perancangan prototipe pembangkit listrik turbin angin ...repository.umrah.ac.id/4127/1/noppi...

UNIVERSITAS MARITIM RAJA ALI HAJI TEKNIK ELEKTRO 2019 1

Perancangan Prototipe Pembangkit Listrik Turbin Angin

Empat Blade Tipe Savonius

Noppi Endri.1, Rozeff Pramana.

2, Eko Prayetno.

3

1,2,3Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji

e-Mail: * [email protected] , [email protected]

2, [email protected]

3

ABSTRAK

Energi angin merupakan salah satu sumber daya yang berlimpah, ramah lingkungan dan bersifat renewable

sehingga berpotensi untuk dikembangkan. Teknologi turbin angin menawarkan solusi yang efektif untuk

mengeliminasi ketergantungan terhadap penggunaan sumber energi fosil. Pada penelitian ini dirancang

sebuah prototipe pembangkit listrik turbin angin empat buah blade tipe savonius yang dapat menjadi

teknologi baru dalam menghasilkan energi listrik. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fakultas Teknik

Universitas Maritim Raja Ali Haji dan diuji coba di Pantai Tanjung Siambang, Pulau Dompak. Cara kerja

dari perangkat prototipe pembangkit listrik turbin angin tipe savonius ini diawali dengan memanfaatkan

kecepatan angin sehingga turbin dapat berputar. Didalam turbin angin ini terdapat sebuah generator yang

mengubah putaran generator tersebut menjadi energi listrik. Perangkat turbin angin ini memiliki dimensi

dengan diameter sudu adalah 1 meter, panjang sudu adalah 50 cm, lebar sudu adalah 50 cm, dan tinggi

keseluruhan turbin adalah 200 cm. Perangkat turbin angin ini menggunakan 4 buah blade berbentuk

vertikal. Penelitian ini dilakukan pengujian dengan membandingkan kecepatan angin pada saat pagi dan

malam hari. Hasil yang didapat adalah pada saat pagi kecepatan angin yang paling cepat terjadi pada pukul

10.30 dengan hasil 6,3 m/s, tegangan output 13,3 VDC dan arus 1,20 A dan hari kedua adalah pada pukul

15.30 dengan hasil 6,4 m/s, tegangan output 14,66 VDC dan arus 2,05 A. Perangkat ini mampu

menghidupkan 4 buah LED dengan total daya adalah 20 watt.

Kata kunci: Turbin , Tegangan AC ke DC, Kecepatan Angin, RPM

ABSTRACT

Wind energy is one of the abundant, environmentally friendly and renewable resources that has the

potential to be developed. Wind turbine technology offers an effective solution to eliminate dependence on

the use of fossil energy sources. In this research a prototype of Savonius four-blade wind turbine power

plant was designed to become a new technology in producing electrical energy. This research was carried

out at the Laboratory Faculty of Engineering's of University of Maritime Raja Ali Haji and tested at

Tanjung Siambang Beach, Dompak Island. The work method of this prototype savonius wind turbine power

plant prototype begins by utilizing wind speed so that the turbine can rotate. In this wind turbine there is a

generator that converts the generator rotation into electrical energy. This wind turbine device has

dimensions with blade diameter of 1 meter, blade length is 50 cm, blade width is 50 cm, and the overall

height of the turbine is 200 cm. This wind turbine device uses 4 vertically shaped blades. This research was

conducted by comparing the speed of the wind at morning and night. The results obtained are at the

morning the fastest wind speed occurs at 10.30 with the results of 6.3 m / s, the output voltage of 13.3 VDC

and the current of 1.20 A and the second day the fastest wind speed occurs at 15.30 with a result of 6,4 m /

s, output voltage 14.66 VDC and current 2.05 A. This device is able to turn on 4 LEDs with a total power of

20 watts.

Keywords: Turbine, AC voltage to DC, Wind Speed, RPM

1. PENDAHULUAN

Indonesia adalah negara yang memiliki

sumber daya energi yang sangat melimpah, salah

satunya adalah sumber energi angin. Indonesia

yang merupakan negara kepulauan dan salah satu

negara yang terletak di garis khatulistiwa

merupakan faktor, bahwa Indonesia memiliki

potensi energi angin yang melimpah. Pada

dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu

antara udara panas dan dingin.

Kebutuhan energi dewasa ini kian

meningkat baik di negara maju maupun negara

berkembang seperti Indonesia. Diketahui bahwa

lebih dari 82% konsumsi energi komersial berasal

dari minyak bumi maka suatu saat Indonesia akan

mengalami krisis energi (Sam dan Patabang, 2005).

mailto:[email protected]




Penelitian selanjutnya pernah dilakukan

Haqqi, dkk (2013), yaitu melakukan penelitian

tentang rancang bangun turbin angin vertikal jenis

savonius dengan variasi jumlah blade

terintegrasi circular shielduntuk memperoleh daya

maksimum.

Penelitian ini dirancang dengan

menggunakan jumlah sudu yang bervariasi yaitu 2,

3 dan 4 dengan ketinggian turbin 36 cm dan

diameter 21 cm. Hasil yang didapatkan

dariturbinkonvensional menggunakan 2 sudu

denganadanya circular shield memperlihatkan

performa yang baik dibandingkan dengan turbin

angin yang menggunakan 3 dan 4 sudu. Nilai RPM

maksimum yang mampu dihasilkan oleh turbin 2

sudu adalah 225 RPM sedangkan nilai RPM turbin

angin dengan menggunakan 3 sudu adalah 210

RPM dan oleh turbin angin 4 sudu adalah 205

RPM, nilai RPM ini meningkat bila dibandingkan

dengan tanpa menggunakan circular shield Energi

angin merupakan salah satu sumber daya yang

berlimpah, ramah lingkungan dan bersifat

renewable sehingga berpotensi untuk

dikembangkan. 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)

(Hicary, 2016).

Perkembagan energi angin di Indonesia

untuk saat ini masih tergolong rendah. Salah satu

penyebabnya adalah karena kecepatan angin rata-

rata di wilayah Indonesia tergolong kecepatan

angin rendah, yaitu berkisar antara 3 m/s hingga 5

m/s sehingga sulit untuk menghasilkan energi

listrik dalam skala besar (Yusuf Ismail Nakhoda,

Chorul Saleh 2015).

Pengembangan energi terbarukan dapat

dijadikan unggulan untuk mendampingi atau

mensubstitusi penggunaan bahan bakar minyak.

Pengkajian energi ini mutlak dilakukan agar tidak

terjadi krisis energi. Salah satu pemanfaatan energi

terbarukan yang saat ini memiliki potensi besar

untuk dikembangkan adalah energi angin (Yusuf

Ismail Nakhoda, Chorul Saleh 2015).

Berdasarkan permasalahan yang dihadapi,

penulis ingin bermaksud mengembangkan proses

pembangkit listrik yang memanfaatkan angin yang

ada di lingkungan sekitar sebagai sumbernya.

Dalam tugas akhir ini peneliti merancang alat yang

berjudul perancangan prototipe pembangkit listrik

turbin angin empat blade tipe savonius. Alat turbin

angin tipe savonius ini diharapkan dapat

menghasilkan energi listrik pada kondisi saat angin

rendah.

II. KAJIAN LITERATUR

Penelitian terkait tentang perancangan

turbin angin tipe savonius L sumbu vertikal,

pernah dilakukan oleh Darmawan (2015).

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

spesifikasi turbin angin dengan menggunakan 4

blade serta sudut blade sebesar 30°. Metode yang

digunakan dalam penelitian ini yaitu

menggunakan metode pengukuran kecepatan

angin serta RPM (Rotor Per Menit) yang

dihasilkan oleh turbin dan kemudian

menambahkan motor AC serta pembebanan agar

diketahui berapa daya (watt) yang dihasilkan oleh

turbin. Hasil yang diperoleh dari penggukuran

yang telah dilakukan didapati nilai cut in speed

sebesar 1,7 m/s dengan nilai RPM (Rotasi Per

Menit) pada kecepatan angin 5,5 m/s adalah 74,4

RPM dan turbin mampu menyalakan beban

sebesar 3 watt.

Mahendra, dkk (2013), melakukan

penelitian tentang pengaruh jumlah sudu terhadap

unjuk kerja turbin angin savonius tipe L.

Penelitian ini menggunakan metode penelitian

eksprimental (exprimental research), dengan

memvariasikan jumlah sudu (2,3 dan 4) dengan

variabel bebas kecepatan angin pada wind tunnel

dari kecepatan 3 m/s, 5 m/s dan 7 m/s, sedangkan

variabel berikatnya adalah torsi, daya poros dan

efisiensi. Hasil pengujian dan analisis

perhitungan menunjukan bahwa turbin angin

dengan jumlah sudu 3 mempunyai unjuk kerja

yang tinggi pada kecepatan angin 7 m/s diperoleh

BHP 0.267 watt, torsi 0.00398 Nm dan efisiensi

10.20 %. Sedangkan unjuk kerja paling rendah

didapati pada turbin dengan jumlah 4 sudu pada

kecepatan angin 7 m/s diperoleh BHP 0.191 watt,

torsi 0.00320 Nm dan efisiensi 4.95 % .

Pramana, Eko prayetno (2018),

Melakukan penelitian tentang sistem kamera

pengaman bawah laut berbasis teknologi cloud

computing Sebagai implementasi pemanfaatan

energi terbarukan

Terkait tentang perancangan solar tracker

untuk men-supply daya kamera monitoring

sistem keamanan perairan dan pulau terluar

pernah dilakukan oleh Jasriyanto dkk, (2016)

penelitian bertujuan untuk menggetahui Sumber

energi sangat bermanfaat untuk memberikan

kebutuhan daya bagi perangkat yang digunakan

di daerah pulau terluar yang tidak memiliki

jaringan listrik Perancangan solar tracker untuk

memenuhi kebutuhan daya kamera monitoring


menggunakan solar panel agar dapat memenuhi

kinerja perangkat monitoring tersebut. Sistem

solar tracker dirancang menggunakan teknologi

perubahan sudut permukaan solar panel dengan

pergerakan mengikuti waktu secara nyata

implementasi pemanfaatan energi terbarukan.

1. Energi Angin (Wind Energy)

Energi angin dapat disebut sebagai

pengubah dari energi surya. Sinar matahari

memanaskan tanah dan ini menyebabkan

atmosfer menjadi hangat. Ketika udara panas

naik, menggurangi tekanan atmosfer bumi dan

udara dingin ditarik untuk mengambil tempatnya,

udara dingin ini disebut angin. Udara

mengandung massa dan ketika bergerak, energi

ini dapat diubah menjadi berbagi jenis seperti

energi mekanik atau listrik yang bisa gunakan

untuk dalam berbagai jenis-jenis turbin angin

(Sutarno, 2013).

Secara umum kecepatan angin rata-rata

tahunan di wilayah-wilayah Indonesia tergolong

rendah, yakni berkisar 3 m/s hingga 4 m/s, seperti

yang dapat dilihat dalam Gambar 1, sehingga

kurang menguntungkan bila dipakai sebagai

Sumber energi untuk pembangkit listrik. Namun

terdapat pula beberapa wilayah di Indonesia yang

memiliki kecepatan angin tahunan rata-rata di

atas 4,5 m/s, diantaranya adalah Nusa Tenggara

Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan,

Sulawesi Utara, Maluku Tenggara dan Barat serta

pantai selatan Jawa, demikian hasil pemetaan

Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional

(Lapan) (Rines, 2016).

2. Turbin Angin

Turbin angin adalah sebuah sistem yang

berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin

menjadi energi mekanik. Energi angin dikonversi

sebagian menjadi energi putar oleh rotor. Dengan

atau tanpa roda gigi, putaran rotor tersebut

biasanya digunakan untuk memutar generator

yang akan menghasilkan energi listrik (Bayu

Mahendra, 2013).

a. Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin sumbu horizontal (TASH)

memiliki poros rotor utama dan generator listrik

di puncak menara. Turbin berukuran kecil

diarahkan oleh sebuah baling-baling angin yang

sederhana, sedangkan turbin berukuran besar

pada umumnya menggunakan sebuah sensor

angin yang digandengkan ke sebuah servo motor.

Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang

mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi

lebih cepat berputar (Putranto dkk, 2011)

.

Gambar 1.TurbinAnginSumbu Horizontal

(Sumber : Fitria Yulinda, 2009)

b. Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin angin sumbu vertikal atau tegak

(TASV) memiliki poros atau sumbu rotor utama

yang disusun tegak lurus dengan sudu turbin.

Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak

harus yang dibuat untuk menghasilkan gaya

angkat dan gaya dorong pada saat tertentu yang

dimanfaatkan oleh turbin angin. Gaya dorong

yang dihasilkan oleh sudu inilah yang kemudian

dimanfaatkan menghasilkan torsi. Besar kecilnya

gaya angkat yang terjadi akan berubah-ubah

tergantung desain sudu dan kondisi operasinya

(Dharma, 2016).

Gambar 2.Turbin Angin Sumbu Vertikal

(Sumber : Dewi, 2010)

Pada rotor Savonius, angin yang

berhembus salah satu bilah rotor diharapkan lebih

banyak mengalir ke bilah rotor lainnya melalui

celah di sekitar poros sehingga menyediakan

daya dorong tambahan pada bilah rotor ini,

akibatnya rotor dapat berputar lebih cepat. Pada

bentuk rotor Savonius setengah lingkaran

(Savonius U), aliran udara di kedua sisi bilah

sama besar, sementara pada rancangan kedua

(Savonius L) aliran udara pada sisi bilah yang

lurus lebih besar dibandingkan pada sisi bilah

lengkung seperempat lingkaran (Soelaiman,

2006).


Gambar 4. Sudu Savonius

(Sumber:Soelaiman, 2006)

3. Perisip Kerja Turbin angin

Energi angin yang memutar turbin angin

kemudian memutar sudu turbin, lalu diteruskan

untuk memutar rotor pada generator. Generator

merubah energi gerak menjadi energi listrik

dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros

pada generator dipasang dengan material

ferromagnetik permanen. Setelah itu pada bagian

sekeliling poros terdapat stator yang bentuk

fisikanya adalah kumparan-kumparan kawat.

Ketika poros generator mulai berputar maka

terjadi perubahan fluks pada setator yang

akhirnya perubahan fluks akan dihasilkan

tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan

arus listrik yang dihasilkan disalurkan melalui

kabel jaringan listrik (Ruzita Sumiati, 2012).

Gambar 3. Perisip Kerja Pembangkit Tenaga

Angin

(Sumber : Ruzita Sumiati, 2013)

4. Generator

Generator adalah suatu alat atau sistem

yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi

tenaga listrik dan menghasilkan tenaga listrik

bolak-balik atau tenaga listrik searah.Pada

dasarnya prinsip kerja generator arus bolak –

balik maupun arus searah adalah sama, perbedaan

terletak di cincin yang digunakan Generator

berfungsi untuk mengubah energi mekanik yang

dihasilkan oleh turbin angin savonius menjadi

energi listrik. Generator dilengkapi dengan

sebuah exciter yang berfungsi untuk mensuplai

arus pada rotor supaya menjadi elektromagnet.

(Andawani Lumbanraja dkk 2017).

Prinsip kerja generator DC sama dengan

generator AC. Namun, pada generator DC arah

arus induksinya tidak berubah. Hal ini

disebabkan cincin yang digunakan pada generator

DC berupa cincin belah (komutator). Komutator

menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa

komutasi merubah arus yang dihasilkan generator

menjadi arus searah. Generator DC terdiri dua

bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang

diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC

yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka

motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan

terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari

komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros

rotor (Ganda Sirait, 2017).

Gambar 5. Perinsp KerjaGenerator

(Sumber:Ganda Sirait, 2017)

5. Battery charge controller (BCC)

Battery Charge Controller merupakan

perangkat untuk mengatur proses pengisian dan

pengosongan baterai agar baterai terhindar dari

kerusakan. Jika baterai telah mencapai

maksimum dan masih dilakukan pengisian, maka

akan mengakibatkan penurunan tegangan dan

merusak sel-sel dalam baterai. Battery Charge

Controller (BCC) berfungsi untuk mengatur

regulasi pengisian dan pengosongan

baterai(Pangeran dan Akbar, 2014).

Menurut Dewi Githa Arum Sijabat (2019),

BCCU memiiliki dua tipe teknologi charger

controller yang sering digunakan yaitu :

a. (Pulse Width Modulation) PWM

Semua switching konverter menggunakan

bentuk output regulasi tegangan dikenal sebagai

Pulse Width Modulation (PWM). PWM adalah

bentuk gelombang kotak yang mempunyai waktu

aktif (Ton) dan waktu mati (Toff) dalam satu

periodenya. Dalam PWM juga dikenal dengan

perbandingan waktu saat waktu aktif dibagi

jumlah waktu dalam satu periode dikenal dengan

istilah duty cycle.

Gambar 6. Battery Charge Controller Tipe

PWM

(Sumber: Pangeran dan Akbar, 2014)


b. MaximumPower Point Tracking (MPPT)

MPPT adalah metode untuk

mendapatkan daya maksimum dari sebuah

Sumber energi pada berbagai kondisi

lingkungan dan kondisi beban. MPPT berfungsi

untuk meningkatkan energi yang dapat

ditransfer dari penggerak utama ke sistem

listrik. Fungsi utamanya adalah tepat untuk

pembangkit listrik skala kecil yang berdiri

sendiri tanpa memerlukan eksitasi dari luar.

Gambar 8.Battery Chage Controller

TipeMPPT

(Sumber: Pangeran dan Akbar, 2014)

6. Baterai

Baterai adalah sebuah sel listrik dimana

berlangsungnya proses elektrokimia yang

reversible (dapat berkebalikan) dengan

efisiensinya yang tinggi. Reaksi elektrokimia

reversibel adalah proses berlangsung proses

pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses

pengosongan) dan sebaliknya dari tenaga listrik

menjadi tenaga kimia (proses pengisian) dengan

cara proses regenerasi dari elektroda-elektroda

yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus

listrik dalam arah polaritas yang berlawanan

didalam sel (Melyana Enjelita Girsang, Rozeff

Pramana, ST., MT 2017).

Prinsip kerja Baterai merupakan

perangkat yang mampu menghasilkan tegangan

DC, yaitu dengan cara mengubah energi kimia

yang terkandung didalamnya menjadi energy

listrik melalui reaksi elektro kimia, Redoks

(Reduksi–Oksidasi).

Gambar 7. Baterai Sebagai Penyimpan Energi

(Sumber:Jauharah, W. D. 2013).

7. Inverter

Inverter adalah perangkat elektronik yang

digunakan untuk menggubah arus searah (DC)

menjadi arus bolak balik (AC). Teknik yang

digunakan Inverter adalah teknik switching,

yakni dengan menyalakan dan mematikan switch

secara bergantian sehingga terbentuk pulsa atau

gelombang kotak dengan arah negatif dan positif.

Teknik switching digunakan dengan

memanfaatkan transistor BC 337, BC 327, dan

MOSFET IRF 540. Ketika dilakukan berkali-kali,

maka tegangan DC yang hanya lurus satu arah

akan berubah menjadi sebuah sinyal kotak

dengan kerapatan dan keregangan yang berbeda-

beda. Dengan metode PWM (Pulse Width

Modulation), kerapatan dan kerengangan tersebut

akan dibaca sebagai sinyal sinus (Wicaksono

dkk, 2015).

Gambar 9. Inverter

III. METODE PERANCANGAN

A. Perancangan Sistem dan Cara Kerja

Adapun perancangan sistem dan cara kerja

perangkat adalah sebagai berikut:

1. Perancangan Sistem

Sistem yang akan diteliti pada penelitian

ini dibagi menjadi 3 bagian yaitu bagian input

terdiri dari turbin angin, bagian proses terdiri

dari baterai charge controller (BCC)dan bagian

output terdiri dari baterai, inverter beban DC

(direct current), dan beban AC (alternating

current). Blok diagram secara umum dari

perangkat prototipe pembangkit listrik turbin

angin tipe Savonius ini ditampilkan pada

gambar 10 berikut.

Turbin Angin Generator

Baterai Charge Control (BCC) Beban DC

Baterai Inverter Beban AC

Gambar 10. Blok Diagram Secara Umum


Blok diagram pada gambar 15 merupakan

perangkat keras (hardware)yang digunakan di

dalam sistem. Selain itu juga terdapat beberapa

perangkat penunjang (hardware) yang terdiri dari

rangkaian pengubah tegang5n AC ke DC, lampu

LED dan lampu AC. Selanjutnya pada gambar 11

ditampilkan instalasi hardware perancangan sistem

turbin angin secara keseluruhan.

Gambar 11 . Instalasi Sistem Perancangan Turbin

Angin

2. Cara Kerja

B. Perancangan Perangkat

Dimensi Turbin angin tipe savonius yang

telah dirancang akan ditampilkan pada gambar

13.

Gambar 13. Perancangan Turbin Angin

Tipe Savonius

1. Perancangan Sudu (blade)

Sudu merupakan komponen terpenting

dalam sebuah turbin angin. Kontak sudu dengan

angin yang menyebabkan berputarnya sudu

adanya gaya drag dan lift.

(a). Tampak Samping (b). Tampak Atas

Gambar 14. Perancangan Sudu (blade)

Gambar 14 merupakan sudu turbin angin

tipe savonius yang akan dirancang. Pembuatan

sudu turbin angin menggunakan material dari plat

alumunium. Alumunium memiliki beberapa

kelebihan antara lain memiliki daya tahan kuat,

mudah dibentuk dan banyak dijual dipasaran.

Dalam perancangan alat, ukuran sudu dirancang

dengan dimensi : panjang 50 cm, lebar 50 cm dan

diameter 43 cm dengan kelengkungan 30°.

2 . Tabel SpesifikasiTurbin

Jenis Turbin Savonius SumbuVertical Jenis sudu Lengkung L

Jumlah Sudu 4 Sudu

Panjang sudu 50 cm Lebar Sudu 50 cm Diameter Sudu 43 cm Diameter poros 5 cm

C. Flowchart Penelitian

Diagram alur penelitian merupakan

langkah-langkah yang dilakukan untuk

menjalankan penelitian. Diagram alur tersebut akan

menjadi acuan pengerjaan penelitian sebagai

landasan proses kerja. Diagram alur pada penelitian

ini akan ditampilkan dalam bentuk flowchart

seperti pada gambar 15.

Gambar 15. Diagram Alur Penelitian


A. Perangkat pengujian

Perangkat pengujian diperlukan untuk

mengetahui nilai yang dikeluarkan oleh masing-

masing perangkat. Perangkat pengujian yang

digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada

tabel 7.

Tabel 7. Alat ukur pengujian

N

o

Item Fungsi Jumla

h

1. Multimeter Mengukurteganganlist

rik

1

2. Anemomet

er

Mengukurkecepatana

ngin

1

3. Tachomete

r

Mengukurputaranturb

in

1

B. Pengujian Sistem

Pengujian sistem dilakukan untuk

mengetahui apakah setiap perangkat berfungsi

dengan baik. Pengujian dilakukan terhadap

perangkat-perangkat sebagai berikut :

1.Turbin angin 4. Battery

2.Generator 5. Inverter

3.Battery charging controller 6.Lampu

1. Pengujian Turbin Angin

Pengujian turbin angin dilakukan dengan

mengukur kecepatan angin dan RPM pada turbin

dan generator. Pengujian tersebut dilakukan pada

pagi sampai sore hari dari jam 08.00 Wib sampai

dengan jam 16.00 Wib dan dengan sistem

pengambilan data 30 menit sekali.

a. Pengujian turbin angin hari pertama

pagi hari sampai sore hari

Pengujian tubin angin dilakukan dengan

mengukur kecepatan angin, RPM turbin, RPM

generator, tegangan VDC, Arus dan baterai pada

hari pertama dapat dirata-ratakan dan ditampilkan

dalam bentuk tanel yang terlihat pada tabel 8.

Tabel 8. Rata-rata Hasil Pengujian Pada Hari

Pertama

Tabel 8 menampilkan hasil rata-rata dari

pengujian turbin angin pada hari pertama dan

didapati hasil pengukuran kecepatan angin yang

terukur adalah 4,26 m/s, rpm turbin yang terukur

42,82 m/s, rpm generator 266 m/s, tegangan VDC

12,25 V, arus yang terukur adalah 0,78 A, daya

yang terukur 8,43 W sedangkan baterai yang

terukur adalah 11,24 V. Selanjutnya untuk hasil

pengujian turbin angin pada hari pertama akan

ditampilkan dalam bentuk grafik yang mana hasil

pengujian hari pertama dapat dilihat pada gambar

26. Sedangkan untuk hasil pengukuran dalam

bentuk tabel secara keseluruhan terdapat pada

tabel lampiran 1.

Gambar 16. Grafik Hasil Pengukuran Kecepatan

Angin (a), RPM Turbin (b), RPM Generator (c),

Tegangan VDC (d), Arus (e), daya (f), dan baterai

(g) Pada Hari Pertama

Gambar 16 menjelaskan hasil pengukuran

turbin angin terhadap kecepatan angin yang

terukur 5,7 m/s dan masih stabil, rpm turbin yang

terukur 67 m/s, rpm generator 609 m/s, tegangan

vdc yang terukur 12,8 volt, arus yang terukur 1,04

A, Daya yang terukur 13 W dan baterai yang

terukur sebesar 12 volt pada pengujian hari

pertama.

b. Pengujian turbin angin hari kedua pagi

hari sampai sore hari







Kedua

Tabel 9 menampilkan hasil rata-rata dari pengujian

turbin angin pada hari kedua dan didapati hasil

pengukuran kecepatan angin yang terukur adalah

4,95 m/s, rpm turbin yang terukur 149 m/s, rpm

generator 265 m/s, tegangan VDC 13,12 V, arus

yang terukur adalah 1,52 A, Daya yang terukur

adalah 20,64 W sedangkan baterai yang terukur

adalah 12,81 V. Selanjutnya untuk hasil pengujian

turbin angin pada hari kedua akan ditampilkan

dalam bentuk grafik yang mana hasil pengujian

kecepatan

angin( m/s)

RPM

Turbin

RPM

Generator

Tegangan

(VDC) Arus(A)

Daya

(W) Baterai

4,95 149 265 13,12 1,52 20,64 12,81

kecepatan

angin( m/s)

RPM

Turbin

RPM

Generator

Tegangan

VDC Arus(A)

Daya

(W) Baterai

4,26 42,82 266 12,25 0,78 8,43 11,24


hari kedua dapat dilihat pada gambar 17.

Sedangkan untuk hasil pengukuran dalam bentuk

tabel secara keseluruhan terdapat pada tabel

lampiran 2.

Gambar 17. Grafik Hasil Pengukuran Kecepatan

Angin (a), RPM Turbin (b), RPM Generator (c),

Tegangan VDC (d), Arus (e), Daya (f) dan baterai

(g) Pada Hari Kedua

Dari tabel 9 serta grafik pada gambar 17

menjelaskan hasil pengukuran turbin angin

terhadap kecepatan angin yang terukur 6,3 m/s dan

masih stabil, rpm turbin yang terukur 203 m/s,

rpm generator 540 m/s, tegangan vdc yang terukur

13,9 volt, arus yang terukur 2,59 A, Daya yang

terukur 33,21 W dan baterai yang terukur sebesar

13,53 volt pada hari kedua.

c. Pengujian turbin angin hari ketiga pagi hari

sampai sore hari







Ketig

Tabel 10 menampilkan hasil rata-rata dari

pengujian turbin angin pada hari kedua dan

didapati hasil pengukuran kecepatan angin yang

terukur adalah 4,85 m/s, rpm turbin yang terukur

153 m/s, rpm generator 254 m/s, tegangan VDC

13,5 V, arus yang terukur adalah 1,07 A, Daya

yang terukur adalah 15,34 W sedangkan baterai

yang terukur adalah 13,11 V. Selanjutnya untuk

hasil pengujian turbin angin pada hari kedua akan

ditampilkan dalam bentuk grafik yang mana hasil

pengujian hari kedua dapat dilihat pada gambar 28.

Sedangkan untuk hasil pengukuran dalam bentuk

tabel secara keseluruhan terdapat pada tabel

lampiran 3.

Gambar 18. Grafik Hasil Pengukuran

Kecepatan Angin (a), RPM Turbin (b), RPM

Generator (c), Tegangan VDC (d), Arus (e), Daya

(f) dan baterai (g) Pada Hari Ketiga

Dari tabel 10 serta grafik pada gambar 28

menjelaskan hasil pengukuran turbin angin

terhadap kecepatan angin yang terukur 6,4 m/s dan

masih stabil, rpm turbin yang terukur 229 m/s,

rpm generator 394 m/s, tegangan vdc yang terukur

14,64 volt, arus yang terukur 2,31 A, Daya yang

terukur adalah 33,81 W dan baterai yang terukur

sebesar 13,98 volt pada hari ketiga.

2. Pengujian Inverter

Pada penelitian ini Inverter berfungsi

mengubah tegangan DC dari sebuah battery

menjadi tegangan bolak balik (AC). Inverter

umumnya terdapat pada barang elektronika rumah

tangga.

a. Pengujian Inverter Hari Pertama

Pengujian Inverter pada hari pertama

dengan tidak menggunakan beban dan

menggunakan beban. Proses pengujian dapat

dilihat pada gambar 19.

Gambar 19. Pengujian Inverter

tanpa beban (a), pengujian Inverter

menggunakan beban (b) hari pertama.

Gambar 29 menjelakan hasil pengujian

Inverter tanpa beban dengan tegangan yang

kecepatan

angin( m/s)

RPM

Turbin

RPM

Generator

Tegangan

VDC Arus(A)

Daya

(W) Baterai

4,85 153 254 13,5 1,07 15,34 13,11


dihasilkan 226 Volt (a), sedangkan hasil pengujian

Inverter menggunakan beban hasil yang terukur

204 Volt (b). Dari hasil pengujian Inverter dapat

digunakan dengan baik karena tegangan output

sesuai range antara 200 – 220 VAC untuk

digunakan pada beban.

b. Pengujian Inverter Hari Kedua

Pengujian Inverter pada hari kedua

dengan tidak menggunakan beban dan

menggunakan beban. Proses pengujian dapat

dilihat pada gambar 30.

Gambar 20. Pengujian Inverter tanpa beban

(a), pengujian Inverter menggunakan beban (b)

hari kedua.









Gambar 21. Pengujian Inverter tanpa beban (a),

pengujian Inverter menggunakan beban (b) hari

ketiga.









3. Pengujian Battery

a. Pengisian Battery Hari Pertama

pengisian battery hari pertama mendapat input

dari BCC. Kondisi battery sebelum pengecasan

adalah 10,51VDC dan setelah pengecasan 12,65

VDC. peroses pengisian battery hari pertama di

lihat pada gambar 22

Gambar 22 . Pengujian pada battery pada

hari pertama

b. Pengisian Battery Hari kedua

pengisian battery hari pertama mendapat input

dari BCC. Kondisi battery sebelum pengecasan

adalah 11,83VDC dan setelah pengecasan 13,53

VDC. peroses pengisian battery hari pertama di

lihat pada gambar 23.

Gambar 23 . Pengujian pada battery pada hari

kedua

c. Pengisian Battery Hari ketiga

pengisian battery hari pertama mendapat

input dari BCC. Kondisi battery sebelum

pengecasan adalah 11,98 VDC dan setelah

pengecasan 13,98 VDC. peroses pengisian battery

hari pertama di lihat pada gambar 24.

Gambar 24. Pengujian pada battery pada hari

ketiga

C. Analisis dan Pembahasan

Kecepatan angin sangat berpengaruh terhadap

putaran motor. Semakin kencang angin maka

putaran motor akan semakin kencang. kapasitas

baterai juga menentukan banyaknya energi yang

dapat di simpan. Dari hasil pengujian didapat

antara lain:


a. Putaran turbin hari pertama kecepatan

angin 5,5 m/s bisa menghasilkan tegangan 12,8

VDC, arus 1,04 A, Daya 8,43 W dan hari ke dua

6,3 m/s bisa menghasilkan 13,3 VDC, arus 1,20

A , Daya 20,64 W, Hari ketiga 6,4 m/s bisa

menghasilkan tegangan 14,66 VDC, Arus 2,05 A,

Daya 15,34 W.

b. Perangkat turbin angin mampu Charging aki ±

2,07 VDC dari jam 08.00 WIB sampai 16.00

WIB.

1. Estimasi Lama penggunaan battery

Apabila daya beban yang digunakan adalah

sebuah lampu dengan daya 5W dan akan

digunakan sebanyak 4 buah lampu maka total daya

yang digunakan:

Pbeban = 4 x 5W

= 20W

Battery yang digunakan 12V dengan arus

40Ah maka daya battery:

Pbattery = 40Ah x 12V

Pbattery = 480Wh

Lama penggunaan battery pada

perangkat ini dengan menggunakan

battery 12V 40Ah ini adalah :

h = 480 Wh / 20 W

= 24h

Dari perhitungan diatas, maka

lama penggunaan battery dapat

digunakan selama 24 jam.

2. Kelebihan perangkat

a. Turbin angin tidak memerlukan bahan bakar

untuk beroperasi, angin hanya diperlukan

sebagai pemutar turbin angin untuk

menghasilkan listrik.

b. Turbin angin dapat berguna untuk

menyediakan listrik terutama daerah Pesisir

yang sulit dijangkau PLN.

c. Sumber daya perangkat menggunakan sumber

daya mandiri tidak menggunakan sumber

daya PLN

d. Mudah dalam mengoperasikananya.

3. Kekurangan Perangkat Perancang prototipe pembangkit listrik turbin

angin empat blade tipe savonius ini memiliki

kekurangan yaitu :

a. Penempatan turbin angin harus di tempat

yang luas (tidak terlindung).

b. kecepatan anginnya masih naik turun belum

setabil

c. hasil arus yang di hasilkan pada hari pertama,

kedua dan ketiga hasilnya berbeda-beda

V. KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini akan dipaparkan kesimpulan dan

saran yang didapat dari hasil penelitian.

A. Kesimpulan

Hasil penelitian yang telah dilakukan dapat

disimpulkan sebagai berikut.

1. Turbin angin tipe savonius berhasil dirancang

dengan spesifikasi turbin yang terdiri dari empat

buah sudu dengan diameter sudu 1 meter,

panjang sudu 50 cm, lebar sudu 50 cm, tinggi

turbin 200 cm.

2. Kecepatan angin hari pertama hasil pengukuran

kecepatan angin yang terukur adalah 4,26 m/s,

rpm turbin yang terukur 42,82 m/s, rpm generator

266 m/s, tegangan VDC 12,25 V, arus yang

terukur adalah 0,78 A, Daya yang terukur8,43

watt sedangkan baterai yang terukur adalah 11,24

V.

3. Kecepatan angin hari kedua hasil pengukuran


rpm turbin yang terukur 149 m/s, rpm generator


terukur adalah 1,52 A, Daya yang terukur 20,64

sedangkan baterai yang terukur adalah 12,81 V.

4. Kecepatan angi hari ketiga hasil pengukuran


rpm turbin yang terukur 149 m/s, rpm generator


terukur adalah 1,52 A,Daya yang terukur 15,34

watt sedangkan baterai yang terukur adalah 12,81

V.

5. Penambahan beban lampu mempengaruhi

tegangan dan arus yang dihasilkan batteri.

B. Saran

Adapun saran untuk melanjutkan penelitian ini

adalah sebagai berikut.

1. Alat yang dirancang masih berupa prototype

sehingga perlu pengembangan agar dapat

diaplikasikan pada kondisi sebenarnya.

2. Menggunkan daya generator yang lebih besar.

3. Menguji turbin pada kecepatan angin yang lebih

tinggi

DAFTAR PUSTAKA

Airlangga Guruh Pratama,.2012. Perancangan

Kincir Angin Tipe Axial Sebagai

Pembangkit Tenaga Lisrik,Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Andawani Lumbanraja, Rozeff Pramana, ST.,

MT., Deny Nusyirwan, ST., M.Sc., 2017.

Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga


Gelombang Permukaan Laut Pada Kelong,

Universitas Maritim Raja Ali Haji.

Chairul Hudaya,.2011. Peranan Riset Baterai

Sekunder dalam Mendukung Penyediaan

Energi Bersih Di Indonesia 2025,

Advanced Energy Materials Processing

Laboratory Energy Storage Research

Center Korea Institute of Science and

Technology (KIST)

DarmawanH,. 2015. turbin angin dengan

menggunakan 4 blade serta sudut blade

sebesar 30, Universitas Maritim Raja Ali

Haji..

Dewi, L.M., 2010, Analisis Kinerja Turbin Angin

Poros Vertikal Dengan Modifikasi Rotor

Savonius L Untuk Optimasi Kinerja

Turbin, Skripsi, Universitas Matematika

dan Ilmu Pengatahuan Alam Universitas

Sebelas Maret, Surakarta.

Dewi Githa Arum Sijabat., 2019, Pengujian Mpptm

(Maximum Power Point Tracking) Alat

Cas Baterai Tenaga Matahari Komersial

Tipe 20a, skripsi, Fakultas Matematika

Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Sumatera Utara Medan.

Ganda Sirait, 2017, Perancangan Sumber Energi

Listrik Mini Untuk Peralatan Rumah

Tangga, Universitas Putera Batam (Upb),

Batam.

Haqqi,M.H dkk 2013,, Tentang Rancang Bangun

Turbin Angin Vertikal Jenis Savonius

Dengan Variasi Jumlah Blade Terintegrasi

Circular ShieldUntuk Memperoleh Daya

Maksimum.,Institut Teknologi Sepuluh

Nopember (Its)

Hicary. 2016, Analisis Pengaruh Jumlah Sudu Pada

Turbin Angin Savonius Sumbu Vertikal

Terhadap Tegangan Dan Arus Di Dalam

Proses Pengisian Akumulator, Teknik

Fisika, Universitas Telkom

Jasriyanto, Rozeff Pramana, Eko Prayetno., 2016.

Prancangan solar tracker untuk men-

supply daya kamera monitoring system

keamanan perairan pulau terluar,

Universitas Maritim Raja Ali Haji

Jauharah, W. D. 2013. AnalisisKelistrikan yang

Dihasilkan LimbahBuah dan Sayuran

sebagai EnergiAlternatif Bio-baterai,

Skripsi,Jurusan Fisika, Universitas

Jember.

Mahendra, B., Rudi.S., Djoko, S., 2013, Pengaruh

Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja

Turbin Angin Savonius Type L,

Universitas Barawijaya, Malang.

Marizka Lustia Dewi, 2010.Analisis Kinerja

Turbin Angin Poros Vertikal

Denganmodifikasi Rotor Savonius L

Untuk Optimasi Kinerjaturbin, Skripsi

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Melyana Enjelita Girsang, Rozeff Pramana, ST.,

MT., 2017. Prototipe Hibrid Panel Surya

Dan Turbin Angin Untuk Menyediakan

Daya Kamera Pemantauan Bawah Laut Di

Kepulauan Riau, Universitas Maritim Raja

Ali Haji

Napitupulu, F.H., Mauritz,F., 2013, Uji

Eksperimental Dan Analisis Pengaruh

Variasi Kecepatan Dan Jumlah Sudu

Terhadap Daya Dan Putaran Turbin Angin

Vertikal Axial Savonius Dengan

Menggunakan Sudu Pengarah.

Departemen Teknik Mesin, Universitas

Sumatera Utara.

Pangeran dan Akbar, H. 2014. Perancangan Alat

Dan Modul Praktikum Pembangkit Listrik

Tenaga Surya. Other thesis, Universitas

Negeri Gorontalo

Putranto. 2011, Rancang Bangun Turbin Angin

Vertikal Untuk Penerangan Rumah

Tangga, Universitas Diponegoro

Rines. 2016. Unjuk Kerja Model-Model Kincir

Angin Savonius Dua Tingkat

Dengan Kelengkungan Sudu

Termodifikasi,Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Rozeff Pramana, Armanto Simanjuntak. 2013.

Pengontrolan Suhu Air Pada Kolam

Pendederan dan Pembenihan Ikan Nila

Berbasis Arduino. Jurnal Sustainable.

04(01).

Rozeff Pramana, Eko Prayetno., 2018. Sistem

Kamera Pengamatan Bawah Laut Berbasis

Teknologi Cloud Computing, Jurnal

Sustainable. 07(02): 70-77

Rozeff Pramana. 2018. Perancangan Sistem

Kontrol dan Monitoring Kualitas Air dan

Suhu Air Pada Kolam Budidaya Ikan.

Jurnal Sustainable. 07(01):13-23.

Universitas Maritim Raja Ali Haji

Rozeff Pramana, Reinhard Nababan. 2019.

Perancangan Perangkat Penghitung

Jumlah Penumpang Pada Kapal Komersial

Menggunakan Mikrokontroller. Jurnal

Sustainable. 08(01):18-29.

Ruzita Sumiati, Aidil Zamri 2013. Rancang

Bangun Miniatur Turbin Angin

Pembangkit Listrikuntuk Media

Pembelajaran,Staf Pengajar Jurusan

Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang.


Sam Dan Patabang., 2005. Studi Potensi Energi

Angin Di Kota Palu Untuk

Membangkitkan Energi Listrik

Universitas Tadulako, Palu

Sutris asatri, Rozeff pramana, Deny nusyirwan,

2014, Kran air wudhu’ otomatis berbasis arduino

atmega 328, Skripsi. Universitas Maritim Raja Ali

Haji, Tanjungpinang.

Sutarno. Ir.,M,Sc,. 2013.Sumber Daya Energi,

Yogyakarta; Graha Ilmu.

Soelaiman, F., Tandian, Nathanael P., dan Rosidin,

N., 2006. Perancangan, Pembuatan dan

Pengujian Prototipe SKEA Menggunakan

Rotor Savonius dan Windside untuk

Penerangan Jalan Tol; Bandung. ITB

Wicaksono, R 2015. Inverter Direct Current to

Alternating Current (DC-AC) sebagai

Optimasi Pemanfaatan Pembangkit Listrik

Tenaga Surya di Kawasan Rawan

Bencana, Universitas Gadjah MadaJalan

Grafika No.2 Yogyakarta

Wahyu Purnomo 2010.Pengisi Baterai Otomatis

Dengan Menggunakan Solar

Cell.Universitas Gunadarma, Margonda

Raya 100 Depok.

Yusuf Ismail Nakhoda, Chorul Saleh 2015,

Rancang Bangun Kincir Angin

Pembangkit Tenaga Listrik Sumbu

Vertikal Savonius Portabel Menggunakan

Generator Magnet Permanen,

Fakultasteknologi Industry, Institut

Teknologi Nasional Malang.

Yulinda,F.,2009,RancanganBangunSimulasiSistem

Hybrid Tenaga Surya Dan

TenagaAnginSebagaiCatuDaya Base

Transceiver Station (BTS) 3g.Skripsi.

Uiversitas Indonesia.

perancangan prototipe pembangkit listrik turbin angin ...repository.umrah.ac.id/4127/1/noppi...

Documents