Pemanfaatan Energi Angin sebagai Penggerak Kincir angin untuk Menggerakkan Generator Listrik

Pemanfaatan Energi Angin sebagai Penggerak Kincir angin untuk Menggerakkan Generator Listrik

Oleh : Ir. Najamudin, MT

Dosen Universitas Bandar Lampung

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia.  Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan.  Pasukan-pasukan Viking yang sangat ditakuti sekian ratus tahun yang lalu mempergunakan kapal-kapal layar kecil untuk menyelusuri pantai-pantai Eropa dari Sekandinavia.  Christopher Columbus mengunakan kapal layar besar di Abad ke-15 untuk menemukan benua Amerika.

Kincir angin telah digunakan untuk menggiling tepung di Persia pada abad ke-7.  Dimana bentuk kincir-kincir ini berlainan dengan kincir-kincir angin di Eropa, kincir-kincir angin Persia itu merupakan asal-muasal kipas angin di Eropa.  Kincir angin di Negeri Belanda yang dipakai untuk menggerakkan pompa irigasi dan untuk mengiling tepung hingga kini masih tersohor, walau saat ini hanya berfungsi sebagai objek pariwisata.  Akan tetapi, dalam rangka mencari bentuk- bentuk sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar.

Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin.  Di daerah katulistiwa yang panas, udara menjadi panas, mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin misalnya daerah kutub.  Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, udara 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.  Perpindahan udara seperti ini dikenal dengan angin pasat.

Dari gambar di bawah ini mencoba melukiskan terjadinya angin pasat ini secara skematik.  Dengan sendirinya hal yang serupa terjadi pula antar wilayah Khatulistiwa dan Kutub Selatan.  Selain angin pasat terdapat juga angin-angin yang lain, misalnya angin musim (angin mousson), angin pantai dan angin lokal lainnya.  Perinsipnya adalah bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara di beberapa tempat di muka bumi.                                                        

                  

Skema Terjadinya Angin

1.    Perinsip Kerja Kincir Angin

Kincir angin merupakan alat pengubah energi kinetik dari angin ke suatu bentuk kerja mekanis sudu gerak kincir yang terus didistribusikan melalui poros, puli, sabuk dan diteruskan menuju generator yang merupakan pengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

2.    Generator

Generator  merupakan alat pengubah energi mekanis menjadi energi listrik yang menguntungkan, dari energi pada efek farady untuk perinsip operasinya.  Menurut efek farady, suatu radien voltase di timbulkan dalam konduktor listrik yang di kenakan gaya tegak lurus terhadap medan magnet.

Jika suatu koil di putar antara kutup-kutup suatu elektromagnetik atau magnet permanen keluaran rotor bisa terbentuk arus bolak balik atau arus searah, tergantung dari apakah slipring (AC) atau akumulator (DC) yang dipakai keluaran arus AC dapat diubah menjadi arus DC dengan menggunakan rectifier seperti pada alternator mobil-mobil konvensional.

3.    Jenis Energi Yang Digunakan

Jenis energi listrik yang digunakan untuk energi yang berkaitan dengan arus dan akumulasi elektron energi listrik yang dapat disimpan sebagai energi medan elektrostatik atau sebagai energi medan induksi bentuk tradisionalnya dari energi listrik adalah aliran elektron.

4.    Kecepatan Angin

Kincir angin adalah alat untuk memanfaatkan angin untuk pembangkit listrik sekala kecil, dimana pada kincir angin diperlukan sebuah pengatur tegangan, oleh karena kecepatan angin yang berubah-ubah sehingga teganganpun ikut berubah-ubah.  Diperlukan sebuah baterai untuk penyimpan energi, karena sering terjadi angin tidak bertiup.  Bila angin tidak bertiup sedangkan generator tetap bekerja sebagai motor oleh karena itu perlu pula sebuah pemutus automatik.

Komponen-Komponen Kincir Angin

5.    Data Kecepatan Angin

Data mengenai kecepatan angin di Indonesia didapatkan melalui pusat meteorologi dan geofisika yang diperoleh dari bandara-bandara yang tersebar di Indonesia.

6.    Gaya Angin Yang Bekerja Pada Sudu

Gaya angin yang bekerja pada sudu-sudu kincir pada dasarnya terdiri dari tiga komponen yaitu :

1.      Gaya aksial (a), yang mempunyai arah yang sama dengan angin gaya ini di tampung oleh poros dan bantalan.

2.      Gaya sentrifugal (s), yang meninggalkan titik tengah bila kipas berbentuk simetrik semua gaya senterifugal s akan saling meniadakan atau resultannya sama denga nol.

3.      Gaya tangensial (t), yang menghasilkan momen, bekerja tegak lurus pada radius dan yang merupakan gaya produktif.    

                            

Gaya Angin Yang Terjadi Pada Sudu

Gambar diatas menunjukkan atau mempertlihatkan sebuah kincir angin yang mempunyai tiga sudu denga gaya-gaya a,t dan s yang bekerja pada daun-daun sudu itu.

7.     Pemilihan Bahan

Dalam pemilihan bahan kita harus cermat yaitu bagaimana caranya agar bahan yang kita gunakan mudah didapat, murah harganya, kuat dan ringan tetapi tidak mengurangi gaya yang dihasilkan angin.  Dalam perencanakan ini di pilih bahan alumunium untuk sudu kipas karena bahan ini ringan, tahan terhadap karat, dan mudah didapat dan diharapkan mudah dalam perawatannya dibandingkan dengan bahan lain.

8.    Analisa Dan Pembahasan

Akibat dari kecepatan angin yang besar maka putaran kincir angin semakin cepat, sehingga menghasilkan putaran yang cepat pula pada generator dan arus listrik yang dihasilkan semakin besar.

Arah angin, mekanisme kincir dibuat fleksibel guna mengantisipasi arah angin agar dapat berubah sesuai arah dan kecepatan tiupan angin.  Kincir diupayakan dapat berputar ke berbagai arah angin hingga selain kincir harus berputar untuk diteruskan ke generator, kincir juga dapat berputar arah mengikuti arah angin pada saat angin bertiup.

Sebagai pemindah putaran dari kincir ke generator, digunakan sabuk-V.  Kalau dilihat dari segi perawatan dan oprasional sabuk-V lebih mudah dan biyayanyapun tidak terlalu tinggi.

Apabila kecepatan angin rendah maka arus yang dihasilkan oleh generator akan kecil dan sebaliknya bila kecepatan angin tinggi maka arus yang dihasilkan oleh generator akan semakin besar.

Puli akan berputar sesuai dengan berputarnya kincir angin, sebab puli hanya bersifat meneruskan putaran yang terjadi pada kincir dan dihubungkan dengan roda gigi kerucut.

Sudu dibuat dengan diameter kincir adalah 16 m, diharapkan dengan diameter tersebut sisi sudu yang tertempa angin akan semakin banyak dan ini memungkinkan kincir untuk selalu berputar walau kecepatan angin cukup rendah.

Bila tejadi kecepatan angin rendah atau berhenti beberapa waktu maka pada perencanaan ini dilengkapi dengan baterei sebagai penampungan arus sementara dan dapat digunakan pada keaadaan di atas.  Namun demikian penggunaan baterei ini tidak cukup lama untuk pemakaian kebutuhan arus listrik tersebut.

9.    SARAN

Saya menyarankan sebelum pemasangan atau pembuatan kincir angin pada suatu daerah tertentu, sebaiknya kita menganalisa kekuatan tiupan angin dan tempat yang tepat untuk pembuatan kincir, sehingga memperoleh tekanan angin yang diharapkan untuk dapat menghasilkan putaran kincir yang direncanakan dan bila pembuatan kincir angin ditempat yang berpotensi angin yang rendah maka akan berpengaruh pada besarnya sudu yang digunakan hingga pembuatan kincir angin tersebut tidak efisien.    

Semoga tulisan ini dapat bermanfaat untuk kita semua dan dapat menambah wawasan di bidang Mechanical Engineering

Thanks

Ir. Najamudin, MT