Tugas Akhir BAB I PENDAHULUAN

(1)

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Indonesia saat ini menghadapi masalah krisis energi yang parah, baik dalam harga maupun ketersediaannya. Krisis ekonomi yang telah terjadi di Indonesia sejak Orde Baru berakhir berdampak pada sedikitnya penambahan kapasitas pembangkitan listrik. Hal ini tentu saja menyebabkan krisis penyediaan listrik di beberapa daerah yang menimbulkan efek tidak menguntungkan bagi pertumbuhan ekonomi Indonesia sebab pertumbuhan ekonomi masyarakat menyebabkan permintaan akan tenaga listrik semakin meningkat (www.energi.lipi.go.id). Hal ini harus diimbangi dengan ketersediaan tenaga listrik dalam jumlah, keandalan, dan mutu yang memadai.

Perusahaan Listrik Negara (PLN) yang mendapat tugas dalam pengadaan energi listrik oleh pemerintah, kesulitan dalam menambah pembangkit-pembangkit baru, hal ini dikarenakan naiknya harga BBM dan non BBM (seperti batubara) yang merupakan bahan bakar utama sebagian besar pembangkit listrik. Jika hal ini dibiarkan terus menerus, dimana PLN tidak mampu menambah kapasitas pembangkitan listrik sedangkan kebutuhan akan listrik terus meningkat, maka dipastikan krisis energi listrik akan terjadi dan mengakibatkan efek beruntun seperti terhentinya perekonomian. Saat ini, dampak yang terasa jelas terjadi di Pulau Jawa dimana pemadaman bergilir dilakukan karena tidak seimbangnya antara pasokan listrik dengan ketersedian jumlah listrik yang diproduksi (www.energi.lipi.go.id). Oleh karena itu, perlu dilakukan berbagai terobosan oleh berbagai pihak, baik itu PLN, pemerintah dan masyarakat pada umumnya untuk mengatasi persoalan ketersediaan energi listrik ini, sehingga diharapkan pada ulang tahun Republik Indonesia yang ke-75 Indonesia dapat menikmati listrik di seluruh penjuru sesuai misi PLN tahun 2015.

(2)

2

mengurangi ketergantungan terhadap BBM, salah satunya adalah dengan mengembangkan berbagai energi alternatif yang dapat menggantikan bahan bakar fosil sebagai penghasil listrik. Di Indonesia, sebenarnya cukup banyak sumber-sumber energi alternatif yang tersedia. Untuk solar sel, letak Indonesia yang berada di garis katulistiwa sudah tidak diragukan lagi dengan potensi sebesar 4 KWh/m2. Sumber energi alternatif lainnya pun memiliki potensi yang besar seperti geothermal dengan total potensi sebesar 19.658 MW, tenaga hydro memiliki total potensi 75.000 MW, sedangkan yang saat ini termanfaatkan baru sekitar 34.000 MW. Untuk energi angin, Indonesia memiliki potensi sebesar 9.286 MW (www.energi.lipi.go.id).

Namun dari potensi tersebut belum seluruhnya bisa dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik, mengingat ada beberapa kendala antara lain:

1. Lokasi yang jauh dari pusat beban.

2. Belum tersedianya teknologi pemanfaatan energi alternatif yang cukup ekonomis terutama dengan pembangkit konvensional.

3. Kontinuitas ketersediaan pasokan energi alternatif.

4. Pembangunan fasilitas yang memakan waktu yang lama dan tidak ekonomis

(3)

3

Pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi alternatif non-konvensional terutama di negara maju telah banyak diaplikasikan baik untuk menghasilkan energi listrik maupun energi mekanik. Di Jerman misalnya, sepanjang tahun 2003 telah memanfaatkan 18.500 GWh energi yang berasal angin (www.wikipedia.org). Energi angin merupakan sumber energi yang ramah lingkungan. Pembangkit energi angin tersebut tidak menimbulkan emisi karbon dioksida sehingga ramah lingkungan.

Pemanfaatan energi angin dalam sistem ventilasi untuk mensirkulasi udara di dalam sebuah ruangan, dimanfaatkan secara luas terutama pada industri, pergudangan, workshop, bahkan rumah tangga dengan memasang peralatan yang disebut sebagai

turbine ventilator atau roof ventilator. Peralatan ini berfungsi

untuk menghisap udara dalam sebuah ruangan yang selanjutnya akan dibuang menuju atmosfir. Peralatan tersebut tidak membutuhkan energi listrik untuk memutarnya, cukup dengan hembusan angin dari luar gedung, peralatan tersebut telah berfungsi dengan baik.

Modifikasi memperluas penggunaan turbine ventilator untuk pembangkit listrik adalah dengan penambahan komponen pengubah energi dari mekanik menjadi listrik. Lai, C.M. (2003) melakukan serangkain tes pada kamar mandi, hasil yang dicapai bahwa debit ventilasi meningkat dan mampu menciptakan pencampuran udara luar sehingga udara dalam ruangan menjadi lebih segar. Lai, C.M. (2003) mengkombinasikan dengan inner

fan untuk meningkatkan kinerja turbine ventilator. Umumnya

kombinasi dengan inner fan mampu memberikan hasil positif pada debit udara ventilasi, sedangkan kecepatan optimal dari

inner fan berkisar pada angka 1500 rpm. Kecepatan ideal untuk inner fan dicapai pada kecepatan angin rendah yaitu 5m/s, dan

akan semakin berkurang pengaruhnya ketika kecepatan angin bertambah dan hilang sama sekali pada 10 m/s.

(4)

4

penambahan rasio panjang dan diameter pipa cerobong turbine

ventilator untuk mendapatkan unjuk kerja turbine ventilator yang

optimal sebagai pembangkit tenaga listrik.

1.2 Perumusan Masalah

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya putaran turbine ventilator, yaitu besarnya debit ventilasi yang mengalir pada pipa cerobong turbine ventilator dan besarnya kecepatan freestream udara yang mengalir menuju turbine

ventilator, sehingga Lai, C.M. (2003) melakukan modifikasi

dengan penambahan inner fan, yang tujuannya untuk mendapatkan debit ventilasi dan putaran turbine ventilator yang besar.

Berdasarkan pertimbangan di atas dan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, Lai, C.M. (2003), maka penelitian ini difokuskan untuk melakukan modifikasi penambahan rasio panjang dan diameter turbine ventilator. Modifikasi penambahan rasio panjang dan diameter pipa cerobong turbine ventilator (L/D) dimaksudkan agar memperoleh debit yang besar pada pipa cerobong turbine ventilator, karena dengan semakin bertambahnya rasio panjang dan diameter turbine ventilator, dan dengan diameter turbine ventilator konstan, akan terjadi penurunan tekanan didalam pipa cerobong turbine ventilator, sehingga menimbulkan perbedaan tekanan yang semakin besar antara udara yang memasuki inlet pipa cerobong turbine

ventilator dan udara pada outlet pipa cerobong turbine ventilator.

Perbedaan tekanan ini akan menimbulkan terjadinya perbedaan energi yang semakin besar antara udara yang memasuki inlet pipa cerobong turbine ventilator dan udara pada outlet pipa cerobong

turbine ventilator, sehingga akan menghasilkan debit yang

semakin besar pada outlet pipa cerobong turbine ventilator. Dengan semakin bertambahnya debit pada outlet pipa cerobong

turbine ventilator, maka akan dihasilkan unjuk kerja turbine ventilator yang lebih besar, dan akan mempengaruhi besarnya

(5)

5

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh rasio panjang dan diameter pipa cerobong turbine

ventilator terhadap unjuk kerja turbine ventilator, dalam hal ini

perbedaan tekanan pada pipa cerobong, putaran, dan daya listrik yang dihasilkan oleh turbine ventilator. Percobaan ini dilakukan dengan cara :

1. Mengukur takanan statis pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator

2. Mengukur besarnya putaran yang dihasilkan oleh turbine

ventilator

3. Mengukur besarnya daya yang dihasilkan oleh turbin

ventilator

I.4. Batasan Masalah

Untuk lebih memfokuskan arah penelitian, maka diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut:

1. Roof atau turbine ventilator yang akan dilakukan pengujian adalah dengan menggunakan desain yang beredar atau tersedia di pasaran.

2. Turbine ventilator yang digunakan dalam pengujian memiliki rasio panjang dan diameter pipa cerobong sebesar 1, 2 dan 3

3. Besarnya bilangan Reynolds yang digunakan dalam pengujian adalah 56.000, 93.000, 130.000, dan 170.000 4. Aliran yang dipakai bersifat incompressible, viscous,

uniform, dan steady.

5. Kemungkinan terjadinya perpindahan panas dapat diabaikan.

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini diharapkan memiliki manfaat antara lain :

1. Turbine ventilator dapat dimanfaatkan sebagai micro

power plant

(6)

6

(7)

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Terjadinya Angin

Energi angin merupakan bentuk tidak langsung energi matahari, karena angin dipengaruhi oleh pemanasan yang tidak merata dari kerak bumi oleh matahari.

Angin secara garis besar dapat diklasifikasikan sebagai angin “planetary” dan “lokal”. Angin planetary disebabkan oleh pemanasan yang lebih besar pada permukaan bumi dekat ekuator dari pada kutub utara dan selatan. Hal ini menyebabkan udara hangat di tropis naik dan mengalir melalui atmosfer ke kutub dan udara dingin dari kutub mengalir kembali ke ekuator di dekat permukaan bumi.

Gambar 2.1 Angin planetary dalam atmosfer bumi (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2005)

Arah angin dipengaruhi oleh rotasi bumi. Udara hangat menuju kutub di atas atmosfer diasumsikan ke arah timur (di kedua hemisfer), yang menyebabkan timbulnya “prevailing

westerlies” (Gambar 2.1). Pada saat yang sama, inersia udara

(8)

8

menyebabkannya bergerak ke barat menghasilkan “northeast

trade winds” di hemisfer utara dan “southeast trade winds” di

hemisfer selatan. Angin lokal disebabkan dua mekanisme, yang pertama adalah perbedaan panas antara daratan dan air, dan yang kedua karena hill and mountain sides.

2.2 Potensi Energi Angin di Indonesia

Menurut beberapa literatur, kecepatan angin yang dikehendaki untuk kincir angin berada pada kelas 3 sampai kelas 8 (table 2.1), dimana angin bertiup pada 3 m/s sampai 20 m/s. Indonesia belum memiliki peta angin dimana pada setiap daerah dimonitor kecepatan angin sebagai referensi untuk pembangunan kincir angin dan untuk keperluan lainnya, seperti penerbangan. Potensi energi angin di Indonesia umumnya berkecepatan lebih dari 5 meter per detik (m/detik). Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan) pada 120 lokasi menunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/detik, masing-masing Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa (www.energi.lipi.go.id).

(9)

9

Berikut ini (Tabel 2.2) beberapa data hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan) pada kecepatan angin rata-rata di beberapa daerah di Indonesia yang dikumpulkan oleh Suharta, H. (2007).

Tabel 2.2 Kecepatan angin rata-rata pada ketinggian 50m diatas permukaan tanah

(www.energi.lipi.go.id)

No Lokasi

Kecepatan rata-rata (m/s) 1 Desa KEMADANG , Kec. Tepus , Kab. G. Kidul , DIY 5.11

2 P. KARYA, Kep. Seribu DKI 5.34

3

Desa BINANGEUN, Kec. Muara, Kab. Lebak,

BANTEN 5.24

4 UPT OITUI, Kec Wira, Timur, Kab. Bima NTB 4.99 5 Desa PAI , Kec. Wera , Kab. Bima , NTB 4.04 6

Desa LIBAS , Kec. Likupang , Kab. Minahasa,

SULUT 3.44

7 Desa PATIRONG, Kab. Jeneponto, SULSEL 5.99 8

34 Dusun APPATANAH , Kab. Selayar ,

SULSEL 7.33

9 Sakteo, Soe NTT 6.13

10 Papagarang,Komodo, Komodo, Manggarai, NTT 3.78

11 Tameras, Soe NTT 6.88

12 Fatukalen,Timor Tengah Selatan NTT 7.62 2.3 Turbine Ventilator

Salah satu aplikasi sistem konversi energi angin dipakai pada turbine ventilator. Pada dasarnya sebuah turbine ventilator berfungsi menyalurkan udara panas dari sebuah ruangan ke lingkungan sekitar. Konsep awalnya dibuat oleh Meadows pada tahun 1929, berupa rotary ventilator. Hingga usaha komersialisasi dilakukan oleh Edmonds pada tahun 1934. Sebuah turbine

ventilator biasanya terdiri dari beberapa sudu vertikal yang

(10)

10

mengakibatkan turbine ventilator berotasi, perputaran ini akan mengakibatkan tekanan di bawah turbine ventilator menjadi rendah sehingga udara yang terperangkap dalam gedung akan mengalir keluar.

Havens (2003) memodelkan turbine ventilator

dikombinasikan dengan backward curved centrifugal fan dan kincir angin. Dasar pemikirannya adalah kenyataan bahwa turbine

ventilator menangkap dan menggunakan tenaga angin sebagai

turbin angin. Model ini menunjukkan bahwa Kecepatan rotasi ventilator sebagai fungsi dari kecepatan angin, selanjutnya turbine

ventilator dibuat memompa udara keluar dari ruangan.

Visualisasi aliran yang di kaji oleh Lai (2003) menunjukkan adanya pola aliran udara disekitar turbine

ventilator. Aliran udara ini membelah jadi dua aliran ketika

mengalir melalui turbine ventilator. Satu aliran berada pada arah rotasi sehingga menjadikannya sebuah gaya untuk berotasi sedangkan yang lain barada pada arah yang berlawanan dengan rotasi dan menghambat rotasi dari turbine ventilator. Bilah yang berputar mengakibatkan pencampuran udara di belakang turbine

ventilator. Riset yang sama diuji dalam 3 diameter turbine ventilator ukuran yang berbeda yaitu 6, 14, 20 in dengan

(11)

11

Gambar 2.2 Turbine ventilator dengan inner fan (Lai 2003)

2.4 Mekanisme Ventilasi

Pada saat musim kemarau suhu ruang dalam plafond/atap dapat mencapai paling tinggi 60° C. Panas yang diterima permukaan atap akan diradiasikan kembali ke bawah dan menyebabkan ruangan menjadi panas sehingga udara panas akan terperangkap dan tidak dapat keluar. Sedangkan pada musim hujan kelembapan di dalam ruangan dapat dihasilkan dari air kamar mandi, uap hasil memasak, yang mana akan terkumpul di plafond dan menyebabkan adanya kondensasi. Kondensasi ini akan mengurangi efektifitas dari insulasi, dan menyebabkan tumbuhnya jamur pada dinding dan plafond. Hal ini seperti terlihat pada gambar 2.3, sehingga dengan adanya turbine

ventilator beberapa masalah tersebut dapat teratasi, karena turbine ventilator memiliki mekanisme antara lain :

Efek Thermal

(12)

12

Efek Induksi

Dengan adanya dorongan angin pada salah satu sisi ventilator akan menyebabkan berputarnya turbine

ventilator yang juga menyebabkan daerah wake pada sisi

yang berlawanan dimana udara dalam ruangan yang bertekanan tinggi akan tersedot keluar.

Gambar 2.3 Mekanisme ventilasi dengan menggunakan Turbine Ventilator

2.5 Bilangan Reynolds

Kondisi aliran laminar atau turbulen dapat dinyatakan dengan bilangan Reynolds. Bilangan Reynolds adalah suatu bilangan tak berdimensi yang merupakan perbandingan antara gaya inersia body terhadap gaya geser yang ditimbulkan aliran fluida. Re = Geser Gaya Inersia Gaya ... (2.1) dimana : Gaya Inersia = p x A =

.

U

2

.

D

2

Gaya Geser = x A =

.

D

2

L

U

(13)

13

Re =

U

D

U

D

U

.

2 2 2

dimana : : Densitas fluida

U

: Kecepatan aliran free stream fluida

D : Diameter pipa cerobong turbine

ventilator

: Viskositas dinamis fluida. Sehingga,

Re = .U .D ...(2.2)

2.6 Efisiensi Turbine Ventilator,

Efisiensi turbine ventilator adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh turbine ventilator dan tenaga total aliran angin yang masuk pada turbine ventilator. Daya dari

turbine ventilator dihitung dengan menggunakan persamaan

berikut:

I

V

P

...(2.3) dimana :

V

= Tegangan yang dibangkitkan oleh turbine ventilator, Volt

I = Arus listrik yang dibangkitkan oleh turbine ventilator, Ampere

Sehingga efisiensi turbine ventilator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

(14)

14

P = daya yang dibangkitkan turbine ventilator, Watt = massa jenis udara, kg/m3

D = diameter pipa cerobong turbine ventilator, m

U

= kecepatan freestream udara, m/s

2.7 Bilangan Strouhal ,

St

Pada percobaan ini bilangan Strohal digunakan untuk merepresentasikan kecepatan angular dari putaran yang dihasilkan oleh turbine ventilator. Adapun besarnya kecepatan angular dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

60 2 n

...(2.5) dimana :

n = putaran turbine ventilator, rpm

Sehingga besarnya bilangan Strouhal adalah sebagai berikut: U

D

St ...(2.6) dimana :

= kecepatan angular turbine ventilator, rps

D = diameter cerobong turbine ventilator, m

U

2.8 Koefisien Perbedaan Tekanan, Kp

Koefisien perbedaan tekanan merupakan representasi dari besarnya tekanan yang mengalir pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator. Semakin besar perbedaan tekanan pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator maka semakin besar debit hisap yang mengalir melalui pipa cerobong

turbine ventilator. Untuk menghitung perbedaan tekanan statis

pada pipa cerobong turbine ventilator maka terlebih dahulu dihitung besarnya tekanan statis pada inlet dan outlet pipa cerobong.

(15)

15 sin

2

1 2

h

g

SG

pi

_redoil _air …….…(2.7)

sin

2

1 2

h

g

SG

po

_redoil _air ….…...(2.8) dimana: redoil

SG

= specific gravity dari red oil = 0,804

air = massa jenis air, kg/m

3 g = percepatan gravitasi, m/s2

1

h

= bacaan awal manometer, m 2

h

= bacaan akhir manometer, m = sudut kemiringan manometer

Sehingga perbedaan tekanan statis antara inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator adalah :

pi po

p ...(4.9) dimana:

po = tekanan statis pada inlet pipa cerobong, N/m2

pi

= tekanan statis pada outlet pipa cerobong, N/m2 Sehingga koefisien perbedaan tekanan dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

2 U

p

Kp ...(2.10) dimana:

p = perbedaan tekanan antara inlet dan outlet pipa cerobong, N/m2

= massa jenis udara, kg/m3

U

2.9 Ketidakpastian Pengukuran Bilangan Strouhal ,

St

(16)

16

U D St U D St ln ln

U

D

St

ln

2 1 ) ln( ln ln lnSt D h

)

ln(

2

1 ln

ln

St

D

h

h h D D St St 2 ) ( ... ...(2.11) dimana :

= error dalam pengukuran, rps

= hasil pengukuran kecepatan sudut turbine

ventilator, rps

D = error dalam pengukuran diameter , mm

D = hasil pengukuran diameter turbine ventilator, mm

)

( h = error pembacaan manometer pada freestream, mm

h

= hasil pembacaan manometer pada freestream, mm

2.10 Ketidakpastian Pengukuran Efisiensi Turbine Ventilator,

Perhitungan ketidakpastian pengukuran efisiensi turbine

ventilator adalah sebagai berikut :

(17)

17 U

D

I

V

ln

2 ln

3 ln

ln

2 1 ) ln( 3 ln 2 ln ln ln ln V I D h ) ln( 2 3 ln 2 ln ln ln ln V I D h h h D D I I V V 2 ) ( 3 2 ... ....(2.12) dimana :

V

= error dalam pengukuran tegangan, V

V

= hasil pengukuran tegangan, V

I = error dalam pengukuran arus listrik, A I = hasil pengukuran arus listrik, A

D = error dalam pengukuran diameter, mm

D = hasil pengukuran diameter turbine ventilator, mm

)

h

2.11 Perhitungan Ketidakpastian Pengukuran Koefisien Perbedaan Tekanan, Kp

Perhitungan ketidakpastian pengukuran koefisien perbedaan tekanan pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine

ventilator adalah sebagai berikut :

(18)

18

2 1 ) ln( 2 ln ) ln( lnKp hx h

)

ln(

ln

)

ln(

ln

Kp

h

_x

h

h h h h Kp Kp x x) ( ) ( ... ...(2.13) dimana :

)

(

h

_x = error dalam pembacaan manometer pada inlet dan

outlet pipa cerobong, mm

x

h

= hasil pembacaan manometer pada inlet dan outlet pipa cerobong, mm

)

h

2.12 Penelitian Terdahulu

2.12.1 Penelitian Lai, C.M. (2003).

(19)

19

Gambar 2.4 Visualisasi aliran diluar dan didalm turbine ventilator Lai, C.M. (2003).

Riset yang sama diuji dalam 3 diameter turbine ventilator ukuran yang berbeda yaitu 6, 14, 20 in dengan kecepatan free

stream antara 10 sampai 30 m/s di Taiwan. Pada riset tersebut

ditemukan bahwa untuk diameter turbine ventilator yang semakin besar maka akan menghasilkan laju ventilasi yang lebih besar pula, namun pada diameter antara 14 sampai 20 in peningkatan laju vetilasi tidaklah signifikan, hal ini ditunjukkan pada gambar 2.11.

Gambar 2.5 Grafik hubungan variasi kecepatan udara luar dengan debit aliran dengan diameter 6",14"dan20"

(20)

20

Untuk semakin meningkatkan laju ventilasi Lai, C.M.

(2003) melakukan penambahan inner fan, dari hasil penelitian

dengan membandingkan antara turbine ventilator diameter 20 in tanpa menggunakan inner fan dan menggunakan inner fan, didapatkan bahwa turbine ventilator dengan menggunakan inner

fan menghasilkan laju ventilasi lebih baik di bandingkan tanpa

menggunakan inner fan, namun perbedaannya tidak terlalu signifikan, sebagaimana yang ditunjukkan oleh gambar 2.12.

Gambar 2.6 Grafik hubungan variasi kecepatan udara luar dengan debit aliran pada diameter 20" dengan menggunakan inner fan dan tanpa

menggunakan inner fan Lai, C.M. (2003).

2.12.2 Penelitian Revel & Huynh (2004)

Penelitian ini mengacu pada gambar 2.13, dimana besarnya variabel kecepatan fan di induksikan pada turbine

ventilator dengan range yang berkisar antara 8 sampai 18 km/hr

(21)

21

Gambar 2.7 Prosedur Pengujian Revel & Huynh. (2004)

Dari pengujian yang telah dilakukan Revel & Huynh (2004) dengan menggunakan turbine ventilator berdiamater 300 mm, didapatkan grafik performa turbine ventilator sebagai berikut:

Gambar 2.8 Grafik hubungan antara tekanan plenum dan debit pada turbine ventilator berdiameter 300mm

(22)

22

(23)

23 BAB III

METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai analisis

dimensi, instalasi penelitian, alat ukur yang digunakan,

prosedur pengukuran, diagram alir penelitian serta alokasi

waktu untuk melakukan penelitian ini.

3.1. Parameter yang Diukur

Analisis dimensi diperlukan untuk mengetahui

apakah suatu parameter berpengaruh terhadap suatu

percobaan.

Parameter-

parameter

yang

berpengaruh

terhadap unjuk kerja turbine ventilator adalah daya yang

dihasilkan turbine ventilator (P), kecepatan free stream

fluida (U

∞

), massa jenis fluida ( ), viskositas absolut fluida

( ), diameter pipa cerobong turbine ventilator (D), panjang

pipa cerobong turbine ventilator (L), kecepatan angular

turbine ventilator (ω), dan perbedaan tekanan antara inlet

dan outlet pipa cerobong turbine ventilator (∆p), skema

penelitian ditunjukkan pada gambar 3.1

Ket : Posisi pengukuran

(24)

24

Daya yang dihasilkan turbine ventilator, kecepatan angular, dan perbedaan tekanan pada pipa cerobong turbine

ventilator dipengaruhi oleh beberapa parameter,. Secara

metematik parameter tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

P = f(ρ, μ, U∞, L, D)... (3.1)

ω =f(ρ, μ, U∞, L, D)... (3.2) ∆p =f(ρ, U∞, µ, L, D)... (3.3)

Menggunakan Buckingham Pi Theorema dengan parameter berulang , D dan U∞ masing-masing diperoleh 3

grup tak berdimensi yaitu : 3 2 U D P = f ( D L , U D ) U D St = f ( D L ,

U

D

) ) (U f Q ( ) 4 2 U f D u u ₀_.₀₇U 1

0 ,

004

2

u

U

2 2

_u

U

p

Kp

= f ( D L , U D ) 2 004 , 0 u p Kp = f ( D L , U D )

Atau bisa disederhanakan menjadi :

(25)

25

3.2 Model Uji

Pada penelitian ini akan digunakan 3 model uji, yaitu

dengan modifikasi rasio panjang dan diameter (L/D) pipa

cerobong turbine ventilator, variasi ketiga model uji tersebut

adalah :

a) Model Uji dengan L/D=1

Gambar 3.2 Turbine ventilator dengan L/D=1

b) Model Uji dengan L/D=2

(26)

26 c) Turbin Ventilator dengan L/D=3

Gambar 3.4 Turbine ventilator dengan L/D=3

Adapun spesifikasi dari keseluruhan model uji tersebut

adalah :

Type

: L – 30WA

Diameter Cerobong (D) : 300 mm

Panjang head

: 310 mm

(27)

27

3.3 Instalasi Penelitian

Wind tunnel adalah peralatan utama yang digunakan

untuk membangkitkan kecepatan freestream. Seluruh

percobaan akan dilakukan pada test section (daerah uji)

terowongan angin. Kondisi aliran dalam saluran uji

dikondisikan sedemikian rupa sehingga menyerupai kondisi

yang sebenarnya.

Gambar 3.5 Wind Tunnel tampak depan dan belakang

(28)

28

a. Test Section (daerah uji)

Komponen ini berfungsi tempat pengujian benda kerja. Idealnya test section memiliki panjang 3 – 4 kali diameternya, namun karena keterbatasan lokasi, maka panjang test section untuk terowongan angin ini hanya 1,77 kali diameternya dengan asumsi aliran keluaran nosel tetap paralel.

Penampangnya berbentuk bujur sangkar dengan dimensi: - Tinggi : 660 mm

- Lebar : 660 mm - Panjang : 1165 mm

Adapun dimensi dari benda uji didalam test section ditunjukkan pada gambar 3.11 berikut :

(29)

29

b. Fan

Komponen ini berfungsi sebagai penggerak udara dari ruangan terbuka agar melewati saluran uji dengan kecepatan tertentu. Fan yang digunakan adalah jenis aksial dengan spesifikasi sebagai berikut:

- Type : Aksial

- Diameter : 36 inch

- Kapasitas maksimum : 39971 ft3/menit - Static Pressure : 45 mm H2O

- Motor : 1400 rpm / 3 phase / 20 HP

c. Inverter (pengatur putaran motor)

(30)

30

3.4 Alat Ukur

Parameter yang diukur pada penelitian ini meliputi alat ukur tekanaan, alat ukur torsi, dan putaran. Alat ukur dari masing-masing parameter tersebut meliputi:

1. Pitot Static Tube

Alat ini berfungsi untuk mengukur besarnya tekanan statis sekaligus tekanan stagnasi pada pipa cerobong turbine

ventilator.

Gambar 3.8 pitot static tube 2. Manometer

Manometer digunakan sebagai pembaca perbedaan tekanan yang terukur melalui pressure tap dan pitot tube. Manometer yang digunakan mempunyai kemiringannya sebesar 150 hal ini dimaksudkan untuk mempermudah pembacaan h

terukur.

(31)

31

3. Pengukuran Daya

Pada pengukuran daya, poros turbine ventilator diperpanjang dan dihubungkan pada generator DC, kemudian generator tersebut dihubungkan dengan lampu. Ketika turbine

ventilator dialiri oleh freestream udara didalam wind tunnel,

maka putaran poros yang terhubung pada generator akan sama dengan putaran turbine ventilator sehingga generator tersebut akan menyalakan lampu LED, kemudian besar arus dan tegangan yang mengalir melewati kabel diukur dengan menggunakan

clamp meter, adapun skema pengukuran daya dapat dilihat pada

gambar 3.10

(32)

32

Fungsi dari masing-masing komponen pengukuran daya adalah sebagai berikut :

1. Poros

Poros digunakan untuk menghubungkan blade turbine

ventilator dengan generator DC. 2. Coupling

Coupling digunakan untuk menyambung poros turbine ventilator dengan generator DC

3. Generator DC

Gambar 3.11 Generator DC

Generator yang digunakan adalah generator DC tipe M 136, dengan efisiensi generator sebesar 80%, merupakan generator sederhana hasil modifikasi yang dapat membangkitkan arus listrik dengan putaran dan torsi rendah, generator ini berfungsi untuk mengubah energi mekanik dari putaran poros turbine ventilator menjadi energi listrik

4. Lampu LED

(33)

33

4. Clamp Meter

Alat ini Digunakan untuk mengetahui besarnya arus dan tegangan yang dibangkitkan oleh Turbine Ventilator.

Gambar 3.12 Clamp Meter

Adapun spesifikasi dari alat ini adalah sebagai berikut :

Function Range&Resolution Accuracy (% of reading)

AC Current (50/60 Hz) True RMS 200,0 AAC (2.5% + 8 digits) DC Current 200,0 ADC (2.0% + 5 digits) DC Voltage 600,0 VDC (1.0% + 2 digits)

AC Voltage (50/60 Hz) True RMS 600,0 VAC (1.5% + 8 digits) Resistance 999,9 Ω (1.5% + 8 digits)

(34)

34

5. Tachometer

Alat ini Digunakan untuk mengetahui besarnya putaran

Turbine Ventilator.

Gambar 3.13 Tachometer

Adapun spesifikasi dari alat ini adalah sebagai berikut : Speed Range : 5 rpm to 100.000 rpm

Accuracy : 1 rpm or 0,01% of reading

Resolution : 1 rpm

Display : 6 digits 0,45 high liquid crystal Display updates : Twice persecond

Temperature : 41°F (5°C) to 104°F (40°C)

(35)

35

3.5 Langkah-Langkah Eksperimen

Beberapa tahap yang dilakukan selama melakukan penelitian adalah sebagai berikut:

1. Pengambilan data kuantitatif 2. Pengolahan data kuantitatif

3.5.1 Pengambilan Data Kuantitatif

Sebelum dilakukan pengambilan data terlebih dahulu dilakukan pemasangan pitot static tube untuk mengukur tekanan statis pada dinding pipa cerobong turbine ventilator. Pitot static

tube dipasang pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator yaitu y/Li = 0,01 dan y/Lo =0,65 untuk turbine ventilator L/D = 1, y/Li = 0,008 dan y/Lo =0,825 untuk turbine

ventilator L/D = 2, y/Li = 0,005 dan y/Lo =0,883 untuk turbine

ventilator L/D = 3. Adapun lokasi pemasangan pitot static tube

ditunjukkan pada gambar 3.14 di bawah ini:

(36)

36

Adapun prosedur dalam pengukurannya adalah:

1) Pengukuran temperatur dan tekanan udara di ruangan saat pengujian

2) Persiapan test section

3) Pemasangan Pitot static tube pada test section untuk mengukur besarnya kecepatan freestream wind tunnel 4) Pencatatan bacaan awal yang ditunjukkan oleh inclined

manometer

5) Penghubungan Pitot static tube ke manometer dengan selang kapiler.

6) Pencatatan bacaan akhir pada inclined manometer

7) Pengaturan kecepatan free stream berdasarkan bilangan Reynold sebesar 56.000

8) Pemasangan turbine ventilator pada test section

9) Pemasangan Pitot static tube pada pipa cerobong turbine

ventilator untuk mengukur tekanan statis

10) Pencatatan bacaan awal yang ditunjukkan oleh inclined

manometer

11) Penghubungan Pitot static tube ke manometer dengan selang kapiler.

12) Pencatatan bacaan akhir pada inclined manometer

13) Pengukuran besarnya putaran turbine ventilator

14) Pengukuran besarnya daya yang dihasilkan oleh turbine

ventilator

15) Mengulangi langkah 1– 9 dengan peningkatan kecepatan

free stream berdasarkan bilangan Reynolds sebesar

(37)

37

3.5.2 Pengolahan Data Kuantitatif

Dari pengambilan data secara kuantitatif maka akan diplot suatu grafik yang menunjukkan unjuk kerja turbine

ventilator :

Grafik efisiensi turbine ventilator fungsi rasio panjang dan diameter turbine ventilator dan bilangan Reynolds

= f ( D

L ,Re)

Grafik bilangan Strouhal fungsi rasio panjang dan diameter turbine ventilator dan bilangan Reynolds

St

=f ( D

L ,Re)

Grafik rasio perbedaan tekanan pipa cerobong turbine

ventilator fungsi rasio panjang dan diameter turbine ventilator dan bilangan Reynolds Kp=f (

D L

(38)

38

3.6

Diagram Alir Penelitian

Keseluruhan proses diatas dapat digambarkan dalam diagram alir pada gambar 3.15

.

Gambar 3.15 Diagram alir penelitian

(39)

39

Gambar 3.16 Diagram alir pengambilan data STAR

T

Fan dihidupkan Setting Posisi

Turbine Ventilator

(40)

40

3.7 Alokasi Waktu

Alokasi waktu yang direncanakan untuk melakukan

eksperimen bisa dilihat pada tabel 3.1.

(41)

41 BAB IV

ANALISA DAN DISKUSI

4.1 Perencanaan Awal Peralatan Percobaan

Untuk mendukung penelitian maka dibuat suatu instalasi penelitian. Pada awalnya instalasi penelitian untuk membangkitkan kecepatan freestream pada percobaan ini adalah dengan menggunakan turbine ventilator diffuser, dengan spesifikasi sebagai berikut :

(42)

42

4.1.1 Perencanaan Duct

Untuk meningkatkan performance dari fan yang digunakan, maka kondisi aliran udara yang keluar dari fan harus uniform, sehingga dibutuhkan duct agar kondisi aliran udara yang keluar dari fan uniform. Menurut ASHRAE fundamental standart tahun 1997, duct dalam kondisi operasi harus memiliki 100% duct

effective length, hal ini seperti terlihat pada gambar 4.2

Gambar 4.2 Jarak uniform velocity profile pada outlet duct (ASHRAE fundamental standard 1997 chapter 32)

Besarnya panjang efektif duct adalah 2 kali diameter

hydraulic dari duct, untuk perhitungan diameter hydraulic maka

digunakan persamaan berikut :

P

A

D

_h

4

c ... ...(4.1) dimana: c

A

= luas duct =

300

240

mm² = 72.000 mm² P = keliling duct = 300 + 240 mm = 540 mm

(43)

43

Sehingga panjang efektif dari duct adalah 2 533,33

mm = 1066,67 mm. Oleh karena itu panjang duct yang digunakan harus 1066,67 mm. Adapun duct yang dipakai pada percobaan ini terlihat pada gambar 4.3

Gambar 4.3 Duct

Dimensi (p x l x t) : 1500 mm x 300 mm x 240 mm Referensi : Duct Design, ASHRAE

fundamental standard 1997

4.1.2 Perencanaan Diffuser

Diffuser berfungsi untuk mengalirkan freestream pada turbine ventilator. Diffuser juga dilengkapi honeycomb yang

berfungsi untuk membuat kecepatan freestream yang keluar dari diffuser uniform. perencanaan diffuser mengacu pada ASHRAE standard tahun 1997 chapter 32, dengan pemilihan diffuser jenis

pyramidal seperti terlihat pada gambar 4.4

Gambar 4.4 Pyramidal diffuser

(44)

44

0 0 1 1 0 1 H W H W A A ... ...(4.2) dimana: 1

W

= lebar diffuser = 735 mm 1

H

= tinggi diffuser = 588 mm 0

W

= lebar duct = 300 mm 0

H

= tinggi duct 240 mm

Dari nilai – nilai tersebut kemudian dimasukkan ke dalam persamaan 4.2, didapatkan: 240 300 588 735 0 1 A A = 6

Dengan mengacu pada ASHRAE fundamental standard tahun 1997 chapter 32, maka digunakan diffuser dengan sudut 30°. Berikut ini spesifikasi dari duct yang digunakan dalam percoban ini :

Gambar 4.5 Pyramidal Diffuser pada instalasi percobaan

Jenis : Pyramidal Diffuser

Referensi : Duct Design, ASHRAE 1997

A1/A0 : 6

Sudut θ : 30°

Panjang : 1260 mm

(45)

45

4.1.3 Perencanaan Damper

Damper berfungsi untuk mengatur kecepatan freestream yang mengalir keluar dari diffuser. Damper

dipasang sebelum udara memasuki fan, damper yang digunakan adalah jenis butterfly seperti terlihat pada gambar 4.6

Gambar 4.6 Butterfly damper

Dengan mengacu pada ASHRAE fundamental standard tahun 1997 chapter 32 maka untuk perencanaan damper dibutuhkan besarnya rasio

D

₀ . Pada perencanaan ini digunakan rasio

D

₀ =1 dengan diameter damper sebesar 320 mm. Berikut ini spesifikasi dari damper yang digunakan pada instalasi penelitian

Gambar 4.7 Butterfly damper pada instalasi percobaan

Model : Butterfly Damper Alat Ukur : Busur Derajat

0

D

(46)

46

4.1.4 Pemilihan Fan

Fan berfungsi sebagai penggerak udara dari ruangan

terbuka agar melewati diffuser dengan kecepatan tertentu. Adapun spesifikasi dari fan yang digunakan adalah sebagai berikut :

(47)

47

4.1.5 Perakitan Komponen dan Pengujian

Tahap selajutnya yang dilakukan adalah perakitan semua komponen tersebut kemudian diletakkan pada dudukan kayu.

Turbine ventilator diffuser diletakkan pada ketinggian 2000 mm

dari permukaan tanah agar diperoleh ketinggian ideal turbine

ventilator pada kondisi operasi seperti terlihat pada gambar 4.9

Gambar 4.9 Turbine ventilator diffuser

Pada saat dilakukan perakitan semua komponen tersebut, kemudian dilakukan pengujian hasil output kecepatan freestream pada turbine ventilator diffuser. Namun ternyata output kecepatan

freestream terlalu rendah yaitu hanya menghasilkan kecepatan

maksimal 3 m/s dengan kondisi damper fully open, dan profil kecepatan yang dihasilkan tidak uniform, hal ini dikarenakan besarnya headloss yang terjadi pada instalasi percobaan. sehingga media untuk membangkitkan kecepatan freestream diganti dengan menggunakan wind tunnel dengan mengabaikan efek

(48)

48

4.2 Contoh Perhitungan

Data yang akan digunakan pada semua contoh perhitungan ini adalah data turbine ventilator dengan

perbandingan panjang dan diameter (L/D) = 2

4.2.1 Perhitungan Bilangan Reynolds

Massa jenis udara ( )

Dari persamaan Boyle – Gay Lussac mengenai pemuaian gas didapatkan bahwa : 2 2 2 1 1 1 T V p T V p ...(4.3)

karena V m, maka persamaan 4.3 berubah menjadi

2 2 2 2 1 1 1 1 T m p T m p ...(4.4) dimana : 1

p

= tekanan absolut udara pada keadaan 1 (acuan) = 1,01325 105 N/m2

1

T

= temperatur udara pada keadaan 1 (acuan) = 288,2 K

1 = massa jenis udara pada keadaan 1 (acuan) = 1,2250 kg/m3

1

m

= massa udara pada keadaan 1 (acuan) 2

p

= tekanan absolut udara pada keadaan 2 (penelitian) 2

T

= temperatur udara pada keadaan 2 (penelitian) = 29° C = 302 K

2 = massa jenis udara pada keadaan 2 (penelitian) 2

m

= massa udara pada keadaan 2 (penelitian).

Keadaan 1 dan 2 berada pada ketinggian yang sama sehingga 2

1

p

(49)

49

maka

m

₁

m

₂. Dari batasan tersebut, maka persamaan 4.4 menjadi : 2 1 1 2 T T ...(4.5) 169 , 1 302 225 , 1 2 , 288 2 kg/m 3 Viskositas Udara ( )

Untuk perhitungan viskositas udara digunakan persamaan Sutherland, yaitu :

T

S

bT

32

...(4.6) dimana untuk udara :

b

= 1,458 10-6 ₁₂ msK kg 4 , 110 S K

T = temperatur saat pengujian = 302 K

Dari nilai – nilai tersebut kemudian dimasukkan ke dalam persamaan 4.6, didapatkan :

302

4 ,

110 )

302 (

10

458 ,

1

6 32 5

10

9 ,

1

kg/ms Kecepatan Freestream (

U

)

Untuk perhitungan kecepatan freestream digunakan persamaan berikut:

udara

oil

g

h

(50)

50

dimana :

oil = massa jenis red oil

= _air

SG

_oil

999

0 ,

804

803 ,

196

kg/m3 g = percepatan gravitasi bumi = 9.81 m/s²

h

= selisih pembacaan pada skala manometer = 4 10 3m

udara = massa jenis udara = 1,169 kg/m

3

Dari nilai – nilai tersebut kemudian dimasukkan ke dalam persamaan 4.7, didapatkan :

5

169 ,

1

15 sin

10

4

2

81 ,

9

196 ,

803

2

3

U

m/s Bilangan Reynolds, Re

Perhitungan bilangan Reynolds didasarkan pada diameter pipa cerobong turbine ventilator, D. Persamaan untuk menghitung bilangan Reynolds adalah sebagai berikut :

D U

Re ... (4.8) dimana :

= massa jenis udara = 1,169 kg/m3 = viskositas udara = 1,9 10 5 kg/ms

D = diameter cerobong turbine ventilator = 300 mm= 0,3 m

U

= kecepatan freestream udara = 5 m/s

Dengan menggunakan persamaan 4.8 didapatkan bilangan Reynolds sebagai berikut :

(51)

51

3.2.1 Perhitungan Efisiensi,

Daya turbine ventilator, P

Daya turbine ventilator dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

I

V

P

...(4.9) dimana :

V

= Tegangan yang dibangkitkan oleh turbine ventilator = 3,9 Volt

I = Arus listrik yang dibangkitkan oleh turbine ventilator = 0,9 Ampere

sehingga dengan persamaan 4.9 dapat dihitung besar Daya

turbine ventilator sebagai berikut :

51 , 3 9 , 0 9 , 3 P Watt

Daya total turbine ventilator,

P

_tot

Daya total turbine ventilator dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: gen tot P P ...(4.10) dimana :

P = Daya turbine ventilator = 3,51 Watt

gen = efisiensi generator = 0,80

sehingga dengan persamaan 4.10 dapat dihitung besar Daya total turbine ventilator sebagai berikut :

38 , 4 80 , 0 51 , 3 tot P Watt

Efisiensi turbine ventilator ,

(52)

52

3 2 U D P ...(4.11) dimana:

P = daya yang dibangkitkan turbine ventilator = 3,51 Watt = massa jenis udara = 1,169 kg/m3

D = diameter pipa cerobong turbine ventilator = 0,3 m

U

Dari data tersebut dapat dihitung koefisien daya sebagai berikut: 27 , 0 ) 5 ( ) 3 , 0 ( 169 , 1 51 , 3 3 2

3.2.2 Perhitungan Bilangan Strouhal,

St

Kecepatan angular turbine ventilator, ω

Kecepatan angular turbine ventilator dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

60 2 n

...(4.12) dimana :

n = putaran turbine ventilator = 322 rpm

Dari data tersebut dapat dihitung kecepatan sudut turbine

ventilator sebagai berikut:

70 . 33 60 322 14 . 3 2 rps Bilangan Strouhal,

St

Perhitungan bilangan Strouhal adalah sebagai berikut : U

D

St ...(4.13) dimana :

= kecepatan sudut turbine ventilator = 33,70 rps

(53)

53 U

Dari data tersebut dapat dihitung bilangan Strouhal sebagai berikut:

5

3 ,

0

70 ,

33 St

2,02

3.2.3 Perhitungan Koefisien Perbedaan Tekanan, Kp

Perbedaan tekanan statis pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator,

p

Untuk menghitung perbedaan tekanan statis pada pipa cerobong turbine ventilator maka terlebih dahulu dihitung besarnya tekanan statis dan dinamis pada inlet dan outlet pipa cerobong.

Tekanan statis pada inlet pipa cerobong turbine ventilator, pi

sin

2

1 2

h

g

SG

pi

_redoil _air ……(4.14) dimana: redoil

SG

air = massa jenis air = 999 kg/m

3 g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

1

h

= bacaan awal manometer = 224 mm = 224 10 3m

2

h

= bacaan akhir manometer = 215 mm = 215 10 3m

= sudut kemiringan manometer = 15°

dari data tersebut dapat dihitung besar tekanan statis

freestream sebagai berikut:

15 sin

2

10

224

215

81 ,

9

999

804 ,

0

3

pi

= -36,60 N/m2

Adapun Tekanan statis pada outlet pipa cerobong turbine

(54)

54 sin

2

1 2

h

g

SG

po

_redoil _air …...(4.15) dimana: redoil

SG

air = massa jenis air = 999 kg/m

3 g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

1

h

= bacaan awal manometer = 224 mm = 224 10 3m

2

h

= bacaan akhir manometer = 218 mm = 218 10 3m

= sudut kemiringan manometer = 15°

Dari data tersebut dapat dihitung besar tekanan statis pada outlet pipa cerobong sebagai berikut:

15 sin

2

10

224

218

81 ,

9

999

804 ,

0

3

po

= -24,40 N/m2

Sehingga perbedaan tekanan statis antara inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator adalah :

pi po

p ...(4.16) dimana:

po = tekanan statis pada inlet pipa cerobong = -24,40 N/m2

pi

= tekanan statis pada outlet pipa cerobong = -36,60 N/m2

dari data tersebut dapat dihitung besarnya perbedaan tekanan statis antara inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator, sebagai berikut :

20 ,

12

60 ,

36

40 ,

24 p

N/m2

Koefisien perbedaan tekanan , Kp

(55)

55

2 U p Kp ...(4.17) dimana:

p = perbedaan tekanan antara inlet dan outlet pipa cerobong = 12,20 N/m2

= massa jenis udara = 1,169 kg/m3

U

Dari data tersebut dapat dihitung koefisien perbedaan tekanan sebagai berikut: 42 , 0 ) 5 ( 169 , 1 20 , 12 2

3.2.4 Perhitungan Ketidakpastian Pengukuran Bilangan Strouhal,

St

Perhitungan ketidakpastian pengukuran bilangan Strouhal adalah sebagai berikut :

h

D

St

2 )

(

...(4.18) dimana :

= error dalam pengukuran

n

1

rpm = 0,104 rps

= hasil pengukuran kecepatan angular turbine ventilator = 33,70 rps

D = error dalam pengukuran diameter = 0,5 mm D = pengukuran diameter turbine ventilator = 300 mm

)

( h = error pembacaan manometer pada freestream = 1 mm

(56)

56

Dari data tersebut dapat dihitung nilai ketidakpastian pengukuran koefisien kecepatan sudut turbine ventilator sebagai berikut: ) 4 ( 2 1 300 5 , 0 70 , 33 104 , 0 St St

0 ,

13 St

St

% 100 13 , 0 % St St % 13 % St St

Sehingga besar ketidakpastian relatif dari pengukuran

K

adalah : 2,02

13 %

3.2.5 Perhitungan Ketidakpastian Pengukuran Efisiensi

Turbine Ventilator,

Perhitungan ketidakpastian pengukuran efisiensi turbine

h h D D I I V V 2 ) ( 3 2 ...(4.19) dimana :

V

= error dalam pengukuran tegangan = 0,01 V

V

= hasil pengukuran tegangan = 3,90 V

I = error dalam pengukuran arus listrik = 0,02 A I = hasil pengukuran arus listrik = 0,90 A

D = error dalam pengukuran diameter = 0,5 mm D = pengukuran diameter turbine ventilator 300 mm

)

( h = error pembacaan manometer pada freestream = 0,5 mm

(57)

57

Dari data tersebut dapat dihitung nilai ketidakpastian pengukuran efisiensi sebagai berikut:

) 4 ( 2 ) 5 , 0 ( 3 300 ) 5 , 0 ( 2 90 , 0 02 , 0 90 , 3 01 , 0 0.216 % 100 216 . 0 % % 6 , 21 %

Sehingga besar ketidakpastian relatif dari pengukuran adalah : 0,27 21,6%

3.2.6 Perhitungan Ketidakpastian Pengukuran Koefisien Perbedaan Tekanan, Kp

Perhitungan ketidakpastian pengukuran koefisien perbedaan tekanan pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine

h h h h Kp Kp x x) ( ) ( ...(4.20) dimana :

)

(

h

_x = error dalam pembacaan manometer pada inlet dan

Outlet pipa cerobong = 0,5 mm

x

h

= hasil pembacaan manometer pada inlet dan outlet pipa cerobong = 3 mm

)

( h = error pembacaan manometer pada freestream = 0,5 mm

(58)

58

= 4 mm

Dari data tersebut dapat dihitung nilai ketidakpastian pengukuran koefisien perbedaan tekanan turbine ventilator sebagai berikut: 4 5 , 0 3 5 , 0 Kp Kp 0.292 Kp Kp % 100 292 . 0 % Kp Kp % 2 , 29 % Kp Kp

(59)

59

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 1 2 3 Re = 170000 Re = 130000 Re = 93000 Re = 56000 L/D Kp 4.2 Analisa Grafik

4.2.1 Grafik Koefisien perbedaan tekanan pada pipa cerobong

turbine ventilator (Kp) fungsi rasio panjang dan diameter turbine ventilator (L/D) dan bilangan Reynolds (Re)

Gambar 4.10 Grafik Kp = f (L/D, Re)

Gambar 4.10 menunjukkan besarnya koefisien perbedaan tekanan pada masing-masing jenis turbine ventilator berdasarkan besarnya bilangan Reynolds, koefisien perbedaan tekanan (Kp) merupakan representasi dari besarnya perbedaan tekanan statis yang diukur pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine

ventilator.

Pada nilai bilangan Reynolds yang konstan terlihat bahwa nilai Kp semakin naik seiring naiknya L/D, dimana turbine

ventilator dengan L/D=3 memiliki nilai Kp yang paling besar

(60)

60

relatif dari nilai error yang mungkin dilakukan akibat ketelitian dalam pengukuran dari harga Kp adalah sebagai berikut :

Tabel 4.1 Persentase error akibat ketelitian dalam pengukuran Kp

Besarnya nilai batas atas dan batas bawah dari range pengukuran yang disebabkan persentase error yang terjadi dapat dilihat pada grafik berikut ini :

Reynolds % error rata-rata

Kp

56.000 51,4

93.000 28,9

130.000 12,3

(61)

61

Gambar 4.11 Batas atas dan batas bawah error pada Re=56.000

(62)

62

(63)

63

Sehingga dikarenakan besarnya nilai error yang mungkin terjadi akibat ketelitian dalam pengukuran maka belum bisa dipastikan bahwa turbine ventilator dengan L/D=3 memiliki nilai Kp yang paling besar kemudian diikuti L/D=2 dan L/D=1. Hampir dapat dipastikan bahwa nilai Kp pada tiap jenis turbine ventilator besarnya sama.

Pada turbine ventilator dengan L/D yang konstan terlihat bahwa semakin besar bilangan Reynolds maka nilai Kp juga akan semakin besar. Hal ini dapat dianalisa dengan menggunakan persamaan energi, yaitu ketika bilangan Reynolds semakin besar maka kecepatan freestream yang mengalir menuju turbine

ventilator juga akan semakin besar dan akibatnya putaran turbine ventilator juga semakin besar. Sehingga daya hisap yang

dilakukan oleh turbine ventilator akan bertambah akibatnya debit udara yang mengalir pada pipa cerobong turbine ventilator akan semakin besar. Oleh karena itu akan terjadi loses yang besar antara inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator, karena rasio panjang dan diameter turbine ventilator tetap, maka perbedaan tekanan antara inlet dan outlet pipa cerobong turbine ventilator juga akan naik, sehingga nilai Kp juga akan naik.

(64)

64

Gambar 4.15 Grafik St = f (L/D,Re)

Gambar 4.15 menunjukkan grafik besarnya bilangan Stouhal pada masing masing jenis turbine ventilator berdasarkan besarnya bilangan Reynolds. Bilangan Stouhal pada (St) merupakan representasi dari besarnya putaran turbine ventilator.

(65)

65

Tabel 4.2 Persentase error akibat ketelitian dalam pengukuran St

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 1 2 3 Re = 56000 Bts atas Bts bawah L/D St

St

56.000 34,3

93.000 13,0

130.000 7,1

(66)

66

(67)

67

Sehingga dikarenakan besarnya nilai error yang mungkin terjadi akibat ketelitian dalam pengukuran maka belum bisa dipastikan bahwa turbine ventilator dengan dengan L/D=2 memiliki nilai St yang paling besar kemudian diikuti oleh turbine ventilator dengan L/D=1 dan L/D=3. Hampir dapat dipastikan bahwa nilai St pada tiap jenis turbine ventilator besarnya sama.

Pada turbine ventilator dengan L/D yang konstan terlihat bahwa dengan semakin besarnya bilangan Reynolds yang diberikan maka harga St juga semakin besar. Hal ini dapat dianalisa dengan menggunakan persamaan moment of momentum yaitu ketika bilangan Reynolds semakin besar maka kecepatan

freestream yang mengalir menuju turbine ventilator akan semakin

besar, sehingga kecepatan tangensial dari sudu turbine ventilator juga akan semakin besar, karena kecepatan tangentsial merupakan perkalian dari kecepatan angular dan jari-jari turbine ventilator dimana jari-jari turbine ventilator konstan maka kecepatan angular dari turbine ventilator juga akan semakin besar. Akibatnya putaran yang dihasilkan turbine ventilator semakin besar sehingga harga St juga semakin besar.

(68)

68

4.2.3 Grafik efisiensi turbine ventilator ( ) fungsi rasio panjang dan diameter turbine ventilator (L/D) dan bilangan Reynolds (Re)

Gambar 4.20 Grafik = f (L/D,Re)

Gambar 4.20 menunjukkan besarnya koefisien daya yang dihasilkan oleh masing-masing jenis turbine ventilator

berdasarkan besarnya bilangan Reynolds. Besarnya efisiensi ( ) merupakan representasi dari besarnya daya listrik yang dihasilkan oleh turbine ventilator.

Pada bilangan Reynolds yang konstan turbine ventilator dengan L/D=2 memiliki harga yang paling besar kemudian diikuti oleh turbine ventilator L/D=3 dan turbine ventilator L/D=1. Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan bahwa dengan besarnya nilai ketidakpastian relatif dari pengukuran St, maka hampir bisa dipastikan bahwa nilai St pada tiap jenis

turbine ventilator besarnya sama. Sehingga putaran dari tiap jenis turbine ventilator juga hampir sama, sehingga dengan

menggunakan generator DC yang berfungsi merubah energi mekanik dari putaran Turbine ventilator menjadi listrik, maka

(69)

69

hampir bisa dipastikan bahwa arus listrik dan tegangan yang dihasilkan oleh generator DC besarnya sama, sehingga daya yang dihasilkan pada tiap jenis turbine ventilator juga besarnya hampir sama. Hal ini juga dapat dilihat dari nilai ketidakpastian relatif dari error yang mungkin dilakukan akibat ketelitian dalam pengukuran dari harga adalah sebagai berikut :

Tabel 4.3 Persentase error akibat ketelitian dalam pengukuran Kd

Kd

56.000 55,5

93.000 22,2

130.000 14,4

(70)

70

Gambar 4.21 Batas atas dan batas bawah error pada Re = 56.000

(71)

71

(72)

72

Sehingga dikarenakan besarnya nilai error yang mungkin terjadi akibat ketelitian dalam pengukuran maka belum bisa dipastikan bahwa turbine ventilator dengan L/D=2 memiliki harga Kd yang paling besar kemudian diikuti oleh turbine ventilator L/D=3 dan

turbine ventilator L/D=1. Hampir dapat dipastikan bahwa nilai

pada tiap jenis turbine ventilator besarnya sama.

Pada turbine ventilator dengan L/D yang konstan terlihat bahwa dengan semakin besarnya bilangan Reynolds yang diberikan maka harga juga semakin besar, hal ini bisa dianalisa dengan menggunakan persamaan moment of momentum, yaitu ketika bilangan Reynolds semakin besar maka kecepatan

freestream yang mengalir menuju turbine ventilator akan semakin

(73)

73

(74)

74

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Beberapa kesimpulan yang dapat diambil setelah melakukan penelitian dan analisa data adalah sebagai berikut:

1. Dari hasil pengujian melalui eksperimental dapat dibuktikan bahwa turbine ventilator yang selama ini hanya dipakai sebagai ventilasi udara didalam ruangan dapat diaplikasikan untuk membangkitkan arus listrik. 2. Pada bilangan Reynolds yang semakin tinggi, perbedaan

tekanan pada inlet dan outlet pipa cerobong turbine

ventilator dengan rasio panjang dan diameter pipa

cerobong sebesar 1, 2, dan 3 juga akan semakin besar 3. Pada bilangan Reynolds yang semakin tinggi, besarnya

putaran yang dihasilkan oleh turbine ventilator dengan rasio panjang dan diameter sebesar 1, 2 dan 3 juga akan semakin besar

4. Pada bilangan Reynolds yang semakin tinggi, besarnya daya yang dihasilkan oleh turbine ventilator dengan rasio panjang dan diameter turbine ventilator sebesar 1,2 dan 3 juga akan semakin besar

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat diberikan setelah melakukan penelitian dan mungkin berguna untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:

1. Turbine ventilator perlu dikaji lebih lanjut agar bisa optimal untuk dimanfaatkan sebagai micro power plant. 2. Peralatan yang digunakan untuk membangkitkan

kecepatan freestream sebaiknya menggunakan turbine

ventilator diffuser dengan kapasitas fan yang besar pada

ketinggian 50m diatas permukaan tanah

(75)