PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN SEDERHANA

Disusun Oleh :

Kelompok 2

Anggota

1. Andri Wasis Handoko ( M0212012 )

2. Asih Rahmini Rahmat ( M0212020 )

3. Diani Galih Saputri ( M0212028 )

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

I. Latar Belakang

Pemanfaatan energi yang ada di bumi akan terbuang sia-sia apabila tidak

digunakan dengan cara yang efisien, salah satu energi yang ada di bumi adalah

energi angin. Angin adalah udara yang bergerak sebagai akibat adanya perbedaan

tekanan udara. Angin mengalir dari tempat dengan tekanan udara tinggi ke tempat

dengan tekanan udara rendah. Kecepatan angin dapat diperkirakan dari

pengamatan atau spesifikasi kejadian alam.

Salah satu implementasi energi angin dalam kehidupan sehari-hari adalah

turbin angin, dimana turbin angin akan mengkonversi energi gerak menjadi energi

listrik. Dengan pemanfaatan energi tersebut maka akan dapat diketahui efisiensi

dari konversi energinya.

Efisiensi merupakan salah satu langkah dalam pelaksanaan konservasi

energi. Efisiensi energi adalah istilah umum yang mengacu pada penggunaan

energi lebih sedikit untuk menghasilkan jumlah layanan atau output berguna yang

sama. Dalam pandangan masyarakat umum kadang kala efisiensi energi diartikan

juga sebagai penghematan energi.

Dengan mengetahui prinsip kerja dan konversi energi secara lebih detail

serta dapat menghitung nilai efisiensinya maka energi yang ada tidak akan

terbuang sia-sia. Oleh sebab itu, penulis membuat peragaan konversi turbin angin

dengan pembuatan alat peraga yang diberi judul “Pembangkit Listrik Tenaga

Angin Sederhana”.

II. Tujuan

1. Mengetahui proses konversi energi pada pembangkit listrik tenaga angin

sederhana

2. Menghitung efisiensi dari pembangkit listrik tenaga angin

III. Dasar Teori

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (Sears dan Zemannsky,

2002).

Konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari yang satu menjadi

bentuk energi lain. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidakdapat

di buat tetapi dapat di konversi ( di ubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain )

( Cengel dan Bones, 2002).

Sistem konversi energi angin (SKEA) merupakan suatu sistem yang

bertujuan untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik poros

turbin untuk kemudian diubah lagi oleh generator menjadi energi listrik. Dengan

menggunakan turbin angin, energi angin bisa dirubah menjadi energi listrik. Pada

bagian ini dibahas tentang turbin angin sumbu vertikal (VAWT).Turbin angin

sumbu vertikal adalah turbin angin yang memiliki gerakan sudu sejajar dengan

arah angin. Turbin angin jenis ini memiliki struktur yang lebih sederhana. Turbin

angin sumbu vertikal adalah turbin angin yang dapat digunakan pada kecepatan

angin yang bervariasi dengan arah yang berbeda-beda. Tidak seperti turbin angin

sumbu horizontal, turbin angin jenis ini memiliki kecepatan putar yang rendah

dengan torka yang tinggi ( Buxamusa, 2010).

Generator adalah alat yang di gunakan untuk merubah energi kinetik

menjadi energi listrik. Bagian generator ada 2 yaitu bagian yang berputar dan

bagian generator yang tidak berputar. Untuk bagian generator yang berputar

disebut rotor yang terdiri atas:

a. Poros jangkar ( Armatur )

b. Inti Jangkar

c. Komutator

d. Kumparan Jangkar

Bagian generator yang tidak berputar disebut stator yang terdiri atas:

a. Kerangka Generator

b. Kutub utama bersama belitannya

c. Bantalan-bantalan poros

d. Sikat arang ( Pull Brush )( Jatmiko.,dkk,2009).

Generator DC adalah sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang

mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Generator AC ini menghasilkan

arus DC / arus searah. Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator

AC. Namun, pada generator arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini

disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah

(komutator). Komutator menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa komutasi

merubah arus yang dihasilkan generator menjadi searah (Marsudi, 2005).

Gambar 1. Generator DC (Elektronika Dasar, 2012)

Untuk mengetahui seberapa besar efisiensi dari alat tersebut maka perlu di

hitung efisiensi dayanya. Rumus untuk efisiensi daya :

η=(Pout / Pin ) x 100%

Pout = Daya keluaran dalam satuan watt

Pin = Daya masukan dalam satuan watt

Efisiensi daya yang dapat diserap oleh kincir angin yaitu 59%

( Prasetyo,E,1996).

Untuk menghitung daya yang dihasilkan dari energi angin yaitu

Pin= kAv3

Keterangan :

P = daya dengan satuan kW

k= konstanta yang besarnya 1,37 x 10-5 kg/ m2

A=Luas penampang dengan satuan m2

v=kecepatan angin dengan satuan m/s ( Kadir,A, 1995)

IV. Metodologi Penelitian

a. Alat dan bahan

1. Keping CD Bekas 1 buah

2. Lem 1 buah

3. Styrofoam Secukupnya

4. Gunting 1 buah

5. Kardus Secukupnya

6. Generator DC 1 buah

7. LED 1 buah

8. Kertas bekas Secukupnya

9. Staples 1 buah

10. Kabel Penghubung Secukupnya

11. Multimeter digital 1 buah

12. Cutter 1 buah

13. Korek api 1 buah

14. Lakban 1 buah

b. Langkah kerja

1. Kertas digulung sekecil mungkin untuk penyangga kincir angin.

2. Kemudian direkatkan dengan lem.

3. Kardus dipotong berbentuk persegi panjang rangkap dua.

4. Setelah itu di staples.

5. Styrofoam dipotong berbentuk kubus untuk pondasi kincir angin.

6. Gulungan kertas di susun dengan menancapkannya pada styrofoam

kemudian dilakban.

7. Kepingan CD dipotong dari 4 sisi untuk membentuk baling-baling.

8. Kepingan CD panaskan dengan di bakar perlahan-lahan kemudian ditarik

ke samping dan dibentuk menjadi baling-baling.

9. Kemudian kepingan CD tersebut di masukkan ke poros generator DC

setelah itu di lem.

10. Kabel dipasang pada masing-masing kutub positif dan negatif generator

DC.

11. Rangka pembungkus generator DC dipasang dengan penyangga.

12. Kutub positif dan negatif kabel dari generator DC dihubungkan dengan

kutub positif dan negatif LED.

13. Setelah semua terpasang maka dilakukan pengujian dengan

menggunakan multimeter digital.

c. Gambar

Gambar 2. Pembangkit Listrik Tenaga Angin Sederhana

V. Data

Diamater keping CD yang digunakan sebesar

12 cm.

VI. Pembahasan

Pada percobaan pembangkit listrik angin sederhana yang telah dilakukan

bertujuan untuk mengetahui proses konversi energi pada pembangkit listrik tenaga

angin (PLTA) sederhana dan menghitung efisiensi dari pembangkit listrik tenaga

angin sederhana yang di buat. Alat dan bahan yang digunakan yaitu keping bekas

CD yang digunakan sebagai baling-balingnya. Keping CD ini dipakai karena

mudah di dapat, terbuat dari bahan plastik, perlu waktu lama untuk terurai,

berbentuk lingkaran sempurna (dapat berputar dengan stabil pada titik poros).

Setelah itu lem digunakan untuk merekatkan generator DC dengan kepingan CD,

styrofoam digunakan untuk pondasi kincir angin, gunting digunakan untuk

memotong kepingan CD, kardus digunakan untuk alas pondasi kincir angin,

generator DC digunakan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik,

LED sebagai indikator adanya energi listrik pada konversi energi saat turbin angin

berputar. Hal ini ditandai dengan menyalanya lampu LED. Setelah itu, kertas

bekas digunakan untuk penyangga kincir angin, staples digunakan untuk

merekatkan pada kardus bekas, kabel penghubung digunakan untuk

menghubungkan lampu LED dengan generator DC, multimeter digital digunakan

untuk mengetahui besarnya tegangan yang dihasilkan pada komponen, cutter

digunakan untuk memotong styrofoam, korek api yang digunakan untuk

memanasi kepingan CD yang dibuat agar mudah untuk di bengkokkan serta

lakban digunakan untuk merekatkan gulungan kertas dengan styrofoam

Prinsip kerja dari pembangkit listrik tenaga angin sederhana yaitu energi

angin memutar turbin angin. Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu

v(m/s) V (Volt)

11,11 2,134

2,139

2,143

Rata-rata 2,139

diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin.

Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan

elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material

ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang

bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika

poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator

yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan

arus listrik tertentu. Kemudian tegangan tersebut di baca oleh multimeter digital.

Pada percobaan ini menggunakan generator DC yang berfungsi untuk

mengubah energi kinetik menjadi enegri listrik. Prinsip dari dinamo yaitu di

dasarkan pada hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada

pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan

terbentuk gaya gerak listrik.

Setelah pembangkit listrik tenaga angin yang dibuat selesai, kemudian diuji

dengan menggunakan multimeter digital. Pada percobaan ini untuk menghidupkan

LED dibutuhkan tenaga angin yang besar. Sehingga digunakan bantuan sepeda

motor yang digunakan untuk menggerakkan kincir angin. Sepeda motor

dijalankan. Disini kecepatan angin yang digunakan sebesar 11,11 m/s yang dapat

dilihat di speedometer sepeda motor. Kemudian diperoleh tegangannya ( seperti

yang terlihat di data ). Setelah dilakukan perhitungan yang terdapat di lampiran

diperoleh efisiensinya sebesar 16,6%.

Efisiensi yang diperoleh kecil, hal ini dikarenakan alasan-alasan sebagai

berikut :

1. Penggunaan kecepatan angin tidak tepat karena seharusnya menggunakan

anemometer sehingga menyebabkan data yang diperoleh tidak akurat.

2. Pada saat pengambilan data tegangan tidak mungkin tidak ada pengaruh dari

angin luar. Sehingga dapat dikatakan pada percobaan ini terdapat angin dari

luar yang tidak terhitung sehingga menyebabkan efisiensi yang diperoleh

kecil.

3. Pembuatan kincir angin dengan 4 sisi yang tidak efisien karena dengan 4 sisi

maka angin yang dihasilkan tidak maksimal.

4. Multimeter digital yang digunakan fluktuatif sehingga menyebabkan kurang

teliti dalam mengambil data.

VII. Kesimpulan

1. Proses konversi energi pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin sederhana

yaitu dari energi kinetik menjadi energi listrik. Energi listrik ini dapat

ditunjukkan pada LED yang menyala.

2. Besar nilai efisiensi yang diperoleh dari eksperimen alat peraga turbin angin

adalah sebesar 16,6 %.

Daftar Pustaka

Buxamusa. 2010.Wind Flow Analysis and Modelling Power Generator for a

Multiple Wind Turbine Installation. M.S. Thesis, Ohio : Youngstown State

University

Cengel, Y.A and Boles, M.A. 2002. Thermodynamics: An Engineering Approach,

4th edition. Boston-Toronto : Mc-Graw Hill

Elektronika Dasar. 2012. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/prinsip-

kerja-motor-dc/.Di akses pada tanggal 4 Juni 2015. Pukul 11.54 WIB

Jatmiko., Asy’ari,H., Hendarto ,A. 2009. Pemanfaatan pemandian umum untuk

Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro ( PLTMh ) menggunakan kincir tipe

Overshot. Jurnal Emitor, Vol. 12 (01) 50-58

Kadir, Abdul. 1995. Energi: Sumber daya, inovasi, tenaga listrik dan potensi

ekonomi. Jakarta : UI

Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta : Erlangga

Prasetyo,E. 1996. Fisika energi, seri diktat kuliah Gunadarma. Depok:

Universitas Gunadarma

Sears dan Zemannsky. 2002. Fisika Universitas edisi ke 10 Jilid I. Jakarta :

Erlangga

LAMPIRAN

Dari percobaan ini LED menyala dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 3. LED yang menyala

Kemudian datanya dapat dilihat pada gambar berikut :

Nilai penampang kincir angin

Diketahui diameter ( d = 12 cm)

Maka luas penampangnya = 1/4πd2

= ¼ (3.14)(12 cm) 2

= 113,04 cm2

= 0,011304 m 2

Pin= kAv3

= 1,37 x 10 -5 x 11,304 x 10 -3 m 2 x (11,11) 3 m/s

= 2,123 x 10 -4 watt

Pout = V2 /R

= (2,319) 2 / 152300

= 3,53 x 10 -5 watt

Sehingga di dapatkan efisiensinya

η=Pout / Pin x 100%

= 3,53 x 10 -5 watt / 2,123 x 10 -4 watt

= 16,6 %