Praktikum Energi Alternatif

Praktikum Energi Alternatif342 12 036

PERCOBAAN 1ENERGI ANGIN

1.1 TUJUAN PERCOBAANSetelah percobaan, mahasiswa diharapkan: Memahami hubungan antara tegangan keluaran generator dan kecepatan rotasi Mengetahui hubungan antara frekuensi dan kecepatan Memahami bagaimana penyearah mempengaruhi karakteristik sinyal generator tegangan ini Menguji operasi dalam modus penyimpanan pada berbagai beban dan kecepatan angin.

1.2 DASAR TEORITurbin angin adalah sebuah alat yang mengubah energi kinetik dari angin, juga disebut energi angin, menjadi energi mekanik, proses yang dikenal sebagai pembangkit listrik tenaga angin. Jika energi mekanik yang digunakan untuk menghasilkan listrik, perangkat dapat disebut turbin angin atau pembangkit listrik tenaga angin. Jika energi mekanik yang digunakan untuk menggerakkan mesin, seperti untuk menggiling biji-bijian atau memompa air, perangkat ini disebut kincir angin atau angin pompa. Demikian pula, dapat disebut sebagai pengisi angin bila digunakan untuk pengisian baterai.lebih dari seribu tahun pembangunan kincir angin dan teknik modern, turbin angin saat ini diproduksi dalam berbagai macam jenis sumbu vertikal dan horisontal. Turbin terkecil yang digunakan untuk aplikasi seperti pengisian baterai atau daya tambahan pada kapal, sedangkan array grid-connected besar turbin menjadi sumber yang semakin penting dari tenaga angin-menghasilkan listrik komersial.

Daya teoritis yang ditangkap oleh turbin anginJumlah tenaga angin bisa ditangkap hanya jika kecepatan angin dikurangi menjadi nol. Dalam turbin angin yang realistis ini tidak mungkin, karena udara yang diambil juga harus meninggalkan turbin. Sebuah hubungan antara kecepatan angin input dan output harus dipertimbangkan. Menggunakan konsep stream tube, ekstraksi dicapai maksimal tenaga angin dengan turbin angin adalah 59% dari total tenaga angin teoritis.

Daya praktis turbin angin Efisiensi selanjutnya, seperti gesekan blade rotor dan tarik, kerugian gearbox, kerugian pembangkit dan konverter, mengurangi daya yang dikirim oleh turbin angin. Dasar hubungan bahwa daya turbin adalah (kurang-lebih) sebanding dengan kekuatan ketiga kecepatan tetap.

Jenis Turbin angin dapat memutar tentang horizontal atau sumbu vertikal, yang pertama menjadi baik lebih tua dan lebih umum. a. Sumbu horizontalKomponen turbin angin sumbu horizontal (gearbox, poros rotor dan perakitan rem) diangkat ke posisi Sebuah turbin blade konvoi melewati Eden lapangan, UK Turbin angin horisontal-axis (HAWT) memiliki poros rotor utama dan pembangkit listrik di puncak menara, dan harus mengarah ke arah angin. Turbin kecil yang ditunjukkan oleh sebuah baling-baling angin sederhana, sedangkan turbin besar umumnya menggunakan sensor angin ditambah dengan motor servo. Kebanyakan memiliki gearbox, yang mengubah rotasi lambat dari pisau ke rotasi lebih cepat yang lebih cocok untuk menggerakkan sebuah generator listrik

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diposisikan melawan angin dari tower pendukungnya. Bilah turbin dibuat kaku untuk mencegah pisau dari didorong ke menara oleh angin kencang. Selain itu, pisau ditempatkan jarak yang cukup jauh di depan menara dan kadang-kadang miring ke depan menjadi angin sedikit. Mesin melawan arah angin telah dibangun, meskipun masalah turbulensi (tiang bangun), karena mereka tidak memerlukan mekanisme tambahan untuk menjaga mereka sejalan dengan angin, dan karena angin kencang pisau dapat diizinkan untuk menekuk yang mengurangi mereka menyapu daerah dan dengan demikian hambatan angin mereka. Karena siklus (yang berulang-ulang) turbulensi dapat menyebabkan kegagalan kelelahan, sebagian HAWTs adalah desain melawan angin.Turbin yang digunakan dalam peternakan angin untuk produksi komersial tenaga listrik biasanya tiga berbilah dan menunjuk ke angin oleh motor yang dikendalikan komputer . Ini memiliki kecepatan ujung tinggi lebih dari 320 km / h ( 200 mph ) , efisiensi tinggi , dan torsi riak rendah , yang berkontribusi terhadap keandalan yang baik . Pisau ini biasanya berwarna putih untuk visibilitas siang hari oleh pesawat dan jangkauan panjang antara 20 sampai 40 meter ( 66-130 kaki) atau lebih . Menara baja tubular berkisar antara 60 sampai 90 meter ( 200 sampai 300 kaki) tinggi . Pisau berputar pada 10 sampai 22 putaran per menit . Pada 22 rotasi per menit kecepatan ujung melebihi 90 meter per detik, ( 300 ft / s). Sebuah gear box umumnya digunakan untuk meningkatkan kecepatan generator, meskipun desain juga dapat menggunakan drive langsung dari sebuah generator annular. Beberapa model beroperasi pada kecepatan konstan, tetapi lebih banyak energi dapat dikumpulkan oleh turbin kecepatan variabel yang menggunakan konverter daya solid-state untuk antarmuka ke sistem transmisi. Semua turbin dilengkapi dengan fitur pelindung untuk menghindari kerusakan pada kecepatan angin yang tinggi, dengan bulu-bulu pisau ke dalam angin yang berhenti rotasi mereka, dilengkapi dengan rem .

b. Sumbu verticalTurbin angin sumbu vertikal (atau VAWTs) memiliki poros rotor utama yang disusun secara vertikal. Keunggulan utama dari pengaturan ini adalah bahwa turbin tidak perlu menunjuk ke angin untuk menjadi efektif. Ini merupakan keuntungan di situs mana arah angin sangat bervariasi, misalnya ketika diintegrasikan ke dalam bangunan. Kelemahan utama termasuk kecepatan rendah rotasi dengan torsi yang lebih tinggi konsekuensial dan biaya sehingga lebih tinggi dari drive train, koefisien daya inheren rendah, rotasi 360 derajat aerofoil dalam aliran angin selama setiap siklus dan karenanya beban yang sangat dinamis pada pisau, torsi berdenyut dihasilkan oleh beberapa desain rotor pada drive train, dan kesulitan pemodelan aliran angin akurat dan karenanya tantangan menganalisis dan merancang rotor sebelum fabrikasi prototipe. Dengan sumbu vertikal, generator dan gearbox dapat ditempatkan di dekat tanah, menggunakan drive langsung dari perakitan rotor ke gearbox berbasis darat, sehingga meningkatkan aksesibilitas untuk pemeliharaan.Ketika turbin dipasang di atap sebuah bangunan umumnya pengalihan angin di atas atap dan kaleng ini dua kali lipat kecepatan angin di turbin. Jika ketinggian atap dipasang menara turbin sekitar 50% dari tinggi bangunan, ini dekat optimal untuk energi angin maksimum dan turbulensi angin minimum. Perlu diingat bahwa kecepatan angin di dalam lingkungan binaan umumnya jauh lebih rendah daripada di lokasi pedesaan yang terbuka, kebisingan dapat menjadi perhatian dan struktur yang ada mungkin tidak cukup menahan stres tambahan. Tipe lain dari sumbu vertikal turbin Paralel mirip dengan penggemar aliran silang atau kipas sentrifugal menggunakan efek tanah. Turbin sumbu vertikal jenis ini telah dicoba selama bertahun-tahun: unit besar memproduksi hingga 10 kW dibangun oleh pelopor angin Israel Bruce Brill di tahun 1980-an perangkat disebutkan dalam Dr Moshe Hirsch Dan pada 1990 silam, yang memutuskan departemen energi Israel investasi dan dukungan dalam 20 tahun ke depan. [rujukan?] The Magenn Angin Kite balon udara menggunakan konfigurasi ini juga, dipilih karena kemudahan berjalan.

Komponen turbin angin kecil Sistem turbin angin kecil dapat dipecah menjadi unit-unit fungsional sebagai berikut: Rotor dengan blade rotor Baling-baling angin Generator (generator sinkron permanen-senang) Rectifier Slip-cincin untuk transfer energi Biaya regulator atau controller Penyimpanan baterai isi ulang Inverter untuk peralatan operasi menggunakan tegangan listrikDiagram blok dibawah ini memprlihatkan komponen operasional dari sebuah tubin angin sederhana.

Gambar 1Diagram blok dari turbin angin sederhana

1.3 ALAT DAN BAHAN1. Servo machine test (system) stand (300W) 2. Synchronous generator (12V) for small wind turbines 3. Charge controller for small wind turbines 4. Lamp board (12V) 5. Lamp board (230V) 6. Load unit 7. Stand-alone inverter (230V, 275VA) 8. Coupling sleeve (300W) 9. Coupling guard (300W) 10. Analog/digital multimeter, power and power-factor meter 11. Set of safety measuring leads (4mm) 12. Set of safety bridging plugs (4mm) 13. Safety plug connector (19/4mm) with tap

1.4 DIAGRAM RANGKAIAN

Gambar 2 Rangkaian karakteristik generator tanpa beban, frekuensi dan tegangan pada generator.

Gambar 3 Rangkaian tegangan dan frekuensi setelah penyearahan

Gambar 4 Rangkaian operasi inverter dengan beberapa jenis beban

1.5 PROSEDUR PERCOBAAN1.5.1 Menentukan karakteristik generator tanpa beban1) Memeriksa semua peralatan sebelum memulai percobaan. 2) Memasang rangkaian seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian3) Menghidupkan tombol power dari unit kontrol dan multimeter analog-digital.4) Mengatur berbagai torsi atau rotasi kecepatan dengan memutar tombol putar manual. 5) Memilih tombol tegangan (U) dalam pengukuran saklar pemilih variabel multimeter analog-digital. 6) Mengukur tegangan output UUW dengan kecepatan 100 rpm sampai 1000 rpm. 7) Mematikan tombol power setelah selesai.

1.5.2 Frekuensi dan tegangan dari generator 1) Memeriksa semua peralatan sebelum memulai percobaan2) Memasang rangkaian seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian3) Menghidupkan tombol power dari unit kontrol dan multimeter analog-digital. 4) Mengatur berbagai torsi atau rotasi kecepatan dengan memutar tombol putar manual. 5) Mencatat karakteristik sinyal tegangan output UUW dengan kecepatan 400 rpm, 700 rpm dan 1000 rpm dengan menggunakan osiloskop (multimeter CO5127-1Z). 6) Mematikan tombol power setelah selesai melakukan percobaan.

1.5.3 Tegangan dan frekuensi setelah Penyearahan1) Memeriksa semua peralatan sebelum memulai percobaan. 2) Memasang rangkaian seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian3) Menghidupkan tombol power dari unit kontrol dan multimeter analog-digital.4) Mengatur berbagai torsi atau rotasi kecepatan dengan memutar tombol putar manual. 5) Mencatat karakteristik sinyal tegangan output UUW dengan kecepatan 400 rpm dengan menggunakan osiloskop (multimeter CO5127-1Z). 6) Mematikan saklar daya setelah selesai.

1.5.4 Operasi inverter di berbagai beban 1) Memeriksa semua peralatan sebelum memulai. 2) Memasang rangkaian seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian3) Menghidupkan tombol power dari unit kontrol dan multimeter analog-digital.4) Mengatur berbagai torsi atau rotasi kecepatan dengan memutar tombol putar manual. 5) Mencatat karakteristik sinyal tegangan output UUW dengan kecepatan 400 rpm, 700 rpm dan 1000 rpm dengan menggunakan osiloskop (multimeter CO5127-1Z). 6) Mematikan saklar daya setelah selesai.

1.6 HASIL PERCOBAAN1.6.1 Hasil percobaan karakteristik generator tanpa bebanTabel 1.1 tabel hasil percobaan karakteristik generator tanpa bebann [rpm]1002003004005006007008009001000

UUW[V]1.83.55.37.18.910.612.414.215.917.7

1.6.2 Frekuensi dan tegangan generator

Gambar 5 Bentuk gelombang tegangan keluarane UUW pada putaran 400 rpm (volt/div = 10 volt ; time/div = 50 ms)

Gambar 6 Bentuk gelombang tegangan keluarane UUW pada putaran 700 rpm (volt/div = 10 volt ; time/div = 50 ms)

Gambar 7 Bentuk gelombang tegangan keluarane UUW pada putaran 1000 rpm (volt/div = 10 volt ; time/div = 20 ms)

1.6.3 Frekuensi dan tegangan setelah penyearahan

Gambar 8 Bentuk gelombang tegangan output UUW pada putaran 400 rpm setelah penyearahan (volt/div = 10 volt ; time/div = 5 ms)

Gambar 9 Bentuk gelombang tegangan output UUW pada putaran 700 rpm setelah penyearahan (volt/div = 10 volt ; time/div = 5 ms)

Gambar 10 Bentuk gelombang tegangan output UUW pada putaran 1000 rpm setelah penyearahan (volt/div = 10 volt ; time/div = 5 ms)

1.6.4 Operasi inverter dengan beberapa jenis bebanTable 1.2 Tegangan, arus, dan daya keluaran dari inverter (multimeter CO5127-1Z)LampuVoltage[V]Current[A]Power[W]

Electric bulb227,10,1223,7

Energy-saving226,20,034,4

LED225,80,034

Gambar 11Bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran dari inverter (beban = electric bulb ; volt/div = 200 volt ; ampere/div = 300 mA ; time/div = 10 ms)

Gambar 12Bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran dari inverter (beban = energy-saving lamp ; volt/div = 200 volt ; ampere/div = 300 mA ; time/div = 10 ms)

Gambar 13Bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran dari inverter (beban = LED lamp ; volt/div = 200 volt ; ampere/div = 300 mA ; time/div = 10 ms)

1.7 ANALISA HASIL PERCOBAAN1.7.1 Karakteristik generator tanpa beban

Grafik 1Hubungan antara putaran dengan tegangan keluaran generator

1.7.2 Frekuensi dan tegangan generator1) Keluaran generator pada putaran 400 rpm

2) Keluaran generator pada putaran 700 rpm

3) Keluaran generator pada putaran 1000 rpm

4) Jumlah pasang kutub pada generator

1.7.3 Operasi inverter dengan beberapa jenis beban1) Keluaran inverter untuk jenis beban electric bulb

2) Keluaran inverter untuk jenis beban energy-saving lamp

3) Keluaran inverter untuk jenis beban LED lamp

1.8 KESIMPULANSetelah melakukan percobaan dan analisa, maka dapat disimpulkan bahwa : Tegangan generator dan frekuensi berbanding lurus dengan kecepatan Generator yang digunakan dalam percobaan memiliki 3 pasang kutub Pada beberapa jenis beban tegangan keluaran inverter sama, namun besar arusnya berbeda. Beban electric bulb membutuhkan daya sebesar 23,7 W, Energy-saving bulb membutuhkan daya sebesar 4,4 W, dan LED bulb membutuhkan daya sebesar 4 W.

Energi Angin11