Konsep Teknologi Design

Nama Kelompok : 
1. Darwin Stevan Hutabarat
2. Khoriul Anwar
3. Muhammad Nazhar Nur
4. Rialdo Akbara

KINCIR ANGIN

LATAR BELAKANG ANGIN

Angin adalah proses alam yang berlaku secara skala kecil dan skala besar, secara lingkup daerah dan dunia. Di lapisan atmosfir bawah udara dingin mengalir dari daerah kutub menuju daerah khatulistiwa dan di lapisan atmosfir atas udara hangat mengalir dari khatuistiwa menuju daerah kutub.

Angin merupakan suatu energi alam yang berlimpah adanya di bumi yang juga merupakan energi yang murah serta tak pernah habis. Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia. Adapun pemanfaatannya adalah antara lain :

1.    Pemompaan air untuk keperluan rumah tangga dan pertanian.

2.    Melaksanakan kegiatan pertanian, seperti menggiling jagung, menggiling tepung, tebu.

3.    Mengalirkan air laut untuk pembuatan garam.

4.    Membangkitkan tenaga listrik khususnya untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin terutama untuk daerah yang belum terjangkau oleh PLN.

MEKANISME TURBIN ANGIN

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya.

Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah. Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk membuat listrik.

Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air.

JENIS TURBIN ANGIN

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi jenis turbin angin propeler 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 angin propeler adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling- baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya.

Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang paling banyak digunakan. Anemometer mangkok mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.

Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara.

 Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh G.J.M. Darrieus tahun 1920. Keuntungan dari turbin angin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeler.

ALAT PENGUKUR KECEPATAN ANGIN

Dalam mengetahui seberapa besar kecepatan hembusan suatu angin maka perlu suatu alat/parameter pengukur kecepatan angin itu. Alat yang sering digunakan dalam mengukur kecepatan angin biasa disebut anemometer.

Adapun jenis daripada alat pengukuran kecepatan angin (anemometer) adalah :

a. Anemometer jinjingan

Anemometer jinjingan adalah alat ukur kecepatan angin yang cara kerjanya berdasarkan tekanan dinamik ( . ƒÏ.V2 ). Tetapi alat ukur ini kurang teliti dalam pembacaan.

b. Anemometer setengah bola

Anemometer setengah bola adalah alat ukur kecepatan angin dengan menggunakan kincir setengah bola. Dimana mangkok setengah bola ini akan berfungsi untuk menangkap angin sehingga dapat menggerakkan kincir dan seberapa besar kecepatan angin itu dapat dilihat dari kecepatan putaran kincir.

c. Anemometer propeller

Anemometer propeller adalah alat ukur kecepatan angin dengan menggunakan kincir model pesawat kecil, mengikuti arah angin dan propeller yang mengukur kecepatan arah angin itu.

SEJARAH KINCIR ANGIN

Sejarah perkembangan pembangkit angin dengan kincir angin dapat diuraikan disini :

1.           Sekitar tahun 1890 Negara Denmark sudah mulai memanfaatkan tenaga untuk memompa air maupun membangkitkan tenaga listrik guna mmenuhi kebutuhan industri susu yang terletak terpencar dan yang semakin berkembang khususnya didaerah yang tidak tersedia bahan bakar lokal. Dalam periode 1890-1945 produksi kincir angin kebanyakan berkapasitas 5 KW meskipun ada beberapa yang berkapasitas lebih besar.

2.           Dengan berakhirnya Perang Dunia II, kebutuhan akan tersedianya tenaga listrik diperkirakan akan meningkat, sedangkan persediaan bahan bakar fosil tidak mencukupi sehingga di beberapa Negara Eropa mulai memikirkam untuk memanfaatkan sumber energi pengganti lain termasuk sumber energi angin dan prototype yang telah diproduksi berkapasitas 100 KW.

3.           Sejak tahun 1958 penelitian mengenai tenaga angin mulai ditinggalkan karena berkembangnya teknologi tenaga nuklir yang nampaknya mempunyai prospek yang lebih baik, serta telah stabilnya penyediaan bahan bakar konvensional yang harganya relatif lebih murah dan mungkin besarnya ukuran unit pembangkit listrik tenaga termis yang ternyata lebih menguntungkan.

4.           Sejak melandanya krisis energi tahun 1973 pada saat harga bahan bakar minyak mulai melonjak dan pada saat bersamaan masyarakat di negara-negara maju mulai memberikan tanggapan negatif pada pembangunan pembangkit-pembangkit listrik tenaga nuklir khususnya mengenai hal bahaya pencemaran lingkungan maka sejak itu energi angin mulai mendapat perhatian lagi dalam perkembangannya.

5.           Di Indonesia, tenaga angin telah dikembangkan pemanfaatannya sejak tahun 1979 yang dimulai dengan penelitian-penelitian dan pengukuran data angin serta konsep-konsep teknologi sesuai dengan kondisi dan energi angin yang tersedia di Indonesia.

Perencanaan Kincir Angin

Untuk perencanaan kincir angin diperlukan data sebagai berikut:

1.    Survei data angin

2.    Lokasi kincir yang baik

3.    Rumus energi angin yang baik

4.    Perencanaan

MACAM KINCIR ANGIN

1. Kincir Angin Darrieus

Kincir angin darrieus diciptakan pada tahun 1920 oleh G.J.M. Darrieus dari Perancis. Kincir angin ini terdiri dari sudu-sudu berpenampang airfoil (seperti bentuk pesawat terbang), dengan jumlah sudu satu pasang, dua pasang, atau lebih. Dimana gaya dorong untuk memutar rotor adalah dari kombinasi gaya-gaya aerodinamika yang terjadi pada sudut-sudut kincir tersebut.

Adapun keuntungannya :

1.         Tidak perlu pengaturan sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator.

2.         Tidak memerlukan suatu orientasi karena berporos vertikal.

Adapun kerugiannya :

1.         Beroperasi pada putaran rendah.

2.         Tidak dapat start sendiri.

3.         Efisiensi aerodinamika rendah.

 2. Kincir Angin Savonius

Kincir angin savonius merupakan kincir angin berporos vertikal yang telah dikenal sejak tahun 1925. Dalam beberapa hal tertentu kincir angin savonius mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan jenis kincir angin yang lain, misalnya :

1.           Konstruksi sederhana, sehingga mudah dibuat.

2.           Bahan bakunya mudah didapat.

3.           Tidak memerlukan keahlian khusus dalam pembuatan.

4.           Biaya investasinya dan operasinya atau pemeliharaannya murah.

Pada umumnya sudut kincir angin savonius umumnya berbentuk huruf “S”, yang terdiri dari dua, tiga atau lebih. Masalah utama dari kincir angin savonius dan juga kincir angin poros vertikal lainnya adalah pada sudutnya kembali ia menentang aliran udara dan ini merupakan suatu kerugian yang besar. Untuk mengatasi adanya kerugian besar diatasi dengan membuat sudut berbentuk traveling down seluas-luasnya dan traveling up wind sekecil-kecilnya.

 3. Kincir Angin Giromill

Kincir angin giromill mempunyai prinsip kerja hampir sama dengan kincir angin darrieus dengan perbedaan pada kincir angin giromill bentuk sudutnya lurus dan dipasang vertikal dengan sudut variable Pitch dan tidak memerlukan kecepatan awal.

Karena bentuk sudutnya lurus maka pembuatannya mudah dan murah. Tetapi kelemahannya adalah menpunyai perbandingan putaran yang rendah dan energi yang diekstesikan kecil.

Keuntungan dari kincir angin giromill :

1.         Dapat melakukan start sendiri.

2.         Efisiensi aerodinamika lebih tinggi dari rotor darrieus.

3.         Sudut rotor yang lurus mudah dibuat.

 4. Kincir Angin Propeller.

Kincir angin propeller merupakan kincir angin yang konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudut dua, tiga ataupun lebih yang berpenampang airfoil. Dimana perputaran kincir angin ini disebabkan adanya gaya aerodinamika yang bekerja pada suatu kincir angin. Agar propeller dapat berputar maka letak bidang rotasinya harus tegak lurus dengan arah angin. Dan untuk maksud ini dapat digunakan tipe up wind dan down wind.

Kelebihan jenis Up Wind :

1.         Konstruksi lebih sederhana.

2.         Karakteristik aerodinamis angin tidak terganggu karena arah angin langsung menuju rotor.

3.         Untuk variable pitch start lebih ringan.

4.         Tidak memerlukan sudut orientasi.

Kerugian jenis Up Wind :

1.         Jarak rotor ke sumbu menara harus jauh, hal ini akan memungkinkan terjadi pelenturan poros karena beban rotor yang        terlalu berat.

2.         Memerlukan ekor pengarah.

3.         Kapasitas turbin umumnya kecil, hal ini karena jari-jari sudut yang bisa dipasang ukurannya kecil, bila besar   memungkinkan terjadi defleksi sudut.