Proposal PKM turbin angin Indo
PROPOSAL PKM PENELITIAN TUBIN ANGIN
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus
meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi
energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Sedangkan energi fosil yang selama ini
merupakan sumber energi utama ketersediaannya sangat terbatas dan terus menipis.
Proses alam memerlukan waktu yang sangat lama untuk dapat kembali menyediakan
energi fosil ini.
Menurut
Blueprint Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan
minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun
waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas
diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun, seperti
yang diperlihatkan tabel 1.1 di bawah ini.
Tabel 1.1 Cadangan Energi Fosil
Banyak sumber daya alam terbarukan yang ada di Indonesia yang belum
dimanfaatkan secara optimal seperti energi angin, energi air, energi surya dan lainnya.
Pemanfaatan energi terbarukan dapat mencegah terjadinya kenaikan jumlah
karbon dioksida atau CO2 pada lapisan atmosfer yang menyebabkan pemanasan
global. Pada sebuah surat kabar The Atjeh Post pada Rabu 1 Juni 2011,
”International
Energy Agency (IEA) mengungkapkan bahwa kenaikan emisi
karbondioksida CO2 pada tahun 2010 sebesar 1.6 gigaton (Gt), saat diakumulasikan
kenaikan karbondioksida di tahun 2010 menjadi 30.6 Gt, Nicholas Stern dari
London School of Economics bahkan mengklaim, jika hal ini terus berlangsung
pada 2100, suhu Bumi akan naik 4 derajat Celcius”.
Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil menyemangati
para peneliti di berbagai negara untuk mencari energi lain yang dikenal dengan istilah
energi terbarukan. Energi terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang secara
cepat dapat diproduksi kembali melalui proses alam. Beberapa kelebihan energi
terbarukan antara lain: sumbernya relatif mudah didapat, dapat diperoleh dengan
gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan tidak
terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar (Jarass, 1980).
Penggunaan tenaga angin hanya 1% dari total produksi listrik dunia (2005).
Jerman merupakan produsen terbesar tenaga angin dengan 32% dari total kapasitas
dunia pada 2005; targetnya pada 2010, energi terbarui akan memenuhi 12,5%
kebutuhan listrik Jerman. Jerman memiliki 16.000 turbin angin, kebanyakan terletak
di utara negara tersebut - termasuk tiga terbesar dunia, dibuat oleh perusahaan
Enercon (4,5 MW), Multibrid (5 MW) dan Repower (5 MW). Provinsi SchleswigHolstein Jerman menghasilkan 25% listriknya dari turbin angin.
Tabel 1.2 Kapasitas Tenaga Angin Tiap Negara
Kapasitas tenaga angin yang terpasang
(akhir tahun)
Kapasitas (MW)
Urutan
Negara
2005
2004
01 Jerman
18.428
16.629
02 Spanyol
10.027
8.263
03 AS
9.149
6.725
04 India
4.430
3.000
05 Denmark
3.128
3.124
06 Italia
1.717
1.265
07 Britania Raya
1.353
888
08 China
1.260
764
09 Belanda
1.219
1,078
10 Jepang
1.040
896
51.751
41.555
Total dunia
(sumber: wikipedia.com)
Angin di kawasan wilayah Indonesia mempunyai kecepatan dan arah yang
selalu berubah-ubah. Menurut Karwono (2008), pada turbin angin poros
horisontal pemanfaatannya harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang
paling tinggi kecepatannya.
Ridho Hantoro, I.K.A.P. Utama, Erwandi, Aries Sulisetyono (2009)
melakukan penelitian ketidakstabilan gaya dan interaksi fluida-struktur pada turbin
sumbu vertikal untuk pembangkit energi arus laut, dengan hasil Simulasi dilakukan
dengan menggunakan foil jenis NACA 0018 tanpa puntiran (twist) mengindikasikan
adanya fluktuasi gaya yang harmonik selama turbin berotasi penuh 360 derajat,
terdapat fenomena munculnya dua pola fluktuasi dari resultan gaya yang dihasilkan.
perbandingan nilai koefisien gaya seret
(Cd) dan Koefisien gaya angkat (Cl)
dilakukan pada sudut serang 0-90 derajat dan memberikan nilai kesalahan maksimum
6% untuk Cl dan 7% untuk Cd. Dinamika perubahan gaya disimulasikan dalam
interval 5 derajat dan menggunakan variasi kecepatan upstream dengan nilai 1 m/s, 2
m/s, dan 3 m/s.
Penelitian Moch. Arif Afifuddin (2010), mengenai performansi turbin angin
vertical axis. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa semakin panjang lengan
turbin maka semakin semakin kecil putarannya namun nilai torsinya semakin besar
dengan turbin angin sumbu vertikal tipe Savonious.
Konstruksi turbin angin Vertical Axis yang dapat memanfaatkan potensi
angin dari segala arah, konstruksi sederhana, dan tidak memerlukan tempat
pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang besar merupakan
suatu pertimbangan penulis dalam memilih jenis turbin angin ini. Hal inilah
yang membuat penulis ingin melakukan analisa pada turbin angin yang dapat
digunakan pada kondisi tersebut yaitu dengan mengembangkan turbin angin
Vertical Axis.
B. Rumusan Masalah
Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana mengetahui
karakteristik daya dan efisiensi turbin angin Vertical Axis dua tingkat dengan jumlah
blade masing-masing tingkat tiga skala rumah tangga di lapangan ?
C. Batasan Masalah
Untuk lebih memfokuskan, penelitian dibuat batasan-batasan, antara lain:
1. Turbin angin sumbu vertical yang digunakan mengadopsi turbin angin vertical
axis tipe Darieus type-H.
2. Jenis Blade
3. Perhitungan kekuatan material turbin, seperti kekuatan rangka, rotor, dan bearing
diabaikan.
4. Variasi sudut pitch blade yang digunakan adalah 0,15o, 20o, 25o, 30o.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik daya dan
efisiensi turbin angin vertical axis dengan jumlah tiga blade dengan optimum.
E. Manfaat Hasil Penelitian
Penelitian yang penulis lakukan ini kiranya dapat bermanfaat bagi penulis
sendiri, bagi para pembaca atau pihak – pihak yang berkepentingan. Manfaat
penelitian ini yaitu :
1. Penguasaan teknologi turbin angin sumbu vertical sebagai media pemanfaatan angin
sebagai sumber energy.
2. Teknologi tepat guna turbin angin dari penelitian dapat digunakan sebagai alat
peraga untuk menunjang perkuliahan Mesin Konversi Energi.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke
tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan
suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena
bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer
ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir
atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai
Sistem Konversi Energi Angin (Saiful, 2008).
Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah
energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan
yang sangat fleksibel.
Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air
untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, aerasi tambak
ikan/udang, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan lain-lain. Selain itu,
pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai
maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut, berbeda halnya dengan
energi air (Daryanto, 2007).
B. Turbin Angin
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga
listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomopdasi kebutuhan para
petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu
banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih
dikenal dengan Windmill.
Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu:
1. Turbin Angin Horizontal Axis
Turbin angin sumbu horizontal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi
rotornya paralel
terhadap
permukaan
tanah.
Turbin
angin
sumbu
horizontal
memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara dan diarahkan
menuju dari arah datangnya angin untuk dapat memanfaatkan energi angin. Rotor
turbin angin kecil diarahkan menuju dari arah datangnya angin dengan pengaturan
baling –
baling
angin
sederhana
sedangkan turbin
angin
besar
umumnya
menggunakan sensor angin dan motor yang mengubah rotor turbin mengarah pada
angin. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor turbin angin sumbu horizontal
mengalami gaya lift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih besar dari gaya
drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift, seperti
terlihat pada gambar:
Gambar 2.2 Gaya Aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran udara.
(Sumber: Eric Hau. 2006. Wind Turbine)
Gambar 2.3 Komponen utama turbin angin sumbu horizontal
(Sumber: Sathyajith Mathew, hal 90)
Dilihat dari jumlah sudu, turbin angin sumbu horizontal terbagi menjadi:
1. Turbin angin satu sudu (single blade)
2. Turbin angin dua sudu (double blade)
3. Turbin angin tiga sudu (three blade)
4. Turbin angin banyak sudu (multi blade)
Single bladed, two bladed, three bladed and multi bladed turbines
Gambar 2.4 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu
(Sumber: Sathyajith Mathew, hal 17)
Berdasarkan letak rotor terhadap arah angin, turbin angin sumbu horizontal
dibedakan menjadi dua macam yaitu:
1) Upwind
2) Downwind
Turbin angin jenis upwind memiliki rotor yang menghadap arah datangnya
angin sedangkan turbin angin jenis downwind memiliki rotor yang membelakangi/
menurut jurusan arah angin.
Gambar 2.5 Turbin angin jenis upwind dan downwind
(Sumber: rapidshare.com)
Rotor pada turbin upwind terletak di depan turbin, posisinya mirip dengan
pesawat terbang yang didorong baling – baling. Untuk menjaga turbin tetap menghadap
arah angin, diperlukan mekanisme yaw seperti ekor turbin. Keuntungannya,
naungan menara berkurang. Udara akan mulai menekuk di sekitar menara sebelum
berlalu begitu sehingga ada kehilangan daya dari gangguan yang terjadi, hanya
tidak setingkat dengan turbin downwind.
Turbin angin downwind memiliki rotor di sisi bagian belakang turbin. Bentuk
nacelle didesain untuk menyesuaikan dengan arah angin . Keunggulannya yaitu sudu
rotor dapat lebih fleksibel karena tidak ada bahaya tabrakan dengan menara. Sudu
fleksibel memiliki keuntungan, biaya pembuatan sudu lebih murah dan mengurangi
tegangan pada tower selama keadaan angin dengan kecepatan tinggi karena
melentur memberikan beban angin didistribusikan secara langsung ke sudu
daripada ke menara. Sudu yang fleksibel dapat juga sebagai kekurangan dimana
kelenturannya
menyebabkan
keletihan
sudu.
Dibelakang
menara
merupakan
masalah dengan mesin downwind karena menyebabkan turbulensi aliran dan
meningkatkan kelelahan pada turbin.
2. Tubin Angin Vertikal Axis
Turbin angin sumbu vertikal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi
rotor tegak lurus terhadap permukaan tanah. Jika dilihat dari efisiensi turbin, turbin
angin sumbu horizontal lebih efektif dalam mengekstrak energi angin dibanding
dengan turbin angin sumbu vertikal.
Meskipun demikian, turbin angin vertikal memiliki keunggulan, yaitu:
a. Turbin angin vertikal tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah, tidak
seperti turbin angin horizontal yang memerlukan mekanisme tambahan untuk
menyesuaikan rotor turbin dengan arah angin.
b. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar
c. Konstruksi turbin sederhana
d. Turbin angin sumbu vertikal dapat didirikan dekat permukaan tanah, sehingga
memungkinkan menempatkan komponen mekanik dan komponen elektronik yang
mendukung beroperasinya turbin.
Jika dilihat dari prinsip aerodinamik rotor yang digunakan, turbin angin sumbu
vertikal dibagi menjadi dua bagian, yaitu:
a) Turbin angin Darrieus
Turbin angin Darrieus pada umumnya dikenal sebagai turbin eggbeater.
Turbin angin Darrieus pertama kali ditemukan oleh Georges Darrieus pada tahun
1931. Turbin angin Darrieus merupakan turbin angin yang menggunakan prinsip
aerodinamik dengan memanfaatkan gaya lift pada airfoil dalam mengekstrak energi
angin.
Turbin Darrieus memiliki torsi rotor yang rendah tetapi putarannya lebih tinggi
dibanding dengan turbin angin Savonius sehingga lebih
diutamakan untuk
menghasilkan energi listrik. Namun turbin ini membutuhkan energi awal untuk mulai
berputar. Rotor turbin angin Darrieus pada umumnya memiliki variasi sudu yaitu dua
atau tiga sudu. Modifikasi rotor turbin angin Darrieus disebut dengan turbin angin H.
Gambar 2.6 Turbin angin Darrieus tipe-H
(sumber: Rapidshare.com)
Gambar 2.7 Pandangan turbin
Keterangan gambar:
β = sudut “pitch”
α = Sudut Serang
U∞ = Kecepatan angin (m/s)
Urot = Kecepatan putaran (rpm)
a= Titik lokasi Blade
Perhitungan turbin angin
Untuk menghitung daya yang dihasilkan yaitu:
P=
m.g.h
t
.......................................................(2.1)
dimana:
P= daya (watt)
m
= massa beban (Kg)
g = Percepatan gravitasi (m/det2)
h = tinggi (m)
t = waktu (det)
Sedangkan untuk menghitung daya yang dihasilkan turbin adalah (Fiedler Tullis, 2009)
CP=
P
0,5 ρ U 2∞ S
.......................................................(2.2)
dimana:
Cp
P
= Koefisien daya turbin
= Daya yang dihasilkan turbin (Watt)
ρ
U∞
= Massa jenis udara (kg/m3)
= kecepatan angin (m/det)
S
= Span Area (m2)
Span area adalah luasan area sapuan turbin angin, yang dihitung dengan rumus (Fiedler
Tullis, 2009):
S= L x D
.......................................................(2.3)
Dimana L adalah panjang Blade dan D adalah diameter turbin angin, dengan
satuan meter (m).
Gaya lift (FL) dihitung dengan menggunakan rumus(Aji Mardiono, 2005):
1
F L = x C L x ρ x U 2 x A ........................................(2.4)
2
Tip Speed Ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan blade turbin
dengan kecepatan angin, yaitu (Fiedler Tullis, 2009):
ωr
λ= U
.......................................................(2.5)
∞
Dimana ω adalah kecepatan angular daripada turbin (rpm), dan r adalah jarijari dari turbin (m).
Efisiensi turbin angin adalah perbandingan antara daya yang diserap turbin
angin terhadap daya angin yang tersedia.
Untuk menghitung efisiensi dari turbin
angin adalah (M. Arsad, F. Hartono 2009)
η= 1
2
P
ρ A' U 2
x 100 %
.........................................(2.5)
b) Turbin angin Savonious
Turbin angin Savonius pertama kali diperkenalkan oleh insinyur Finlandia Sigurd
J. Savonius pada tahun 1922. Turbin angin sumbu vertikal yang terdiri dari dua
sudu berbentuk setengah silinder (atau elips) yang dirangkai sehingga membentuk ‘S’,
satu sisi setengah silinder berbentuk cembung dan sisi lain berbentuk cekung yang
dilalui angin seperti pada gambar 2.14. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor
turbin ini memanfaatkan gaya hambat (drag) saat mengekstrak energi angin dari
aliran angin yang melalui sudu turbin. Koefisien hambat permukaan cekung lebih
besar daripada permukaan cembung. Oleh sebab itu, sisi permukaan cekung
setengah silinder yang dilalui angin akan memberikan gaya hambat yang lebih
besar
daripada
sisi
lain sehingga rotor berputar. Setiap turbin angin yang
memanfaatkan potensi angin dengan gaya hambat memiliki efisiensi yang terbatasi
karena kecepatan sudu tidak dapat melebihi kecepatan angin yang melaluinya.
Gambar 2.9 Prinsip rotor Savonious
(Sumber: Sathyajith Mathew, hal 21)
Dengan memanfaatkan gaya hambat, turbin angin Savonius memiliki
putaran dan daya yang rendah dibandingkan dengan turbin angin Darrieus.
Meskipun demikian turbin Savonius tidak memerlukan energi awal memulai rotor
untuk berputar yang merupakan keunggulan turbin ini dibanding turbin Darrieus.
Daya dan putaran yang dihasilkan turbin Savonius relatif rendah, sehingga
pada penerapannya digunakan untuk keperluan yang membutuhkan daya kecil dan
sederhana seperti memompa air. Turbin ini kurang sesuai digunakan untuk pembangkit
listrik dikarenakan tip speed ratio dan daya yang relatif rendah.
C. Airfoil
Sudu-sudu rotor turbin seringkali berpenampang airfoil tetapi adakalanya
sudu ini terbuat dari plat lengkung atau sudu layar yang merupakan
penyederhanaan dari bentuk propeler.
Gambar 2.10 Tipe airfoil NACA series
NACA (National Advisory Committe for Aeronautics) merupakan standar dalam
perancangan suatu airfoil. Perancangan airfoil pada dasarnya bersifat khusus dan dibuat
menurut selera serta sesuai dengan kebutuhan dari pesawat yang akan dibuat. Akan
tetapi NACA menggunakan bentuk airfoil yang disusun secara sistematis dan rasional.
NACA mengidentifikasi bentuk airfoil dengan menggunakan kode angka seperti seri “
satu “, seri “ enam ”, seri “ empat angka “, dan seri “ lima angka “.
Berikut adalah identifikasi angka-angka dari seri NACA tersebut :
1. Seri “ Satu “
a) Angka pertama adalah menunjukkan serinya.
b) Angka kedua menunjukkan letak tekanan minimum dalam persepuluh
chord dari trailing edge.
c) Angka ketiga menunjukkan koefsien gaya angkat (cl) rancangan dalam
persepuluh chord.
d) Dua angka terakhir menunjukkan maximum thicknes atau ketebalan
maksimum dalam perseratus chord.
Contoh airfoil dengan NACA 16-123, angka 1 adalah serinya (seri satu angka),
memiliki letak tekanan minimum 60 % chord dari trailing edge, memiliki koefisien gaya
angkat rancangan 0.1 dan mempunyai ketebalan maksimum 23 % chord.
Gambar 2.11 airfoil NACA seri ” satu “
Sumber: http://panggih15.wordpress.com/2010/02/03/naca-airfoil/
2. Seri “ Enam “
a) Angka pertama menunjukkan serinya.
b) Angka kedua menunjukkan letak tekanan minimum dalam sepersepuluh
chord dari trailing edge.
c) Angka ketiga menunjukan koefsien gaya angkat (c l) rancangan dalam
sepersepuluh chord.
d) Dua angka terakhir adalah maksimum thickness dalam seperseratus
chord.
Misalnya untuk airfoil dengan NACA 65-218, angka 6 adalah serinya (seri enam
angka), tekanan minimum terjadi pada 0.5c untuk distribusi tebal simetrik/dasar pada
gaya angkat nol, memiliki koefisien gaya angkat rancangan c l 0.2c, dan tebal maksimum
18% chord. Airfoil jenis ini dirancang sebagai airfoil laminar untuk kecepatan tinggi,
dirancang untuk menghasilkan clmax yang tinggi dan cd yang lebih rendah pada cl yang
tinggi.
Gambar 2.12 airfoil NACA seri ” enam “
Sumber: http://panggih15.wordpress.com/2010/02/03/naca-airfoil/
3. Airfoil simetris
Dibawah ini adalah airfoil yang akan penulis pergunakan pada peneltitan ini,
beserta dengan data pengujiannya, yakni airfoil NACA 0018.
Gambar 2.13 Airfoil NACA 0018
(http://worldofkrauss.com/)
Airfoil dengan NACA 0018, angka 0 adalah serinya, memiliki chamber dengan
nilai nol, dan tebal maksimum 18% chord.
Dan bagian-bagian airfoil adalah sebagai berikut:
1. Leading edge (LE) adalah ujung depan dari airfoil
2. Trailling edge (TE )adalah ujung belakang airfoil
3. Chord (c) adalah jarak antara leading edge dengan trailing edge
4. Chord line adalah garis lurus yang meng-hubungkan leading edge dengan trailing
edge
5. Chamber line adalah garis yang membagi sama besar antara permukaan atas dan
permukaan bawah dari airfoil.
6. Maksimum chamber (zc ) adalah jarak mak-simum antara mean chamber line dan
chord line. Posisi maksimum
chamber diukur dari leading edge dalam bentuk
persentase chord.
7. Maksimum
thickness (tmax) adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan
permukaan bawah airfoil yang juga diukur tegak lurus terhadap chord line.
BAB III
METODE PENELITIAN
Pada Bab III ini akan dibahas mengenai langkah-langkah atau prosedur ilmiah.
Berikut ini akan dibahas tentang metodologi yang berkaitan dengan penelitian yang peneliti
lakukan, antara lain:
A. Tempat Penelitian dan Waktu Penelitian
1. Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Gedung laboratorium terpadu Fakultas Teknik
Universitas Negeri Surabaya.
2. Waktu
Kegiatan penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari 2015 hingga Oktober
2015.
B. Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang digunakan adalah penelitian eksperimen (experiment
research). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik turbin angin vertical
axis.
C. Rancangan Penelitian
Rancangan penelitian adalah uraian tentang prosedur atau langkah-langkah yang
dilakukan oleh peneliti dalam upaya mengumpulkan dan menganalisa data. Skema
flowchart penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut ini :
Studi pendahuluan dan
penyusunan proposal
Pembuatan model penelitan:
Blade (3 buah), Rangka,
Perakitan/pengaturan model penelitian
1. letak
blade
3. kipas angin
4.letak penenang
5.pemasangan
pulleydan
Pelaksanaan
pengujian
Variabel Penelitian
-
Kecepatan Angin 3 m/s dan 3,67 m/s
Sudut Pitch 15o, 20o, 25o, 30o
Beban 200 gr, 250 gr, 300 gr
Penghitungan data:
1. Daya
2. Efisiensi
Analisa data penelitian
Simpulan
Gambar 3.1 Flowchart penelitian
PKM 2015
Pengurusan
perijinan
Pembuatan Prototipe Turbin Angin
Pembuatan Kontruksi Turbin Angin
Rakit Keseluruhan Sistem Turbin
Angin Sumbu Vertikal untuk
Pembangkit Listrik skala rumah
tangga
Uji Lapangan
1. Dimensi Turbin
2. Kecepatan Angin.
3. Daya yang dihasilkan.
4. Effisiensi Turbin Angin
Laporan Penelitian PKM 2015
End
1. Parameter yang diukur antara lain
a. Putaran turbin (rpm)
Rakit Sistem Pembangkit Listrik
b. Kecepatan angin (m/s)
c. Energi listrik yang dibangkitkan oleh turbin pengereman (w.h)
2. Peralatan dan Instrumen Penelitian
Peralatan dan instrumen merupakan peralatan uji yang digunakan untuk
memperoleh data penelitian. Rangkaian peralatan dan instrumen dapat dilihat
pada gambar 11 yang terdiri dari :
a. Satu set prototype turbin angin sumbu vertikal.
b. Anemometer.
c. Tachometer.
d. Inverter.
e. Batterai
f. Avometer
Gambar . Rangkaian instrumen penelitian
Prosedur Penelitian
1. Ukur Kecepatan Angin.
2. Ukur putaran turbin.
3. Ukur temperature udara.
4. Ukur tegangan yang dihasilkan oleh generator.
5. Ukur arus yang dihasilkan oleh generator.
6. Lakukan langkah 1 sampai 5 tiap 30 menit.
Tabel 1. Rencana format pengumpulan data
Tanggal
:
Jumlah bilah:
Pukul
:
Model Turbin
:
Luasan sapuan:
Sudut Pitch :
Percobaan
Kec Angin
Putaran turbin
Ke.
(m/s)
(rpm)
Arus
Tegangan
generator
(Volt)
(A)
1
2
3
D. Teknik Analisis Data
Teknik analisis data yang digunakan untuk menganalisa data pada penelitian ini
adalah statistika deskriptif. Sehingga analisis data dilakukan dengan cara menelaah data
yang diperoleh dari eksperimen, dimana hasilnya berupa data kuantitatif dalam bentuk
tabel dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Langkah selanjutnya adalah mendeskripsikan
atau menggambarkan data tersebut sebagaimana adanya dalam kalimat yang mudah
dibaca, dipahami, dan dipresentasikan sehingga pada intinya adalah sebagai upaya
memberi jawaban atas permasalahan yang diteliti (Sugiyono, 2007:147).
DAFTAR PUSTAKA
Anonim.“Airfoil Investigation Database”. http://www.worldofkrauss.com/, diakses 13 Maret
2012.
Beri, Habtanu and Yingxue Yao. 2011. “Effect of Chamber Airfoil on Self Starting of
Vertical Axis Wind Turbine”. Journal of environmental Science and Technology 4 (3):
302-312. Harbin Institute of atechnology, China.
Cooper, Paul and Oliver Kennedy. 2002. ”Development and Analysis of a Novel Vertical
Axis Wind Turbine”. University of Wollongong, Wollongong, Australia.
Daryanto, 2007, “Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu”. Balai
PPTAGG-UPT-LAGG, Yogyakarta, 5 April
Fiedler, Andrzej J. & Stephen Tullis. “Blade Offset and Pitch Effects on a High
SolidityVertical Axis Wind Turbine”. 2009. Department of Mechanical Engineering,
McMaster University
Herlamba S., Indra. 2007. “Mesin Konversi Energi”. Surabaya: Unipress
Hermawan. 2010. “Unjuk Kerja Model Turbin Angin Poros Vertikal Tipe Savonius Dengan
Variasi Jumlah Sudu Dan Variasi Posisi Sudut Turbin”. Univesitas Gadjah Mada.
Yogyakarta
Dalam pengajuan anggaran kamu buat
Sewa alat tachometer, anemometer
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus
meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi
energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Sedangkan energi fosil yang selama ini
merupakan sumber energi utama ketersediaannya sangat terbatas dan terus menipis.
Proses alam memerlukan waktu yang sangat lama untuk dapat kembali menyediakan
energi fosil ini.
Menurut
Blueprint Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan
minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun
waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas
diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun, seperti
yang diperlihatkan tabel 1.1 di bawah ini.
Tabel 1.1 Cadangan Energi Fosil
Banyak sumber daya alam terbarukan yang ada di Indonesia yang belum
dimanfaatkan secara optimal seperti energi angin, energi air, energi surya dan lainnya.
Pemanfaatan energi terbarukan dapat mencegah terjadinya kenaikan jumlah
karbon dioksida atau CO2 pada lapisan atmosfer yang menyebabkan pemanasan
global. Pada sebuah surat kabar The Atjeh Post pada Rabu 1 Juni 2011,
”International
Energy Agency (IEA) mengungkapkan bahwa kenaikan emisi
karbondioksida CO2 pada tahun 2010 sebesar 1.6 gigaton (Gt), saat diakumulasikan
kenaikan karbondioksida di tahun 2010 menjadi 30.6 Gt, Nicholas Stern dari
London School of Economics bahkan mengklaim, jika hal ini terus berlangsung
pada 2100, suhu Bumi akan naik 4 derajat Celcius”.
Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil menyemangati
para peneliti di berbagai negara untuk mencari energi lain yang dikenal dengan istilah
energi terbarukan. Energi terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang secara
cepat dapat diproduksi kembali melalui proses alam. Beberapa kelebihan energi
terbarukan antara lain: sumbernya relatif mudah didapat, dapat diperoleh dengan
gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan tidak
terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar (Jarass, 1980).
Penggunaan tenaga angin hanya 1% dari total produksi listrik dunia (2005).
Jerman merupakan produsen terbesar tenaga angin dengan 32% dari total kapasitas
dunia pada 2005; targetnya pada 2010, energi terbarui akan memenuhi 12,5%
kebutuhan listrik Jerman. Jerman memiliki 16.000 turbin angin, kebanyakan terletak
di utara negara tersebut - termasuk tiga terbesar dunia, dibuat oleh perusahaan
Enercon (4,5 MW), Multibrid (5 MW) dan Repower (5 MW). Provinsi SchleswigHolstein Jerman menghasilkan 25% listriknya dari turbin angin.
Tabel 1.2 Kapasitas Tenaga Angin Tiap Negara
Kapasitas tenaga angin yang terpasang
(akhir tahun)
Kapasitas (MW)
Urutan
Negara
2005
2004
01 Jerman
18.428
16.629
02 Spanyol
10.027
8.263
03 AS
9.149
6.725
04 India
4.430
3.000
05 Denmark
3.128
3.124
06 Italia
1.717
1.265
07 Britania Raya
1.353
888
08 China
1.260
764
09 Belanda
1.219
1,078
10 Jepang
1.040
896
51.751
41.555
Total dunia
(sumber: wikipedia.com)
Angin di kawasan wilayah Indonesia mempunyai kecepatan dan arah yang
selalu berubah-ubah. Menurut Karwono (2008), pada turbin angin poros
horisontal pemanfaatannya harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang
paling tinggi kecepatannya.
Ridho Hantoro, I.K.A.P. Utama, Erwandi, Aries Sulisetyono (2009)
melakukan penelitian ketidakstabilan gaya dan interaksi fluida-struktur pada turbin
sumbu vertikal untuk pembangkit energi arus laut, dengan hasil Simulasi dilakukan
dengan menggunakan foil jenis NACA 0018 tanpa puntiran (twist) mengindikasikan
adanya fluktuasi gaya yang harmonik selama turbin berotasi penuh 360 derajat,
terdapat fenomena munculnya dua pola fluktuasi dari resultan gaya yang dihasilkan.
perbandingan nilai koefisien gaya seret
(Cd) dan Koefisien gaya angkat (Cl)
dilakukan pada sudut serang 0-90 derajat dan memberikan nilai kesalahan maksimum
6% untuk Cl dan 7% untuk Cd. Dinamika perubahan gaya disimulasikan dalam
interval 5 derajat dan menggunakan variasi kecepatan upstream dengan nilai 1 m/s, 2
m/s, dan 3 m/s.
Penelitian Moch. Arif Afifuddin (2010), mengenai performansi turbin angin
vertical axis. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa semakin panjang lengan
turbin maka semakin semakin kecil putarannya namun nilai torsinya semakin besar
dengan turbin angin sumbu vertikal tipe Savonious.
Konstruksi turbin angin Vertical Axis yang dapat memanfaatkan potensi
angin dari segala arah, konstruksi sederhana, dan tidak memerlukan tempat
pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang besar merupakan
suatu pertimbangan penulis dalam memilih jenis turbin angin ini. Hal inilah
yang membuat penulis ingin melakukan analisa pada turbin angin yang dapat
digunakan pada kondisi tersebut yaitu dengan mengembangkan turbin angin
Vertical Axis.
B. Rumusan Masalah
Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana mengetahui
karakteristik daya dan efisiensi turbin angin Vertical Axis dua tingkat dengan jumlah
blade masing-masing tingkat tiga skala rumah tangga di lapangan ?
C. Batasan Masalah
Untuk lebih memfokuskan, penelitian dibuat batasan-batasan, antara lain:
1. Turbin angin sumbu vertical yang digunakan mengadopsi turbin angin vertical
axis tipe Darieus type-H.
2. Jenis Blade
3. Perhitungan kekuatan material turbin, seperti kekuatan rangka, rotor, dan bearing
diabaikan.
4. Variasi sudut pitch blade yang digunakan adalah 0,15o, 20o, 25o, 30o.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik daya dan
efisiensi turbin angin vertical axis dengan jumlah tiga blade dengan optimum.
E. Manfaat Hasil Penelitian
Penelitian yang penulis lakukan ini kiranya dapat bermanfaat bagi penulis
sendiri, bagi para pembaca atau pihak – pihak yang berkepentingan. Manfaat
penelitian ini yaitu :
1. Penguasaan teknologi turbin angin sumbu vertical sebagai media pemanfaatan angin
sebagai sumber energy.
2. Teknologi tepat guna turbin angin dari penelitian dapat digunakan sebagai alat
peraga untuk menunjang perkuliahan Mesin Konversi Energi.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke
tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan
suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena
bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer
ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir
atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai
Sistem Konversi Energi Angin (Saiful, 2008).
Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah
energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan
yang sangat fleksibel.
Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air
untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, aerasi tambak
ikan/udang, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan lain-lain. Selain itu,
pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai
maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut, berbeda halnya dengan
energi air (Daryanto, 2007).
B. Turbin Angin
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga
listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomopdasi kebutuhan para
petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu
banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih
dikenal dengan Windmill.
Turbin angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu:
1. Turbin Angin Horizontal Axis
Turbin angin sumbu horizontal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi
rotornya paralel
terhadap
permukaan
tanah.
Turbin
angin
sumbu
horizontal
memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara dan diarahkan
menuju dari arah datangnya angin untuk dapat memanfaatkan energi angin. Rotor
turbin angin kecil diarahkan menuju dari arah datangnya angin dengan pengaturan
baling –
baling
angin
sederhana
sedangkan turbin
angin
besar
umumnya
menggunakan sensor angin dan motor yang mengubah rotor turbin mengarah pada
angin. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor turbin angin sumbu horizontal
mengalami gaya lift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih besar dari gaya
drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift, seperti
terlihat pada gambar:
Gambar 2.2 Gaya Aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran udara.
(Sumber: Eric Hau. 2006. Wind Turbine)
Gambar 2.3 Komponen utama turbin angin sumbu horizontal
(Sumber: Sathyajith Mathew, hal 90)
Dilihat dari jumlah sudu, turbin angin sumbu horizontal terbagi menjadi:
1. Turbin angin satu sudu (single blade)
2. Turbin angin dua sudu (double blade)
3. Turbin angin tiga sudu (three blade)
4. Turbin angin banyak sudu (multi blade)
Single bladed, two bladed, three bladed and multi bladed turbines
Gambar 2.4 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu
(Sumber: Sathyajith Mathew, hal 17)
Berdasarkan letak rotor terhadap arah angin, turbin angin sumbu horizontal
dibedakan menjadi dua macam yaitu:
1) Upwind
2) Downwind
Turbin angin jenis upwind memiliki rotor yang menghadap arah datangnya
angin sedangkan turbin angin jenis downwind memiliki rotor yang membelakangi/
menurut jurusan arah angin.
Gambar 2.5 Turbin angin jenis upwind dan downwind
(Sumber: rapidshare.com)
Rotor pada turbin upwind terletak di depan turbin, posisinya mirip dengan
pesawat terbang yang didorong baling – baling. Untuk menjaga turbin tetap menghadap
arah angin, diperlukan mekanisme yaw seperti ekor turbin. Keuntungannya,
naungan menara berkurang. Udara akan mulai menekuk di sekitar menara sebelum
berlalu begitu sehingga ada kehilangan daya dari gangguan yang terjadi, hanya
tidak setingkat dengan turbin downwind.
Turbin angin downwind memiliki rotor di sisi bagian belakang turbin. Bentuk
nacelle didesain untuk menyesuaikan dengan arah angin . Keunggulannya yaitu sudu
rotor dapat lebih fleksibel karena tidak ada bahaya tabrakan dengan menara. Sudu
fleksibel memiliki keuntungan, biaya pembuatan sudu lebih murah dan mengurangi
tegangan pada tower selama keadaan angin dengan kecepatan tinggi karena
melentur memberikan beban angin didistribusikan secara langsung ke sudu
daripada ke menara. Sudu yang fleksibel dapat juga sebagai kekurangan dimana
kelenturannya
menyebabkan
keletihan
sudu.
Dibelakang
menara
merupakan
masalah dengan mesin downwind karena menyebabkan turbulensi aliran dan
meningkatkan kelelahan pada turbin.
2. Tubin Angin Vertikal Axis
Turbin angin sumbu vertikal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi
rotor tegak lurus terhadap permukaan tanah. Jika dilihat dari efisiensi turbin, turbin
angin sumbu horizontal lebih efektif dalam mengekstrak energi angin dibanding
dengan turbin angin sumbu vertikal.
Meskipun demikian, turbin angin vertikal memiliki keunggulan, yaitu:
a. Turbin angin vertikal tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah, tidak
seperti turbin angin horizontal yang memerlukan mekanisme tambahan untuk
menyesuaikan rotor turbin dengan arah angin.
b. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar
c. Konstruksi turbin sederhana
d. Turbin angin sumbu vertikal dapat didirikan dekat permukaan tanah, sehingga
memungkinkan menempatkan komponen mekanik dan komponen elektronik yang
mendukung beroperasinya turbin.
Jika dilihat dari prinsip aerodinamik rotor yang digunakan, turbin angin sumbu
vertikal dibagi menjadi dua bagian, yaitu:
a) Turbin angin Darrieus
Turbin angin Darrieus pada umumnya dikenal sebagai turbin eggbeater.
Turbin angin Darrieus pertama kali ditemukan oleh Georges Darrieus pada tahun
1931. Turbin angin Darrieus merupakan turbin angin yang menggunakan prinsip
aerodinamik dengan memanfaatkan gaya lift pada airfoil dalam mengekstrak energi
angin.
Turbin Darrieus memiliki torsi rotor yang rendah tetapi putarannya lebih tinggi
dibanding dengan turbin angin Savonius sehingga lebih
diutamakan untuk
menghasilkan energi listrik. Namun turbin ini membutuhkan energi awal untuk mulai
berputar. Rotor turbin angin Darrieus pada umumnya memiliki variasi sudu yaitu dua
atau tiga sudu. Modifikasi rotor turbin angin Darrieus disebut dengan turbin angin H.
Gambar 2.6 Turbin angin Darrieus tipe-H
(sumber: Rapidshare.com)
Gambar 2.7 Pandangan turbin
Keterangan gambar:
β = sudut “pitch”
α = Sudut Serang
U∞ = Kecepatan angin (m/s)
Urot = Kecepatan putaran (rpm)
a= Titik lokasi Blade
Perhitungan turbin angin
Untuk menghitung daya yang dihasilkan yaitu:
P=
m.g.h
t
.......................................................(2.1)
dimana:
P= daya (watt)
m
= massa beban (Kg)
g = Percepatan gravitasi (m/det2)
h = tinggi (m)
t = waktu (det)
Sedangkan untuk menghitung daya yang dihasilkan turbin adalah (Fiedler Tullis, 2009)
CP=
P
0,5 ρ U 2∞ S
.......................................................(2.2)
dimana:
Cp
P
= Koefisien daya turbin
= Daya yang dihasilkan turbin (Watt)
ρ
U∞
= Massa jenis udara (kg/m3)
= kecepatan angin (m/det)
S
= Span Area (m2)
Span area adalah luasan area sapuan turbin angin, yang dihitung dengan rumus (Fiedler
Tullis, 2009):
S= L x D
.......................................................(2.3)
Dimana L adalah panjang Blade dan D adalah diameter turbin angin, dengan
satuan meter (m).
Gaya lift (FL) dihitung dengan menggunakan rumus(Aji Mardiono, 2005):
1
F L = x C L x ρ x U 2 x A ........................................(2.4)
2
Tip Speed Ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan blade turbin
dengan kecepatan angin, yaitu (Fiedler Tullis, 2009):
ωr
λ= U
.......................................................(2.5)
∞
Dimana ω adalah kecepatan angular daripada turbin (rpm), dan r adalah jarijari dari turbin (m).
Efisiensi turbin angin adalah perbandingan antara daya yang diserap turbin
angin terhadap daya angin yang tersedia.
Untuk menghitung efisiensi dari turbin
angin adalah (M. Arsad, F. Hartono 2009)
η= 1
2
P
ρ A' U 2
x 100 %
.........................................(2.5)
b) Turbin angin Savonious
Turbin angin Savonius pertama kali diperkenalkan oleh insinyur Finlandia Sigurd
J. Savonius pada tahun 1922. Turbin angin sumbu vertikal yang terdiri dari dua
sudu berbentuk setengah silinder (atau elips) yang dirangkai sehingga membentuk ‘S’,
satu sisi setengah silinder berbentuk cembung dan sisi lain berbentuk cekung yang
dilalui angin seperti pada gambar 2.14. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor
turbin ini memanfaatkan gaya hambat (drag) saat mengekstrak energi angin dari
aliran angin yang melalui sudu turbin. Koefisien hambat permukaan cekung lebih
besar daripada permukaan cembung. Oleh sebab itu, sisi permukaan cekung
setengah silinder yang dilalui angin akan memberikan gaya hambat yang lebih
besar
daripada
sisi
lain sehingga rotor berputar. Setiap turbin angin yang
memanfaatkan potensi angin dengan gaya hambat memiliki efisiensi yang terbatasi
karena kecepatan sudu tidak dapat melebihi kecepatan angin yang melaluinya.
Gambar 2.9 Prinsip rotor Savonious
(Sumber: Sathyajith Mathew, hal 21)
Dengan memanfaatkan gaya hambat, turbin angin Savonius memiliki
putaran dan daya yang rendah dibandingkan dengan turbin angin Darrieus.
Meskipun demikian turbin Savonius tidak memerlukan energi awal memulai rotor
untuk berputar yang merupakan keunggulan turbin ini dibanding turbin Darrieus.
Daya dan putaran yang dihasilkan turbin Savonius relatif rendah, sehingga
pada penerapannya digunakan untuk keperluan yang membutuhkan daya kecil dan
sederhana seperti memompa air. Turbin ini kurang sesuai digunakan untuk pembangkit
listrik dikarenakan tip speed ratio dan daya yang relatif rendah.
C. Airfoil
Sudu-sudu rotor turbin seringkali berpenampang airfoil tetapi adakalanya
sudu ini terbuat dari plat lengkung atau sudu layar yang merupakan
penyederhanaan dari bentuk propeler.
Gambar 2.10 Tipe airfoil NACA series
NACA (National Advisory Committe for Aeronautics) merupakan standar dalam
perancangan suatu airfoil. Perancangan airfoil pada dasarnya bersifat khusus dan dibuat
menurut selera serta sesuai dengan kebutuhan dari pesawat yang akan dibuat. Akan
tetapi NACA menggunakan bentuk airfoil yang disusun secara sistematis dan rasional.
NACA mengidentifikasi bentuk airfoil dengan menggunakan kode angka seperti seri “
satu “, seri “ enam ”, seri “ empat angka “, dan seri “ lima angka “.
Berikut adalah identifikasi angka-angka dari seri NACA tersebut :
1. Seri “ Satu “
a) Angka pertama adalah menunjukkan serinya.
b) Angka kedua menunjukkan letak tekanan minimum dalam persepuluh
chord dari trailing edge.
c) Angka ketiga menunjukkan koefsien gaya angkat (cl) rancangan dalam
persepuluh chord.
d) Dua angka terakhir menunjukkan maximum thicknes atau ketebalan
maksimum dalam perseratus chord.
Contoh airfoil dengan NACA 16-123, angka 1 adalah serinya (seri satu angka),
memiliki letak tekanan minimum 60 % chord dari trailing edge, memiliki koefisien gaya
angkat rancangan 0.1 dan mempunyai ketebalan maksimum 23 % chord.
Gambar 2.11 airfoil NACA seri ” satu “
Sumber: http://panggih15.wordpress.com/2010/02/03/naca-airfoil/
2. Seri “ Enam “
a) Angka pertama menunjukkan serinya.
b) Angka kedua menunjukkan letak tekanan minimum dalam sepersepuluh
chord dari trailing edge.
c) Angka ketiga menunjukan koefsien gaya angkat (c l) rancangan dalam
sepersepuluh chord.
d) Dua angka terakhir adalah maksimum thickness dalam seperseratus
chord.
Misalnya untuk airfoil dengan NACA 65-218, angka 6 adalah serinya (seri enam
angka), tekanan minimum terjadi pada 0.5c untuk distribusi tebal simetrik/dasar pada
gaya angkat nol, memiliki koefisien gaya angkat rancangan c l 0.2c, dan tebal maksimum
18% chord. Airfoil jenis ini dirancang sebagai airfoil laminar untuk kecepatan tinggi,
dirancang untuk menghasilkan clmax yang tinggi dan cd yang lebih rendah pada cl yang
tinggi.
Gambar 2.12 airfoil NACA seri ” enam “
Sumber: http://panggih15.wordpress.com/2010/02/03/naca-airfoil/
3. Airfoil simetris
Dibawah ini adalah airfoil yang akan penulis pergunakan pada peneltitan ini,
beserta dengan data pengujiannya, yakni airfoil NACA 0018.
Gambar 2.13 Airfoil NACA 0018
(http://worldofkrauss.com/)
Airfoil dengan NACA 0018, angka 0 adalah serinya, memiliki chamber dengan
nilai nol, dan tebal maksimum 18% chord.
Dan bagian-bagian airfoil adalah sebagai berikut:
1. Leading edge (LE) adalah ujung depan dari airfoil
2. Trailling edge (TE )adalah ujung belakang airfoil
3. Chord (c) adalah jarak antara leading edge dengan trailing edge
4. Chord line adalah garis lurus yang meng-hubungkan leading edge dengan trailing
edge
5. Chamber line adalah garis yang membagi sama besar antara permukaan atas dan
permukaan bawah dari airfoil.
6. Maksimum chamber (zc ) adalah jarak mak-simum antara mean chamber line dan
chord line. Posisi maksimum
chamber diukur dari leading edge dalam bentuk
persentase chord.
7. Maksimum
thickness (tmax) adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan
permukaan bawah airfoil yang juga diukur tegak lurus terhadap chord line.
BAB III
METODE PENELITIAN
Pada Bab III ini akan dibahas mengenai langkah-langkah atau prosedur ilmiah.
Berikut ini akan dibahas tentang metodologi yang berkaitan dengan penelitian yang peneliti
lakukan, antara lain:
A. Tempat Penelitian dan Waktu Penelitian
1. Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Gedung laboratorium terpadu Fakultas Teknik
Universitas Negeri Surabaya.
2. Waktu
Kegiatan penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari 2015 hingga Oktober
2015.
B. Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang digunakan adalah penelitian eksperimen (experiment
research). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik turbin angin vertical
axis.
C. Rancangan Penelitian
Rancangan penelitian adalah uraian tentang prosedur atau langkah-langkah yang
dilakukan oleh peneliti dalam upaya mengumpulkan dan menganalisa data. Skema
flowchart penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut ini :
Studi pendahuluan dan
penyusunan proposal
Pembuatan model penelitan:
Blade (3 buah), Rangka,
Perakitan/pengaturan model penelitian
1. letak
blade
3. kipas angin
4.letak penenang
5.pemasangan
pulleydan
Pelaksanaan
pengujian
Variabel Penelitian
-
Kecepatan Angin 3 m/s dan 3,67 m/s
Sudut Pitch 15o, 20o, 25o, 30o
Beban 200 gr, 250 gr, 300 gr
Penghitungan data:
1. Daya
2. Efisiensi
Analisa data penelitian
Simpulan
Gambar 3.1 Flowchart penelitian
PKM 2015
Pengurusan
perijinan
Pembuatan Prototipe Turbin Angin
Pembuatan Kontruksi Turbin Angin
Rakit Keseluruhan Sistem Turbin
Angin Sumbu Vertikal untuk
Pembangkit Listrik skala rumah
tangga
Uji Lapangan
1. Dimensi Turbin
2. Kecepatan Angin.
3. Daya yang dihasilkan.
4. Effisiensi Turbin Angin
Laporan Penelitian PKM 2015
End
1. Parameter yang diukur antara lain
a. Putaran turbin (rpm)
Rakit Sistem Pembangkit Listrik
b. Kecepatan angin (m/s)
c. Energi listrik yang dibangkitkan oleh turbin pengereman (w.h)
2. Peralatan dan Instrumen Penelitian
Peralatan dan instrumen merupakan peralatan uji yang digunakan untuk
memperoleh data penelitian. Rangkaian peralatan dan instrumen dapat dilihat
pada gambar 11 yang terdiri dari :
a. Satu set prototype turbin angin sumbu vertikal.
b. Anemometer.
c. Tachometer.
d. Inverter.
e. Batterai
f. Avometer
Gambar . Rangkaian instrumen penelitian
Prosedur Penelitian
1. Ukur Kecepatan Angin.
2. Ukur putaran turbin.
3. Ukur temperature udara.
4. Ukur tegangan yang dihasilkan oleh generator.
5. Ukur arus yang dihasilkan oleh generator.
6. Lakukan langkah 1 sampai 5 tiap 30 menit.
Tabel 1. Rencana format pengumpulan data
Tanggal
:
Jumlah bilah:
Pukul
:
Model Turbin
:
Luasan sapuan:
Sudut Pitch :
Percobaan
Kec Angin
Putaran turbin
Ke.
(m/s)
(rpm)
Arus
Tegangan
generator
(Volt)
(A)
1
2
3
D. Teknik Analisis Data
Teknik analisis data yang digunakan untuk menganalisa data pada penelitian ini
adalah statistika deskriptif. Sehingga analisis data dilakukan dengan cara menelaah data
yang diperoleh dari eksperimen, dimana hasilnya berupa data kuantitatif dalam bentuk
tabel dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Langkah selanjutnya adalah mendeskripsikan
atau menggambarkan data tersebut sebagaimana adanya dalam kalimat yang mudah
dibaca, dipahami, dan dipresentasikan sehingga pada intinya adalah sebagai upaya
memberi jawaban atas permasalahan yang diteliti (Sugiyono, 2007:147).
DAFTAR PUSTAKA
Anonim.“Airfoil Investigation Database”. http://www.worldofkrauss.com/, diakses 13 Maret
2012.
Beri, Habtanu and Yingxue Yao. 2011. “Effect of Chamber Airfoil on Self Starting of
Vertical Axis Wind Turbine”. Journal of environmental Science and Technology 4 (3):
302-312. Harbin Institute of atechnology, China.
Cooper, Paul and Oliver Kennedy. 2002. ”Development and Analysis of a Novel Vertical
Axis Wind Turbine”. University of Wollongong, Wollongong, Australia.
Daryanto, 2007, “Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu”. Balai
PPTAGG-UPT-LAGG, Yogyakarta, 5 April
Fiedler, Andrzej J. & Stephen Tullis. “Blade Offset and Pitch Effects on a High
SolidityVertical Axis Wind Turbine”. 2009. Department of Mechanical Engineering,
McMaster University
Herlamba S., Indra. 2007. “Mesin Konversi Energi”. Surabaya: Unipress
Hermawan. 2010. “Unjuk Kerja Model Turbin Angin Poros Vertikal Tipe Savonius Dengan
Variasi Jumlah Sudu Dan Variasi Posisi Sudut Turbin”. Univesitas Gadjah Mada.
Yogyakarta
Dalam pengajuan anggaran kamu buat
Sewa alat tachometer, anemometer