Pelaksanaan kegiatan tugas akhir dilaksanakan pada bulan Mei 2015 sampai dengan bulan Oktober 2015. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Lapang Siswadhi Soeparjo, Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.
Alat dan Bahan
Ada 3 komponen utama yang dibutuhkan pada penelitian ini. Komponen- komponen tersebut adalah turbin angin, wind tunnel, dan wind lens.
Turbin angin yang dipakai pada penelitian ini adalah model turbin angin mikro yaitu turbin angin Jointiff tipe Wind Pitch WP-1. Diameter rotor turbin angin adalah 36 cm dengan 3 sudu (blade). Jenis blade yang dipasang adalah BP-44 mengacu pada standar NACA 44 series aerofoils. Generator yang digunakan adalah generator AC. Generator turbin mampu menghasilkan daya 1.08 watt pada putaran 1730 rpm. Generator dilengkapi diode untuk mengubah arus AC menjadi DC. Gambar bagian turbin angin dapat dilihat pada Lampiran 1. Turbin angin secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 8.
9
Gambar 8 Turbin angin Wind Pitch WP-1
Alat-alat yang digunakan pada proses pembuatan wind tunnel dan dudukannya adalah peralatan perbengkelan. Bahan-bahan yang digunakan adalah plat besi dengan ketebalan 2 mm, besi hollow 2×2 mm, kawat kassa, fiber, kabel ties, sealant, dan isolasi. Wind tunnel dilengkapi dengan axial fan merk CKE tipe DSF-D20/1 sebagai sumber angin. Axial fan tersebut memiliki daya maksimum 350 W pada kecepatan putar 1400 rpm. Alat yang digunakan pada pembuatan wind lens merupakan peralatan bengkel. Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat wind lens adalah plat besi dengan ketebalan 2 mm dan plat hollow.
Alat-alat yang digunakan pada pengujian adalah speed control Nankai 8A, energy monitor EM-1 Jointiff, anemometer, stopwatch, wattmeter dan power resistor dengan nilai hambatan sebesar 47 Ω dan daya maksimum sebesar 20 W yang dipasang pada papan sirkuit. Bentuk power resistor dapat dilihat pada Lampiran 2. Bentuk dari energy monitor dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 9 Energy monitor EM-1 Prosedur Penelitian
Penelitian ini tersusun atas beberapa tahap, yaitu: tahap penentuan dimensi diffuser dan brim, tahap pembuatan wind lens, tahap uji kinerja, dan tahap pengolahan dan analisis data. Secara skematis, prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 10.
10
Penentuan dimensi diffuser dan brim
Gambar 10 Diagram alir pelaksanaan penelitian Penentuan Dimensi Diffuser dan Brim
Ohya dan Karasudani (2010) telah mendapatkan rasio-rasio dimensi dari diffuser tipe compact yang menghasilkan kinerja optimum untuk turbin angin. Peneliti mengikuti rasio dimensi tersebut dalam penentuan dimensi wind lens yang dibuat. Sketsa dengan simbol dimensi wind lens dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Skema turbin angin yang dilengkapi dengan diffuser dan brim (flange) (Ohya dan Karasudani 2010)
Gambar 11 menyatakan sketsa dan simbol dimensi dari penelitian Ohya dan Karasudani (2010) yang akan dipakai pada penelitian ini. D merupakan diameter inlet diffuser, L merupakan panjang dari diffuser, h merupakan tinggi dari brim, dan simbol α merupakan sudut brim.
Mulai
Pembuatan wind lens
Uji kinerja
Pengolahan dan analisis data
11
Pada penelitian Ohya dan Karasudani (2010), ditentukan diameter inlet diffuser (D) sebesar 70 cm dengan diameter kincir atau rotor blade sebesar 60 cm. Pada penelitian Ohya (2010), diffuser tipe compact memiliki panjang diffuser sebesar 0.1D sampai dengan 0.4D. Tinggi brim yang dipakai sebesar 0.1D sampai dengan 0.2D. Rasio tersebut ditentukan berdasarkan uji eksperimental yang telah dilakukan terhadap berberapa ukuran diffuser.
Pada penelitian Toshimitsu et al. (2012) telah ditentukan nilai-nilai dimensi wind lens tipe compact. Penelitian Toshimitsu et al. (2012) juga mengacu pada penelitian Ohya dan Karasudani (2010). Pada penelitian Toshimitsu et al. (2012), ditentukan D sebesar 200 cm dengan L sebesar 27 cm. Dengan demikian didapat rasio L/D sebesar 0.13. Tinggi brim pada penelitian Toshimitsu et al. (2012) adalah sebesar 20 cm sehingga didapat rasio h/D sebesar 0.1. Diameter outletdiffuser pada penelitian Toshimitsu et al. (2012) adalah sebesar 226 cm yang berarti diameter outlet sama dengan 1.1D.
Dimensi wind lens pada penelitian ini mengacu pada rasio-rasio yang didapat pada penelitian Toshimitsu et al. (2012). Turbin angin yang digunakan pada penelitian ini merupakan turbin angin merk Jointiff. Spesifikasi turbin telah dinyatakan pada bab metode, yaitu pada bagian alat. Diameter rotor atau kincir yang digunakan pada penelitian ini adalah 36 cm. Diameter inlet diffuser yang akan dipakai pada penelitian ini adalah 37 cm. Dimensi wind lens pada penelitian ini mengikuti rasio yang didapat pada penelitian Toshimitsu et al. (2012) dan harus lebih kecil dari ukuran wind tunnel. Wind tunnel memiliki diameter sebesar 60 cm. Panjang diffuser (L) yang dipakai pada penelitian ini adalah sebesar 4.8 cm yang berarti rasio panjang diffuser terhadap diameter inlet (L/D) adalah sebesar 0.13. Rasio tersebut masih berada di range diffuser tipe compact. Diameter outletdiffuser pada penelitian ini adalah sebesar 42.6 cm yang berarti rasio diameter outlet terhadap diameter inlet sama dengan 1.1.Tinggi brim sebesar 3.7 cm. Tinggi brim sama dengan 0.1D, yang masih berada di kisaran tinggi brim optimum pada penelitian Ohya dan Karasudani (2010).
Pada penelitian Ohya dan Karasudani (2010) ataupun Toshimitsu et al. (2012), tidak dilakukan perubahan sudut brim, namun pada penelitian ini dibuat diffuser dengan 3 jenis brim. Brim tersebut masing-masing memiliki nilai sudut (α) yang berbeda-beda yaitu 90°, 75°, dan 60°. Selain untuk kemudahan dalam pembuatan atau manufaktur brim, nilai sudut ini juga ditentukan berdasarkan simulasi yang sudah dilakukan sebelumnya oleh Kale et al. (2014). Simulasi CFD oleh Kale et al. (2014) menunjukkan adanya peningkatan kecepatan angin lokal hingga kemiringan 80° pada α. Sketsa diffuser dengan sudut brim berbeda dapat dilihat pada Gambar 12 . Gambar teknik dari wind lens dapat dilihat pada Lampiran 12, Lampiran 13, dan Lampiran 14.
12
Gambar 12 Sketsa sudut brim pada masing-masing rancangan wind lens Pembuatan Wind Lens
Diffuser dan brim dibuat di bengkel dengan bahan berupa plat besi 2 mm dan plat hollow. Untuk penelitian ini dibuat 3 brim masing-masing dengan sudut (α) berbeda yaitu 90º, 75º, dan 60º namun memiliki ketinggian yang sama. Brim dibuat secara terpisah dan dapat disambungkan atau dilepaskan ke diffuser. Brim disambungkan ke diffuser dengan las titik. Brim yang dibuat untuk wind lens pada penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 3, Lampiran 4, dan Lampiran 5. Bentuk wind lens yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 13.
13
Uji Kinerja
Dari atas, set-up pengujian pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Experimental set-up saat pengujian kinerja turbin angin
Pengujian wind lens dilakukan pada wind tunnel yang sudah dilengkapi dengan axial fan. Alat-alat pengujian disusun sesuai dengan penomoran pada Gambar 14. Power resistor berfungsi sebagai beban untuk turbin angin yang menghasilkan daya. Energy monitor berada di dekat turbin angin dan terhubung dengan turbin angin untuk mengukur daya keluaran dalam satuan watt serta kecepatan putar rotor dalam satuan rpm. Sumber angin pada pengujian ini berasal dari axial fan. Wattmeter memiliki fungsi untuk menunjukkan nilai daya yang dibutuhkan oleh axial fan untuk menghasilkan kecepatan angin tertentu. Dimmer atau speed control berfungsi untuk mengatur kecepatan angin dari axial fan.
Gambar 15 Pengujian kinerja turbin angin pada wind tunnel
Sebelum turbin angin diuji di dalam wind tunnel, kecepatan angin di dalam wind tunnel diukur dengan anemometer. Kecepatan angin diukur sambil melihat nilai daya pada wattmeter. Dimmer diputar hingga nilai kecepatan angin yang ditunjukkan oleh anemometer sesuai dengan skala kecepatan angin yang diinginkan
14
pada penelitian ini yaitu 3 m s-1, 4 m s-1, dan5 m s-1. Daya axial fan pada wattmeter
dicatat untuk setiap kecepatan angin pengujian agar bisa dijadikan acuan untuk melakukan pengujian berikutnya.
Setelah kecepatan angin dengan nilai daya axial fan pada wattmeter diketahui, turbin angin diuji di dalam wind tunnel. Turbin angin diuji pada kecepatan yang diinginkan yaitu 3 m s-1, 4 m s-1, dan5 m s-1 berdasarkan nilai daya axial fan pada wattmeter. Kecepatan rotor (rpm) dan daya yang dihasilkan turbin angin diukur oleh energy monitor EM-1. Nilai kecepatan rotor dan daya yang dihasilkan turbin diukur di setiap kecepatan angin sumber. Pengukuran dilakukan setiap 3 menit selama setengah jam pada suatu nilai kecepatan angin. Nilai daya axial fan pada wattmeter dicatat di setiap waktu pengujian agar menjadi acuan untuk mengukur nilai kecepatan angin sumber.
Setelah itu, turbin angin yang sudah dipasang dengan wind lens diuji. Pada pengujian turbin angin dengan wind lens,kecepatan angin sumber yang diinginkan sama dengan pengujian tanpa wind lens yaitu 3 m s-1, 4 m s-1, dan 5 m s-1. Energy
monitor dipakai untuk mengukur putaran rotor dan daya yang dihasilkan oleh turbin angin. Pengukuran dilakukan setiap 3 menit selama setengah jam pada masing- masing kecepatan angin. Setelah pengukuran dengan satu wind lens selesai, pengukuran akan dilanjutkan pada wind lens dengan sudut brim yang berbeda dengan rentang pengukuran waktu yang sama yaitu setiap 3 menit selama setengah jam. Di setiap waktu pengujian, nilai daya axial fan pada wattmeter dicatat untuk dijadikan acuan nilai kecepatan angin sumber.
Setelah setiap pengujian turbin angin yang memakai wind lens dengan sudut brim tertentu dilakukan, kecepatan angin akibat adanya wind lens diukur dengan anemometer. Kecepatan angin setelah wind lens diukur pada saat nilai daya axial fan di wattmeter menunjukkan nilai yang sama dengan saat pengujian turbin angin dengan wind lens. Hal ini dilakukan untuk mengetahui adanya peningkatan kecepatan angin akibat penggunaan wind lens.
Pada saat pengujian, nilai daya input axial fan (daya listrik) yang terukur oleh wattmeter memiliki nilai yang sangat fluktuatif sehingga kecepatan putar axial fan juga fluktuatif. Kecepatan putar axial fan yang fluktuatif mengakibatkan kecepatan angin sumber yang fluktuatif juga. Oleh karena itu, kecepatan angin sumber pada penelitian ini memiliki range tertentu. Range kecepatan angin pengujian untuk kecepatan 3 m s-1, 4 m s-1, dan 5 m s-1 yaitu 2.6 m s-1 sampai dengan
3.4 m s-1, 3.4 m s-1 sampai dengan 4.2 m s-1, dan 4.6 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1. Pengolahan dan Analisis Data
Setelah dilakukan pengujian, data-data yang dikumpulkan selama penelitian dianalisis. Data daya yang dihasilkan turbin angin selama pengujian dibuat menjadi grafik daya turbin terhadap waktu pengujian.
Untuk mengetahui perbedaan kinerja turbin angin, maka dibuat suatu grafik daya terhadap kecepatan angin sumber pada masing-masing diffuser serta turbin angin tanpa wind lens. Dari grafik tersebut dapat dilihat adanya peningkatan daya akibat adanya perubahan sudut brim pada wind lens.
Dari data-data kecepatan angin, kecepatan putar rotor (blade), dan daya yang dihasilkan oleh turbin angin, power coefficient dan tip-speed ratio dapat dihitung lalu dibuat dalam suatu grafik. Peningkatan power coefficient berarti
15
menunjukkan adanya peningkatan efisiensi pada turbin angin setelah dipasang diffuser.
Nilai daya telah diukur oleh energy monitor. Sementara itu, power coefficient (��)dihitung dengan persamaan berikut.
�� = . × × � × �P
P merupakan daya terukur yang dihasilkan oleh turbin angin, � merupakan luas area rotasional kincir (blade) dalam satuan meter, � merupakan kecepatan angin dalam satuan meter/detik, dan ρ merupakan massa jenis udara dalam satuan kilogram/meter .
Tip-speed ratio dihitung dengan persamaan berikut.
TSR =� × ��
Dengan,
ω = × ×
Kecepatan putar rotor (rpm) dinyatakan dalam . Jari-jari rotor dinyatakan dalam �, dan kecepatan angin aktual dinyatakan dalam �. Kecepatan angin aktual adalah kecepatan angin yang mengenai blade atau kecepatan angin sumber.
Setelah nilai power coefficient dan TSR dari turbin angin tanpa wind lens dan turbin angin dengan masing-masing nilai sudut brim didapat, maka grafik kinerja dari masing-masing jenis dapat disatukan dan dapat dilihat perbedaannya. Grafik tersebut merupakan grafik TSR terhadap ��. Contoh grafik tip-speed ratio yang sudah didapatkan pada penelitian Ohya et al. (2008) dapat dilihat pada Gambar 16.
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kinerja Turbin Angin
Kinerja turbin angin telah diukur pada 4 kondisi. Pada kondisi pertama, kinerja turbin angin diukur tanpa menggunakan wind lens atau hanya pengukuran kinerja turbin angin saja. Pada kondisi kedua, kinerja turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 90° diukur. Pada kondisi ketiga, kinerja turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 75° diukur. Pada kondisi keempat, pengukuran kinerja dilakukan pada turbin angin yang memakai diffuser dengan sudut brim 60°.
Pengukuran dilakukan untuk mendapatkan nilai daya yang dihasilkan turbin angin. Turbin angin diuji pada rentang waktu dan range kecepatan angin tertentu. Pengukuran dilakukan setiap 3 menit selama 30 menit untuk setiap kondisi dan pada setiap range kecepatan angin yang sama. Range kecepatan angin pada penelitian ini adalah 2.6 m s-1 sampai dengan 3.4 m s-1, 3.4 m s-1 sampai dengan 4.2 m s-1, dan 4.6 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1. Daya yang dihasilkan oleh turbin angin pada waktu pengujian dapat dilihat pada Gambar 17, Gambar 18, dan Gambar 19.
Gambar 17 menunjukkan daya yang dihasilkan oleh 4 kondisi yaitu turbin angin saja, turbin angin yang dipasang diffuser dengan sudut brim 90°, turbin angin dengan sudut brim 75°, dan turbin angin dengan sudut brim 60° namun diuji pada range kecepatan angin yang sama yaitu 2.6 m s-1 sampai dengan 3.4 m s-1. Gambar
18 menunjukkan daya yang dihasilkan oleh 4 kondisi turbin angin pada waktu pengujian dalam range kecepatan angin 3.4 m s-1 sampai dengan 4.2 m s-1. Gambar 19 menunjukkan daya yang dihasilkan 4 kondisi turbin angin dalam range kecepatan angin 4.6 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1. Nilai-nilai pengukuran daya, kecepatan angin, dan kecepatan rotor selama pengujian dapat dilihat pada tabel di Lampiran 6.
Gambar 17 Daya yang dihasilkan turbin angin selama waktu pengujian pada range kecepatan angin sumber 2.6 m s-1 sampai dengan 3.4 m s-1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 5 10 15 20 25 30 35 D aya Outp u t turb in ( W) Waktu (menit)
17
Gambar 18 Daya yang dihasilkan turbin angin selama waktu pengujian pada range kecepatan angin sumber 3.4 m s-1 sampai dengan 4.2 m s-1
Gambar 19 Daya yang dihasilkan turbin angin selama waktu pengujian pada range kecepatan angin sumber 4.6 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1
Dari grafik-grafik pada Gambar 17, Gambar 18, dan Gambar 19, dapat dilihat bahwa daya keluaran turbin angin yang paling tinggi hingga yang paling rendah secara berturut-turut dihasilkan oleh turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 60°, turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 75°, turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 90°, dan turbin angin tanpa diffuser. Hal ini menunjukkan bahwa wind-lens effect terjadi
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 5 10 15 20 25 30 35 D aya o u tpu t turb in ( W) Waktu (menit)
Turbin saja Diffuser (Brim 90) Diffuser (Brim 75) Diffuser (Brim 60)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 5 10 15 20 25 30 35 D aya o u tpu t turb in ( W) Waktu (menit)
18
akibat penambahan wind lens dengan menggunakan brim. Hasil tersebut juga menunjukkan bahwa pemasangan brim dengan sudut yang lebih miring hingga 60° menciptakan peningkatan daya yang dihasilkan oleh turbin angin. Uji beda nyata tiap perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 11.
Nilai daya keluaran turbin angin yang fluktuatif diakibatkan oleh kecepatan angin sumber yang fluktuatif. Daya listrik sumber yang dialirkan ke axial fan tidak stabil sehingga kecepatan angin sumber yang dihasilkan juga fluktuatif. Perubahan daya input axial fan yang mengakibatkan tidak stabilnya daya yang dihasilkan oleh turbin angin dideskripsikan pada Gambar 20.
Gambar 20 Perubahan daya axial fan terhadap perubahan daya turbin angin dengan brim 75° pada kecepatan angin 4.7 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1
Gambar 20 menunjukkan bahwa terjadi fluktuasi daya input pada axial fan pada pengujian turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 75°. Fluktuasi daya input turbin pada pengujian dengan kondisi yang lain dapat dilihat pada Lampiran 7. Semakin meningkatnya daya input axial fan mengakibatkan meningkatnya daya output dari turbin angin dan juga sebaliknya, saat daya input axial fan menurun, daya output turbin angin juga menurun. Peningkatan atau penurunan daya yang dihasilkan oleh turbin angin ini disebabkan oleh kecepatan angin sumber yang fluktuatif. Daya input axial fan yang fluktuatif tersebut mengakibatkan kecepatan angin yang fluktuatif juga. Kecepatan angin yang tidak stabil selama pengujian di setiap range kecepatan angin sumber ditunjukkan pada Gambar 21, Gambar 22, dan Gambar 23.
317 327 337 347 357 367 0.6 0.65 0.7 0.75 0 5 10 15 20 25 30 35 D aya in p u t a xi a l fa n (W) D aya o u tpu t turb in (W ) Waktu (menit)
19
Gambar 21 Nilai kecepatan angin selama waktu pengujian pada range kecepatan angin sumber 2.6 m s-1 sampai dengan 3.4 m s-1
Gambar 22 Nilai kecepatan angin selama waktu pengujian pada range kecepatan angin sumber 3.4 m s-1 sampai dengan 4.2 m s-1
Gambar 23 Nilai kecepatan angin selama waktu pengujian pada range kecepatan angin sumber 4.7 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 0 5 10 15 20 25 30 35 Ke ce p atan an g in s u mb e r (m s -1) Waktu (menit)
Turbin saja Diffuser (Brim 90) Diffuser (Brim 75) Diffuser (Brim 60)
2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 5 10 15 20 25 30 35 Ke ce p atan an g in s u mb e r (m s -1) Waktu (menit)
Turbin saja Diffuser (Brim 90) Diffuser (Brim 75) Diffuser (Brim 60)
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 Ke ce p ata n an g in s u mb e r (m s -1) Waktu (menit)
Turbin saja Diffuser (Brim 90) Diffuser (Brim 75) Diffuser (Brim 60)
20
Untuk mengetahui peningkatan daya oleh kecepatan angin sumber, maka dibuatlah grafik kecepatan angin selama pengujian dalam 4 kondisi turbin angin terhadap daya output turbin. Data kecepatan angin diurutkan dari nilai yang terendah ke nilai yang tertinggi agar dapat dilihat pola peningkatan daya turbin angin. Grafik tersebut dapat dilihat pada Gambar 24.
Gambar 24 Daya yang dihasilkan turbin angin pada kecepatan angin sumber Dari Gambar 24 dapat dilihat bahwa daya yang dihasilkan turbin angin meningkat seiring dengan peningkatan kecepatan angin sumber. Kecepatan angin sumber pada penelitian ini terbatas yaitu pada rentang 2.6 m s-1 sampai dengan 5.5 m s-1. Maka perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menambah rentang kecepatan angin hingga ke nilai yang lebih tinggi sehingga karakter atau pola dari daya turbin terhadap kecepatan angin dapat diketahui lebih jelas. Namun, penelitian ini telah menunjukkan bahwa ada peningkatan daya yang dihasilkan oleh turbin setelah dipasangkan dengan diffuser dan ada peningkatan daya turbin akibat perubahan sudut brim dari 90° ke 60°. Peningkatan rata-rata daya yang dihasilkan turbin pada masing-masing nilai sudut brim ditunjukkan oleh Tabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3.
Tabel 1 Peningkatan rata-rata daya turbin pada diffuser dengan sudut brim 90° Kecepatan angin (m s-1) Daya turbin angin saja (W) Daya turbin angin dengan diffuser (W) Persentase peningkatan daya (%) 2.6–3.4 0.100 0.160 60.747 3.4–4.2 0.196 0.273 38.889 4.6–5.5 0.379 0.562 48.488 Rata-rata 0.225 0.332 49.374 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 1 2 3 4 5 6 D aya o u tpu t turb in ( W)
Kecepatan angin sumber (m s-1)
21
Tabel 2 Peningkatan rata-rata daya turbin pada diffuser dengan sudut brim 75° Kecepatan angin (m s-1) Daya turbin angin saja (W) Daya turbin angin dengan diffuser (W) Persentase peningkatan daya (%) 2.6–3.4 0.100 0.178 77.869 3.4–4.2 0.196 0.325 65.278 4.6–5.5 0.379 0.685 80.773 Rata-rata 0.225 0.396 74.640
Tabel 3 Peningkatan rata-rata daya turbin pada diffuser dengan sudut brim 60° Kecepatan angin (m s-1) Daya turbin angin saja (W) Daya turbin angin dengan diffuser (W) Persentase peningkatan daya (%) 2.6–3.4 0.100 0.229 129.508 3.4–4.2 0.196 0.409 108.380 4.6–5.5 0.379 0.774 104.297 Rata-rata 0.225 0.471 114.062
Tabel 1, Tabel 2 dan, Tabel 3 menunjukkan persentase peningkatan daya turbin angin setelah dipasangkan diffuser. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa diffuser dengan sudut brim 90° pada pengujian ini melakukan peningkatan daya turbin sekitar 1.5 kali dari daya turbin tanpa wind lens. Diffuser dengan sudut brim 75° mampu meningkatkan daya hingga 1.7 kali. Sementara itu, diffuser dengan sudut brim 60° mampu melakukan peningkatan tertinggi pada pengujian ini yaitu 2 kali lipat dari daya turbin angin tanpa wind lens. Penelitian Ohya dan Karasudani (2010) berhasil menunjukkan bahwa diffuser tipe compact buatannya melakukan peningkatan daya 1.9 sampai dengan 2.4 kali dibandingkan dengan daya turbin angin tanpa wind lens. Turbin angin yang diuji pada penelitian Ohya dan Karasudani (2010) memiliki diameter sebesar 1 meter dan diuji pada kecepatan angin diatas 8 m s-1. Sementara itu, wind lens pada penelitian ini hanya mampu meningkatkan 2 kali daya turbin. Kecepatan angin yang lebih rendah pada pengujian di penelitian ini serta diameter kincir angin yang jauh lebih kecil pada penelitian ini yaitu 36 cm bisa menjadi penyebab peningkatan daya yang lebih rendah.
Power Coefficient dan Tip-Speed Ratio
Power coefficient (Cw) merupakan perbandingan antara daya yang
dihasilkan oleh turbin dengan nilai daya teoritis. Adanya peningkatan efisiensi akibat penambahan wind lens dan perubahan sudut brim pada penelitian ini dapat dilihat pada grafik kecepatan angin sumber terhadap Cw yang ditunjukkan pada
22
Gambar 25 Kecepatan angin sumber terhadap nilai Cw
Gambar 25 menunjukkan adanya peningkatan efisiensi akibat penambahan wind lens dibandingkan dengan turbin saja (tanpa wind lens) pada range kecepatan angin yang sama. Nilai power coefficient paling tinggi ditunjukkan oleh turbin angin yang menggunakan diffuser dengan sudut brim 60°.
Tip-speed ratio adalah perbandingan kecepatan rotor (kincir) turbin angin dengan kecepatan angin datang. Adanya peningkatan Cw dan TSR menunjukkan
peningkatan kinerja turbin itu sendiri. Nilai power coefficient (Cw) dan tip-speed
ratio (TSR) dapat dihitung dengan data-data kecepatan angin dan daya yang sudah diukur. Data Cw dan TSR setiap pengujian dapat dilihat pada Lampiran 8. Contoh
perhitungan nilai TSR dan Cw dapat dilihat pada Lampiran 9 dan Lampiran 10.
Rata-rata TSR dan Cw di setiap range kecepatan angin sumber dengan 4 jenis
kondisi turbin dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Nilai TSR rata-rata dan Cw rata-rata pada range kecepatan angin
pengujian Kecepatan
angin sumber
(m s-1)
Turbin saja Diffuser (Brim 90°) Diffuser (Brim 75°) Diffuser (Brim 60°) TSR rata- rata Cw rata- rata TSR rata- rata Cw rata- rata TSR rata- rata Cw rata- rata TSR rata- rata Cw rata- rata 2.6–3.4 3.393 0.057 4.244 0.095 4.426 0.104 4.790 0.130 3.4–4.2 3.704 0.062 4.220 0.079 4.660 0.095 5.016 0.114 4.6–5.5 3.861 0.049 4.153 0.074 4.637 0.088 5.783 0.086 Dari data rata-rata tersebut didapat grafik TSR tergadap Cw seperti pada Gambar
26. 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 1 2 3 4 5 6 Po w e r co e ff ic ien t
Kecepatan angin sumber (m s-1)
23
Gambar 26 Nilai TSR terhadap Cw
Nilai yang digunakan pada grafik tersebut adalah nilai rata-rata TSR dan Cw