Kajian Modal Analisis Pada Turbin Angin Savonius Tipe Rotor Helix Dengan Menggunakan Software MatLab
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki potensi daya listrik dari energi alternatif yang sangat
besar. Beberapa energi alternatif yang bisa digunakan adalah angin, cahaya
matahari, panas bumi, dan biomasa. Pada halaman website yang dimiliki
Pertamina Geothermal, disebutkan bahwa panas bumi Indonesia mencakup 40%
potensi panas bumi. Selain itu, paparan energi matahari di negara Indonesia
sekitar 10-12 jam dalam sehari. Serta berbagai daerah di pulau-pulau Indonesia
memiliki potensi energi angin dengan kecepatan angin sekitar 8-15 meter per
sekon bahkan lebih. Di pulau Sumba telah terbukti kehandalan pembangkit energi
angin dari 100 unit turbin angin yang dipasang oleh tim Lentera Angin Nusantara
yang telah melistriki beberapa desa. Kincir angin ini bisa menghasilkan listrik
dengan kecepatan angin minimal tiga meter per sekon dan menghasilkan 500 watt
pada kecepatan angin 12 meter per sekon per unitnya. Ini membuktikan bahwa
orang
Indonesia
mampu
menguasai
teknologi
yang dibutuhkan
untuk
memanfaatkan energi alternatif. Potensi energi di setiap daerah berbeda-beda,
namun jika ada keinginan kuat untuk memahami dan menguasai teknologi yang
dibutuhkan, Indonesia akan memasuki era kelistrikan yang baru. Setiap daerah
akan mandiri dalam penyediaan energi listrik[1].
Pembangkit listrik tenaga angin, yang diberi nama Wind Power System
memanfaatkan angin melalui kincir, untuk menghasilkan energi listrik. Alat ini
sangat cocok sekali digunakan masyarakat yang tinggal di pulau-pulau kecil.
Secara umum, sistem alat ini memanfaatkan tiupan angin untuk memutar motor.
Hembusan angin ditangkap baling-baling, dan dari putaran baling-baling tersebut
akan dihasilkan putaran motor yang selanjutnya diubah menjadi energi listrik.
Wind Power System ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu rotor, transmisi,
elektrikal, dan tower. Bagian rotor terdiri dari baling-baling dengan empat daun,
bentuknya seperti baling-baling pesawat. Dengan bentuk seperti ini diharapkan
energi angin yang tertangkap bisa maksimal agar bobotnya lebih ringan. Baling-
Universitas Sumatera Utara
baling ini dibuat dengan diameter 3,5 meter dan bahannya dibuat dari fiberglass
[2].
Untuk mendapat hembusan angin, baling-baling diletakkan pada tower
setinggi delapan meter, sedangkan pada bagian transmisi digunakan sistem
kerekan dan tali. Sistem transmisi ini digunakan untuk menyiasati kekuatan angin
yang kecil. Karena kecepatan angin di Indonesia relatif kecil, transmisi ini sangat
menguntungkan untuk meningkatkan putaran sebagai pengubah energi digunakan
alternator dua fase 12 volt, energi listrik yang dihasilkan oleh alternator dapat
disimpan dalam aki. Sementara kapasitas daya yang didapat sebesar 1,5 KW.
Wind Power System telah diuji coba oleh para mahasiswa di pantai kenjeran,
kurang dari satu jam hasil dari percobaan tersebut sudah dapat menghasilkan
energi listrik untuk menyalakan TV dan lampu sampai 100 watt[2].
Aplikasi dan sistem kerja turbin angin tidak terlepas dari getaran yang
akan ditimbulkannya. Getaran poros turbin juga dapat terjadi karena disebabkan
oleh gaya putar atau torsi yang tidak seimbang, secara riil, apabila mesin tidak
didukung sistem peredaman yang cukup maka struktur pendukung mesin yang
bergetar akan rusak[3].
Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas, mampu bergetar,
jadi kebanyakan mesin dan struktur rekayasa engineering mengalami getaran
sampai derajat tertentu dan rancangan biasanya memerlukan pertimbangan sifat
osilasinya[4].
1.2
Maksud dan Tujuan
Maksud dari penelitian ini adalah mengkaji karakteristik getaran yang
terjadi pada turbin angin savonius dengan tipe rotor Helix. Jika karakter getaran
diketahui, maka karakter rotor dengan daya mekanik dapat dianalisis dengan
komputasi menggunakan perangkat lunak MatLab. Tujuan dari penelitian ini
adalah :
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk memperoleh karakteristik amplitudo perpindahan (displacement),
kecepatan (velocity), percepatan (acceleration).
2. Melakukan kajian modal analisis dengan metode Fast Fourier Transform
(FFT) pada software MatLab untuk menganalisa getaran yang terjadi pada
turbin angin savonius tipe rotor helix.
3. Membandingkan hasil data yang didapat dengan metode Fast Fourier
Transform (FFT) terhadap data yang diperoleh dengan metode lintasan
orbit yang dilakukan oleh anggota tim riset lain.
1.3
Perumusan Masalah
Penelitian ini dilakukan dengan proses komputasi data dari hasil
pengukuran getaran turbin angin savonius tipe rotor Helix untuk mendapatkan
frekuensi sebagai bahan untuk meningkatkan keandalan pada operasional turbin
angin tipe rotor Helix.
1.4 Batasan Masalah
Model struktur yang digunakan yaitu turbin angin savonius tipe rotor helix,
turbin angin yang berada di dalam ruangan laboratorium motor bakar Magister
Teknik Mesin USU. Penelitian difokuskan untuk menentukan parameter dinamik
dengan dua cara, yaitu secara teoritis dan eksperimen. Parameter dinamik pertama
kali ditentukan secara eksperimen menggunakan vibration test. Kemudian
menentukan parameter dinamik secara teoritis dengan menggunakan software
MatLab.
1.5
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi mengenai hubungan
karakteristik getaran pada turbin angin sumbu vertikal terhadap tipe rotor yang
akan digunakan kepada dunia industri maupun akademis. Selain itu, beberapa
manfaat yang diharapkan adalah :
1. Sinyal getaran yang dihasilkan dapat dijadikan parameter dalam mendesain
turbin angin.
Universitas Sumatera Utara
2. Karakteristik getaran juga dapat dijadikan parameter perancangan komponen
turbin angin.
3. Bagi penulis, dapat menambah pengetahuan tentang analisis turbin angin
terutama menggunakan model analisis dengan metode Fast Fourier
Transform (FFT).
1.6
Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium Magister Teknik Mesin
USU.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.7
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibuat dalam lima bab. Isi dari masing-masing bab akan
dijelaskan dibawah ini.
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, maksud dan tujuan, perumusan
masalah, pembatasan masalah, manfaat penelitian, metodologi
penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu tentang tubin
angin, sinyal getaran, teori modal analisis, Fast Fourier Transform
(FFT), teori lintasan orbit dan lainnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan
pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan
prosedur pengujian
BAB IV HASIL& PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap
pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan
memarpakan kedalam bentuk tabel dan grafik.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang
diperoleh
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
LAMPIRAN
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian
dalam bentuk tabel dan gambar.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki potensi daya listrik dari energi alternatif yang sangat
besar. Beberapa energi alternatif yang bisa digunakan adalah angin, cahaya
matahari, panas bumi, dan biomasa. Pada halaman website yang dimiliki
Pertamina Geothermal, disebutkan bahwa panas bumi Indonesia mencakup 40%
potensi panas bumi. Selain itu, paparan energi matahari di negara Indonesia
sekitar 10-12 jam dalam sehari. Serta berbagai daerah di pulau-pulau Indonesia
memiliki potensi energi angin dengan kecepatan angin sekitar 8-15 meter per
sekon bahkan lebih. Di pulau Sumba telah terbukti kehandalan pembangkit energi
angin dari 100 unit turbin angin yang dipasang oleh tim Lentera Angin Nusantara
yang telah melistriki beberapa desa. Kincir angin ini bisa menghasilkan listrik
dengan kecepatan angin minimal tiga meter per sekon dan menghasilkan 500 watt
pada kecepatan angin 12 meter per sekon per unitnya. Ini membuktikan bahwa
orang
Indonesia
mampu
menguasai
teknologi
yang dibutuhkan
untuk
memanfaatkan energi alternatif. Potensi energi di setiap daerah berbeda-beda,
namun jika ada keinginan kuat untuk memahami dan menguasai teknologi yang
dibutuhkan, Indonesia akan memasuki era kelistrikan yang baru. Setiap daerah
akan mandiri dalam penyediaan energi listrik[1].
Pembangkit listrik tenaga angin, yang diberi nama Wind Power System
memanfaatkan angin melalui kincir, untuk menghasilkan energi listrik. Alat ini
sangat cocok sekali digunakan masyarakat yang tinggal di pulau-pulau kecil.
Secara umum, sistem alat ini memanfaatkan tiupan angin untuk memutar motor.
Hembusan angin ditangkap baling-baling, dan dari putaran baling-baling tersebut
akan dihasilkan putaran motor yang selanjutnya diubah menjadi energi listrik.
Wind Power System ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu rotor, transmisi,
elektrikal, dan tower. Bagian rotor terdiri dari baling-baling dengan empat daun,
bentuknya seperti baling-baling pesawat. Dengan bentuk seperti ini diharapkan
energi angin yang tertangkap bisa maksimal agar bobotnya lebih ringan. Baling-
Universitas Sumatera Utara
baling ini dibuat dengan diameter 3,5 meter dan bahannya dibuat dari fiberglass
[2].
Untuk mendapat hembusan angin, baling-baling diletakkan pada tower
setinggi delapan meter, sedangkan pada bagian transmisi digunakan sistem
kerekan dan tali. Sistem transmisi ini digunakan untuk menyiasati kekuatan angin
yang kecil. Karena kecepatan angin di Indonesia relatif kecil, transmisi ini sangat
menguntungkan untuk meningkatkan putaran sebagai pengubah energi digunakan
alternator dua fase 12 volt, energi listrik yang dihasilkan oleh alternator dapat
disimpan dalam aki. Sementara kapasitas daya yang didapat sebesar 1,5 KW.
Wind Power System telah diuji coba oleh para mahasiswa di pantai kenjeran,
kurang dari satu jam hasil dari percobaan tersebut sudah dapat menghasilkan
energi listrik untuk menyalakan TV dan lampu sampai 100 watt[2].
Aplikasi dan sistem kerja turbin angin tidak terlepas dari getaran yang
akan ditimbulkannya. Getaran poros turbin juga dapat terjadi karena disebabkan
oleh gaya putar atau torsi yang tidak seimbang, secara riil, apabila mesin tidak
didukung sistem peredaman yang cukup maka struktur pendukung mesin yang
bergetar akan rusak[3].
Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas, mampu bergetar,
jadi kebanyakan mesin dan struktur rekayasa engineering mengalami getaran
sampai derajat tertentu dan rancangan biasanya memerlukan pertimbangan sifat
osilasinya[4].
1.2
Maksud dan Tujuan
Maksud dari penelitian ini adalah mengkaji karakteristik getaran yang
terjadi pada turbin angin savonius dengan tipe rotor Helix. Jika karakter getaran
diketahui, maka karakter rotor dengan daya mekanik dapat dianalisis dengan
komputasi menggunakan perangkat lunak MatLab. Tujuan dari penelitian ini
adalah :
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk memperoleh karakteristik amplitudo perpindahan (displacement),
kecepatan (velocity), percepatan (acceleration).
2. Melakukan kajian modal analisis dengan metode Fast Fourier Transform
(FFT) pada software MatLab untuk menganalisa getaran yang terjadi pada
turbin angin savonius tipe rotor helix.
3. Membandingkan hasil data yang didapat dengan metode Fast Fourier
Transform (FFT) terhadap data yang diperoleh dengan metode lintasan
orbit yang dilakukan oleh anggota tim riset lain.
1.3
Perumusan Masalah
Penelitian ini dilakukan dengan proses komputasi data dari hasil
pengukuran getaran turbin angin savonius tipe rotor Helix untuk mendapatkan
frekuensi sebagai bahan untuk meningkatkan keandalan pada operasional turbin
angin tipe rotor Helix.
1.4 Batasan Masalah
Model struktur yang digunakan yaitu turbin angin savonius tipe rotor helix,
turbin angin yang berada di dalam ruangan laboratorium motor bakar Magister
Teknik Mesin USU. Penelitian difokuskan untuk menentukan parameter dinamik
dengan dua cara, yaitu secara teoritis dan eksperimen. Parameter dinamik pertama
kali ditentukan secara eksperimen menggunakan vibration test. Kemudian
menentukan parameter dinamik secara teoritis dengan menggunakan software
MatLab.
1.5
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi mengenai hubungan
karakteristik getaran pada turbin angin sumbu vertikal terhadap tipe rotor yang
akan digunakan kepada dunia industri maupun akademis. Selain itu, beberapa
manfaat yang diharapkan adalah :
1. Sinyal getaran yang dihasilkan dapat dijadikan parameter dalam mendesain
turbin angin.
Universitas Sumatera Utara
2. Karakteristik getaran juga dapat dijadikan parameter perancangan komponen
turbin angin.
3. Bagi penulis, dapat menambah pengetahuan tentang analisis turbin angin
terutama menggunakan model analisis dengan metode Fast Fourier
Transform (FFT).
1.6
Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium Magister Teknik Mesin
USU.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.7
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibuat dalam lima bab. Isi dari masing-masing bab akan
dijelaskan dibawah ini.
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, maksud dan tujuan, perumusan
masalah, pembatasan masalah, manfaat penelitian, metodologi
penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu tentang tubin
angin, sinyal getaran, teori modal analisis, Fast Fourier Transform
(FFT), teori lintasan orbit dan lainnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan
pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan
prosedur pengujian
BAB IV HASIL& PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap
pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan
memarpakan kedalam bentuk tabel dan grafik.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang
diperoleh
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
LAMPIRAN
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian
dalam bentuk tabel dan gambar.
Universitas Sumatera Utara