25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Proses pembuatan komponen - komponen turbin angin Darrieus-H dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin.
Sementara proses penelitian dilakukan di Lantai 4 gedung Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.2 Objek Penelitian dan Alat Penelitian
3.2.1 Objek Penelitian Sebelum penulis membuat komponen-komponen turbin angin Darrieus,
penulis terlebih dahulu menentukan dimensi bagian utama turbin. 1. Menentukan kecepatan angin pengujian
Sebelum menentukan dimensi utama turbin, penulis terlebih dahulu mempertimbangkan kondisi kecepatan angin pengujian. Potensi sumber daya
angin di Indonesia berkisar antara 2,5 – 5,5 ms pada ketinggian 24 m diatas
permukaan tanah Indonesia Energy Outlook, 2010. Sementara turbin angin Darrieus akan menghasilkan daya pada kecepatan angin v
≥ 3 ms. Dari data kecepatan angin di berbagai wilayah di Indonesia, penulis mengharapkan turbin
angin ini nantinya dapat diaplikasikan di daerah Kamanggih, Kab. Sumba Timur NTT dengan kecepatan angin rata-rata tahunan sebesar v = 3,85 ms lihat
Lampiran IV. Sehingga kecepatan angin dalam pengujian turbin angin ini disesuaikan dengan kondisi kecepatan angin di lapangan. Maka penulis
menyimpulkan bahwa pengujian turbin angin Darrieus akan dilakukan pada kecepatan angin v = 3,85 ms.
2. Menentukan geometri turbin dan perhitungan daya maksimum rotor Menurut aturan Betz, turbin angin hanya mampu mengekstrak energi angin
sebesar 59,3 dari total daya angin yang melalui luas sapuan turbin dengan
Universitas Sumatera Utara
26 asumsi aliran tidak viskos, arah aliran angin tegak lurus terhadap turbin dan tidak
ada turbulensi. Sementara untuk kondisi aktual hal ini tidak bisa tercapai dan untuk turbin angin Darrieus berkisar antara 25
– 40 .
Gambar.3.1 Koefisien daya untuk berbagai jenis turbin Erich Hau, 2006 Diameter rotor ditentukan berdasarkan pemenuhan kebutuhan energi oleh
energi angin yang tersedia, baik untuk kegunaan elektrikal maupun mekanikal. Perkiraan diameter rotor ini tidak terlalu eksak. Kompromi dapat dilakukan dalam
rangka optimisasi dengan kekuatan struktur sudu dan juga biaya pembuatan. Dengan efisiensi rotor dan kondisi angin yang sama, semakin besar diameter rotor
semakin besar pula energi angin yang dapat diekstrak. Oleh karena itu ukuran rotor menggambarkan berapa besar kapasitas suatu sistem konversi energi angin
Daryanto, 2007. Untuk turbin angin Darrieus dengan diameter rotor 1.5 m dan tinggi rotor
1.5 m, daya maksimum yang dapat diekstrak dari angin dengan temperatur udara 32
C adalah sebagai berikut. d = 1.5 m
h = 1.5 m A = dh = 2.25 m
2
Universitas Sumatera Utara
27 ρ = 1.1594 kgm
3
v = 3.85 ms P
a
= ½ ρAv
3
P
a
= ½ 1.15942.253.85
3
= 74.43 W P
T
= 0.25 sd 0.4 P
a
= 18.60 sd 29.77 W 3. Menentukan tipe airfoil sudu
Tipe airfoil berhubungan dengan karakteristik koefisien lift C
L
dan koefisien drag C
D
terhadap besarnya sudut serang α. Sudu yang dirancang dengan
pertimbangan aerodinamik yang sangat baik biasanya menghasilkan geometri sudu yang kompleks. Bentuk geometri yang kompleks tentu akan mempertinggi
tingkat kesulitan dan juga biaya pembuatan. Dengan demikian pertimbangan aerodinamik yang tepat diharapkan dapat memberikan rekomendasi bentuk sudu
dan rotor yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu kegunaan tertentu baik mekanikal maupun elektrikal, sehingga tidak menghabiskan biaya tinggi
untuk desain dan pembuatan Daryanto, 2007. Selain itu ketersediaan data koefisien lift dan koefisien drag airfoil tersebut harus diperhatikan. Atas per-
timbangan di atas, maka penulis memilih profil sudu NACA 0012 dengan panjang chord c = 0,3 m. Sehingga soliditas
σ turbin adalah: σ = N cd
c m D m
Jumlah sudu N σ
0.3 1.5
3 0.6
0.3 1.5
4 0.8
0.3 1.5
5 1
Berikut ini adalah spesifikasi bagian-bagian utama alat uji turbin angin Darrieus-H.
Universitas Sumatera Utara
28 a Rotor, merupakan elemen utama turbin angin yang berfungsi mengekstrak
energi angin menjadi energi mekanis.
Tabel.3.1 Spesifikasi prototipe turbin angin Darrieus-H
No Spesifikasi
Keterangan
1 Jenis
Sumbu vertikal 2
Diameter 1500 mm
3 Tinggi
1500 mm 4
Lengan Rectangular tube 50x25x1.5
5 Jumlah sudu
3, 4, 5
Gambar. 3.2 Prototipe turbin angin Darrieus-H, 3 sudu dan 5 sudu b Sudu
Tabel.3.2 Spesifikasi sudu
No Spesifikasi
Keterangan
1 Profil Sudu
NACA 0012 2
Chord c 300 mm
3 Tinggi
1500 mm
Universitas Sumatera Utara
29 4
Bahan Pelat aluminium 0.3 mm
5 Jumlah sudu
3, 4 dan 5
Gambar.3.3 Sudu turbin angin Darrieus-H dengan profil NACA 0012 3.2.2 Alat-alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Thermo-Anemometer, digunakan untuk mengukur temperatur dan
kecepatan angin, dengan data teknis sebagai berikut:
Tabel.3.3 Spesifikasi anemometer
Specification Range
Resolution Basic Accuracy
ms 0.6
– 30 0.01
±3±0.2ms kmh
3.6 – 108
0.1 ±3±0.8kmh
ftmin 196
– 5900 0.1
±3±40ftmin MPH
2.2 – 67
0.1 ±3±0.4MPH
Knots 1.9
– 58 0.1
±3±0.4knots Temperature
C F
-10 – 6014 – 140
0.1 ±2.0
C 4.0 F
Universitas Sumatera Utara
30 Gambar. 3.4 Thermo-Anemometer dan Digital Tachometer
2. Digital Tachometer, digunakan untuk mengukur putaran poros rotor turbin angin Darrieus-H, dengan data teknis sebagai berikut:
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 Power cunsumtion
: approx 65 mA
3. Multimeter, digunakan untuk mengukur kuat arus dan tegangan
Tabel.3.4 Spesifikasi multimeter
Function Range
Accuracy rdg + digits
DC Voltage V 326m, 3.26, 32.6, 326, 1000
± 0.5 + 2d AC Voltage V
3.26, 32.6, 326, 750 ± 1.2 + 4d
DC Current A 326u, 3260u, 32.6m, 326m, 10 ± 1.2 + 3d
Universitas Sumatera Utara
31 AC Current A
326u, 3260u, 32.6m, 326m, 10 ± 1.5 + 5d Resistance
Ω 326, 3.26K, 32.6K, 326K,
3.26M, 32.6M ± 2.0 + 4d
Frequency Hz
320,3200,32K ± 1.5 + 4d
Gambar.3.5 Multimeter 4. Busur derajat, digunakan untuk mengatur besar sudut pitch sudu turbin
angin Darrieus-H.
Gambar.3.6 Busur derajat
Universitas Sumatera Utara
32 5. Motor listrik, berfungsi sebagai penggerak propeller fan untuk
menghasilkan angin buatan dengan data teknis sebagai berikut: Daya
: 2 hp Putaran
: 1500 rpm Tegangan
: 220-240 V
Gambar.3.7 Motor penggerak fan 6. Permanent magnet generator
Gambar.3.8 Permanent magnet generator PMG, stator kiri dan rotor kanan
Universitas Sumatera Utara
33 Tipe
: Permanet magnet generator PMG Cogging torque
: zero cogging torque Rpm
: very low rpm 20 sd 500 rpm : 0.7
3.3 Pelaksanaan Penelitian
Kategori