BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Energi angin merupakan salah satu sumber daya yang berlimpah, ramah lingkungan dan bersifat renewable sehingga berpotensi untuk dikembangkan. Secara keseluruhan potensi energi angin rata-rata di Indonesia tidak besar, tetapi berdasarkan survei dan pengukuran data angin yang telah dilakukan sejak 1979, banyak daerah yang prospektif karena memiliki kecepatan angin rata-rata tahunan sebesar 3,5-4,5 m/s. Potensi ini sudah dapat dimanfaatkan untuk pembangkit energi listrik skala kecil sampai 10 kw [1]. Teknologi turbin angin menawarkan solusi yang efektif untuk mengeliminasi ketergantungan terhadap penggunaan sumber energi fosil. Teknologi ini juga menyediakan energi listrik tanpa menimbulkan peningkatan kadar emisi karbon dioksida (CO2) [2]. Berdasarkan kedudukan poros, jenis-jenis turbin angin dibagi dalam dua kategori, yaitu turbin angin sumbu horizontal (Horizontal Axis Wind Turbine, HAWT) dan turbin angin sumbu vertikal (Vertical Axis Wind Turbine, VAWT). Keuntungan terbesar penggunaan VAWT adalah bahwa generator dan gear box dapat diletakkan di dasar menara sehingga mudah untuk dirawat dan diperbaiki. Namun turbin angin jenis ini mempunyai kapasitas keluaran yang kecil dan penggunaan yang luas hanya untuk aplikasi daya rendah [3]. Turbin angin savonius adalah salah satu dari turbin angin VAWT yang mudah berputar pada kondisi kecepatan angin rendah seperti di Indonesia. Turbin angin savonius memiliki self starting yang baik sehingga mampu memutar rotor walaupun kecepatan angin rendah, selain itu torsi yang dihasilkan relatif tinggi [4]. Penelitian terkait penggunaan turbin savonius dengan metode CFD (Computational Fluid Dynamics) dan PIV (Particle Image Velocimetry) pada arah angin yang tidak konstan dan kecepatan angin yang rendah memperoleh hasil bahwa turbin angin savonius memiliki kemampuan untuk menghasilkan daya yang lebih optimal dibandingkan turbin dengan sumbu horizontal [5]. 1
Penelitian Department Of Mechanics, Mathematics, and Management (DMMM) of Politecnico Di Bari terkait dengan ukuran perbandingan tinggi dan diameter serta lengkungan dari suatu sudu turbin savonius menyimpulkan bahwa turbin dengan perbandingan 4:3 pada tinggi dan diameter serta sudu dengan karakteristik bentuk tipe-u memiliki nilai Cp (Coefisien of power) yang lebih baik dibandingkan dengan turbin savonius tipe lainnya [6]. Selain itu, desain turbin savonius yang memiliki overlap atau jarak antar sudu yang minimal mampu menghasilkan performasi rotor yang lebih baik dibandingkan desain turbin savonius dengan nilai overlap yang besar [7]. Jumlah sudu dalam hal ini dapat meningkatkan rata-rata torsi untuk tiap orientasi arah angin dan pengaruh kecepatan angin juga mempengaruhi banyaknya jumlah sudu yang dibutuhkan oleh sebuah turbin angin savonius sehingga dapat menghasilkan daya yang optimal [8]. Dalam kondisi angin yang tidak konstan, daya yang dihasilkan oleh sebuah turbin cenderung bersifat dinamik, sehingga diperlukan kontrol yang dapat mengatur tegangan keluaran dari sistem turbin agar tidak merusak beban yang menerima tegangan tersebut. Akumulator adalah elemen sekunder listrik yang dapat digunakan sebagai media penyimanan listrik dan dapat bertindak sebagai beban. Akumulator akan mengeluarkan aliran listrik bila telah menyimpan sejumlah aliran listrik searah sesuai dengan batas tegangan masukannya [14]. Di dalam penelitian ini akan digunakan turbin angin savonius berdasarkan karakteristik DMMM of Politecnico Di Bari dan dibuat dengan besar overlap seminimal mungkin. Kemudian turbin akan dihubungkan dengan sistem pembangkit listrik yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan alternator tiga fasa tipe permanent magnet alternator yang memiliki kontruksi yang sangat kuat serta nilai efisiensi yang tinggi dibanding generator lainnya karena memiliki nilai rugi gesekan yang kecil dan tidak memerlukan tegangan dari luar untuk pengoperasiannya [10]. Energi listrik yang dihasilkan kemudian dikontrol oleh sistem pengendali sebelum melakukan proses pengisian akumulator dan data proses pengisian akumulator akan direkam oleh data logger yang mampu mendeteksi aliran arus dan tegangan selama proses pengisian akumulator. Penelitian akan menganalisis pengaruh perubahan jumlah sudu antara dua, tiga, empat, lima, dan enam sudu dari turbin terhadap arus dan tegangan 2
diproses pengisian akumulator melalui data yang terekam oleh data logger pada setiap penggunaan jumlah sudu yang berbeda. Selain itu, penelitian akan menganalisis perbandingan performansi dari turbin angin savonius terhadap turbin angin sumbu horizontal yang bekerja pada ketinggian dan kecepatan angin yang sama. 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, diperoleh rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh kecepatan angin terhadap arus dan tegangan yang dihasilkan oleh turbin angin savonius sumbu vertikal? 2. Bagaimana pengaruh perubahan jumlah sudu pada turbin angin savonius sumbu vertikal terhadap arus dan tegangan di dalam proses pengisian akumulator? 1.3. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh kecepatan angin terhadap arus dan tegangan yang dihasilkan oleh turbin angin savonius sumbu vertikal. 2. Mengetahui pengaruh perubahan jumlah sudu pada turbin angin savonius sumbu vertikal terhadap arus dan tegangan di dalam proses pengisian akumulator. 1.4. Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Dengan adanya hasil analisis pengaruh jumlah sudu dari turbin angin savonius terhadap tegangan dan arus di dalam proses pengisian akumulator, maka diharapkan akan diperoleh metode yang tepat, guna meningkatkan daya optimal yang dapat disimpan oleh akumulator. 2. Diharapkan hasil penelitian ini dapat dikembangkan sebagai sarana penelitian dalam pengembangan teknologi alternatif guna mengatasi ketergantungan terhadap energi fosil melalui pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi terbarukan. 3
1.5. Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada penelitian pengaruh jumlah sudu turbin angin savonius sumbu vertikal ini adalah: 1. Lokasi penelitian dan proses pengambilan data angin bertempat di rooftop lantai 4, Gedung Deli, Universitas Telkom. 2. Dimensi turbin savonius menggunakan dimensi optimal dengan perbandingan perubahan jumlah sudu oleh penelitian sebelumnya sehingga tidak melakukan analisis pengaruh dimensi [6]. 3. Generator yang digunakan adalah alternator 3 fasa 100 watt tipe Permanent Magnet Alternator (PMA). 4. Akumulator yang digunakan adalah akumulator kering 12 V. 5. Analisis data berdasarkan data yang tersimpan pada data logger dengan pengambilan data pada periode tertentu. 1.6. Metodologi Penelitian Metodologi yang akan dilakukan dalam penelitan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur Studi literature dalam pengerjaan Tugas Akhir ini diperlukaan pemahaman untuk menentukan dan memperdalam metode yang akan digunakan. Sumber literatur didapat dari Jurnal Ilmiah, E-Book, dan Text Book. 2. Studi Lapangan Studi lapangan dalam penelitian Tugas Akhir ini bertujuan untuk memperkuat pandangan yang didapatkan dalam studi literatur. Studi lapangan ini dilakukan melalui diskusi dengan orang-orang yang berpenganlaman dan berkompeten dibidang instrumentasi dan energi. 3. Desain Perancangan Sistem Desain perancangan sistem dilakukan untuk mengetahui peralatan dan komponen apa saja yang diperlukan serta mengurangi tingkat kesalahan dalam perancangan sistem sebenarnya. 4
4. Perancangan Sistem dan Kalibrasi Pada proses perancangan sistem dan kalibrasi akan dilakukan integrasi dari setiap peralatan dan komponen yang diperlukan dalam tugas akhir ini. Akan tetapi, sebelum melakukan pengintegerasian, diperlukan proses kalibrasi terhadap setiap sensor yang digunakan. 5. Pengukuran dan Analisis Data Proses pengukuran bertujuan untuk memperoleh data yang diperlukan dalam menganalisis sistem di dalam tugas akhir ini. 6. Kesimpulan Kesimpulan didapatkan hasil pengolahan data dan analisis yang telah dilakukan. 1.7. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan bertujuan untuk memperoleh gambaran secara umum dari penelitian ini. Sistematika penulisan terdiri dari 3 bab, yaitu: 1. BAB 1 PENDAHULUAN Menjelaskan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan dari proposal tugas akhir. 2. BAB 2 LANDASAN TEORI Menjelaskan mengenai pendekatan teoritis yang digunakan untuk penyusunan proposal tugas akhir, baik yang bersumber dari acuan pustaka maupun berdasarkan analisis dari penulis sendiri. 3. BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Menjelaskan mengenai diagram alur perancangan sistem, metode pengukuran dan pengambilan data serta alat-alat yang digunakan pada penelitian ini. 4. BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS DATA Menjelaskan mengenai metode pengambilan data, hasil yang diperoleh dari penelitian dan mengenai perhitungan analisis data dari hasil yang diperoleh. 5. BAB 5 PENUTUP Menjelaskan mengenai simpulan dan saran dari penelitian yang telah dilakukan. 5