aerodinamis tahanan atau
drag
, koefisien daya maksimum yang dapat dihasilkan hanya sebesar 0.2 Eric Hau, 2006 : 87.
3.4 Metodologi Pengujian 3.4.1 Waktu dan Tempat
Proses produksi elemen – elemen turbin savonius dilakukan dengan cara manual
handmade
. Setelah pembuatan dan
a ssembly
objek penelitian selesai, pengujian turbin angin dapat dilakukan. Semua proses penelitian dilakukan di Laboratorium
Mesin Proses Produksi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penelitian ini mulai dikerjakan dari bulan Juli 2010 hingga Mei 2011.
3.4.2 Alat
Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari : 1.
Prototype turbin angin Savonius yang merupakan alat yang akan di uji.
Gambar 3.2 Prototype Turbin Angin Savonius
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi elemen yang digunakan pada Turbin Angin Savonius adalah sebagai berikut :
a Sudu
Sudu merupakan bagian dari rotor turbin yang mengekstrak sebahagian dari total energi angin yang melalui area sapuan rotor. Menurut percobaan Patuh 2008 dalam
Hermawan 2010, melakukan penelitian terhadap turbin angin Savonius dengan variasi bentuk sudu plat dan airfoil. Kecepatan angin yang digunakan terdapat empat
variasi yaitu 2.05 ms, 2.55 ms, 2.97 ms dan 5.63 ms. Nilai
cut in speed
untuk sudu plat sebesar 0.78 ms, sedangkan untuk sudu
airfoil
sebesar 0.23 ms. Turbin angin Savonius sudu plat dan sudu
airfoil
bekerja optimum pada kecepatan angin yang sama yaitu 2.97 ms, dengan C
pmax
untuk sudu plat sebesar 0.12 dan C
pmax
untuk sudu
airfoil
sebesar 0.075. Turbin angin Savonius dengan sudu plat memiliki nilai C
pmax
dan daya yang lebih baik dibandingkan dengan turbin angin Savonius sudu
airfoil
. Untuk itu dalam penelitian ini, digunakan sudu plat yang terbuat dari seng. Dari tinjauan
material, pemilihan bahan seng dikarenakan mudah difabrikasi. Aspek yang penting pada material rotor Savonius adalah harus ringan untuk mencegah inersia yang
berlebih dan cukup kuat untuk menahan beban akibat hembusan angin. Untuk itu massa jenis material harus rendah tapi memiliki kekuatan luluh yang cukup kuat.
Kekuatan lelah juga sangat penting karena rotor akan menerima beban berulang Kondo, 2010. Pemilihan bahan untuk rotor Savonius dapat dilihat pada lampiran 4.
Untuk material seng mempunyai massa jenis 6.10
3
sampai 7.10
3
kgm
3
.
Gambar 3.3 Grafik Cp dan λ dengan Variasi Kecepatan Angin Pada Percobaan
Patuh Tahun 2008. Sumber : Hermawan, 2010
Universitas Sumatera Utara
Adapun rancangan desain sudu sebagai berikut: Tabel 3.1 Spesifikasi sudu turbin angin
No Spesifikasi
Keterangan 1
Tipe sudu Lengkung
2 Lebar
385 mm 3
Tinggi 900 mm
4 Tebal
0,35 mm 5
Bahan Plat seng
6 Kelengkungan
R198 mm 7
Jumlah sudu 3, 4 dan 6
b Rotor
Rotor merupakan elemen utama turbin angin karena pada rotor inilah sudu turbin di-
asembly
. Pada rotor ini terdapat sudu turbin maka rotor dibuat dengan konstruksi yang kuat sehingga pada saat angin kencang bagian rotor tidak mengalami kegagalan
terutama dalam hal memanfaatkan energi aliran yang melaluinya. Adapun rancangan rotor turbin dibuat dengan spesifikasi seperti dibawah :
Tabel 3.2 Spesifikasi rotor tubin angin No
Spesifikasi Keterangan
1 Jenis
Sumbu vertikal 2
Diameter 1.000 mm
3 Tinggi
900 m 4
Lengan Besi siku 20x20 mm
5 Diameter, tebal, bahan Hub
50 mm, 10 mm, St37 6
Diameter, panjang, bahan Poros 25 mm, 1300 mm, St37
c Sistem Transmisi
Energi angin yang dimanfaatkan sudu turbin savonius dikonversikan rotor menjadi daya mekanis poros. Penulis memanfaatkan daya mekanis poros untuk
membangkitkan energi listrik, maka penulis menggunakan generator magnet permanen DC. Putaran pada poros rotor turbin relatif rendah sehingga didesain sistem
transmisi
speed increa sing
dengan tujuan mendapatkan putaran nominal yang dibutuhkan generator untuk menghasilkan energi listrik.
Universitas Sumatera Utara
Pada sistem transmisi ini, penulis merencanakan dengan menaikkan putaran sebayak 3 kali, poros perantara sebanyak dua dengan rasio total kenaikan putaran 1 :
10. Gambar desain ada pada lampiran, spesifikasi sistem transmisi seperti pada tabel 3.3.
Tabel 3.3 Spesifikasi transmisi roda gigi No
Spesifikasi Keterangan
1 Transmisi
Speed increasing
roda gigi 2
Diameter roda gigi Ø100 mm 1 buah, Ø90 mm 1 buah,
Ø60 mm 1 buah, Ø 40 mm 2 buah, Ø30 mm 1buah
3 Bahan roda gigi
St37 4
Jumlah, diameter poros perantara 2 buah, 19 mm
Setelah pemasangan dan uji coba dilakukan, sistem transmisi berjalan optimal, sehingga penulis memutuskan untuk melakukan pengujian.
d Bantalan
Bantalan berfungsi untuk menumpu poros berbeban. Sehingga gerakan bolak balik atau putaran poros tersebut dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang
umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi
seluruh sistem akan menurun atau tak dapat bekerja secara semestinya. -
Radial Bahan
: baja karbon Tipe
: Ball bearing Nomor
: 6205
- Axial
Bahan : baja karbon
Tipe : Ball bearing
Nomor : 6005
Universitas Sumatera Utara
2. Permanent Magnet Generator PMG DC
Gambar 3.4
Permanent Magnet Generator
PMG DC
Tipe :
Permanent magnet generator PMG DC
Pabrikan :
Windstream Power Llc
Putaran maksimum : 2250 rpm
Voltase : 12 V DC
Arus maksimum : 10 A
3.
Digital Multimeter
berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan.
Gambar 3.5
Digital Multimeter
Pabrikan : Fluke
Tipe :
F15B digital multimeter
Power supply : 2 x AA 1.5V Battery
Universitas Sumatera Utara
Dimension : 180 x 89 x 51.1 mm
Spesifikasi :
- AC Volts : 400 mV 4 V 40 V 400 V 1000 V, +-3.0+3, 0.1 Mv
to 1,000 V -
DC Volts : 400 mV 4 V 40 V 400 V 1000 V, +-1.0+10, 0.1 Mv to 1,000 V
- AC Current : 400 uA 4000 uA 40 mA 400 mA 4 A 10 A, +-
1.5+3, 0.1 UA to 10 A -
DC Current : 400 uA 4000 uA 40 mA 400 mA 4 A 10 A, +- 1.5+3, 0.1 UA to 10 A
- Capacitance : 50 nF 200 Nf 2 Uf 20 Uf 200 Uf 20 Mf, +-+5,
0.01 nF to 100 uF -
Resistance
: 400 4 K 40 K 400 K 4 M 40 M ohm, +-0.5+3, 0.1 ohm to 40 Mohm
4. Lampu
Voltase : 12 V DC
Daya : 5 W
5.
Thermo-Anemometer
berfungsi untuk mengukur temperatur dan kecepatan aliran udara.
Gambar 3.6
Thermo-Anemometer
Pabrikan : Extech
Specification Range
Resolution ms
0.2 – 20 ms
0.1 ms kmh
0.7 – 72 kmh
0.1 kmh
Universitas Sumatera Utara
ftmin 40
– 3940 ftmin 1 ftmin
MPH 0.5
– 44.1 MPH 0.1 MPH
Knots 0.4
– 31.1 knots 0.1 knots
temperature 32
– 122 °F 0 – 50 °C 0.1 °F °C
6.
Digital Tachometer
berfungsi untuk mengukur putaran pada poros.
Gambar 3.7
Digital Tachometer
Pabrikan : Krisbow
Dimesion : 210 x 74 x 37 mm
Type : Display 5 digital 18 mm 0,7” LCD
Accuracy : ± 0,05 + 1 digital
Sampling time : 0,8 sec over 60 rpm
Range select : Auto range
Time base : Quartz crystal
Detecting distance : 50mm---500mm photo
Power : 4 x 1,5 VAA size battery or 6V direct
current stable voltage power Power cunsumtion
: approx 65 Ma
Universitas Sumatera Utara
7. Motor listrik berfungsi sebagai penggerak propeller fan yang berfungsi untuk
menghasilkan angin buatan sebagai penggerak turbin angin.
Gambar 3.8 Motor listrik
Pabrikan : MEZ
Daya : 1,5 kW 2 Hp
Putaran :1720 rpm
Tegangan : 220380
Φ : 0,81
3.4.3 Bahan
