Koversi Energi Angin [PDF]

Citation preview

KONVERSI ENERGI ANGIN BAB I PENDAHULUAN



A. LATAR BELAKANG MASALAH Angin merupakan salah satu energi terbarukan yang mana dapat diperoleh langsung dari alam serta tidak menimbulkan efek negatif yang signifikan bagi lingkungan atau dengan kata lain energi ini tergolong ramah lingkungan. Mengingat ketersediaan minyak bumi dunia semakin menuju titik lemah, serta mahalnya biaya yang diperlukan dalam pemanfaatan energi fosil tersebut menyadarkan manusia untuk beralih menggunakan energi dari sumber energi terbarukan. Angin merupakan bentuk tidak langsung dari energy surya (matahari). Radiasi matahari terjadi diberbagai tempat di bumi dengan kecepatan berbeda pada siang dan malam hari. Hal ini menyebabkan atmosfir memanas pada waktu yang berbeda, udara panas menarik dan udara sejuk tertarik untuk menggantikannya, inilah yang menyebabkan terjadinya angin. Berdasarkan ilmu thermodinamika, bentuk energi terbagi atas energi kinetik, potensial dan internal, sedangkan angin adalah tergolong pada energi kinetik. Dan perpindahannya berdasarkan kerja, lain halnya dengan energi matahari yang berdasarkan perpindahan panas. Dalam pemilihan sebuah sumber energi tentunya didasarkan atas beberapa parameter, terdapat empat parameter penting yang dimaksudkan adalah: jumlah/cadangan energi, kerapatan energi (energy density), kemudahan penyimpanan energi (energy storage), dan kemudahan perubahan/perpindahan energy, serta efek penggunaannya bagi lingkungan. Berdasarkan parameter tersebut, energi fosil yang digunakan skala besar-besaran pada era ini menguasai ke-tiganya, namun berdasarkan study dewasa ini belum dapat dipastikan jumlah riil ketersediaan energi ini serta buruknya imbas polusi penggunaan energi ini yang menuntut untuk beralih pada penggunaan energi non-konvensional seperti angin.



B. RUMUSAN MASALAH Apa energi angin? Dapatkah energi angin dikonversikan? Bagaimana sistem konversi energi angin? Bagaimana prinsip kerja turbin angin? Apa saja faktor yang perlu diperhatikan? Apa saja jenis jenis turbin angin? Apa dampak penggunaanya bagi lingkungan C. MANFAAT PENULISAN Memahami energi angin Menjelaskan kemungkinan konversi energi angin ke-bentuk energi lain Menjelaskan sistem konversi angin Mengetahui prinsip kerja turbin angin Mengetahui faktor dalam penggunaan dan perancangan turbin angin Memahami jenis-jenis turbin angin Mampu menjelaskan dampak penggunaan turbin angin bagi lingkungan



BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Energi angin



Angin adalah bentuk tidak langsung dari energi matahari, Matahari meradiasi 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke Bumi setiap jam. Dengan kata lain, Bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya. Sekitar 1-2 persen dari energi tersebut diubah menjadi energi angin. Pada dasarnya angin terjadi akibat perbedaan suhu antara udara panas dan dingin, didaerah katulistiwa udaranya menjadi panas mengembang dan menjadi ringan naik keatas dan bergerak ke daerah dengan udara yang lebih dingin. Sebaliknya di daerah kutub yang udaranya lebih dingin udaranya bergerak turun, dengan demikian terjadilah suatu perputaran udara ; perpindahan udara dari kutup ke garis khatulistiwa menyusuri permukaan bumi dan sebaliknya. Udara yang bergerak inilah yang disebut sebagai energi terbarukan. B. Konversi Energi Angin Energi angin adalah salah satu jenis sumber energi terbarukan yang potensial untuk menghasilkan energi listrik maupun mekanik melalui proses konversi ke-mekanik dan selanjutnya ke-listrik. Energi kinetik yang terdapat pada angin dapat diubah menjadi energi mekanik untuk memutar peralatan (pompa piston, penggilingan, dan lain-lain). Sementara itu, pengolahan selanjutnya dari energi mekanik yaitu untuk memutar generator yang dapat menghasilkan listrik. Kedua proses pengubahan ini disebut konversi energi angin; sedangkan sistem atau alat yang melakukannya disebut SKEA (Sistem Konversi Energi Angin).



C. Sistim Konversi Enegi Angin (SKEA) Energi yang tersedia dalam angin pada dasarnya adalah energi kinetik dari massa besar udara yang bergerak di atas permukaan bumi . Turbin angin menerima energi kinetik ini,yang kemudian diubah ke bentuk mekanis atau listrik , tergantung pada penggunaan akhir. Efisiensi konversi angin untuk bentuk energi lain sangat tergantung dengan aliran angin.



Besarnya energi yang dapat ditransferkan ke rotor tergantung pada massa jenis udara, luas area dan kecepatan angin. Hal ini selanjutnya akan dibahas melalui persamaanpersamaan. Energi kinetik dari aliran udara dengan massa m dan bergerak dengan kecepatan V yang nantinya diubah menjadi energi poros 1 Ek= mV 2 2



Dengan menganggap suatu penampang melintang A, dimana udara dengan kecepatan v mengalami pemindahan volume untuk setiap satuan waktu, yang disebut dengan aliran volume V sebagai persamaan: V =vA



Dimana: V : Laju Volume v : kecepatan angin (m/s) /s) A : luas area sapuan rotor (m2) Sedangkan aliran massa dengan kecepatan udara p sebagai: m=ρAv



Persamaan-persamaan diatas menunjukkan energi kinetik dan aliran massa yang melewati suatu penampang melintang A sebagai energi P yang ditunjukkan dengan mensubstitusi persamaan (2.3) ke persamaan (2.1) menjadi: 1 3 P= ρ A v 2



Dimana: P : daya mekanik (W) v : kecepatan angin (m/s) ρ : densitas udara (ρ rata-rata : 1,2 kg/m3



Karena setiap jenis turbin angin mempunyai karakteristik aerodinamika yang unik, maka faktor daya sebagai fungsi dari TSR (rasio kecepatan ujung) untuk setiap jenis turbin angin juga berbeda-beda. Dengan memasukkan faktor daya Cp, sebagaimana dijelaskan sebelumnya, gaya mekanik aktual yang dapat diperoleh dari energi kinetik pada angin menjadi: P=Cpr



1 ρA v 3 2



Parameter utama yang mempengaruhi Cp adalah: jumlah bilah sudu, panjang chord bilah sudu, karakteristik aerodinamis bilah sudu. D. Prinsip Kerja Turbin Angin Energi angin merupakan energi yang sangat fleksibel. Lain halnya dengan energi air, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana mana baik di daerah dataran tinggi maupun di daerah landai, bahkan dapat diterapkan di laut. Adapun prinsip dasar kerja dari pemanfaatan energi angin ini adalah mengubah energi dari angin menjadi energi putar pada kincir angin, lalu kincir angin digunakan untuk memutar generator yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Sebenernya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-sisterm yang dapat meningkatkan safety dan efesiensi dari turbin angin, yaitu : 1. Gearbox : alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. 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 dugaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. 3. Generator : ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan energi 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 dari alat ini adalah aki. 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 sinusoidal (AC) yang dihasilkan olehgenerator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energy (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.



E. Faktor yang Berperan Pada Pembangkit Tenaga Angin



Faktor yang sangat berperan dalam pembangkitan energi angin adalah kecepatan angin. Kecepatan angin/udara diukur dengan anemometer. Jika tingkat keakuratan alat tersebut 3%, artinya daya yang dikeluarkan akan berada dalam kisaran +/- 9%. Kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat. Di Indonesia misalnya kecepatan angin di siang hari bisa lebih kencang dibandingkan malam hari. Di beberapa lokasi bahkan pada malam hari tidak terjadi gerakan udara yang signifikan. Udara yang bergerak dekat dengan permukaan tanah akan mempunyai kecepatan nol dan kemudian meningkat terhadap ketinggian. Fenomena ini alamiah terjadi pada aliran dekat permukaan yang tidak bergerak. Dimana bila terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin tinggi akan semakin baik. Untuk memperoleh kecepatan angin di kisaran 5-7 m/s umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m. Untuk baling-baling yang besar (katakanlah diameter 20 m), kecepatan angin pada ujung baling-baling bagian atas kira-kira 1,2 kali dari kecepatan angin ujung baling-baling bagian bawah. Artinya, baling-baling pada saat di atas akan terkena gaya dorong yang lebih besar dari pada baling-baling pada saat di bawah. Faktor ini perlu diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya pada turbin angin yang besar. Kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan. Di daerah perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin akan rendah. Bandingkan dengan kecepatan angin pada daerah lapang. Kepadatan benda di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak. Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan manakala mendesain turbin angin. F. Jenis-Jenis Turbin Angin Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu: 1. Horizontal. Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang berputar dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pesawat terbang.Turbin angin biasanya mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus di mana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar.



2. Vertikal. Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan prinsip yang sama seperti halnya kelompok horizontal. Namun, sudunya berputar dalam bidang yang paralel dengan tanah. Pada umumnya turbin angin yang mempunyai jumlah sudu banyak (soliditas tinggi) akan mempunyai torsi yang besar. Turbin angin jenis ini banyak digunakan untuk keperluan mekanikal seperti pemompaan air, pengolahan hasil pertanian dan aerasi tambak. Sedangkan turbin angin dengan jumlah sudu sedikit, misalnya dua atau tiga, digunakan untuk keperluan pembangkitan listrik. Turbin angin jenis ini mempunyai torsi rendah tetapi putaran rotor yang tinggi. G. Dampak Turbin Angin Terhadap Lingkungan Sebagai sumber energi terbarukan, energi angin tentu saja tetap menimbulkan dampak bagi lingkungan meskipun masih sangat mungkin untuk dipertimbangkan dibandingkan dengan energi fosil yang sampai saat ini sangat dirasakan dampaknya bagi kehidupan dan lingkungan. Suara bising yang ditimbulkan akibat mekanisme turbin ketika sedang berputar serta serta hembusan angin yang menerpa bilah sudu turbin. Faktor lain adalah kematian bagi spesies sejenis kelelawar dan burung yang sering mengenai bilah sudu yang sedang berputar. Penggunaan lahan yang cukup luas untuk pengoperasian turbin apabila akan dipergunakan sebagai pembangkit di suatu wilayah, per Km 2 lahan baik itu daratan ataupun lepas pantai biasanya dipergunakan untuk 5 hingga 10 MW. Meskipun demikian, 2-5 % dari lahan tersebut masih memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai areal pertanian dan sebagainya.



BAB III PENUTUP Kesimpulan Energi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan energi dari sumber yang alami regenerasi, karenanya, hampir tak terbatas dan juga tidak akan pernah habis. Energi angin merupakan energi yang sangat fleksibel. Lain halnya dengan energi air, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana saja, baik di daerah dataran tinggi maupun di daerah landai, bahkan dapat diterapkan di laut dan lepas pantai. Prinsip dasar kerja dari pemanfaatan energi angin ini adalah mengubah energy dari angin menjadi energi putar pada kincir angin, lalu kincir angin digunakan untuk memutar generator yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Saran Penggunaan dan pengadaan turbin angin kecil skala rumah tangga untuk daerah tepian pantai di-Kalimantan Barat sebagai cadangan energi atau setidaknya dapat dimanfaatan untuk sumber listrik penerangan demi meminimalisir penggunaan energi fossil yang menjadi sumber energi pembangkit utama di-Kalimantan Barat dan hampir sebagian wilayah di Indonesia



Daftar Pustaka http://www.alpensteel.com/article/116-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/300-menabur-angin-menuai-energi diakses, Pontianak 9 april 2016 ; pukul 15.30 http://www.p3tkebt.esdm.go.id/index.php? option=com_content&view=article&id=371&Itemid=477&lang=en Diakses, Pontianak 09 April 2016 16.00 Putranto, Adityo. Dkk. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal Untuk Penerangan Rumah Tangga. Tugas Akhir Diploma III Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Daryanto,Y. (2007). Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu : BALAI PPTAGG – UPT-LAGG, Yogyakarta. Mathew, Sathyajith. (2006). Wind Energy Fundamentals, Resource Analysis and Economics. Netherlands : Springer.



MAKALAH KONVERSI ENERGI ANGIN



DISUSUN



:



DARUSMAN



: (320140206



ARIEF SETIAWAN



: (3201402068)



ARDIAN RAKA P



: (320140206



GUSRAH SALFIAN



: (320140206



KEMENTRIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI POLITEKNIK NEGERI PONTIANAK JURUSAN TEKNIK MESIN TAHUN 2015/2016