rancang bangun dan penelitian skea untuk

RANCANG BANGUN DAN PENELITIAN SKEA
UNTUK PENERANGAN RUMAH TINGGAL
DENGAN KAPASITAS 200 WATT
Elvis Adril (1), Nusyirwan (1), Ichlas Nur (1) dan Rahmat (2)
(1)
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang
(2)
ABSTRACT
This study focused on the design and testing of Wind Energy Conversion System (WECS)
for wind power applications as an alternative solution to the energy needs of residential
electric lighting, especially so far from the cities area underserved by the State Electricity
Company in West Sumatra. The method used is the experimental method with the following
steps: 1. Designing Wind Turbine 2. Make Turbine, 3. Testing Laboratory, 4. Field Test.
The results obtained are a wind turbine capable of filling Battery to generate 200 watts of
electrical energy, can operate with an average wind condition of Indonesia, design and
simple construction, can be created and operated by the community itself.
Keywords: Wind turbine, simple construction
1.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan
masyarakat karena hampir semua aktivitas manusia
selalu membutuhkan energi. Misalnya untuk
penerangan,
proses
industri
atau
untuk
menggerakkan peralatan rumah tangga diperlukan
energi listrik, untuk menggerakkan kendaraan baik
roda dua maupun empat diperlukan bensin, serta
masih banyak peralatan di sekitar kehidupan manusia
yang memerlukan energi. Sebagian besar energi yang
digunakan di Indonesia berasal dari energy fosil yang
berbentuk minyak bumi dan gas bumi.
Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil
setidaknya memiliki tiga ancaman serius, yakni:
1.
Menipisnya cadangan minyak bumi.
2.
Kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju
permintaan yang lebih besar dari produksi
minyak.
3.
Polusi gas rumah kaca (terutama CO2) akibat
pembakaran bahan bakar fosil. Kadar CO2 saat
ini disebut sebagai yang tertinggi selama 125
tahun belakangan, efek buruk CO2 terhadap
pemanasan global telah disepakati hampir oleh
semua kalangan. Hal ini menimbulkan ancaman
serius bagi kehidupan makhluk hidup di muka
bumi. Oleh karena itu, pengembangan dan
implementasi bahan bakar terbarukan yang
ramah lingkungan perlu mendapatkan perhatian
serius dari berbagai negara. Pemerintah
sebenarnya telah menyiapkan berbagai peraturan
untuk mengurangi ketergantungan terhadap
bahan bakar fosil (misalnya: Kebijakan Umum
Bidang Energi (KUBE) tahun 1980 dan
Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi
No. 996.K / 43 / MPE / 1999 tentang prioritasi
penggunaan bahan bakar terbarukan untuk
produksi listrik yang hendak dibeli PLN).
Pemanfaatan energi angin sebenarnya bukan barang
baru bagi umat manusia. Semenjak 2000 tahun lalu
teknologi pemanfaatan sumber daya angin dan air
sudah dikenal manusia dalam bentuk kincir angin
(wind mills). Selain ramah lingkungan, sumber energi
ini juga selalu tersedia setiap waktu dan memiliki
masa depan bisnis yang menguntungkan. Kini
sebagian besar negara maju di Eropa dan Amerika
Serikat telah memanfaatkan sumber energi ini. Pada
masa awal perkembangannya, teknologi energi angin
lebih banyak dimanfaatkan sebagai sulih tenaga
manusia dalam bidang pertanian dan manufaktur,
maka kini dengan teknologi dan bahan yang baru,
manusia
membuat
turbin
angin
untuk
membangkitkan energi listrik yang bersih, baik untuk
penerangan, sumber panas atau tenaga pembangkit
untuk alat-alat rumah tangga. Menurut data dari
American Wind Energy Association (AWEA), hingga
saat ini telah ada sekitar 20.000 turbin angin
diseluruh dunia
yang dimanfaatkan untuk
menghasilkan listrik. Kebanyakan turbin semacam
itu dioperasikan di lahan khusus yang disebut
“ladang angin” (wind farm).
Di negara-negara Eropa, pemanfaatan sumber energi
yang dapat diperbaharui diperkirakan bakal mencapai
8% dari permintaan energi di tahun 2005. Energi
angin menjadi salah satu alternatif yang banyak
dipilih dan sekaligus berfungsi mengurangi emisi gas
karbondioksida (CO2) yang dihasilkan oleh perangkat
sumber energi sebelumnya. Tujuh tahun belakangan
ini, kapasitas energi angin terpasang di Eropa
melonjak hingga 40% per tahun dan saat ini kapasitas
Rancang Bangun dan Penelitian SKEA untuk Penerangan Rumah Tinggal dengan Kapasitas 200 Watt (Elvis Adril)
tersebut dapat memenuhi kebutuhan listrik lebih dari
5 juta kepala keluarga. Industri energi tenaga angin
diperkirakan bakal memiliki kapasitas 40.000 MW
(mega Watt) yang dapat mencukupi kebutuhan listrik
untuk 50 juta kepala keluarga pada tahun 2010.
Energi angin adalah energi yang relatif bersih dan
ramah lingkungan karena tidak menghasilkan karbon
dioksida (CO2) atau gas-gas lain yang berperan
dalam pemanasan global, sulphur dioksida dan
nitrogen oksida (jenis gas yang menyebabkan hujan
asam). Energi ini pun tidak menghasilkan limbah
yang berbahaya bagi lingkungan ataupun manusia.
Meski demikian, harap diingat bahwa sekecil apapun
semua bentuk produksi energi selalu memiliki akibat
bagi lingkungan. Hanya saja efek turbin angin sangat
rendah, bersifat lokal dan mudah dikelola. Di
samping itu turbin atau kincir angin memiliki pesona
tersendiri dan menjadi atraksi wisata yang menarik,
seperti misalnya saja kincir-kincir angin di negeri
Belanda. (Nanang Okta: 2006)
Pada bulan-bulan musim kemarau 2004, Perusahaan
Listrik Negara (PLN) terpaksa melakukan
pemadaman listrik bergilir di Sumatera Barat dan
bahkan di bulan Juni 2004 di wilayah Jawa, Madura
dan Bali. Keputusan ini menghebohkan masyarakat.
Soalnya, bagaimana hidup (modern) dapat
berlangsung tanpa energi listrik ? sangat
menyedihkan, sumber energi listrik kita masih
didominasi oleh sumber energi fosil, sumber energi
yang takterbarukan (unrenewable energy resources).
Dengan gaya hidup seperti sekarang, maka dalam
kurun waktu 10-15 tahun lagi, cadangan sumber daya
minyak akan terkuras habis. Belum lagi jika dilihat
betapa ”boros” masyarakat kita dalam pemakaian
energi [Sinar Harapan, 2 Juni 2003].
Ada dua hal yang seharusnya dilakukan secara
simultan untuk menghadapi masalah di atas:
konservasi dan diversifikasi sumber energi. Jadi,
melakukan usaha penghematan konsumsi energi dan
kemudian pada saat yang sama, juga melakukan
pencarian dan penggunaan secara intensif atas
sumber energi terbarukan (renewable energy
resources) [Teknologi, Oktober 1999].
Teknologi turbin yang dapat digunakan untuk PLT
Angin ini adalah turbin angin propeller. Turbin
propeller ini terdiri atas : sudu, rotor, nacelle,
transmisi daya, menara dan sudu pengarah
[Brahmanto, 2004]. Sementara generatornya dapat
menggunakan generator DC (arus searah), generator
AC (arus bolak-balik) sinkron atau AC asinkron.
Agar kualitas dan kontinuitas energi listrik yang
dihasilkan oleh PLT Angin memenuhi standar, maka
dibutuhkan juga sistem penyimpan energi yang
sekaligus berfungsi sebagai penstabil “nilai”
tegangan.
Penelitian ini ditujukan untuk membuat unit PLT
Angin dengan daya 200 W dengan tegangan keluaran
220 V AC yang akan dapat menyuplai beban
sederhana untuk penerangan dan/atau pesawat
penerima siaran televisi (TV). Hal ini akan sejalan
dengan arah kebijakan nasional berupa “himbauan”
Menristek Ir. M. Hatta Rajasa dalam “Seminar
Prospek Energi Alternatif Ramah Lingkungan” di
Jakarta, 17 Juni 2003[1]. Jadi ada keterpaduan antara
upaya konservasi dan diversifikasi energi[6].
Diagram sistem konversi energi angin menjadi
energi listrik diperlihatkan pada ”Gambar (1)”.
Energi angin berbentuk energi kinetik (kecepatan
angin) menjadi masukan bagi turbin angin. Turbin
angin bekerja mengubah energi kinetik angin
menjadi energi mekanik rotasional pada rotor. Energi
rotasional ini menjadi masukan - dengan jalan
mengopel rotor turbin dan generator - bagi generator
sehingga generator akan menghasilkan energi listrik
dalam bentuk tegangan di antara terminalnya.
Energi
mekanik
poros
Energi
kinetik
angin
Turbin
Energi
listrik
Generator
Gambar 1: Prinsip konversi energi angin menjadi energi
listrik pada unit PLT Angin. Energi kinetis angin (Ek)
dikonversikan menjadi energi mekanis (Em) putaran turbingenerator; Energi mekanis menjadi energi listrik (El)
dengan generator
Energi angin adalah salah satu sumber energi
terbarukan yang melimpah di negeri ini. Energi angin
dapat dikonversikan menjadi energi listrik dengan
menggunakan Pembangkit Energi Listrik Tenaga
Angin (PLT Angin). Oleh karena itu, dengan PLT
Angin, maka sesungguhnya kita dapat memperoleh
energi listrik “murah” yang tak terbatas.
Secara garis besar, PLT Angin terdiri atas dua
bagian: turbin angin dan generator Turbin angin
berfungsi untuk mengubah energi angin menjadi
energi mekanis berupa putaran. Selanjutnya,
generator akan mengubah energi putaran menjadi
energi listrik.
Gambar 2. Suatu PLT Angin yang dapat mencas akki untuk
mensuplai listrik rumah [7]
71
Jurnal Teknik Mesin
Vol.7, No.2, Desember 2010
Energi listrik yang dihasilkan oleh generator, berupa
tegangan yang fluktuatif akibat fluktuasi masukan
yakni kecepatan angin yang berubah-ubah di
sepanjang waktu. Agar tegangan tersebut menjadi
“layak pakai”, fluktuasinya harus dibuat sekecil
mungkin (konstan). Hal tersebut dapat dicapai
dengan
menggunakan
media-antara
berupa
baterai/aki, sebagaimana terlihat pada ”Gambar (2)”.
Tegangan AC fluktuatif di terminal generator,
disearahkan (bentuk tegangan dikonversi dari AC ke
DC) lalu kemudian disimpan ke dalam baterai
melalui sistem penyearah dan penyimpan (rectifier
dan charger). Selanjutnya, beban DC dapat
memperoleh suplai energi yang sudah konstan secara
langsung dari terminal baterai. Beban yang
membutuhkan tegangan AC, harus mendapatkan
suplai daya dari sistem pengubah bentuk tegangan
DC ke AC (inverter). Kualitas tegangan yang
diperoleh dengan demikian telah memenuhi standar
220 Volt AC dengan frekuensi 50 Hz.
Satu set PLT Angin berdaya maksimum 3200 W
dengan kode produk 175HVT tersedia di pasaran.
Sistem ini menghasilkan keluaran tegangan standar
230 V AC dengan segala kelengkapannya.
Spesifikasi tersebut dipasarkan dengan harga (plus
biaya
pengiriman)
sekitar
$7.525,00
(Rp.
63.962.000,00; Rp. 8.500,00/$)[9]. Harga ini cukup
mahal karena harus diimpor.
Dalam penelitian yang diajukan ini, sebuah PLT
Angin berdaya 200 Watt akan dirancang, dibuat dan
diuji. Sistem turbin angin ini dapat mensuplai energi
listrik sebuah rumah. Dengan peralatan penstabil
tegangan listrik keluaran dari generator, maka sistem
PLT Angin ini dapat digunakan untuk pengisian akki
(accumulator).
ISSN 1829-8958
yang tersedia jaringan PLN, biasanya dengan 3-5
jam berjalan kaki.

Di beberapa tempat tersedia potensi sumber
energi seperti air sungai dan angin yang
berkecepatan tinggi

Pada lokasi yang tertentu, angin dapat
berkecepatan tinggi 2-7 m/s yang cocok untuk
dimanfaatkan turbin angin.

Hal ini dapat membantu warga pedesaan
memperoleh energi listrik dengan investasi jauh
lebih kecil dari pada PLTMH.
1.2 TUJUAN PENELITIAN
Secara umum tujuan dari penelitian ini adalah untuk
merealisasikan sistem PLT Angin untuk pengisian
ulang akki. Pencas akki ini yang dapat digunakan
untuk pensuplai listrik sebuah rumah dan/atau
sebagai peralatan untuk usaha pengisian ulang akki.
Sistem ini diuji aplikasinya untuk mengetahui
efisiensi, standar dan batasan operasionalnya. Tujuan
khusus penelitian ini antara lain:

Mendesain, membuat dan menguji unit PLT
Angin berdaya 200 W.

Mendesain sistem penyimpan energi agar
kualitas dan kontinuitas energi yang dihasilkan
oleh PLT Angin tersebut sesuai standar.

Merancang Turbin Angin dengan teknologi yang
memiliki kandungan lokal yang tinggi. dimana
setiap komponennya dapat diproduksi dengan
teknologi dan proses manufaktur lokal.
Urgensi Penelitian

Hal ini memungkinkan adanya peluang usaha baru di
daerah tak terjangkau listrik PLN. Masih banyak
daerah terisolir seperti ini di Sumatera Barat seperti
Desa Buluh Apo dan Desa Tanjung Mutus-Sungai
Puar di Kecamatan Padang Sago Kab. PadangPariaman. Untuk mencas akki yang digunakan untuk
penerangan rumah dan televisi, masyarakat terpaksa
membawa akki dengan kuda beban atau digotong
menaiki dan menuruni perbukitan ke Kudu yaitu
daerah terdekat berjarak 5-10 kilometer yang terdapat
usaha pencas akki.
Penyediaan energi yang murah dan tersedia terus
menerus.

Menekan kebutuhan energi tak terbarukan, dan
mengurangi emisi gas buang.

Penyediaan sumber energi listrik untuk
penerangan rumah dan televisi di daerah-daerah
yang tidak terjangkau listrik dari jaringan PLN

Memungkinkan adanya peluang usaha baru di
daerah-daerah tersebut, misalnya pencas akki.

Memanfaatkan Teknologi Sederhana

Pada daerah terisolir, akses jalan dan jaringan
listrik PLN belum tersedia.

Di Sumatera Barat, terdapat 15-20% daerah
belum terjangkau listrik PLN (RUKD, 2005).

Selain penerangan tradisional, masyarakat di
daerah tersebut menggunakan akki untuk sumber
daya untuk penerangan dan televisi.

Untuk mencaskan akki, masyarakat membawa
akkinya dengan kuda beban ke pasar terdekat
1. Segi ekonomi, merupakan sumber energi alternatif
yang murah dan ramah lingkungan, serta
merupakan peluang/wadah bagi masyarakat yang
menjadikan listrik sebagai sarana pengembangan
usaha.
2. Segi IPTEK, sebagai sarana pengembangan
kreativitas yang sejalan dengan kebijakan
nasional berupa “himbauan” Menristek Ir. M.
Hatta Rajasa dalam “Seminar Prospek Energi
Alternatif Ramah Lingkungan”[8]. Jadi ada
Kegunaan dari penelitian ini adalah :
72
Rancang Bangun dan Penelitian SKEA untuk Penerangan Rumah Tinggal dengan Kapasitas 200 Watt (Elvis Adril)
keterpaduan antara upaya
diversifikasi energi [7].
konservasi
dan
2.
METODE PENELITIAN
Metode/langkah yang ditempuh untuk mewujudkan
tujuan penelitian ini adalah mengikut diagram alir
berikut:
Persiapan Desain
Mengumpulkan data-data Desain
Torsi & rpm, Kecepatan angin, Daya dll
Pemilihan Bahan Desain
Pembuatan Turbin & Menara
Pengujian Laboratorium
Pengujian Sistem Kelistrikan
Pengujian dilapangan
Hasil :
Daya (Watt)
Gambar 3 Diagram alir penelitian
3.
Daya yang dihasilkan :
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Angin selama 24 jam, Tempat
pengujian Politeknik Negeri Padang
Sejumlah udara bergerak dengan kecepatan ν melalui
seluas
(luas sudu), maka daya angin adalah:
Tabel 1. Pengujian Kecepatan Angin
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
13
14
Waktu
(jam)
7.00
9.00
11.00
13.00
15.00
17.00
19.00
21.00
23.00
1.00
3.00
5.00
7.00
Rata-rata
Kecepatan
Angin (m/s)
3.0
4.0
4.0
4,2
3.8
5,7
4.5
7.00
5.0
5.0
6.6
4.5
3.2
4.6
Keterangan
Perhitungan:
Diketahui:
Angin Kencang
Jadi Daya:
= 220,056 watt
=
221 watt
73
Jurnal Teknik Mesin
Vol.7, No.2, Desember 2010
ISSN 1829-8958
Dari hasil pengujian didapatkan daya yang di
dapatkan adalah 221 Watt
Gambar 4 Data pengujian Kecepatan Angin
Pada ”Gambar(4)” terlihat bahwa kecepatan angin
rata-rata di Politeknik adalah 4,6 m/s dan kecepatan
angin yang tinggi yaitu terjadi pada malam hari yaitu
7 m/s.
4. DESIGN WIND TURBINE
Gambar 4. Assembling dari turbin angin
Fungsi dari masing-masing komponen tersebut
adalah:
1.
Balade (sudu-sudu) adalah penggerak dari turbin
2.
Rotor berfngsi mengahsilkan arus listrik
3.
Pengarah berfungsi mengarahkan arah angin
4.
Cotroler adalah untuk proses pengisian batray
5.
Inverter berfungsi merobah arus DC menjadi
arus AC
6.
Batray untuk mengimpan daya yang dihasilkan
7.
Menara adalah tempat turbin angin dipasangkan
5. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Telah dilaksanakan perancangan dan pembuatan
Sistim Konversi Energi Angin dengan kapasitas 200
Watt dengan spesifikasi:
Gambar 3 Gambar design
Power
: 200 Watt
Volatage
: 24 DCV
Diameter Rotor
: 2.2
Kecepatan angin awal
: 3 m/s
Rat Kecepatan angin
: 6 m/s
Aktif keamanan kec angin : 15 m/s
Kecepatan putar
: 450 Rpm
Bahan Blad
: Fiber glass
Jumlah Blads
: 3 buah
Tinggi Towe
: 12 m (9 meter
pipa
diameter 3 Inchi dan 3 m
rangka besi)
Baterai
: 2 buah 12V/80A
74
Rancang Bangun dan Penelitian SKEA untuk Penerangan Rumah Tinggal dengan Kapasitas 200 Watt (Elvis Adril)
5.2 Saran
Saran yang dapat di berikan oleh penulis guna
kelanjutan penelitian ini selanjutnya adalah:
1. Untuk mendapatkan output (tegangan dan daya)
yang maksimal dan effisiensi dari turbin,
hendaknya pemanfaatan turbin angin ini
dilakukan didaerah pantai dengan kecepatan
angin yang lebih besar.
2. Adanya perbaikan dan pengembangan dengan
penelitian yang lebih besar, sehingga dapat
dipergunakan oleh masyarakat
PUSTAKA
1.
Harian Kompas, Produsen Minyak Perlu Bantu
Riset Energi Terbarukan, Kelompok Gramedia,
Jakarta, 18 Juni 2003
2.
Harian Sinar Harapan, Sumber Energi
Terbarukan Mahal, Tapi berwawasan Masa
Depan, Penerbit Sinar Harapan, Jakarta, 2 Juni
2003
3.
Hofman, Harm. Energi Angin (Alih Bahasa
Harun): Binacipta, 1987.
4.
Heier, S., Grid Integration of Wind Energy
Conversion Systems, John Wiley & Sons Ltd.,
Chichester, 1998
5.
Jono, Yon. Dasar Teknik Tenaga Listrik (Edisi
Revisi). Yogyakarta: Andi Offset, 1997.
6.
Majalah
Teknologi,
Konservasi
dan
Diversivikasi Energi, PT. Darma Yasamas
Teknindo, Jakarta, Oktober 1999
7.
Majalah Teknologi, The Golden Triangle
Teknologi Nasional, PT. Darma Yasamas
Teknindo, Jakarta, Mei 1999
8.
Southwest Windpower, Owners manual:
Installation, Operation and Maintenance,
Southwest Windpower, Inc., Arizona, 2001
9.
Nooutage, Whisper 3200W Wind Generator with
Long Distance capability, www.nooutage.com,
2004
pada tanggal 15 februari 2007. 2003.
http://www.kompas.com/inspirasi/index.htm
13. White F.M., Mekanika Fluida, Jilid 2, Edisi
Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988
14. Okta, Nanang, Menabur Angin, Menuai Energi.
Yayasan Pijar Cendikiawan. Bandar lampung.
Download pada tanggal 10 februari 2007, 2006.
http://www.sendaljepit.wordpress.com/
Curriculum Vitae
DR. Elvis Adril, ST., MT., adalah Staf pengajar
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang,
dengan alamat e-mail: [email protected]
10. Djojodihardjo, H., J.P. Molly, Wind Energy
Systems, Penerbit Alumni, Bandung, 1983
11. Saka, R. C. S., “Tarif Listrik Menjelang Abad
XXI”,
Makalah:
Seminar
Nasional
Pengembangan
SDM
Teknik
Elektro
Menyongsong Abad 21, 30-31 Oktober, Teknik
Elektro Unhas, Ujung Pandang,1995
12. Safarudin, Mochamad., Turbin Angin sebagai
Alternatif Pembangkit Listrik. Peneliti Sekolah
Tinggi Teknologi Mandala, Bandung Download
75