Pemanfaatan Turbin Ventilator yang Terpasang Pada Atap Rumah Sebagai Pembangkit Listrik

Transkripsi

1 Pemanfaatan Turbin Ventilator yang Terpasang Pada Atap Rumah Sebagai Pembangkit Listrik Oleh Nalendradi Attar NIM: Skripsi Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga April

2 2

3 3

4 4

5 5

6 INTISARI Tugas akhir ini bertujuan untuk memodifikasi sebuah ventilator turbin angin yang pada dasarnya memiliki cara kerja sebagai mana turbin angin sumbu vertical. Bentuk turbin angin yang digunakan adalah ventilator turbin angin yang biasa dipasang pada atap-atap pabrik, dipilih karena diharapkan dapat berputar dengan angin yang kecil sehingga memiliki self-starting yang baik dan tidak tergantung arah angin sehingga dapat menangkap angin dari berbagai arah. Dimensi turbin yang digunakan memiliki dimensi panjang 66 cm dan tinggi 35 cm. Untuk mengkonversi energi turbin menjadi listrik digunakan generator AC 3 fasa yang kemudian disearahkan menjadi tegangan DC. Untuk menghasilkan tegangan 5 V keluaran penyearah dihubungkan ke konverter DC ke DC dengan IC CE8301. Hasil simulasi dengan kipas angin berkecepatan 2,4 m/s; 3,4 m/s; dan 5,4 m/s menunjukkan efisiensi sistem turbin mengalami peningkatan dengan kelajuan debit angin tetap dan kecepatan angin yang ditingkatkan menghasilkan daya 0,145W, 0,413 W, dan 1,655 W. Dengan efisiensi sebesar 7 %. Pengujian di daerah Kemiri, Salatiga menunjukkan bahwa turbin ini dapat berputar minimal dengan kecepatan 2 m/s dalam keadaan angin bertiup secara continue dan menghasilkan 0,75 V. Kecepatan angin terbesar yang didapatkan adalah 3,3 m/s yang dapat menghasilkan 1,5V. Sehingga dapat membuktikan bahwa kecepatan angin dipengaruhi oleh aliran fluida (udara) yang terjadi antara temperatur dan tekanan udara. i

7 ABSTRACT This thesis aims to modify a wind turbine ventilator which is basically a way of working as where the vertical axis wind turbine. Forms used wind turbine is a wind turbine ventilator used meadow on the roofs of the factory was chosen because it is expected to spin a small wind so it has good self-starting and does not depend on wind direction so as to catch the wind from any directions. Dimensions turbines used has dimensions of length 66 cm and 35 cm high. To convert the energy into electricity turbines used 3 phase AC generator that is then rectified into DC voltage. To generate a voltage of 5 V output rectifier is connected to DC to DC converters with IC CE8301. The simulation results with a fan speed of 2.4 m/s ; 3.4 m/s ; and 5.4 m/s indicates the efficiency of the turbine system has increased the speed of the wind flow and wind speed are enhanced generate 0,145W power, W and 1,655 W. With an efficiency of 7%. It was tested at Kemiri area-salatiga which shows the turbine can spin at speeds of at least 2 m/s in a state wind blows a continuously and produces 0.75 V. The wind speed obtained was 3.3 m/s to generate 1.5 V, so that it can prove that the wind speed is influenced by the flow of the fluid (air) that occurs between the temperature and air pressure. Keywords: wind turbine ventilator, 3 -phase AC generator, DC to DC converters ii

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Allah SWT yang memberikan berkat dan karunia-nya kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. 2. Kepada Bapak Bambang Supriyanto dan Ibu Winarti. serta adik terbandel Damar Handyanjaya, yang selalu memberikan bantuan moral, materiil dan Doa. 3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. dan Bapak F. Dalu Setiaji, M.T selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan dan ide-ide cemerlang yang menginspirasi penulis selama mengerjakan skripsi. 4. Semua temen-temen angkatan 2009, yang tidak bisa saya tuliskan namanya satu persatu, teman-teman lab skripsi yang masih tersisa dan baru akan masuk, temanteman berkubang ceria Grego adi 11, Armop setiawan 11, Winfrid boni. 5. Berbagai pihak yang penulis tidak dapat sebutkan satu persatu terimakasih banyak penulis ucapkan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, 2 Mei 2016 Penulis iii

9 DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Spesifikasi Sistem Sistematika Penulisan... 2 BAB II LANDASAN TEORI Angin Daya yang diekstrak oleh angin Area Sapuan Rotor Turbin Angin Turbin Ventilator Generator Regulator Step Down Regulator Step Up Regulator Arduino Akumulator Anemometer Display BAB III PERANCANGAN SISTEM Cara Kerja Alat Perancangan Perangkat Keras Turbin Ventilator Modul Regulator Generator Penyearah 3 fasa Sensor Tegangan dan Arus Display iv

10 3.3 Kipas Angin Perancangan Perangkat Lunak Pembacaan Arduino BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian Turbin Vertikal Turbin Ventilator Pengujian Generator Pengujian Boost Converter Pengujian Penyimpanan Energi pada Batere Pengujian Keseluruhan Alat Pengujian Aktual Rencana Perubahan Spesifikasi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA v

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Turbin Angin Sumbu Horisontal... 7 Gambar 2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal... 7 Gambar 2.3 Turbin Ventilator... 8 Gambar 2.4 Generator AC... 9 Gambar 2.5 Regulator DC to Dc Gambar 2.6 Arduino Nano Gambar 2.7 Baterai Li-ion pada ponsel Gambar 2.8 Anemometer Gambar 3.1 Diagram Sistem Gambar 3.2 Turbin Ventilator yang telah dimodifikasi Gambar 3.3 Untai Boost Converter BL Gambar 3.4 Modul Regulator Gambar 3.5 Generator AC pada Bracket Gambar 3.6 Skema Generator Gambar 3.7 Rangkaian Penyearah 3 fasa Gambar 3.8 Sinyal Keluaran Generator 3 Fasa Gambar 3.9 Sensor Tegangan Gambar 3.10 Sensor Arus dengan rangkaian Non-Inverting Gambar 3.11 Rangkaian I2C LCD Backpack Gambar 3.12 LCD Backpack Gambar 3.13 Kipas Angin Gambar 3.14 Diagram Alir Perangkat Lunak Gambar 4.1 Pengujian Mekanik Turbin Gambar 4.2 Rangkaian pengujian Vout Generator Gambar 4.3 Rangkaian pengujian Iout Generator Gambar 4.4 Rangkaian penyearah tiga fase dengan dioda germanium Gambar 4.5 Grafik daya Generator Dengan Beban Resistor 5 Watt Gambar 4.6 Rangkaian Penyearah tiga fasa dengan dioda 1n Gambar 4.7 Grafik daya yang dihasilkan generator Gambar 4.8 Tegangan keluaran generator (kanan) dan arus keluaran (kiri) Gambar 4.9 Uji performa modul boost regulator vi

12 Gambar 4.10 Rangkaian pengujian Iout Boost Regulator Gambar 4.11 Rangkaian pengujian Vout Boost Regulator Gambar 4.12 Tegangan keluaran regulator (kanan) dan arus keluaran (kiri) Gambar 4.13 Tegangan keluaran generator dan tegangan keluaran boost regulator Gambar 4.14 Uji performa modul Boost Regulator untuk Mengetahui daya maksimal yang dihasilkan Gambar 4.15 Rangkaian Pengujian Pengisian batere Gambar 4.16 Grafik tegangan batere (atas) dan arus batere (bawah) ketika pengisian Gambar 4.17 Arus yang terbaca ketika dibeban batere saat pengisian Gambar 4.18 Arus terbaca setelah proses pengisian selama 24jam Gambar 4.19 Rangkaian saat proses pengosongan baterai Gambar 4.20 Grafik arus saat proses pengosongan dalam waktu tertentu Gambar 4.21 Tegangan saat diberi beban baterai Gambar 4.22 Arus yang masuk selama proses pengisian Gambar 4.23 Arus terbaca setelah pengisian 1 jam vii

13 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Pengujian Generator Tabel 4.2 Pengujian Generator dengan beban resistor Tabel 4.3 Pengujian Generator dengan Beban Resistor dengan Penyearah Menggunakan dioda 1n Tabel 4.4 Pengujian Boost Regulator tanpa beban Tabel 4.5 Pengujian Boost Regulator dengan beban Tabel 4.6 Arus pengosongan viii