Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin Angin.
PENGARUH JUMLAH SUDU TURBIN ANGIN SUMBU
TEGAK (TAST) TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI TURBIN
LENNI PABRINA PANGARIBUAN
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Jumlah Sudu
Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin adalah
benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan
dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di
bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Lenni Pabrina Pangaribuan
NIM G74110003
ABSTRAK
LENNI PABRINA PANGARIBUAN. Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin
Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin Angin. Dibimbing oleh
TONY SUMARYADA dan ERUS RUSTAMI.
Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) merupakan turbin angin dengan sumbu
rotasi vertikal. Dalam penelitian ini bentuk didisain dari konsep Savonious dan
Darrieus dengan bentuk sudu yang merupakan modifikasi dari model sayap
pesawat NACA 6412. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh
jumlah sudu turbin angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin. Metode
yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan cara memvariasikan jumlah
sudu 3, 5, dan 7. Kecepatan angin pada wind tunnel divariasikan mulai dari 0
sampai 5.6 m/s. Hasil menunjukkan bahwa turbin yang memiliki putaran paling
besar adalah turbin dengan jumlah sudu 7 ( n = 97.98 rpm ), daya turbin ideal
sebesar 1.95 watt dan efisiensi turbin sebesar 58.93 %.
Kata kunci: daya, efisiensi, TAST, turbin angin
ABSTRACT
LENNI PABRINA PANGARIBUAN’S. The effect of the number of blades
vertical axis wind turbine (VAWT) to the power and the efficiency of wind
turbines. Guided by TONY SUMARYADA and ERUS RUSTAMI.
Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) is a wind turbine with a vertical
rotational axis. In this research the design of VAWT’s blades was derived from
the Savonious and Darrieus concept and modified from NACA 6412 airplane
wing model. The purpose of this research was to study the effect of the number of
the blades to the power and the efficiency of the turbine. The number of blades
were varied to 3, 5, and 7. The wind speed of wind tunnel was varied from 0 to
5.6 m / s. The results show that the turbine with 7 blades has the largest number of
revolution ( n = 97.98 rpm ), with the ideal power of about 1.95 watt and the
efficiency of 58.93 %.
Keywords: efficiency, power, VAWT, wind turbin
PENGARUH JUMLAH SUDU TURBIN ANGIN SUMBU
TEGAK (TAST) TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI TURBIN
LENNI PABRINA PANGARIBUAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi: Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST)
terhadap Daya dan Efisiensi Turbin
Nama
: Lenni Pabrina Pangaribuan
: G74110003
NIM
Disetujui oleh
ｾ＠
/2
Erus Rustami, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
ｾ＠
Dr Akhiruddin Maddu
Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
2 8 f1UG 2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala berkat dan karya keselamatan-Nya yang diberikan kepada saya, sehingga
saya dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Jumlah Sudu Turbin
Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin”.
Dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak,
oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Ayah tercinta Alden Pangaribuan dan Ibunda tercinta Tianggur
Sibarani yang selalu memberikan kasih sayang, mendukung dan
mendoakan penulis.
2. Abang tercinta Juni Pangaribuan, Agus Kantri Pangaribuan, kakak
tercinta Nesty Pangaribuan, Santy Pangaribuan, Mei Pangaribuan, dan
adikku tercinta Jandry Pangaribuan yang telah mendukung serta
mendoakan saya.
3. Dr Tony Sumaryada MSi sebagai pembimbing I dan Erus Rustami
MSi sebagai pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan
ilmu.
4. Dr Mamat Rahmat yang telah banyak memberikan ilmu dan berdiskusi
dengan penulis.
5. Dr Setyanto Tri Wahyudi MSi sebagai dosen penguji yang telah
memberikan masukan dan kritikan yang membangun dan Dr Ir
Irmansyah MSi sebagai kepala bagian Fisika Terapan.
6. Siti dan Pramudya sebagai teman partner dalam menyelesaikan
penelitian serta Fisika 48.
7. Anggraeni, Sinta, Evi sebagai sahabat.
8. Direktorat Pendidikan Tinggi Indonesia (DIKTI) yang telah
membiayai penulis selama kuliah melalui beasiswa BIDIK MISI.
Selanjutnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari
sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.
Semoga skripsi ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2015
Lenni Pabrina Pangaribuan
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
Angin
Turbin Angin
Jumlah Sudu
Penampang Baling-Baling Airfoil
Daya Angin
Daya Mekanik Turbin
Efisiensi Turbin
Terowongan Angin
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Alat dan Bahan Penelitian
Prosedur Penelitian
Prosedur Analisis Data
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap RPM
Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap Daya Turbin
Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap Efisiensi Turbin
Hubungan antara RPM dengan Daya Turbin
Hubungan antara RPM dengan Efisiensi Turbin
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
1
1
2
2
2
2
2
2
3
3
4
4
6
6
7
7
7
7
8
9
9
9
10
11
12
12
12
12
13
14
18
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Penampang baling-baling Airfoil
Profil kecepatan angin melewati penampang motor
Terowongan Angin
Distribusi Pressure coefficient profil blade
Model turbin dengan jumlah blade
Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap RPM
Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap daya turbin
Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap efisiensi turbin
Grafik hubungan RPM dengan daya turbin
Grafik hubungan RPM dengan efisisensi turbin
3
4
6
8
8
9
9
10
11
11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rumus yang digunakan untuk analisis data
2 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 3
buah
3 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 5
buah
4 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 7
buah
5 Diagram alir prosedur penelitian
14
15
15
16
17
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Di dalam kehidupan manusia zaman masa kini, kemajuan-kemajuan besar
sangat berkembang pesat dalam kebudayaan yang selalu diikuti oleh
meningkatnya konsumsi energi. Peningkatan ini semakin menipisnya sumber
energi yang tidak dapat terbarukan (nonrenewable), serta penggunaan bahan bakar
yang ramah lingkungan, memerlukan suatu jalan alternatif guna mengganti
sumber energi tersebut dengan sumber energi yang terbarukan (renewable).
Sumber energi tak terbarukan yang banyak digunakan saat ini adalah bahan bakar
yang berasal dari fosil (minyak bumi, gas alam, dan batubara).1 Sayangnya energi
ini termasuk energi yang tidak dapat diperbaharui dan jika energi fosil ini habis
maka diperlukan sumber-sumber energi baru. Selain itu penggunaan energi fosil
juga berdampak negatif terhadap lingkungan, seperti pemanasan global yang
berdampak pada kerusakan ekologi.2
Salah satu upaya mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan
energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel.
Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana-mana, baik di daerah landai
maupun di dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut. Pemanfaatan sumber
energi angin di indonesia masih langka, hal tersebut dimungkinkan teknologi dan
pengetahuan belum populer, arah angin di Indonesia mudah berubah-ubah,
kecepatan angin berfluktuasi dan tidak ekonomis.3 Selama ini angin dipandang
sebagai proses alami yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan
produktif masyarakat. Namun daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin
yang tinggi perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi angin ini lebih kompetitif
dibandingkan dengan energi alternatif lainnya.3
Angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariasi sesuai dengan
letak geografisnya. Pada umumnya kecepatan angin di dataran rendah memiliki
angin dengan berkecepatan rendah hingga berkecepatan sedang. Sedangkan untuk
kecepatan angin di dataran tinggi dan daerah pesisir pantai memiliki angin dengan
berkecepatan sedang hingga berkecepatan tinggi.4 Hal ini energi terbarukan salah
satunya energi angin, perlu dimanfaatkan dengan baik dengan cara menggunakan
turbin angin. Turbin angin dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik.
Salah satu jenis turbin angin yakni turbin angin sumbu tegak (TAST) yang
memiliki poros sumbu utama dengan tegak lurus terhadap tanah.4 Penggunaan
turbin angin saat ini semakin mengalami peningkatan guna memanfaatkan energi
angin secara efektif, khususnya pada daerah dataran tinggi maupun daerah pesisir
pantai.
Berdasarkan permasalahan di atas, maka penelitian tentang pengaruh
jumlah sudu turbin angin TAST atau Vertical Axis Wind Turbine terhadap
karateristik daya dan efisiensi turbin ini perlu dilakukan untuk melihat besar nilai
daya dan efisiensi turbin angin dengan jumlah sudu yang berbeda.
2
Perumusan Masalah
Bagaimana pengaruh jumlah sudu turbin angin sumbu tegak terhadap daya
dan efisiensi yang dihasilkan oleh turbin?
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan pengaruh jumlah sudu
turbin angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin.
Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini dapat mengetahui pengaruh jumlah sudu turbin
angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin, sehingga dapat diketahui
desain turbin mana yang mempunyai nilai optimal. Serta dapat memberikan solusi
untuk mengatasi krisis energi dengan memanfaatkan sumber daya yang tersedia di
alam khususnya angin dengan menggunakan TAST.
TINJAUAN PUSTAKA
Angin
Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara
antara tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah atau dari
daerah dengan suhu rendah ke wilayah bersuhu yang lebih tinggi. Angin
merupakan aliran fluida yang mempunyai sifat-sifat aerodinamis, yaitu sifat
kompresibel (mampat), viskositas (kekentalan), densitas (kerapatan) dan
turbulensi.3
Turbin Angin
Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir-angin merupakan
sarana pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar
generator listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM
dan tersebar di berbagai negara: Persia, Babilonia, Mesir, China dan di benua
Eropa dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros,
jenis-jenis turbin angin itu dapat dibagi ke dalam dua kategori, yakni: turbin angin
dengan sumbu horisontal dan turbin angin dengan sumbu vertikal.5
Jenis-jenis turbin sangatlah banyak, tetapi secara garis besar dapat
dibedakan atas dua tipe yaitu turbin angin sumbu horizontal (horiontal axis wind
turbine) merupakan turbin angin dimana sumbu putarnya sejajar dengan tanah.4
Turbin angin sumbu vertikal (vertical axis wind turbine) merupakan turbin angin
dimana sumbu putarnya tegak lurus atau vertikal dengan tanah. TAST memiliki
keuntungan seperti desain yang sederhana, tip speed ratio yang rendah sehingga
tidak rusak pada kecepatan tinggi, dan bilah turbin angin yang memiliki arah
3
vertikal dimana gerakan sudu sejajar arah angin sehingga turbin akan responsif
terhadap segala arah angin dan mampu menghasilkan torsi yang lebih tinggi dari
kisaran kecepatan angin yang rendah hingga kecepatan angin yang tinggi.6
Sedangkan kelemahan yang ditemukan pada TAST yaitu, pada skala yang
sama, rata-rata TAST hanya mampu menghasilkan 50% dari total efisiensi
HAWT. Khususnya turbin angin Savonius, efisiensi yang mampu dihasilkan
sekitar 15-25% dari total energi angin yang diterima dan Tip speed ratio atau λ
yang dihasilkan rendah sehingga efisiensi yang dihasilkan akan rendah.7
Jumlah Sudu
Pada tinjauan teoritis yang benar belum ditemukan sebagai konsep terbaik
jumlah sudu yang digunakan, karena selama ini lebih ditentukan oleh jenis
penggunaannya, seperti untuk pembangkit listrik atau pompa air, dan kecepatan
angin saat rotor mulai berputar.7 Adapun variasi jumlah sudu yakni tiga, lima, dan
tujuh sudu.
Penampang Baling-Baling Airfoil
Turbin mempunyai sudu (sirip baling-baling) berbentuk penampang sayap
pesawat (aerofoil). Airfoil adalah suatu cakram berpenampang lengkung parabolik
dengan bagian depan cukup lurus dan bagian ujung meruncing. Ketika angin
melewati airfoil lebih cepat pada bagian atas dibandingkan dengan bagian
bawahnya. Hal ini disebabkan tekanan pada bagian bawah lebih besar dan
mengakibatkan terbentuknya gaya angkat.8
Laju putaran rotor turbin juga tergantung dari bentuk penampang balingbaling. Konstruksi penampang baling-baling mempengaruhi gaya angkat (lift) dan
gaya dorong (drag) sehingga mempengaruhi besaran laju putar (rpm) pada rotor
turbin.8 Pada gambar 1 menunjukkan komponen aerodinamis penampang balingbaling yang terdiri dari chord line, angle of attack, leading edge dan trailing edge
serta posisi arah angin menuju penampang baling-baling.8
Gambar 1 Penampang baling-baling airfoil
4
Daya Angin
Daya yang dihasilkan oleh poros suatu turbin merupakan transformasi
energi kinetik yang terdapat pada aliran angin. Aliran angin bergerak dengan nilai
kecepatan tertentu dengan besaran energi kinetik yang dapat diserap oleh susunan
sudu turbin angin.4 Dari teori Betz udara yang memiliki massa m dan kecepatan v
akan menghasilkan energi kinetik dapat dihitung dengan persamaan berikut:
(1)
Volume udara per satuan waktu (debit) yang bergerak dengan kecepatan v dan
melewati daerah seluas A dengan persamaan di bawah adalah:
(2)
Massa udara yang bergerak dalam satuan waktu dengan kerapatan pada
persamaan berikut, yaitu:
(3)
Sehingga energi kinetik angin yang berhembus dalam satuan waktu (daya angin)
dapat dihitung dengan persamaan di bawah adalah:
(4)
Dengan:
= daya angin (watt)
= densitas udara ( = 1.225 kg/
A = luas penampang turbin (
)
)
v = kecepatan udara (m/s)
Besar daya di atas adalah daya yang dimiliki oleh angin sebelum dikonversi atau
sebelum melewati turbin angin.9
Daya Mekanik Turbin
Dalam sistem konversi energi angin, energi mekanik turbin hanya dapat
diperoleh dari energi kinetik yang tersimpan dalam aliran angin, berarti tanpa
perubahan aliran massa udara.2 Jika
= kecepatan angin di depan rotor, =
kecepatan angin saat melewati rotor, dan
= kecepatan angin di belakang rotor,
maka daya mekanik turbin diperoleh dari selisih energi kinetik angin sebelum dan
setelah melewati turbin.2
Gambar 2 Profil kecepatan angin melewati penampang rotor
5
Daya mekanik turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 5 yaitu:
(5)
Dari persamaan kontinuitas diperoleh persamaan seperti di bawah:
(6)
Sehingga diperoleh persamaan seperti berikut,
(7)
Dengan menstubstitusi persamaan (3) ke persamaan (7) maka didapatkan menjadi
persamaan berikut:
(8)
Untuk mendapatkan daya maksimum, maka diperlukan suatu nilai
perbandingan (rasio) antara dan
. Untuk mendapatkan rasio ini diperlukan
suatu persamaan yang menunjukkan daya mekanik turbin.
Gaya yang bekerja pada turbin pada gambar 2, didapatkan persamaan 9
yaitu:
(9)
Maka daya turbin didapatkan dengan persamaan 10 adalah:
(10)
Dari persamaan (8) dan (10) didapatkan persamaan 11 seperti berikut :
(11)
sehingga kecepatan aliran pada turbin sebanding dengan nilai
dan
. Aliran
massa udara dapat dihitung dengan persamaan 12 menjadi:
(12)
Daya mekanik turbin dapat dihitung dengan persamaan 13 menjadi:
(13)
Sehingga perbandingan daya mekanik turbin dan daya keluaran
teoritiknya, yang biasa disebut sebagai faktor daya (Cp ) dengan persamaan 14
yakni:
6
(14)
Tip speed ratio dapat dihitung dengan persamaan 15 seperti berikut :
λ=
(15)
Dengan:
λ = tip speed ratio (rad)
= kecepatan sudut turbin (rad/s)
R = jari-jari turbin (m)
Vw = kecepatan angin (m/s)
TSR juga dapat diperoleh dari persamaan:
λ
(16)
Blade tip speed merupakan kecepatan ujung blade atau rotor, dimana:
(17)
dengan D adalah diameter turbin. Karena setiap tipe turbin angin memiliki
karakteristik yang berbeda-beda, maka faktor daya sebagai fungsi dari TSR juga
berbeda.2
Efisiensi Turbin
Dengan daya angin dan turbin yang telah diketahui maka nilai efisiensi
turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
Terowongan Angin
Gambar 3 Terowongan Angin
7
Terowongan angin atau wind tunnel adalah peralatan yang digunakan
untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap sebuah model.10 Guna
mendapatkan hasil yang valid mengenai fenomena terjadi pada model ketika
dialiri oleh suatu fluida, maka diperlukan kualitas aliran yang baik pada
terowongan angin. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh efisiensi kerja yang
maksimal dan dapat mereduksi beberapa masalah yang ditimbulkan oleh aliran.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan Mei 2015.
Perancangan dan pembuatan terowongan angin dilakukan di bengkel
cangkorawok. Sedangkan pengujian alat dilakukan di Laboratorium
Mikrokontroler Fisika di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: Terowongan
angin, Kipas angin, Laptop, Sensor DHT, sensor RPM, Gunting, Anemometer,
Printer 3 Dimensi, Dimmer, Kabel, Solder dan Alat lem tembak. Bahan-bahan
yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: Plastik ABS, Lem Power Glue,
Lem tembak, Sedotan dan Akrilik.
Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan beberapa tahap yaitu tahap pertama dengan studi
literatur. Tahap kedua dalam penelitian ini adalah perancangan turbin dilakukan
dengan simulasi menggunakan perangkat lunak Aerofoil versi 3.2 dan desain
struktur dengan menggunakan Google Sketchup Pro 8. Bentuk turbin TAST
merupakan kombinasi dari konsep Savonius dan Darrieus dengan bentuk sudu
ialah sayap pesawat NACA 6412 termodifikasi, seperti terlihat pada Gambar 4.
Setelah itu dilakukan pembuatan model turbin yang terbuat dari plastik ABS
dengan menggunakan Printer 3 Dimensi. Tahap selanjutnya pemasangan turbin
angin pada terowongan angin untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap
sebuah model.
Setelah semua alat dan bahan sudah lengkap maka tahap selanjutnya
adalah set up alat. Tahapan set up alat dilakukan untuk melakukan pengujian dan
pengambilan data. Dari data yang diperoleh maka selanjutnya data dianalisis
dengan acuan teori yang ada.
8
(a)
(b)
Gambar 4 Distribusi pressure coefficient profil blade
(a) NACA 6412 (b) NACA 6412 termodifikasi
(a)
(b)
(c)
Gambar 5 Model Turbin dengan jumlah blade (a) 3 buah dan
(b) 5 buah (c) 7 buah
Prosedur Analisis Data
Data yang diambil dari pengujian turbin adalah kecepatan angin, rpm dan
suhu, kelembaban yang dihasilkan turbin pada terowongan angin. Data tersebut
kemudian dianalisis untuk melihat korelasi antara kecepatan angin, daya turbin
angin, rpm dan efisiensi turbin angin yang dihasilkan. Data ini akan dianalisis
untuk mendapatkan kesimpulan dan saran atau rekomendasi yang dapat dilakukan
dalam mengembangkan konsep dan implementasi desain.
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap RPM Turbin
120
n (RPM)
100
80
60
3 Sudu
40
5 Sudu
20
7 Sudu
0
0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Awal Angin (m/s)
Gambar 6 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap RPM
Hubungan kecepatan awal angin terhadap rpm yakni rpm memiliki
korelasi positif dengan meningkatnya kecepatan angin. Sebab kecepatan awal
angin berbanding lurus dengan rpm. Dari hasil grafik diperoleh semakin besar
nilai kecepatan awal angin yang masuk pada turbin angin, maka putaran turbin
(RPM) semakin meningkat.11 Turbin angin yang memiliki rpm paling besar
terdapat pada turbin dengan jumlah sudu 7 buah yaitu mencapai 97.98 rpm.
Turbin angin dengan jumlah sudu 5 buah, mencapai 66.12 rpm dan turbin angin
dengan jumlah sudu 3 buah, mencapai 50.80 rpm. Hal ini menunjukkan semakin
banyak jumlah sudu yang terpasang akan memperkecil drag positif pada turbin
angin dan akan memiliki putaran turbin semakin tinggi, karena energi angin yang
masuk ke ruang turbin semakin terpusat dan turbin semakin mudah berputar.
Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap Daya Turbin
Daya Turbin (watt)
2,5
2
1,5
3 Sudu
1
5 Sudu
0,5
7 Sudu
0
0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Awal Angin (m/s)
Gambar 7 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap daya turbin
10
Dari grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya turbin ialah
apabila kecepatan angin yang masuk semakin besar, maka nilai daya turbin juga
semakin meningkat.1 Turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah memiliki nilai
daya turbin mencapai 1.95 watt, turbin angin dengan jumlah sudu 5 buah memiliki
nilai daya turbin mencapai 1.01 watt dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 buah
memiliki nilai daya turbin mencapai 1.14 watt. Nilai daya turbin yang paling besar
terdapat pada turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah, nilai daya turbin angin
dengan jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 buah sebanding,
dipengaruhi oleh kecepatan angin yang masuk pada terowongan angin hampir
sama. Dari hasil grafik didapatkan turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah yang
memiliki nilai daya turbin yang paling besar, sebab angin yang masuk pada ruang
turbin semakin terpusat pada turbin, sehingga menghasilkan daya turbin yang
besar.
Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap Efisiensi Turbin
Hubungan antara kecepatan angin dengan efisiensi turbin yakni semakin
besar kecepatan angin yang masuk pada turbin, maka kenaikan daya turbin juga
semakin besar. Jadi semakin besar nilai daya turbin maka nilai efisiensi turbin
juga harus semakin besar, sebab efisiensi turbin merupakan perbandingan antara
daya turbin dengan daya angin. Bila dilihat dari hasil grafik seiring dengan
bertambahnya kecepatan angin maka grafik tersebut mengalami penurunan. Hal
ini dikarenakan pada kecepatan tinggi nilai kenaikan daya turbin tidak sebanding
dengan daya angin yang peningkatannya semakin besar seiring peningkatan
kecepatan angin dan jumlah sudu.12 Perbandingan daya angin yang diserap sudu
lebih kecil dibandingkan dengan daya angin yang menerobos melalui celah pada
turbin, sehingga efisiensi turbin semakin menurun.13 Turbin angin dengan jumlah
sudu 7 buah, nilai efisiensi mencapai 58.93 %. Nilai efisiensi untuk turbin angin
dengan jumlah sudu 5 buah mencapai 48.99 %. Nilai efisiensi untuk turbin dengan
jumlah sudu 3 buah mencapai 51.51 %.
70
Efisiensi Turbin (%)
60
50
40
3 Sudu
30
5 Sudu
20
7 Sudu
10
0
0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Awal Angin (m/s)
Gambar 8 Grafik hubungan kecepatan awal angin dengan efisiensi turbin
11
Hubungan antara RPM dengan Daya Turbin
Daya Turbin (watt)
2,5
2
1,5
3 Sudu
1
5 Sudu
0,5
7 Sudu
0
0
20
40
60
80
100
120
n (RPM)
Gambar 9 Grafik hubungan RPM dengan daya turbin
Dari hasil grafik menunjukkan semakin tinggi nilai rpm maka besar daya
turbin semakin meningkat.11 Karena rpm berbanding lurus dengan daya turbin.
Turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah memiliki nilai rpm paling besar
dibandingkan dengan turbin angin dengan jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan
jumlah sudu 3 buah. Bila dilihat dari hasil grafik untuk turbin angin dengan
jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 memiliki nilai daya turbin
yang sebanding. Hal ini karena pengaruh besar kecepatan angin yang masuk pada
terowongan angin hampir sebanding, saat turbin angin dengan jumlah sudu 5 dan
turbin angin dengan jumlah sudu 3 terpasang. Nilai rpm pada turbin angin dengan
jumlah sudu 7 buah mencapai 97.98 %. Nilai rpm pada turbin angin dengan
jumlah sudu 5 buah mencapai 66.12 %. Nilai rpm pada turbin angin dengan
jumlah sudu 3 buah mencapai 50.80 %.
Hubungan antara RPM dengan Efisiensi Turbin
70
Efisiensi Turbin (%)
60
50
40
3 Sudu
30
5 Sudu
20
7 Sudu
10
0
0
20
40
60
80
100
120
n (RPM)
Gambar 10 Grafik hubungan RPM dengan efisiensi turbin
12
Dari jurnal hasil penelitian yang dilakukan oleh saudara Bayu Mahendra
yang menyatakan semakin meningkatnya kecepatan angin maka kenaikan daya
turbin semakin besar, sebab semakin besar nilai kecepatan angin maka nilai rpm
semakin tinggi yang mengakibatkan nilai daya turbin juga semakin meningkat.
Dari teori bahwa semakin besar nilai rpm maka seharusnya nilai efisiensi turbin
juga semakin meningkat, sebab efisiensi adalah rasio dari nilai daya turbin dengan
daya angin. Dari hasil grafik bahwa semakin besar nilai rpm, nilai efisiensi turbin
mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan pada kecepatan tinggi, nilai kenaikan
daya turbin tidak sebanding dengan daya angin yang peningkatannya semakin
besar, seiring peningkatan kecepatan angin dan perbandingan daya angin yang
diserap sudu lebih kecil dengan daya angin yang menerobos melalui celah pada
turbin. Sehingga semakin tinggi kecepatan angin maka losses yang terjadi
semakin besar sehingga efisiensi yang dihasilkan juga semakin menurun.13 Dari
hasil grafik diperoleh nilai rpm daya turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah
mencapai 58.93 %.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pengaruh jumlah sudu turbin angin sumbu tegak (TAST) terhadap daya dan
efisiensi turbin, didapatkan bahwa dari variasi sudu 3, 5 dan 7 buah bahwa turbin
angin dengan jumlah sudu 7 buahlah yang memiliki kemampuan turbin untuk
berakselerasi dari keadaan diam sampai bisa berputar. Hal ini semakin banyak
sudu yang terpasang pada turbin angin dengan jumlah sudu 7 menyebabkan energi
angin yang masuk ke dalam ruang turbin semakin terpusat dan menghasilkan
putaran turbin (RPM) dan daya turbin semakin tinggi.
Hasil pengujian dan pengolahan data menunjukkan bahwa jumlah sudu
berpengaruh pada unjuk kerja turbin angin. Turbin angin sumbu tegak dengan
kecepatan tinggi menghasilkan daya turbin yang tinggi dan sebaliknya
menghasilkan efisiensi rendah. Daya turbin yang terbesar didapatkan dari turbin
angin sumbu tegak yang memiliki jumlah sudu 7 buah yaitu sebesar 1.95 watt.
Efisiensi turbin yang terbesar didapatkan dari turbin angin sumbu tegak yang
memiliki jumlah sudu 7 buah yaitu sebesar 58.93 %.
Saran
Saran untuk penelitian selanjutnya adalah dengan membuat ukuran
terowongan angin (wind tunnel) yang lebih besar lagi dengan tujuan
mempermudah dalam melakukan penelitian, selain itu untuk mengukur kecepatan
angin dengan menggunakan sensor serta menggunakan dimmer yang lebih bagus
dianjurkan untuk penelitian selanjutnya.
13
DAFTAR PUSTAKA
1. Patabang D. Rancang Bangun Kincir Angin Savonious untuk
Membangkitkan Energi Listrik Skala Kecil. Jurnal Mekanikal. 2010;
1(1):1-6.
2. Dewi ML. Analisis Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal dengan
Modifikasi Rotor Savonius L untuk Optimasi Kinerja Turbin Angin
[skripsi]. Surakarta: Sebelas Maret Univ Pr. 2010.
3. Marnoto T. Peningkatan Effisiensi Kincir Angin Poros Vertikal melalui
Sistem Buka - Tutup Sirip pada Tiga Sudu. Jurnal Teknik Mesin. 2011;
11(2):122-124.
4. Tanti N, Arnetto A. Pembuatan Program Perancangan Turbin Savonius
Tipe – U untuk pembangkit Listrik Tenaga Angin. Jurnal Mechanical.
Lampung. 2011; 2(1):7.
5. Reksoatmodjo TN. Vertical-Axis Differential Drag Windmill. Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri. Universitas Jendral Achmad
Yani. Jurnal Teknik Mesin. 2005; 6(2).
6. Latif M. Efisiensi Prototipe Turbin Savonius pada Kecepatan Angin
Rendah. Universitas Andalas. Jurnal Rekayasa Elektrika. Padang. 2013;
10(3):147.
7. Martinus ST et al. Analisis Fenomena Penampang Alir VAWT Tipe Heliks
Terhadap Kecepatan Angin Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif
Berskala Rumah Tangga. Universitas Lampung. Jurnal Mechanical.
Lampung. 2011; 2(2):3-4.
8. Ezwarsyah A. Prototipe Turbin Angin Skala Kecil Tipe Vertikal Axis
Untuk Battery Charging Di Daerah Remote Area. Electrician Jurnal
Rekayasa dan Teknologi Elektro. Lhokseumawe. 2009; 3(2).
9. Qasim AY et al. The Parameters Affect On Power Coefficient Vertical
Axis Wind Turbin. Universitas Perlis. IIUM Engineering Journal.
Malaysia. 2012; 13(1):60.
10. Natalia Kristin et al. Karakteristik Wind Turbin Tipe Horizontal Tiga Sudu
Menggunakan
Wind
Tunnel
Sederhana.
Seminar
Nasional
Fisika.Universitas Negeri Jakarta. 2013.
11. Pradana Achmada Jaya et al. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal
Jenis Savonious dengan Variasi Profil Kurva Blade untuk Memperoleh
Daya Maksimum. Jurnal Teknik POMITS. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas
Teknologi Industri. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). 2013;
7(7):1-6.
12. Kusbiantoro Andri et al. Pengaruh Panjang Lengkung Sudu Terhadap
Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Vertikal Savonious [karya ilmiah].
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Malang : Universitas Brawijaya.
13. Mahendra Bayu et al. Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja
Turbin Angin Savonious Type L [karya ilmiah]. Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik. Malang : Universitas Brawijaya.
14
Lampiran 1 Rumus yang digunakan dalam analisis data
1) Rumus Daya Angin ( PW )
2) Rumus Daya Turbin ( PT)
3) Rumus Efisiensi Turbin
4) Rumus Tip Speed Ratio (TSR)
5) Rumus Torsi
6) Luas turbin angin
A = Diameter x Tinggi turbin
Keterangan :
Diameter turbin = 0.236 m
Tinggi Turbin = 0.205 m
Jari-jari ( R ) = 0.118 m
15
Lampiran 2 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 3
buah
Kecepatan Kecepatan
Daya Daya
Efisisensi
awal
akhir
N
Cp
Torsi
Nilai
angin turbin
turbin
TSR
angin
angin
(rpm)
(Pt/Pw)
(Nm)
(watt) (watt)
(%)
(m/s)
(m/s)
1
1.91
1.30
3.33
0.21
0.09
0.45
44.96
0.02 12.78
2
2.35
1.81
11.01 0.38
0.14
0.36
36.09
0.06 2.71
3
2.87
2.45
21.26 0.70
0.18
0.25
25.28
0.09 1.62
4
3.33
2.79
26.77 1.10
0.30
0.28
27.51
0.10 1.86
5
4.01
3.20
33.91 1.90
0.62
0.32
32.49
0.10 2.41
6
4.40
3.67
38.29 2.52
0.70
0.28
27.92
0.11 2.75
7
4.69
4.05
42.53 3.06
0.73
0.24
23.74
0.11 2.88
8
5.10
4.38
47.27 3.93
0.95
0.24
24.29
0.11 3.26
9
5.38
4.62
50.80 4.62
1.14
0.25
24.57
0.12 3.50
Lampiran 3 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 5
buah
Kecepatan Kecepatan
awal
akhir
Nilai
angin
angin
(m/s)
(m/s)
1
0.92
0.58
2
1.31
0.94
3
1.71
1.36
4
2.30
1.64
5
2.65
2.01
6
3.01
2.47
7
3.58
2.92
8
4.14
3.48
9
4.62
3.86
10
4.95
4.27
11
5.23
4.52
N
(rpm)
9.00
13.88
20.55
23.90
30.39
36.17
40.68
51.54
57.91
62.02
66.12
Daya Daya
Efisiensi
Cp
angin turbin
turbin
(Pt/Pw)
(watt) (watt)
(%)
0.02
0.07
0.15
0.36
0.55
0.81
1.36
2.11
2.92
3.59
4.25
0.01
0.03
0.05
0.15
0.21
0.24
0.42
0.57
0.81
0.86
1.01
0.49
0.41
0.33
0.42
0.37
0.30
0.31
0.27
0.28
0.24
0.24
48.60
41.26
32.89
42.15
37.18
29.51
30.61
27.02
27.68
23.93
23.77
TSR
Torsi
(Nm)
0.12
0.13
0.15
0.13
0.14
0.15
0.14
0.15
0.15
0.15
0.16
0.09
0.16
0.22
0.53
0.58
0.67
1.07
1.20
1.46
1.68
1.85
16
Lampiran 4 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 7
buah
Nilai
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Kecepatan Kecepatan
awal
akhir
angin
angin
(m/s)
(m/s)
0.86
0.33
1.30
0.71
1.96
1.30
2.41
1.88
2.81
2.28
3.31
2.53
3.82
2.84
4.33
3.13
4.66
3.48
5.19
3.86
5.48
4.03
N
(rpm)
Daya
angin
(watt)
Daya
turbin
(watt)
Cp
(Pt/Pw)
Efisiensi
turbin
(%)
TSR
Torsi
(Nm)
8.44
20.03
29.68
38.39
47.94
53.57
64.11
74.02
81.14
93.68
97.98
0.02
0.07
0.22
0.41
0.66
1.07
1.65
2.41
3.00
4.15
4.89
0.01
0.04
0.10
0.14
0.20
0.39
0.65
0.99
1.15
1.61
1.95
0.59
0.54
0.47
0.35
0.31
0.37
0.39
0.41
0.39
0.39
0.40
58.93
54.18
46.52
34.61
30.91
36.64
39.10
41.11
38.53
38.90
39.99
0.12
0.19
0.19
0.20
0.21
0.20
0.21
0.21
0.22
0.22
0.22
0.08
0.08
0.18
0.25
0.29
0.45
0.56
0.69
0.77
0.89
1.01
17
Lampiran 5 Diagram alir prosedur penelitian
Mulai
Studi
Pustaka
Perancangan dan
Pembuatan Model Turbin
Pemasangan Turbin
Angin ke Terowongan Angin
Set-up Alat
Pengambilan Data
RPM
Kecepatan Angin
Analisis Data
Kesimpulan dan Saran
Selesai
18
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Laguboti, Sumatera Utara pada tanggal 1 Mei 1992
dari Ayah tercinta Alden Pangaribuan dan Ibu tercinta Tianggur Sibarani. Penulis
adalah putri ke enam dari tujuh bersaudara. Tahun 2011 penulis lulus dari SMA
Negeri 1 Laguboti dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut
Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan
diterima di departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menerima beasiswa BIDIK MISI
tahun 2011-2015. Penulis aktif dalam kegiatan Unit Kegiatan Mahasiswa
Persekutuan Mahasiswa Kristen IPB (UKM PMK IPB) dan Persekutuan
Mahasiswa Kristen se-kota Bogor. Tahun 2012-2013 penulis aktif dalam kegiatan
organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI).
TEGAK (TAST) TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI TURBIN
LENNI PABRINA PANGARIBUAN
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Jumlah Sudu
Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin adalah
benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan
dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di
bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Lenni Pabrina Pangaribuan
NIM G74110003
ABSTRAK
LENNI PABRINA PANGARIBUAN. Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin
Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin Angin. Dibimbing oleh
TONY SUMARYADA dan ERUS RUSTAMI.
Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) merupakan turbin angin dengan sumbu
rotasi vertikal. Dalam penelitian ini bentuk didisain dari konsep Savonious dan
Darrieus dengan bentuk sudu yang merupakan modifikasi dari model sayap
pesawat NACA 6412. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh
jumlah sudu turbin angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin. Metode
yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan cara memvariasikan jumlah
sudu 3, 5, dan 7. Kecepatan angin pada wind tunnel divariasikan mulai dari 0
sampai 5.6 m/s. Hasil menunjukkan bahwa turbin yang memiliki putaran paling
besar adalah turbin dengan jumlah sudu 7 ( n = 97.98 rpm ), daya turbin ideal
sebesar 1.95 watt dan efisiensi turbin sebesar 58.93 %.
Kata kunci: daya, efisiensi, TAST, turbin angin
ABSTRACT
LENNI PABRINA PANGARIBUAN’S. The effect of the number of blades
vertical axis wind turbine (VAWT) to the power and the efficiency of wind
turbines. Guided by TONY SUMARYADA and ERUS RUSTAMI.
Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) is a wind turbine with a vertical
rotational axis. In this research the design of VAWT’s blades was derived from
the Savonious and Darrieus concept and modified from NACA 6412 airplane
wing model. The purpose of this research was to study the effect of the number of
the blades to the power and the efficiency of the turbine. The number of blades
were varied to 3, 5, and 7. The wind speed of wind tunnel was varied from 0 to
5.6 m / s. The results show that the turbine with 7 blades has the largest number of
revolution ( n = 97.98 rpm ), with the ideal power of about 1.95 watt and the
efficiency of 58.93 %.
Keywords: efficiency, power, VAWT, wind turbin
PENGARUH JUMLAH SUDU TURBIN ANGIN SUMBU
TEGAK (TAST) TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI TURBIN
LENNI PABRINA PANGARIBUAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi: Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST)
terhadap Daya dan Efisiensi Turbin
Nama
: Lenni Pabrina Pangaribuan
: G74110003
NIM
Disetujui oleh
ｾ＠
/2
Erus Rustami, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
ｾ＠
Dr Akhiruddin Maddu
Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
2 8 f1UG 2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala berkat dan karya keselamatan-Nya yang diberikan kepada saya, sehingga
saya dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Jumlah Sudu Turbin
Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin”.
Dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak,
oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Ayah tercinta Alden Pangaribuan dan Ibunda tercinta Tianggur
Sibarani yang selalu memberikan kasih sayang, mendukung dan
mendoakan penulis.
2. Abang tercinta Juni Pangaribuan, Agus Kantri Pangaribuan, kakak
tercinta Nesty Pangaribuan, Santy Pangaribuan, Mei Pangaribuan, dan
adikku tercinta Jandry Pangaribuan yang telah mendukung serta
mendoakan saya.
3. Dr Tony Sumaryada MSi sebagai pembimbing I dan Erus Rustami
MSi sebagai pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan
ilmu.
4. Dr Mamat Rahmat yang telah banyak memberikan ilmu dan berdiskusi
dengan penulis.
5. Dr Setyanto Tri Wahyudi MSi sebagai dosen penguji yang telah
memberikan masukan dan kritikan yang membangun dan Dr Ir
Irmansyah MSi sebagai kepala bagian Fisika Terapan.
6. Siti dan Pramudya sebagai teman partner dalam menyelesaikan
penelitian serta Fisika 48.
7. Anggraeni, Sinta, Evi sebagai sahabat.
8. Direktorat Pendidikan Tinggi Indonesia (DIKTI) yang telah
membiayai penulis selama kuliah melalui beasiswa BIDIK MISI.
Selanjutnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari
sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.
Semoga skripsi ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2015
Lenni Pabrina Pangaribuan
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
Angin
Turbin Angin
Jumlah Sudu
Penampang Baling-Baling Airfoil
Daya Angin
Daya Mekanik Turbin
Efisiensi Turbin
Terowongan Angin
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Alat dan Bahan Penelitian
Prosedur Penelitian
Prosedur Analisis Data
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap RPM
Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap Daya Turbin
Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap Efisiensi Turbin
Hubungan antara RPM dengan Daya Turbin
Hubungan antara RPM dengan Efisiensi Turbin
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
1
1
2
2
2
2
2
2
3
3
4
4
6
6
7
7
7
7
8
9
9
9
10
11
12
12
12
12
13
14
18
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Penampang baling-baling Airfoil
Profil kecepatan angin melewati penampang motor
Terowongan Angin
Distribusi Pressure coefficient profil blade
Model turbin dengan jumlah blade
Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap RPM
Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap daya turbin
Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap efisiensi turbin
Grafik hubungan RPM dengan daya turbin
Grafik hubungan RPM dengan efisisensi turbin
3
4
6
8
8
9
9
10
11
11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rumus yang digunakan untuk analisis data
2 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 3
buah
3 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 5
buah
4 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 7
buah
5 Diagram alir prosedur penelitian
14
15
15
16
17
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Di dalam kehidupan manusia zaman masa kini, kemajuan-kemajuan besar
sangat berkembang pesat dalam kebudayaan yang selalu diikuti oleh
meningkatnya konsumsi energi. Peningkatan ini semakin menipisnya sumber
energi yang tidak dapat terbarukan (nonrenewable), serta penggunaan bahan bakar
yang ramah lingkungan, memerlukan suatu jalan alternatif guna mengganti
sumber energi tersebut dengan sumber energi yang terbarukan (renewable).
Sumber energi tak terbarukan yang banyak digunakan saat ini adalah bahan bakar
yang berasal dari fosil (minyak bumi, gas alam, dan batubara).1 Sayangnya energi
ini termasuk energi yang tidak dapat diperbaharui dan jika energi fosil ini habis
maka diperlukan sumber-sumber energi baru. Selain itu penggunaan energi fosil
juga berdampak negatif terhadap lingkungan, seperti pemanasan global yang
berdampak pada kerusakan ekologi.2
Salah satu upaya mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan
energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel.
Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana-mana, baik di daerah landai
maupun di dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut. Pemanfaatan sumber
energi angin di indonesia masih langka, hal tersebut dimungkinkan teknologi dan
pengetahuan belum populer, arah angin di Indonesia mudah berubah-ubah,
kecepatan angin berfluktuasi dan tidak ekonomis.3 Selama ini angin dipandang
sebagai proses alami yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan
produktif masyarakat. Namun daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin
yang tinggi perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi angin ini lebih kompetitif
dibandingkan dengan energi alternatif lainnya.3
Angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariasi sesuai dengan
letak geografisnya. Pada umumnya kecepatan angin di dataran rendah memiliki
angin dengan berkecepatan rendah hingga berkecepatan sedang. Sedangkan untuk
kecepatan angin di dataran tinggi dan daerah pesisir pantai memiliki angin dengan
berkecepatan sedang hingga berkecepatan tinggi.4 Hal ini energi terbarukan salah
satunya energi angin, perlu dimanfaatkan dengan baik dengan cara menggunakan
turbin angin. Turbin angin dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik.
Salah satu jenis turbin angin yakni turbin angin sumbu tegak (TAST) yang
memiliki poros sumbu utama dengan tegak lurus terhadap tanah.4 Penggunaan
turbin angin saat ini semakin mengalami peningkatan guna memanfaatkan energi
angin secara efektif, khususnya pada daerah dataran tinggi maupun daerah pesisir
pantai.
Berdasarkan permasalahan di atas, maka penelitian tentang pengaruh
jumlah sudu turbin angin TAST atau Vertical Axis Wind Turbine terhadap
karateristik daya dan efisiensi turbin ini perlu dilakukan untuk melihat besar nilai
daya dan efisiensi turbin angin dengan jumlah sudu yang berbeda.
2
Perumusan Masalah
Bagaimana pengaruh jumlah sudu turbin angin sumbu tegak terhadap daya
dan efisiensi yang dihasilkan oleh turbin?
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan pengaruh jumlah sudu
turbin angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin.
Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini dapat mengetahui pengaruh jumlah sudu turbin
angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin, sehingga dapat diketahui
desain turbin mana yang mempunyai nilai optimal. Serta dapat memberikan solusi
untuk mengatasi krisis energi dengan memanfaatkan sumber daya yang tersedia di
alam khususnya angin dengan menggunakan TAST.
TINJAUAN PUSTAKA
Angin
Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara
antara tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah atau dari
daerah dengan suhu rendah ke wilayah bersuhu yang lebih tinggi. Angin
merupakan aliran fluida yang mempunyai sifat-sifat aerodinamis, yaitu sifat
kompresibel (mampat), viskositas (kekentalan), densitas (kerapatan) dan
turbulensi.3
Turbin Angin
Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir-angin merupakan
sarana pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar
generator listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM
dan tersebar di berbagai negara: Persia, Babilonia, Mesir, China dan di benua
Eropa dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros,
jenis-jenis turbin angin itu dapat dibagi ke dalam dua kategori, yakni: turbin angin
dengan sumbu horisontal dan turbin angin dengan sumbu vertikal.5
Jenis-jenis turbin sangatlah banyak, tetapi secara garis besar dapat
dibedakan atas dua tipe yaitu turbin angin sumbu horizontal (horiontal axis wind
turbine) merupakan turbin angin dimana sumbu putarnya sejajar dengan tanah.4
Turbin angin sumbu vertikal (vertical axis wind turbine) merupakan turbin angin
dimana sumbu putarnya tegak lurus atau vertikal dengan tanah. TAST memiliki
keuntungan seperti desain yang sederhana, tip speed ratio yang rendah sehingga
tidak rusak pada kecepatan tinggi, dan bilah turbin angin yang memiliki arah
3
vertikal dimana gerakan sudu sejajar arah angin sehingga turbin akan responsif
terhadap segala arah angin dan mampu menghasilkan torsi yang lebih tinggi dari
kisaran kecepatan angin yang rendah hingga kecepatan angin yang tinggi.6
Sedangkan kelemahan yang ditemukan pada TAST yaitu, pada skala yang
sama, rata-rata TAST hanya mampu menghasilkan 50% dari total efisiensi
HAWT. Khususnya turbin angin Savonius, efisiensi yang mampu dihasilkan
sekitar 15-25% dari total energi angin yang diterima dan Tip speed ratio atau λ
yang dihasilkan rendah sehingga efisiensi yang dihasilkan akan rendah.7
Jumlah Sudu
Pada tinjauan teoritis yang benar belum ditemukan sebagai konsep terbaik
jumlah sudu yang digunakan, karena selama ini lebih ditentukan oleh jenis
penggunaannya, seperti untuk pembangkit listrik atau pompa air, dan kecepatan
angin saat rotor mulai berputar.7 Adapun variasi jumlah sudu yakni tiga, lima, dan
tujuh sudu.
Penampang Baling-Baling Airfoil
Turbin mempunyai sudu (sirip baling-baling) berbentuk penampang sayap
pesawat (aerofoil). Airfoil adalah suatu cakram berpenampang lengkung parabolik
dengan bagian depan cukup lurus dan bagian ujung meruncing. Ketika angin
melewati airfoil lebih cepat pada bagian atas dibandingkan dengan bagian
bawahnya. Hal ini disebabkan tekanan pada bagian bawah lebih besar dan
mengakibatkan terbentuknya gaya angkat.8
Laju putaran rotor turbin juga tergantung dari bentuk penampang balingbaling. Konstruksi penampang baling-baling mempengaruhi gaya angkat (lift) dan
gaya dorong (drag) sehingga mempengaruhi besaran laju putar (rpm) pada rotor
turbin.8 Pada gambar 1 menunjukkan komponen aerodinamis penampang balingbaling yang terdiri dari chord line, angle of attack, leading edge dan trailing edge
serta posisi arah angin menuju penampang baling-baling.8
Gambar 1 Penampang baling-baling airfoil
4
Daya Angin
Daya yang dihasilkan oleh poros suatu turbin merupakan transformasi
energi kinetik yang terdapat pada aliran angin. Aliran angin bergerak dengan nilai
kecepatan tertentu dengan besaran energi kinetik yang dapat diserap oleh susunan
sudu turbin angin.4 Dari teori Betz udara yang memiliki massa m dan kecepatan v
akan menghasilkan energi kinetik dapat dihitung dengan persamaan berikut:
(1)
Volume udara per satuan waktu (debit) yang bergerak dengan kecepatan v dan
melewati daerah seluas A dengan persamaan di bawah adalah:
(2)
Massa udara yang bergerak dalam satuan waktu dengan kerapatan pada
persamaan berikut, yaitu:
(3)
Sehingga energi kinetik angin yang berhembus dalam satuan waktu (daya angin)
dapat dihitung dengan persamaan di bawah adalah:
(4)
Dengan:
= daya angin (watt)
= densitas udara ( = 1.225 kg/
A = luas penampang turbin (
)
)
v = kecepatan udara (m/s)
Besar daya di atas adalah daya yang dimiliki oleh angin sebelum dikonversi atau
sebelum melewati turbin angin.9
Daya Mekanik Turbin
Dalam sistem konversi energi angin, energi mekanik turbin hanya dapat
diperoleh dari energi kinetik yang tersimpan dalam aliran angin, berarti tanpa
perubahan aliran massa udara.2 Jika
= kecepatan angin di depan rotor, =
kecepatan angin saat melewati rotor, dan
= kecepatan angin di belakang rotor,
maka daya mekanik turbin diperoleh dari selisih energi kinetik angin sebelum dan
setelah melewati turbin.2
Gambar 2 Profil kecepatan angin melewati penampang rotor
5
Daya mekanik turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 5 yaitu:
(5)
Dari persamaan kontinuitas diperoleh persamaan seperti di bawah:
(6)
Sehingga diperoleh persamaan seperti berikut,
(7)
Dengan menstubstitusi persamaan (3) ke persamaan (7) maka didapatkan menjadi
persamaan berikut:
(8)
Untuk mendapatkan daya maksimum, maka diperlukan suatu nilai
perbandingan (rasio) antara dan
. Untuk mendapatkan rasio ini diperlukan
suatu persamaan yang menunjukkan daya mekanik turbin.
Gaya yang bekerja pada turbin pada gambar 2, didapatkan persamaan 9
yaitu:
(9)
Maka daya turbin didapatkan dengan persamaan 10 adalah:
(10)
Dari persamaan (8) dan (10) didapatkan persamaan 11 seperti berikut :
(11)
sehingga kecepatan aliran pada turbin sebanding dengan nilai
dan
. Aliran
massa udara dapat dihitung dengan persamaan 12 menjadi:
(12)
Daya mekanik turbin dapat dihitung dengan persamaan 13 menjadi:
(13)
Sehingga perbandingan daya mekanik turbin dan daya keluaran
teoritiknya, yang biasa disebut sebagai faktor daya (Cp ) dengan persamaan 14
yakni:
6
(14)
Tip speed ratio dapat dihitung dengan persamaan 15 seperti berikut :
λ=
(15)
Dengan:
λ = tip speed ratio (rad)
= kecepatan sudut turbin (rad/s)
R = jari-jari turbin (m)
Vw = kecepatan angin (m/s)
TSR juga dapat diperoleh dari persamaan:
λ
(16)
Blade tip speed merupakan kecepatan ujung blade atau rotor, dimana:
(17)
dengan D adalah diameter turbin. Karena setiap tipe turbin angin memiliki
karakteristik yang berbeda-beda, maka faktor daya sebagai fungsi dari TSR juga
berbeda.2
Efisiensi Turbin
Dengan daya angin dan turbin yang telah diketahui maka nilai efisiensi
turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
Terowongan Angin
Gambar 3 Terowongan Angin
7
Terowongan angin atau wind tunnel adalah peralatan yang digunakan
untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap sebuah model.10 Guna
mendapatkan hasil yang valid mengenai fenomena terjadi pada model ketika
dialiri oleh suatu fluida, maka diperlukan kualitas aliran yang baik pada
terowongan angin. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh efisiensi kerja yang
maksimal dan dapat mereduksi beberapa masalah yang ditimbulkan oleh aliran.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan Mei 2015.
Perancangan dan pembuatan terowongan angin dilakukan di bengkel
cangkorawok. Sedangkan pengujian alat dilakukan di Laboratorium
Mikrokontroler Fisika di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: Terowongan
angin, Kipas angin, Laptop, Sensor DHT, sensor RPM, Gunting, Anemometer,
Printer 3 Dimensi, Dimmer, Kabel, Solder dan Alat lem tembak. Bahan-bahan
yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: Plastik ABS, Lem Power Glue,
Lem tembak, Sedotan dan Akrilik.
Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan beberapa tahap yaitu tahap pertama dengan studi
literatur. Tahap kedua dalam penelitian ini adalah perancangan turbin dilakukan
dengan simulasi menggunakan perangkat lunak Aerofoil versi 3.2 dan desain
struktur dengan menggunakan Google Sketchup Pro 8. Bentuk turbin TAST
merupakan kombinasi dari konsep Savonius dan Darrieus dengan bentuk sudu
ialah sayap pesawat NACA 6412 termodifikasi, seperti terlihat pada Gambar 4.
Setelah itu dilakukan pembuatan model turbin yang terbuat dari plastik ABS
dengan menggunakan Printer 3 Dimensi. Tahap selanjutnya pemasangan turbin
angin pada terowongan angin untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap
sebuah model.
Setelah semua alat dan bahan sudah lengkap maka tahap selanjutnya
adalah set up alat. Tahapan set up alat dilakukan untuk melakukan pengujian dan
pengambilan data. Dari data yang diperoleh maka selanjutnya data dianalisis
dengan acuan teori yang ada.
8
(a)
(b)
Gambar 4 Distribusi pressure coefficient profil blade
(a) NACA 6412 (b) NACA 6412 termodifikasi
(a)
(b)
(c)
Gambar 5 Model Turbin dengan jumlah blade (a) 3 buah dan
(b) 5 buah (c) 7 buah
Prosedur Analisis Data
Data yang diambil dari pengujian turbin adalah kecepatan angin, rpm dan
suhu, kelembaban yang dihasilkan turbin pada terowongan angin. Data tersebut
kemudian dianalisis untuk melihat korelasi antara kecepatan angin, daya turbin
angin, rpm dan efisiensi turbin angin yang dihasilkan. Data ini akan dianalisis
untuk mendapatkan kesimpulan dan saran atau rekomendasi yang dapat dilakukan
dalam mengembangkan konsep dan implementasi desain.
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap RPM Turbin
120
n (RPM)
100
80
60
3 Sudu
40
5 Sudu
20
7 Sudu
0
0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Awal Angin (m/s)
Gambar 6 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap RPM
Hubungan kecepatan awal angin terhadap rpm yakni rpm memiliki
korelasi positif dengan meningkatnya kecepatan angin. Sebab kecepatan awal
angin berbanding lurus dengan rpm. Dari hasil grafik diperoleh semakin besar
nilai kecepatan awal angin yang masuk pada turbin angin, maka putaran turbin
(RPM) semakin meningkat.11 Turbin angin yang memiliki rpm paling besar
terdapat pada turbin dengan jumlah sudu 7 buah yaitu mencapai 97.98 rpm.
Turbin angin dengan jumlah sudu 5 buah, mencapai 66.12 rpm dan turbin angin
dengan jumlah sudu 3 buah, mencapai 50.80 rpm. Hal ini menunjukkan semakin
banyak jumlah sudu yang terpasang akan memperkecil drag positif pada turbin
angin dan akan memiliki putaran turbin semakin tinggi, karena energi angin yang
masuk ke ruang turbin semakin terpusat dan turbin semakin mudah berputar.
Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap Daya Turbin
Daya Turbin (watt)
2,5
2
1,5
3 Sudu
1
5 Sudu
0,5
7 Sudu
0
0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Awal Angin (m/s)
Gambar 7 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap daya turbin
10
Dari grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya turbin ialah
apabila kecepatan angin yang masuk semakin besar, maka nilai daya turbin juga
semakin meningkat.1 Turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah memiliki nilai
daya turbin mencapai 1.95 watt, turbin angin dengan jumlah sudu 5 buah memiliki
nilai daya turbin mencapai 1.01 watt dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 buah
memiliki nilai daya turbin mencapai 1.14 watt. Nilai daya turbin yang paling besar
terdapat pada turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah, nilai daya turbin angin
dengan jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 buah sebanding,
dipengaruhi oleh kecepatan angin yang masuk pada terowongan angin hampir
sama. Dari hasil grafik didapatkan turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah yang
memiliki nilai daya turbin yang paling besar, sebab angin yang masuk pada ruang
turbin semakin terpusat pada turbin, sehingga menghasilkan daya turbin yang
besar.
Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap Efisiensi Turbin
Hubungan antara kecepatan angin dengan efisiensi turbin yakni semakin
besar kecepatan angin yang masuk pada turbin, maka kenaikan daya turbin juga
semakin besar. Jadi semakin besar nilai daya turbin maka nilai efisiensi turbin
juga harus semakin besar, sebab efisiensi turbin merupakan perbandingan antara
daya turbin dengan daya angin. Bila dilihat dari hasil grafik seiring dengan
bertambahnya kecepatan angin maka grafik tersebut mengalami penurunan. Hal
ini dikarenakan pada kecepatan tinggi nilai kenaikan daya turbin tidak sebanding
dengan daya angin yang peningkatannya semakin besar seiring peningkatan
kecepatan angin dan jumlah sudu.12 Perbandingan daya angin yang diserap sudu
lebih kecil dibandingkan dengan daya angin yang menerobos melalui celah pada
turbin, sehingga efisiensi turbin semakin menurun.13 Turbin angin dengan jumlah
sudu 7 buah, nilai efisiensi mencapai 58.93 %. Nilai efisiensi untuk turbin angin
dengan jumlah sudu 5 buah mencapai 48.99 %. Nilai efisiensi untuk turbin dengan
jumlah sudu 3 buah mencapai 51.51 %.
70
Efisiensi Turbin (%)
60
50
40
3 Sudu
30
5 Sudu
20
7 Sudu
10
0
0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Awal Angin (m/s)
Gambar 8 Grafik hubungan kecepatan awal angin dengan efisiensi turbin
11
Hubungan antara RPM dengan Daya Turbin
Daya Turbin (watt)
2,5
2
1,5
3 Sudu
1
5 Sudu
0,5
7 Sudu
0
0
20
40
60
80
100
120
n (RPM)
Gambar 9 Grafik hubungan RPM dengan daya turbin
Dari hasil grafik menunjukkan semakin tinggi nilai rpm maka besar daya
turbin semakin meningkat.11 Karena rpm berbanding lurus dengan daya turbin.
Turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah memiliki nilai rpm paling besar
dibandingkan dengan turbin angin dengan jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan
jumlah sudu 3 buah. Bila dilihat dari hasil grafik untuk turbin angin dengan
jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 memiliki nilai daya turbin
yang sebanding. Hal ini karena pengaruh besar kecepatan angin yang masuk pada
terowongan angin hampir sebanding, saat turbin angin dengan jumlah sudu 5 dan
turbin angin dengan jumlah sudu 3 terpasang. Nilai rpm pada turbin angin dengan
jumlah sudu 7 buah mencapai 97.98 %. Nilai rpm pada turbin angin dengan
jumlah sudu 5 buah mencapai 66.12 %. Nilai rpm pada turbin angin dengan
jumlah sudu 3 buah mencapai 50.80 %.
Hubungan antara RPM dengan Efisiensi Turbin
70
Efisiensi Turbin (%)
60
50
40
3 Sudu
30
5 Sudu
20
7 Sudu
10
0
0
20
40
60
80
100
120
n (RPM)
Gambar 10 Grafik hubungan RPM dengan efisiensi turbin
12
Dari jurnal hasil penelitian yang dilakukan oleh saudara Bayu Mahendra
yang menyatakan semakin meningkatnya kecepatan angin maka kenaikan daya
turbin semakin besar, sebab semakin besar nilai kecepatan angin maka nilai rpm
semakin tinggi yang mengakibatkan nilai daya turbin juga semakin meningkat.
Dari teori bahwa semakin besar nilai rpm maka seharusnya nilai efisiensi turbin
juga semakin meningkat, sebab efisiensi adalah rasio dari nilai daya turbin dengan
daya angin. Dari hasil grafik bahwa semakin besar nilai rpm, nilai efisiensi turbin
mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan pada kecepatan tinggi, nilai kenaikan
daya turbin tidak sebanding dengan daya angin yang peningkatannya semakin
besar, seiring peningkatan kecepatan angin dan perbandingan daya angin yang
diserap sudu lebih kecil dengan daya angin yang menerobos melalui celah pada
turbin. Sehingga semakin tinggi kecepatan angin maka losses yang terjadi
semakin besar sehingga efisiensi yang dihasilkan juga semakin menurun.13 Dari
hasil grafik diperoleh nilai rpm daya turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah
mencapai 58.93 %.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pengaruh jumlah sudu turbin angin sumbu tegak (TAST) terhadap daya dan
efisiensi turbin, didapatkan bahwa dari variasi sudu 3, 5 dan 7 buah bahwa turbin
angin dengan jumlah sudu 7 buahlah yang memiliki kemampuan turbin untuk
berakselerasi dari keadaan diam sampai bisa berputar. Hal ini semakin banyak
sudu yang terpasang pada turbin angin dengan jumlah sudu 7 menyebabkan energi
angin yang masuk ke dalam ruang turbin semakin terpusat dan menghasilkan
putaran turbin (RPM) dan daya turbin semakin tinggi.
Hasil pengujian dan pengolahan data menunjukkan bahwa jumlah sudu
berpengaruh pada unjuk kerja turbin angin. Turbin angin sumbu tegak dengan
kecepatan tinggi menghasilkan daya turbin yang tinggi dan sebaliknya
menghasilkan efisiensi rendah. Daya turbin yang terbesar didapatkan dari turbin
angin sumbu tegak yang memiliki jumlah sudu 7 buah yaitu sebesar 1.95 watt.
Efisiensi turbin yang terbesar didapatkan dari turbin angin sumbu tegak yang
memiliki jumlah sudu 7 buah yaitu sebesar 58.93 %.
Saran
Saran untuk penelitian selanjutnya adalah dengan membuat ukuran
terowongan angin (wind tunnel) yang lebih besar lagi dengan tujuan
mempermudah dalam melakukan penelitian, selain itu untuk mengukur kecepatan
angin dengan menggunakan sensor serta menggunakan dimmer yang lebih bagus
dianjurkan untuk penelitian selanjutnya.
13
DAFTAR PUSTAKA
1. Patabang D. Rancang Bangun Kincir Angin Savonious untuk
Membangkitkan Energi Listrik Skala Kecil. Jurnal Mekanikal. 2010;
1(1):1-6.
2. Dewi ML. Analisis Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal dengan
Modifikasi Rotor Savonius L untuk Optimasi Kinerja Turbin Angin
[skripsi]. Surakarta: Sebelas Maret Univ Pr. 2010.
3. Marnoto T. Peningkatan Effisiensi Kincir Angin Poros Vertikal melalui
Sistem Buka - Tutup Sirip pada Tiga Sudu. Jurnal Teknik Mesin. 2011;
11(2):122-124.
4. Tanti N, Arnetto A. Pembuatan Program Perancangan Turbin Savonius
Tipe – U untuk pembangkit Listrik Tenaga Angin. Jurnal Mechanical.
Lampung. 2011; 2(1):7.
5. Reksoatmodjo TN. Vertical-Axis Differential Drag Windmill. Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri. Universitas Jendral Achmad
Yani. Jurnal Teknik Mesin. 2005; 6(2).
6. Latif M. Efisiensi Prototipe Turbin Savonius pada Kecepatan Angin
Rendah. Universitas Andalas. Jurnal Rekayasa Elektrika. Padang. 2013;
10(3):147.
7. Martinus ST et al. Analisis Fenomena Penampang Alir VAWT Tipe Heliks
Terhadap Kecepatan Angin Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif
Berskala Rumah Tangga. Universitas Lampung. Jurnal Mechanical.
Lampung. 2011; 2(2):3-4.
8. Ezwarsyah A. Prototipe Turbin Angin Skala Kecil Tipe Vertikal Axis
Untuk Battery Charging Di Daerah Remote Area. Electrician Jurnal
Rekayasa dan Teknologi Elektro. Lhokseumawe. 2009; 3(2).
9. Qasim AY et al. The Parameters Affect On Power Coefficient Vertical
Axis Wind Turbin. Universitas Perlis. IIUM Engineering Journal.
Malaysia. 2012; 13(1):60.
10. Natalia Kristin et al. Karakteristik Wind Turbin Tipe Horizontal Tiga Sudu
Menggunakan
Wind
Tunnel
Sederhana.
Seminar
Nasional
Fisika.Universitas Negeri Jakarta. 2013.
11. Pradana Achmada Jaya et al. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal
Jenis Savonious dengan Variasi Profil Kurva Blade untuk Memperoleh
Daya Maksimum. Jurnal Teknik POMITS. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas
Teknologi Industri. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). 2013;
7(7):1-6.
12. Kusbiantoro Andri et al. Pengaruh Panjang Lengkung Sudu Terhadap
Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Vertikal Savonious [karya ilmiah].
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Malang : Universitas Brawijaya.
13. Mahendra Bayu et al. Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja
Turbin Angin Savonious Type L [karya ilmiah]. Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik. Malang : Universitas Brawijaya.
14
Lampiran 1 Rumus yang digunakan dalam analisis data
1) Rumus Daya Angin ( PW )
2) Rumus Daya Turbin ( PT)
3) Rumus Efisiensi Turbin
4) Rumus Tip Speed Ratio (TSR)
5) Rumus Torsi
6) Luas turbin angin
A = Diameter x Tinggi turbin
Keterangan :
Diameter turbin = 0.236 m
Tinggi Turbin = 0.205 m
Jari-jari ( R ) = 0.118 m
15
Lampiran 2 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 3
buah
Kecepatan Kecepatan
Daya Daya
Efisisensi
awal
akhir
N
Cp
Torsi
Nilai
angin turbin
turbin
TSR
angin
angin
(rpm)
(Pt/Pw)
(Nm)
(watt) (watt)
(%)
(m/s)
(m/s)
1
1.91
1.30
3.33
0.21
0.09
0.45
44.96
0.02 12.78
2
2.35
1.81
11.01 0.38
0.14
0.36
36.09
0.06 2.71
3
2.87
2.45
21.26 0.70
0.18
0.25
25.28
0.09 1.62
4
3.33
2.79
26.77 1.10
0.30
0.28
27.51
0.10 1.86
5
4.01
3.20
33.91 1.90
0.62
0.32
32.49
0.10 2.41
6
4.40
3.67
38.29 2.52
0.70
0.28
27.92
0.11 2.75
7
4.69
4.05
42.53 3.06
0.73
0.24
23.74
0.11 2.88
8
5.10
4.38
47.27 3.93
0.95
0.24
24.29
0.11 3.26
9
5.38
4.62
50.80 4.62
1.14
0.25
24.57
0.12 3.50
Lampiran 3 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 5
buah
Kecepatan Kecepatan
awal
akhir
Nilai
angin
angin
(m/s)
(m/s)
1
0.92
0.58
2
1.31
0.94
3
1.71
1.36
4
2.30
1.64
5
2.65
2.01
6
3.01
2.47
7
3.58
2.92
8
4.14
3.48
9
4.62
3.86
10
4.95
4.27
11
5.23
4.52
N
(rpm)
9.00
13.88
20.55
23.90
30.39
36.17
40.68
51.54
57.91
62.02
66.12
Daya Daya
Efisiensi
Cp
angin turbin
turbin
(Pt/Pw)
(watt) (watt)
(%)
0.02
0.07
0.15
0.36
0.55
0.81
1.36
2.11
2.92
3.59
4.25
0.01
0.03
0.05
0.15
0.21
0.24
0.42
0.57
0.81
0.86
1.01
0.49
0.41
0.33
0.42
0.37
0.30
0.31
0.27
0.28
0.24
0.24
48.60
41.26
32.89
42.15
37.18
29.51
30.61
27.02
27.68
23.93
23.77
TSR
Torsi
(Nm)
0.12
0.13
0.15
0.13
0.14
0.15
0.14
0.15
0.15
0.15
0.16
0.09
0.16
0.22
0.53
0.58
0.67
1.07
1.20
1.46
1.68
1.85
16
Lampiran 4 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 7
buah
Nilai
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Kecepatan Kecepatan
awal
akhir
angin
angin
(m/s)
(m/s)
0.86
0.33
1.30
0.71
1.96
1.30
2.41
1.88
2.81
2.28
3.31
2.53
3.82
2.84
4.33
3.13
4.66
3.48
5.19
3.86
5.48
4.03
N
(rpm)
Daya
angin
(watt)
Daya
turbin
(watt)
Cp
(Pt/Pw)
Efisiensi
turbin
(%)
TSR
Torsi
(Nm)
8.44
20.03
29.68
38.39
47.94
53.57
64.11
74.02
81.14
93.68
97.98
0.02
0.07
0.22
0.41
0.66
1.07
1.65
2.41
3.00
4.15
4.89
0.01
0.04
0.10
0.14
0.20
0.39
0.65
0.99
1.15
1.61
1.95
0.59
0.54
0.47
0.35
0.31
0.37
0.39
0.41
0.39
0.39
0.40
58.93
54.18
46.52
34.61
30.91
36.64
39.10
41.11
38.53
38.90
39.99
0.12
0.19
0.19
0.20
0.21
0.20
0.21
0.21
0.22
0.22
0.22
0.08
0.08
0.18
0.25
0.29
0.45
0.56
0.69
0.77
0.89
1.01
17
Lampiran 5 Diagram alir prosedur penelitian
Mulai
Studi
Pustaka
Perancangan dan
Pembuatan Model Turbin
Pemasangan Turbin
Angin ke Terowongan Angin
Set-up Alat
Pengambilan Data
RPM
Kecepatan Angin
Analisis Data
Kesimpulan dan Saran
Selesai
18
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Laguboti, Sumatera Utara pada tanggal 1 Mei 1992
dari Ayah tercinta Alden Pangaribuan dan Ibu tercinta Tianggur Sibarani. Penulis
adalah putri ke enam dari tujuh bersaudara. Tahun 2011 penulis lulus dari SMA
Negeri 1 Laguboti dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut
Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan
diterima di departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menerima beasiswa BIDIK MISI
tahun 2011-2015. Penulis aktif dalam kegiatan Unit Kegiatan Mahasiswa
Persekutuan Mahasiswa Kristen IPB (UKM PMK IPB) dan Persekutuan
Mahasiswa Kristen se-kota Bogor. Tahun 2012-2013 penulis aktif dalam kegiatan
organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI).