Minggu, 06 Juni 2010

ALTERNATOR MOBIL SEBAGAI PENGGERAK PERAHU NELAYAN BERBASIS ENERGI ANGIN (WIND ENERGY)

ALTERNATOR MOBIL SEBAGAI PENGGERAK PERAHU NELAYAN BERBASIS ENERGI ANGIN (WIND ENERGY)

ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Karena generator yang biasa dipakai pada turbin merupakan barang yang sangat mahal, maka dipilih alternator mobil sebagai alat yang dapat digunakan untuk proses konversi energi angin menjadi energi listrik. Tujuan penelitian ini adalah bagaimana memanfaatkan alternator mobil sebagai penggerak perahu nelayan beserta dengan optimasi peletakannya pada perahu. Optimasinya nanti akan diselesaikan menggunakan metode IP (Integer Programming). Akan digunakan MATLAB untuk simulasinya yaitu pada tools GUI (Graphical User Interfaces) . Dalam simulasinya, akan ditunjukkan peletakan turbin yang optimal beserta daya maksimum yang dapat diperoleh turbin.

Kata kunci: Turbin, Generator, Alternator,optimasi peletakan.

I. PENDAHULUAN
Alam menyediakan banyak sumber daya yang bisa diolah menjadi energi alternatif. Angin termasuk salah satunya. Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Karena generator yang biasa dipakai pada turbin merupakan barang yang sangat mahal, maka dipilih alternator mobil sebagai alat yang dapat digunakan untuk proses konversi energi angin menjadi energi listrik. Tujuan penelitian ini adalah bagaimana memanfaatkan alternator mobil sebagai penggerak perahu nelayan beserta dengan optimasi peletakannya pada perahu. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Puji Setiono, Pendidikan Teknik Elektro S1 Universitas Negeri Semarang 2006, telah dipaparkan secara gamblang mengenai pemanfaatan alternator sebagai salah satu alternative untuk membuat suatu turbin angin yang efektif dan efisien. Dalam penelitian tersebut, dinyatakan bahwa berdasarkan hasil pengukuran dan pengamatan dari pemanfaatan alternator mobil sebagai pembangkit listrik tenaga angin, alternator mobil dapat mengeluarkan tenaga listrik DC dengan memanfaatkan tenaga angin. Dengan kecepatan angin sebesar 5,7 m/det sampai dengan 6,3 m/det akan memutar baling-baling yang menghasilkan kecepatan putaran alternator sebesar 120 rpm sampai dengan 210 rpm dan tegangan keluaran rata-rata sebesar 10,64 volt, arus sebesar 3,8 ampere, sehingga energi yang dikeluarkan perjam sebesar 40,4 Watt/jam.
Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana mewujudkan alternator mobil pada pembangkit listrik tenaga angin yang akan digunakan untuk menggerakan perahu nelayan dengan optimasi penempatan turbin. Sehingga diperoleh daya yang optimal.
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Dapat mewujudkan suatu alternator mobil sebagai penggerak perahu nelayan berbasis energi angin (wind energy).
2. Dapat mengetahui posisi turbin yang dapat menghasilkan daya optimal
3. Sebagai model hasil rekayasa untuk pengembangan alat kelautan dan perikanan.

II. ANGIN
Pada dasarnya, angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara wilayah yang satu dengan wilayah yang lain dipermukaan bumi. Perpindahan udara atau gesekan udara terhadap permukaan bumi inilah yang disebut angin[5].

III. TURBIN
Turbin angin atau kincir angin mengubah energi kinetik menjadi kerja mekanis. Untuk memproduksi arus bolak-balik (AC) sistem ini harus didesain untuk selalu beroperasi pada kecepatan sudut yang tetap pada kecepatan angin yang berubah-ubah agar diperoleh frekuensi yang konstan. Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik[1].
Berikut ini akan dijelaskan mengenai bagian-bagian turbin[10].
1. Sudu
Sudu merupakan bagian dari sebuah kincir angin berupa pelat yang rata. Bila sejumlah udara dengan kecepatan v bergerak melalui bidang seluas A (luas sudu).
2. Gearbox
Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah padakincir menjadi putaran tinggi.
3. Brake System
Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar.
4. Generator
Alat untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
5. Penyimpan Energi
Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi dua jenis turbin angin Propeller dan turbin angin Darrieus.
a. Turbin angin Propeller adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling-baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya.


Gambar 1. Turbin angin propeller
b. Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Keuntungan dari turbin angin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeller[12]. Namun, turbin angin ini tidak dapat memulai putarannya sendiri dan membutuhkan sebuah alat pembantu untuk putaran awal. Selain itu, turbin ini dipasang cukup dekat dengan permukaan tanah. Sehingga untuk mendapatkan energi yang cukup membutuhkan ukuran turbin yang cukup besar pula[3].

Gambar 2. Turbin angin darrieus

IV. PRINSIP PERUBAHAN ENERGI ANGIN MENJADI ENERGI LISTRIK
Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati turbin angin. Ketika melewati turbin angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang “hilang” ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar turbin angin, turbin angin ini terhubung dengan rotor dari generator. Generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik[2].

Gambar 3. Skema Sistem Konversi Energi Angin

V. ALTERNATOR [10]
Alternator berfungsi untuk merubah energi mekanik dan mesin menjadi energi listrik.

Gambar 4. Alternator


Bagian-bagian Alternator[8]
1. Rangka Stator
Rangka stator adalah salah satu bagian utama dari alternator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagianbagian alternator.
2. Stator
Stator terdiri dari stator core (inti) dan kumparan stator dan diletakkan pada frame depan dan belakang.
2. Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet.
3. Slepring atau cincin geser
Dibuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slepring ini berputar secara bersama–sama dengan poros (as) dan rotor.
4. Dioda
Dioda hanya dapat dialiri arus listrik secara satu arah saja. Sehingga diode dapat digunakan untuk menjadi penyearah arus.

VI. PRINSIP KERJA ALTERNATOR[10]
Alternator adalah salah satu komponen yang sangat penting. Alternator mobil ini mengeluarkan tenaga listrik AC dengan memanfaatkan putaran tenaga angin kemudian diubah menjadi tenaga listrik DC sebelum disuplay ke akumulator.


Gambar 5. Diagram blok sistem kerja alternator

Untuk lebih jelasnya lagi dibawah ini dijelaskan dari masing-masing blok diagram tersebut :
1. Baling-baling merupakan alat untuk menangkap perputaran angin
2. Alternator berfungsi mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.
3. Akumulator berfungsi untuk menyimpan energi listrik.
4. Beban merupakan perangkat yang memerlukan daya listrik agar dapat bekerja.

VII. MESIN PERAHU LISTRIK ALA SANTRI[11]
Para santri di Pondok Pesantren Sido Giri, Pasuruan, Jawa Timur berhasil membuat prototipe mesin perahu motor tempel bertenaga listrik. Dengan menggunakan mesin bertenaga listrik ini nelayan tidak perlu lagi membeli BBM. Mereka cukup mengisi atau charge listrik ke baterai besar atau aki sebagai sumber tenaga penggerak mesin.
Listrik sebagai sumber tenaga penggerak mesin ditampung dalam aki yang diisi atau di-charge menggunakan adaptor. Kapasitas listriknya sesuai dengan kekuatan aki tersebut. Daya aki yang dipakai sebesar 2.700 watt dan bisa bertahan selama 5-7 jam. Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi aki itu sekitar 10 jam. Saat listrik dari aki itu dinyalakan, akan menggerakkan roda gigi yang ada dalam mesin motor tempel itu. Roda-roda gigi yang berputar itu ikut memutar propeler atau baling-baling yang disambungkan melalui pipa panjang. Mesin motor tempel ini bisa mendorong perahu nelayan hingga mencapai kecepatan 20 knot. Perputaran propeler atau baling-baling memiliki dua tingkatan kecepatan. Jika dipasang pada kecepatan rendah, energinya bisa bertahan lebih lama. Begitu juga sebaliknya.


Gambar 6 . Prototipe mesin perahu motor tempel bertenaga listrik.



VIII. PEMANFAATAN ALTERNATOR MOBIL SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN [10]

Berdasarkan hasil pengukuran dan pengamatan dari pemanfaatan alternator mobil sebagai pembangkit listrik tenaga angin, alternator mobil dapat mengeluarkan tenaga listrik DC dengan memanfaatkan tenaga angin. Dengan kecepatan angin sebesar 5,7 m/det sampai dengan 6,3 m/det akan memutar balingbaling yang menghasilkan kecepatan putaran alternator sebesar 120 rpm sampai dengan 210 rpm dan tegangan keluaran rata-rata sebesar 10,64 volt, arus sebesar 3,8 ampere, sehingga energi yang dikeluarkan perjam sebesar 40,4 Watt jam.

IX. OPTIMASI LADANG ANGIN[4]

1. Pemodelan Kedekatan Turbin
Model optimasi penempatan turbin berdasarkan kedekatannya adalah:
Maksimumkan
Untuk
formula IP1
K adalah himpunan semua kelompok maksimal dalam graph G. Masing-masing kelompok maksimal adalah subset dari V. Dimisalkan pula menotasikan besar daya pada vertex v, menotasikan posisi turbin pada vertex v, dan untuk vertex yang lain. Batas maksimum yang membatasi jumlah maksimum pembangunan turbin dalam ladang angin bernilai kurang dari atau sama dengan k.

2. Model Gangguan Turbin yang Lebih Baik
Model optimasi penempatan turbin berdasarkan gangguan antar turbin adalah:
Maksimumkan
Untuk

Sedangkan program untuk menampilkan simulasi optimasi penempata turbin tidak dicantumkan dalam makalah ini.

X. PENENTUAN DESAIN BALING – BALING
Berdasarkan pada beberapa penelitian sebelumnya, maka akan digunakan baling-baling dengan spesifikasi sebagai berikut:
1. Sudu berbentuk trapezium[7]
Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Holid Jajuli, akan dipilih bentuk sudu trapesium. Hal ini dikarenakan baling-baling dengan sudu berbentuk trapesium memiliki tingkat efisiensi yang relatif lebih tinggi dibandingkan bentuk lainnya.
2. Diameter baling-baling 1.5 m[10]
Agar didapatkan besar daya yang diinginkan, yaitu 40.4 watt/detik, maka digunakan baling-baling dengan diameter 1.5 m. Hal ini dikemukakan oleh Puji Setiono dalam skripsinya yang berjudul “Pemanfaatan Alternator Mobil Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Angin”.
3. Jumlah sudu 5 buah[7]
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Holid Jajuli juga diperoleh kesimpulan bahwa penggunaan baling-baling dengan sudu yang berjumlah 5 buah menghasilkan efisiensi daya yang lebih besar dibanding dengan yang berjumlah 4 buah atau 3 buah pada setiap bentuknya.
4. Bahan sudu adalah potongan pipa paralon tipis dengan rapat massa 1.662619 gram/cm3[6]
Kesimpulannya adalah dengan mengambil satu pembebanan pada nilai R = 99,3 ohm, didapat efisiensi daya pada kincir angin poros dengan gir untuk bahan daun fiber ( m1 =5,80 gr ) = 10,62 %, untuk bahan daun paralon tipis ( m2=10,48 gr ) = 15,27 %, dan untuk bahan daun paralon tebal ( m3 =20,23 gr ) =12,13 %.
5. Jarak antara ekor dan baling-baling adalah 1 m
6. Panjang tiang penyangga adalah 120 cm
XI. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa
1. Alternator dapat digunakan sebagai pengganti generator pada turbin.
2. Optimasi penempatan turbin dapat diperoleh dengan mengetahui diameter sudu turbin, koefisien dorong turbin, jarak di belakang hulu turbin, konstanta penyebaran angin, panjang kapal, lebar kapal, jumlah turbin dan data kecepatan angin.
5.2 Saran
Saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah mencari model kapal agar daya yang dihasilkan turbin dapat dioptimalkan. Termasuk didalamnya adalah mengenai ukuran kapal bahkan vahan kapal yang sesuai.

XII. DAFTAR PUSTAKA
[1]. Alamsyah,Hery. 2009. Pemanfaatan Turbin Angin Dua Sudu Sebagai Penggerak. Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Semarang
[2]. http://www.articlesnatch.com/ Bagaimana Bekerja Energi Angin: All The Facts
[3]. Denny Sindi Pratama.com/TURBIN. 21 Februari 2010
[4]. Donovan, S. 2009. Jurusan Teknik MIPA Universitas Auckland, Selandia Baru.
[5]. www.google.com/fisika_energi/Bab_6_ energi_angin. 21 Februari 2010
[6]. Jaeni , Mohammad. 2008 .Pengaruh Bentuk Dan Massa Daun Baling-Baling Pada Kincir Angin Pembangkit Daya Listrik Sebagai Model Pembelajaran Fisika Berbasis Penelitian Di Sma/Ma. Institut Teknologi Bandung Press.
[7]. Jajuli, Holid. 2009. Merancang Alat Pembangkit Listrik Tenaga Angin Sederhana. Institut Teknologi Bandung Press
[8]. ohi-kie.com/komponen alternator. 15 Maret 2010
[9]. otomotifnet.com/alternator.17 April 2010
[10]. Setiono, Puji. 2006. Pemanfaatan Alternator Mobil Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Semarang
[11]. Trobos.com/ Mesin Perahu Listrik Ala Santri. Edisi Mei 2009
[12]. www.wikipedia.com/turbin_angin. 15 Maret 2010

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar