Konversi Energi Turbin Angin [PDF]

Citation preview

“ANALISA KONSEP, PRINSIP DASAR DAN PROSEDUR DASAR TEKNIK (ENGINEERING BASIC) TURBIN ANGIN”



MAKALAH UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH Konversi Energi yang dibina oleh Bapak Agus Suyetno, S.Pd., M.Pd.



DisusunOleh : 1. NICO WIRAWAN



(1905611630847)



2. NIKOLAUS IRAHEWA (190511430902)



UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM STUDI S1 PENDIDIKAN TEKNIK MESIN SEPTEMBER 2020



KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat TUHAN YME atas berkat dan karunia-Nya sehingga Tugas “Analisa Konsep, Prinsip Dasar Dan Prosedur Dasar Teknik (Engineering Basic) Turbin Angin” ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas “Analisa Konsep, Prinsip Dasar Dan Prosedur Dasar Teknik (Engineering Basic) Turbin Angin” ini dibuat untuk menyelesaikan tugas pelajaran Konversi Energi di Fakultas Teknik Universitas Negeri Malang. Kami dari penulis hanyalah manusia yang tidak jauh dari kekurangan dalam pembuatan Laporan Tugas Konversi Energi ini,akan tetapi kami tetap berusaha untuk membuat Tugas Konversi Energi ini lebih baik, kami dari penulis menerima kritik dan saran dari teman-teman dan dosen. Semoga Tugas “Analisa Konsep, Prinsip Dasar Dan Prosedur Dasar Teknik (Engineering Basic) Turbin Angin” ini dapat memberikan manfaat kepada masyarakat di lingkungan sekitar agar bisa menambah wawasan tentang Konversi Energi khususnya penerapan Turbin Angin dalam kehidupan sehari-hari.



Malang, September 2020



Penulis



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR................................................................................................................2 DAFTAR ISI..............................................................................................................................3 BAB 1 PENDAHULUAN.........................................................................................................4 1.1  LATAR BELAKANG.....................................................................................................4 1.2  RUMUSAN MASALAH................................................................................................5 1.3 TUJUAN..........................................................................................................................5 BAB 2 PEMBAHASAN ...........................................................................................................6 2.1 PENGERTIAN TURBIN ANGIN...................................................................................6 2.2 PRINSIP KERJA TURBIN ANGIN................................................................................8 2.3 KLASIFIKASI DAN JENIS TURBIN ANGIN...........................................................111 2.4 EFISIENSI TURBIN ANGIN......................................................................................177 2.5 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN TURBIN ANGIN...........................................211 2.6 PETA KECEPATAN ANGIN DI INDONESIA.........................................................233 2.7 TASH DAN TASV.......................................................................................................266 1.TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL (TASH)........................................................266 2.TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL (TASV).......................................................28 2.8 CARA MERAWAT TURBIN ANGIN..........................................................................30 BAB 3 PENUTUP ...............................................................................................................31 3.1 KESIMPULAN..............................................................................................................31 DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................................33



BAB 1 PENDAHULUAN



1.1  LATAR BELAKANG Dewasa ini, perkembangan IPTEK berkembang semakin pesat yang ditandai dengan semakin canggihnya gadget dan majunya teknologi di berbagai bidang. Sementara itu, juga terjadi peningkatan pemakaian konsumsi energi listrik akibat dari penggunaan perangkat teknologi yang meningkat tersebut. Krisis kurangnya energi listrik ini sudah sejak lama menjadi problem di kalangan masyarakat dan sudah diprediksi oleh pakar/ilmuwan sejak beberapa tahun terakhir. Pemakaian energi listrik ini terus meningkat secara signifikan, apabila dikaji kembali dari kapasitas penggunaan , kualitas listrik yang dihasilkan maupun ditinjau dari distribusi penyebaran konsumsi listrik kepada masyarakat. Berdasarkan data statisitik, konsumsi pemakaian energi listrik di Indonesia terus mengalami peningkatan. Hal ini juga sejalan dengan peningkatan pertumbuhan ekonomi dan kesejahteraan masyarakat di taraf Nasional dan kemajuan IPTEK (Ilmu Pengetahuan dan Teknologi). Peningkatan penggunaan energi listrik di Negara kita sedemikian besarnya dan akan menjadi persoalan baru apabila kesediaan potensi sumber energi listrik ini tidak sebanding dengan tingginya pemakaian kebutuhan energi listrik di masyarakat. Tersedianya kebutuhan energi listrik yang berkelanjutan, dapat digunakan secara terus menerus, dan memiliki kualitas yang baik serta ramah lingkungan menjadi tuntutan yang harus terpenuhi oleh suatu negara. Solusi mengatasi permasalahan sumber energi listrik seperti yang dipaparkan diatas, maka dibutuhkan sumber energi listrik baru yang dapat memenuhi peningkatan kebutuhan listrik masyarakat dan Nasional yang semakin besar. Energi Angin adalah salah satu potensi sumber energi/tenaga yang kesediaannya di alam melimpah dan dapat memiliki potensi untuk digunakan sebagai salah satu sumber energi listrik. Kelebihan energi angin sebagai sumber energi antara lain tidak dapat/cepat habis (sumber energi terbarukan) dan tidak menghasilkan polusi sehingga pemanfaatan sumber energi angin sebagai potensi sumber energi terbarukan akan bermanfaat dalam penerapannya bagi lingkungan alam maupun masyarakat.



Dengan melihat berbagai faktor yang telah dipaparkan diatas, mengkaji dan mempelajari lebih lanjut mengenai turbin angin ini dirasa sangat perlu. Selain itu, agar dapat mengetahui prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Turbin Angin ini, sehingga kita dapat menganalisa faktor keuntungan dan kerugiannnya dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya.



1.2  RUMUSAN MASALAH 1. Apa definisi dari turbin angin ? 2. Apa saja jenis turbin angin ? 3. Bagaimana merawat turbin angin ? 4. Apa saja klasifikasi dan jenis turbin angin? 5. Apa kelebihan dan kekurangan turbin angin ? 1.3 TUJUAN 1. Mengetahui definisi dari turbin angin. 2. Mengetahui berbagai jenis turbin angin. 3. Mengetahui bagaimana cara melakukan perawatan turbin angin. 4. Mengetahui klasifikasi dan jenis turbin angin 5. Mengetahui kelebihan dan kekurangan turbin angin



BAB 2 PEMBAHASAN



2.1 PENGERTIAN TURBIN ANGIN Turbin angin adalah kincir yang memanfaatkan tenaga angin, yang digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik melalui sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Pada awalnya turbin angin dibuat untuk sistem irigasi kanal air untuk pencegahan banjir (Belanda) dan juga mengakomodasi kebutuhan petani dalam hal irigasi dan pengairan sawah/kebun (Mesopotamia awal). Turbin angin awalnya juga digunakan masyarakat untuk membantu proses penggilingan padi/ gandum dengan memanfaatkan energi kinetik yang dihasilkan untuk memutar gilingan batu agar dibuat menjadi tepung, dan lain-lain.



Gambar kincir angin Nasthifan (Iran sekarang) mulai digunakan untuk kegiatan pertanian dan irigasi masyarakat pada awal abad ke 5 SM



Desain/prototype Turbin angin paling awal dapat kita temukan di Babel dan Persia (500 SM), lalu menyebar hingga ke daratan China, India hingga ke semenanjung Eropa. Desain kincir angin awal tersebut memiliki desain body yang horizontal dengan poros turbin yang memiliki arah vertikal dengan layar kincir yang terbuat dari daun alangalang dan kayu. Kincir angin awal ini umumnya memiliki tinggi mulai 5 hingga 9 meter. Sedangkan untuk konsep kincir angin modern mulai diperkenalkan di negara-negara Eropa sekitar awal abad ke 11. Negara pelopor konsep turbin angin antara lain adalah Denmark, Belanda, Skotlandia dan negara-negara Eropa yang dikenal dengan nama Windmill untuk drainase resapan air dan sistem kanal pencegah banjir.



Gambar a) kincir angin Windmill dan b) Bagian dalam dari kincir angin Windmill yang digunakan untuk menggiling gandum menjadi tepung pada abad ke 11 di Eropa



Di jaman sekarang ini, pemanfaatan turbin angin lebih ditekankan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik masyarakat, dengan menerapkan prinsip konversi energi kinetik angin menjadi listrik dan memanfaatkan sumber daya alam angin yang dapat diperbaharui. Walaupun hingga sekarang ini penyebaran dan pemanfaatan turbin angin belum maksimal dan belum mampu bersaing dengan pembangkit listrik secara konvensional lainnya(Contohnya: PLTD, PLTB, PLTU, dll). Akan tetapi, pemanfaatan turbin angin ini masih perlu di riset dan dikembangkan lebih jauh oleh para ahli/ilmuwan. Hal ini disebabkan karena dalam beberapa waktu mendatang, kita akan menghadapi krisis kekurangan energi yang tidak dapat diperbaharui. Contohnya antara lain adalah minyak bumi, batu bara dan gas alam sebagai komponen dasar untuk membangkitkan energi listrik. Turbin angin ini umumnya dikenal sebagai generator angin, dalam dunia produksi listrik. Komponen turbin angin terdiri atas rotor, generator mesin, baling-baling/kipas yang menempel pada rotor, dan struktur menara untuk penopang turbin dan rotor. Rotor adalah komponen dari turbin angin yang berfungsi mengumpulkan energi kinetic dari angin. Baling-baling/kipas dari turbin angin menempel pada pusat rotor. Baling-baling/ kipas turbin ini berputar karena enegri kinetik aliran angin dengan menerapkan desain aerodinamis yang rumit. Kecepatan dan tingkat putaran baling-baling bergantung pada kecepatan angin di sekitarnya dan desain aerodinamis dari baling-balinganya sendiri. Untuk menghasilkan energi listrik diperlukan mesin generator, yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi listrik. Pada bagian dalam turbin angin komersial terdapat sistem gearbox yang diletakkan di antara rotor dan mesin generator, yang berfungsi untuk menkonversi rotasi putaran baling-baling yang rendah ke rotasi putaran berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Rotasi



putaran pada turbin angin umumnya adalah sekitar 40 hingga 400 rpm (rotasi per menit). Sementara itu, kecepatan putaran turbin angin untuk menghasilkan energi listrik memerlukan kecepatan turbin antara 1200 hingga 1800 rpm.



2.2 PRINSIP KERJA TURBIN ANGIN Prinsip kerja pembangkit listrik bertenaga angin adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan tenaga angin (wind turbine) sebagai penggeraknya. Dengan menggunakan skala utility yang mempunyai berbagai variasi ukuran, mulai dari ukuran antara 100 kilowatt (Kw) hingga beberapa Megawatt (Mw).Turbin besar digolongkan secara bersamaan ke arah datangnya angin , dimana energi kinetik angina diubah untuk menghasilkan energi listrik. Turbin kecil tunggal dengan daya di bawah 100 kilowatt dan umumnya digunakan pada rumah, jaringan telekomunikasi, ataupun untuk memompa air. Turbin kecil ini terkadang dimanfaatkan untuk mengisi daya baterai/ aki (accumulator), untuk menggerakkan generator diesel, dan sistem fotovoltaik. Sistem turbin ini umumnyta sering disebut sistem angin hybrid dan sering dimanfaatkan di tempat- tempat pelosok yang berada di jauh dan sulit untuk menjangkau jaringan listrik Negara (PLN) dan telekomunikasi, yang merupakan daerah minim akses tranportasi dan koneksi jaringan utilitas. Secara sederhana prinsip kerja dari turbin angin sendiri adalah dengan mengubah energi kinetik angin menjadi gerak rotasi putar pada turbin angin, kemudian turbin angin digunakan untuk memutar generator yang selanjutnya menghasilkan energi listrik. Dalam realitanya proses energi angin menjadi energi listrik tidak semudah itu, karena bagian dalam turbin angin sendiri terdiri dari berbagai macam bagian sub-sisterm (komponen/ sistem kostruksi) yang dapat digunakan untuk meningkatkan keselamatan (safety) dan efesiensi energi dari turbin angin itu sendiri. Bagian-bagian turbin angin tersebut terdiri dari:



a. Blade (Baling-baling/sudu) Pada bagian rotor turbin angin terdiri dari baling-baling yang berfungsi untuk menampung energi kinetik angin yang bertiup dan mengubanya menjadi energi mekanik putar untuk memutar poros penggerak. Pada setiap turbin memiliki jumlah sudu yang bermacam-macam. Ada yang berjumlah satu, dua, tiga, bahkan lebih dari itu. b. Rotor Hub Merupakan bagian dari rotor turbin angin yang berfungsi untuk menghubungkan sudu/baling-baling dengan poros utama. c. Pitch (Kontrol Pitch Sudu) Bagian turbin angin ini berfungsi untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor tetap berputar secara stabil, baik angin yang terlalu kencang ataupun rendah. Lebih jelasnya sebagai pengatur posisi sudut baling-baling serang pada sudu turbin angin ketika angin bertiup pada turbin tersebut. d. Brake Bagian turbin angin ini memiliki fungsi utama untuk menjaga putar poros mesin setelah gearbox agar bekerja pada titik batas aman saat terdapat angin bertiup kencang. Komponen ini perlu dipasang sebagai batas safety aman dalam pengoperasian sebuah generator. Sebuah generator akan menghasilkan energi listrik secara maksimal saat bekerja di titik safety kerja yang telah ditentukan. Namun apabila angin berhembus dengan kencang dan diluar dugaan, akan menyebabkan poros berputar cepat. Jika permasalahan tersebut tidak diatasi, akan merusak kinerja generator. Dampak lain yang



dapat ditimbulkan dari kerusakan tersebut adalah rotor breakdown, overheat, kawat pada generator putus e. Low speed shaft Adalah bagian pada poros rotor yang digunakan untuk memindahkan daya kinetik dari rotor ke generator. Pemindahan daya kinetik tersebut dapat secara langsung maupun melalui mekanisme transmisi gearbox. Selain itu, Low speed shaft juga berfungsi untuk mengubah poros rotor menjadi berkecepatan rendah sekitar 30-60 rpm. f. Gear Box Sistem transmisi gear menghubungkan antara poros berkecepatan tinggi dengan poros berkecepatan rendah. Hal ini disebabkan karena rotor hanya mampu bergerak dengan kecepatan putaran rendah sedangkan generator mesin membutuhkan kecepatan putaran tinggi untuk menghasilkan energi listrik. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, jika rotor dengan kecepatan rendah hanya mampu berputar antara 30-60 rpm, sedangkan kebutuhan putaran untuk generator mencapai 1000-1800 rpm. g. Generator Bagian utama dan paling penting dalam turbin angin. Hal tersebut dikarenakan fungsinya sebagai pengubah energi mekanik rotasi poros menjadi daya listrik. Komponen ini bekerja dengan induksi elektromagnetik untuk menghasilkan tegangan listrik atau arus listrik. Generator sederhana umumnya terdiri atas magnet dan konduktor. Konduktor biasanya dililit oleh kawat tembaga yang melingkar. h. Controller Komponen pengontrol yang berfungsi untuk kinerja turbin. Komponen bertujuan untuk mengontrol turbin diawali dengan dari angin kecepatan 8-16 mph hingga menutup mesin pada angin berkecepatan sekitar 55 mph. Tujuan dari penutupan mesin ini karena dengan kecepatan angin yang melebihi 55 mph dapat menyebabkan turbin angin rusak. i. Anemometer Bagian turbin angin yang berfungsi untuk mendeteksi arah angin dan mengukur kecepatan angin yang bertiup, data yang masuk sebagai input kepada control system untuk mengendalikan kinerja mesin pada kondisi maksimal. j. Wind Vane (Wind Direction Sensor) Komponen turbin angin ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan arah angin yang berhembus. Umumnya bagian ini juga terhubung dengan yaw drive yang berfungsi sebagai penggerak turbin yang sesuai dengan arah angin yang telah terdeteksi sebelumnya.



k. Nacelle Komponen ini memiliki bentuk kotak besar yang diletakkan dudukkan di menara turbin angin. Bagian ini berfungsi sebagai rumah/wadah (body) tempat seluruh bagian-bagian turbin angin seperti gear box, yaw drive, generator, kabel, controller, poros, dll. l. High speed shaft Komponen poros rotor putaran tinggi yang digunakan untuk memindahkan daya dari gear box ke generator. m. Yaw drive Komponen Rotor sistem geleng memiliki fungsi untuk meletakkan komponen-komponen turbin angin yang berada di atas menara kontrol mengarah optimal terhadap arah angin yang berhembus dan mengkuti arah perubahan angin. n. Yaw motor Komponen ini memiliki fungsi utama untuk penggerak yaw drive. o. Tower Menara tower adalah bagian yang berfungsi sebagai tiang penyangga turbin angin. Selain itu juga berfungsi untuk menopang rotor, nacelle, dan seluruh komponen-komponen turbin angin. Menara tower dapat memilki type latis atau pipa turbular, dengan yang dibantu oleh penopang tali pancang atau yang berdiri sendiri di tempat terbuka.



2.3 KLASIFIKASI DAN JENIS TURBIN ANGIN Penggolongan turbin angin berdasakan sumbu putaran rotor, turbin angin dibagi menjadi dua klasifikasi utama yaitu vertical axis wind turbine (VAWT) dan horizontal axis wind turbine (HAWT). Sedangkan, jika ditinjau dari fungsi aerodinamisnya, maka rotor pada turbin dibagi menjadi dua tipe. Type pertama adalah type drag yaitu menggunakan gaya hambat sebagai penggerak rotor. Kemuadian type kedua yaitu type lift yang menggunakan gaya angkat sebagai gaya penggerak rotor. Gaya ini dapat terjadi akibat angin yang berhembus melewati profil rotor. Turbin angin type HAWT memiliki sirip pengarah pada bagian belakangnya yang berfungsi sebagai pengarah rotor agar senantiasa dalam posisi tegak lurus terhadap arah angin yang berhembus. Berbeda dengan konstruksi desain HAWT, VAWT memiliki desain agar tidak terpengaruh terhadap arah angin, atau dalam kata lain, VAWT mampu menerima arah angin berhembus dari manapun. Selain itu, type VAWT ini juga dikenal memiliki keunggulan lain yaitu tingkat kebisingan suara yang



rendah serta memiliki kelebihan lain dalam perawatan karena generator yang portable dan dapat ditempatkan di bagian bawah. Namun, dalam penerapan berskala besar, konstruksi poros VAWT ini sangat rumit untuk dibuat karena harus mampu menopang beban komponen turbin yang besar hanya dengan menggunakan penahan satu poros vertikal saja. Secara perhitungan teori turbin angin poros vertikal (VAWT) memiliki tingkat efisiensi yang sama dengan turbin angin poros horizontal (HAWT) apabila turbinturbin tersebut bekerja dengan kecepatan angin yang konstan dan stabil. Akan tetapi dalam prakteknya di lapangan, turbin angin dengan type VAWT terkadang memiliki tingkat efisiensi yang lebih rendah dibandingkan turbin type HAWT. Hal tersebut disebabkan karena adanya variasi perbedaan kecepatan angin yang mengalami peningkatan seiring dengan naiknya ketinggian tempat. Namun, jenis turbin jenis type VAWT ini memiliki keunggulan lebih apabila dibuat dalam skala kecil karena variasi perbedaan kecepatan angin terhadap ketinggian tempat yang kecil. a. HAWT (horizontal axis wind turbine) HAWT (turbin angin sumbu horizontal) adalah turbin angin yang mempunyai desain poros rotor utama dan generator listrik yang berada di puncak menara. Turbin yang berukuran kecil mengarah ke sebuah baling-baling angin/cuaca sederhana, sedangkan turbin dengan ukuran besar biasanya memakai sensor angin yang dihubungkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar turbin type HAWT memiliki gearbox yang mengubah rotasi putaran kincir yang berputar lambat menjadi lebih cepat. Dikarenakan sebuah menara tower menghasilkan gaya turbulensi di bagian belakangnya, turbinangin umumnya mengarah berlawanan dengan arah anginnya menara. Bilah/ kipas turbin angin dibuat kaku agar bilah-bilah turbin tersebut tidak terdorong masuk menuju menara oleh angin dengan kecepatan tinggi. Turbulensi dapat menyebabkan kerusakan pada struktur menara, dan rehalibilitas/ perbaikan yang sangat penting. Maka umumnya sebagian besar TASH adalah mesin upwind (melawan arah angin). Walaupun terdapat permasalahan pada turbulensi, mesin downwind (menurut arah angin) diciptakan karena tidak membutuhkan mekanisme tambahan agar dapat sejalan bersamaan dengan angin, dan ketika angin berhembus dengan sangat kencang, bilah-bilah turbinnya dapat ditekuk sehingga dapat mengurangi jangkauan wilayah tiupan angin bilah-bilahnya dan mampu mengurangi resintensi angin yang berasal dari bilah-bilah tersebut. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor turbin angin TASH terjadi karena adanya gaya angkat (lift)



dan gaya drag. Namun, pengaruh gaya lift yang jauh lebih besar dari pada gaya drag, sehingga turbin ini pun disebut turbin tipe lift. Jika dilihat dari jumlah bilah yang ada , turbin angin sumbu horizontal dibagi menjadi jenis, yaitu:



1. Turbin angin dengan satu bilah (single blade) 2. Turbin angin dengan dua bilah (double blade) 3. Turbin angin dengan tiga bilah (three blade) 4. Turbin angin dengan banyak bilah (multi blade)



Up Wind



Down Wind



Sedangkan apabila dilihat dari segi kelebihan dan kekurangannya, berikut akan dibahas.







Kelebihan. Kelebihannya adalah dasar menara yang tinggi sehingga memiliki akses angin yang lebih kuat dan kokoh di tempat yang memiliki rasio geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di beberapa lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%).







Kekurangan. Desain menara yang tinggi menjulang serta bilah yang panjangnya yang dapat mencapai panjang 90 meter membuatnya sulit untuk diangkut, desain TASH yang tinggi dan panjang membuatnya sulit untuk dipasang ke tempat terpencil, serta memerlukan derek dan pengait yang yang sangat tinggi dan biaya operasional yang mahal. Selain itu, biaya operator dan maintenance. Sistem konstruksi menara yang besar dan kokoh diperlukan untuk menyangga komponen-komponen yang berat. Desain TASH yang tinggi juga dapat mempengaruhi radar airport dan pesawat, Body ukurannya yang sangat tinggi membuat jangkauan pengelihatan menjadi rendah dan merusak pemandangan landscape. Kekurangan lain adalah beberapa variasi downwind mengalami kerusakan struktural yang disebabkan oleh turbulensi. Downwind TASH memerlukan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan bilah-bilah kincir ke arah angin yang berhembus.



b. VAWT (vertical axis wind turbine) VAWT / turbin angin sumbu vertikal adalah turbin angin yang memiliki poros atau sumbu rotor utama susunannya tegak lurus. Keunggulan utama dari desain bersusun ini adalah turbin tidak perlu mengarah ke arah angin yang berhembus untuk menjadi lebih efektif. Keunggulan ini sangat bermanfaat terutama bagi tempat yang arah anginnya sangat bervariasi dan tidak stabil. Turbin angin VAWT mampu menkonversi energi kinetik angin dari berbagai arah datangnya. Dengan desain sumbu yang vertikal, generator serta gearbox yang dapat ditempatkan di dasar/ dekat tanah, sehingga tidak diperlukan menara untuk menyokong komponen-komponennya dan lebih mudah dalam hal perawatan turbin angin. Namun hal tersebut dapat mengakibatkan sejumlah desain turbin angin menghasilkan tenaga rotasi putaran yang berdenyut. Drag (gaya/ tenaga yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas)



dapat terjadi ketika kincir sedang berputar. Karena



desainnya yang sulit untuk dipasang di atas menara tinggi, turbin sumbu tegak ini umumnya sering diletakkan dekat dengan dasar tempat turbin tersebut dipasang, seperti di atas tanah ataupun di atap sebuah bangunan. Kecepatan angin yang lebih pelan pada ketinggian rendah, Sehingga energi kinetik angin yang diperoleh juga lebih sedikit. Aliran udara di sekitar tanah dan obyek yang lain dapat menghasilkan aliran angin yang bergolak, yang dapat memicu berbagai permasalahan baru yang berhubungan dengan getaran, antara lain tingkat kebisingan bertambah dan juga bearing wear yang akan meningkatkan biaya perawatan atau mempercepar usia turbin angin. Berdasarkan tiper rotor, TASV dibagi atas tiga jenis yakni savonius, darrieus, dan H rotor. Ketiga tipe tersebut jika digolongkan kembali berdasarkan prinsip aerodinamisnya maka savonius menggunakan gaya drag sedangkan darrieus dan H rotor menggunakan gaya lift.







Savonius Rotor Rotor savonius dikembangkan pada tahun 1920 an oleh J. Savonius. Konsep ide awalnya dikembangkan oleh Flettner. Desain rotor savonius diciptakan dengan sebuah silinder yang dipotong menjadi dua bagian pada bagian titik sentral dan bagian tersebut disusun secara menyilang membentuk huruf S.



Desain Savonius Rotor



Desain turbin jenis ini biasanya bergerak dengah kecepatan lebih lambat dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, namun tetap menghasilkan tenaga torsi yang besar.



Rotor Savonius dengan Dua Sudut Pada bagian Rotor savonius tersebut menghasilkan aliran angin/fluida yang mengalir secara tegak lurus (vertical) terhadap bidang kincir sudu yang cembung dan cekung. Koefisien drag yang dihassilkan untuk aliran vertical udara dengan bidang sudu yang cembung sebesar 1.2. Sementara untuk bidang cekung koefisien drag-nya hampir sebesar dua kali sisi cembung yaitu sebesar 2.1. Karena gaya drag yang dihasilkan pada sisi bagian cekung lebih besar hampir dua kalinya, hal tersebut akan berpengaruh terhadap torsi putaran Savonius yang dihasilkan. Bagian Rotor yang bekerja dengan pengaruh gaya drag umumnya memiliki daya torsi awal yang besar namun tingkat efisiensi jauh lebih kecil dibandingkan dengan rotor yang bekerja dengan menggunakan gaya lift. Selain itu, perkembangan selanjutnya juga dilihat dari desain variasi sudu savonius yang bilahbilahnya berbentuk U dan L. Desain savonius berbentuk U dengan aliran kedua sisi bilah berukuran sama besar, sementara itu pada desain bilah berbentuk L aliran udara pada sisi bilah yang permukaannya lurus menerima aliran lebih besar dibandingkan pada sisi bilah lengkung berbentuk seperempat lingkaran.



2.4 EFISIENSI TURBIN ANGIN Efisiensi turbin angin dipengaruhi oleh beberapa faktor. Pada dasarnya efisiensi turbin angin ditunjukkan oleh nilai kurva koefisien daya (Cp). Besaran daya turbin angin juga dipengaruhi oleh besarnya torsi dan tinggi putaran poros. Tinggi putaran poros sangat berhubungan dengan rotasi benda tegar. Sebuah benda dapat dikatakan mengalami gerak rotasi jika semua titik sudut pada benda bergerak memutari poros inti benda tersebut, contohnya adalah kipas angin. Benda tersebut juga dapat dikategorikan sebagai benda tegar. Benda tegar (rigid body) dapat diartikan sebagai benda yang mempunyai bentuk dan volme yang tetap dan tidak berubah. Pada saat gerak rotasi, benda mengalami pergeseran, kecepatan, dan percepatan sudut. Hal ini juga dianalogikan dengan pergeseran, kecepatan, dan percepatan linear pada gerak translasi. Titik-titik pada suatu benda yang berbeda tegar yang berotasi bergerak dengan jarak yang berbeda selama selang waktu tertentu akan bergantung pada jarak titik tersebut terhadap pusat sumbu rotasi.akan tetapi, karena benda tersebut tegar, maka semua titik benda berotasi melalui sudut yang sama dalam waktu yang bersamaan pula. Kecepatan sudut akan bernilai positif jika benda berotasi ke arah penambahan sudut, begitupun sebaliknya. Kecepatan sudut itu sendiri (ω) merupakan limit dari kecepatan sudut ratarata ω_rt saat Δt mendekati nol. Kecepatan sudut juga didefinisikan sebagai perbandingan antara Δθ=θ_2-θ_1 terhadap Δt. Kemudian, ketika kecepatan benda tegar tersebut mengalami perubahan maka benda tersebut mengalami percepatan sudut (a). jika sudut θ dlam radian, maka satuan kecepatan sudut adalh radian per sekon (rad/s) atau putaran per menit (rpm). Jika ingin mengkonversi rpm menjadi rad/s maka dapat dihitung dengan persamaan ini 1 rpm = 2



2π rad /s 60



Selain itu, faktor tinggi putaran poros faktor lain yang mempengaruhi daya adalah besarnya torsi. Torsi merupakan ukuran kuantitatif dari sebuah gaya yang dapat mengubah gerak rotasi dari suatu benda. Torsi memiliki nilai sebanding dengan momen inersia dan percepatan putar benda. Sehingga dapat dirumuskan dengan persamaan berikut τ =Ia



(1.22)



Jika torsi tersebut terdapat pada masing-masing partikel, maka hal tersebut disebabkan oleh gaya total yang bekerja pada partikel tersebut, sehingga torsi juga dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut.



τ=



v2 R3 λ2



(1.23)



Sedangkan pada turbin angin, besarnya torsi bergantung pada kecepatan angin dan sudu turbin. Hal itu dapat dilihat pada persamaan berikut. PT =τω



(1.24)



Untuk dapat mengetahui besarnya daya dipengaruhi oleh factor besar torsi dan tinggi putaran, maka diperlukan beberapa parameter yang berhubungan untuk dapat menganalisisnya. Sesuai dengan pembahasan sebelumnya bahwa efisiensi turbin ditunjukkan dalam kurva koefisien daya/ Cp. Akan tetapi, nilai Cp itu sendiri didapatkan dari perbandingan daya mekanik turbin dengan daya angin (daya output). Pada dasarnya Grafik Betz hanya membatasi koefisien daya tersebut hingga 59% saja seperti pada HAWTs. Perhatikan gambar dibawah ini.



Grafik Betz Limit Baling-baling yang menggunakan gaya seret/drag, seperti type American multi-blade dan Savonius memiliki ratio kecepatan yang rendah dan koefisien power dari baling-baling yang menggunakan gaya angkat (lift) yaitu HAWT dan Darrieus. Kurva datar dari rotor baling-baling menunjukan bahwa rotor bisa menjaga efisiensi tinggi di suatu jangka panjang dari putaran rotor selagi kurva tajam dari rotor darrieus mengalami penurunan efisiensi yang drastis ketika putaran rotor bergerak dari jarak optimum yang sempit. Rotor Darrieus dengan koefisien power rendah pada interval tsr rendah mengindikasikan



kemampuan self-starting lemah. Setelah mengetahui nilai Cp tersebut maka perhitungan daya energi angin tidak lagi menggunkan persamaan P = ½ ρAv³



(1.25)



Akan tetapi menggunakan persamaan berikut. P = Cp½ ρAv³



(1.26)



Hal ini disebabkan untuk mendapatkan daya angin yang sebenarnya dari faktor efisiensi dari mekanik turbin dan juga dari generator masih diperhitungkan, sehingga digunakan koefisien Cp. Selain faktor daya angin, kinerja turbin angin juga dapat dilihat dari nilai BHP nya. BHP (Brake Horse Power) adalah daya dari turbin yang diukur setelah mengalami beban oleh gearbox, generator, dan pompa. Brake disini adalah komponen yang digunakan untuk memberikan beban pada turbin sehingga putaran turbin dapat terjaga konstan dan stabil. Apabila hal ini diuji dalam suatu percobaan maka pembebanan tersebut dapat digunakan generator listrik dengan mengukur besar tegangan yang dihasilkan dengan persamaan berikut. Pgenerator = V.I



(1.27)



Dimana: Pgenerator = daya generator listrik V



= Tegangan listrik



I



= Arus listrik



Sedangkan untuk BHP dapat dihitung dengan rumus berikut. BHP=



P generator ηgenerator



(1.28)



Untuk η generator didapatkan dari persamaan η=



PL PT



(1.29)



Dengan, P L = daya beban PT = daya mekanik turbin Sesuai pernyataan tentang BHP yang merupakan daya hasil pembebanan, ternyata faktor beban pun tidak hanya dipengaruhi dari generator, gearbox, atau bahkan pompa. Namun, juga dalam menentukan beban rotor turbin angin juga harus melihat faktor efisiensi rotor. Efisiensi rotor tersebut tidak berpengaruh ke efisiensi sistem energi angin dan penggabungan rotor dengan pembebanan yang dilakukan oleh pompa dan generator



yang akan mengurangi nilai total efisiensi. Kurva output power untuk suatu sistem yang terdiri dari generator dan rotor bukan tergantung pada efisiensi per satuan komponen melainkan hubungan antara kedua komponen tersebut. Gambar di bawah ini menunjukan torsi rotor pada kecepatan angin yang berbeda. Kurva yang berwarna adalah beban/torsi yang diperlukan untuk memutar generator dengan rpm yang berbeda.



Beban Rotor Turbin Angin Dapat dilihat pada kurva torsi rotor pada kecepatan angin 6/m dengan tipe medium load. Ketika rotor diam untuk kecepatan angin 6 m/s, putaran rotor akan bergerak dari titik nol menuju rpm dari nilai perpotongan antara dua kurva dan keseimbangan. Rotor akan menghasilkan torsi mengikuti kurva 6m/s hingga torsi rotor seimbang dengan torsi beban pada persimpangan. Jadi, dengan melihat kurva torsi rotor tersebut dengan kecepatan angin yang bervariasi, titik potong dari kurva ini akan membentuk putaran operasi riil dari turbin angin pada kecepatan angin yang bervariasi. Rotor/torsi beban pada kecepatan angin yang berbeda bukanlah output power yang nyata. Output riil akan menurun berhubungan dengan kerugian dalam konversi dan komponen mekanis generator. Pada grafik diatas juga menunjukkan dua beban yang lain, yaitu light dan heavy load. Light load akan membuat rotor bakan eroperasi pada putaran yang tinggi yang berakibat efisiensi rotor yang tidak maksimalnya sedangkan heavy load membuat rotor berputar pelan dan juga membuat efisiensi rotor tidak maksimal. Setelah mengetahui beberapa faktor pembebanan termasuk pula BHP dan daya angin, hal lain yang berhubungan dengan kinerja adalah perhitungan torsi. Dengan



menggunakan hasil perhitungan BHP maka torsi dapat diketahui dengan membagi nilai BHP dengan kecepatan sudut, seperti pada persamaan berikut. BHP ω



T=



(1.30)



Dimana, ω=



2 πn rad /s 60



(1.31)



Kemudian, dari nilai BHP pun dapat diketahui nilai efisiensi turbin angin dengan menggunakan persamaan berikut. η=



BHP P input



(1.31)



Grafik perbandingan kecepatan angin dengan efisiensi, semakin besar kecepatan angin dan jarak, tingkat efisiensi yang didapat juga smekain besar.



2.5 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN TURBIN ANGIN Kelebihan utama dari pemanfaatan pembangkit listrik tenaga angin secara umum dikarenakan sifat dasar angin yang tidak akan habis/terbarukan. Penggunaan sumber energi angin ini tidak akan mempengaruhi ketersediaan angin seperti contohnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karena itu, tenaga angin dapat bermanfaat sebagai cadangan energi dunia di masa depan. Tenaga angin adalah sumber energi yang ramah lingkungan, dan penggunaanya yang tidak menghasilkan polusi lingkungan. Namun, dalam penempatan lokasi turbin angin membutuhkan waktu yang cukup lama sekitar satu hingga empat tahun, termasuk proyek perizinan pembangunan. Polusi lingkungan dari pemanfaatan sumber listrik tenaga angin didapat dari proses manufaktur ketika pembangunan pembangkit tenaga listrik, akan tetapi ketika



pengoperasian pembangkitk listrik, secara praktis tidak menghasilkan polusi yang berarti. Apabila dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga batubara, emisi karbon dioksida (CO2) Pembangkit listrik tenaga angin ini hanya seperseratusnya saja dari Pembangkit listrik tenaga batubara. Namun, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan. Beberapa aspek yang menjadi permasalahan akibat penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit listrik, antara lain adalah dampak visual , derau suara, beberapa masalah ekologi, dan keindahan. Dampak visual umumnya merupakan hal yang paling sering dipermasalahkan. Pemanfaatan lahan untuk turbin angin sebagai pembangkit listrik memerlukan tempat luas dan tidak sedikit. Lokasi turbin angin yang lahannya masih dapat digunakan untuk hal lain menjadi permasalahan tersendiri bagi penduduk sekitar. Selain mengganggu pemandangan akibat tiang dan bilah turbin angin, pemanfaatan lahan untuk turbin angin dapat mengurangi lahan produktif pertanian serta pemukiman warga. Hal tersebut yang membuat pemanfaatan turbin angin di daratan terbatas. Dampak lain yang timbul akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya suara derau dengan frekuensi rendah. Putaran bilah-bilah turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu pendengaran dibandingkan suara angin pada ranting pohon. Selain dari derau bilah-bilah turbin, Penggunaan gearbox dan generator juga menyebabkan gemuruh suara mekanis dan juga suara listrik. Gemuruh mekanik yang terjadi disebabkan oleh kinerja mekanis elemen mesin dalam nacelle/ rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam kondisi tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi gelombang elektromagnetik, dan dapat mengganggu sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro radio dan komunikasi. Penentuan ketinggian turbin angin yang akan dibangun dilakukan dengan analisa data turbulensi dan kekuatan angin. Aliran aerodinamis angin adalah kunci dari banyak faktor seperti desain bilah turbin, kecepatan putaran mesin, dan turbulensi aliran masuk. Derau suara aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh sebab itu kecepatan perputaran rotor harus dibatasi di bawah 70 m/s. Beberapa ahli berpendapat berpendapat bahwa penggunaan turbin angina berskala besar dapat merubah iklim lokal maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah turbulensi dan tekanan udara pada daerah atmosfer. Dampak bagi ekologi di daerah turbin angin adalah terhadap populasi burung dan kelelawar. Burung dan kelelawar yang terbang dapat terluka atau bahkan mati akibat terbang melewati bilah-bilah kincir yang sedang berputar. Akan tetapi, dampak



dari kecelakaan turbin angin ini rasionya masih lebih kecil jika dibandingkan dengan kematian akibat kendaraan, gangguan transmisi listrik dan aktivitas manusia lain yang melibatkan pembakaran bahan bakar fosil. Selain permasalahan tersebut, penempatan turbin angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat mengganggu jarak pandang pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang turbin angin ini dapat mengganggu permukaan dasar laut. Selain itu, konstruksi lepas pantai juga mengganggu kehidupan bawah laut. Sebagai contoh yang terjadi di Irlandia, dimana penurunan populasi ikan di daerah pemasangan turbin angin. Studi penelitian terbarumengungkapkan bahwa turbin angin lepas pantai menambah frekuensi 80 – 110 dB kepada noise frekuensi rendah yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan sebaran predator laut.  Dalam pengoperasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tidak memiliki kegagalan dan kecelakaan. Kegagalan transmisi bilah-bilah dan pula jatuhnya es akibat perputaran baling-baling telah menyebabkan beberapa kecelakaan dan kematian. Kematian juga dapat terjadi akibat beberapa penerjun payung dan pesawat terbang kecil yang melewati turbin angin. Reruntuhan puing-puing dan kecelakaan kerja yang dapat terjadi sewaktu-waktu merupakan bahaya yang perlu diperhatikan, khusunya di daerah padat penduduk dan dekat jalan raya. Percikan api yang adapt memicu kebakaran pada turbin angin dapat terjadi dan sulit untuk dipadamkan akibat posisi api yang tinggi sehingga tetap dibiarkan begitu saja hingga terbakar habis. Hal tersebut dapat menciptakan asap beracun dan dapat memicu kebakaran berantai yang membakar habis ratusan acre lahan pertanian. Contohnya pernah terjadi di Taman Nasional Australia dimana lahan seluas 800 km2 terbakar. Minyak pelumas yang bocor  juga dapat terjadi dan menyebabkan polusi di sekitarnya, dan dalam beberapa kasus dapat mengkontaminasi sumber air minum. Meskipun dampak lingkungan tersebut dapat menjadi ancaman dalam pembangunan turbin angin, namun apabila dibandingkan dengan penggunaan energi fosil, dampak yang ditimbulkan masih jauh lebih kecil. Selain itu, penggunaan energi angin dalam pembangkit listrik telah turut membantu dalam mengurangi emisi gas buang.



2.6 PETA KECEPATAN ANGIN DI INDONESIA Kecepatan angin



Secara garis besar umum kecepatan angin di suatu tempat dibagi menjadi beberapa kelas. Pembagian kelas tersebut yang digunanakan untuk mengukur kecepatan angin di darat dan di laut dinamakan skala Beaufort. Skala Beaufort dimulai dari angka 0 untuk hembusan angin yang paling tenang hingga angka 12 yaitu badai yang bersifat berbahaya dan menghancurkan.



Dengan melihat Peta Potensi angin di Indonesia, dapat disimpulkan potensi



kecepatan angin untuk pemanfaatn turbin angin ini umumnya cocok di daerah lepas pantai. Hal ini disebabkan tingkat distribusi angin yang baik di lepas pantai namun kontruksi bangunan juga harus kuat untuk mencegah korosi dan gelombang air laut. Potensi distribusi kecepatan angin di Indonesia dapat dibilang cukup rendah. Umumnya kawasan di Indonesia hanya memiliki kecepatan angin yang berkisar antara 2,5 hingga 6 m/s. Selain itu, daerah-daerah di Indonesia memiliki tingkat fluktuasi yang signifikan sehingga kecepatan angina di Indonesia umumnya sering mengalami perubahan secara drastis dalam waktu interval yang cepat. Hal ini dipengaruhi oleh daerah Indonesia yang merupakan Negara



kepulauan (archipelago island) dan kawasan Indonesia yang berada di iklim tropis dan daerah khatulistiwa sehingga sering dilewati angin muson yang membawa badai dan kekeringan. Dengan mengkaji lebih jauh mengenai Peta Potensi angin di Indonesia, daerah yang cocok digunakan sebagai pembangkit listrik berskala besar terdapat di kepulauan Nusa Tenggara (Nusa Tenggara Timur/NTT). Hal ini disebabkan karena faktor kecepatan angin yang ideal yang berkisar antara 8 hingga 8,6 m/s. sehingga kepulauan Nusa Tenggara, khusunya NTT cocok digunakan sebagai tempat Pembangkit Listrik Tenaga Angin karena kecepatan anginnya yang stbail dan cenderung cepat , serta posisinya yang strategis dalam pertemuan angin dari Australia dan Asia.



2.7 TASH dan TASV 1.



Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) Turbin angin sumbu horizontal (TASH) adalah turbin angin yang memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin ini berukuran kecil dan diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan untuk turbin berukuran besar umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang dipasang ke sebuah servo motor. TASV sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir angin yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Dikrenakan



menara turbin menghasilkan turbulensi di bagain



belakangnya, turbin biasanya mengarah berlawanan dengan arah angin menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar tidak terdorong oleh angin berkecepatan tinggi menuju menara. Bilah-bilah tersebut diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Karena adanya turbulensi yang dapat menyebabkan kerusakan struktur menara, dan perawatan begitu penting. Sebagian besar TASH merupakan mesin upwind (melawan arah angin). Walaupun memiliki masalah turbulensi, mesin downwind dibuat dengan tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan ketika angin berhembus sangat kencang, bilahbilahnya dapat ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan dan juga bilah-bilah tersebut.







Kelebihan turbin angin sumbu horizontal (TASH)



a. Kelebihannya adalah dasar menara yang tinggi sehingga memiliki akses angin yang lebih kuat dan kokoh di tempat yang memiliki rasio geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di beberapa lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%). 



Kekurangan turbin angin sumbu horizontal (TASH) a.



Menara yang tinggi serta bilah turbin yang panjangnya dapat mencapai 90 meter membuatnya sulit untuk diangkut. Perkiraan besar biaya transportasi dapat mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin



b.



TASH yang tinggi sulit untuk dipasang, karena memerlukan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta operator yang memasang.



c.



Konstruksi menara yang kuat dan besar diperlukan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator



d.



Kontruksi TASH yang tinggi dapat mempengaruhi radar airport dan sinyal radio transmisi



e.



Ukurannya yang tinggi menganggu jangkauan jarak pandang dan mengganggu penampilan lansekap



f.



Berbagai type downwind mengalami kerusakan struktur akiibat adanya yang turbulensi



g.



TASH



memerlukan



mekanisme



kontrol



membelokkan bilah-bilah kincir ke arah angin



yaw



tambahan



untuk



2. Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) Turbin angin sumbu vertikal/tegak (TASV) adalah turbin yang memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Keunggulan utama turbin type ini adalah turbin tidak perlu mengarah ke angin agar menjadi lebih efektif. Keunggulannya ini sangat berguna terutama di tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. TASV mampu mengaplikasikan angin dari berbagai arah berhembus.



Dengan bentuk sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa diletakkan di bawah/ dekat tanah, jadi tidak memerlukan menara untuk menyokongnya dan lebih mudah dalam hal perawatan. Namun, dapat menyebabkan beberapa jenis menghasilkan tenaga putaran berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar. Karena sulitnya dipasang ditempat tinggi, turbin sumbu tegak sering dipasang dekat dasar tempat turbin tersebut dipasang, seperti diatas tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin yang lebih pelan akibat daribketinggian yang rendah, sehingga energi angin yang ada sedikit. Aliran udara di dekat tanah dapat menciptakan aliran fluida yang bergolak, yang dapat menyebabkan berbagai masalah yang berhubungan dengan getaran, misalnya kebisingan dan pelumasan bearing wear yang akan meningkatkan biaya perawatan atau mempersingkat umur turbin angin.



Kelebihan dari Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) : a. Tidak memerlukan struktur menara yang besar. b. Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme membelok turbin angin. c. Sebuah TASV dapat diletakkan dekat ke tanah, yang membuat perawatan bagian-bagiannya yang bergerak jauh lebih mudah. d. TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan gaya aerodinamis yang tinggi serta mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi. e. Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu sehingga menghasilkan torsi putaran lebih besar daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH. f. TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10 km/jam (6 m.p.h.) g. TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga kemungkinan rusak saat angin berhembus kencang lebih kecil. h. TASV dapat ditempatkan di dekat tanah, dan dapat mengambil keuntungan dari segi lokasi yang menyalurkan angin dan peningkatan laju angin (seperti gunung puncaknya datar dan puncak bukit), i.



TASV tidak perlu mengubah posisi jika arah angin berubah.



j.



Kincir pada TASV mudah terlihat dan dapat dihindari burung/kelelawar.



 a.



Kekurangan dari Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) : Umumnya TASV memproduksi energi listrik hanya 50% dari efisiensi TASH karena adanya drag tambahan saat kincir berputar.



b.



TASV tidak dapat memeperoleh keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di tempat yang lebih tinggi.



c.



Kebanyakan TASV mempunyai torsi putaran awal yang rendah, dan membutuhkan energi tambahan untuk mulai berputar.



d.



Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberikan tekanan pada dasar bantalan karena semua berat rotor bertumpu pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah ketika angin bertiup.



2.8 CARA MERAWAT TURBIN ANGIN Cara merawat turbin angin terutama dengan melakukan pelumasan dan penggantian beberapa komponen, seperti di bagian bilah-bilah kincir, atau atap. Hal ini bertujuan agar menghilangkan macet atau gangguan ketika sedang beroperasi, dan tentunya memperpanjang usia Turbin Angin, Bagian dari kincir turbin angin perlu dilakukan penggantian setiap 30 tahun, sedangkan pada bagian body dan atap diganti setiap 60 tahun, dan komponen yang berbahan dasar kayu harus diganti setiap 10-20 tahun. Penggantian komponen ini dapat berubah ketika terdapat masalah dari eksternal missal bencana alam, kerusakan akibat faktor alam dan kelalaian manusia, atau hal lain yang dapat menyebabkan penggantian komponen. Oleh karena itu, perawatan pada turbin angin dapat dibilang cukup mahal karena harga satuan komponen-komponennya sangat mahal. Walaupun demikian, kita dapat mengontrol dan melakukan perawatan (pemberian pelumas, mengganti spare part yang rusak) secara periodik yang lainnya seperti generator, controller, gear box dll.



31



BAB 3 PENUTUP



3.1 Kesimpulan Berdasarkan penjelasaan yang sudah diuraikan pada Bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa turbin angin adalah sebuah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik menggunakaan generator dengan mmemanfaatkan energi potensial dari angin. Turbin angin sendiri memliki manfaat untuk menyalurkan kebutuhan listrik masyarakat selain untuk kepentingan irigasi dan kanal air. Dalam prinsip kerjanya turbin angin memanfaatkan energi kinetik angin yang dapat terumenerus diperbaharui. Dalam pembagiannya Turbin angin sendiri di klasifikasi menjadi dua, yakni: turbin angin sumbu horizontal (TASH) dan turbin angin sumbu vertical (TASV). Turbin angin sumbu horizontal (TASH) sendiri dibagi atas 4 jenis sesuai banyaknya bilah/sudu dalam turbin angin tersebut, yaitu: satu sudu, dua sudu, tiga sudu, hingga banyak sudu. Sedangkan untuk konstruksi Turbin angin sumbu horizontal (TASH) berdasarkan arah angin di bagi menjadi dua: Turbin TASH Up Win (melawan arah datangnya angin), dan Turbin TASH Down Win (searah dengan datangnya arah angin). Turbin angin sumbu vertical (TASV) sendiri terbagi atas 3 type yaitu : savonius, darieus, dan rotor H. Untuk cara kerjanya, prinsip kerja turbin angin adalah dengan mengubah energi kinetik angin yang selanjutnya dikonversi menjadi energi mekanik pada poros turbin, lalu kemudian diubah lagi menjadi energi listrik oleh generator. Generator sendiri mendistribusikan listrik kepada masyarakat. Efisiensi turbin angin di pengaruhi oleh kurva koefisien daya (Cp). Besarnya (Cp) digunakan untuk menentukan daya angin. Daya anginn di pengaruhi oleh tinggi putaran poros dan besarnya torsi putaran. Selain itu dalam menentukan efisiensi juga menggitung BHP (Brake Hourse Power). BHP adalah daya hasil pembebanan yang dipengaruhi oleh beban generator,dan gear box. Nilai BHP diperoleh dari nilai rasio



32



perbandingan daya generator dan efisiensi generator. Kemudian nilai tersebut digunakan untuk menghitung torsi turbin dan efisiensi turbin angin. Perawatan dan pemeliharaan turbin angin sendiri diperlukan agar komponen dapat bertahan lebih lama, dan mengurangi resiko macet atau kendala di beberapa bagian, khusunya turbin angin yang berada di tempat-tempat yang ekstrem. Contohnya adalah di atas gunung yang jauh dari pemukiman ataupun lepas pantai yang memiliki tingkat korosi dan tekanan eksternal yang tinggi. Apabila sudah melewati batas umur pemakaian, maka penggantian diperlukan agar komponen yang rusak dapat bekerja normal kembali. Selain itu, perawatan dengan mengecek kinerja mesin, pemberian pelumas, mengecek roda gigi gearbox juga disarankan. Pada jaman modern sekarang masalah kekurangan sumber energi terbarukan sudah menjadi masalah baru di setiap Negara. Banyak ahli/ilmuwan yang mengaplikasikan turbin angin ini menjadi salah satu energi alternatif yang ramah lingkungan. Selain karena tidak menimbulkan polusi dan residu di udara, turbin angin sendiri juga termasuk sumber energi yang aman dan tidak beresiko apabila dikembangkan lebih lanjut dibandingkan energi fusi nuklir dan sejenisnya. Kelebihan dari turbin angin adalah emisi gas karbon yang rendah dan ramah lingkungan. Selain itu, turbin angin dinilai lebih ergonomis dan aman baagi lingkungan karena tidak beresiko besar terhadap alam dan mengubah kondisi sekitar. Sedangkan untuk kekurangan turbin angin antara lain adalah biaya operasional yang besar terutaam untuk perawatan dan pemeliharaan. Biaya perawatan yang mahal dan lokasi yang strategis dengan posisi arah datangnya angin dan lahan terbuka yang luas diperlukan. Selain itu, masalah dalam kesulitan mendapatkan hembusan angin yang diperlukan. Aplikasi turbin angin yang paling umum dijumpai untuk yang paling umum dijumpai dan dimanfaatkan untuk zaman sekarang ini adalah sebagai sistem pembangkit tenaga listrik bertenaga angin.



33



DAFTAR PUSTAKA



Dewi, Marizka Lustia. 2010. Analisis Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal Dengan Modifikasi Rotor Savonius L Untuk Optimasi Kinerja Turbin, (Online), (http://eprints.uns.ac.id/8109/1/144401308201009461.pdf, diakses pada tanggal 21 November 2020). Pudjanarsa Astu. 2006, Mesin Konversi Energi, Yogyakarta, Penerbit ANDI. Putranto, Adityo dkk. 2011. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal Untuk Penerangan Rumah Tangga, (Online), diakses pada tanggal 21 November 2020 Romadoni, Lugi. 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Angin, (Online), (http://lugiromadoni.blogspot.co.id/, diakses pada tanggal 21 November 2020). Suseno, Michael. 2011. Turbin Angin, (Online), (http://michaelsuseno.blogspot.co.id/2011/09/turbin-angin.html, diakses pada tanggal 21 November 2020).



34