Ketersediaan energi merupakan hal yang sangat penting bagi segala kegiatan di dunia ini. Sumber energi berupa bahan bakar fosil yang semakin langka mengakibatkan munculnya berbagai teknologi energi alternatif. Sumber energi alternatif dapat berasal dari surya, angin, air, dan biomassa.
Kebutuhan akan energi yang terus meningkat menjadi perhatian khusus bagi setiap negara. Peningkatan kebutuhan akan energi menimbulkan masalah terhadap ketersediaan energi suatu negara. Oleh karena itu pengembangan teknologi untuk energi alternatif terus dilakukan.
Salah satu teknologi energi alternatif adalah pembangkit listrik tenaga angin. Energi kinetik dari angin dimanfaatkan untuk menggerakkan suatu turbin angin hingga diubah menjadi energi listrik. Angin yang dimanfaatkan sebagai suatu pembangkit merupakan suatu pengembangan energi alternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan.
Aplikasi pembangkit listrik tenaga angin sudah banyak dilakukan di Indonesia. Kapasitas pembangkit listrik tenaga angin per tahun yang sudah terpasang di Indonesia pada tahun 2012 sebesar 1.962 MW (DJEBTKE 2014). Kecepatan angin yang rendah di Indonesia menjadi salah satu kendala dalam pemanfaatan energi angin ini karena daya yang dihasilkan proporsional dengan pangkat tiga dari kecepatan angin. Pada ketinggian 30 meter di daerah Sulawesi Selatan , kecepatan angin berkisar 2 m s-1 sampai dengan 4 m s-1. Namun pada daerah tertentu seperti Takalar dan Bulukumba kecepatan angin didapat lebih dari 4 m s-1 (DESDM 2011).
Wind Lens dapat digunakan untuk meningkatkan kecepatan angin yang akan dimanfaatkan oleh turbin angin sehingga daya yang dihasilkan juga meningkat. Wind Lens merupakan suatu komponen yang berbentuk diffuser dengan tambahan flange (brim) yang dipasang menutupi atau melingkupi turbin angin. Wind lens merupakan suatu konsep untuk meningkatkan kecepatan angin dengan cara menangkap dan mengonsentrasikan angin lokal dalam suatu mekanisme yang disebut dengan wind-lens effect (Ohya et al. 2008).
Brim merupakan salah satu komponen dari wind lens yang berbentuk cincin dan terletak pada bagian outlet. Brim berguna untuk menciptakan vortex di belakang wind lens suatu turbin angin. Vortex berbentuk pusaran angin yang menciptakan suatu area bertekanan lebih rendah di belakang wind lens atau turbin angin. Area yang memiliki tekanan lebih rendah ini mengakibatkan peningkatan kecepatan angin yang bisa memutar blade pada kincir sehingga terjadi peningkatan daya yang dihasilkan.
Sampai saat ini sudah banyak dilakukan penelitian tentang uji eksperimental terhadap wind lens. Percobaan dilakukan dengan membandingkan kinerja antara wind turbine saja dengan wind turbine yang memakai wind lens. Untuk wind lens berbentuk diffuser, dilakukan optimasi performansi wind turbine dengan mengubah sudut bukaan diffuser (Kannan et al. 2013). Ohya et al. (2008) juga melakukan uji eksperimental dan menemukan bahwa sudut bukaan diffuser optimum pada 12º. Ohya dan Karasudani (2010) telah melakukan uji eksperimental terhadap wind lens dan menghasilkan ukuran optimum pada rasio panjang diffuser dengan diameter
2
inlet. Kinerja turbin dan tip-speed ratio semakin meningkat dengan naiknya nilai rasio panjang diffuser terhadap diameter inlet (Ohya dan Karasudani 2010). Ohya dan Karasudani (2010) juga melakukan optimasi terhadap bentuk wind lens yang memiliki diffuser panjang. Panjang diffuser diperkecil hingga berbentuk compact dengan turbin angin sehingga mudah diaplikasikan untuk wind turbine dalamskala besar. Pada penelitian tersebut, simulasi juga dilakukan untuk melihat adanya vortex yang terbentuk di belakang brim.
Brim yang berbentuk cincin tersebut merupakan suatu penghalang bagi angin datang untuk menghasilkan vortex di belakang brim. Penghalang ini memungkinkan adanya turbulensi yang bisa menghalangi angin datang sehingga kecepatan angin menuju kincir (blade) berkurang. Oleh karena itu, peneliti melakukan pengujian terhadap kinerja turbin angin dengan melakukan perubahan sudut brim yang mampu mengurangi halangan terhadap angin datang.
Perumusan Masalah
Daya yang dihasilkan pada turbin angin proporsional dengan pangkat tiga dari kecepatan angin yang datang untuk memutar blade. Usaha peningkatan kecepatan angin untuk memutar blade pada turbin angin dapat dilakukan dengan menambahkan komponen berbentuk nozzle atau diffuser. Tipe nozzle memiliki diameter inlet yang lebih besar daripada diameter outlet sehingga dapat menurunkan kecepatan angin di awal atau di daerah inlet lalu mempercepat kecepatan angin di bagian outlet sedangkan tipe diffuser memiliki diameter inlet yang lebih kecil daripada diameter outlet sehingga dapat meningkatkan kecepatan angin pada daerah inlet atau daerah masuknya angin. Wind lens yang digunakan merupakan komponen berbentuk diffuser dengan tambahan brim yang berbentuk seperti cincin .
Brim (flange) terletak pada bagian outlet dari wind lens tersebut. Brim yang terletak di bagian belakang dapat menciptakan area pusaran angin yang disebut vortex. Vortex menyebabkan area di belakang wind lens memiliki tekanan yang lebih rendah daripada area di depan sehingga dapat meningkatkan kecepatan angin pada daerah inlet.
Adanya brim memungkinkan terjadinya turbulensi angin yang dapat menghalangi dan mengurangi kecepatan angin datang. Perubahan sudut brim diharapkan mampu meningkatkan kinerja dari turbin angin.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Melakukan kajian pada nilai kecepatan angin lokal akibat adanya pemasangan wind lens dengan sudut brim yang berbeda di sekitar turbin angin.
2. Melakukan kajian pada daya yang dihasilkan turbin angin akibat adanya perubahan sudut brim pada wind lens yang dipasang di sekitar turbin angin. 3. Melakukan kajian pada nilai power coefficient ataupun efisiensi turbin angin
3
Ruang Lingkup Penelitian
Beberapa batasan-batasan terhadap masalah yang akan diteliti yaitu :
1. Turbin angin yang digunakan adalah turbin angin aksis horizontal skala mikro (laboratorium).
2. Wind lens yang dibuat adalah diffuser berbentuk compact yang mengacu pada hasil penelitian Ohya dan Karasudani (2010).
3. Sumber angin berasal dari axial fan dengan kecepatan angin yang sesuai dengan rata-rata kecepatan angin di Indonesia. Kecepatan angin berada pada rentang 3 m s-1 sampai dengan 5 m s-1.
4. Perubahan sudut dilakukan pada bagian brim yaitu sudut 90°, 75°, dan 60°. 5. Efek perpindahan panas akibat aliran fluida dalam wind lens diabaikan. 6. Pengaruh kekerasan permukaan pada dinding wind lens diabaikan.