03540012 Akhwan Bastomi (Httplib.uin Malang.ac.Idthesisfullchapter03540012 Akhwan Bastomi.ps)

7/31/2019 03540012 Akhwan Bastomi (Httplib.uin Malang.ac.Idthesisfullchapter03540012 Akhwan Bastomi.ps)

1/99

SIMULASI KONVERSI ENERGI ANGIN MENJADI ENERGI LISTRIK

PADA TURBIN ANGIN SUMBU HORISONTAL

DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB

SKRIPSI

Oleh:

AKHWAN BASTOMI

NIM: 03540012

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG

2010


2/99

i




SKRIPSI

Diajukan Kepada :

Universitas Islam Negeri

Maulana Malik Ibrahim Malang

Untuk Memenuhi Salah Satu Persayaratan Dalam

Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Oleh:

AKHWAN BASTOMI

NIM: 03540012

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI

MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG

MALANG

2010


3/99

ii

HALAMAN PERSETUJUAN




SKRIPSI

Oleh:

AKHWAN BASTOMI

NIM: 03540012

Disetujui oleh:

Pembimbing I

Imam Tazi, M. Si

NIP: 19740730 200312 1 002

Pembimbing II

Ach. Nasichuddin, M. A

NIP. 197 307 052 000 031 002

Mengetahui

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik

Ibrahim Malang

Drs. M. Tirono, M. Si

NIP. 19641211 19111 1 001


4/99

iii

HALAMAN PENGESAHAN




SKRIPSI

Oleh:

AKHWAN BASTOMI

NIM: 03540012

Telah Dipertahankan di Depan Dewan Penguji Skripsi dan

Dinyatakan Diterima Sebagai Salah Satu Persyaratan

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Tanggal, 01 Juli 2010

Susunan Dewan Penguji : Tanda Tangan

1. Penguji Utama : Irjan, M. Si ( )

2. Ketua Penguji : Novi Avisena, M. Si ( )

3. Sekr. Penguji : Imam Tazi, M. Si ( )

4. Anggota Penguji : Ach. Nasichuddin, M. A ( )

Mengetahui dan Mengesahkan

Ketua Jurusan

Drs. M. Tirono, M. Si

NIP. 19641211 19111 1 001


5/99

iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

The things always happens

that you really believe in, and

the belief in a thing make it

happen

Dengan ketulusan hati kupersembahkan Skripsiini untuk mereka yang memberikan ketulusan

dalam cintanya, mereka yang memberikan kasihnya

sepenuh hati, mereka yang tak pernah lelah

menaruh harapan, mereka yang merindukan

perubahan yang nyata, mereka yang tak takutdengan latar belakangnya, mereka yang

mengabdikan diri untuk negaranya, mereka yang

sunggu-sungguh dalam mengerjakannya, mereka

yang punya mimpi-mimpi, mereka yang senang

memaafkan, mereka yang tak mau ikut arus, mereka

yang sadar dengan dirinya sendiri, mereka yang

suka dengan keindahan, mereka yang melihat tidak

dengan mata, mereka yang tersisihkan, mereka

yang di sebut tak punya harapan, mereka yang

sedang teraniaya, mereka yang sedang tertindas,

mereka yang menyadari betapa indahnya

kehidupan, mereka yang tidak menghukumi diri

sendiri dan orang lain, mereka yang selalu bahagia

dengan keberadaannya.

Abah dan Umi tercinta yang telah bekerja keras

mengasuh, mendidik, membimbing dan berdoa

tiada henti dengan penuh kasih sayang dan

kesabaran.

Adikku dan saudar-saudara tersayang, dalam

senyum, tawa, dan kerukunan adalah semangat

dalam hidupku.

Istri dan Ibu dari anak-anakku, Engkaulah yang

mengajarkan arti cinta dan kasih.

Sahabat dan teman-teman fisika 03040506 yang

mewarnai hari-hariku, thanks for all.


6/99

v

MOTTO

Feel Good


7/99


8/99

vii

7. Ayah dan Ibunda tercinta yang sepenuh hati memberikan dukungan morilmaupun sprituil serta ketulusan doanya sehingga penulisan skripsi ini dapat

terselesaikan.

8. Teman-teman Fisika, terutama angkatan 03040506 yang telah memberikandukungan, bantuan dan loyalitas serta kerjasamanya selama penulisan skripsi

ini.

9. Semua pihak yang telah membantu baik secara moril maupun materiil, yangtidak bisa penulis sebutkan di sini satu persatu. Semoga Allah membalas

semua amal baik kalian dengan balasan yang berlipat ganda.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan menambah khasanah ilmu

pengetahuan. Amin.

Wassalamualaikum wr. Wb.

Malang, Juni 2010.

Penulis


9/99

viii

DAFTAR ISI

Halaman Judul....................................................................................................i

Halaman Pengajuan...........................................................................................ii

Halaman Persetujuan.......................................................................................iii

Halaman Pengesahan........................................................................................ iv

Halaman Persembahan...................................................................................... v

Motto................................................................................................................. vi

Kata Pengantar................................................................................................vii

Daftar Isi ........................................................................................................... ix

Daftar Gambar ...............................................................................................xiii

Daftar Lampiran.............................................................................................. xv

ABSTRACT ....................................................................................................xiii

ABSTRAK....................................................................................................... xiv

BAB I : PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian............................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah.............................................................................. 4

1.5 Manfaat Penelitian........................................................................... 4

1.6 Sistematika Penulisan...................................................................... 5

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Angin ................................................................................... 6

2.1.1 Enegri Kinetik Angin .............................................................. 7

2.2.2 Daya Energi Angin ................................................................ 8

2.2 TURBIN ANGIN ............................................................................ 9

2.2.1 Jenis Turbin Angin.................................................................. 9

a. Turbin angin Propeller......................................................... 9


10/99

ix

b. Turbin angin Darrieus ....................................................... 11

2.2.2 Kontruksi Turbin Angin........................................................ 14

2.2.2.1 Sudu ......................................................................... 14

2.2.2.2 Generator .................................................................. 15

2.2.2.3 Penyimpan Energi .................................................... 18

2.2.2.4 Rectifier-inverter....................................................... 19

2.2.3 Efisiensi Turbin Angin .................... ..................................... 20

a. Efisiensi rotor (Cp)............................................................ 20

b. Efisiensi Transmisi dan Generator..................................... 20

2.2.3 Daya Turbin Angin ............................................................... 21

2.3 PEMILIHAN TEMPAT ................................................................ 21

2.4 ANGIN DALAM ALQURAN ..................................................... 24

a. Surat Al-Baqarah : 164............................................................... 24

b. Surat Al Jaatsiyah : 5 ................................................................ 26

c. Surat Ar Ruum : 46 ................................................................... 28

d. Surat Ar Ruum : 48 ................................................................... 30

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian....................................................... 33

3.2. Alat .............................................................................................. 33

3.3. Tahap Implementasi...................................................................... 33

3.3.1 Pemodelan ............................................................................ 35

3.3.2 Diagram Blok Sistem ............................................................ 36

3.3.3 Pembuatan simulasi .............................................................. 36

a. Pembuatan Halaman GUI.................................................. 36

b. Penulisan script program di M-file untuk proses simulasi.. 37

3.3.4 Tahap Pengujian .................................................................. 38

3.4 Analisis Hasil ............................................................................... 38

BAB IV : LAPORAN HASIL PENELITIAN

4.1 PEMODELAN ............................................................................. 39

4.1.1 Diagram Blok Sistem Turbin Angin...................................... 39

4.1.2 Persamaan Sistem Turbin Angin ........................................... 39


11/99

x

a. Enegri Kinetik Angin ....................................................... 39

b. Daerah Yang Melawati Rotor Sudu Turbin Angin

Sumbu Horizontal (A) ...................................................... 41

c. Effisiensi Turbin Angin ..................................................... 42

d. Daya Turbin Angin ........................................................... 44

4.2 PROGRAM UTAMA ................................................................... 44

4.3TAHAP PENGUJIAN................................................................... 46

4.4PEMBAHASAN ........................................................................... 52

4.5ANGIN DALAM KORELASI AL-QURAN DAN SAINS........... 56

BAB V : PENUTUP

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 60

5.2Saran ............................................................................................. 61

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN-LAMPIRAN


12/99

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema terjadinya angin pasat ........................................................... 8

Gambar 2.2 Turbin angin Propeller .................................................................... 10

Gambar 2.3 Turbin angin Darrieus..................................................................... 10

Gambar 2.4 Berbagai Jenis Turbin Angin........................................................... 12

Gambar 2.5 Torsi Rotor Untuk Berbagai Jenis Turbin Angin ............................ 13

Gambar 2.6 Rotor Sudu dari Turbin Angin ....................................................... 14

Gambar 3.1flowchartprogram simulasi konversi energi angin menjadi

energi listrik ...................................................................................34

Gambar 3.2 Tahap Implementasi........................................................................ 35

Gambar 3.3 Diagram Blok Turbin Angin ........................................................... 36

Gambar 4.1 Diagram Blok Turbin Angin ........................................................... 39

Gambar 4.2 Diameter Rotor Sudu dari Turbin Angin ........................................ 41

Gambar 4.3 Pengujian variabel kecepatan angin (V) = 2 m/s sampai 3 m/s........ 46

Gambar 4.4 Pengujian variabel kecepatan angin (V) = 3 m/s sampai 4 m/s ........ 47

Gambar 4.5 Pengujian variabel kecepatan angin (V) = 4 m/s sampai 5 m/s ....... 48

Gambar 4.6 Pengujian variabel diameter rotor (D) = 5 m ..................... .............. 49

Gambar 4.7 Pengujian variabel diameter rotor (D) = 6 m .................... .............. 50

Gambar 4.8 Pengujian variabel diameter rotor (D) = 7 m .................... .............. 51


13/99

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Tampilan GUI ................................................................... 64

Lampiran 2 Listing Program Utama................................................................... 65

Lampiran 3 Listing Program Keseluruhan.......................................................... 66

Lampiran 4 Hasil Pengujian .............................................................................. 70

Lampiran 5 Kartu Bimbingan Skripsi................................................................. 76


14/99

xiii

ABSTRACT

Bastomi, Akhwan 2010. Simulation of Wind Energy Conversion into ElectricalEnergy on the Horizontal Axis of Wind Turbines using Matlab.Thesis.

Physics Department, Sciences and Technology Faculty. The State Islamic

University (UIN) Maulana Malik Ibrahim of Malang.

Advisor: (1) Imam Tazi, M.Si. (2) Ach. Nasichuddin, M.A

Keywords:Wind Energy, Turbine, Horizontal Axis.

Crisis energy stricken Indonesia, especially for electricity energy has

forced other parties to find solution to solve this problem. One of the solutions is

utilization wind energy as effort to find alternative energy except petroleum and

coal.

The purposes of this research firstly, examining the process of windenergy conversion into electricity energy. Secondly, examining the influence of

wind speed and rotor diameter to the rate of energy that was produced.

This research was conducted in computation laboratory, Physics

Department, Science and Technology Faculty, The State of Islamic University

Maulana Malik Ibrahim of Malang on February - May 2010. The system was

designed based on equation kinetic energy that was owned by wind, combines

with equation horizontal axis wind energy and which was simulated using matlab

6.5 version.

This simulation program consists of the capacity of wind turbine energy

that was produced from wind speed and rotor diameter variation. From the data

that was obtained can be seen the capacity wind turbine energy that was produced,

It was influenced by wind speed variable, where the wind speed that is received

by blades is higher, so it will produce more energy. The capacity of wind turbine

energy that is produced, it is influenced by rotor diameter variable. However, it

does not mean that we can make rotor diameter without considering rotor mass, so

it will reducing rotor efficiency and certainly it was appropriated with generator

needs.

The result of this software is expected to be able used as alternative

software where the user can interact with software, with giving input into the

program, and the program will process and show its result as the response.


15/99

xiv

ABSTRAK

Bastomi, Akhwan 2010, Simulasi Konversi Energi Angin Menjadi EnergiListrik Pada Turbin Angin Sumbu Horisontal Dengan MenggunakanMatlab. Skripsi. Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas

Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang.

Pembimbing : (1) Imam Tazi, M.Si (2) Ach. Nasichuddin, M.A

Kata Kunci:Energi Angin, Turbin, Sumbu Horisontal.

Krisis energi yang melanda Indonesia, khususnya energi listrik telah

memaksa berbagai pihak untuk mencari solusi dalam mengatasi persoalan ini.

Salah satunya adalah pemanfaatan energi angin sebagai upaya dalam mencarienergi alternatif selain dari minyak bumi dan batubara.

Tujuan yang ingin dicapai dari skripsi ini adalah (1) mengetahui proses

konversi energi angin menjadi energi listrik. (2) mengetahui pengaruh kecepatan

angin dan diameter rotor terhadap besarnya daya yang dihasilkan.

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Komputasi, Jurusan Fisika,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim

Malang pada bulan Februari-Mei 2010. Sistem dimodelkan berdasarkan

persamaan energi kinetik yang dimiliki oleh angin digabungkan dengan

persamaan turbin angin sumbu horisontal dan disimulasikan dengan menggunakan

Matlab versi 6.5.

Program simulasi ini berisi tentang besarnya daya turbin angin yang

dihasilkan dari variasi kecepatan angin dan variasi diameter rotor. Dari data yang

diperoleh dapat dilihat bahwa besarnya daya turbin angin yang dihasilkan

dipengaruhi oleh variabel kecepatan angin, dimana semakin tinggi kecepatan

angin yang di terima oleh baling-baling semakin tinggi pula daya yang dihasilkan.

Besarnya daya turbin angin yang dihasilkan juga dipengaruhi oleh variabel

diameter rotor, namun hal ini bukan berarti kita dapat membuat diameter rotor

tanpa mempertimbangkan massa rotor sehingga mengurangi efisiensi rotor dan

tentunya hal ini harus disesuaikan dengan kebutuhan generator.

Hasil software ini diharapkan dapat digunakan sebagai software alternatif

dimana pengguna dapat berinteraksi dengan software ini dengan cara memberikan

input kedalam program, dan program akan mengolahnya serta menampilkan

hasilnya sebagai respon.


16/99


17/99

2

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 energi fosil yang berbentuk minyak bumi

dan gas bumi. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil setidaknya memiliki

tiga ancaman serius, yakni: pertama, Menipisnya cadangan minyak bumi.

Kedua, Kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang lebih

besar dari produksi minyak. Ketiga, Polusi gas rumah kaca (terutama CO2)

akibat pembakaran bahan bakar fosil.

Krisis energi yang melanda Indonesia, khususnya energi listrik telah

memaksa berbagai pihak untuk mencari solusi dalam mengatasi persoalan ini.

Banyak sekali penelitian yang telah dilakukan untuk mencari sumber energi

alternatif selain dari minyak bumi dan batubara. Pemanfaatan energi

matahari,angin dan air sudah banyak dilakukan baik dalam sekala kecil

maupun besar. Salah satu yang sedang popular adalah pemanfaatan tenaga air

dan angin. Banyak sekali orang membuat kincir angin dan kincir air untuk

dirubah menjadi energi listrik.

Oleh karena itu dengan mengetahui proses konversi energi angin

menjadi energi listrik dapat menjadikan bahan pertimbangan dalam


18/99

3

mengembangkan energi angin menjadi salah satu sumber energi alternatif

yang terbarukan dan tidak menimbulkan polusi bagi lingkungan.

Sehinggga untuk kebutuhan ini kami sebagai peneliti ingin membuat

program sebagai alat bantu dalam mengetahui proses konversi energi angin

menjadi energi listrik.

1.2 Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas rumusan masalah dapat

dideskripsikan sebagai berikut:

a. Bagaimana mengkonversi energi angin menjadi energi listrik?b. Bagaimana pengaruh kecepatan angin dan diameter rotor terhadap

besarnya daya yang dihasilkan?

c. Bagaimana mensimulasikan konversi energi angin menjadi energi listrikpada turbin angin sumbu horisontal dengan menggunakan Matlab?

1.3 TujuanTujuan dari penelitian ini adalah:

a. Mengetahui proses konversi energi angin menjadi energi listrik.b. Mengetahui pengaruh kecepatan angin dan diameter rotor terhadap

besarnya daya yang dihasilkan.

c. Membuat program untuk mensimulasikan konversi energi angin menjadienergi listrik dengan menggunakan Matlab.


19/99

4

1.4 BatasanMasalahHasil yang dicapai akan optimal jika skripsi ini membatasi

permasalahan. Permasalahan yang akan dikaji dalam skripsi ini adalah :

a. Penelitian ini hanya menghitung daya yang dihasilkan dari variasikecepatan angin dan variasi diameter rotor.

b. Kerapatan udara yang dijadikan acuan adalah pada kondisi diataspermukaan laut yaitu = 1,2 Kg/m

3.

c.

Untuk komponen transmisi dan generator hanya memasukkan nilai

efisiensi, efisiensi maksimal dari rotor = 50%, efisiensi maksimal

transmisi = 90%, dan efisiensi maksimal generator = 80%.

1.5 Manfaat PenelitianManfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah:

a. Bagi Mahasiswa, dapat memahami mengenai kegunaan turbin anginsebagai pembangkit tenaga listrik.

b. Bagi Dosen, dapat dijadikan sebagai media untuk penelitian denganskala yang lebih besar lagi.

c. Bagi Pemerintah, dapat dijadikan sebagai masukan referensi untukpembangkit listrik tenaga angin dan dimanfaatkan untuk kepentingan

masyarakat Indonesia.


20/99

5

1.6 Sistematika PenulisanSistematika penulisan dalam penelitian ini adalah:

a. BAB I berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian,batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

b. BAB II berisi landasan teori yang membahas, energi angin, turbin angin,pemilihan tempat, angin dalam Alquran.

c. BAB III berisi metodologi penelitian yang membahas tentang waktu danlokasi penelitian, alat, tahap implementasi, pengujian dan teknik analisa

data, di mana bab ini merupakan langkah yang digunakan untuk

membahas bab berikutnya.

d. BAB IV membahas tentang hasil penelitian dan analisanya sesuaidengan urutan masalah yaitu membahas tentang hasil pengujian dan

unjuk kerja GUI dari simulasi yang dibuat.

e. BAB V berisi kesimpulan dan saranSelain kelima sistematika penulisan di atas, juga ditambahkan daftar

pustaka dan lampiran.


21/99

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 ENERGI ANGINSalah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini

adalah energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat

fleksibel. Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya

pemompaan air untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil

panen, aerasi tambak ikan/udang, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan

lain-lain. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana,

baik di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut,

berbeda halnya dengan energi air (Daryanto, 2007).

http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/dasar_fisika_energi/bab6_ener

gi_angin.pdf menerangkan pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu

antara udara panas dan udara dingin. Didaerah katulistiwa, udaranya menjadi

panas mengembang dan menjadi ringan, naik keatas dan bergerak kedaerah yang

lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan

turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara, berupa

perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan

bumi, dan sebaliknya suatu perpindahan udara dari garis katulistiwa kembali ke

kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi.


22/99

7

Gambar 2.1 Skema terjadinya angin pasat

Gambar diatas melukiskan terjadinya angin pasat secara skematik. Dimana

angin berjalan dari daerah katulistiwa naik keatas menuju kutub, dari kutub angin

turun ke bawah menuju daerah katulistiwa dan seterusnya. Jadi pada prinsipnya

angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara di beberapa tempat

dipermukaan bumi.

2.1.1. Enegri Kinetik AnginDaya angin yang dihasilkan karena pergerakan angin. Energi yang

terkait dengan gerakan seperti itu adalah energi kinetik dan ditentukan oleh

ekspresi berikut:

2

2

1mVKinetikEnergi = (2.1)

Dimana,

m = Massa udara dalam Kg

V = Kecepatan massa udara dalam m/s


23/99

8

Massa udara didefinisikan sebagai perkalian antara Volume dengan

kepadatan:

m = Q x (2.2)

dimana,

Q = Volume /debit (m3)

= Kepadatan/ kerapatan udara (Kg/m3)

Oleh karena itu, ekspresi daya dapat diturunkan sebagai berikut:

dt

dEDaya k= (2.3)

{ }2..2

1vm

dt

d=

{ }2...2

1vQ

dt

d=

2...

2

1v

dt

dQ=

disini,dt

dQ= Rate of discharge (m

3/s) = A (m

2) .v (m/s)

dimana, A = daerah yang melawati rotor sudu.(Umanand, 2007).

2.1.2. Daya Energi AnginDaya adalah energi per satuan waktu. Daya angin berbanding lurus

dengan kerapatan udara, dan kubik kecepatan angin, seperti diungkapkan

dengan persamaan berikut:


24/99

9

[ ]23 /2

1mwattVP = (2.4)

2.2 TURBIN ANGIN2.2.1 Jenis Turbin Angin

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi dua jenis

turbin angin Propeller dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah

yang kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan.

Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah digunakan adalah untuk

memompa air dan pembangkit tenaga listrik. Turbin angina terdiri atas dua

jenis, yaitu :

a. Turbin angin Propeller adalah jenis turbin angin dengan poros horizontalseperti baling baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini

harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi

kecepatannya (Alamsyah, 2007).

Mukund R. Patel menambahkan, seperti yang terlihat dalam persamaan

daya angin sebelumnya, keluaran daya dari turbin angin bervariasi linear

dengan daerah yang melawati rotor sudu. Untuk turbin sumbu horisontal,

daerah yang melawati rotor sudu adalah:

( )224

mDA

= (2.5)

Dimana, D adalah diameter rotor


25/99

10

Gambar 2.2 Turbin angin Propeller

Gambar 2.3 Turbin angin Darrieus


26/99

11

b. Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi anginyang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin

ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun 1920. Keuntungan

dari turbin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi

pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi

kecepatannya) seperti pada turbin angin propeller (Alamsyah, 2007).

Mukund R. Patel menambahkan, untuk turbin angin Darrieus-sumbu

vertikal, penetapan luas sapuan rotor rumit karena melibatkan integral

elips. Namun, dengan menganggap blade sebagai parabola

persamaannya menjadi sederhana:

( )( )rotortheofheightcenteratwidthrotorimumA max3

2= (2.6)

Setiap jenis turbin angin memiliki ukuran dan efisiensi yang berbeda.

Untuk memilih jenis turbin angin yang tepat untuk suatu kegunaan

diperlukan tidak hanya sekedar pengetahuan tetapi juga pengalaman.

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. Gambar 2.5 memperlihatkan korelasi

antara efisiensi (, TSR=Tip Speed Ratio) dengan torsi (CQ). Gambar ini


27/99

12

menjelaskan bahwa rotor dengan jumlah sudu banyak akan mempunyai torsi

yang besar tetapi efisiensi tidak terlalu tinggi atau sebaliknya(Daryanto,

2007).

Gambar 2.4 Berbagai Jenis Turbin Angin


28/99

13

Gambar 2.5 Torsi Rotor Untuk Berbagai Jenis Turbin Angin

Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angin dengan

jumlah sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi

energi angin yang rendah karena rated wind speed-nya tercapai pada putaran

rotor dan kecepatan angin yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan turbin angin

dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik) tidak akan beroperasi

secara effisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang dari 4

m/s.

Dengan demikian daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah,

yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok untuk

dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin angin yang

cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe multi blade, cretan sail

dan savonius (Daryanto, 2007).


29/99

14

2.2.2 Kontruksi Turbin Angin

2.2.2.1. SuduUntuk mendapatkan hasil yang optimal maximal dari sebuah

kincir angin maka perlu diperhatikan sebagai berikut:

a. Bentuk sudu seperti sekerup atau memuntir, sehinggaaerodinamisnya semakin baik.

b. Untuk mendapatkan energi yang lebih baik sayap sayapdipasang langsung pada rotor.

c. Untuk sudu yang ideal berjumlah 3 buah sudu, karenamenghasilkan pembagian gaya dan keseimbangan yang lebih

baik (Alamsyah, 2007).

Gambar 2.6Rotor Sudu dari Turbin Angin


30/99

15

2.2.2.2. GeneratorGenerator AC dan generator DC memiliki perbedaan prinsip.

Untuk generator DC kumparan jangkar ada pada bagian rotor dan

terletak di antara kutub-kutub magnit yang tetap di tempat, diputar

oleh tenaga mekanik. Pada generator AC, konstruksinya sebaliknya

yaitu, kumparan jangkar disebut juga kumparan stator karena

berbeda pada tempat yang tetap, sedangkan kumparan rotor bersama-

sama dengan kutub magnet diputar oleh tenaga mekanik (Alamsyah,

2007).

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit

kumparan medan magnet yang terletak di antara kutub magnet utara

dan selatan diputar oleh tenaga air atau tenaga lainnya, maka pada

kumparan rotor akan timbul medan magnet atau fluks yang bersifat

bolak-balik atau fluks putar. Flux putar ini akan memotong-motong

kumparan stator, sehingga pada ujung-ujung kumparan stator timbul

gaya gerak listrik karena pengaruh induksi dan flux putar tersebut.

Gaya gerak listrik (ggl) yang timbul pada kumparan stator juga

bersifat bolak-balik, atau berputar dengan kecepatan sinkron

terhadap kecepatan putar rotor (Alamsyah, 2007).

a.

Generator AC

Pada generator AC dipakai sebuah medan magnetic yang

berputar sehingga energi listrik dan lilitan stator dapat dikeluarkan.

Arus penguatan untuk rotor dihasilkan oleh satu atau lebih lilitan


31/99

16

generator yang dipasang pada poros dimana juga rotor terpasang.

Listrik yang dihasilkan disearahkan dengan bantuan dioda. Dioda

adalah elemen pengantar tanggung yang meneruskan arus listrik

hanya pada satu arah.

Generator AC jenis praktis menghasilkan arus bolak balik

tiga fase dengan frekuensi yang tergantung dan jumlah putaran rotor.

Hal ini praktis tidak memungkinkan penghubungan jaringan (50Hz),

kecuali kalau dengan perantaraan pengaturan putaran jaringan dapat

disinkronisasikan. Jika generator ini dihubungkan dengan sebuah

jembatan perata arus, maka dapat diperoleh arus searah dengan

keuntungan yang telah disebut terdahulu (Alamsyah, 2007).

b. Generator DCBekerjanya generator DC berdasarkan pengaruh timbalbalik

antara medan-medan magnetik dari stator dan rotor. Di dalam lilitan

stator, arus tiga fase yang dihubungkan membangkitkan medan

megnetik yang berputar.

Karena ini terjadilah medan magnetik di dalam rotor sehingga

di dalam lilitan-lilitan yang dihubungkan dengan singkat, mengalir

arus. Sebagai akibatnya arus ini mengubah medan rotornya

sedemikian rupa sehingga rotor itu berputar. Di medan rotor dan

medan stator selalu harus ada perubahan, sebab kalau tidak begitu

mesinnya tidak dapat bekerja.


32/99

17

Jadi, rotor itu tidak akan pernah berputar sinkron dengan

medan rotor. Kalau motornya yang berputar, rotor itu berputar

mengikuti medan stator. Perbedaan antara putaran rotor dan medan

stator disebut selip dan dinyatakan dengan proses dan putaran

sinkron. Bila rotor ini berputar lebih cepat dan pada medan stator,

maka mesinnya bekerja sebagai generator. Juga di sini terdapat selip.

Tegangan yang dihasilkan adalah sefase dengan tegangan jaringan;

variasi jumlah putaran (dalam batas-batas tertentu) diserap oleh selip

(Alamsyah, 2007).

a) Keuntungan generator DC1. Generator ini tidak begitu peka terhadap gangguan. Di

dalamnya tidak terdapat sikat-sikat arang, gelanggelang

seret dan pengaturan-pengaturan yang mudah rusak.

Terutama bagi kincir angin, hal ini sangat penting karena

kincir angin tidak mudah dimasuki untuk perawatan.

2. Sedikit variasi pada jumlah putaran ditampung oleh selip,sehingga alat-alat yang mahal untuk mengkonstarikan

putaran tidak diperlukan.

3. Sebuah generator menghasilkan arus setelah diperkuat

oleh tegangan jaringan. Jadi, generator itu merupakan

suatu keseluruhan dengan jaringan.


33/99

18

b) Kekurangan generator DC1. Mesinnya memerlukan arus mati jaringan. Walaupun arus

mati sebenarnya tidak membangkitkan daya di dalam mesin,

tetapi itu dapat menimbulkan kerugian pada kawat-kawat

dimulai dan sentral. Dampak ini dapat dibatasi dengan

kompensasi arus mati.

2. Arus gerak awal sangat tinggi, sehingga akibat danmenurunnya tegangan pada saluran-saluran dapat terjadi

kelipan inisalnya pada cahaya lampu.

Sebuah varian pada generator DC adalah mesin nadi gelang

seret. Di sini lilitan rotornya tidak dihubungkan secara singkat, tetapi

dikeluarkan melalui gelang-gelang seret. Dengan mengatur arus

rotorya, beberapa variasi yang lebih besar dalam jumlah putarannya

masih dapat diserap (Alamsyah, 2007).

2.2.2.3. Penyimpan EnergiKarena 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


34/99

19

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 accu mobil. Accu mobil memiliki kapasitas

penyimpanan energi yang cukup besar. Accu 12 volt, 65 Ah dapat

dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam

pada daya 780 watt (Alamsyah, 2007).

Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini

memerlukan catu daya DC (Direct Current) untuk mengcharge/

mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya AC

(Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan rectifier-inverter

untuk mengakomodasi keperluan ini.

2.2.2.4. Rectifier-inverterRectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan

gelombang sinusoidal (AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi

gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya

dari penyimpan energi (accu/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh

accu akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan

rumah tangga menggunakan catu daya AC ,maka diperlukan inverter

untuk mengubah gelombang DC yangdikeluarkan oleh accu menjadi

gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga (Alamsyah,

2007).


35/99

20

2.2.3 Efisiensi Turbin Angina. Efisiensi rotor (Cp)

Daya angin maksimum yang dapat diekstrak oleh turbin

angin dengan luas sapuan rotorA adalah:

( )WVP 32

1

27

16= (2.7)

Daryanto menambahkan, Angka 16/27 (=59.3%) ini disebut

batas Betz (Betz limit, diambil dari ilmuwan Jerman Albert Betz).

Angka ini secara teori menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat

dicapai oleh rotor turbin angin tipe sumbu horisontal. Pada

kenyataannya karena ada rugi-rugi gesekan dan kerugian di ujung

sudu, efisiensi aerodinamik dari rotor, rotor ini akan lebih kecil lagi

yaitu berkisar pada harga maksimum 0.45 saja untuk sudu yang

dirancang dengan sangat baik. Maka daya yang dapat diserap oleh

turbin angin menjadi:

( )WVCpP 32

1= (2.8)

b. Efisiensi Transmisi dan GeneratorGearbox mengubah laju putar menjadi lebih cepat,

konsekuensinya dengan momen gaya yang lebih kecil, sesuai dengan

kebutuhan generator yang ada di belakangnya. Generator kemudian

mengubah energi kinetik putar menjadi energi listrik. Efisiensi


36/99

21

transmisi gearbox dan bearings (Nb, bisa mencapai 95%), dan

efisiensi generator (Ng, ~ 80%).( Pikatan, 1999).

Sehingga efisiensi total turbin angin dapat dituliskan sebagai berikut:

NgNbCptotal ..= (2.9)

2.2.4 Daya Turbin AnginDengan menggabungkan persamaan 2.4 dan persamaan 2.9 sehingga

di peroleh persamaan daya turbin angin:

( )WVP total3

2

1= (2.10)

2.3 PEMILIHAN TEMPATSecara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan turbin angin

antara lain:

a. Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai nozzle, yangmempercepat aliran angin.

b. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapatmemperlambat angin, dataran terbuka yang sangat luas memiliki potensi

energi angin yang besar.

c. Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut dan di daratan menyebabkanangin bertiup secara terus menerus.

Walau pada dasarnya turbin angin dapat dipasang di mana saja di tempat-

tempat tersebut di atas, pengkajian potensi angin tetap harus dilakukan untuk

mendapatkan suatu sistem konversi energi angin yang tepat. Pengkajian potensi


37/99

22

energi angin di suatu tempat dilakukan dengan mengukur dan menganalisis

kecepatan dan arah angin. Analisis data angin dilakukan dengan menggunakan

metoda statistik untuk mencari kecepatan angin rata-rata, durasi kecepatan angin

dan distribusi frekwensi data angin. Jika informasi mengenai arah angin juga

tersedia, analisis dengan menggunakan metoda wind rose dapat dilakukan untuk

mengetahui kecepatan rata-rata, frekwensi dan energi angin di setiap arah mata

angin.

Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi energi

angin dapat ditentukan dengan cara:

a. Pilih Tempat. Tempat ditentukan sesuai kebutuhan, kemudian potensienergi angin dikaji dari data yang didapat. Cara ini mempertimbangkan:

1. Aksesibilitas baik untuk pekerjaan konstruksi maupun perawatan,2. Kondisi sosial budaya setempat,3. Kepentingan lain

b. Pilih Potensi. Pemilihan tempat berdasarkan besarnya potensi energiangina yang tersedia. Semakin besar kecepatan angin rata-rata di suatu

tempat akan semakin baik. Semakin tinggi potensi energi yang tersedia

akan memberikan keuntungan berupa ukuran sistem konversi energi

angin yang semakin kecil dan tidak perlu terlalu efisien sehingga

pembuatannya akan lebih mudah dan murah (Daryanto, 2007).

Hal-hal lain yang harus diperhatikan dalam pemasangan sistem konversi

energi angin, antara lain:


38/99

23

a. Untuk kegunaan elektrikal jarak tempat pemasangan harus cukup dekatdengan beban pengguna agar tidak ada kerugian yang berlebih.

Pengurangan tegangan lebih dari 5% sudah dianggap sangat besar untuk

sistem tegangan 12 VDC dan 24 VDC. Jarak lebih dari 300 m harus

dihindari kecuali jika digunakan tegangan tinggi 220 VAC.

b. Tempat pemasangan harus dilindungi atau dipagari agar terhindar dariaksi perusakan. Sebaiknya lokasi pemasangan harus dapat dipantau

dengan mudah dari jalan atau tempat beban pengguna. Tempat-tempat di

mana terdapat kecepatan angin yang sangat kencang dan dapat merusak

pada waktu-waktu tertentu tidak direkomendasikan.

c. Aliran angin di dekat permukaan bumi akan semakin mengecil danmencapai harga nol di permukaan tanah. Profil kecepatan angin ini

disebut dengan lapisan batas atmosfir. Permukaan bumi memiliki tingkat

kekasaran yang berbeda-beda. Semakin kasar permukaan bumi akan

semakin tebal lapisan batas atmosfir. Dengan semakin besarnya lapisan

batas atmosfer maka kecepatan angin pada ketinggian tertentu akan

semakin kecil. Dengan demikian tempat pemasangan harus diarahkan

pada tempat dengan tingkat kekasaran yang rendah seperti daerah lepas

pantai, daerah pantai, padang rumput, dan tempat-tempat dengan

tumbuh-tumbuhan dan bangunan yang tidak terlalu tinggi.

d. Turbin angin yang digunakan untuk keperluan pengisian batere biasanyaditempatkan di perahu, bangunan atau rumah. Lokasi pemasangan harus

diperhatikan agar aliran yang datang pada sistem konversi energi angin


39/99

24

ini tidak turbulen atau tidak berbalik arah di bagian belakang. Untuk hal

ini ada aturan atau konvensi bahwa turbin angin harus lebih tinggi

sekitar 10 m dari pohon atau bangunan tertinggi di tempat tersebut.

Lokasi pemasangan juga setidaknya harus berjarak minimal sekitar 10

kali dari diameter rotor terhadap hambatan atau rintangan terdekat

(Daryanto, 2007).

2.4. ANGIN DALAM ALQURANDalam Alquran, kata-kata yang berarti angin atau udara, disebutkan

dalam 26 tempat, yaitu: 2:164, 2:266, 3:117, 7:57, 10:22, 14:18, 15:22, 17:69,

18:45, 21:81, 22:31, 25:48, 27:63, 30:46, 30:48, 30:51, 33:9, 34:12, 35:9, 38:36,

41:16, 42:33, 45:5, 46:24, 51:41, 69:6.

a. Surat Al-Baqarah : 164

),=yzN

u

y9

$#

F{

$#u

#n=Gz

$#u

9$#$

y9

$#u

7=9$#u

L9$#g

rBs

t79

$#$

y/

x

t

}$9$#!$t utt r&!$#z!$y9$#&!$$umr's/uF{$#yt/$pEt]t/u$pe27/!#y

#s? uxth9$#>$ys9$#u|9$#tt/!$y9$#F{$# u;MtU5s)j9t=)t

Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam

dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi

manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan

air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di

bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang

dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda


40/99

25

(keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan. (Q.S. Al-

Baqarah : 164)

Menurut Mustafa Al Babi Al Halabi dalam tafsir Al-Maraghi, ayat

ini menunjukkan keesaan Allah dengan adanya fenomena-fenomena Alam,

dijelaskan bahwa fenomena itu terdiri dari beberapa ragam, seperti langit

yang benda-bendanya terdiri dari berbagai jenis mempunyai tatanan yang

teratur. Begitu pula Bumi dengan bemacam materi penyusunnya, sangat

tersusun teratur sehingga bermanfaat bagi kelangsungan hidup manusia (Al

Halabi, 1993 : 53).

Ditambahkan oleh Syaikh imam Al Qurthubi,

Dan pada kalimat xth9$# #s? u dan dalam pergeseran angin yakni

menghembunskan, yang tekadang angin luar ini luar biasa dahsatnya dan

dapat menghancurkan segala sesuatu yang dilaluinya, atau angin yang sepoi-

sepoi yang sangat menyejukkan tubuh. Angin yang dihembuskan ini

terkadang angin yang sangat panas, hingga terasa membakar kulit, atau juga

angin yang sangat dingin sekali, hingga terasa menusuk ke dalam tulang (Al

Qurthubi, 2007 : 454).

Sedang menurut Syaikh Abu Bakar Jabir Al-Jazairi dalam Tafsir Al-

Aisar, bahwa kalimat Tashrifurriyah dan pergeseran angin, dengan segala

arahnya, terkadang dari Barat, Timur, Utara dan Selatan. Terkadang dapat

membantu terjadinya penyerbukan pada tumbuhan yaitu peroses perkawinan


41/99

26

antara serbuk jantan dan serbuk betina, namun terkadang juga tidak (Al-

Jazairi, 2006 : 249).

Menurut hemat kami, adanya fenomena-fenomena alam tersebut

menunjukkan keesaan Allah, maka seharusnyalah manusia memperhatikan

dan merenungkan rahmat Allah, karena dengan memperhatikan fenomena-

fenomena tersebut akan menambah keyakinan pada keesaan dan kekuasaan-

Nya, akan bertambah luas pulalah ilmu pengetahuan mengenai alam ciptaan-

Nya dan dapat pula dimanfaatkannya ilmu pengetahuan itu sebagaimana

yang dikehendaki oleh Allah.

b. Surat Al Jaatsiyah: 5

#n=Gz$# u9$#$p]9$#u!$t utt r&!$#z!$y9$#5h$umr's/uF{$#yt/$pEt#n@u

xt

h9$#

Mt# u

5

s)

j9t

=

)

t

Dan pada pergantian malam dan siang dan hujan yang diturunkan Allah

dari langit lalu dihidupkan-Nya dengan air hujan itu bumi sesudah matinya;

dan pada perkisaran angin terdapat tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi

kaum yang berakal. (Q.S. Al Jaatsiyah 45 : 5)

Menurut (Shihab, 2002 : 35) ayat ini masih merupakan bukti-bukti dari

kekuasaan Allah. Dan pada perbedaan malam dan siang sekali ini yang

datang, sekali itu, sekali malam yang panjang dan kali lain siang

kesemuanya berdasarkan ketentuan yang tetap dan pasti. Juga demikian apa

yang diturunkan Allah dari langit berupa rizki seperti hujan dan lain-lain

lalu dihdupkan-Nya. Maksudnya dengan air hujan bumi sesudah matinya.


42/99

27

Dan pada perkisaran angin ke berbagai arah, perbedaan suhu dan

kekuatannya, serta manfaat atau bahayanya pad semua itu terdapat tanda-

tanda kekuasaan Allah bagi kaum yang berakal.

Dan menurut Syaikh Abu Bakar Jabir Al-Jazairi dalam Tafsir Al-Aisa,

Firman-Nya,dan pada pergantian malam dan siangyakni ketika malam

datang, maka siang pun menghilang, begitu pula sebaliknya, dan juga

perbedaan lama waktu antara keduanya; terkadang malam lebih panjang dari

siang atau sebaliknya. Dan juga Dan rezeki (hujan) yang diturunkan Allah

dari langityaitu dengan menurunkan hujan, karena hujan adalah sebab

adanya rezeki. Lalu Dia menghidupkan dengan air hujan itu bumi yang

telah matiyakni menghidupkan bumi dengan air hujan setelah mati, yaitu

bumi yang tidak ditumbuhi oleh tanaman-tanaman. Dan pada perkisaran

angindari angin yang sejuk menjadi panas, dari angin utara menjadi

angin selatan, dari angin yang lembut sepoi-sepoi menjadi angin yang

kencang yang mengandung hawa dingin dan panas. Sesungguhnya pada

yang telah disebutkan itu Terdapat tanda-tandayakni bukti-bukti atas

wajibnya beribadah dan menyembah Allah serta mengesakan-Nya. Akan

tetapi, hal itu hanya bagi kaum yang berakal. Adapun mereka yang tidak

memiliki akal, maka mereka tidak dapat melihat satu pun dari tanda-tanda

kebesaran dan kekuasaan Allah (Al-Jazairi, 2006 : 721-722).

Ayat diatas menggambarkan kekuasaan Allah bagi orang-orang yang

dapat mengambil pelajaran dari apa yang mereka saksikan atas gejala atau


43/99

28

fenomena alam tersebut, dan merupakan hikmah-hikmah ketuhanan yang

tinggi yang tidak diketahui oleh manusia.

c. Surat Ar Ruum : 46

uGt# ur&yy$th9$#;Nuet6/3s)9 uiFuqyftG9u7=9$# r'/

(#tG;tG9us/3=ys9ut3n@

Dan di antara tanda-tanda kekuasan-Nya adalah bahwa Dia mengirimkan

angin sebagai pembawa berita gembira dan untuk merasakan kepadamu

sebagian dari rahmat-Nya dan supaya kapal dapat berlayar dengan

perintah-Nya dan (juga) supaya kamu dapat mencari karunia-Nya; mudah-

mudahn kamu bersyukur. (Q.S. Ar Ruum 30 : 46)

Menurut M. Quraish Shihab dalam Tafsir Al-Mishbah ayat di atas

menyatakan : Dan di antara tanda-tanda kekuasaanya-Nya adalah bahwa

dia senantiasa dan dari saat ke saat mengirimkan aneka angin, ada yang

berhembus dari selatan, ada dari utara dan lain-lain, sebagai pembawa berita

gembira tentang bakal turunnya hujan, atau melajunya perahu dan untuk

merasakan kepada kamu sebagai dari rahmatnya, antara lain dengan

berhembusnya yang menyegarkan, serta tumbuhnya aneka tumbuhan berkat

curahan hujan, dan supaya kapal dapat berlayar dengan perintahnya yakni

dengan izin-Nya melalui hukum-hukum alam yang ditetapkan-Nya dalam

konteks angin, laut serta kapal-kapal dan juga supaya kamu dapat mencari

karunia-Nya dengan berdagang, bepergian untuk berijtihad atau menuntut

ilmu. Itu semua dilakukannya sebagai anugrah dari-Nya dan agar kamu


44/99

29

bersyukur dengan jalan menaati perintah-Nya dan menjauhi larangan-Nya

(Shihab, 2002 : 84).

Menurut Abdullah Bin Muhammad bin Abdurrahman bin Ishaq Alu

Syaikh dalam Tafsir Ibnu Katsir, bahwaAllah menceritakan nikmat-nikmat-

Nya kepada para makhluk, yaitu dikirimnya angin sebagai pembawa berita

dari Pemilik rahmat dengan datangnya hujan setelah itu. Untuk itu, Allah

berfirman: Fuqi/3s)9u Dan untuk merasakan kepadamu sebagian

dari rahmat-Nya, yaitu hujan yang diturunkan-nya, sehingga dengan air itu

para hamba dan negeri-negeri menjadi hidup. r'/ 7=9$ ftG9u dan

supaya kapal dapat berlayar dengan perintah-Nya, dilautan. Kapal itu

dilayarkan melalui perantaraan hembusan angin. s (#tG;tG9u

Dan(juga)supaya kamu dapat mencari karunia-Nya,di dalam

perdagangan, mencari nafkah serta melakukan perjalanan dari satu kota ke

kota lain dan dari satu Negara ke negara lain. t3n@ /3=ys9u Mudah-

mudahan kamu bersyukur,yaitu bersyukur kepada Allah atas segala nikmat

yang dilimpahkan kepada kalian, baik berupa nikmat-nikmat lahir maupun

nikmat-nikmat bathin yang tidak dapat dihitung dan dicatat (Bin Muhammad

bin Abdurrahman bin Ishaq Alu Syaikh, 2004 : 382).


45/99

30

Dari ayat diatas kita dapat mengambil pelajaran bahwasanya Allah

memberikan tanda-tanda kekuasaan-Nya melalui nikmat-nikmat yang

diberikan, dengan mengirimkan angin dan mendatangkan hujan, agar kita

senantiasa bersyukur atas nikmat-nikmat tersebut.

d. Surat Ar Ruum : 48

!$#%!$#yxth9$#WGs$\/$ysy6us!$y9$#y#x.!$toygsu$Z|.utIs

ss9$#ls=n=z(!# s*sz>$|r&/t!$to$t7#s)/t;tGo

Allah, Dialah yang mengirim angin, lalu angin itu menggerakkan awan dan

Allah membentangkannya di langit menurut yang dikehendaki-Nya, dan

menjadikannya bergumpal-gumpal; lalu kamu Lihat hujan keluar dari

celah-celahnya, Maka apabila hujan itu turun mengenai hamba-hamba-Nya

yang dikehendakiNya, tiba-tiba mereka menjadi gembira. (Q.S. Ar Ruum 30:

48)

Menurut M. Quraish Shihab dalam Tafsir Al-Mishbah ayat ini

menggambarkan proses terjadinya hujan. Awan tebal bermula ketika angin

atas Kuasa Allah mengiringi atau mengarak kawanan awan kecil ke zona

convergence. Pergerakan awan-awan itu menyebabkan bertambahnya

kualitas jumlah uap dalam perjalananya terutama di sekitar zona. Apabila

dua awan atau lebih menyatu, maka arus udaara yang naik di dalam awan

akan bertambah secara umum, hal ini menyebabkan datangnya tambahan

uap air dari bagian bawah dasar awan yang perannya menambah potensi

yang terpendam untuk berakumulasi. Awan tebal bergerak ke mana saja

sesuai arah gerak angin yang dikehendaki Allah, sedang faktor akumulasi


46/99

31

dan pembangunannya akan terus menurus sepanjang arus udara yang naik

mampu membawa formasi awan dari titik-titik air atau butir-butir embun.

Ketika angin tidak lagi mampu membawa formasi-formasi itu karena telah

bergumpal-gumpal dan menyatu maka proses akumulasi terhenti dan hujan

pun turun (Shihab, 2002 : 90).

Sedang Menurut Abdullah Bin Muhammad bin Abdurrahman bin

Ishaq Alu Syaikh dalam Tafsir Ibnu Katsir, Allah menjelaskan bagaimana

Dia menciptakan awan yang dapat menurunkan air hujan. Dia berfirman:

y$\/$ysyWGs xth9$# %!$# !$# Allah,Dia-lah yang mengirimkan

angin,lalu angin itu menggerakkan awan,adakalanya dari laut

sebagaimana yang diceritakan oleh banyak orang-, atau sesuai apa yang

dikehendaki oleh Allah. !$to y#x. !$y9$# 6us dan Allah

membentangkannya di langit menurut yang dikehendaki-Nya,yaitu

dibentangkan, diperbanyak dan ditumbuhkan serta membuat sesuatu yang

sedikit menjadi banyak, yang memunculkan awan seperti yang engkau lihat

dengan mata kepala sendiri seperti tameng. Kemudian, Dia bentangkan

hingga memenuhi bagian-bagian ufuk, dan terkadang awan datang dari arah

lautan membawa sesuatu yang berat dan penuh.=n=zls s s9$# utIs

Lalu kamu lihat hujan ke luar dari celah-celahnya,yaitu engkau melihat

hujan,yaitu tetesannya keluar dari celah-celah awan.


47/99

32

z ;tGo/ #s)$t7 !$tot / t>$| r&!# s*s maka apabila hujan itu

turun mengenai hamba-hamba-Nya yang dikehendaki-Nya tiba-tiba mereka

menjadi gembira, yaitu karena kebutuhan mereka terhadapnya, mereka

merasa gembira dengan turun dan sampainya hujan kepada mereka (Bin

Muhammad bin Abdurrahman bin Ishaq Alu Syaikh, 2004 : 384).

Menurut hemat kami ayat di atas menggambarkan proses terjadinya

hujan dimana peran angin sebagai penggerak awan, dua per tiga dari bumi

mengandung air dan sisanya adalah daratan akan mengalami penguapan atau

evaporasi dengan bantuan matahari, begitu juga air yang ada di daun

tumbuhan ataupun permukaan tanah. Proses penguapan air dari tumbuh-

tumbuhan itu dinamakan transpirasi. Kemudian uap-uap air tersebut akan

mengalami proses kondensasi atau pemadatan yang akhirnya menjadi awan.

Awan-awan itu akan bergerak ke tempat yang berbeda dengan bantuan

hembusan angin baik secara vertikal maupun horizontal. Gerakan angin

vertikal ke atas menyebabkan awan bergumpal. Gerakan angin tersebut

menyebabkan gumpalan awan semakin membesar dan saling bertindih-

tindih. Akhirnya gumpalan awan berhasil mencapai atmosfir yang bersuhu

lebih dingin. Di sinilah butiran-butiran air dan es mulai terbentuk. Lama-

kelamaan angin tidak dapat lagi menopang beratnya awan dan akhirnya

awan yang sudah berisi air ini mengalami presipitasi atau proses jatuhnya

hujan air, hujan es dan sebagainya ke bumi.


48/99

33

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Lokasi PenelitianPenelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari-Mei 2010. Dan penelitian

ini dilaksanakan di Laboratorium Komputasi, Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang.

3.2. AlatAlat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Seperangkat komputer personal tipe pentium 4 CPU 2.66 GHz, harddisk80 Gbyte, memori 256 Mbyte RAM dan sistem operasi Microsoft

Windows XP Professional untuk membuat program dan penulisan

laporan.

b. Perangkat lunak (software) yang digunakan untuk pembuatan programsimulasi konversi energi angin menjadi energi listrik adalah Matlab versi

6.5.

3.3. Tahapan ImplementasiTahapan implementasi adalah langkah-langkah yang digunakan untuk

pembuatan simulasi konversi energi angin menjadi energi listrik menggunakan

GUI pada Matlab yang dapat dilihat pada gambar 3.2. Flowchart program simulasi

oleh GUI terlihat seperti pada Gambar 3.1.


49/99

34

Gambar 3.1:flowchartprogram simulasi konversi energi angin menjadi energi listrik

3

21 AVP

total=

Masukkan nilai variabel

V, D, Cp, Nb, Ng

Mulai

Aktifkan

button satu?

Keluran nilai dayaTurbin Angin

Selesai

Close

Y

T


50/99

35

Gambar 3.2: Tahap Implementasi

3.3.1. PemodelanPada tahap pemodelan merupakan proses pembuatan model

matematika dari suatu sistem fisis dengan menelaah dan menganalisis

karakteristik dinamika sistemnya yang kemudian akan disimulasikan

dalam komputer. Model matematika dari sistem dinamik didefinisikan

sebagai sejumlah persamaan yang menggambarkan dinamika dari sistem

tersebut secara tepat, atau paling tidak, cukup baik. Persamaan-persamaan

yang berkaitan dengan model sistem tersebut telah diuraikan dalam bab II

(Kajian Pustaka).

Langkah-langkah yang harus dilakukan pada tahap pemodelan ini

adalah:

a. Menentukan diagram blok sistem.b. Menentukan persamaan sistem.c. Menentukan permintaan desain sistem yang diinginkan.

Pemodelan

Pembuatan diagram blok

Pembuatan simulasi

Tahap pengujian


51/99

36

3.3.2. Diagram Blok SistemPrinsip 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.

Gambar 3.3: Diagram Blok Turbin Angin

Dari prinsip dasar kerja turbin angin yang mengubah energi mekanis

dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan

untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

3.3.3. Pembuatan SimulasiPembuatan GUI dilakukan dengan dua tahap, yaitu:

a. Pembuatan halaman GUIBerdasarkan gambar 3.1 flowchart program simulasi konversi

energi angin menjadi energi listrik, maka digunakan dua buah

komponen GUI bernamapush button sebagai tombol eksekusi untuk

menampilkan hasil simulasi. Komponen masukan bernama edit text

untuk memasukkan variabel kecepatan dan diameter rotor serta

popupmenu untuk menentukan efisiensi yang dipakai, hal ini

menyesuaikan dengan jumlah variabel dengan persamaan turbin

Angin Blade GearBox Generator Listrik


52/99

37

angin. Komponen GUI lain yang harus dibuat adalah axes untuk

menampilkan hasil dalam bentuk grafik, dan disertai dengan edit text

untuk menampilkan hasil simulasi, sedang statictext untuk label,

serta komponen frames untuk mengelompokkan control yang

berhubungan, kecuali axes. Setelah semua komponen terpasang

maka dilanjutkan dengan mengatur property inspector tiap

komponen tersebut.

b. Penulisan script program di M-file untuk proses simulasiSetelah pembuatan halaman GUI diselesaikan maka dilanjutkan

dengan pembuatan program di M-file untuk masing-masing GUI

sehingga proses simulasi nantinya dapat berjalan. Program yang

dijalankan berdasarkan persamaan turbin angin sumbu horizontal

yang telah ditentukan. Nilai variabel yang dimasukkan dikenal

sebagai objek yang memiliki property tertentu. Dengan fungsi get

digunakan untuk mengambil nilai properti dari suatu objek, karena

masukan program adalah berjenis numerik, maka perlu dipadukan

dengan fungsi str2double untuk merubah obyek berbentuk numerik

dari bentuk semulanya yaitu string. Kemudian, supaya objek dapat

digunakan pada fungsi lainnya di tambahkan fungsi

handles.objek=objek dan guidata(hObject,handles). Langkah

selanjutnya penulisan script untuk hasil simulasi yaitu bagian yang

sangat penting pada aplikasi ini adalah function pushbutton yang


53/99

38

merupakan tombol fungsi untuk melihat grafik simulasi dan edit teks

untuk mempermudah dalam menganalisa hasil simulasi.

3.3.4. Tahap PengujianPengujian sistem turbin angin meliputi pengujian variasi variabel

kecepatan dan variasi variabel diameter. Karena adanya perubahan pada

masukkan maka akan merubah nilai keluaran atau hasil daya turbin angin.

Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian daya turbin angin

ini yaitu dengan memberi nilai konstanta kerapatan udara, dan memberikan

nilai asumsi pada efisiensi turbin angin.

3.4. Analisis HasilAnalisis merupakan tahap yang penting dan menentukan hasil. Karena

pada tahap ini sistem dikerjakan dan dimanfaatkan sedemikian rupa sampai

berhasil menyimpulkan kebenaran yang diinginkan dalam penelitian. Analisis

yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan membuat simulasi dalam

bentuk grafik. Dari simulasi yang dibuat tersebut dapat diketahui besarnya

keluaran daya turbin angin yang dihasilkan, di peroleh dari masukan variasi

variabel kecepatan angin dan diameter rotor yang diinginkan.

Analisis turbin angin sumbu horizontal ini meliputi tingkat kecepatan

angin dan diameter rotor terhadap perubahan daya turbin yang dihasilkan, dan

dengan memberi nilai konstanta kerapatan udara, serta memberikan nilai asumsi

pada efisiensi turbin angin. Langkah selanjutnya, hasil analisis tersebut dibahas

berdasarkan karakteristik-karakteristik yang ada untuk kemudian ditarik suatu

kesimpulan.


54/99

39

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PEMODELAN4.1.1. Diagram Blok Sistem Turbin Angin

Gambar 4.1 : Diagram Blok Turbin Angin

Baling-baling menerima datangnya angin sehingga ia berputar pada

porosnya, putarannya tidak terlalu cepat karena massanya yang besar,

diteruskan oleh poros laju rendah ke belakang melalui gearbox. Gearbox

mengubah laju putar menjadi lebih cepat, konsekuensinya dengan momen

gaya yang lebih kecil, sesuai dengan kebutuhan generator yang ada di

belakangnya. Generator kemudian mengubah energi kinetik putar menjadi

energi listrik.

4.1.2. Persamaan Sistem Turbin Angina. Enegri Kinetik Angin

Daya angin dihasilkan dari pergerakan angin dan energi yang

terkait dengan gerakan seperti itu adalah energi kinetik:

2

2

1mVKinetikEnergi = (4.1)

Angin Blade GearBox Generator Listrik


55/99

40

Dimana,

m = Massa udara dalam Kg

V = Kecepatan massa udara dalam m/s

Massa udara didefinisikan sebagai perkalian antara Volume

dengan kepadatan:

m = Q x (4.2)

dimana,

Q = Volume /debit (m3)

= Kepadatan/ kerapatan udara (Kg/m3)

Karena daya adalah energi per satuan waktu, oleh karena itu

ekspresi daya dapat diturunkan sebagai berikut:

dtdEDaya k= (4.3)

{ }2..2

1vm

dt

d=

{ }2...2

1vQ

dt

d=

2

...2

1

vdt

dQ

=

disini,dt

dQadalah debit rata-rata (m

3/s)


56/99


57/99

42

Seperti yang terlihat dalam persamaan daya angin

sebelumnya, keluaran daya dari turbin angin bervariasi linear dengan

daerah yang melawati rotor sudu. Untuk turbin sumbu horisontal,

daerah yang melawati rotor sudu adalah:

( )224

mDA

= (4.5)

Dimana, D adalah diameter rotor

c. Effisiensi Turbin Angin1) Efisiensi Rotor (Cp)Daya angin maksimum yang dapat diekstrak oleh turbin angin

dengan luas sapuan rotorA adalah:

( )WVP 32

1

27

16= (4.6)

Angka 16/27 (=59.3%) ini disebut batas Betz (Betz limit, diambil

dari ilmuwan Jerman Albert Betz). Angka ini secara teori

menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor

turbin angin tipe sumbu horisontal. Pada kenyataannya karena

ada rugi-rugi gesekan dan kerugian di ujung sudu, efisiensi

aerodinamik dari rotor, rotor ini akan lebih kecil lagi yaitu

berkisar pada harga maksimum 0.45 saja untuk sudu yang

dirancang dengan sangat baik. Maka daya yang dapat diserap

oleh turbin angin menjadi:


58/99

43

( )WVCpP 32

1= (4.7)

Angin bertiup menerpa rotor dengan luas sapuan tertentu. Namun

tidak semua daya angin dapat diserap oleh rotor. Besarnya daya

angin yang dapat diserap oleh rotor sangat tergantung pada

prestasi rotor, yang mana biasanya dinyatakan dalam koefisien

daya, CP. Sehingga asumsi yang dilakukan dalam penelitian ini

adalah menggunakan nilai efisiensi rotor yaitu: 20%,30%,40%

dan 50%.

2) Efisiensi Transmisi (Nb) dan Efisiensi Generator (Ng)Daya kinetik rotor selanjutnya disalurkan ke sistem transmisi

(gear box) dan generator untuk dikonversi menjadi daya listrik.

Kedua komponen tersebut tentunya mempunyai efisiensi masing

masing dengan asumsi nilai efisiensi transmisi yaitu:

60%,70%,80%,90% dan nilai effisiensi generator

50%,60%,70%,80% seperti yang dijelaskan oleh Sugata Pikatan

bahwa efisiensi transmisi gearbox dan bearings (Nb, bisa

mencapai 95%), dan efisiensi generator (Ng, ~ 80%).Sehingga efisiensi total turbin angin dapat dituliskan sebagai berikut:

NgNbCptotal ..= (4.8)


59/99

44

d. Daya turbin angin

Dengan menggabungkan persamaan 4.4 dan persamaan 4.8

sehingga daya yang dihasilkan oleh turbin angin adalah sebagai

berikut :

( )WVP total3

2

1= (4.9)

4.2 PROGRAM UTAMA

% --- Executes on button press in pushbutton1.

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata,

handles)

% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future

version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see

GUIDATA)

ro=1.2

min= str2double(get(handles.edit1,'String'));

max= str2double(get(handles.edit2,'String'));

V=min:0.1:max;

D= str2double(get(handles.edit3,'String'));

A=pi/4*D.^2;


60/99

45

cp=handles.cp;

nb=handles.nb;

ng=handles.ng;

eftot=cp*nb*ng

P=0.5*ro*A*V.^3*(eftot);

axes(handles.axes1);

plot(V,P);

xlabel('Kecepatan Angin(V)m/s');

ylabel('Daya(P)watt');

Pmin=0.5*ro*A*min.^3*(eftot);

Pmax=0.5*ro*A*max.^3*(eftot);

set(handles.edit4,'string',Pmin);

set(handles.edit5,'string',Pmax);


61/99

46

4.3 TAHAP PENGUJIAN1. Variabel Kecepatan Angin (v)

Berikut adalah beberapa contoh hasil simulasi pada kondisi masukkan

tertentu, sebagai contoh konversi energi angin menjadi energi listrik dengan

mengubah variabel kecepatan (V) untuk mengetahui pengaruh kecepatan

angin terhadap besarnya daya turbin (Pturbin) yang dihasilkan dengan

mengasumsikan efisiensi turbin pada kondisi maksimal:

Kecepatan Angin (V) : 2 m/s sampai 3 m/s

Diameter Rotor (D) : 5 m

Kerapatan Udara () : 1,2 Kg/m3

Efisiensi Turbin () :

- Rotor (Cp) : 50%- Transmisi (Nb) : 90%- Generator (Ng) : 80%

Gambar 4.3: Pengujian variabel kecepatan angin (V) = 2 m/s sampai 3 m/s.


62/99

47

Daya maksimum yang dihasilkan oleh turbin angin adalah 114.511 watt

Daya minimum yang dihasilkan oleh turbin angin adalah 33,9292 watt








Daya minimum yang dihasilkan oleh turbin angin adalah 114.511 watt


63/99

48








Daya minimum yang dihasilkan oleh turbin angin adalah 271.434 watt

Untuk pengujian variabel kecepatan (V) dalam mengetahui pengaruh

kecepatan angin terhadap besarnya daya turbin (Pturbin) secara keseluruhan

dapat diperlihatkan pada lampiran 4.


64/99

49

2. Variabel Diameter Rotor (D)Berikut adalah beberapa contoh hasil simulasi pada kondisi masukkan

tertentu, sebagai contoh konversi energi angin menjadi energi listrik dengan

mengubah variabel diameter rotor (D) untuk mengetahui pengaruh diameter

rotor terhadap besarnya daya turbin (Pturbin) yang dihasilkan dengan

mengasumsikan efisiensi turbin pada kondisi maksimal:






Gambar 4.6: Pengujian variabel diameter rotor (D) = 5 m



65/99

50







Gambar 4.7: Pengujian variabel diameter rotor (D) = 6 m




66/99

51






Gambar 4.8: Pengujian variabel diameter rotor (D) = 7 m.



Untuk pengujian variabel diameter rotor (D) dalam mengetahui pengaruh

diameter rotor terhadap besarnya daya turbin (Pturbin) secara keseluruhan dapat

diperlihatkan pada lampiran 4.


67/99

52

4.4 PEMBAHASANAngin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit

Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik

dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Dalam proses konversi ini

angin memiliki energi kinetik(Ek) dan baling-baling menerima datangnya angin

dengan luas penampangnya (A) sehingga ia berputar pada porosnya, dapat

berbentuk horizontal ataupun vertikal, tetapi yang umum digunakan adalah yang

berbentuk horizontal, karena ada rugi-rugi gesekan dan kerugian di ujung sudu,

sehingga perlu memasukkan nilai efisiensi aerodinamik dari rotor (Cp),

putarannya tidak terlalu cepat karena massanya yang besar, diteruskan oleh poros

laju rendah ke belakang melalui gearbox. Gearbox mengubah laju putar menjadi

lebih cepat, konsekuensinya dengan momen gaya yang lebih kecil, sesuai dengan

kebutuhan generator yang ada di belakangnya. Pada proses transmisi juga

memiliki kerugian-kerugian sehingga perlu memasukkan nilai efisiensi transmisi

(Nb). Generator kemudian mengubah energi kinetik putar menjadi energi listrik

dengan efisiensi yang dimilikinya (Ng). Energi Listrik ini biasanya akan disimpan

kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Dari hasil pengujian variabel kecepatan angin, dengan mengasumsikan

nilai kerapatan udara () = 1,2 Kg/m

3

di atas permukaan laut, besar diameter rotor

(D) = 5 m, dan efisiensi turbin () = (rotor = 50%, transmisi = 90%, generator =

80%) diasumsikan pada kondisi maksimal, untuk kecepatan 2 m/s sampai 3 m/s

menghasilkan daya maksimum turbin angin sebesar 114.511 watt, dan pada


68/99

53

kecepatan angin 3 m/s sampai 4 m/s menghasilkan daya maksimum sebesar

271.434 watt, serta untuk kecepatan angin 4 m/s sampai 5 m/s menghasilkan daya

maksimum sebesar 530.144 watt. Dari data yang dihasilkan kita dapat melihat

bahwa besarnya daya turbin angin yang dihasilkan dipengaruhi oleh variabel

kecepatan angin, dengan kata lain semakin tinggi kecepatan angin yang di terima

oleh baling-baling semakin tinggi pula daya yang dapat dihasilkan.

Kemudian pada pengujian berikutnya yaitu pengaruh variabel diameter

rotor terhadap besarnya daya turbin yang dihasilkan, dengan mengasumsikan nilai

kerapatan udara () = 1,2 Kg/m3

diatas permukaan laut, dan efisiensi turbin () =

(rotor = 50%, transmisi = 90%, generator = 80%) diasumsikan pada kondisi

maksimal, pada kecepatan angin = 2 m/s sampai 5 m/s, untuk diameter rotor 5

meter menghasilkan daya maksimum sebesar 530.144 watt, sedangkan untuk

diameter rotor 6 meter menghasilkan daya maksimum sebesar 763.407 watt, dan

untuk diameter rotor 7 m dapat menghasilkan daya maksimum sebesar 1039.08

watt. Dari data yang dihasilkan kita dapat melihat bahwa besarnya daya turbin

angin yang dihasilkan dipengaruhi oleh variabel diameter rotor, namun hal ini

bukan berarti kita dapat membuat diameter rotor tanpa mempertimbangkan massa

rotor sehingga mengurangi efisiensi rotor dan tentunya hal ini harus

menyesuaikan dengan kebutuhan generator.

Pada pembuatan halaman GUI, digunakan dua buah komponen GUI

bernamapush button1 sebagai tombol eksekusi keluaran danpush button2 untuk

menutup program. Komponen masukan bernama edit text1 sebagai batas masukan

kecepatan minimal angin, edit text2 sebagai batas masukan kecepatan maksimal


69/99

54

angin, edit text3 sebagai batas masukan diameter rotor danpop up menu1 sebagai

masukan nilai efisiensi rotor, pop up menu2 sebagai masukan nilai efisiensi

transmisi,pop up menu3 sebagai masukan nilai efisiensi generator, menyesuaikan

dengan jumlah variabel masukan persamaan turbin angin. Komponen GUI lain

yang harus dibuat adalah Komponen keluaran, axes1 untuk menampilkan vector

data menjadi sebuah plot garis dalam bentuk sebuah grafik dan edit text4 dan edit

text5 untuk menampilkan hasil simulasi yaitu daya maksimal dan daya minimal.

static text untuk label, serta komponen frames untuk mengelompokkan control

yang berhubungan, kecuali axes. Setelah semua komponen terpasang maka

dilanjutkan dengan mengaturproperty inspectortiap komponen tersebut.

Untuk scrip keseluruhan dapat di lihat pada halaman lampiran, penulisan

script untuk hasil simulasi yaitu bagian yang sangat penting pada aplikasi ini

adalah function pushbutton1_callback yang merupakan fungsi untuk melihat

grafik simulasi. Mula-mula, ro=1,2 merupakan asumsi kerapatan udara, kemudian

memasukkan nilai kecepatan dan efisiensi sebagai rangkaian nilai masukan.

Sehingga dengan mudah kita dapat menentukan nilai keluaran Pmax dan Pmin

nya yang kemudian ditampilkan menggunakan:

set(handles.edit4,'string',Pmin);

set(handles.edit5,'string',Pmax);

Sebaliknya, grafik simulasinya ditampilkan menggunakan axes1 dengan

perintah:

Axes(handles.axes1);

plot(V,P);


70/99

55

Hasil simulasi dengan menggunakan GUI pada Matlab dapat

mempermudah user (pengguna) untuk melakukan analisis terhadap suatu sistem

dan cepat dilakukan. Dan mudah untuk memberikan input yang berbeda-beda

sehingga menghasilkan keluaran daya turbin sesuai dengan kriteria yang

diinginkan tanpa harus langsung menulis script di M-File.


71/99

56

4.5 ANGIN DALAM KORELASI ALQURAN DAN SAINSAngin dalam konsep ilmu pengetahuan dapat diartikan aliran udara, ia

berbentuk di antara dua zona atau tempat yang memiliki suhu berbeda. Perbedaan

suhu di atmosfer menyebabkan perbedaan tekanan udara, dan mengakibatkan

udara terus menerus mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Bila terjadi

perbedaan di antara pusat tekanan (yakni suhu atmosfer) terlalu tinggi, arus udara

(yakni arus angin) menjadi sangat kuat.

Meskipun terdapat daerah-daerah yang memiliki perbedaan suhu yang

sangat jauh seperti antara khatulistiwa dan kutub, bumi tidak selalu dihadapkan

pada angin dan tekanan yang kuat, berkat adanya rintangan dan pengaturan .

Andai saja arus udara kuat, yang semestinya terbentuk diantara khatulistiwa dan

kutub, tidak diperlemah, tentu bumi akan berubah menjadi planet mati yang didera

badai terus-menerus.

Ayat-ayat Alquran tentang angin diatas telah memberikan pengetahuan

bagi kita bahwa Allah dalam menciptakan sesuatu pasti ada manfaatnya, yang

menunjukkan kekuasaan-Nya. Pada ayat Asy Syuura : 33, Shaad : 36 dan Al

Anbiya : 81, Allah memperlihatkan kekuasaanya dalam mengontrol angin atau

mengerak-gerak angin sesuai kehendaknya yang digunakan untuk menunjukkan

kekuasan-Nya. Begitu juga dengan aya-ayat yang lain seperti Al-Baqarah : 164,

Al Jaatsiyah : 5, Faathir : 9 dan Ar Ruum : 46-48, yang menunjukkan hikmah dari

adanya angin di alam semesta ini.

Dijelaskan dari tafsir ayat-ayat tersebut bahwa angin berfungsi sebagai

terciptanya hujan yang memberikan kehidupan di bumi dengan adanya air sebagai


72/99

57

sumber kehidupan. Berikut akan dijelaskan bagaimana angin berfungsi dalam

pembentukan air hujan.

Pembentukan hujan berlangsung dalam tiga tahap. Pertama, "bahan baku"

hujan naik ke udara, lalu awan terbentuk. Akhirnya, curahan hujan terlihat. Tahap-

tahap ini ditetapkan dengan jelas dalam Alquran berabad-abad yang lalu, yang

memberikan informasi yang tepat mengenai pembentukan hujan, "Dialah Allah

Yang mengirimkan angin, lalu angin itu menggerakkan awan dan Allah

membentangkannya di langit menurut yang dikehendakiNya, dan menjadikannya

bergumpal-gumpal; lalu kamu lihat air hujan keluar dari celah-celahnya; maka,

apabila hujan itu turun mengenai hamba-hambaNya yang dikehendakiNya, tiba-

tiba mereka menjadi gembira" (Q.S. Ar Ruum [30]48).

Dalam sebuah ayat Alquran disebutkan sifat angin yang mengawinkan

dan terbentuknya hujan karenanya. "Dan Kami telah meniupkan angin untuk

mengawinkan dan Kami turunkan hujan dari langit lalu Kami beri minum kamu

dengan air itu dan sekali kali bukanlah kamu yang menyimpannya." (Q.S. Al Hijr

[15]22). Dalam ayat ini ditekankan bahwa fase pertama dalam pembentukan hujan

adalah angin. Hingga awal abad ke 20, satu-satunya hubungan antara angin dan

hujan yang diketahui hanyalah bahwa angin yang menggerakkan awan. Namun

penemuan ilmu meteorologi modern telah menunjukkan peran "mengawinkan"

dari angin dalam pembentukan hujan.

Fungsi mengawinkan dari angin ini terjadi sebagaimana berikut: Di atas

permukaan laut dan samudera, gelembung udara yang tak terhitung jumlahnya

terbentuk akibat pembentukan buih. Pada saat gelembung-gelembung ini pecah,


73/99

58

ribuan partikel kecil dengan diameter seperseratus milimeter, terlempar ke udar

Documents

03540012 Akhwan Bastomi (Httplib.uin Malang.ac.Idthesisfullchapter03540012 Akhwan Bastomi.ps)