Pengaruh Variasi Sudut Kemiringan Bilah Terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Tegak Dalam Terowongan Angin Sederhana

(1)

PENGARUH VARIASI SUDUT KEMIRINGAN BILAH

TERHADAP PERFORMA

DALAM TEROWONGAN ANGIN SEDERHANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PENGARUH VARIASI SUDUT KEMIRINGAN BILAH

TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU TEGAK

DALAM TEROWONGAN ANGIN SEDERHANA

DEPARTEMEN FISIKA

BOGOR 2015

SITI RAHAYU LATIFAH

PENGARUH VARIASI SUDUT KEMIRINGAN BILAH

TURBIN ANGIN SUMBU TEGAK

DALAM TEROWONGAN ANGIN SEDERHANA

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Variasi Sudut Kemiringan Bilah Terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Tegak Dalam Terowongan Sederhana adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2015

Siti Rahayu Latifah

(4)

ABSTRAK

SITI RAHAYU LATIFAH. Pengaruh Variasi Sudut Kemiringan Bilah terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Tegak dalam Terowongan Angin Sederhana Dibimbing oleh TONY IBNU SUMARYADA dan ERUS RUSTAMI.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sudut kemiringan optimum (tilting angle θ) dari turbin angin sumbu tegak. Desain turbin angin ini termodifikasi dari model aerofoil NACA 6412. Performa turbin angin diuji dari 7 buah bilah dengan lima buah variasi sudut kemiringan yaitu 27̊, 30̊, 45̊, 60̊, dan 90̊. Kecepatan angin yang digunakan pada eksperimen ini dalam rentang 0-6 m/s. Performa pada turbin angin tersebut dievaluasi pada beberapa parameter yaitu daya angin, daya turbin, efisiensi turbin, torsi, dan Tip Speed Ratio (TSR). Hasil yang kami dapat bahwa turbin angin dengan sudut kemiringan bilah θ = 27º memiliki daya turbin yang paling efisien sebesar 50%.

Kata kunci: turbin angin sumbu tegak, sudut kemiringan bilah, daya keluaran, efisiensi turbin

ABSTRACT

SITI RAHAYU LATIFAH. The Influence of Blade Angel Variations to Perform of Vertical Axis Wind Turbine of Simple Wind Tunnel

Supervised by TONY IBNU SUMARYADA and ERUS RUSTAMI.

The purpose of this research is to find the optimum tilting angle of vertical axis wind turbine. The design of the wind turbine modified from NACA 6412 aerofoil model. The performance of the wind turbine were tested from seven fix blades with five tilting angle variation i.e. 27º, 30º, 45º, 60º, and 90º. The wind velocity that used in this experiment is within 0-6 m/s range. The performance of the wind turbine were evaluated from some parameter i.e. the power of wind, the power of turbine, efficiency of turbine, torque, and Tip Speed Ratio (TSR). Our result suggest that the wind turbine with the tilting angle θ = 27º has the most power with the turbine efficiency of 50%.

(5)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada Departemen Fisika

PENGARUH VARIASI SUDUT KEMIRINGAN BILAH

TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU TEGAK

DALAM TEROWONGAN ANGIN SEDERHANA

SITI RAHAYU LATIFAH

DEPARTEMEN FISIKA

BOGOR 2015

(6)

(7)

(8)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT dan shalawat serta salam semoga tetap tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW karena berkat rahmat dan karunia-NYA penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul

Pengaruh Variasi Sudut Kemiringan Bilah terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Tegak dalam Terowongan Angin Sederhana. Hasil penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Institut Pertanian Bogor.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1. Kedua orang tua penulis yaitu Bapak Dadang Nurjaman dan Ibu Didah yang selalu menberikan dukungan dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan penelitian ini.

2. Bapak Tony, Bapak Mamat, dan Bapak Erus selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis.

3. Bapak Heriyanto Syafutra selaku dosen penguji yang selalu memberikan kritik dan saran yang membangun.

4. Bapak Irmansyah selaku pembimbing akademik yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan studi di Departemen Fisika. 5. Lenni Pabrina, Pramudya Wardhani, dan Andrian yang telah membantu

penulis dalam menyelesaikan penelitian.

6. Adinda Mutiara, Riani Eka Fitri, Ana Fitriana, Fanny Novika, dan Syiffa Syafiah sebagai rekan yang selalu mendukung penulis.

7. Seluruh civitas akademik Departemen Fisika IPB.

8. Seluruh teman-teman Fisika angkatan 48 yang selalu memberikan semangat dan dukungan.

9. Beasiswa Bidik Misi yang telah memberikan dukungan moril.

Penulis berharap tulisan ini dapat bermanfaat dan dapat menjadi acuan untuk membuat turbin angin sumbu tegak dengan ukuran yang sesungguhnya. Kritik dan saran yang membangun sangan penulis harapkan untuk kemajuan penelitian ini.

Bogor, Agustus 2015

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 2

Angin 2

Turbin Angin 2

Energi Angin 3

Teori Momentum Elementer Betz 3

Tip Speed Ratio (TSR) 4

Torsi 4

EfisiensiTurbin 4

NACA Airfoil 6412 5

Terowongan Angin 5

METODE 6

Bahan 6

Alat 6

Prosedur Penelitian 6

Analisis Data 6

HASIL DAN PEMBAHASAN 8

SIMPULAN DAN SARAN 13

Simpulan 13

Saran 13

DAFTAR PUSTAKA 14

LAMPIRAN 15

(10)

DAFTAR GAMBAR

1 Profil Geometri NACA Airfoil 6412 Termodifikasi 5

2 Terowongan Angin Sirkuit Terbuka 5

3 Grafik rpm sudu turbin terhadap kecepatan angin 8 4 Grafik efisiensi turbin terhadap kecepatan angin 9 5 Grafik efisiensi turbin terhadap rpm sudu turbin 9

6 Grafik daya turbin terhadap kecepatan angin 10

7 Grafik daya turbin terhadap rpm sudu turbin 11

8 Grafik betz ratio terhadap Tip Speed Ratio (TSR) 11 9 Grafik Tip Speed Ratio (TSR) terhadap kecepatan angin 12 10 Grafik Tip Speed Ratio (TSR) terhadap rpm sudu turbin 12

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir penelitian 15

2 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin,

Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 27º 16 3 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin,

Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 90º 20 7 Efisiensi turbin pada sudut kemiringan bilah 27º, 30º, 45º, 60º, dan 90º 21

(11)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini Indonesia banyak mengalami krisis energi. Indonesia cenderung memanfaatkan bahan bakar fosil seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam sebagai sumber energi. Namun cadangan bahan bakar fosil semakin terbatas. Oleh karena itu diperlukan suatu upaya untuk mengatasi permasalahan tersebut. Salah satunya dengan mencari energi alternatif terbarukan yang sumbernya melimpah di alam seperti angin, air, surya dan geotermal.

Sekitar 1% energi matahari yang mencapai bumi diubah menjadi energi angin. Energi angin dapat dikumpulkan dan diubah menjadi bentuk energi lain oleh turbin angin.Seperti pada sistem fotovoltaik, biaya modal sistem jenis ini lebih tinggi daripada pembangkit daya pembakaran batubara pada kapasitas yang sama, walupun sejumlah pemasangan turbin angin dapat menghasilkan energi pada biaya sekitar 7 sen per kilowatt-jam.1

Angin merupakan salah satu sumber energi yang ramah lingkungan. Penggunannya tidak menimbulkan emisi gas karbon dioksida. Energi angin merupakan sumber daya alam yang dapat diperoleh secara cuma-cuma yang jumlahnya melimpah dan tersedia terus-menerus sepanjang tahun. Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki sekitar 17.500 pulau dengan panjang garis pantai lebih dari 81.290 km. Indonesia memiliki potensi energi angin yang sangat besar yaitu sekitar 9.3 GW dan total kapasitas yang baru terpasang saat ini sekitar 0.5 MW.2

Indonesia memiliki potensi energi angin yang cukup memadai karena kecepatan angin rata-rata berkisar 3.5-7 m/s. Berdasarkan hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) kecepatan angin rata-rata di pulau Jawa berkisar 2.5-4.0 m/s. Berdasarkan hasil pemetaan tersebut turbin angin yang paling cocok diterapkan yaitu turbin angin sumbu tegak tipe Savonius karena turbin angin tipe Savonius ini diaplikasikan untuk daerah dengan kecepatan angin rendah.3

Pada bidang pertanian pemanfaatan energi angin biasanya dengan menggunakan alat konversi kincir angin. Energi kinetik angin ditangkap oleh sudu-sudu dengan luasan tertentu sehingga terjadi putaran (RPM) pada sudu. Putaran sudu (RPM) akan menghasilkan energi mekanik yang mampu memutar poros pompa sentrifugal yang akan digunakan untuk menaikkan air irigasi.4

(12)

2

Perumusan Masalah

Daya keluaran turbin angin sumbu tegak masih rendah. Oleh karena itu diperlukan suatu cara untuk meningkatkan daya keluaran tersebut dengan memvariasikan nilai parameter-parameter yang ada.

Tujuan Penelitian

Menentukan sudut kemiringan bilah (tilting angle θ) dari turbin angin sumbu tegak yang menghasilkan daya keluaran paling optimum.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini dapat dijadikan sebagai acuan untuk pembuatan turbin angin sumbu tegak dengan ukuran yang lebih besar yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik.

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini mengkaji tentang bagaimana kinerja turbin angin sumbu tegak supaya menghasilkan daya keluaran paling optimum dengan memvariasikan sudut kemiringan bilah.

TINJAUAN PUSTAKA

Angin

Angin merupakan gerakan udara yang mengalir dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah yang bertekanan rendah. Pada iklim panas-lembab, pergerakan anginberguna untuk menyejukkan kulit. Penyebaran tekanan angin dipengaruhi beberapa faktor diantaranya bentuk bangunan, kecepatan angin, arah angin, lokasi dan lingkungan.Tekanan permukaan positif terdapat dibagian angin datang dan tekanan permukaan negatif terdapat di bagian belakang angin.2

Turbin Angin

Turbin angin merupakan sebuah sistem yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik (rotasi). Berdasarkan arah sumbu rotasinya turbin angin digolongkan ke dalam dua kategori yaitu Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Turbin angin poros vertikal mempunyai sumbu vertikal dengan sudu paralel pada sumbunya. Sudu turbin angin poros vertikal akan mengalami headwind dan tailwind.5

(13)

3 masuk. Rotasi pada poros turbin digerakkan oleh tailwind, sedangkan headwind

cenderung memperlambat rotasi sehingga menyebabkan koefisien turbin rendah. Ada beberapa kelebihan yang dimiliki turbin angin poros vertikal di antaranya aman, mudah dalam pembuatannya, dapat dipasang tidak jauh dari tanah, dan mempunyai kemampuan yang lebih baik dalam menangani turbulensi angin.5

Energi Angin

Energi yang digunakan angin untuk memberikan gaya dorong terhadap turbin yaitu energi kinetik.

Ek = mv2 ₍₁₎

keterangan : Ek = energi kinetik turbin (joule)

m = massa turbin (kg)

v = kecepatan angin (m/s)

Energi kinetik angin yang berhembus per satuan waktu (daya angin) adalah:

Pw = (ρAv)(v2_{) =}_ρA_v3 ₍₂₎

keterangan : Pw = daya angin (watt)

ρ = densitas udara (ρ = 1.225 kg/m3)

A = luas penampang turbin (m2₎ v = kecepatan angin (m/s)

PT = ρA(v1+v2) (v12-v22) (3)

keterangan : PT = daya turbin (watt)

ρ = densitas udara (ρ = 1.225 kg/m3₎

A = luas penampang turbin (m2) v1 = kecepatan angin (m/s)

v2 = kecepatan turbin (m/s)

Teori Momentum Elementer Betz

Perbandingan daya mekanik turbin terhadap daya keluaran teoritik disebut faktor daya (Cp).

Cp = = ( ) ( ) (4)

(14)

4

menjadi daya mekanik. Angka ini kemudian disebut faktor Betz. Faktor Betz menunjukkan nilai maksimum kemampuan dari semua alat konversi energi angin.2

Tip Speed Ratio (TSR)

Tip Speed Ratio (TSR) merupakan perbandingan antara kecepatan putar turbin terhadap kecepatan angin.2

λ = (5)

keterangan : λ = tip speed ratio (rad)

ω = kecepatan sudut turbin (rad/s)

R = jari-jari turbin (m) vw = kecepatan angin (m/s)

Torsi

Torsi didefinisikan sebagai ukuran keefektifan gaya dalam menghasilkan putaran atau rotasi untuk mengelilingi sumbu.6

= (6)

keterangan : vw = kecepatan angin (m/s) R = jari-jari turbin (m)

TSR = Tip Speed Ratio (rad) T = torsi (m4_/rad2_s)

Efisiensi Turbin

Untuk menyatakan performa suatu mesin biasanya dinyatakan dalam efisiensi yang merupakan perbandingan antara efek manfaat yang digunakan dengan pengorbanan yang dilakukan.6

η = x 100 % (7)

Keterangan : η = efisiensi turbin (%) Pturbin = daya turbin (Watt)

(15)

Gambar 1 Profil Geometri NACA 6412 Termodifikasi

NACA airfoil 6412 merupakan salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap bodi lainnya dan dengan bantuan penyelasaian matematis sehingga memungkinkan untuk memprediksi seberapa besar gaya angkat yang dihasil

Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik meliputi ketebalan maksimum, maksimum n = bentuk melengkung, posisi maksimum ketebalan, posisi maksimum bentuk melengkung, dan jari

Terowongan angin adalah suatu alat yang digunakan untuk mempelajari efek aliran udara yang melewati benda solid. Ada dua tipe dasar dari terowongan angin yaitu terowongan angin sirkuit terbuka dan terowongan angin sirkuit tertutup. Pada penelitian ini saya

Gambar 2

NACA Airfoil 6412

airfoil 6412 merupakan salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap bodi lainnya dan dengan bantuan penyelasaian matematis sehingga memungkinkan untuk memprediksi seberapa besar gaya angkat yang dihasilkan oleh suatu bodi airfoil. Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik meliputi ketebalan maksimum,

bentuk melengkung, posisi maksimum ketebalan, posisi maksimum bentuk melengkung, dan jari-jari kelengkungan.7

Terowongan Angin

Terowongan angin adalah suatu alat yang digunakan untuk mempelajari efek aliran udara yang melewati benda solid. Ada dua tipe dasar dari terowongan angin yaitu terowongan angin sirkuit terbuka dan terowongan angin sirkuit tertutup. Pada penelitian ini saya menggunakan terowongan angin sirkuit terbuka.

Gambar 2 Terowongan Angin Sirkuit Terbuka

5

airfoil 6412 merupakan salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap bodi lainnya dan dengan bantuan penyelasaian matematis sehingga memungkinkan untuk kan oleh suatu bodi airfoil. Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik meliputi ketebalan maksimum, bentuk melengkung, posisi maksimum ketebalan, posisi

Terowongan angin adalah suatu alat yang digunakan untuk mempelajari efek aliran udara yang melewati benda solid. Ada dua tipe dasar dari terowongan angin yaitu terowongan angin sirkuit terbuka dan terowongan angin sirkuit menggunakan terowongan angin sirkuit terbuka.8

(16)

6

METODE

Metode yang dilakukan pada penelitian ini meliputi studi literatur, simulasi, pembuatan model, dan uji kinerja model. Kegiatan yang dilakukan pada penelitian ini meliputi perancangan model turbin angin sumbu tegak tujuh sudu dengan profil airfoil NACA 6412 termodifikasi, pembuatan turbin, set up alat, dan pengambilan data. Pengambilan data dilakukan dengan mengukur banyaknya putaran turbin (rotasi per menit, rpm ) untuk setiap variasi sudut turbin pada berbagai variasi kecepatan angin (pada rentang 1-6 ms-1_).

Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain plastik ABS, lem power glue, dan akrilik.

Alat

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini yaitu terowongan angin, kipas angin, anemometer, solder, lem tembak, busur derajat, spidol, sensor DHT, sensor rpm, arduino UNO, laptop, dan dimmer (pengatur kecepatan).

Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap yaitu perancangan turbin dilakukan dengan simulasi menggunakan perangkat lunak Aerofoil versi 3.2 dan desain struktur menggunakan Google Sketchup Pro 8. Setelah itu dilakukan pembuatan model turbin dengan menggunakan Printer 3 Dimensi. Kemudian dilakukan set up alat untuk pengujian dan pengambilan data. Data yang diambil digunakan untuk menghitung daya mekanik turbin dan efisiensi konversi energi angin oleh turbin.

Analisis Data

Analisis daya mekanik turbin dan efisiensi konversi energi angin dilakukan dengan melakukan pengambilan data berupa kecepatan angin dan kecepatan turbin yang diperoleh dari anemometer sedangkan rpm diperoleh dari arduino UNO. Pengambilan data dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali untuk masing-masing sudut. Data yang telah diperoleh kemudian diolah untuk mendapatkan nilai daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi konversi, Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi.

Daya turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

(17)

7 Daya angin dihitung dengan menggunakan persamaan :

Pw = (ρAv)(v2_{) =}_ρA_v3 ₍₂₎

keterangan : Pw = daya angin (watt)

ρ = densitas udara (ρ = 1.225 kg/m3)

A = luas penampang turbin (m2₎ v = kecepatan angin (m/s)

Betz ratio dihitung dengan menggunakan persamaan :

Cp = = ( ) ( ) (4)

Efisiensi konversi dihitung dengan menggunakan persamaan :

η = x 100 % (7)

Keterangan : η = efisiensi turbin (%) Pturbin = daya turbin (watt) Pangin = daya angin (watt)

Tip Speed Ratio (TSR) dihitung dengan menggunakan persamaan :

λ = (5)

keterangan : λ = tip speed ratio (rad)

ω= kecepatan sudut turbin (rad/s)

R = jari-jari turbin (m) vw =kecepatan angin (m/s)

Torsi dihitung dengan persamaan :

= (6)

keterangan : T = torsi (m4/rad2 s) vw= kecepatan angin (m/s) R = jari-jari turbin (m)

(18)

8

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 3 Grafik rpm sudu turbin terhadap kecepatan angin

Gambar 3 menjelaskan hubungan antara rpm sudu turbin terhadap kecepatan angin menunjukan bahwa nilai rpm sudu turbin akan naik dengan bertambahnya kecepatan angin. Hal ini berlaku untuk semua sudut kemiringan bilah. Berdasarkan Gambar 3 dapat terlihat bahwa sudut kemiringan bilah 45º mempunyai nilai rpm sudu turbin terbesar dibandingkan dengan sudut kemiringan bilah lainnya sedangkan sudut kemiringan bilah 90º mempunyai nilai rpm sudu turbin terkecil diantara sudut kemiringan bilah lainnya. Hal ini dapat terjadi karena pada sudut kemiringan bilah 45º gaya dorong angin dan gaya hambat turbin seimbang sedangkan pada sudut kemiringan bilah 90º gaya hambat turbin lebih besar daripada gaya dorong angin sehingga menghasilkan nilai rpm sudu turbin yang kecil.

Hubungan antara efisiensi turbin terhadap kecepatan angin dapat terlihat pada Gambar 4. Pada Gambar 4 dapat terlihat bahwa semakin bertambahnya kecepatan angin maka efisiensi turbinnya semakin menurun. Berdasarkan Gambar 4 dapat terlihat bahwa rata-rata sudut kemiringan bilah mempunyai efisiensi turbin maksimum pada kecepatan angin 2 m/s sedangkan setelah melewati kecepatan angin 2 m/s efisiensi turbinnya menurun. Performa turbin angin sumbu tegak dengan menggunakan modifikasi NACA 6412 ini mempunyai daya keluaran yang rendah pada kecepatan angin tinggi. Sudut kemiringan bilah 27º mempunyai rata-rata efisiensi turbin terbesar yaitu mencapai 50%.

(19)

9

Gambar 4 Grafik efisiensi turbin terhadap kecepatan angin

Gambar 5 Grafik efisiensi turbin terhadap rpm sudu turbin

Hubungan antara efisiensi turbin terhadap rpm sudu turbin dijelaskan pada Gambar 5. Berdasarkan Gambar 5 dapat terlihat bahwa semakin bertambahnya nilai rpm sudu turbin maka efisiensi turbinnya semakin menurun. Rata-rata efisiensi turbin paling maksimum yang dicapai masing-masing sudut kemiringan bilah yaitu pada 30 rpm sedangkan setelah melewati 30 rpm efisiensi turbinnya menurun. Sudut kemiringan bilah 27º mempunyai rata-rata efisiensi terbesar dibandingkan sudut kemiringan bilah lainnya.

(20)

10

Gambar 6 Grafik daya turbin terhadap kecepatan angin

Hubungan antara daya turbin terhadap kecepatan angin dapat terlihat pada Gambar 6. Berdasarkan gambar tersebut dapat terlihat dengan semakin bertambahnya kecepatan angin maka daya turbin akan semakin meningkat. Daya turbin terbesar pada sudut kemiringan bilah 27º dan 30º. Dari grafik dapat terlihat selisih daya turbin antara sudut kemiringan bilah 27º dan 30º sangat kecil sehingga garis antara sudut kemiringan bilah 27º dan 30º hampir berhimpit. Artinya kemampuan daya serap angin turbin angin sumbu tegak menggunakan modifikasi NACA 6412 pada sudut kemiringan bilah 27º dan 30º sangat optimum. Sedangkan untuk sudut kemiringan bilah 90º tidak terjadi kenaikan daya keluaran yang signifikan meskipun kecepatan anginnya maksimum.

Gambar 7 memperlihatkan hubungan antara daya turbin terhadap rpm sudu turbin. Semakin bertambah nilai rpm sudu turbin maka daya turbin semakin meningkat. Daya turbin paling optimum diperoleh pada sudut kemiringan bilah 30º dengan rpm sudu turbin hampir mencapai nilai 100.

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 1 2 3 4 5 6

da

ya

tu

rb

in

(w

at

t)

kecepatan angin (m/s)

(21)

11

Gambar 7 Grafik daya turbin terhadap rpm sudu turbin

Gambar 8 Grafik betz ratio terhadap Tip Speed Ratio

(22)

12

Gambar 9 Grafik Tip Speed Ratio terhadap kecepatan angin

Gambar 10 Grafik Tip Speed Ratio terhadap rpm sudu turbin

Gambar 8 memperlihatkan hubungan antara Cp (betz ratio) terhadap Tip Speed Ratio (TSR) untuk masing-masing sudut kemiringan bilah. Cp menyatakan efisiensi turbin sedangkan Tip Speed Ratio (TSR) menunjukan perbandingan kecepatan putar sudu terhadap kecepatan angin. Dari gambar 4 dapat terlihat nilai

Tip Speed Ratio (TSR) untuk semua sudut kemiringan bilah kurang dari 1 artinya turbin angin sumbu tegak ini merupakan turbin angin dengan tipe dorong karena lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya dorong.9

Rata-rata sudut kemiringan bilah mencapai efisiensi turbin maksimum pada saat Tip Speed Ratio (TSR) minimum karena pada saat nilai Tip Speed Ratio

(TSR) minimum gaya dorong turbinnya maksimum. Sebaliknya pada saat nilai

(23)

13 pada saat Tip Speed Ratio (TSR) maksimum gaya hambat turbin lebih besar daripada gaya dorong sehingga putaran turbin cenderung melambat.

Gambar 9 menjelaskan hubungan antara Tip Speed Ratio (TSR) terhadap kecepatan angin. Semakin meningkatnya kecepatan angin maka nilai Tip Speed Ratio (TSR) semakin naik. Hal ini berlaku untuk semua sudut kemiringan bilah. Sudut kemiringan bilah 45º mempunyai nilai Tip Speed Ratio (TSR) terbesar dibandingkan sudut kemiringan bilah lainnya karena pada sudut kemiringan bilah 45º sudu turbin mengalami gaya dorong terbesar sehingga nilai Tip Speed Ratio

maksimum.

Gambar 10 menjelaskan hubungan antara Tip Speed Ratio (TSR) terhadap rpm sudu turbin. Semakin meningkatnya nilai rpm sudu turbin maka nilai Tip Speed Ratio (TSR) semakin meningkat. Nilai Tip Speed Ratio (TSR) terbesar yaitu pada sudut kemiringan bilah 45º dengan putaran sudu turbin hampir mencampai 100 rpm.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa sudut kemiringan bilah dari turbin angin sumbu tegak dengan modifikasi NACA 6412 yang menghasilkan daya keluaran turbin paling optimum yaitu pada sudut kemiringan bilah 27̊ dengan rata-rata daya serap angin mencapai 50%.

Saran

(24)

14

DAFTAR PUSTAKA

1. Young, D Hugh et al. Sears and Zemansky’s University Physics. Jakarta : Erlangga. 2002.

2. Dewi, Marizka Lustia. Analisis Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal Dengan Modifikasi Rotor Savonius L Untuk Optimasi Kinerja Turbin.

[Skripsi]. Departemen Fisika, FMIPA UNS. 2010.

3. Kevin, Phobi. Analisis Potensi Kincir Angin Savonius Sebagai Penggerak Pompa Submersible. [Skripsi]. Teknologi Pertanian, Fak. Teknologi Pertanian Universitas Andalas Padang. 2011.

4. Pradana, Achmada Jaya., Nugroho, Gunawan., Musyafa’, Ali. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal Jenis Savonius dengan Variasi Profil Kurva Blade untuk Memperoleh Daya Maksimum. Jurnal Teknik Pomits, Vol 7, No.7,1-6. 2013.

5. Marnoto, Tjukup. Peningkatan Efisiensi Kincir Angin Poros Vertikal Melalui Sistem Buka-Tutup Sirip pada 3 Sudu. Jurusan Teknik Kimia, Fak. Teknologi Industri, Universitas Pembangunan “Veteran” Yogyakarta. Jurnal Teknik Mesin, Vol 11, No.2. 2010.

6. Kusbiantoro, Andri., Soenoko, Rudy., Sutikno, Djoko. Pengaruh Panjang Lengkung Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Vertikal Savonius. Jurusan Teknik Mesin, Fak. Teknik Universitas Brawijaya Malang. 2013.

7. Yulia, Fayza. Analisa Performa Pesawat Pada Jenis Airfoil NACA 0012, NACA 2212, NACA 6412 Dengan Ketentuan Yang Sama dan Sudut Serang 10º dan 30º. Teknik Mesin, Universitas Indonesia. 2013.

8. [NASA] National Aeronautics and Space Administration. Open Return Wind Tunnel. GRC. [Internet]. [di unduh 2014 Nov 12]. Tersediapada:http//www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/tunoret.html. 2010.

9. Asy’ari, Hasyim., Budiman, Aris., Agung Nugraha, Nurmuntaha.

(25)

15 Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Mulai

Studi Pustaka

Perancangan Model Turbin

Pembuatan Model Turbin

Set up Alat

Pengambilan Data

Analisis Data

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Pembuatan Wind Tunnel

Optimum Tidak

(26)

16

Lampiran 2 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin, Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 27º

Diketahui : ρ = 1.225 kg/m3

A = 0.0483 m2

Jari-jari turbin = 0.118 m

v1 = 5.4333 m/s

v2 = 3.6444 m/s

rpm sudu turbin = 89.641 Perhitungan daya turbin

PT = ρA(v1+v2) (v12-v22)

= x 1.225 x 0.04838 x (5.43333+3.644444)(5.433332-3.6444442) = 2.18416 watt

Perhitungan daya angin

Pw = (ρAv)(v2_{) =} _ρA_v3

= x 1.225 x 0.04838 x 5.433333 = 4.75303 watt

Perhitungan betz ratio

Cp = = ( ) ( )

= . . ( . . ) ( . – . ) . . .

= 0.4595

Perhitungan efisiensi turbin

η = x 100 % = ._. x 100% = 45.9529 %

Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)

λ =

= . ._. . = 0.2037 rad Perhitungan torsi

=

= . _. .

(27)

17 Lampiran 3 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin, Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 30º

A = 0.0483 m2

v1 = 5.4333 m/s

v2 = 3.5083 m/s

PT = ρA(v1+v2) (v12-v22)

= x 1.225 x 0.0483(5.4333+3.5083) (5.43332_–3.50832₎

= 2.2803 watt Perhitungan daya angin

Pw = (ρAv)(v2_{) =} _ρA_v3

= x 1.225 x 0.0483 x 5.43333 = 4.7530 watt

Cp= = ( ) ( )

= . . ( . . ) ( . – . ) . . .

= 0.4797

η = x 100 % = ._. x 100% = 47.9776 %

λ =

=

= . _. .

(28)

18

Lampiran 4 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin, Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 45º

A = 0.0483 m2

v1 = 5.4833 m/s

v2 = 4.025 m/s

PT = ρA(v1+v2) (v12-v22)

= x 1.225 x 0.0483(5.4833+4.025) (5.48332_–4.0252₎

Pw = (ρAv)(v2_{) =} _ρA_v3

= x 1.225 x 0.0483 x 5.48333 = 4.8854 watt

Cp = = ( ) ( )

= . . ( . . ) ( . – . ) . . .

= 0.3998

η = x 100 % = ._. x 100% = 39.9854 %

λ =

=

= . _. .

(29)

19 Lampiran 5 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin, Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 60º

A = 0.0483 m2

v1 = 5.4166 m/s

v2 = 4.3916 m/s

PT = ρA(v1+v2) (v12-v22)

= x 1.225 x 0.0483(5.4166+4.3916) (5.41662_–4.39162₎

Pw = (ρAv)(v2_{) =} _ρA_v3

= x 1.225 x 0.0483 x 5.41663 = 4.7094 watt

Cp = = ( ) ( )

= . . ( . .3916) ( . – . ) . . .

= 0.3102

η = x 100 % = ._. x 100% = 31.0233 %

λ =

=

= . _. .

(30)

20

Lampiran 6 Contoh perhitungan daya turbin, daya angin, betz ratio, efisiensi turbin, Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi pada sudut kemiringan bilah 90̊

A = 0.0483 m2

v1 = 5.3666 m/s

v2 = 5.2333 m/s

PT = ρA(v1+v2) (v12-v22)

= x 1.225 x 0.0483(5.3666+5.2333) (5.36662_–5.23332₎

Pw = (ρAv)(v2_{) =} _ρA_v3

= x 1.225 x 0.0483 x 5.36663 = 4.5802 watt

Cp= = ( ) ( )

= . . ( . . ) ( . – . ) . . .

= 0.0484

η = x 100 % = ._. x 100% = 4.8462 %

λ=

=

= . _. .

(31)

21 Lampiran 7 Efisiensi turbin pada sudut kemiringan bilah 27º, 30º,45º, 60º, dan 90º

Sudut kemiringan bilah 27º v1

(32)

22

Sudut kemiringan bilah 45º v1 Sudut kemiringan bilah 60º

(33)

23 Sudut kemiringan bilah 90º

(34)

24

Lampiran 8 Dokumentasi Penelitian

Arduino UNO

Turbin Angin Sumbu Tegak 7 blade

(35)

25

RIWAYAT HIDUP

Siti Rahayu Latifah lahir di Tasikmalaya pada 18 Juli 1992 merupakan putri pertama dari Bapak Dadang Nurjaman dan Ibu Didah. Penulis lulusan RA Al-Hikmah pada tahun 1999 kemudian melanjutkan pendidikan dasar di SD Negeri Cintawana dan lulus tahun 2005. Tahun 2008 penulis lulus dari SMP Negeri 1 Mangunreja. Tahun 2011 penulis melanjutkan pendidikan ke Institut Pertanian Bogor melewati jalur SNMPTN Undangan sebagai mahasiswa Fisika.