LAPORANTUGAS MERENCANA MESINPerancangan Kincir Angin Dengan Daya 400 Watt Putaran Maksimal Generator 1000 RpmDisusun oleh :1. Patria Wijayanto (111.03.1005)2. Sulistiyo Nugroho (111.03.1040)3. Agung Nugroho (111.03.1051)JURUSAN TEKNIK MESIN (S-1)FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRINDYOGYAKARTA2014

PERANCANGAN KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL 3 SUDU DENGAN DAYA 400 WATT PUTARAN MAKSIMAL GENERATOR 1000 RPM DIPRESENTASIKAN OLEH :NAMA : AGUNG NUGROHONIM: 111.03.1051JURUSAN : TEKNIK MESIN (S -1)MATA KULIAH: TURBIN UAP,GAS & AIRDOSEN PENGAMPU : IR.HARY WIBOWO ,M.T

Latar BelakangSalah satu upaya untuk mengatasi krisis energi adalah mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil dengan cara memanfaatkan sumber energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi angin.

Energi listrik merupakan energi yang sangat penting bagi peradabann manusia baik dalam kegiatan sehari hari hingga dalam kegiatan industri. Energi listrik tersebut digunakan untuk berbagai kebutuhan, seperti penerangan dan juga proses proses yang melibatkan barang-barang elektronik dan mesin industri.

Dengan kebutuhan energi listrik yang besar maka dibutuhkan sumber energi pembangkit listrik yang mencukupi kebutuhan tersebut.

Tujuan

Mengetahui koefisien daya kincirMenggunakan kincir angin poros horizontal untuk pembangkit listrikUntuk meningkatkan dan mengembangkan kreativitas mahasiswa dalam bidang ilmu pengetahuan (IPTEK)

Manfaat

Kincir angin ini dapat digunakan sebagai salah satu pemanfaatan energi terbarukan.

Dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan energi listrik yang besar dan dapat di terapkan di masyarakat.

Teori Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pada pesawat terbang.

Gambar .1 Berbagai jenis kincir angin sumbu horizontal www.kidwind.org

Tinjauan Pustaka

Perkembangan teknologi tenaga angin di Indonesia dirintis oleh Ridho Hantaro, ST. MT pilot proyek sederhana bertemakan renewable energy hingga memenangkan Brits Award for Poverty Alleviation 2006~. Proyek ini adalah pembuatan turbin angin pembangkit listrik di pulau Sapeken, Kabupaten Sumenep, Jawa Timur. Turbin angin berdiameter rotor 4 meter dengan 6 buah daun alumunium ini mampu menghasilkan daya hingga 1 KW dengan tiang penopang setinggi 8 meter.

Gambar 2.Sistem Turbin Angin Sumbu Horizontal(1).Penutup bagian depan (nose) (8).Kawat pengikat(2).Sirip kincir angin (9).Pondasi kincir angin(3).Dudukan sirip kincir angin (10).Pondasi (4).Body & Generator (11).Kawat pengikat(5).Tiang penyangga sirip ekor (12). Inverter(6).Sirip ekor (13).Cotroler sistem(7).Pipa penyagga (14). Batterai

Berdasarkan perancangan yang sudah ada permasalahan utama terjadi adalah pada kontruksi dudukan poros blade yang terlalu panjang. Bearing yang digunakan pada poros bagian depan menggunakan bearing biasa. Adapun spesifikasi dari rancangan sebelumnya ( Toto Rusianto, 2007 ) adalah sebagai berikut :

Tipe blade (sudut): Airfoil NACA 4415Bahan blade: Fiber (komposit)Jumlah blade (sudu): 3 buahPanjang blade: 100 cmLebar pangkal blade: 18 cmLebar ujung blade: 8 cmDiameter penyangga blade: 10 cmDiameter rotor: 200 cmDiameter poros blade (sudu): 1 inchi (2,54 cm)Bantalan poros: 2 buahTinggi kincir dari tanah: 2 meterTekanan udara ( P ): 1 atm = 1,01325 x 105 paSuhu udara absolute ( K ): 303, 15 okKonstanta gas ( R ): 287 j/kg.ok

Kemudian kelemahan tersebut diperbaiki oleh perancangan ulang kincir angin yang di lakukan oleh Triyanto, Hanip Stiyanto, Sujono, Eka Laradi Kurnia Elsa tahun 2010 dengan spesifikasi :

Diameter blade= 300 mmPutaran generator= 1200 rpmPerbandingan roda gigi= 1:6Diameter poros motor ke reduser= 15,22 mmDiameter poros= 25 mmUmur bantalan= 20000 jam

Data dari hasil perancangan pengujian sebelumnya diatas dijadikan acuan untuk perancangan kali ini. Sementara spesifikasi design kincir angin yang dikembangkan adalah sebagai berikut :

Tipe blade (sudu): Airfoil NACA 4415Bahan blade: Fiberglass (Komposit)Panjang blade (sudu): 100 cmLebar Pangkal Blade: 18 cmLebar Ujung Blade: 8 cmDiameter rotor: 200 cmSudut helix: 20o

Pada perancangan ini komponen kompenen dari kincir angin pada perancangan sebelumnya disederhanakan, diamana rotor langsung terhubung dengan poros generator tanpa reduser. Serta, penggunaan generator yang lebih baik dari perancangan perancangan sebelumnya yakni menggunakan generator putaran rendah. Instalasi pengambilan data dengan menggunakan data logger. Pengujian kincir dilakukan di bibir pantai, tepatnya di pantai Baru, Pandansimo, Kab. Bantul , DIY.

TINJAUAN PERANCANGAN/ METODE PENELITIANKomponen Pada Sistem Turbin Angin1. Anemometer

Berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol.Gambar 3. AnemometerSumber : (Komponen elektronika) http://komponenelektronika.biz/fungsi-anemometer.html

2. BladesSudu merupakan bagian dari sebuah kincir angin berupa pelat yang rata. Kebanyakan turbin angin tipe horizontal menggunakan 3 sudu / blade.

Prinsip kerjanya yaitu angin bertiup di atas menyebabkan bilah sudu / blade untuk mengangkat dan menghasilkan putaran. Gambar 4. Blade / SuduSumber : (Anne Ahira )http://www.anneahira.com/kincir-angin-pembangkit-listrik.htm

BRAKE SYSTEMGambar 5. Sistem brake Pada Kincir AnginSumber : http://lugiromadoni.blogspot.com/Digunakan untuk menjaga putaran ekstrim pada poros, hal ini karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya.Keadaan angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, apabila tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator, yang mengakibatkan putaran berlebih diantaranya overheat, rotor breakdown, dan juga kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

Controller (Pengendali)Komponen-komponen kontroler Ampere Meterdigunakan untuk memantau besarnya arus yang digunakan oleh seluruh beban,dengan demikian dapat diketahui besar kecilnya arus yang digunakan oleh beban.Volt Meterdigunakan untuk memantau tegangan yang dibangkitkan oleh generator. Sehingga dapat terpantau besarnya tegangan yang akang dimasukkan pada data logger, kegunaan khususnya agar memantau tegangan yang dibangkitkan generator jika melebihi 24 volt DC, dapat diketahui.Voltage ControllerVoltage controller (pengatur tegangan) ini digunakan untuk mencegah tegangan generator yang akan masuk pada data logger tidak lebih dari 24 volt. Atau maksimal hanya 24 volt.

Gambar 6. Generator DC Sumber : KaskusBerdasarkan pengalaman, kami gunakan motor servo 3 phase untuk dijadikan lomba kincir angin. Ini dipilih karena harga yang lebih ekonomis. Selain itu, kami juga sudah mengerti kecepatan angin didaerah lokasi. Sehingga sangat cocok digunakan motor servo yang dibalik penggunaannnya. Selain itu, karena tegangan yang diijinkan hanya sebesar 24 volt DC, sehingga dipilihlah generator servo tersebut.Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik.GENERATOR

Penyimpan energi (Battery)Karena keterbatasan akan energi angin (tidak sepanjang hari akan tersedia) maka ketersediaan listrikpun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat untuk penyimpanan energi yang berfungsi sebagai back up energi listrik.

Gambar 7. Batterai (Accu) sebagai penyimpan energi

Penjelasan Singkat Pembuatan Turbin Angin

Perhitungan Daya Baling-baling kincir angin direncanakan berjumlah 3 buah, dengan besarnya diameter rotor 2 m. Jika kecepatan angin rata-rata 4 - 5 m/s, Dari rencana itu dapat ditentukan daya ideal yang dihasilkan adalah sebesar:a). Untuk kecepatan angin rata-rata 5 m/s

P/A = V3P = V3 ( D2)P = (1,2) (5)3( x 3,14 x (2)2) P = 235.5 Watt

b). Untuk kecepatan angin rata-rata 4 m/s P/A = V3P = V3 ( D2)P = (1,2) (4)3( x 3,14 x (2)2) P = 120.576 Watt

KESIMPULANKesimpulan yang adapat diambil dari perancangan ini adalah sebagai berikut :

1.Rancangan berdasarkan perhitungan dari kapasitas generator yang ada didapatkan diameter blade yang sesuaiyaitu D = 2 meter, serta berdasarkan keadaan lingkungan dan kecepatan angin maka material yang sesuai adalah fiber glass (komposit) dimana bahan ini cukup kuat dan anti korosif dengan harga yang relatif murah.2.Turbin angin yang telah diuji dengan jumlah blade sebanyak 3 buah mampu menghasilkan daya rata-rata maksimum 230 Watt selama pengujian dilakukan. Hal tersebut masih dibawah dari hasil yang diharapkan yaitu sebesar 400 Watt (dari perhitungan) yang bisa disebabkan karena kecepatan rata-rata angin dilapangan cenderung kurang dari 5 m/s2.

SaranUntuk Perancangan Kincir Angin sebagai Penggerak Generator Listrik, masih perlu diadakan pengembangan lebih lanjut. Untuk itu disarankan :

Proses pencarian data antara teori yang terdapat dalam buku atau referensi lain dengan kenyataan komponen yang tersedia dipasaran harus diperhatikan.Untuk mendapatkan keluaran daya listrik yang dapat dimanfaatkan perlu dipilih generator dengan putaran rendah, mengingat kecepatan angin di indonesia tidak konstan.Dibutuhkan rangkaian tambahan untuk memaksimalkan sistem pengisian.Dalam jangka waktu tertentu sebaiknya diadakan pengecekan pada komponen mesin ataupun pemeriksaan rutin terhadap mesin agar kondisi mesin dalam keadaan baikPada bantalan sebaiknya juga diadakan pengecekan karena ada kemungkinan setelah beroperasi dalam jangka waktu yang lama akan mengalami keausan sehingga putarannya tidak presisi lagi yang akan mengakibatkan kerja mesin terganggu.

Desain Rancangan Kincir Angin

Dokumentasi Kincir Angin

SEKIAN TERIMAKASIH .