STUDI SIMULASI PENGARUH SUDUT SERANG PADA PANGKAL SUDU DAN KECEPATAN TURBIN ANGIN PROPELLER PIPA PVC DENGAN UJUNG
BENGKOK
Surya Bagus Pratama1, Bagus Wahyudi2
1,2Teknik Mesin, D-IV Teknik Mesin Produksi dan Perawatan, Politeknik Negeri Malang
Abstrak
Pemanfaatan energi angin sebagai sumber tenaga pada energi alternative yang telah banyak di gunakan di berbagai belahan di dunia pada saat ini, akan tetapi ini berbanding terbalik dengan apa yang ada di Indonesia, padahal dengan contur geologis Indonesia yang terdapat banyak lokasi pegunungan serta perbukitan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh sudut serang dan kecepatan angin terhadap torsi turbin, dan mengetahui aerodinamis di dalam dan sekitar sudu turbinpropeller pipa PVC. Turbin angin sumbu horizontal dengan 4 sudu berbahan PVC, dengan mengg unakan konsep rancang bangun sederhana agar mudah didapatkan dan dapat diterapkan dalam masyarakat. Pada penelitian in i menggunakan variasi kecepatan angin 5m/s, 6m/s, 7m/s dan variasi sudut serang 15º,30º, dan 45º. Dengan pengujian eksperimen menggunakan wind tunnel sebagai penghasil angin, dan pengolahan data menggunakan Software Minitab19. Hasil nilai optimum pada pengujian eksperimen turbin angin menggunakan ujung bengkok berbahan PVC didapatkan nilai torsi maksimum, yaitu 0.7251 Nm pada kecepatan angin 5m/s dengan sudut serang 15°, 0.5777 Nm pada kecepatan angin 6m/s dengan sudut serang 30°, 0.5447 Nm pada kecepatan angin 7m/s dengan sudut serang 45º.
Kata kunci : Turbin Angin, Propeler, Pipa PVC, Ujung Bengkok, Sudut Serang, Torsi, Daya.
I. PENDAHULUAN
Tenaga listrik merupakan salah satu energi yang sangat penting berperan terhadap pembangunan sebuah negara. Bagi negara indonesia yang merupakan salah satu negara yang berkembang, ketersediaan energi merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam mendorong suatu pembangunan sebuah negara.
Seiring dengan meningkatnya pembangunan di sektor industri, pertumbuhan perekonomian sampai pertumbuhan penduduk, kebutuhan energi akan terus meningkat setiap tahunnya. Pada saat ini kebutuhan energi listrik sangat meningkatpesat, oleh karena itu manusia tidak dapat terlepas daripenggunaan inovasi dalam bidang teknologi, kususnya yang membutuhkan energi listrik. Konsumsi energi lambat laun terus meningkat akan tetapi pasokan listrik masih belum mencukupi , konsumen yang sangat banyak bahkan sampai ada beberapa daerah yang masih belum teraliri oleh listrik.
Mengingat pembangkit listrik pada saat ini kebanyakanmasih menggunakan bahan bakar fosil seperti batu bara hinggabahan bakar minyak. Selain untuk memenuhi kebutuhan energidalam negeri, minyak bumi juga berperan penting sebagai komoditi penerimaan negara. Adapun sumber energi mineral seperti batu bara yang selama ini masih dominan di pakaidalam pembangkit tenaga listrik di negeri kita akan tetapi ketersediaanya energi tersebut juga mempunyai jangka waktu tertentu yang akan habis dalam beberapa puluh tahun kedepan.Ketergantungan manusia terhadap minyak bumi maupunbatubara sangatlah besar, selain itu kedua sumber energi tersebut mempunyai dampak yang sangat serius terhadap ekosistem lingkungan dan juga kesehatan, maka diperlukan adanya penenkanan terhadap pemanfaatan minyak bumi untuk sumber energi yaitu dengan
Karena perbedaan tekananan inilah maka timbul gaya angkat (lift) pada sayap, yaitu tekanan besar dibawah sayap akan mendorong keatas sayap pesawat. sehingga pesawat terangkat naik. Drag force dan lift force dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Lift force drag force
Drag adalah gaya yang menghambat pergerakan sebuah benda padat melalui sebuah fluida (cairan atau gas) dimana gaya tersebut mempunyai arah yang sejajar dengan sumbu kecepatan aliran udara terhadap luas penampang dari suatu benda yang berlawanan dengan arah aliran tersebut.
Lift force adalah gaya yang dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang bekerja pada airfoil, dan bertindak tegak lurus kejalur penerbangan melalui pusat gaya angkat (Coefficient Lift) dan tegak lurus dengan sumbu lateral. Gaya angkat menentang kekuatan ke bawah dari berat. Geometri bilah diperoleh dengan melipat bentuk permukaan bilah ke pipa, sangat sulit untuk menggambarkan bentuk blade pada pipa. Apalagi permukaannya terletak pada ruang tiga dimensi. Bentuk parameter permukaan ditunjukkan pada Gambar 2. adalah tiga bagian sudu (tip, root, dan intermediate) dan posisi relatif di sumbu longitudinal sudu.
75 Bentuk permukaan sudu juga dapat diputar sehubungan dengan asal sumbu (x, y, z) dari sudut γrot, dapat dilihat pada Gambar 2
Gambar 2. Parameter Bentuk Permukaan Blade
II. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode penelitian eksperimental (experimental research) yaitu melakukan pengamatan untuk mencari data dalam suatu proses melalui eksperimen sehingga dapat mengetahui pengaruh sudut serang dan kecepatan angin terhadap tegangan kerja turbin anginsumbu horizontal. Dalam proses penelitian dibutuhkan kerangkakonsep penelitian yang dapat dilihat pada gambar 3.
Torsi
Gambar 3. Kerangka konsep A. Diagram Alur Penelitian
Gambar 4. Diagram alir Penelitian B. Peneitian Uji Eksperimen
. Pada pengujian eksperimen penelitian untuk mendapatkan nilai daya dilakukan pada wind tunnel dengan variasi kecepatan angin dan kecepatan sudut serang sudu. Pada gambar 5, gambar 6 dan gambar 7. menunjukkan wind tunnel sebagai alat penghasil angin dan baling-baling pipa PVC sebagai alat pengujian.
Gambar 5. Wind Tunnel
Gambar 6. Baling-baling Pipa PVC Sudu 4
Gambar 7. Baling-baling Pipa PVC Sudu tanpa ujung bengkok
Dalam proses penelitian umumnya dibutuhkan alur proses yang dimana membantu untuk mempermudah proses penelitian pada gambar 8 dan gambar 9. menunjukkan alur proses penelitian uji eksperimen turbin angin.
Gambar 8. ProsesPengambilan Data
Gambar 9. ProsesPengambilan Data
Pada metode pengujian pada uji eksperimen untuk mendapatkan nilai daya dilakukan dengan menggunakan model prototipe sebagai alat pengujian dan wind tunnel sebagai penghasil angin,dimana setelah putaran baling-baling stabil, dilakukan pengukuran untuk mengetahui berapa torsi yang diterima oleh turbin angin dengan variasi kecepatan angin dan posisi sudut serang sudu.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melakukan uji eksperimen dengan menggunakan wind tunnel sebagai penghasil angin,dimana menggunakan variasi kecepatan angin 5m/s, 6m/s, 7m/s dan menggunakan variasi sudut serang 15º, 30º, 45º.didapatkan hasil seperti berikut:
Tabel 1. Tabel Hasil Pengolahan 4 Sudu tanpa ujung bengkok
Tabel 2. Tabel Hasil Pengolahan 4 Sudu dengan ujungbengkok
Data penelitian yang selesai di uji akan selanjutnya dilakukan pengolahan menggunakan software Minitab 19.
Penelitian ini memiliki dua variable bebas yang terdiri dari sudut serang dan kecepatan angin.Masing-masing variable telah dilakukan pengujian ulang atau bisa disebut dengan replikasi dengan tiga kali replikasi.Metode pengolahan data menggunakan Design of Experiment (DOE) Factorial. Dengan metodeini kita dapat mengetahui pengaruh antara masing - masing variabel bebas terhadap variable terikat. Didalam
77 3 lebih baik mana.Dari hasil pengolahan didapatkan hasil sebagai berikut:
Tabel 3. Hasil Pengolahan Data DOE Factorial Daya Hub 4 Dengan Ujung Bengkok
Tabel 4. Hasil Pengolahan Data DOE Factorial Daya Hub 4 Tanpa Ujung Bengkok
Nilai koefisien determinasi yang memiliki skala 100%
dimana jika nilai koefisien determinasi semakin mendekati angka 100%, maka semakin signifikan pengaruh kedua variabel bebas yaitu kecepatan angin dan sudut serang terhadap variabel terikat yaitu daya. Sebaliknya jika nilai koefisien determinasi semakin menjauhi angka 100%, maka signifikansi pengaruh kedua variabel bebas semakin menurun terhadap variabel terikat. Dari hasil analisis yang telah dilakukan, diperoleh nilai koefisien determinasi sebesar 42,26% pada sudu 4 dan nilai koefisien deerminasi sebesar 69,21% pada sudu dengan ujung bengkok yang berarti model persamaan regresi dengan kedua variabel bebas tersebut berpengaruh terhadap variabel terikat sangat signifikan.
Gambar 10 dan gambar 11 tersebut merupakan hasil contour plot dimana pada plot ini menggambarkan pengaruh interaksi antara kecepatan agin dan sudut serang terhadap daya yang dihasilkan dimana variable bebas ditunjukkan dengan bentuk warna. hijau tua/gelap menunjukkan nilai dari daya semakinbesar,bila nilai daya semakin kecil menunjukkan warna biru tua/gelap.
Gambar 10. Hasil Contour Plot 4 Sudu Dengan Ujung Bengkok
Gambar 11. Hasil Interaction Plot 4 Sudu Dengan UjungBengkok
Dari gambar 12 dan gambar 13 menunjukkan tentang adanya pengaruh interaksi antara kecepatan angin dan sudut serang terhadap torsi yang dihasilkan,dimana dari grafik dapat dilihat semakin besar kecepatan angin maka daya dihasilkan semakin besar sedangkan daya tertinggi ditunjukkan pada kecepatan angin 7m/s dengan sudut serang 30º. Hal tersebut membuktikan adanya pengaruh kecepatan angin dan sudut srang terhadap daya.
Gambar 12. Hasil Interaction Plot 4 Sudu Dengan UjungBengkok
Gambar 13.Hasil Interaction Plot 4 Sudu Tanpa UjungBengkok
REFERENSI
[1] Irnanda Priyadi, dkk. 2018. Rancang Bangun Turbin Angin Horizontal Sebagai Salah Satu Pembangkit Daya Pada Mobil Hybrid. Teknologi dan Aplikasi. Universitas Bengkulu.
[2] Yulfarida Indriana, 2020, Studi Simulasi dan Eksperimen Turbin Angin Baling-Baling Pipa Sumbu Horizontal, Politeknik Negeri Malang
[3] Firman Aryanto, I Made Mara, Made Nuarsa. 2013. Pengaruh Kecepatan Angin Dan Variasi Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Horizontal. Dinamika Teknik Mesin, Volume 3.
Dari gambar 12 dan gambar 13 tersebut menunjukkan tentang adanya pengaruh interaksi antara kecepatan angin dan sudut serang terhadap torsi yang dihasilkan,dimana dari grafik dapat dilihat semakin besar kecepatan angin maka daya dihasilkan semakin besar sedangkan daya tertinggi ditunjukkan pada kecepatan angin 7m/s dengan sudut serang 30º. Hal tersebut membuktikan adanya pengaruh kecepatan angin dan sudut srang terhadap daya.
IV. KESIMPULAN
Dari penelitian turbin angin sumbu horizontal dengan pengaruh kecepatan angin dan sudut serang sudu terhadap torsi didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil optimum yang didapatkan pada eksperimen pengujian turbin angin menggunakan ujung bengkok berbahan PVC didapatkan nilai torsi maksimum, yaitu 0.5381 Nm pada kecepatan angin 7m/s dengan sudut serang 45°.
2. Hasil optimum yang didapatkan pada eksperimen pengujian turbin angin yang tanpa menggunakan ujung bengkok berbahan PVC didapatkan nilai torsi maksimum, yaitu 0.8399 Nm pada kecepatan angin 7m/s dengan sudut serang 4
