PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTYPE TURBIN SAVONIUS
DALAM RANGKA PEMANFAATAN RENEWABLE ENERGY (ANGIN)
UNTUK SISTEM PENERANGAN DI KAPAL
Mohammad Danil Arifin, Fanny Octaviani, Arif Prasetyo1
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan,
2
Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan,
3
Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Universitas Darma Persada
email : danilarifin.mohammad@gmail.com
ABSTRAK
Indonesia adalah negara yang memiliki sumber daya energi yang sangat melimpah, salah satunya adalah sumber energi angin. Hal ini disebabkan karena Indonesia merupakan salah satu negara kepulauan yang terletak di garis khatulistiwa sehingga hal ini menjadi faktor Indonesia memiliki potensi energi angin yang melimpah, dimana kecepatan angin rata-rata berkisar 3,5-7 m/s. Dengan adanya potensi energi angin ini maka sangat disayangkan apabila potensi yang ada tersebut tidak dimanfaatkan, mengingat ketersediaan dari sumber energi angin yang sangat melimpah ini.
Oleh karena itu dirasa perlu dari sekarang untuk memulai berpartisispasi dalam pengembangannya, dimana yang paling rasional untuk saat ini adalah dengan mulai melakukan penelitian untuk perancangan dan pembuatan prototype turbin savonius yang nantinya akan diaplikasikan di kapal dimana energi keluaran dari turbin ini akan digunakan untuk sistem penerangan di kapal. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka telah dihasilkan suatu alat yaitu turbin savonius, dimana turbin ini memiliki spesifikasi blade sebagai berikut: diameter blade adalah 40 cm dan tinggi 50cm, dimana untuk bahan blade dari turbin terbuat dari bahan fiberglass, pemilihan bahan tersebut adalah atas pertimbangan bahan blade yang ringan, tahan terhadap sinar ultraviolet dan handal. Nantinya diharapkan turbin savonius ini dapat dikembangkan lagi, sehingga memiliki performa yang baik dan dapat diaplikasikan di kapal. Kata kunci: Renewable energy, Kapal, Turbin Savonius, Energy Angin
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semua pabrikan mesin terus berinovasi untuk menciptakan mesin yang semakin efisien dalam penggunaan bahan bakar, hasilnya diciptakan mesin dengan dual fuel yakni pencampuran antara gas dan bahan bakar pada ruang bakar dan penggunaan turbo charger, namun tetap saja dari hasil
pengoptimalan tersebut hanya sebagiannya saja yang berubah menjadi energi mekanik dan sisanya terbuang menjadi panas, seperti terlihat pada diagram sankey.
Gambar 1. Typical Sankey Diagrams.
Oleh karena itu penting untuk memulai mencari energi alternatif, yakni energi terbarukan dimana penggunaannya hanya sebatas sebagai energi bantu dan belum menjadi tenaga penggerak utama, dimana hal ini sudah dimulai oleh beberapa negara antara lain German dengan sky sails yang digunakan untuk menarik kapal container dimana terjadi penghematan bahan bakar dari mesin utama sebesar 35 %, tentunya hal ini merupakan hasil yang menjanjikan untuk terus dilakukan pengembagan kedepannya dan dengan lahirnya konsep kapal wallenius wilhelmsen yang siap diluncurkan pada tahun 2025 yakni dimana hampir keseluruhan energi yang ada disekitar kapal dapat dimanfaatkan seperti angin, matahari, energi ombak, fuel cell dan hydrogen.
Dengan demikian dirasa penting untuk mulai berpartisipasi dalam pengembangan energi terbarukan yang dapat diaplikasikan pada kapal. Dengan perencanaan pengaplikasian turbin savonius di kapal yang dipasang pada areal top deck dari kapal, dengan pertimbangan tidak terdapatnya lalu lalang orang sehingga aman untuk diaplikasikan pada top deck dan juga
tersedianya ruang yang begitu luas sehingga dapat dipasang dalam jumlah yang banyak dan dapat tercipta wind farm, dengan begitu listrik yang dihasilkan menjadi lebih maksimal dan akan berdampak langsung pada pengurangan beban kerja dari mesin bantu.
1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam pembuatan penelitian ini adalah :
a) Bagaimana cara penentuan desain dan pembuatan prototype turbin savonius b) Bagaimanakah design rotor yang akan digunakan pada prototype turbin savonius.
1.3 Tujuan Penelitian
Pemanfaatan renewable energy merupakan sesuatu hal yang mungkin untuk dilakukan karena energi yang digunakan dan dibutuhkan tersedia dan melimpah ruah sehingga dapat bermanfaat sekali disaat energi yang ada ini dapat dikonversi menjadi energi lain yang lebih bermanfaat untuk kehidupan. Adapun tujuan dari penelitian ini antara lain:
a) Untuk mengetahui penentuan desain dan pembuatan prototype turbin savonius b) Untuk mengetahui design rotor yang akan digunakan pada prototype turbin savonius.
1.4 Manfaat Hasil Penelitian
Luaran dari penelitian ini adalah berupa publikasi ilmiah di seminar-seminar lokal perguruan tinggi. Dimana dengan adanya publikasi ini diharapkan khalayak ramai dapat mengetahui bahwasanya pemanfaatan renewable energy dengan tepat dapat memberikan dampak yang baik guna menunjang kebutuhan akan energy listrik yang masih tergantung dengan sumber non-renewable energy yang semakin lama semakin menipis jumlahnya.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Angin
2.1.1 Definisi Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun karena udaranya berkurang. Udara dingin disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dikarenakan konveksi.
Gambar 1. Foto satelit gerakan angin
1.1.2 Asal Energi Angin
Semua energi yang dapat diperbaharui dan bahkan energi pada bahan bakar fosil, kecuali energi pasang surut dan panas bumi berasal dari matahari. Matahari meradiasi 1,74 x 1.014
Kilowatt jam energi ke Bumi setiap jam. dengan kata lain, bumi ini menerima daya 1,74 x 1.017 watt. Sekitar 1-2% dari energi tersebut diubah menjadi energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak daripada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada di muka bumi.
Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0°, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.
Daerah panas ditunjukkan dengan warna merah, oranye, dan kuning pada gambar inframerah dari temperature permukaan laut yang diambil dari satelit NOAA-7 pada juli 1984. Udara panas lebih ringan daripada udara dingin dan akan naik ke atas sampai mencapai ketinggian sekitar 10 kilometer dan akan tersebar kearah utara dan selatan.
Jika bumi tidak berotasi pada sumbunya, maka udara akan tiba dikutub utara dan kutub selatan, turun ke permukaan lalu kembali ke khatulistiwa. Udara yang bergerak inilah yang merupakan energi yang dapat diperbaharui, yang dapat digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya menghasilkan listrik.
2.2 Tinjauan Pemasangan Turbin Savonius Pada Kapal.
Beberapa faktor yang menjadi landasan pemikiran untuk pemilihan jenis energi terbarukan yang akan diaplikasikan pada kapal. Karena pengaplikasian energi terbarukan pada kapal terkendala dengan beberapa hal sebagai berikut :
A. Ruang
Desain ruang pada kapal sangat diperhitungkan dengan sangat jeli karena ini menyangkut dengan biaya pembuatan dan muatan dari kapal tersebut. Oleh karena itu desain dari ruangan kapal dibuat seefektif mungkin.
B. Ruang Lingkup Pemakaian
Karena kapal berlayar di laut maka desain alat energi terbarukan harus tahan dengan air laut (Marine use) karena sangat rentan terhadap korosi.
C. Tahanan Kapal
Dalam ilmu perkapalan dikenal dengan tahanan kapal terutama hambatan udara (Air Resistance) RA karena pengaplikasian akan dipasang pada dek kapal.sehingga pengaplikasian
energi terbarukan pada kapal juga harus dicari yang memiliki hambatan terkecil.
D. Stabilitas kapal
Salah satu faktor penting dari kapal yakni stabilitasnya karena tidak mungkin mengaplikasikan energi terbarukan tapi mengurangi stabilitasnya. Karena faktor penting dalam perancangan kapal adalah stabilitasnya saat berlayar. Karena menyangkut kenyamanan dan keamanan dari kapal tersebut saat berlayar.
E. Keamanan
Dan satu lagi yang harus diutamakan ialah faktor keamanan baik dari kapal maupun kru dari kapal yang mengoperasikan kapal tersebut jangan sampai mengganggu proses pengoperasional kapal tersebut.
Sehingga didasari dari uraian diatas dapat disimpulkan untuk mencari energi terbarukan yang dapat bekerja terus menerus dengan memanfaatkan energi dari alam yang ada baik siang maupun malam hal ini didasari karena biaya investasi untuk pemasangan energi terbarukan yang besar dan juga desain kapal yang nantinya akan berubah sehingga alat tersebut harus dapat bekerja maksimal sehingga hasilnya dapat dirasakan manfaatnya dengan maksimal. oleh karena itu dipilihlah menggunakan tenaga angin karena angin dilaut selalu ada sepanjang hari, Tetapi dengan jenis apakah yang paling cocok untuk diaplikasikan pada kapal berikut uraian pemilihan jenis turbin yang cocok untuk diaplikasikan pada kapal.
Gambar 2. Macam-macam tipe turbin dan efisiensinya
Pada gambar diatas adalah macam-turbin antara kecepatan dan koefisien rotor pada pengaplikasian di darat. Dari berbagai jenis turbin dipilihlah turbin savonius dikarenakan alasan-alasan berikut :
A. Desainnya yang sederhana dan dapat menangani turbulensi angin dengan baik, mudah dalam pengaplikasian dan perawatan. Walaupun sama dengan savonius tidak dipilihnya turbin darius dikarenakan bentukan sudu dari darius yang khusus dikawatirkan jika dipakai dalam jangka waktu yang lama dan terus menerus dan pemakaiannya di laut dengan cuaca yang berubah-berubah akan terjadi deformasi bentuk dari sudu darius dimana akan mengurangi efisiensi dari kinerja rotor tersebut.
B. Pada turbin savonius tidak memiliki radius putar seperti turbin dengan blade seperti dutch wind, turbin 3 blade dan 2 blade, dimana ia mempunyai radius putar untuk mengarahkan turbin kearah angin dimana selain menyita tempat juga kurang aman. Sehingga dengan desain savonius yang seperti itu lebih ringkas dan memungkinkan untuk pemasangan turbin lebih banyak.
2.3. Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah berdasarkan atas diagram alur berikut ini:
Selanjutnya apabila dilihat dari segi cara atau teknik pengumpulan data, maka teknik pengumpulan data dapat dilakukan dengan interview, kuesioner, pengamatan, dan gabungan ketiganya. Kebutuhan dalam menganalisis dan mengevaluasi atas permasalahan pokok dalam studi ini, maka perlu metode pengumpulan data sebagai berikut:
Pengumpulan data primer dalam hal ini adalah data yang diperoleh dari studi di lapangan. Dalam penelitian ini didapatkan data-data primer yaitu data utama kapal yang akan dianalisa.
Pengumpulan data sekunder meliputi data-data dari sumber terkait, yaitu kepustakaan, Pengumpulan data dilakukan dengan menggunakan metode Studi Literatur / Riset Pustaka.
III. ANALISA DATA DAN HASIL
Ukuran atau dimensi dari blade yang dibuat memiliki ukuran utama sebagai berikut: Kemu dian dari desain yang telah ditentu kan maka dibuat suatu gambar desain menggunakan AUTOCAD
Gambar 3. Desain Turbin Savonius
No Keterangan Simbol Ukuran
1. Tinggi blade (H) 50 cm
2. Diameter Rotor (D) 40 cm
3 Diameter Blade (d) 24 cm
3.2 Penentuan Bahan Untuk Blade Turbin Savonious
Selanjutnya berdasarkan desain dari blade turbin yang sudah ditentukan maka dilakukan proses pembuatan blade turbin. Tahap awal pengerjaan telah dilakukan pembuatan blade dari turbin savonius sebanyak 4 buah dimana bahan untuk membuat blade menggunakan fiberglass dikarenakan sifat dari fiberglass yang ringan, mudah dalam pembentukan, kuat serta tahan terhadap sinar Ultra Violet.
telah dibuat.
Gambar 4. Cetakan dari Blade Savonius.
Gambar 5. Hasil blade yang telah dicetak menggunakan fiberglass
Pada tahap ini dilakukan pembuatan tempat rotor dari turbin savonius, seperti dilihat pada gambar. 6 terdapat bantuan dari baut 6 mm yang dipasang di enam titik, hal ini dilakukan guna menghindari proses defleksi ketika dilakukan pengelasan.
Gambar 6. Tempat rotor turbin savonius
1.3 Prototype Turbin Savonius
Berdasarkan apa yang telah dilakukan, dengan merangkai semua komponen yang ada maka dihasilkan suatau prototype dari turbin sebagai berikut:
Gambar 7. Prototype turbin savonius
Dimana hasil perancangan prototype turbin tersebut nantinya diharapkan bias dipasang di kapal seperti ilustrasi di bawah ini.
Gambar 8. Perencanaan pemasangan di kapal.
III. KESIMPULAN DAN SARAN
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
a) Turbin savonius adalah jenis turbin yang paling sesuai untuk aplikasi di kapal mengingat akan keterbatasan tempat dan memiliki desain yang cukup sederhana.
b) Didapatkan desain dari rotor turbin savonius dengan spesifikasi sebagai berikut: D=40cm d=24 dan H=50cm dengan e=4 cm
c) Bahan blade yang terbuat dari fiberglass dipilih sebagai bahan untuk membuat blade karena memiliki keuntungan sebagai berikut: ringan, tahan lama, dan tidak mudah berubah bentuk dibandingkan dengan menggunakan PVC
3.2 Saran
a) Perlu dilakukan simulasi guna melakukan validasi
b) Perlu dilakukan kajian lebih lanjut (penggunaan wind tunnel) guna mengetahui efektifitas/kinerja dari prototype turbin yang dibuat.
c) Pengaruh tahanan tambahan, harus diperhitungkan dan dipertimbangkan untuk aplikasi di kapal.
Ucapan Terima Kasih
Penulis ingin mengucapkan terima kasih atas dukungan dan bantuan dana penelitian dari Fakultas Teknologi Kelautan, DIKTI dan LP2MK UNSADA. Karena dukungannya penelitian ini dapat Terlaksana.
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad Hemami. (2011) Wind Turbine Technology. USA ; Cengage Learning.
Taylor. D.A. (1990) Introduction to Marine Enginnering ; Elsevier butterworth – einmann. Woodyard, D.F. (2009) Pounder’s Marine Diesel Engines and Gas Turbines, Eighth edition.
Elsevier butterworth – Heinmann.
Mohamed Hassan. (2011) Design Optimization of Savonius and Wells Turbines, thesis, Deutch ; Otto Von geuricke Universitat magdenburg.
Soelaiman,A. (2007) Perancangan, pembuatan dan pengujian prototype SKEA menggunakan rotor savonius windshide. (Tugas Akhir) Bandung ; Institiut Teknologi Bandung.
Alfin.(2003) Analisa Hasil Rancangan Kincir Angin Model Savonius Untuk Inverter. (Tugas Akhir) Kendari ; Universitas haluoleo.
Kiyokatsu suga. (2004) Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin, Jakarta ; Pradnya Paramitha.
Sargolzaeu.j & Kianifar. A. (2007) Estimaton of the power ratio and torque in wind turbine savonius rotors using artificial neural. International Journal of Energy, issue2, Vol 1.
