Kincir Angin Berbasis Layang-layang

33
A. Judul Program Desain Kincir Angin Berbasis Layang-Layang Untuk Meningkatkan Perolehan Daya Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin B. Latar Belakang Masalah Pada masa sekarang, di mana semakin menipisnya sumber daya alam yang digunakan sebagai sumber bahan bakar konvensional, orang-orang mulai beralih ke energi alternatif. Contoh konkrit dan paling mudah dirasakan saat ini adalah tingginya kebutuhan migas namun tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya. Pemerintah maupun swasta di hampir semua negara kemudian berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan untuk menjaga ketahanan energi negaranya. Salah satu sumber energi terbarukan tersebut adalah energi angin. Berdasarkan data LAPAN (Daryanto, et al., 2005), angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariatif, umumnya terkategorikan sebagai angin berkecepatan rendah. Karena itu, penelitian sistem konversi energi angin (SKEA) kecepatan rendah belum banyak dilakukan di Indonesia. Sebagai salah satu sumber energi terbarukan, angin memiliki prospek perkembangan yang bagus karena pasokan energinya dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, salah satunya tentu sebagai sumber pasokan listrik. Beberapa negara, seperti Amerika Serikat, Italia, Spanyol, dan Jepang

description

Rencana pembuatan

Transcript of Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Page 1: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

A. Judul Program

Desain Kincir Angin Berbasis Layang-Layang Untuk Meningkatkan Perolehan

Daya Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

B. Latar Belakang Masalah

Pada masa sekarang, di mana semakin menipisnya sumber daya alam yang

digunakan sebagai sumber bahan bakar konvensional, orang-orang mulai beralih ke

energi alternatif. Contoh konkrit dan paling mudah dirasakan saat ini adalah tingginya

kebutuhan migas namun tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya. Pemerintah maupun

swasta di hampir semua negara kemudian berpacu untuk membangkitkan energi dari

sumber-sumber energi baru dan terbarukan untuk menjaga ketahanan energi negaranya.

Salah satu sumber energi terbarukan tersebut adalah energi angin. Berdasarkan data

LAPAN (Daryanto, et al., 2005), angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariatif,

umumnya terkategorikan sebagai angin berkecepatan rendah. Karena itu, penelitian

sistem konversi energi angin (SKEA) kecepatan rendah belum banyak dilakukan di

Indonesia.

Sebagai salah satu sumber energi terbarukan, angin memiliki prospek

perkembangan yang bagus karena pasokan energinya dapat dimanfaatkan untuk berbagai

keperluan, salah satunya tentu sebagai sumber pasokan listrik. Beberapa negara, seperti

Amerika Serikat, Italia, Spanyol, dan Jepang telah melakukannya. Di Indonesia,

kecepatan angin yang rendah bukan berarti kita tidak bisa ikut memperoleh manfaat

optimal darinya. Banyak hal bisa dilakukan untuk meningkatkan kualitas dayanya, seperti

menambahkan prinsip Maglev (Magnetic Levitation), sebagaimana baru-baru ini

dikembangkan oleh China untuk desain pembangkit listriknya (Anonim1).

Cara lain yang bisa dilakukan untuk meningkatkan perolehan daya turbin angin

adalah menempatkannya pada layang-layang. Mengacu pada konsep hukum Bernoulli

dimana bila kedudukan semakin tinggi, maka kecepatan angin juga meningkat. Ini juga

dilatarbelakangi konsep permainan layang-layang yang lebih lanjut berkembang menjadi

permainan terbang layang. Bila layang-layang diusahakan berada pada ketinggian tetap

pada kisaran ketinggian lebih dari ketinggian standar turbin angin (10 meter), maka akan

didapatkan daya lebih besar. Sebagai perbandingan, untuk daerah Banjarbaru kecepatan

Page 2: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

angin rata-rata pada ketinggian 10 meter adalah 2,5 m/s (berdasarkan data BMG tahun

2009). Bila layang-layang ditempatkan pada ketinggian 100 meter, maka secara teori

kecepatan anginnya adalah lebih besar 17 kalinya sehingga daya yang dapat dibangkitkan

juga semakin besar.

Dalam hal pemanfaatannya sebagai pembangkit listrik, tentu proyek ini akan lebih

berdaya guna bila dalam pengembangannya melibatkan pihak yang lebih berkompeten,

yaitu Perusahaan Listrik Negara (PLN). Sebagai lembaga nasional yang paling

berkepentingan dalam pemanfaatan energi alternatif, ini tentu merupakan salah satu

peluang bagus bagi mereka dalam upaya memenuhi kebutuhan energi nasional. Oleh

karena itu, dalam proposal ini saya mengusulkan suatu proyek pendesainan kincir angin

berbasis layang-layang. Dengan adanya kemampuan mengoptimalkan energi angin, baik

dalam lingkup lokal, regional maupun nasional, diharapkan pembangkit listrik tenaga

angin dapat lebih berkembang pada masa mendatang.

C. Rumusan Masalah

Masalah yang dihadapi dalam pembuatan penelitian ini adalah :

1. Bagaimana desain kincir angin yang efektif untuk ditempatkan pada layang-layang

agar layang-layang tetap dapat bertahan pada kedudukannya di ketinggian?

2. Bagaimana desain layang-layang agar tetap stabil dengan adanya penambahan kincir

angin?

Batasan masalah dari penelitian ini adalah perancangan desain kincir angin dan

layang-layang yang tepat agar dapat menangkap angin pada ketinggian yang diinginkan.

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain kincir angin yang dapat digunakan

untuk memperoleh daya optimal pada pembangkit listrik tenaga angin.

E. Keluaran yang Diharapkan

Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

1. Prototipe kincir angin berbasis layang-layang yang dapat digunakan sebagai

komponen pembangkit listrik tenaga angin.

Page 3: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

2. Aplikasi hasil rancangan untuk keperluan pengembangan pembangkit listrik tenaga

angin di Indonesia.

F. Kegunaan Program

Kegunaan program ini adalah :

1. Aplikasi keilmuan untuk memecahkan permasalahan masyarakat dalam memberikan

penyediaan energi alternatif.

2. Memberikan solusi terhadap masalah penyediaan energi yang murah dan tidak

mencemari lingkungan.

3. Memberikan manfaat ekonomis dalam upaya pemenuhan energi nasional.

4. Memberikan pengalaman kepada mahasiswa dalam membuat dan terlibat dalam

proyek ilmiah.

G. Tinjauan Pustaka

1. Energi Angin

Sebagaimana telah banyak diketahui, 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 memiliki energi 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 Energi Angin (SKEA) (Kadir, 1987).

2. Daya Energi Angin

Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan :

Dimana :

W = Energi angin (Watt)

ρ = Kerapatan udara (Kg/m3)

A = Area penangkapan angin (m2)

Page 4: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

= Kecepatan angin (m/s)

Persamaan di atas merupakan sebuah persamaan untuk kecepatan angin pada

turbine yang ideal, dimana dianggap energi angin dapat diekstrak seluruhnya menjadi

energi listrik. Namun kenyataannya 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 :

Dimana :

= efisiensi kincir angin (%)

(United Nations Environment Programme, 2006).

3. Kecepatan angin.

Hal yang biasanya dijadikan patokan untuk mengetahui potensi angin adalah

kecepatannya. Biasanya yang menjadi masalah adalah kestabilan kecepatan angin.

Sebagaimana diketahui, kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat.

Misalnya di Indonesia, kecepatan angin pada siang hari bisa lebih kencang dibandingkan

malam hari. Pada beberapa lokasi bahkan pada malam hari tidak terjadi gerakan udara

yang signifikan. Untuk situasi seperti ini, perhitungan kecepatan rata-rata dapat dilakukan

dengan catatan pengukuran kecepatan angin dilakukan secara kontinyu.

Untuk udara yang bergerak terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan

angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin

tinggi akan semakin baik. Pada keadaan ideal, untuk memperoleh kecepatan angin di

kisaran 5-7 m/s, umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m.

Page 5: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Gambar 1. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap ketinggian tertentu

Faktor lain yang perlu diperhatikan untuk turbin angin konvensional adalah desain

baling-baling. Untuk baling-baling yang besar (misalnya dengan diameter 20 m),

kecepatan angin pada ujung baling-baling bagian atas kira-kira 1,2 kali dari kecepatan

angin ujung baling-baling bagian bawah. Artinya, unjung baling-baling pada saat di atas

akan terkena gaya dorong yang lebih besar daripada pada saat di bawah. Hal ini perlu

diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya

pada turbin angin yang besar. Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah

berbeda secara signifikan, maka yang perlu diperhitungkan selanjutnya adalah pada

kecepatan angin berapa turbin angin dapat menghasilkan daya optimal.

Kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan. Di daerah

perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin

akan rendah. Sementara kecepatan angin pada daerah lapang lebih tinggi. Kepadatan

Page 6: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

(porositas) di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak.

Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan ketika mendesain turbin angin.

5. Profil Geseran Angin (Wind Shear Profile)

Angin seperti fluida yang lain pada umumnya mempunyai profil geseran atau

profil kecepatan ketika mengalir melewati benda padat, misalnya permukaan bumi. Pada

tepat di permukaan bumi, kecepatan relatif angin terhadap permukaan bumi sama dengan

nol. Kemudian kecepatan ini menjadi semakin tinggi sebanding ketinggian dari

permukaan bumi. Ada dua jenis profil geseran angin yang biasa digunakan untuk

menghitung energi, yaitu profil geseran angin eksponensial (exponential wind shear

profile) dan profil geseran angin kekasaran permukaan (surface roughness wind shear

stress).

Gambar 2 menunjukkan profil geseran fluida eksponensial yang diungkapkan

dengan rumus berikut :

Di mana, v adalah kecepatan pada ketinggian h, vref dan href masing-masing adalah

kecepatan dan ketinggian di mana pengukuran dilakukan. Profil ini tergantung pada

kekasaran permukaan. Untuk fluida secara umum α mempunyai nilai 1/7. Profil angin

pada daerah yang memiliki banyak pepohonan seperti perkebunan atau hutan, nilai α

dapat mencapai 0.3, sedangkan untuk laut atau daerah-daerah yang terbuka, α

mempunyai nilai 0.1.

Page 7: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

5. 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 penting yaitu berapa jumlah blade

(bilah kincir) yang harus digunakan, dan masih banyak hal teknis lainnya (Yusuf, 2007).

Hal pertama yang diperhatikan dalam desain kincir angin yaitu TSR (Tip Speed

Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip (ujung) kincir angin dan kecepatan angin yang

didapat oleh kincir. Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan :

Dimana :

ω = Rotasi putaran kincir angin (Rad/s)

RRotor = Radius rotor kincir angin (m)

Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan:

TSR mempengaruhi kecepatan putaran kincir (rpm). Hubungan TSR dengan

kecepatan yaitu :

Shaft speed = 60 λv / (πD) rpm

Dimana :

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 :

B = 80 / λ2

Page 8: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Gambar 1. Radius kincir angin dan sudut Φ pada kincir angin.

Persamaan untuk menghitung sudut blade (β) yaitu :

Β = antitan (2R / 3rλ ) – Φ

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 yang menyebabkan proses perputaran kincir.

Setelah menentukan β selanjutnya menentukan blade lebar kincir angin (chord

width). Persamaan untuk mencari chord width (C) pada kincir angin horizontal yaitu :

Perencanaan untuk kincir angin memang membutuhkan sebuah perhitungan yang rumit,

mulai dari perkiraan TSR sampai dengan lebar blade yang digunakan harus sesuai dengan

perhitungan agar daya output sesuai dengan perencanaan semula.

5. Jenis Turbin Angin

Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu :

a. Horizontal. Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar

dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pesawat terbang. Gambar 2

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 udara di sisi yang lain ketika

angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang

Page 9: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

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

yang menyebabkan sudu berputar (Anonim2, 2007).

b. 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.

Gambar 3. Grafik perbandingan torsi rotor untuk setiap jenis kincir angin

Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angin dengan 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 efisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang

dari 4 m/s (Yusuf, 2007).

Daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-

rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan

Page 10: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe

multi blade, cretan sail dan savonius.

6. Efisiensi Rotor

Efisiensi rotor ditentukan oleh jenis turbin dan kesempurnaan teknologi

aerodinamik yang digunakan. Rotor dengan soliditas tinggi mempunyai efisiensi yang

lebih kecil dibandingkan dengan rotor yang mempunyai soliditas rendah.

Gambar 4. Efisiensi rotor untuk berbagai tipe turbin angin (Tong, 1997)

Menurut teori batasan efisiensi turbin, bila sejumlah aliran massa (angin)

dilewatkan pada cakram penghalang, maka aliran massa tersebut akan membelok

membentuk garis aliran (streamline). Dengan bentuk disain cakram tertentu (luas

penampang atas lebih kecil daripada luas penampang bawah), akan terjadi perbedaan

kecepatan dan perbedaan tekanan udara di antara sisi atas dan sisi bawah cakram. Hal ini

terjadi karena kesetimbangan debet aliran massa (asas kontinuitas), sehingga pada

permukaan cakram terjadi gaya hambat (drag, sejajar permukaan) dan gaya angkat (lift,

tegak lurus permukaan). Perbandingan lift terhadap drag (L/D ratio) merupakan kriteria

penting dalam mendisain blade rotor. Kecepatan pola aliran (streamwise) adalah :

Vs = (1- α) Vo

Page 11: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Di mana Vo adalah kecepatan datang angin dan α adalah faktor induksi aliran aksial.

Selanjutnya untuk mencari perbandingan kecepatan angin datang pada kincir di bagian

atas dan bawah, digunakan persamaan Bernoulli : P + ½ρv2 + ρgh = konstan, pada kedua

sisi cakram.

7. Pertimbangan Aerodinamik

Rancangan aerodinamik yang sangat baik akan meningkatkan efisiensi sudu dan

efisiensi rotor. Hal yang harus diperhatikan di sini adalah bahwa optimisasi antara biaya

perancangan aerodinamik dengan peningkatan daya yang dihasilkan harus cukup

rasional. Pertimbangan aerodinamik yang tepat diharapkan dapat memberikan

rekomendasi bentuk sudu dan rotor yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu

kegunaan tertentu (baik mekanikal maupun elektrikal), sehingga tidak menghabiskan

biaya tinggi untuk desain dan pembuatan.

8. Pemilihan Tempat

Secara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan turbin angin

konvensional antara lain:

1. Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai nozzle, yang mempercepat

aliran angin.

2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat 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 terus menerus (Golding, 1982).

Pada dasarnya, turbin angin dapat dipasang di mana saja di tempat-tempat

tersebut di atas. Bila ingin mendapatkan kecepatan angin yang lebih besar tanpa harus

melakukan modifikasi sedemikian rupa pada turbin, maka penempatan turbin angin pada

kedudukan yang semakin tinggi bisa dilakukan. Apalagi diketahui bahwa kekuatan angin

pada ketinggian di udara besarnya bisa menjadi ratusan kali lebih bertenaga ketimbang di

daratan. Namun demikian, pengkajian potensi angin tetap harus dilakukan untuk

mendapatkan suatu sistem konversi energi angin yang tepat.

Page 12: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi energi angin

dapat ditentukan dengan cara:

1. Pemilihan 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. Pemilihan 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 dan tidak perlu terlalu efisien

sehingga pembuatannya akan lebih mudah dan murah.

H. Metodologi Penelitian

1. Variabel Penelitian

Variabel yang paling menentukan sebuah desain kincir angin adalah ketersediaan

angin yang cukup untuk menghasilkan energi listrik melalui generator. Karena kincir angin

ditempatkan di ketinggian, maka secara langsung ketinggian pun termasuk ke dalam variabel

yang menentukan ketersediaan dan keadaan angin tersebut. Variabel lain adalah kestabilan

rancangan layang-layang setelah dipasangi kincir angin saat ditempatkan di ketinggian.

Faktor ini menentukan seberapa baik daya keluaran yang dihasilkan turbin meski harus

berada pada lingkungan dengan efek perubahan arah angin lebih besar. Adapun parameter

terukur adalah kecepatan angin, tegangan dan arus yang dihasilkan dari generator.

2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam proyek ini meliputi :

Plastik fiberglasss atau plastik epoksi (digunakan salah satu), sebagai bahan untuk

pembuatan airframe kerangka layang-layang, kincir angin dan stabiliser vertikal.

Baut, untuk menguatkan sambungan antarbagian kincir dan airframe.

Sensor controller kecepatan putar kincir, sebagai pengontrol kapan kincir mulai

berputar dan putarannya dihentikan.

Rem hidrolik, untuk menghentikan putaran rotor pada saat darurat.

Page 13: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Kabel alumunium, sebagai penghubung antara generator pada frame layang-layang

dengan sistem penerima output.

Kabel fiber optic single mode, berfungsi sama dengan kabel alumunium dan

digunakan untuk membandingkan efektifitas penghantaran arus dari generator ke

penerima output.

Batery Charger dan accumulator, sebagai sistem penerima daya output.

3. Konfigurasi sistem

Blok diagram secara keseluruhan dari sistem ditunjukkan pada gambar 5. 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 keperluan, peralatan yang akan digunakan sebagai beban

terlebih dahulu dikontrol di dalam switch controller pada battery charger.

Gambar 5. Blok diagram sistem pengisian baterai pada pembangkit listrik tenaga angin.

4. Perancangan Kincir Angin

Perencanaan kincir angin harus disesuaikan untuk keperluan apa dan pada kondisi

apa kincir tersebut digunakan. Kincir angin dibuat dari bahan serat (fiber) atau plastik

komposit tipe GRP (glass-reinforced plastic), dari jenis epoksi maupun vinilester,

kemudian dicetak ke dalam cetakan sehingga terbentuk sesuai dengan desain. Panjang

blade yang digunakan harus sesuai dengan frame layang-layang yang digunakan sebagai

platformnya. Jika besar blade yang dipakai terlalu kecil, kincir tidak akan bisa berputar

cepat untuk mendapatkan tenaga yang tepat.

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 2 buah yang mempunyai

panjang dan lebar yang sama.

2. Pillow Block

Page 14: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Berfungsi untuk tempat dudukan dari poros kincir, yang dilengkapi dengan bearing.

3. Poros

Berfungsi sebagai tempat menempelnya sudu (Blade). Poros yang digunakan

mempunyai diameter 20 cm dan lebar ±5 cm.

4. Roda Gigi (Gear)

Berfungsi sebagai pengait kincir angin dengan generator.

5. Stabiliser

Berfungsi mengatur rotor pada sudut-sudut yang berbeda untuk menyeimbangkan

platformnya dan mengoptimalkan kecepatan putar kincir terhadap kecepatan angin di

ketinggian.

Gambar 6. Konstruksi dan komponen pendukung kincir angin

Secara umum, data turbin angin yang akan dibuat adalah sebagai berikut :

Jenis kincir : high speed two blade

Bahan sudu : plastik fiberglass

Diameter sudu : 3 – 5 meter

Lebar sudu : 10 – 12 cm (bagian atas) dan 15 – 18 cm (bagian atas)

Sudut pitch sudu : tetap

Generator : generator magnet permanen, 3 fase

Sistem pengereman : side furling dan sirkuit pendek

Sistem transmisi : speed increasing transmission

Adapun untuk airframe pengangkut penyangga kincir angin, digunakan frame

berbentuk huruf H dengan bahan yang sama dengan kincir angin. Secara keseluruhan,

sistem ini memiliki massa tidak lebih dari 150 kg (sudah termasuk seluruh komponen

5

5

Page 15: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

turbin angin). Selanjutnya, sistem akan ditempatkan pada ketinggian 800 - 1000 meter di

atas permukaan laut untuk diujicoba kinerjanya dalam keseimbangan, tangkapan energi

angin dan daya listrik yang dihasilkannya.

5. Pemilihan Gear Ratio

Roda gigi dalam sistem ini selain berfungsi sebagai pengait antara kincir angin

dengan generator, juga merupakan penggerak mula dari generator dan roda gigi ini

berfungsi untuk mengatur torsi. Penggunaan roda gigi kincir angin dipilih ukuran yang

lebih besar daripada roda gigi pada generator dengan perbandingan standar 3 : 1 untuk

kincir dengan 2 atau 3 blade. Untuk kecepatan angin rendah, perbandingan yang

digunakan biasanya maksimal 5 : 1. Perbandingan roda gigi ini dimaksudkan agar torsi

yang dihasilkan kincir lebih besar daripada torsi generator sehingga putaran generator

menjadi lebih cepat.

Gambar 7. Perbandingan gear untuk kincir generator dan angin dengan

Untuk menentukan jumlah perbandingan gear untuk keperluan mekanik, dapat

menggunakan persamaan sebagai berikut :

ω1 / ω2 = θ1 / θ2

Dimana:

ω1 = Kecepatan gear 1 (rpm)

ω2 = Kecepatan gear 2 (rpm)

θ1 = Ratio gear 1

θ2 = Ratio gear 2

Dengan menggunakan perbandingan gear, suatu pembangkit listrik tenaga angin

akan memberikan hasil sesuai dengan kebutuhan. Sehingga dengan kecepatan angin yang

ada dapat ditentukan gear ratio yang tepat (Anwar, 2008).

Page 16: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Pemakaian gear ini disesuaikan dengan kondisi lingkungan penempatan turbin

angin itu sendiri. Berhubung dalam proyek ini, kincir angin dirancang untuk dipasang

pada layang-layang dan kemudian ditempatkan di ketinggian yang otomatis kecepatan

angin pun lebih besar daripada pada ketinggian kincir angin standar, maka agar efisiensi

turbin tetap optimal, perbandingan gear pun diusahakan sekecil mungkin.

6. Perancanaan dan Perancangan Sistem Keluaran Daya

a. Rangkaian Penyearah (rectifier)

Untuk mengantisipasi adanya tegangan bolak-balik dari output tegangan

generator, maka perlu diberikan suatu penyearah tegangan. Ini diperlukan mengingat saat

kincir angin beroperasi, aliran udara yang ditangkapnya dapat berubah-ubah secara

fluktuatif, baik besar maupun arahnya. Karena itu, meskipun generatornya adalah AC,

masih ada kemungkinan tegangan yang dihasilkan generator justru adalah DC, sehingga

perlu ditempatkan sebuah rangkaian rectifier. Jika generator yang digunakan merupakan

generator AC (Alternator) maka merupakan keharusan untuk menggunakan suatu

rangkaian penyearah sebelum masuk ke rangkaian kontrol battery charger. Namun,

meskipun digunakan generator DC, sebaiknya tetap digunakan rangkaian rectifier untuk

mengantisipasi tegangan bolak-balik seperti yang telah disebutkan di awal (Yusuf, 2007).

b. Kontrol battery charger

Penggunaan battery charger merupakan opsi, yaitu bila keluaran dari turbin

digunakan untuk pengisian accumulator. Prinsip kerja rangkaian ini adalah sebelum

output tegangan dari generator digunakan untuk mengisi accu, tegangan output tersebut

dimasukkan terlebih dahulu pada rangkaian battery charger agar arus yang digunakan

bisa konstan. Kontrol charger ini selain berfungsi untuk mengatur kestabilan dari arus

pengisian accu, juga untuk mematikan arus pengisian jika accu telah penuh.

7. Perencanaan Accumulator

Accumulator yang digunakan dalam penelitian ini sebaiknya memiliki Ah yang

kecil, misalnya accu 12V – 5Ah. Penggunaan accu dengan Ah yang kecil berdasarkan

Page 17: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

pertimbangan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin tidak

terus menerus, karena ada kalanya angin bertiup sangat kencang dan adakalanya angin

hanya bertiup sepoi-sepoi sehingga generator tidak menghasilkan tegangan (Anwar,

2008).

8. Pengambilan dan Analisis Data

Pengambilan data dilakukan setelah layang-layang stabil pada kedudukannya

ketinggian. Sebelumnya sistem ditempatkan di ketinggian dengan cara menariknya

dengan kendaraan (dalam hal ini, yang direncanakan adalah mobil ringan). Saat layang-

layang bergerak naik, kincir angin akan berputar dengan kecepatan yang sebanding

dengan ketinggian. Saat layang-layang berada pada ketinggian optimlanya, putaran kincir

akan memberikan gaya angkat yang mempertahankan layang-layang tetap berada di

posisinya.

Data yang diambil sesuai dengan indikator, namun lebih difokuskan pada

tegangan yang dikeluarkan saat kincir angin bekerja. Pengambilan data dilakukan

beberapa kali dengan ketinggian laying-layang bervariasi. Data – data ini selanjutnya

akan dianalisis dengan mencari korelasi antara ketinggian yang dicapai, kecepatan angin

dan daya yang dihasilkan.

Perancangan Kincir Angin dan Komponen Pendukungnya

Perakitan Komponen Sistem

Pengujian Sistem dan Pengambilan Data

Analisis Data

Penarikan Simpulan

Page 18: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Gambar 8. Skema Metodologi Penelitian

I. Jadwal Penelitian

No Kegiatan Bulan Bulan Bulan Bulan Bulan

1 2 3 4 5

1Perencanaan dan Persiapan

Alat          

- Perencanaan  

  - Persiapan Alat          

2 Eksperimen

  - Perakitan Alat          

- Pengujian Alat      

  - Pengambilan Data          

3 Penulisan Laporan

  - Analisa Data          

- Pengolahan Data  

  - Pembuatan Draf Laporan          

- Pengetikan Laporan Akhir  

  - Penggandaan Laporan          

- Penandatanganan Laporan  

Page 19: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

4 Pengiriman Laporan          

J. Estimasi Biaya Penelitian

No Komponen Biaya Volume Harga Satuan (Rp) Jumlah (Rp)

1

Bahan habis pakai

Kertas A4 80 gram 3 rim Rp. 30.000,- Rp 100.000,-

Tinta Printer (5

hitam + 3 warna)8 rim Rp. 30.000,- Rp 320.000,-

Jumlah Biaya Rp 420.000,-

2

Penunjang penelitian

Plastik fiberglass

epoxi

(ukuran 10 x 10)

5 satuan Rp 300.000,- Rp 1.500.000,-

Kontrol battery

charger (opsi)1 buah Rp 300.000,- Rp 300.000,-

Accumulator 1 buah Rp 500.000,- Rp 500.000,-

Gear (ukuran 37) 4 buah Rp 45.000,- Rp 180.000,-

Gear (ukuran 14) 4 buah Rp 35.000,- Rp 140.000,-

Inverter AC/DC

(opsi)1 buah Rp 800.000,- Rp 800.000,-

Kabel alumunium 1000 m Rp 6.800,- / meter Rp 6.800.000,-

Sewa dan biaya

kebersihan

laboratorium

3 bulan Rp 150.000,-/ bulan Rp 450.000,-

Biaya koordinasi

tim dan evaluasi

bulanan

5 kali Rp 100.000,- Rp 500.000,-

Jumlah Biaya Rp 11.170.000,-

3 Akomodasi dan Perjalanan

Page 20: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

Transportasi ke

lokasi pengambilan

data

3-5 orangRp 20.000,- s/d Rp

100.000,-Rp 500.000,-

Jasa pembelian

barang5 kegiatan Rp 500.000,- Rp 500.000,-

Jumlah Biaya Rp 1.000.000,-

4

Lain – Lain

Pembuatan poster 1 Buah Rp. 200.000,- Rp 200.000,-

Publikasi Ilmiah 1 Buah Rp. 355.000,- Rp 355.000,-

Perbanyakan

progres report4 Buah Rp. 20.000,- Rp 80.000,-

Penggandaan dan

penjilidan laporan10 Kali Rp. 30.000,- Rp 300.000,-

Penggandaan

literatur penunjang5 Buah Rp. 45.000,- Rp 225.000,-

Internet / 2 jam 10 Kali Rp. 15.000,- Rp 150.000,-

Jumlah Biaya Rp 1.500.000,-

REKAPITULASI BIAYA

No Uraian Biaya (Rp)

1 Bahan Habis Pakai Rp 420.000,-

2 Peralatan Penunjang Rp 11.170.000,-

3 Akomodasi dan Perjalanan Rp 1.000.000,-

4 Lain-lain Rp 1.500.000,-

JUMLAH TOTAL Rp 14.090.000,-

11. Daftar Pustaka

Anonim1. 2010. http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/447--teknologi-magnetic-levitation-pada-turbin-angin.html

Page 21: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

(Diakses pada tanggal 21 April 2010)

Anonim2. 2007. www.mst.gadjahmada.edu/dl/Kincir_Angin.pdf (Diakses pada tanggal 21 April 2010)

Anonim3. …. Accumulator Charge and Discharge Test System. NITTETSU ELEX CO., LTD.,NS Cycle Tester : Japan (www.ns-elex.co.jp/world/e_index.htm. Diakses pada tanggal 21 April 2010)

Anwar, Moh. Saiful. 2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Darmawan, Ketut Budiyasha. 2007. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Denpasar : Universitas Pendidikan Ganesha

Golding, E.W. 1982. Windmills for Water Lifting and the Generation of Electricity on the Farm (FAO Internal Working Bulletin No.17). Roma : Food Agriculture Organization

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

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

Yusuf, A. 2007. Pemanfaatan Kincir Angin Pada Ladang Garam Sebagai Alternatif Pembangkit Sumber Energi Listrik Berbasis PID Kontroller. Program Kreatifitas Mahasiswa. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

12. Lampiran

Nama Lengkap : M. Yudi Suhendar

NIM : J1D108010

Fakultas/Program Studi : MIPA/S-1 Fisika

Perguruan Tinggi : Universitas Lambung Mangkurat

Waktu untuk kegiatan : 10 jam/minggu

Nama Lengkap : Fachruzzaki

Page 22: Kincir Angin Berbasis Layang-layang

NIM : J1D107013

Fakultas/Program Studi : MIPA/S-1 Fisika

Perguruan Tinggi : Universitas Lambung Mangkurat

Waktu untuk kegiatan : 10 jam/minggu

Nama Lengkap : Dian Handiana

NIM : J1D109701

Fakultas/Program Studi : MIPA/S-1 Fisika

Perguruan Tinggi : Universitas Lambung Mangkurat

Waktu untuk kegiatan : 10 jam/minggu