8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
1/18
LAPORAN DESAIN ALAT TEKNIK LABORATORIUM 1
“MINIATUR TURBIN ANGIN PEMBANGKIT LISTRIK”
Disusun oleh:
Devi Ek !"h A#i#h
NIM 1$%&1%1%&%'%
KELAS (
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN !ISIKA
!AKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNI)ERSITAS *EMBER
&%1+
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
2/18
RINGKASAN
Pengembangan energi alternative baru dan terbarukan sedang digalakan melalui
kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber
energi terbarukan. Tenaga angin merupakan salah satu sumber energy terbarukan yang
melimpah dinegeri kita dan ramah lingkungan karena menekan emisi gas CO2, oleh karena
itu kita dapat memperoleh listrik murah yang tidak terbatas dari energy angin.Pembangkit listrik tenaga angin mengkonversikan tenaga angin menjadi energy
listrik dengan menggunakan kincir angin atau turbin angin. Tujuan dari pembuatan alat ini
yaitu untuk mengetahui perubahan energy gerak menjadi energy listrik melalui miniature
turbin angin, mengetahui hubungan kecepatan angin dengan tegangan yang dihasilkan,
mengetahui pengaruh jumlah kumparan generator terhadap tegangan yang dihasilkan dan
mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap tegangan yang dihasilkan.
Prinsip kerja miniature turbin angin ini cukup sederhana yaitu putaran blade oleh
kipas angin diteruskan ke rotor generator dimana generator ini memiliki lilitan tembaga yang
berfungsi sebagai stator sehingga menghasilkan listrik. omponen alat yang terdiri dari
magnet yang berfungsi sebagai stator, rotor dan bearing adalah komponen generator dimana
ketiga komponen ini dibuat terbuka agar mahasis!a dapat mengetahui pengaruh perubahan
lilitan terhadap listrik yang dihasilkan. "eban yang diberikan berupa lampu #$%. omponen
sudu juga dibuat bisa dibongkar pasang untuk memvariasi dalam pengambilan data uji
pengaruh jumlah sudu terhadap arus yang dihasilkan. emudian untuk menganti-ganti
kecepatan angin digunakan kipas angin yang mempunyai kecepatan &, 2 dan '.
(enurut literature yang ada kecepatan angin berpengaruh terhadap tegangan yang
dihasilkan. )emakin tinggi kecepatan angin yang diberikan semakin tinggi pula nilai
tegangan yang dihasilkan. emudian semakin banyak kumparan maka tegangan yang
dihasilkan juga semakin besar. *al ini memenuhi hukum faraday yaitu + -ɛdɸm
dt .
#alu bertambahnya jumlah sudu yang akan mengakibatkan bertambahnya pula berat dari
turbin sehingga membutuhkan gaya dorong yang besar untuk memutar sudu turbin. *al itu
dapat disebabkan karena semakin tinggi gaya dorong yang dihasilkan juga akan
meningkatkan putaran dari turbin.semakin tinggi putaran maka daya motor yang dihasilkan
akan semakin meningkat. *al ini sesuai dengan persamaan berikut yaitu
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
3/18
PENDA,ULUAN
1-1 L." Belkn/
Pengembangan energi alternative baru dan terbarukan sedang digalakan melalui
kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber
energi terbarukan. %an juga untuk mengatasi krisis sumber energi dan pemanasan global
yang di akibatkan dari penggunaan sumber energi fosil.
$nergi terbarukan berasal dari proses alami dan kemungkinan tidak akan pernah
habis. $nergi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan energi dari
sumber yang alami regenerasi dan karenanya, hampir tak terbatas. ni termasuk energi surya,
energi angin, tenaga air, biomassa /berasal dari tumbuhan0, energi panas bumi /panas dari
bumi0, dan energi laut.
Peningkatan penggunaan energi terbarukan bisa mengurangi pembakaran bahan
bakar fosil /batubara, minyak bumi, dan gas alam0, menghilangkan polusi udara yang terkait
dan emisi karbon dioksida, dan berkontribusi untuk kemandirian energi nasional dan
keamanan ekonomi dan politik.
Tenaga angin merupakan salah satu sumber energy terbarukan yang melimpah
dinegeri kita dan ramah lingkungan karena menekan emisi gas CO2, oleh karena itu kita
dapat memperoleh listrik murah yang tidak terbatas dari energy angin. %engan memberikan
pemahaman yang benar dan konkrit diharapkan mahasis!a dapat mendesain dan
menciptakan sebuah pembangkit listrik tenaga angin dengan efisiensi yang baik sehingga
bisa dimanfaatkan untuk kehidupan masyarakat dan me!ujudkan program pemerintah untuk
percepatan pemanfaatan energy terbarukan.
(asing-masing sumber energi alternatif memiliki kelebihan dan kekurangan. Penulis
berharap bah!a alat yang akan dibuat ini dapat memberikan sumber energi jauh lebih baik
dibandingkan konvensional, metode pembakaran bahan bakar fosil.
Teo"i 0enukun/ :
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
4/18
P"insi0 Ke"2 Tu"3in An/in Pe43n/ki. Lis."ik
Prinsip kerja dari turbin adalah mengubah energy gerak angin menjadi energy putar pada
kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator yang akhirnya akan
menghasilkan listrik.
omponen yang menhasilkan listrik pada rangkaian turbin angin pembangkit listrik adalah
generator. Prinsip kerja generator adalah memakai kaidah *ukum 1araday, yaitu apabila sebuah
penghantar digerakkan di dalam sebuah medan magnet, maka kedua ujung penghantar tersebut akan
timbul ggl induksi. "ila kedua ujungnya dihubungkan dengan beban,misalnya sebuah lampu, maka
akan mengalir arus listrik dan timbul daya listrik. %asar pembangkitan ggl ini seperti dilihat dalam
gambar berikut
Ene"/i An/in
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
5/18
Prinsip utamanya energy yang dihasilkan angin adalah mengubah energy listrik yang dimiliki
angin menjadi energy kinetic poros. "esarnya energy yang dapat ditransferkan ke rotor tergantung
pada massa jenis udara, luas area dan kecepatan angin. $nergy kinetic untuk suatu massa angin m
yang bergerak dengan kecepatan v yang nantinya akan diubah menjadi energy poros dapat
dirumuskan sebagai berikut
$ + mv2
%imana
m massa udara yang bergerak /kg0
v kecepatan angin /m3s0
$nergy kinetic yang terkandung dalam angin inilah yang akan ditangkap oleh turbin angin untuk
memutar rotor. %engan menganggap suatu penampang melintang 4, dimana udara dengan kecepatan
v mengalami pemindahan volume untuk setiap satuan !aktu, yang disebut dengan aliran volume 5
sebagai persamaan
5 + v 4
%iamana
5 laju volume /m
'
3s0
v kecepatan angin /m3s0
4 luas area sapuan rotor /m20
6otor satu sumbu dengan poros dimana daya poros dihitung dengan persamaan
P + T.7
%imana
T torsi poros /m0
7 kecepatan sudut /rad3s0
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
6/18
B"ke ,o"se Po5e" 6B,P7
Brake Horse Power (BHP) adalah daya dari turbin yang diukur setelah mengalami
pembebanan yang disebabkan oleh generator, gearbo8, pompa ataupun perangkat tambhan
lainnya. "rake yang dimaksud adalah suatu peralatan yang digunakan untuk memberikan
beban pada turbin sehingga putarannya dapat terjaga secara konstan. %alam percobaan
nantinya "*P diukur dengan menggunakan generator listrik. %engan mengukur besarnya
tegangan yang dihasilkan, dapat diketahui besarnya daya generator. )eperti pada rumus
P generator + 5.
%imana
P generator daya generator listrik /9att0
5 tegangan generator listrik /5olt0
arus listris /40
"esarnya "*P dapat dihitung setelah didapatkan harga P generator dengan rumus sebagai
berikut
%imana
"*P "rake *orse Po!er /9att0
Pgenerator daya generator listrik /9att0
: efisiensi generator /;0
To"si 6T7
Torsi biasa disebut juga momen atau gaya yang menyatakan benda berputar pada suatu
sumbu. Torsi juga bisa didefinikan ukuran efektifan gaya tersebut dalam menghasilkan
putaran atau rotasi mengelilingi sumbu tersebut. "esar rotasi dapat dihitung dengan
menggunakan rumus
%imana
T torsi /m0
P daya generator /94tt0
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
7/18
< putaran generator/rpm0
=ntuk sebuah generator jumlah lilitan sangat berpengaruh terhadap tegangan yang
dihasilkan. )esuai dengan *ukum 1araday sebagai berikut >Tegangan induksi dalam satu
rangkaian adalah berbanding lurus pada laju perubahan fluks magnetic yang melalui
rangkaian. ?ika rangkaian adalah kumparan terdiri dati lilitan dan jika ɸm adalah fluks
magnetic melalui satu lilitan, tegangan diinduksikan dalam setiap lilitan. #ilitan adalah seri,
sehingga tegangannya / 0 merupakan penjumlahan, dengan begitu tegangan induksi totalɛ
dalam kumparan diberikan oleh
+ -ɛdɸm
dt
1-& Tu2un
&. =ntuk mengetahui perubahan energy gerak menjadi energy listrik melalui miniature
turbin angin2. =ntuk mengetahui hubungan kecepatan angin dengan tegangan yang dihasilkan.
'. =ntuk mengetahui pengaruh jumlah kumparan generator terhadap tegangan yang
dihasilkan.@. =ntuk mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap tegangan yang dihasilkan.
1-$ Mn8.
&. Pengguna dapat mengetahui perubahan energy gerak menjadi energy listrik melalui
miniature turbin angin
&- Pengguna dapat mengetahui hubungan kecepatan angin dengan tegangan yang dihasilkan.
$- Pengguna dapat mengetahui pengaruh jumlah kumparan generator terhadap tegangan
yang dihasilkan.
9- Pengguna dapat mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap tegangan yang dihasilkan.
GAGASAN
Desin Al.
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
8/18
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
9/18
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
10/18
eterangan
&. (agnet neodymium
"erfungsi sebagai stator yaitu menghasilkan fluks-fluks magnet yang dapat
menimbulkan energy listrik.2. 6otor
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
11/18
6otor adalah merupakan elemen yang berputar, pada rotor terdapat kutub-kutub
magnet dengan lilitan-lilitan ka!atnya dialiri oleh arus searah. 6otor berfungsi untuk
menghasilkan medan magnet dan menghasilkan Aaya Aerak #istrik /AA#0.
'. "earing
"antalan berfungsi sebagai penyangga rotor sehingga membuat rotor dapatstabil3lurus pada posisinya didalam casing dan rotor dapat berputar dengan aman dan
bebas.@. )udu turbin /%apat diganti-ganti0
)udu merupakan bagian dari turbin dimana konversi energi terjadi.
B. %udukan
%udukan berfungsi sebagai tempat didudukannya alat.
P"insi0 Ke"2 Al.
Prinsip kerja miniature turbin angin ini cukup sederhana yaitu putaran blade oleh kipas
angin diteruskan ke rotor generator dimana generator ini memiliki lilitan tembaga yang
berfungsi sebagai stator sehingga menghasilkan listrik. omponen alat nomor &, 2 dan ' adalah
komponen generator dimana ketiga komponen ini dibuat terbuka agar mahasis!a dapat
mengetahui pengaruh perubahan lilitan terhadap listrik yang dihasilkan. "eban yang diberikan
berupa lampu #$%. omponen sudu juga dibuat bisa dibongkar pasang untuk memvariasi dalam
pengambilan data uji pengaruh jumlah sudu terhadap arus yang dihasilkan. emudian untuk
menganti-ganti kecepatan angin digunakan kipas angin yang mempunyai kecepatan &, 2 dan '.
Ben.uk Suu
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
12/18
"entuk sudu yang dipakai adalah jenis savonius, pada alat ini divariasikan jumlah sudu
yaitu 2 sudu dan @ sudu untuk melihat pengaruh arus yang dihasilkan dengan memvariasi jumlah
sudu turbin yang digunakan.
Terdapat tiga variabel bebas yang dibuat untuk mengetahui pengaruh masing-masing
variabel terhadap unjuk kerja turbin angin. 5ariabel tersebut yaitu
a. ?umlah sudu=ntuk variabel jumlah sudu yang digunakan adalah 2 sudu dan @ sudu.
b. ?umlah lilitan
?umlah lilitan yang disediakan yaitu 2B lilitan dan @ lilitan.
c. ecepatan angin=ntuk variabel kecepatan angin digunakan kecepatan kipas sebagai pemutar yaitu
kecepatan &, 2 dan '.
METODE EKSPERIMEN
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
13/18
$-1 ALAT DAN BA,AN
&. 4lat miniature turbin angin pembangkit listrik
2. )udu turbin'. #ilitan ka!at
@. ipas anginB. (ultimeter
$-& LANGKA, KER*A
1- Ln/khln/kh 4enen.ukn hu3un/n ke;e0.n n/in en/n .e/n/n
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
14/18
TEKNIK ANALISIS DATA DAN PEMBA,ASAN
&. Pembahasan tujuan pertama
%esain alat miniature turbin angin pembangkit listrik ini, pada bagian generator dibuat
terbuka sehingga kelihatan magnet dan kumparan dengan tujuan agar mahasis!a mengetahui
komponen-komponen dasar generator. emudian kumparan dapat diganti-ganti jumlah
lilitannya. ?adi alat peraga pembangkit listrik tenaga angin ini bisa dimanfaatkan dengan
maksimal sehingga pengguna dapat mengetahui perubahan energy gerak menjadi energy
listrik.
2. Pembahasan tujuan kedua
Tabel hubungan kecepatan angin dengan tegangan yang dihasilkan digunakan kipas angin
untuk variasi kecepatan.
ecepatan ipas 4ngin Tegangan
&
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
15/18
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
16/18
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
17/18
8/18/2019 Pengembangan Alat Final Devi
18/18