BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Kebutuhan akan energi, khususnya energi listrik di Indonesia, merupakan bagian tak terpisahkan dari kebutuhan hidup masyarakat sehari-hari seiring dengan pesatnya peningkatan pembangunan di bidang teknologi, industri dan informasi. Namun, pelaksanaan untuk penyediaan energi listrik yang dilakukan oleh PT. PLN selaku lembaga resmi yang ditunjuk oleh pemerintah untuk mengelola masalah kelistrikan di Indonesia, belum dapat memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan sampai saat ini. Kondisi geografis negara Indonesia yang terdiri atas ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak meratanya pusat-pusat beban listrik, rendahnya tingkat permintaan listrik di beberapa wilayah, sulitnya penyaluran listrik untuk daerah terpencil, tingginya biaya marginal pembangunan sistem suplai energi listrik, serta terbatasnya kemampuan finansial, merupakan faktorfaktor penghambat penyediaan energi listrik dalam skala nasional. Selain itu, ketersediaan sumber energi fosil, khususnya minyak bumi yang sampai saat ini masih menjadi tulang punggung dan komponen utama penghasil energi listrik di Indonesia, jumlahnya semakin berkurang dan sifatnya tak terbarukan. Disamping itu, dengan semakin meningkatnya kesadaran akan usaha untuk melestarikan lingkungan dan menjaga kehidupan umat manusia dari efek negatif dari bahan bakar fosil menyebabkan kita harus berpikir untuk mencari alternatif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter: 1. Dapat mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian energi fosil. 2. Dapat menyediakan energi listrik dalam skala lokal, termasuk dapat menjangkau daerah terpencil yang kekurangan pasokan energi listrik. 3. Mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi setempat. 1

2 4. Cinta lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan hasil produksinya tidak merusak lingkungan hidup disekitarnya. Sistem penyediaan energi listrik yang dapat memenuhi kriteria di atas adalah sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber energi terbarukan, seperti: matahari, angin, air, biomasa dan lain sebagainya. Tak bisa dipungkiri bahwa kecenderungan untuk mengembangkan dan memanfaatkan potensi sumber-sumber energi terbarukan dewasa ini telah meningkat dengan pesat, khususnya di negaranegara sudah berkembang yang telah menguasai rekayasa dan teknologinya, serta mempunyai dukungan finansial yang kuat. Oleh karena itu, pemanfaatan sumber energi terbarukan merupakan hal yang menarik untuk disimak lebih lanjut, bagaimana peluang dan kendala pemanfaatan sumber-sumber energi terbarukan ini di negaranegara sedang berkembang, khususnya di Indonesia. Di Indonesia, sumber daya energi, khususnya angin untuk pembangkit energi listrik, sudah dilakukan tahap penelitian (research). Kecuali di beberapa wilayah di Indonesia yang memang sudah menggunakan tenaga angin sebagai sumber energi listrik alternatif, penelitian turbin angin memerlukan seperangkat desain, alat uji dan proses pengujian yang sangat berkaitan erat dengan kondisi geografi suatu daerah penelitian tersebut. Penelitian tentang tenaga angin pun masih kurang dikarenakan kondisi iklim, cuaca, dan arah angin beserta volume angin yang relatif berubah pada setiap saat dan kondisi tempat yang berbeda. Mekanisme penelitian turbin angin saat ini, seperti yang sudah dijadikan tugas akhir oleh beberapa mahasiswa sebelumnya, lebih menekankan aspek konversi energi. Mereka biasanya melihat sejauh mana aspek tenaga angin, suhu udara, kondisi iklim dan lain sebagainya yang menitikberatkan pada pengaruh sifat termal lingkungan terhadap daya yang dibangkitkan oleh turbin angin tersebut. Namun, selain efek sifat termal, perancangan dan konstruksi turbin angin memiliki peranan yang signifikan. Seberapa besar momen, torsi, dan defleksi yang diakibatkan oleh gaya angin dapat dianalisis melalui studi kasus bidang perancangan dan konstruksi. 2

3 Kebanyakan dari kelemahan hasil penelitian dikarenakan kurang memperhatikan efek perancangan dan konstruksi yang sesuai. Dengan perancangan dan konstruksi yang sesuai dan memperhatikan sifat termal dari suatu daerah penelitian, maka akan didapatkan daya optimum yang akan dijadikan sebagai sumber energi alternatif yang berasal dari energi angin. 1.2 Identifikasi Masalah Masalah yang dikemukakan dalam penelitian ini adalah sejauh mana pengaruh aspek perancangan, pembuatan dan pengujian suatu turbin angin dengan jumlah sudu 2 (dua) buah dan berdiameter 3,5 meter agar menghasilkan daya optimum, namun tahan terhadap tekanan angin. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Material sudu yang dipakai dalam penelitian menggunakan bahan kayu. 2. Rated wind speed sebesar 5 m/s. 3. Banyaknya sudu 2 buah. 4. Diameter sudu sebesar 3,5 m. 5. Generator yang digunakan untuk menghasilkan daya listrik adalah Permanent Magnet Generator (PMG) dangan luaran daya 500 watt. 6. Putaran poros genertor untuk menghasilkan daya optimum sebesar 500 rpm. 7. Rancangan konstruksi turbin angin dan struktur penopangnya dilakukan dengan penekanan kepada aspek keterbuatan, sedangkan aspek keamanan konstruksi tidak dilakukan secara mendetail. 8. Penelitian dilaksanakan di lantai atas gedung program studi teknik mesin Institut Teknologi Bandung. 3

4 1.4 Perumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah di atas, maka masalah-masalah penelitian dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Sejauh mana pengaruh kecepatan angin terhadap gerakan sudu turbin angin? 2. Sejauh mana hubungan kecepatan angin terhadap daya yang dihasilkan? 3. Sejauh mana pengaruh rancangan turbin angin yang sudah dibuat terhadap daya yang dihasilkan? 1.5 Tujuan Penelitian Penelitian turbin angin ini memiliki tujuan untuk: 1. Membuat turbin angin yang dapat beroperasi pada kecepatan angin rendah. 2. Mengetahui gambaran pengaruh kecepatan angin terhadap gerak putar sudu turbin angin. 3. Mengetahui hubungan antara rancangan dan hasil turbin angin yang dibuat dan berbagai kecepatan angin terhadap karakteristik luaran daya. 1.6 Kegunaan Penelitian Penelitian turbin angin ini berguna baik secara teoritis maupun praktis, yaitu: 1. Kegunaan Teoritis Sebagai sumbangan penting dan memperluas wawasan serta pengetahuan bagi kajian ilmu teknik mesin dan penerapannya sehingga dapat dijadikan rujukan untuk pengembangan penelitian tentang energi alternatif pada masa yang akan datang. Memberikan sumbangan penting dan memperluas kajian ilmu perancangan dan kontruksi yang menyangkut efek pembangkit daya atau energi. Menambah konsep baru yang dapat dijadikan sebagai bahan rujukan penelitian lebih lanjut bagi pengembangan ilmu keteknikmesinan. 4

5 2. Kegunaan praktis Hasil penelitian ini dapat dijadikan sumber pemikiran bagi pemerintah untuk mencari solusi sumber energi alternatif yang berasal dari tenaga angin. Hasil penelitian ini dapat meningkatkan apresiasi mahasiswa untuk melakukan penelitian (research) yang berguna bagi dirinya, terutama untuk mengembangkan keilmuan yang didapatkannya dari perkuliahan. Hasil penelitian ini dapat diajadikan penilaian bagi mahasiswa yang mengambil tugas sarjana dengan mengambil topik tentang perancangan dan pembuatan turbin angin. 1.7 Metode Penelitian Penelitian ini diawali dengan membaca literatur tentang turbin angin secara umum. Termasuk komponen-komponen yang terdapat pada turbin angin. Selanjutnya, dilakukan pembuatan desain awal turbin angin dengan bantuan software autodesk inventor versi 11. Pembuatan gambar teknik dengan menggunakan software ini sangat membantu untuk memberikan penjelasan awal tentang konstruksi turbin angin beserta komponen-komponennya yang akan dibuat. Keunggulan software ini berupa bentuk penggambaran 3 dimensi yang mudah dipelajari dan diaplikasikan untuk rujukan pembuatan turbin angin. Setelah membuat desain awal turbin angin, dilanjutkan dengan pembuatan komponen-komponen turbin angin yang pada akhirnya setiap komponen ini akan dirakit (assembly) menjadi satu kesatuan berupa konstruksi alat turbin angin lengkap. Turbin angin yang sudah jadi dipasang di suatu tempat untuk dilakukan pengujian. Langkah selanjutnya berupa pengujian lapangan dan pencatatan data yang dihasilkan. Pengujian ini mengambil tempat di lantai atas gedung program studi teknik mesin dimana turbin angin bisa berhadapan langsung dengan udara dan bisa didapatkan data awal yang valid. Kondisi tempat pengujian sangat mempengaruhi hasil atau data yang didapatkan. Data yang didapat, akan 5

6 diolah, dianalisa dan disimpulkan sehingga diketahui sejauh mana efektivitas konstruksi dan pembuatan turbin angin yang telah diujikan. 1.8 Sistematika Penulisan Penulisan tugas sarjana ini dijabarkan dalam lima bab, yang diawali dengan Bab Pendahuluan. Dalam bab ini, dibahas tentang latar belakang masalah, identifikasi masalah, batasan masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, kegunaan penelitian, dan metodologi penelitian. Bab ini ditutup dengan pembahasan tentang sistematika penulisan yang digunakan. Selanjutnya, pada bab kedua akan dibahas dasar teori yang mendukung penelitian ini. Pembahasan dalam bab ini meliputi teori tentang energi angin. Kemudian, dibahas teori tentang turbin angin secara umum yang meliputi berbagai jenis turbin angin. Pembahasan lebih khusus tentang teori turbin angin adalah turbin angin sumbu horizontal atau aksial yang merupakan topik penelitian ini. Selanjutnya akan dibahas gaya aerodinamika yang tejadi pada airfoil sudu yaitu gaya drag dan lift yang mana kedua gaya inilah yang menyebabkan sudu berputar dengan kecepatan tertentu. Setelah itu, dibahas tentang tip speed ratio yang berhubungan dengan daya yang dihasilkan oleh putaran rotor akibat kecepatan angin. Hal lain yang juga dibahas adalah sistem transmisi daya yang digunakan. Pada bagian akhir akan dibahas sedikit tentang Permanent Magnet Generator yang dijadikan alat penghasil energi listrik turbin angin pada penelitian ini. Pada bab ketiga akan dibahas tentang desain awal dan pembuatan komponenkomponen yang digunakan pada konstruksi turbin angin. Pembahasan mengenai desain komponen-komponen turbin angin meliputi kontruksi sudu, hub, yaw mechanism, ekor, tiang turbin angin dan generator yang digunakan. Tahapan pembuatan komponen ini akan ditampilkan melalui diagram alir (flowchart). Metode perancangan dan pembuatan serta spesifikasi komponen turbin angin akan disinggung untuk mengetahui gambaran pemilihan dan pembuatan kontruksi turbin angin. 6

7 Pada bab keempat akan dibahas tentang pengujian dan analisis data. Pada bab ini akan dijelaskan prosedur dan langkah-langkah pengujian serta metode pengujian beserta data yang didapatkan dari pengujian. Data hasil pengujian tersebut akan diolah. Hasil olahan data pengujian akan dianalisa dan dibahas setiap tahap agar didapatkan karakteristik awal turbin angin dan didapatkan kelebihan dan kekurangan beserta efektivitas perancangan, pembuatan dan pengujian turbin angin yang telah dilaksanakan. Tulisan tugas sarjana ini diakhiri dengan bab kelima yang berisi kesimpulan dan saran. Kesimpulan yang diberikan berdasarkan hasil penelitian beserta analisa yang telah dibuat dan berkaitan dengan tujuan awal penelitian. Pada bab ini juga diuraikan saran-saran untuk pengembangan perangkat uji dan kondisi pengujian yang lebih baik untuk penelitian maupun pengujian selanjutnya. 7