2 TINJAUAN PUSTAKA. Gambar 1 Anemometer. Sumber: Safarudin (2003) diacu oleh Alamsyah (2007)

Transkripsi

1 4 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 dan Proses Terjadinya Menurut Harun (1987) yang diacu oleh Setiono (2006), adanya perbedaan suhu antara wilayah yang satu dengan wilayah yang lain di permukaan bumi ini menyebabkan timbulnya angin. Terjadinya perputaran udara yaitu perpindahan udara dari daerah khatulistiwa (suhu tinggi) ke daerah kutub (suhu rendah) dan sebaliknya dari daerah kutub (suhu rendah) ke daerah khatulistiwa (suhu tinggi). Perpindahan udara atau gesekan udara terhadap permukaan bumi inilah yang disebut dengan angin. Perbedaan suhu di permukaan bumi dikarenakan penyinaran matahari ke bumi dan peredaran bumi terhadap matahari. Oleh karena itu, adanya angin pada suatu wilayah tergantung perbedaan suhu, sehingga dapat dikatakan secara periodik angin di suatu wilayah dibangkitkan kembali selama ada perbedaan suhu oleh penyinaran matahari. Atas dasar hal tersebut, angin dapat dikatakan sebagai sumber daya energi terbarukan Alat ukur kecepatan angin Menurut Safarudin (2003) yang diacu oleh Alamsyah (2007), untuk memperkirakan kecepatan angin di lokasi, dapat dipergunakan dua teknik. Teknik pertama yaitu menggunakan alat yang disebut anemometer, sedangkan teknik kedua yaitu menggunakan pengamatan langsung berdasarkan Skala Beaufort. (1) Anemometer Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin. Sumber: Safarudin (2003) diacu oleh Alamsyah (2007) Gambar 1 Anemometer.

2 5 Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara. (2) Skala Beaufort Menurut Hofman (1987) yang diacu oleh Alamsyah (2007), kecepatan angin dan tipe angin juga dapat diperkirakan dengan menggunakan skala Beaufort, dimana skala Beaufort memperkirakan kecepatan angin berdasarkan kondisi visual yang terdapat di daratan dan lautan. Sehingga, dapat ditentukan tipe angin di suatu wilayah berdasarkan besarnya kecepatan angin di wilayah tersebut. Berikut tabel skala Beaufort beserta penjelasannya dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini. Tabel 1 Skala Beaufort. Skala Beaufort Skala Petersen 0 Datar 1 Datar 2 Riakan ringan Riakan ringan 3 sampai bergelombang 4 Bergelombang 5 Dahsyat 6 Laut yang agak dahsyat Uraian jelas dari angin Lazim Lazim dipakai di dipakai di laut darat Suasana Tidak ada sunyi angin Lemah dan sunyi Kesejukan lemah Kesejukan ringan Kesejukan sedang sepoi sepoi yang segar sepoi sepoi yang kaku 7 Laut yang liar - lemah lemah lemah sedang yang cukup kencang kencang keras Kecepatan angin m/s km/jam 0-0, ,3-1, ,6-3, ,4-5, ,5-7, ,0-10, ,8-13, ,9-17,

3 6 Skala Beaufort Skala Petersen Uraian jelas dari angin Lazim Lazim dipakai di dipakai di laut darat - taufan Kecepatan angin m/s Km/jam 8 Laut yang tinggi 17,2-20, Laut yang tinggi - Taufan 20,8-24, Laut yang Taufan - sangat tinggi berat 24,5-28, Laut yang luar biasa tinggi - Badai 28,5-32, Liar - Badai > 32,6 > 117 Sumber: Hofman (1987) diacu oleh Alamsyah (2007) Jenis jenis angin Menurut Wyrtki (1961) yang diacu oleh Suardi (2009), secara umum angin dapat dibagi menjadi angin lokal dan angin musim. Salah satu yang termasuk ke dalam angin lokal yaitu angin angin laut dan angin darat. (1) laut laut terjadi ketika pada pagi hingga menjelang sore hari, daratan menyerap energi panas lebih cepat dari lautan. Sehingga suhu udara di darat lebih panas daripada di laut, akibatnya udara panas di daratan akan naik dan digantikan udara dingin dari lautan. (2) darat darat terjadi ketika pada malam hari energi panas yang diserap permukaan bumi sepanjang hari akan dilepaskan lebih cepat oleh daratan (udara dingin), sementara itu di lautan energi panas sedang dalam proses dilepaskan ke udara. Gerakan konvektif tersebut menyebabkan udara dingin dari daratan bergerak menggantikan udara yang naik di lautan sehingga terjadi aliran udara dari darat ke laut, dan biasanya angin darat terjadi pada tengah malam dan dini hari. Kedua angin ini banyak dimanfaatkan oleh para nelayan tradisional untuk menangkap ikan di laut. Pada malam hari saat bertiupnya angin darat, para nelayan pergi menangkap ikan di laut. Sebaliknya pada siang hari saat bertiupnya angin laut, para nelayan pulang dari penangkapannya.

4 Pola umum angin di Indonesia Pola angin yang sangat berperan di Indonesia yaitu angin muson. Hal ini disebabkan karena Indonesia teletak di antara dua benua yaitu Benua Asia dan Australia dan di antara dua samudera yaitu Samudera Pasifik dan Samudera Hindia. Menurut Wyrtki (1961) yang diacu oleh Suardi (2009), keadaan musim di Indonesia terbagi menjadi tiga golongan, yaitu : (1) Musim Barat (Oktober April) Di Pulau Jawa angin ini dikenal sebagai angin muson barat laut, musim barat umumnya membawa curah hujan yang tinggi di Pulau Jawa. muson barat berhembus pada bulan Oktober - April, terjadi pergerakan angin dari benua Asia ke benua Australia sebagai angin muson barat. ini melewati Samudera Pasifik dan Samudera Indonesia serta Laut Cina Selatan. Karena melewati lautan tentunya banyak membawa uap air dan setelah sampai di kepulauan Indonesia turun hujan. Setiap bulan November, Desember, dan Januari Indonesia bagian barat sedang mengalami musim hujan dengan curah hujan yang cukup tinggi. (2) Musim Timur (April - Oktober) muson timur berhembus setiap bulan April - Oktober, dimana selama musim timur biasanya Pulau Jawa mengalami kekeringan. Terjadi pergerakan angin dari benua Australia ke benua Asia melalui Indonesia sebagai angin muson timur. ini tidak banyak menurunkan hujan, karena hanya melewati laut kecil. Oleh sebab itu, di Indonesia sering menyebutnya sebagai musim kemarau. (3) Musim Peralihan Diantara musim penghujan (Musim Barat) dan musim kemarau (Musim Timur) terdapat musim lain yang disebut Musim Pancaroba (Peralihan). Adapun ciri-ciri musim pancaroba (peralihan), yaitu antara lain udara terasa panas, arah angin tidak teratur, sering terjadi hujan secara tiba-tiba dalam waktu yang singkat dan lebat. Musim peralihan terbagi menjadi dua periode, yaitu periode Maret Mei dikenal seagai musim Peralihan I atau Muson pancaroba awal tahun. Sedangkan, periode September November disebut musim peralihan II atau musim pancaroba akhir tahun. Pada musim-musim peralihan, matahari bergerak melintasi khatulistiwa, sehingga angin menjadi lemah dan arahnya tidak menentu.

5 8 2.2 Jenis Turbin Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), pengertian turbin adalah mesin atau motor yang roda penggeraknyaa berporos dengan suduu (baling-baling) yang digerakkan oleh aliran air, uap atau udara. Sedangkan, turbin angin adalah alat untuk merubah energi angin (energi gerak) menjadi energi listrik. Menurut Safarudin (2003) yang diacu oleh Alamsyah (2007), turbin anginn dibagi menjadi dua jenis, yaitu turbin angin propeller dan turbin anginn darrieus. (1) Turbin angin Propeller adalah jenis turbin anginn dengan poros horizontal seperti baling baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya. (2) Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun Keuntungan dari turbin jenis Darrieus yaitu tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin. Untuk gambar turbin angin dapat dilihat pada Gambar 2 di bawah ini. Sumber: Safarudin (2003) diacu oleh Alamsyah (2007) Gambar 2 Turbin angin Propeller dan Darieus Konstruksi turbin angin Menurut Triharyanto (2007), kontruksi turbin angin secara umum terdiri beberapa macam sub sistem yang dapat meningkatkann efisiensi dari turbin angin tersebut yaitu sebagai berikut : 1) Sudu Sudu merupakan bagian rotor dari turbin angin, dimana rotor ini menerima energi kinetik dari angin dan dirubah ke dalam energi gerak putar.

6 9 (1) Model sudu Model sudu yang umum digunakan untuk turbin angin tipe horizontal (propeller) terbagi menjadi tiga bentuk, yaitu (1) bentuk persegi panjang, (2) bentuk taper linier terbalik dan (3) bentuk taper linier. Seperti terlihat pada Gambar 3 di bawah ini. (1) (2) (3) Sumber: Triharyanto (2007) Gambar 3 Jenis-jenis model sudu. Model sudu yang paling baik adalah yang mendekati bentuk streamline, dalam pengujian ini digunakan bentuk taper linear sebagai bentuk yang mendekati kondisi streamline. Menurut Hofman (1987) yang diacu oleh Alamsyah (2007), untuk mendapatkan hasil yang optimal dari sebuah turbin angin, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut yaitu bentuk sudu seperti sekrup atau memuntir, sehingga aerodinamisnya semakin baik. Untuk mendapatkan energi yang lebih baik, puli dipasang langsung pada rotor. Serta sudu yang ideal berjumlah 3 buah sudu, karena menghasilkan pembagian gaya dan keseimbangan yang lebih baik. (2) Jumlah sudu/daun pada baling-baling Menurut Jhon (1985) yang diacu oleh Guntoro (2008), menyatakan bahwa semakin besar luas baling-baling maka akan menghasilkan gaya yang besar pula. Akibatnya akan menyebabkan putaran rotor yang semakin cepat dan menghasilkan daya listrik keluaran yang semakin besar. Demikian pula, dengan menambah jumlah sudu pada baling-baling akan menambah luas baling-baling yang berarti akan menambah gaya pada turbin sehingga akan memperbesar putaran rotor. Selain itu menurut Guntoro (2008), bahwa semakin banyak jumlah sudu pada baling-baling efisiensi daya listriknya cenderung semakin besar. Hal ini terjadi karena gaya angkat angin menjadi besar dengan bertambahnya luas baling-baling (luas bertambah karena jumlah

7 10 sudu bertambah) sehingga kecepatan putaran rotor (alternator) juga semakin lebih besar, akibatnya daya dan arus listrik yang dihasilkan juga semakin besar. Menurut Fyson (1985) yang diacu oleh Sambada (2001), baling-baling pada kapal adalah alat untuk melanjutkan putaran yang diberikan mesin utama yang disalurkan melalui poros (shafting) baling-baling yang berupa kekuatan hantar (delivered horse power) menjadi tenaga dorong (thrust horse power) untuk melakukan gerakan atau mendorong kapal. Dimensi propeller menurut Fyson (1985) terdiri dari diameter baling-baling (Dp), diameter hub (biasanya 0,2 Dp), Disc Area Ratio (DAR) adalah total luas daun baling-baling per luas sapuan baling-baling, dan untuk baling-baling kapal berdaun tiga biasanya memiliki nilai DAR =0,5. Bentuk daun baling-baling secara melintang dan membujur, rake dan skew, pitch dan slip. Menurut Harvald (1992) yang diacu oleh Sambada (2001), semakin sedikit jumlah daun baling-baling semakin tinggi efisiensi baling-baling. Hal ini berlaku jika angka maju mempunyai harga yang tetap. Dengan harga maju yang sudah tertentu demikian itu maka berarti harus dipilih baling-baling dengan jumlah daun yang sesedikit mungkin. Tetapi jika dilakukan perhitungan dengan menganggap bahwa kecepatan, dan dengan demikian daya balingbaling yang diperlukan serta garis tengah baling-baling semuanya sudah tertentu, dan memenuhi kriteria kavitasi maka penambahan jumlah daun baling-baling akan menurunkan efisiensi. Jumlah daun baling-baling tidak memiliki pengaruh yang berarti pada daya yang diperlukan untuk menggerakkan kapal. (2) Generator Generator merupakan salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin, karena generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. (3) Tower Tower atau tiang penyangga yaitu bagian struktur dari turbin angin horizontal yang memiliki fungsi sebagai struktur utama penopang dari komponen sistem terangkai sudu, poros dan generator.

8 Alternator Mobil Menurut Nipondenso (1980) yang diacu oleh Setiono (2006), alternator adalah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Pengubahan energi angin menjadi energi listrik pada alat-alat yang kecil dapat dilakukan memakai alternator mobil, energi mekanik dan mesin diterima melalui sebuah pulley yang memutarkan rotor dan membangkitkan arus bolak-balik pada stator. Arus bolak-balik ini diubah menjadi arus searah oleh diode, Bagian-bagian utama pada alternator adalah rotor yang membangkitk kan elektromagnetik. Stator yang membangkitkann arus listrik dan diode yang menyearahkan arus. Sebagai tambahan, terdapat pula brush yang mengalirkan arus ke rotor coil untuk memperhalus putaran rotor dan fan untuk mendingink kan rotor, stator serta diode dan semua bagian tersebut dipegang oleh front dan rear frame. Untuk gambar alternatorr mobil disampaikan pada Gambar 4 di bawah ini. Sumber: Setionoo (2006) Gambar 4 Alternator mobil. Kecepatan angin (km/jam) sangat berpengaruh terhadap kecepatan putaran (rpm) alternator. Dimana, semakin tinggi kecepatan angin (km/jam) diikuti dengan semakin cepatnya putaran (rpm) alternator, hal ini membuktikan bahwa kecepatan angin (km/jam) berbanding lurus dengann kecepatan putaran (rpm) alternator. Selain itu, pada alternator mobil, saat rpm rendah maka keluarannya akan rendah. Sebaliknya, semakin tinggi rpm maka keluarannya akan semakin tinggi (Alamsyah, 2007). 2.4 Sistem Penyimpanan Energi Listrik Menurut Alamsyah (2007), karena terbatasnya a ketersediaan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu, oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi

9 12 sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat/lampu meningkat atau ketika kecepatan angin suatuu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu, kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakann alat penyimpan energi, contoh sederhana yang dapat dijadikan sebagai alat penyimpan energi listrik adalah accu mobil. Accu mobil memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar, sehingga energi dapat digunakan secara maksimal untuk memenuhi kebutuhan listrik. Untuk gambar accu mobil disampaikan pada Gambar 5 di bawah ini. Sumber: Alamsyah (2007) Gambar 5 Accu mobil 12 Volt 45 Ah. 2.5 Sistem Kelistrikan pada Kapal Penangkap Ikan Menurut Koenhardono (2009), sistem kelistrikan yang adaa di darat dan di kapal tidak berbeda. Daya listrik dihasilkan oleh suatuu sistem pembangkit listrik, kemudian didistribusikan melalui sistem kawat menuju ke beban listrik. Apabila sistem kelistrikan di darat merupakan sistem terpusat, dimana beberapa sistem pembangkit listrik yang terpisahkan dalam jarak puluhan bahkan ratusan kilometer menjadi satu, untuk memenuhi kebutuhan daya listrik konsumenn dari satu atau beberapa pulau. Sistem kelistrikan di kapal hanya untuk memenuhi kebutuhan di kapal itu sendiri, dimana jarak antara sistem pembangkit dan konsumen hanya beberapa puluh meter tergantung pada ukuran kapal. Perencanaan sistem kelistrikan di kapal harus mampu menjaga kontinyuitas ketersediaan tenaga listrik yang ada,

10 13 sehingga dalam perencanaannya diperlukan pertimbangan-pertimbangan agar generator yang digunakan dapat melayani kebutuhan listrik secara optimal pada berbagai kondisi operasi di kapal (Koenhardono, 2009). 2.6 Lampu LED (Light Emitting Diode) Lampu LED merupakan lampu terbaru yang merupakan sumber cahaya yang efisien energinya. Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa muatanelektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon (Routledge, 2002). Sumber: Routledge (2002) Gambar 6 Bagian lampu LED. LED mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan lampu pijar konvensional. LED tidak memiliki filamen yang terbakar, sehingga usia pakai LED jauh lebih panjang daripada lampu pijar, LED tidak memerlukan gas untuk menghasilkan cahaya. Selain itu bentuk dari LED yang sederhana, kecil dan kompak memudahkan penempatannya. Di dalam hal efisiensi, LED juga memiliki keunggulan. Pada lampu pijar konvensional, proses produksi cahaya menghasilkan panas yang tinggi karena filamen lampu harus dipanaskan.led hanya sedikit menghasilkan panas, sehingga porsi terbesar dari energi listrik yang ada digunakan untuk menghasilkan cahaya dan membuatnya jauh lebih efisien (Kuniyo, 2006).

11 Lampu Navigasii Lampu navigasi adalah lampu kapal yg harus dipasang pada waktu kapal berlayar pada malamm hari untuk mengetahui arah kapal, jenis kapal dan ukuran kapal. Menurut FAO (2009), penggunaann lampu navigasi dibagi berdasarkan ukuran kapal. Untuk ukuran pertama, yaitu kapal yang mempunyai ukuran di bawah tujuh meter (< 7 meter) dan kecepatan kurang dari 7 knot menggunakan lampu navigasi yang berwarna putih, posisi lampu dipasang diatas kapal dan harus terlihat hingga jarak 2 mil, serta lampu tersebut harus terlihat dari segala arah. Posisi lampu Sumber: FAO (2009) Gambar 7 Posisi lampu pada kapal ukuran kurang dari 7 meter. Ukuran kedua yaitu kapal yang mempunyai ukuran 7 meter sampai dengan 12 meter (7-12 meter). Pada kapal ukuran ini digunakan tiga warna lampu yaitu merah, hijau, dan putih. Lampu merah dan hijau harus terlihat hingga jarak 1,5 mil dan hanya bisa dilihat dari satu sisi saja. Untuk lampu merah harus bisa dilihat dari sisi kiri saja dan lampu hijau hanya bisa dilihat dari sisi kanan saja. Sedangkann lampu putih harus terlihat hingga jarak 2 mil dan dapat terlihatt dari segala arah. Sumber: FAO (2009) Gambar 8 Posisi lampu pada kapal ukuran 7 12 meter.

12 15 Ukuran ketiga yaitu kapal yang mempunyai ukuran 12 meter sampai dengan 20 meter (12-20 meter). Pada kapal ukuran ini digunakan tiga warna lampu yaitu merah, hijau, dan putih. Lampu merah dan hijau harus terlihat hingga jarak 1,5 mil dan hanya bisa dilihat dari satu sisi saja. Untuk lampu merah harus bisa dilihat dari sisi kiri saja dan lampu hijau hanya bisa dilihat dari sisi kanan saja. Lampu putih harus terlihat hingga jarak 3 mil dan dapat terlihat dari arah depan. Sedangkan lampu putih yang lain harus dapat dilihat hingga jarak 2 mil dan dapat dilihat dari arah belakang saja. Sumber: FAO (2009) Gambar 9 Posisi lampu pada kapal ukuran meter.