• Tidak ada hasil yang ditemukan

TINJAUAN PUSTAKA

2.4 Bilah Turbin Angin

Bilah merupakan bagian turbin angin yang berperan dalam menyapu aliran angin yang melewatinya. Kemampuan bilah dalam menangkap energi angin dipengaruhi oleh bentuk bilah. Secara umum, terdapat tiga macam bentuk bilah yaitu bilah taper dengan ujung yang lebih kecil dari bagian pangkalnya, bilah taperless dengan lebar ujung dan pangkal bilah yang sama, dan bilah inverse taper dengan ujung yang lebih besar daripada pangkalnya. Masing-masing jenis bilah tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda-beda. Pertama, bilah taper memiliki kekurangan yaitu torsi yang dihasilkan cukup rendah karena luas penampang pada ujung bilah berukuran kecil. Hal tersebut dapat mengakibatkan bilah jenis ini mengalami kesulitan saat berputar terutama pada kecepatan angin rendah.

Meskipun, keunggulan dari bilah jenis ini yaitu mampu menghasilkan putaran yang tinggi pada kecepatan angin yang tinggi. Namun sebaliknya, putaran yang terlalu cepat pada bilah dapat menyebabkan gangguan suara yang lebih kencang dan terkikisnya bagian leading edge pada bilah (Tang, 2012). Kedua, bilah taperless memiliki kelebihan yaitu torsi yang dihasilkan cukup besar karena luas penampang

14

bilahnya cukup luas. Kekurangan dari bilah ini ialah mudah menimbulkan gaya hambat yang menyebabkan bilah tidak dapat beroperasi maksimal pada kecepatan angin yang tinggi. Ketiga, bilah inverse taper memiliki kelebihan yaitu mampu berputar pada kecepatan angin yang rendah seperti kecepatan angin rata-rata di Indonesia. Torsi bilah jenis ini cukup besar dan memiliki gaya dorong yang lebih besar daripada bilah jenis taper dan taperless. Keunggulan bilah inverse taper ini memungkinkan untuk dipilih pada penelitian ini [18].

Gambar 2.5 Bilah jenis taper, taperless, dan inverse taper [7]

Selain bentuk bilah, jumlah bilah menjadi faktor penting dalam perancangan turbin angin. Turbin angin yang menggunakan bilah dengan jumlah banyak akan memiliki putaran yang lambat. Pengaruh lainnya adalah pada efisiensi yang dihasilkan. Penelitian oleh Hau (2013) menunjukkan bahwa kenaikan efisiensi dari desain 1-2 bilah adalah sekitar 10%, desain 2-3 bilah adalah sebesar 3-4%, dan desain 3-4 bilah adalah sebesar 1-2%. Desain dengan 1 atau 2 bilah menyebabkan bilah dapat bekerja pada kondisi TSR yang lebih tinggi dibandingkan desain 3 bilah.

Namun, kekurangannya ialah dapat menghasilkan gangguan suara yang lebih besar dan memiliki kondisi kerja aerodinamis yang tidak asimetris sehingga desain 3 bilah lebih banyak digunakan karena putaran yang dihasilkan lebih stabil [17].

15 2.4.1 Airfoil

Airfoil merupakan suatu objek yang digunakan dalam perancangan turbin angin, dimana apabila aliran fluida melewatinya akan menghasilkan efek aerodinamis berupa gaya angkat atau Coefisien lift (Cl) dan gaya hambat atau Coefisien drag (Cd).

Gaya angkat pada airfoil terjadi karena kecepatan aliran fluida pada permukaan bagian atas airfoil lebih lambat daripada kecepatan aliran fluida pada permukaan bawah. Sehingga, tekanan pada permukaan bagian atas lebih rendah dibandingkan dengan permukaan bagian bawah. Oleh karenanya, aliran fluida akan mengangkat airfoil dan terjadilah gaya angkat [12]. Salah satu jenis airfoil yang paling banyak digunakan saat ini adalah airfoil National Advisory Commitee for Aeronautics (NACA) [21].

Gambar 2.6 Airfoil [22]

Airfoil memiliki bagian-bagian di antaranya mean chamber line, leading edge, trailing edge, chord line, chamber, thickness, dan angle of attack. Mean chamber line adalah garis tengah yang berada di antara permukaan atas dan bawah dari airfoil.

Leading edge adalah titik paling depan dari airfoil. Trailing edge adalah titik yang paling belakang dari airfoil. Chord line adalah garis lurus yang menghubungkan

16

antara leading edge dengan trailing edge. Chord (c) adalah jarak antara leading edge dan trailing edge yang berada di sepanjang chord line. Chamber adalah jarak antara mean chamber line yang tegak lurus terhadap chord line. Thickness adalah jarak antara permukaan atas dan bawah yang juga tegak lurus terhadap chord line. Dan angle of attack adalah sudut antara angin relatif dengan chord line [10].

Pada airfoil NACA dengan kode 4 digit, angka pertama menunjukkan maksimum camber dalam seperseratus chord, angka kedua menunjukkan posisi maksimum camber pada chord line dalam sepersepuluh chord, dan dua angka terakhir menunjukkan lebar maksimum airfoil atau maksimum thickness dalam seperseratus chord. NACA 4418 adalah contoh airfoil kode 4 digit. NACA 4418 memiliki maksimum chamber 4% terletak 40% (0,4 chord) dari leading edge dengan ketebalan maksimum sebesar 18% dari chord [12]. Prasetiyo et al. [23] melakukan penelitian kaji eksperimental turbin angin sumbu vertikal dengan airfoil NACA 4418.

Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa bilah memiliki putaran sebesar 321 rpm pada kecepatan angin 5,42 m/s dan menghasilkan daya mekanik sebesar 8,5 Watt.

Syuhada et al. [24] melakukan penelitian tentang potensi kecepatan angin di Pantai Banda Aceh dalam menghasilkan energi listrik menggunakan turbin angin sumbu horizontal dengan variasi jumlah bilah. Airfoil yang digunakan adalah tipe NACA 4418. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa semua bilah dapat berputar dengan baik. Turbin angin dengan 5 bilah dapat berputar pada kecepatan 3 m/s dan menghasilkan putaran 200 rpm. Turbin angin dengan 6 bilah dapat berputar pada kecepatan 4 m/s dan mengahasilkan putaran 250 rpm. Turbin angin dengan 7 bilah dapat berputar pada kecepatan 4,5 m/s dan menghasilkan putaran 200 rpm. Karena performa yang dihasilkan cukup baik, maka dalam penelitian ini penulis memilih NACA 4418 untuk perancangan pada turbin angin sumbu horizontal.

17 2.4.2 Karakteristik Lift dan Drag

Terdapat dua gaya yang terjadi pada airfoil ketika fluida mengalir pada permukaan airfoil. Gaya tersebut ialah gaya hambat atau drag dan gaya angkat atau lift. Gaya hambat adalah gaya yang sejajar dengan arah gerak aliran udara yang menabrak bilah turbn angin. Sedangkan gaya angkat adalah gaya yang tegak lurus dengan arah gerak aliran udara yang menabrak bilah turbin angin. Kedua gaya tersebut dimanfaatkan oleh turbin angin untuk memutar rotor. Terjadinya putaran pada rotor akan menghasilkan kecepatan sudut. Sehingga, besarnya kedua gaya tersebut bergantung pada sudut serang [25].

Gambar 2.7 Lift dan Drag [25]

Dokumen terkait