Farid Rachman Azhari
1206227200
Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Perhitungan Momen pada Turbin Angin
Abstrak
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin
angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam
melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun
di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik
masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya
alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin
angin
masih
belum dapat
menyaingi
pembangkit
listrik
konvensonal
(Contoh:
PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam
waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak
terbaharui (Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan
listrik.
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Puji syukur saya panjatkan ke hadirat Allah S.W.T. yang telah memberi berbagai macam
nikmat, berupa nikmat iman, nikmat waktu hingga nikmat kesehatan hingga sampai saat ini
kita masih dalam keadaan sehat wal aafiat.
Tugas Besar yang telah saya selesaikan ini berjudul Perhitungan momen pada turbin angin
Software yang digunakan pada analisis ini adalah visual basic yang bertujuan untuk
memperudah perhitungan.
Ucapan terima kasih saya haturkan kepada:
1. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara, selaku dosen pengajar mata kuliah Komputasi Teknik yang
sudah memberi pemahaman mengenai software software yang digunakan untuk membantu
menyelesaikan tugas besar ini.
2. Kedua orang tua saya yang selalu mendukung dan mendoakan setiap usaha saya dalam
menyelesaikan tugas besar ini. Beranjak dari hal tersebut, saya sangat menyadari bahwa
masih banyak kekurangan saya dalam hal penyusunan Tugas Besar ini. Hal itu dikarenakan
keterbatasan kemampuan yang kami miliki. Maka dari itu, saya menerima segala bentuk
kritik dan saran yang bersifat membangun demi terciptanya kesempurnaan di masa
mendatang.
Depok, Mei 2014
Farid Rachman Azhari
Latar Belakang
Dewasa ini penggunaan sumber energi konvensional berupa minyak bumi semakin marak,
itu menyebabkan persediaan bahan bakar tersebut menipis. Disamping harga minyak bumi
yang semakin lama semakin mahal dikarenakan persediaan yang menipis, diperlukan
terobosan-terobosan baru dalam hal energi.
Sumber energi yang dapat dipertimbangkan salah satunya adalah turbin angin, dengan
memanfaatkan tenaga angin yang jumlahnya tak terbatas dan gratis. Dengan begitu
penghematan akan dirasa amat besar. Namun perlu juga dipikirkan biaya investasi yang
dibutuhkan untuk mendesain sebuat kincir angin yang sedemikian rupa memenuhi pra
syarat baik teknis maupun non teknis untuk beroperasi di Indonesia.
Tentunya tidak mudah mendesain sebuah kincir angin yang baik di segala aspek , butuh
dukungan dari pemerintah berupa dana, maupun kementrian riset dan teknologi untuk
menyediakan insinyur-insinyur yang ahli dalam bidang ini.
Dalam tugas ini penggunaan visual basic untuk menghitung momen adalah untuk
memudahkan, namun perhitungan momen ini barulah salah satu dari komponen yang harus
dihitung pada saat mendesain turbin angin yang baik.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar dibelakang di atas, perumusan masalah dalam tugas ini adalah
menghitung dan menganalisa momen pada turbin angin tersebut dengan dibantu software
visual basic dengan asumsi gaya hidrostatik dan gelombang air laut. Pada perhitungan ini
harus diketahui terlebih dahulu antara lain nilai drag koefisien dan inersia koefisien.
Batasan –batasan masalah:
1. Mengetahui tentang turbin angin secara umum
2. Mengetahui bagian-bagian turbin angin
3. Analisis perhitungan dengan Visual Basic
4. Perhitungan Moment pada monopile
Tujuan Penulisan
Mengetahui nilai moment yang ada pada turbin angin, ada beberapa nilai yang harus
diketahui jika ingin mendapatkan momen, yaitu nilai drag koefisien dan inersia koefisien
melalui software visual basic.
Visual basic sendiri sebenarnya adalah aplikasi bahasaa pemrograman yang dapat
membantu kita dalam berbagai perhitungan berupa metode iterasi dll. Perhitungan
pada turbin angin ini juga dapat diselesaikan melalui software visual basci ini.
Teori Dasar
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik
masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya
alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin
angin
masih
belum dapat
menyaingi
pembangkit
listrik
konvensonal
(Contoh:
PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam
waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak
terbaharui (Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan
listrik.
Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang
cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari
angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar
generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.
Terdapat berbagai macam sub-sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari
turbin angin, yaitu :
1. Gearbox
Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi.
Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.
2. Brake System
Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman
saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja
aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal
pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluar diguaan
akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak di
atasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran
berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak
dapat menahan arus yang cukup besar.
3. Generator
Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin.
Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat
dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada
salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material
ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya
adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai
berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi
perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus
listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan
oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa
AC(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal
4. Penyimpan energi
Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu
tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat
penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan
daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang
menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena
itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada
saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun.
Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi. Contoh
sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki
mobil. Aki mobil memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65
Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam pada daya 780
watt. Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya DC (Direct
Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya
AC
(Alternating
Current).
Oleh
karena
itu
diperlukan
rectifier-inverter
untuk
mengakomodasi keperluan ini
5. Rectifier-inverter
Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang sinusodal(AC) yang
dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika
dibutuhkan daya dari penyimpan energi(aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki
akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan
catu daya AC , maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan
oleh aki menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga.
Analisa dan Pembahasan
Analisa dan pembahasan berupa pembuatan coding pada software bahasa
pemrograman visual basic
Yang harus dibuat pertama kali adalah list box pada visual basic itu sendiri. List box ini
bersifat bebas, posisi list box, urutan, maupun gambar yang ada di tampilan nanti adalah
selera masing-masing.
Tampilan List Box
Coding pada visual Basic :
Private Sub cmdhitung_Click()
Dim rho, g, x, cd, U, Cmp, D, dudt, l As
Single
Dim mx, w As Single
‘ menghitung ombak
w2 = (1 / 2) * cd * U * U + (Cmp * ((3.14
* D) / 4) * dudt)
w = w1 + w2
‘input data
‘panjang monopile
l = TextBox9.Text
‘ densitas air laut
rho = TextBox1.Text
‘ gravitasi
g = TextBox2.Text
‘ kecepatan air laut
U = TextBox3.Text
‘ percepatan air laut
dudt = TextBox4.Text
‘ diameter
D = TextBox5.Text
‘ panjang monopile
x = TextBox6.Text
‘ koeffisien drag
cd = TextBox7.Text
‘ koefisien inersia
Cmp = TextBox8.Text
mx = w * (x ^ 2) / 2
Label2.Caption = mx
If x > l Then
MsgBox ” Titik moment yang ingin
dihitung (X) lebih besar dari panjang
monopile(L)”
Else
‘ menghitung besan statis
w1 = rho * g * x
End If
End Sub
Private Sub CommandButton1_Click()
Unload Me
End Sub
Private Sub UserForm_Activate()
TextBox1.Text = 1.2
TextBox2.Text = 9.8
TextBox3.Text = 25.6 ‘ m/s
TextBox4.Text = 3
TextBox5.Text = 2.1 ‘ m
TextBox7.Text = 0.65
TextBox8.Text = 1.6
End Sub
Screenshot setelah program di Run
Nilai yang dimasukkan oleh penulis adalah sebagai berikut;

Rhio air laut : 1,2

Gravitasi : 9,8

Kecepatan : 25,6

Percepatan : 3

Diameter : 2,1

Panjang Monopole : 2

Drag koefisien : 0,65

Inersia koefisien : 1,6

Tinggi air laut : 3
Dengan semua data input diatas didapat nilai moment adalah 488,849 Nm
Penutup
Kesimpulan

Secara umum kincir angin terdiri atas turbine blade, electric generator dan pole

Perhitungan tidak mutlak harus menggunakan visual basic, ini hanyalah salah satu
software pembantu, jika ada software lain yang dapat membantu perhitungan ini
dapat pula dipakai.

Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah 9,8 m/s2

Nilai momen yang didapat adalah 488,849 Nm
Saran
Berdasarkan penggunaan visual basic, coding yang dibuat haruslah tepat, jika tidak benar
maka perhitungan akan gagal. Jika coding sudah benar maka hasil akan mendekati akurat,
keakuratan tidak akan mungkin 100%, karena komputer tidak memiliki keakuratan yang
sempurna.
Download

Farid Rachman Azhari 1206227200 Departemen Teknik Mesin Fakultas