 147 6,46

10 2:45 32,1 12,5 12,3 8,5 2641 104,55 139 5,2811 2:50 31,1 10,4 12,29 7,5 1521 92,175 123 8,08

12 2:55 31,3 12,9 12,37 13 2902 160,81 214 7,39

13 3:00 32,1 7,2 12,23 6 505 73,38 98 19,39

14 3:05 30,7 13,9 12,33 12 3631 147,96 197 5,43

15 3:10 30,5 21,2 12,26 8 12883 98,08 131 1,02

16 3:15 30,7 25,1 12,37 12 21381 148,44 198 0,93

17 3:20 31,5 21,3 12,23 8 13066 97,84 130 1,00

18 3:25 31,8 32 12,39 13 44305 161,07 215 0,48

19 3:30 31,4 27,7 12,33 7 28737 86,31 115 0,40

20 3:35 31 32 12,45 15 44305 186,75 249 0,5621 3:40 31,2 26,2 12,31 7 24317 86,17 115 0,47

22 3:45 31,7 30 12,29 13 36506 159,77 213 0,58

23 3:50 31,5 16,5 12,21 6 6074 73,26 98 1,61

24 3:55 31,2 31 12,32 12 40280 147,84 197 0,49

Arus (I) T(%)

Hari Kedua (Turbin Paralel)


No. Waktu T (C) V (m/s)


34/41

Gambar 4.2. Grafik kecepatan (v) vs Arus (I) pada turbin paralel hari pertama

Gambar 4.3. Grafik kecepatan (v) vs Arus (I) pada turbin Tunggal hari pertama

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

9,

6

10

,8

11

,6

10

,7

9,

4

13

,5

12

,6

12

,7

8,

4

8,

7

11

,8

12

,3

6,

1

6,

3

7,

6

6,

7

6,

5

9,

3 6

6,

4

5,

4

5,

7

5,

4

5,

5

ARUS(I)

KECEPATAN (V)

Kecepatan (V) VS Arus (I)

Hari Pertama (Turbin Tunggal) Linear (Hari Pertama (Turbin Tunggal))

0

1

2

3

4

5

6

7

4,5 4,1 6,1 5,7 5,1 4,2 5,2 4,4 6,6 5 4,8 5,7 3,9 4,5 6,3 5 4,2 5,4 6,3 5,2 6,3 5,4 4,3 4,2

ARUS(I)

KECEPATAN (V)

Kecepatan (V) VS Arus (I)

Hari Pertama (Turbin Paralel) Linear (Hari Pertama (Turbin Paralel))


35/41

Gambar 4.4. Grafik kecepatan (v) vs Arus (I) pada turbin Tunggal hari kedua

Gambar 4.5. Grafik kecepatan (v) vs Arus (I) pada turbin paralel hari kedua

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6,

2

8,

4

6,

6

9,

4

4,

4

10

,7

11

,4

9,

4

11

,6

6,

4

12

,7

10

,8

8,

2 9

7,

8

9,

7

1

2

4,

2

7,

2

10

,1

11

,8

11

,2

11

,8

9,

2

ARUS(I)

KECEPATAN (V)

Kecepatan Vs Arus

Hari Kedua (Turbin Tunggal) Linear (Hari Kedua (Turbin Tunggal))

0

2

4

6

8

10

12

14

16

79

,7

12

,86

,5

13

,26

,69

,47

,2

11

,9

12

,5

10

,4

12

,97

,2

13

,9

21

,2

25

,1

21

,332

27

,732

26

,230

16

,531

ARUS(I)

KECEPATAN (V)

Kecepatan (V) VS Arus (I)Hari Kedua (Turbin Paralel) Linear (Hari Kedua (Turbin Paralel))


36/41

Gambar 4.6. Grafik kecepatan (v) vs Efisiensi pada turbin Tunggal hari pertama

Gambar 4.7. Grafik kecepatan (v) vs Efisiensi pada turbin paralel hari pertama

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

9,

6

10

,8

11

,6

10

,7

9,

4

13

,5

12

,6

12

,7

8,

4

8,

7

11

,8

12

,3

6,

1

6,

3

7,

6

6,

7

6,

5

9,

3 6

6,

4

5,

4

5,

7

5,

4

5,

5

EFESIENSI(%)

KECEPATAN (V)

Kecepatan VS Efesiensi

Hari Pertama (Turbin Tunggal) Expon. (Hari Pertama (Turbin Tunggal))

0

10

20

30

40

50

60

70

80

4,5 4,1 6,1 5,7 5,1 4,2 5,2 4,4 6,6 5 4,8 5,7 3,9 4,5 6,3 5 4,2 5,4 6,3 5,2 6,3 5,4 4,3 4,2

EFESIENSI(%)

KECEPATAN (M/S)


Hari Pertama (Turbin Paralel) Linear (Hari Pertama (Turbin Paralel))


37/41

Gambar 4.8. Grafik kecepatan (v) vs Efisiensi pada turbin Tunggal hari kedua

Gambar 4.9. Grafik kecepatan (v) vs Efisiensi pada turbin paralel hari kedua

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

6,

2

8,

4

6,

6

9,

4

4,

4

10

,7

11

,4

9,

4

11

,6

6,

4

12

,7

10

,8

8,

2 9

7,

8

9,

712

4,

2

7,

2

10

,1

11

,8

11

,2

11

,8

9,

2

EFESIENSI(%)

KECEPATAN (V)

Kecepatan Vs Efesiensi

Hari Kedua (Turbin Tunggal) Expon. (Hari Kedua (Turbin Tunggal))

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

7

9,

7

12

,8

6,

5

13

,2

6,

6

9,

4

7,

2

11

,9

12

,5

10

,4

12

,9

7,

2

13

,9

21

,2

25

,1

21

,3

32

27

,7

32

26

,2

30

16

,5

31

EFESIENSI(%)

KECEPATAN (M/S)


Hari Kedua (Turbin Paralel) Linear (Hari Kedua (Turbin Paralel))


38/41

BAB V

PEMBAHASAN

5.1. Perbandingan Kecepatan Angin Terhadap Arus Listrik

Dari hasil pengamatan diperoleh kecepatan angin yang berkisar antara 4

m/s sampai dengan 10 m/s, dimulai dari pukul 11:40 sampai 18:00 dan kecepatan

angin maksimum didapatkan pada pukul 12:30- 15:00. Dengan kecepatan angin

tersebut maka diperoleh juga arus listrik berkisar antara 0,5 - 7 ampere, dengan

melihat hasil pengamatan tersebut di mana terdapat kecepatan angin yang dapat

memutar turbin angin dan energinya dapat dikonversi menjadi energi listrik. Hal

ini dapat dilihat pada gambar 4.2 grafik kecepatan angin vs Arus listrik untuk

turbin paralel. Terlihat bahwa peningkatan arus listrik akan meningkat seiring

dengan meningkatnya kecepatan angin akan tetapi peningkatannya tidak terlalu

begitu signifikan dan dapat dikatakan konstan, pernyataan ini didukung oleh

(Farid, 2014) yang menyatakan bahwa meningkatnya kecepatan angin

maka nilai BHP nya akan ikut meningkatdi mana nilai BHP dipengaruhi oleh

daya generator, dan daya generator sendiri dipengaruhi oleh arus yaitu hasil

perkalian antara (V x I). Pada grafik juga dapat dilihat arus yang tertinggi terdapat

pada kecepatan angin 6,3 m/s yaitu 5,5 ampere, dan arus minimum terdapat pada

kecepatan angin 3,9 m/s yaitu 3,5 ampere, Sedangkan

Pada gambar 4.3. grafik kecepatan angin vs arus listrik untuk turbin

tunggal dapat dilihat bahwa nilai arus selalu berbanding lurus dengan kecepatan

angin dimana penurunan arus terjadi karena menurunnya kecepatan angin, dan

penurunannya sangat signifikan. Hal ini disebabkan karena cuaca yang berubah

menjadi mendung sehingga temperatur dan kecepatan angin dilokasi menjadi

turun. Dari grafik juga dapat dilihat bahwa nilai arus tertinggi terdapat pada

kecepatan angin 13,5 m/s yaitu 9 ampere, dan nilai arus terendah berada padakecepatan angin 5,4 m/s yaitu 2 ampere.

Dapat diambil kesimpulan bahwa perbandingan antara turbin tunggal dan

paralel memiliki prinsip yang sama yaitu peningkatan nilai arus akan meningkat

seiring dengan meningkatnya kecepatan angin, begitupula sebaliknya. Akan tetapi

pada turbin paralel memiliki nilai arus paling besar ketimbang dengan turbin angin

tunggal. Hal ini disebabkan karena turbin angin yang dipasang secara paralel,

sehingga arus yang dihasilkan menjadi 2 kali lebih besar bila dibandingkan dengan

turbin tunggal.


39/41

5.1. Perbandingan Kecepatan Angin Terhadap Efisiensi

Dari gambar 4.6. grafik kecepatan angin terhadap efisiensi untuk turbin

tunggal terlihat bahwa grafik ini berbanding terbalik terhadap efisiensi turbin. Di

mana semakin besar kecepatan angin yang dihasilkan maka efisiensinya akan

semakin menurun, pernyataan ini didukung oleh (Farid, 2014) yang menyatakan

bahwa semakin tinggi kecepatan angin maka efisiensi yang dihasilkan

tidak semakin tinggi justru mengalami penurunan. Kemudian diperkuat

pula oleh ( Setiawan, et al., t.thn.) yang menyatakan bahwa efisiensi optimum

diperoleh pada saat kecepatan angin 5m/s dan kemudian mengalami

penurunan seiring dengan penambahan kecepatan angin. Dari grafik

terdapat efisiensi tertinggi berada pada kecepatan angin 6,1 m/s yaitu sebesar 40%, sedangkan efisiensi terendah berada pada kecepatan angin 13,5 m/s yaitu

sebesar 9 %. Sedangkan.

Pada gambar 4.7 grafik kecepatan angin terhadap effisiensi untuk turbin

paralel juga memiliki efisiensi yang berbanding terbalik yaitu dimana semakin

tinggi kecepatan angin maka efisiensi yang dihasilkan akan semakin rendah. Pada

turbin paralel ini terlihat penurunan efisiensi tidak terlalu signifikan dan efisiensi

tertinggi berada pada kecepatan angin 4,1 m/s yaitu sebesar 76 %, sedangkan

efisiensi terendah berada pada kecepatan angin 6,3 yaitu sebesar 20 %.

Perbandingan terbalik ini dikarenakan oleh peningkatan daya poros tidak

sebanding dengan peningkatan daya angin yang peningkatannya semakin besar

seiring dengan bertambahnya kecepatan angin yang diterima. ( Setiawan, et al.,

t.thn.).

Perbandingan antara turbin paralel dan turbin tunggal memiliki prinsip yang

sama yaitu kecepatan angin berbanding terbalik terhadap efisiensi turbin. Akan

tetapi pada turbin tunggal terdapat penurunan efisiensi yang sangat signifikan danterdapat kecepatan angin paling tinggi dan efisiensinya paling rendah. Sedangkan

pada turbin paralel terlihat penurunan efisiensi yang terjadi tidak terlalu signifikan

dan efisiensinya cenderung konstan, karena peningkatan kecepatan angin tidak

terlalu berbeda jauh tiap interval 5 menit. Dapat disimpulkan bahwa turbin angin

paralel memiliki efisiensi tertinggi ketimbang dengan turbin tunggal, dan turbin

paralel ini juga cocok untuk digunakan pada kecepatan angin yang rendah.


40/41

BAB VI

KESIMPULAN

6.1. Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dan analisa potensi energi angin dikota palu

dapat ditarik kesimpulan bahwa :

a). Peningkatan kecepatan angin berbanding lurus dengan besarnya arus yang

dihasilkan

b). Arus yang dihasilkan pada turbin paralel lebih besar bila dibandingkan

dengan arus yang dihasilkan pada turbin tunggal.

c). Nilai arus tertinggi pada turbin tunggal ialah sebesar 9 A dengan kecepatan

angin 13,5 m/s. Sedangkan pada turbin paralel arus tertinggi ialah sebesar

15 A dengan kecepatan angin 32 m/s.

d). Efesiensi turbin angin berbanding terbalik terhadap peningkatan kecepatan

angin. Dimana semakin tinggi kecepatan angin maka efesiensi turbin akan

semakin menurun.

e). Nilai efesiensi tertinggi ialah sebesar 76 % dengan kecepatan angin 4,1 m/s,

Sedangkan nilai efesiensi terendah ialah sebesar 0,48 % dengan kecepatan

angin 32 m/s.

6.2. Saran

a). Tinggi tiang turbin angin minimal 3 m dari ketinggian maksimal benda yang

ada dilokasi.

b). Perhatikan baterai apakah sudah penuh apa belum? Kalau penuh usahakan

keluarkan dulu energinya karena turbin angin diprogram untuk mengerem

pada saat baterai sudah fuel.

c). Perhatikan sikring yang digunakan jika arus yang melewati sikring lebih dari

50 A maka sikring akan putus. Apabila terjadi seperti itu maka untuk

mengembalikannya tekan tombol yang berada disamping kotak sikring.

d). Pada saat pengambilan data perhatikan dengan cermat ampermeter karena

ampermeter munggunakan tipe analog sehingga cepat berubah ubah.

e). Pemasang anemometer usahakan mengikuti arah angin sehingga data yang

didapatkan lebih akurat.


41/41

DAFTAR PUSTAKA

Setiawan, A. A., Soenoko, R. & Sutikno , D. PENGARUH JARAK CELAH SUDU

TERHADAP UNJUK KERJA. pp. 1-8.

Daryanto, Y., 2007. Kajian Potensi angin. [Seni] (BALAI PPTAGG UPT-LAGG).

Dewi, M. L., 2010.ANALISIS KINERJA TURBIN ANGIN POROS VERTIKAL. [Seni]

(UNIVERSITAS SEBELAS MARET).

Farid, A., 2014. OPTIMASI DAYA TURBIN ANGIN SAVONIUS DENGAN VARIASI CELAH.

Prosiding SNST,V(6).

Godam, 2010. Macam - macam jenis angin. [Online]

Available at: www.organisasi.org

[Diakses 12 Desember 2015].

Sam , A. & Patabang, D., 2005. STUDI POTENSI ENERGI ANGIN DI KOTA PALU

UNTUK MEMBANGKITKAN. smartek, III(6), pp. 21-26.

White, F. M. Fluid Mechanics. 4th penyunt. s.l.:s.n.

wikipedia, 2015. Kota_Palu. [Online]

Available at: https://id.wikipedia.org/

laporan energi angin heri dan hamdin desember 2015

Documents