PROGAM KREATIFITAS MAHASISWA PKM-GT

Transkripsi

1 5 PROGAM KREATIFITAS MAHASISWA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN DENGAN AUTOGYRO PLANE PKM-GT Diusulkan oleh: Faizin Adi Nugroho ( /2009) Nur Rohman Arif ( /2010) Eva Wakhid D ( /2009) UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG SEMARANG 2012

2 6 HALAMAN PENGESAHAN 1. Judul Kegiatan : Pembangkit listrik tenaga angin 2. Bidang Kegiatan : PKM-GT 3. Ketua Pelaksana Kegiaatan dengan Autogyro Plane a. Nama Lengkap : Faizin Adi Nugroho b. NIM : c. Jurusan : Teknik Mesin d. Universitas : Universitas Negeri Semarang e. Alamat Rumah dan No Tel./HP : Ds. Bumiayu RT 03/ RW 01, Kec. Weleri, Kab. Kendal, Jawa Tengah ( ) f. Alamat izze_fai@rocketmail.com 4. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 3 Orang 5. Dosen Pendamping : a. Nama Lengkap dan Gelar : Rusyanto S.Pd. MT b. NIP : c. Alamat : Perum Bukit Jatisari Permai B.15/12 A BSB Mijen, Semarang d. No. Telepon : Menyetujui Ketua Jurusan Semarang, 28 Februari 2012 Ketua Pelaksana Kegiatan

3 5 Drs. M Khumaedi M.Pd Faizin Adi Nugroho NIP NIM Pembantu Rektor Bidang Dosen Pendamping Kemahasiswaan Prof. Drs. Masrukhi, M.Pd NIP Rusyanto, Spd, MT NIP KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kemudahan kepada kami dalam menyelesaikan proposal ini. Selama penyusunan proposal karya tulis ini, banyak hambatan-hambatan yang ditemui penulis. Dengan rahmat Allah, SWT dan bimbingan dari dosen pembimbing serta kemauan yang keras sehingga hambatan dan masalah dapat teratasi dengan baik. Ucapan terima kasih yang sebesar besarnya penulis disampaikan kepada: 1. Ibu dan ayah tercinta dan keluarga yang telah memberikan dorongan semangat, moral maupun material. 2. Bapak Drs.M Khumaedi M.Pd,selaku ketua jurusan Teknik Mesin UNNES. 3. Bapak Rusyanto, S.Pd.MT. selaku dosen pembimbing atas segala perhatian dan bimbingan yang telah diberikan sehingga proposal ini dapat terselesaikan. 4. Teman teman jurusan Teknik Mesin UNNES 5. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu atas bantuan yang telah diberikan selama ini. Kami sebagai penulis menyadari dalam pembuatan proposal ini masih banyak kekurangan, karena keterbatasan penulis. Oleh karenanya penulis mengharapkan

4 6 saran dan kritik dari semua pihak agar penulisan di kemudian hari menjadi lebih baik. Harapan penulis semoga proposal ini dapat bermanfaat dan dimanfaatkan isinya guna perkembangan sumber energy alternative di Indonesia. Dalam hal ini dapat digunakan untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... RINGKASAN... BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Program Luaran Yang Diharapkan Kegunaan Program... 5 BAB II TELAAH PUSTAKA Landasan Teori Energi Angin Daya Energi Angin Turbin Angin Kajian Masalah Pemecahan Masalah...

5 5 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Skema kincir angin untuk pembangkit kecil... 3 Gambar 2.1 Radius kincir angin dan sudut φpada kincir angin...9 Gambar 2.2 Arah gaya pada sebuah blade Gambar 2.3 Kurva perbandingan TSR dan Blade angle Gambar 2.4 Berbagai jenis turbin angin Gambar 2.5 Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin Gambar 2.6 Kaidah tangan kanan Fleming Gambar 2.7-a Proses charge dengan arus konstan...18 Gambar 2.7-b Proses discharge dengan arus konstan...18 Gambar 2.8-a Proses charge dengan daya konstan...19 Gambar 2.8-b Proses discharge dengan daya konstan...19 Gambar 2.9 Proses charge dengan arus konstan/tegangan

6 6 RINGKASAN Faizin A N, dkk. Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan Autogyro Plane Dosen Pendamping : Rusiyanto S.Pd, MT Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis Tahun 2012 Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang Angin adalah salah satu bentuk energi yang luar biasa jumlahnya dan tersedia di alam secara cuma- Cuma. Sumber daya alam berupa angin yang melimpah tersebut pemanfaatannya di Indonesia dapat dikatakan kurang. Sebagai contoh di Indonesia jumlah Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (angin) masih sangat sedikit jika dibandingkan dengan pembangkit listrik lain yang ada. Meskipun jumlah pembangkit listrik di Indonesia banyak namun kenyataannya jumlah pasokan listrik bagi masyarakat dan industri kurang. Sebagai contoh pemadaman bergilir yang ada saat ini. Akibatnya banyak kegiatan yang menggantungkan kelangsungannya dngan listrik menjadi terganggu karena harus menunggu listrik hidup kembali.

7 5 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Angin adalah salah satu bentuk energi yang luar biasa jumlahnya dan tersedia di alam secara cuma- cuma. Indonesia adalah Negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang didunia yaitu ± ,24 km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin. Dan juga secara geografis Indonesia terletak diantara 2 samudra dan 2 benua yang sangat memungkinkan untuk menyuplai angin dengan intensitas yang tinggi. Sumber daya alam berupa angin yang melimpah tersebut pemanfaatannya di Indonesia dapat dikatakan kurang. Sebagai contoh di Indonesia jumlah Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (angin) masih sedikit jumlahnya maupun produksi listriknya. Dari beberapa pembangkit listrik yang ada sekarang menggunakan bahan bakar berupa batu bara dan minyak bumi maupun gas yang tentu saja menghasilkan polusi udara yang menyebabkan pemanasan global. Meskipun jumlah pembangkit listrik di Indonesia banyak namun kenyataannya jumlah pasokan listrik bagi masyarakat dan industri kurang. Fakta dilapangan pamadaman bergilir masih berlaku bagi mayarakat dan industry. Akibatnya banyak kegiatan yang menggantungkan kelangsungannya dngan listrik menjadi terganggu.

8 6 Oleh karuna itu perlu adanya penambahan jumlah pembangkit listrik tenaga angin yang murah danpeningkatan teknologi pada kincir angin yang sudah ada, dengan pemanfaatan autu gyro plane yang efisiensinya lebih besar dari kincir biasa. Berikut grafik pelepasan volume CO2 pada setiap mesin generator, ditunjukkan grafik di bawah ini : Gambar 1 Dari grafik di atas menunjukkan tingkat volume CO2 yang merupakan sisa pembakaran dari generator angin sangat kecil dibandingkan dengan yang lainnya. 1.2 Perumusan Masalah Autogyro Plane merupakan salah satu penyempurnaan dari kincir angin konvensional yang mempunyai fungsi yang sangat vital. Dengan penerapan Autogyro Plane pada pembangkit listrik tenaga angin, memungkinkan turbin angin dapat menerima angin dari segala arah dengan intensitas yang stabil. Selain itu bentuk dan perawatan yang relative

9 5 mudah memungkinkan penempatannyapada daerah-daerah yang belum terjangkau jaringan listrik dari PLN. Dari uraian diatas ada beberapa masalah yang perlu dirumuskan : 1. Bagaimana memanfaatkan angin sebagai pembangkit listrik tenaga angin. 2. Bagaimana cara mengkonversi tenaga angin menjadi listrik dengan Autogyro Plane 3. Bagaimana membuat agar Autogyro Plane dapat digunakan dalam turbin angin. 1.3 Tujuan Program Berdasarkan permasalahan yang telah dikemukakan diatas tujuan daripada penulisan PKM-GT ini adalah : 1. Pemanfaatan energi angin sebagai sumber listrik 2. Membuat pembangkit listrik tenaga angin dengan Autogyro Plane 3. Membuat sumber energy listrik yang baru 4. Menanggulangi krisis energy listrik 1.4 Luaran Yang Diharapkan Berdasar permasalahan diatas maka penulisan PKM-GT ini diharapkan dapat memberikan manfaat antara lain : 1. Dapat meningkatkan kreatifitas mahasiswa dalam membuat karya-karya yang inovatif untuk dimanfaatkan masyarakat umum. 2. Dapat meningkatkan teknologi yang sudah berkembang. 3. Diharapkan mampu menerapkan teknologi dalam hal ini mengenai sumber energi listrik, dimana kebutuhan listrik yang semakin meningkat.

10 6 4. Dapat membantu masyarakat dalam penyediaan sumberdaya listrik terutama daerah terpencil. 5. Mampu menyadarkan masyarakat tentang pentingnya SDM. 1.5 Kegunaan Program Sebagai ajang aktualisasi dari mahasiswa mesin dalam mengaplikasikan ilmu pengetahuan yang telah diperoleh. Sebagai upaya menjembatani meningkatkan efisiensi dari sesuatu yang diabaikan, dalam hal ini angin. Sebagai ajang latihan dan penalaran, ilmu mesin khususnya bidang teknik kelistrikan dan kontruksi. Sebagai motivator dan acuan bagi pelaksanaan kegiatan ilmiah. Sebagai media pembelajaran di jurusan teknik mesin fakultas teknik UNNES BAB II TELAAH PUSTAKA 2. 1 Landasan Teori Energi Angin Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sejak dahulu. Dan sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perubahan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda. Untuk mengurangi keterbatasan penggunaan energi yang tak terbaharukan dalam pembangkitan energi listrik khususnya maka diperlukan energi-energi alternatif lain sebagai penggantinya. Dalam rangka mencari

11 5 bentuk-bentuk sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar. Seperti yang telah dijelaskan, 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) Daya Energi Angin Energi yang dimiliki oleh angin dapat didapat dari persamaan : 1 W= ρa v 2 3 Dimana : W = Energi angin (Watt) ρ = Kerapatan udara (Kg/m 3 ) A = Area penangkapan angin (m 2 ) v = Kecepatan angin (m/s) Persamaan diatas merupakan sebuah persamaan untuk kecepatan angin pada turbine yang ideal, dimana dianggap energi angin dapat diekstract 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: W Wt η Wt 1 2 ρav 3 Dimana :

12 6 η = Efisiensi kincir angin (%) Wt 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 yang harus digunakan, dan masih banyak hal teknis lainnya. Hal pertama yang diperhatikan dalam desain kincir angin yaitu TSR (Tip Speed Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip kincir angin (ujung) dan kecepatan angin yang didapat oleh kincir. ω Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan : ωr λ = v Dimana : Rotor = Rotasi putaran kincir angin (Rad/s) R Rotor = Radius rotor kincir angin (m) Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan: TORQUE= 2 3 V R λ 2 TSR mempengaruhi kecepatan putaran kincir (rpm). Hubungan TSR dengan kecepatan yaitu : Shaft speed = 60λv/(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 :

13 5 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 λ 2 Hal-hal lain yang harus diperhatikan dalam pemasangan sistem konversi energi angin, antara lain: 1. Untuk kegunaan elektrikal jarak tempat pemasangan harus cukup dekat dengan beban pengguna agar tidak ada kerugian yang berlebih. Jarak lebih dari 300 m harus dihindari kecuali jika digunakan tegangan tinggi 220 VAC. 2. Tempat pemasangan harus dilindungi atau dipagari agar terhindar dari aksi perusakan maupun membahayakan orang disekitarnya. 3. Aliran angin di dekat permukaan bumi akan semakin mengecil dan mencapai harga nol di permukaan tanah. Profil kecepatan angin ini disebut dengan lapisan batas atmosfir. Semakin kasar permukaan bumi akan semakin tebal lapisan batas atmosfir, dan berakibat mengecilnya aliran angin. Dengan demikian tempat pemasangan harus diarahkan pada tempat dengan tingkat kekasaran yang rendah seperti daerah lepas pantai, daerah pantai, padang rumput, dan tempat-tempat dengan tumbuh-tumbuhan dan bangunan yang tidak terlalu tinggi. 4. Lokasi pemasangan harus diperhatikan agar aliran yang datang pada sistem konversi energi angin ini tidak turbulen atau tidak berbalik arah di bagian belakang. Untuk hal ini ada aturan atau konvensi bahwa turbin angin harus lebih tinggi sekitar 10 m dari pohon atau bangunan tertinggi di tempat tersebut. Lokasi pemasangan juga setidaknya harus berjarak minimal sekitar 10 kali dari diameter rotor terhadap hambatan atau rintangan terdekat.

14 6 2.2 Kajian Masalah Wind Power atau dalam bahasa Indonesia di kenal dengan istilah Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah salah satu sumber energi yang ramah lingkungan, karena energinya berasal dari hasil konversi dari tenaga angin menjadi energi listrik. Sesungguhnya di negeri kita di Indonesia yang merupakan negeri kepulauan yang di kelilingin oleh pantai yang luas dengan kecepatan anginnya yang cukup tinggi dan konstant, sudah memiliki salah satu sumber pokok untuk bisa mewujudkan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) ini sebanyak mungkin di tanah air. Bila penerapan system PLTB ini dioptimalkan baik jumlah maupun penerapan teknologi yang semakin maju penulis yakin bukan tidak mungkin Indonesia akan mengalami surplus energi listrik dan dapat mengurangi pemanasan global. Output yang bisa di sumbangkan dari sebuah kincir angin sederhana ini memang relativ cukup kecil masih dalam ukuran Kilo Watt (ruang lingkup rumahan atau perkampungan) bila di bandingkan dengan membangun pembangkit listrik konvensional lainnya seperti Pembangkit Listrik tenaga Air yang berbahan bakar batu bara ataupun minyak yang bisa memberikan output hingga 350MW keatas. Namun bila mengacu kepada Wind Power yang professional, dimana satu batang kincir anginnya minimal menghasilkan 1MW atau 2 MW, dan bila seandainya setiap rumah tangga membutuhkan 500W listrik, 1MW bisa mencukupi kebutuhan 2000 rumah tangga di sekitarnya. Proyek percontohan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB), yang konon merupakan pertama di Indonesia, sesungguhnya sudah di laksanakan di kepulauan Nusa Penida, kabupaten Klungkung ini, persisnya berada di puncak bukit Mundi.

15 5 Gambar 2 Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin.petumbuhan jumlah produksi energy listrik ditunjukkan pada grafik di bawah ini :

16 6 Gambar 3 Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kw) sudah dibangun. BAB III 2.1 Pemecahan Masalah ANALISIS DAN SINTESIS Berdasar pada fakta kurangnya pasokan energi listrik baik untuk kalangan rumah tangga dan industri di Indonesia sehingga mengakibatkan berbagai masalah pada masyarakat seperti pemadaman bergilir, yang berlaku pada rumah tangga dan industri yang secara tidak langsung mengganggu aktifitas dan produktifitas

17 5 masyarakat, maka dibutuhkan suatu sumber energy alternatif yang relatif aman dan tidak menimbulkan polusi. Juga harus dapat diterapkan pada daerah daerah pelosok yang notabene belum tersentuh jaringan listrik. Beberapa pihak telah mencoba membuat sumber energy alternative tersebut diantaranya kincir angin, namun dengan model konvensional yang hanya dapat menerima angin dari satu arahuntuk mengatasi hal tersebut kami mempnyai gagasan untuk membuat kincir angin dengan teknologi giro plane yang mempunyai keunggulan dapat menerima energy angin dari segala arah sehingga menoptimalkan konversi energy angin ke energi listrik. Selain itu kincir yang dapat bergerak dari posisi vertikal ke posisi horizontal dapat menyesuaikan putaran tergantung besarnya aliran angin sehingga output pitaran lebih stabil dan dapat menahan kencangnya aliran angin yang datang Syarat syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dari sebuah kincir angin dapat dilihat pada tabel berikut :

18 6 Gambar 4 Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. kecepatan angin yang lebih besar dari batas maksimum dapat meruasak kincir angin tersebut. Kincir angin konvensional hanya mampu menerima angin dari satu arah saja, dan kurang mampu memanfaatkan energi angin dari arah samping. Terlebih lagi pada saat angin yang berhembus cukup kencang maka akan sangat membebani tiang penyangga. Selain itu perbedaan putaran yang cukup besar akan menyebabkan naik turunnya tegangan yang cukup besar. Hal ini tentunya akan membebani generator, regulator dan penyimpan arus sementara (accu). Hal- hal diatas dapat diminimalisir dengan penggunaan kincir dengan model autogyro plane. Dimana ia dapat menerima energy angin dari segala arah sehingga menoptimalkan konversi energy angin ke energi listrik. Selain itu kincir yang dapat bergerak dari posisi vertikal ke posisi horizontal dapat menyesuaikan putaran tergantung besarnya aliran angin sehingga output pitaran lebih stabil dan dapat menahan kencangnya aliran angin yang datang, sehingga meminimalkan beban pada tiang penyangga.