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. Daftar Pustaka http://www.indoenergi.com/2012/07/jenis-jenis-turbin-angin.html http://pltb.blogspot.com/ http://diarymerry.wordpress.com/2012/12/29/turbin-angin-sebagai-alternatifpembangkit-listrik/ Chapra, Steven C. 1991. Metode Numerik Untuk Teknik: Dengan Penerapan Pada Komputer Pribadi. Jakarta Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press).