UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH JUMLAH SUDU DAN VARIASI
KECEPATAN ANGIN TERHADAP DAYA DAN PUTARAN TURBIN
ANGIN SAVONIUS DENGAN LUAS SAPUAN ROTOR 0,90 M2
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
MUHAMMAD ALFIAN
060401063
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan ridho-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Skripsi yang berjudul “UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH JUMLAH SUDU DAN VARIASI KECEPATAN ANGIN TERHADAP DAYA DAN PUTARAN TURBIN ANGIN SAVONIUS DENGAN LUAS SAPUAN ROTOR 0,90 M2” ini dibuat sebagai syarat akhir bagi mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi strata satu.
Dalam pembuatan hingga terselesaikannya skripsi ini saya tak lepas dari bantuan pihak-pihak yang sangat membantu bagi saya, sehingga pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan rasa terima kasih yang mendalam dan setulusnya kepada :
1. Ibunda Hj. Radiani dan Ayahanda (alm.) H. M. Adlan tercinta atas dukungan, doa, motivasi, kasih sayang, dan atas segala pengorbanan yang diberikan baik berupa moril naupun materil.
2. Bapak Prof. Dr.Ir. Farel H. Napitupulu, DEA selaku dosen pembimbing yang
telah memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing saya selama masa penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing saya selama masa penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing saya selama masa penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Dr-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin.
6. Bapak/Ibu Staff pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
ii
8. Rekan-rekan Teknik Mesin, khususnya rekan-rekan stambuk 2006 yang selalu
memberikan semangat dan dukungan doanya kepada saya.
9. Semua pihak yang banyak membantu saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat memberikan banyak manfaat dan wawasan khususnya bagi saya dan bagi masyarakat pada umumnya dan dengan senang hati saya menerima kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.
Medan, Juli 2011
iii
Abstrak
Kontruksi turbin angin Vertikal Axis Savonius dapat memanfaatkan potensi angin dari segala arah, sederhana dan tidak memerlukan tempat pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang besar merupakan pertimbangan untuk pengembangan turbin ini dalam kondisi angin di Indonesia.
Tujuan penelitian ini adalah unutk meneliti pengaruh jumlah sudu dan kecepatan angin terhadap daya dan putaran pada turbin angin Savonius. Dan mencari nilai koefisien daya dari bentuk profil sudu yang telah dirancang yaitu profil lengkung U dengan jari-jari 198 m2. Metode penelitian yang digunakan yaitu dengan metode eksperimen dan menghasilkan data pengukuran. Tahapan yang dilakukan yaitu perancangan, pembuatan prototipe dengan jumlah sudu 3, 4, 6 dan pengujian. Kecepatan nominal angin 3.2, 4, 4.8, 5.4 dan 6 m/s. Objek penelitian ini adalah turbin angin Savonius sudu lengkung U dengan luas sapuan 0.90 m2.
Hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik karakteristik putaran terhadap daya dan tip speed ratio terhadap koefisien daya pada setiap variasi jumlah sudu turbin dan kecepatan angin. Nilai maksimum untuk daya dan putaran yang diperoleh
untuk turbin angin tiga, empat dan enam sudu masing-masing adalah 6.74 W pada putaran 22.73 rpm, Cp 0.06 atau 6% pada λ0.20, 9.26 W pada putaran 33.67 rpm, Cp
0.08 atau 8% pada λ 0.29, 14.31 W pada putaran 27.73 rpm, Cp 0.12 atau 12% pada λ
0.24.
iv
1.3 Perumusan dan Batasan Masalah... 3
1.3.1 Rumusan Masalah ... 3
1.3.2 Batasan Masalah ... 4
1.4 Manfaat Penelitian ... 5
1.5 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Potensi Angin Indonesia ... 7
2.2 Energi Angin ... 11
2.3 Teori Momentum Elementer Betz ... 12
2.4 Tip Speed Ratio ... 18
2.5 Turbin Angin ... 19
2.5.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 20
2.5.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) ... 21
2.6 Turbin Angin Savonius ... 23
2.7 Daya Aerodinamik Pada Rotor ... 26
2.8 Generator ... 29
2.8.1 Generator Arus Bolak Balik (AC) ... 29
2.8.2 Generator Arus Searah (DC) ... 32
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 36
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 36
3.2 Desain Penelitian ... 37
3.3 Penerapan Prinsip Konversi Energi Angin... 37
v
3.3.2 Koefisien Daya Maksimum Rotor ... 37
3.4 Metodologi Pengujian ... 38
3.5.1 Metode Pengumpulan Data ... 47
3.5.2 Pengamatan dan Pengujian ... 47
3.5.3 Metode Pengolahan Data ... 47
3.6 Pelaksanaan Penelitian ... 47
3.6.1 Tahap Persiapan ... 47
3.6.2 Tahap Pengujian dan Pengambilan Data ... 48
3.6.3 Pengumpulan Data ... 51
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 53
4.1 Analisa Secara Teori ... 53
4.2 Data Hasil Pengujian... 54
4.2.1 Pengujian Tanpa Beban ... 54
4.2.2 Pengujian Dengan Variasi Kenaikan Beban ... 58
4.3 Perbadingan Hasil ... 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 74
5.1 Kesimpulan ... 74
5.2 Saran ... 75 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN 1 TABEL DATA ANGIN SUMATERA UTARA
LAMPIRAN 2 PROFIL ALIRAN DAN POTENSI KECEPATAN ANGIN
INDONESIA
LAMPIRAN 3 GAMBAR RANCANG BANGUN
LAMPIRAN 4 GRAFIK DARI DATA ANGIN LABORATORIUM TEKNIK
PENDINGIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS
TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA TANGGAL 28
JUNI 2011 SAMPAI 4 JULI 2011
vii
Daftar Tabel
Tabel 1.1 Produksi Listrik Di Beberapa Negara Sampai Tahun 2002 ... 2
Tabel 2.1 Koefisien – koefisien Hambat yang Khas Bagi Berbagai Silinder Dalam Aliran Dua Dimensi ... 27
Tabel 3.1 Spesifikasi sudu turbin angin ... 40
Tabel 3.2 Spesifikasi rotor tubin angin ... 40
Tabel 3.3 Spesifikasi transmisi roda gigi ... 40
Tabel 3.4 Bahan Penelitian ... 45
Tabel 3.5 Data Pengujian Tanpa Beban... 52
Tabel 3.6 Data Pengujian dengan Beban ... 52
Tabel 3.7 Data gabungan nilai daya aktual turbin W, putaran pada poros turbin n, koefisien daya Cp dan nilai tip speed ratio λ untuk jumlah sudu n buah pada setiap kondisi kecepatan angin Uo ... 52
Tabel 4.1 Daya Maksimum Angin ... 54
Tabel 4.2 Data Pengujian untuk 3 (tiga) Sudu ... 54
Tabel 4.3 Data Pengujian untuk 4 (empat) Sudu... 55
Tabel 4.4 Data Pengujian untuk 6 (enam) Sudu ... 55
Tabel 4.5 Data pengujian untuk 3 (tiga) sudu dengan beban 5 watt ... 58
Tabel 4.6 Data pengujian untuk 3 (tiga) sudu dengan beban 10 watt ... 58
Tabel 4.7 Data pengujian untuk 4 (empat) sudu dengan beban 5 watt ... 59
Tabel 4.8 Data pengujian untuk 4 (empat) sudu dengan beban 10 watt ... 59
Tabel 4.9 Data pengujian untuk 4 (empat) sudu dengan beban 15 watt ... 59
Tabel 4.10 Data pengujian untuk 6 (enam) sudu dengan beban 5 watt ... 59
Tabel 4.11 Data pengujian untuk 6 (enam) sudu dengan beban 10 watt ... 60
Tabel 4.12 Data pengujian untuk 6 (enam) sudu dengan beban 15 watt ... 60
viii
Tabel 4.14 Data gabungan nilai daya aktual turbin W, putaran pada poros
turbin n, koefisien daya Cp dan nilai tip speed ratio λ untuk
jumlah sudu 4 buah pada setiap kondisi kecepatan angin Uo ... 62 Tabel 4.15 Data gabungan nilai daya aktual turbin W, putaran pada poros
turbin n, koefisien daya Cp dan nilai tip speed ratio λ untuk
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Terjadinya Angin Dunia ... 7
Gambar 2.2 Siklus Angin Antara Lembah dan Pegunungan ... 8
Gambar 2.3 Aliran Angin di Kawasan Indonesia... 9
Gambar 2.4 Grafik Kecepatan Angin Rata-rata di Bagian Daerah SUMUT (a) Tahun 2008 (b) Tahun 2009 ... 10
Gambar 2.5 Grafik Pengukuran Kecepatan Angin Dikawasan Departemen Teknik Mesin USU ... 10
Gambar 2.6 Teori Momentum Dengan Mempertimbangkan Bangun Rotor Berputar ... 11
Gambar 2.7 Model Aliran dari Teori Momentum Beltz ... 14
Gambar 2.8 Koefisien Daya Berbanding Dengan Rasio Kecepatan Aliran Sebelum dan Setelah Konversi Energi ... 17
Gambar 2.9 Profil Tekanan dan Kecepatan Angin yang Melalui Turbin Angin Jenis Propeller Sumbu Horisontal ... 18
Gambar 2.10 Variasi Tip Speed Ratio Dan Koefisien Daya Pada Berbagai Jenis Turbin Angin ... 19
Gambar 2.11 Gaya Aerodinamik Rotor Turbin Angin Ketika Dilalui Aliran Udara ... 21
Gambar 2.12 Jenis Turbin Angin Berdasarkan Jumlah Sudu ... 21
Gambar 2.13 Jenis-jenis Turbin Darrieus ... 22
Gambar 2.14 Prinsip Rotor Savonius ... 23
Gambar 2.15 Kondisi aliran dan Gaya Aerodinamis pada Turbin Jenis Drag ... 24
Gambar 2.16 Turbin Drag Sederhana dan Model U, Kecepatan dari Aliran Udara Yang Tidak Terganggu ,Ω Kecepatan Sudut dari Rotor Turbin dan Radius r ... 25
Gambar 2.17 Bentuk Gelombang Pada Arus Bolak Balik ... 30
Gambar 2.18 Hubungan Antara Daya Semu, Daya Aktif dan Daya Reaktif ... 31
x
Gambar 2.20 Prinsip Kerja Generator DC ... 33
Gambar 2.21 Efek Komutasi ... 34
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 36
Gambar 3.2 Prototype Turbin Angin Savonius ... 38
Gambar 3.3 Grafik Cp dan λ dengan Variasi Kecepatan Angin ... 39
Gambar 3.4 Permanent Magnet Generator (PMG) DC ... 42
Gambar 3.5 Digital Multimeter ... 42
Gambar 3.6 Thermo-Anemometer ... 43
Gambar 3.7 Digital Tachometer ... 44
Gambar 3.8 Motor listrik ... 45
Gambar 3.9 Skema Pengujian ... 46
Gambar 3.10 Rangkaian Pengukuran Tegangan Tanpa Beban ... 49
Gambar 3.11 Rangkaian Pengukuran Arus Dengan Satu Beban ... 49
Gambar 3.12 Rangkaian Pengukuran Arus Dengan Dua Beban ... 49
Gambar 3.13 Rangkaian Pengukuran Arus Dengan Tiga Beban ... 49
Gambar 3.14 Rangkaian Pengukuran Tengangan Dengan Satu Beban ... 50
Gambar 3.15 Rangkaian Pengukuran Tegangan Dengan Dua Beban ... 50
Gambar 3.16 Rangkaian Pengukuran Tegangan Dengan Tiga Beban ... 50
Gambar 3.17 Prosedur pengujian ... 51
Gambar 4.1 Tabel Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban oleh Tambunan (2008) ... 56
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dan Tegangan Listrik ... 56
Gambar 4.3 Grafik Hubungan kecepatan angin dan putaran poros turbin ... 57
Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran poros turbin dan tegangan listrik ... 57
Gambar 4.6 Grafik kecepatan angin dan daya turbin ... 53
Gambar 4.7 Grafik kecepatan angin dan putaran turbin ... 63
Gambar 4.8 Grafik putaran turbin dan daya turbin ... 64
Gambar 4.9 Grafik tip speed ratio dan koefisien daya turbin ... 64
Gambar 4.10 Bentuk sudu rotor yang dilakukan oleh Patuh (2008), (a) Turbin Savonius sudu airfoil (b) Turbin Savonius sudu plat ... 66
xi
Gambar 4.12 Turbin savonius U dua sudu dan posisi ketiga turbin sejajar ... 67
Gambar 4.13 Turbin savonius U dua sudu dan posisi ketiga turbin
dengan sudut 60o ... 67 Gambar 4.14 Turbin savonius U dua sudu dan posisi ketiga turbin
dengan sudut 90o ... 68 Gambar 4.15 Turbin savonius U tiga sudu dan posisi ketiga turbin sejajar ... 68 Gambar 4.16 Turbin savonius U tiga sudu dan posisi ketiga turbin
dengan sudut 40o ... 69 Gambar 4.17 Turbin savonius U tiga sudu dan posisi ketiga turbin
dengan sudut 60o ... 69 Gambar 4.18 Grafik Cp terhadap λ dari pengujian semua model
untuk kecepatan 4,92 m/s ... 70 Gambar 4.19 Optimalisasi Titik Koordinat Pada Sudu Dengan Memasukkan
Data X, Y, dan R ... 71 Gambar 4.20 Bentuk Optimalisasi Sudu ... 72 Gambar 4.21 Grafik Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Setelah
iii
Abstrak
Kontruksi turbin angin Vertikal Axis Savonius dapat memanfaatkan potensi angin dari segala arah, sederhana dan tidak memerlukan tempat pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang besar merupakan pertimbangan untuk pengembangan turbin ini dalam kondisi angin di Indonesia.
Tujuan penelitian ini adalah unutk meneliti pengaruh jumlah sudu dan kecepatan angin terhadap daya dan putaran pada turbin angin Savonius. Dan mencari nilai koefisien daya dari bentuk profil sudu yang telah dirancang yaitu profil lengkung U dengan jari-jari 198 m2. Metode penelitian yang digunakan yaitu dengan metode eksperimen dan menghasilkan data pengukuran. Tahapan yang dilakukan yaitu perancangan, pembuatan prototipe dengan jumlah sudu 3, 4, 6 dan pengujian. Kecepatan nominal angin 3.2, 4, 4.8, 5.4 dan 6 m/s. Objek penelitian ini adalah turbin angin Savonius sudu lengkung U dengan luas sapuan 0.90 m2.
Hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik karakteristik putaran terhadap daya dan tip speed ratio terhadap koefisien daya pada setiap variasi jumlah sudu turbin dan kecepatan angin. Nilai maksimum untuk daya dan putaran yang diperoleh
untuk turbin angin tiga, empat dan enam sudu masing-masing adalah 6.74 W pada putaran 22.73 rpm, Cp 0.06 atau 6% pada λ0.20, 9.26 W pada putaran 33.67 rpm, Cp
0.08 atau 8% pada λ 0.29, 14.31 W pada putaran 27.73 rpm, Cp 0.12 atau 12% pada λ
0.24.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1LATAR BELAKANG
Alam menyediakan begitu banyak energi. Potensi sumber daya alam dapat digunakan untuk kebutuhan dan kepentingan manusia. Menurut proses pembentukannya, sumber daya alam dapat dibagi menjadi dua yaitu sumber daya yang dapat diperbaharui dan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Sedangkan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu energi angin, energi panas matahari, dan air. Energi terbaharui mendapat energi dari aliran energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan. Oleh sebab itu pemanfaatan energi alam yang berkelanjutan kini banyak diteliti dan dikembangkan.
Banyak sumber daya alam terbarukan yang ada di Indonesia yang belum dimanfaatkan secara optimal seperti energi angin, energi air, energi surya dan lainnya. Pemanfaatan energi terbarukan dapat mencegah terjadinya kenaikan jumlah karbon dioksida atau CO2 pada lapisan atmosfer yang menyebabkan pemanasan global. Pada sebuah surat kabar The Atjeh Post pada Rabu 1 Juni 2011, ”International Energy
Agency (IEA) mengungkapkan bahwa kenaikan emisi karbondioksida CO2 pada tahun 2010 sebesar 1.6 gigaton (Gt), saat diakumulasikan kenaikan karbondioksida di tahun 2010 menjadi 30.6 Gt, Nicholas Stern dari London School of Economics bahkan mengklaim, jika hal ini terus berlangsung pada 2100, suhu Bumi akan naik 4 derajat Celcius”.
Tabel 1.1 Produksi Listrik Di Beberapa Negara Sampai Tahun 2002
(sumber: Edelstein,William A.2003)
Penelitian ini juga diharapkan sebagai salah satu alternatif untuk mengatasi krisis energi yang terjadi di Indonesia khususnya di daerah Sumatera Utara. Dalam sebuah siaran pers PLN pada tanggal 8 Maret 2011, saat ini pasokan daya untuk sistim Sumatera Utara sebesar 1.447 MW, sedangkan kebutuhan pasokan disaat beban puncak (peak load) 1.339 MW. Sekarang ini sistim kelistrikan untuk wilayah Sumatera Bagian Utara, dipasok dari sejumlah pembangkit yang telah tersedia dengan realisasi daya mampu rata-rata sekitar 1.517 MW. Sementara itu, kondisi beban puncak (peak load) pada sistim kelistrikan yang sama sebesar 1.365 MW. Dengan cadangan daya yang sangat terbatas ini, diperkirakan tak akan mampu menghindari terjadinya pemadaman jika salah satu pembangkit utama menjalani pemeliharaan, sehingga dibutuhkan upaya untuk lebih memperbesar cadangan daya dengan
menambah pembangkit listrik baru. Untuk memenuhi peningkatan kebutuhan energi listrik tentunya membangun pembangkitan energi listrik yang membutuhkan perencaan yang matang dan daerah operasi yang luas serta biaya yang cukup besar.
memerlukan tempat pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang
besar merupakan suatu pertimbangan penulis dalam memilih jenis turbin angin ini. Hal inilah yang membuat penulis ingin melakukan analisa pada turbin angin yang dapat digunakan pada kondisi tersebut yaitu dengan mengembangkan turbin angin vertikal axis Savonius.
1.2TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian pengaruh jumlah sudu dan kecepatan angin terhadap daya dan putaran turbin angin Vertikal Axis Savonius adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap besarnya daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin.
2. Untuk mengetahui pengaruh kecepatan angin terhadap daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin
3. Mencari nilai koefisien daya dari turbin angin Savonius yang telah dirancang.
1.3RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH
1.3.1 Rumusan Masalah
Dalam penelitian turbin angin Vertikal Axis Savonius yang terkonsentrasi pada pengaruh jumlah dan profil sudu terhadap daya dan putaran yang dapat dibangkitkan turbin ini yang kemudian dikonversikan dalam bentuk energi listrik.
Adapun jumlah sudu yang digunakan yaitu 3, 4 dan 6. Tujuan penggunaan sudu 3,
4 dan 6 adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan jumlah sudu dan jumlah sudu yang optimal dalam mengekstrak energi angin serta memberi kemudahan bagi penulis dalam pemasangan sudu turbin terhadap sudut 360o. Sedangkan profil sudu turbin yang digunakan yaitu profil sudu lengkung dengan jari-jari r 198 mm (seperti pada gambar lampiran).
Sebelum penulis melakukan penelitian ini, terlebih dahulu penulis menumbuhkembangkan ide yang tertata dan dan terkonsep serta merumuskan permasalahan tersebut dalam bentuk pertanyaan berikut :
1. Bagaimanakah pengaruh kecepatan angin terhadap daya dan putaran yang dihasilkan oleh turbin angin ?
2. Bagaimanakah jumlah sudu turbin angin terhadap daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin?
1.3.2 Batasan Masalah
Banyak aspek yang melibatkan rancang bangun dan pengaruh jumlah, profil sudu dan pengaruh kecepatan angin terhadap daya dan putaran turbin, namum tidak semua
aspek yang akan ditinjau dalam penelitian ini. Melihat ruang lingkup penelitian ini sangat luas, penulis membuat batasan masalah sehingga tujuan dan target penelitian dapat dicapai sesuai dengan perencanaan. Batasan masalah penelitian ini adalah :
1. Rancang bangun turbin angin sesuai dengan desain yang ditentukan oleh penulis.
2. Spesifikasi turbin angin meliputi : a. Diameter rotor : 1.000 mm b. Tinggi rotor : 900 mm c. Jumlah sudu : 3, 4 dan 6
d. Profil sudu : lengkung dengan jari-jari kelengkungan 198 mm. 3. Variasi kecepatan angin untuk pengujian berkisar 3 – 6 m/s.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian yang penulis lakukan ini kiranya dapat bermanfaat bagi penulis sendiri, bagi para pembaca atau pihak – pihak yang berkepentingan. Manfaat penelitian ini dapat ditinjau dari :
1. Aspek keilmuan atau akademis
Penelitian ini erat hubungannya dengan mata kuliah mesin fluida, Turbin dan Mesin Konversi Energi sehingga dengan dilakukanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan wawasan yang luas bagi peneliti serta mengembangkan pola pikir tentang turbin angin Vertikal Axis Savonius yang kemudian mampu memberikan gagasan dalam inovasi turbin angin khususnya pada jenis Vertikal Axis Savonius.
2. Aspek praktik atau implementasi
Peneliti memfokuskan penelitian turbin angin jenis vertikal axis yang akan direncanakan pemakaiannya pada industri rumah tangga skala kecil, penggerak pompa air dalam skala kecil, dan gedung – gedung tinggi yang memiliki potensi angin.
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN
Penulis menyusun laporan hasil penelitian ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
Bab I. Pendahuluan
laporan hasil penelitian yang memiliki sistematika penulisan yang ilmiah, hal ini
dibahas pada sub-bab sistematika penulisan. Bab II. Tinjauan Pustaka
Pada bab tinjauan pustaka terdiri dari beberapa bab yang keseluruhan sub-bab berisikan teori – teori pendukung untuk melakukan pendekatan – pendekatan teoritis dalam menganalisis data hasil pengujian prototype turbin Angin Vertikal Axis Savonius akibat variasi kenaikan kecepatan angin Uo dan jumlah sudu.
Bab III. Perancangan Turbin Angin Savonius
Dalam bab ini dibahas penjelasan tentang metode penelitian berupa bahan dan peralatan yang digunakan, perancangnan, waktu dan tempat penelitian, prosedur dan variabel yang diamati.
Bab IV. Analisa Data dan Pembahasan
Pada bab ini berisikan hasil penelitian yang dilakukan berupa daya dan putaran yang dihasilkan oleh turbin angin . Dalam bab ini juga dipaparkan mengenai perhitungan dari data yang diperoleh dengan menggunakan teori yang ada pada bab II.
Bab V. Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini merupakan kesimpulan dan saran dari hasil analisa serta
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 POTENSI ANGIN INDONESIA
Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Didaerah katulistiwa, udaranya menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik keatas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi dan sebaliknya suatu perpindahan udara dari garis katulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Angin dapat bergerak secara horizontal maupun vertikal dengan kecepatan yang dinamis dan fluktuatif. Pergerakan angin secara horizontal dinamakan adveksi, sedangkan pergerakan secara vertikal dinamakan konveksi. Pergerakan perputaran bumi juga berpengaruh terhadap angin, yang disebut gaya coriollis.
Gambar 2.1 Siklus Terjadinya Angin Dunia (Sumber : http://gienzmedia.blogspot.com)
Menurut Willet, yang juga dikutip oleh Putman, energi angin dapat memberikan daya
sebesar 2.1013 Watt. Bila 1% dari perkiraan daya menurut Willet dimanfaatkan, suatu daya sebesar 2.1011 Watt akan diperoleh. Angka ini merupakan 3% dari kebutuhan energi dunia tahun 1972 (Nursuhud, 2008).
Sebenarnya angin memiliki pola umum sirkulasi udara yang disebut prevailing wind. Prevailing wind didaerah tropis disebut trade wind, didaerah beriklim sedang disebut westerlies wind dan didaerah kutub disebut polar wind. Selain pola umum tersebut masih banyak lagi ragam angin yang ada. Angin lokal disebabkan perbedaan tekanan lokal dan juga dipengaruhi topograpy, gesekan permukaan disebabkan gunung, lembah dan lain – lain. Variasi harian disebabkan perbedaan temperatur antara siang dan malam. Perbedaan temperatur daratan dan lautan juga mengakibatkan angin.
Gambar 2.2 Siklus Angin Antara Lembah dan Pegunungan (Sumber : Manwell, 2002)
Gambar 2.3 Aliran Angin di Kawasan Indonesia (Sumber : http://www.bmg.go.id, 2011)
Untuk daerah Sumatera khususnya di Sumatera Utara aliran angin terlihat mempunyai potensi di bagian Sumatera Utara bagian Barat dan kepulauan Nias. Hal ini juga terlihat dari gambar 2.4 grafik kecepatan angin rata-rata di Sumatera Utara yang diperoleh dari himpunan data dinas Badan Meteorologi Klimatologi dan
Geofisika (BMKG) Sumatera Utara tahun 2008 dan 2009.
(a)
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
V
(b)
Gambar 2.4 Grafik Kecepatan Angin Rata-rata di Bagian Daerah SUMUT (a) Tahun 2008 (b) Tahun 2009
(Sumber : Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Sumatera Utara. 2010)
Pengukuran data angin juga dilakukan disekitar kawasan Departemen Teknik Mesin USU, dalam hal ini data diperoleh dari pengukuran yang dilakukan oleh Laboratorium Teknik Pendingin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Data yang digunakan yaitu hasil pengukuran dari tanggal 28 Juni 2011 sampai 4 Juli 2011 yang diambil dalam jarak waktu persatuan menit
selama 24 jam tanpa berhenti. Hasil pengukuran yang dilakukan dapat dilihat dari grafik 2.5 berikut.
Gambar 2.5 Grafik Pengukuran Kecepatan Angin Di Kawasan Departemen Teknik Mesin USU
(sumber : Laboratorium Teknik Pendingin Departemen Teknik Mesin USU, 2011) 0
1 2 3 4
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
2.2 ENERGI ANGIN
Model sederhana dari turbin angin mengambil dasar teori dari momentum, angin dengan kecepatan tertentu menabrak rotor yang memiliki performa sayap atau propeller. Dalam model sederhana, dimana memungkinkan Newtonian mechanics digunakan, aliran diasumsikan steady dan mendatar, udara diasumsikan incompressibel dan inviscid, dan aliran downstrea m (aliran setelah melalui rotor) diasumsikan konstan disekeliling bagian streamtube dengan tidak ada diskonuitas tekanan di seberang perbatasan streamtube. Aplikasi dari momentum dan energi., diperlihatkan dalam gambar berikut :
Gambar 2.6 Teori Momentum Dengan Mempertimbangkan Bangun Rotor Berputar (Sumber : Hau, 2006)
Menurut ilmu fisika klasik energi kenetik dari sebuah benda dengan massa m dan kecepatan u adalah E = 0.5.m.u2, dengan asumsi bahwa kecepatan u tidak mendekati kecepatan cahaya. Rumus tersebut diatas berlaku juga untuk menghitung energi kinetik yang diakibatkan oleh gerakan angin. Sehingga bias dituliskan sebagai berikut :
... (2.1)
Dengan E = energi (joule)
m = massa udara (kg)
Bila suatu blok udara yang mempunyai penampang A m2, dan bergerak dengan
kecepatan u m/s, maka jumlah massa yang melewati sesuatu tempat adalah :
̇ ... (2.2)
dengan ̇ = laju aliran massa (kg/s)
A = luas penampang melintang aliran (m2)
ρ = massa jenis angin (kg/m3)
Menurut Nursuhud (2008), tenaga total aliran angin adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang datang, maka :
̇ ̇ ̇ ... (2.3)
dengan
̇ = tenaga total (watt)
gc = faktor koreksi = 1 (kg/N.s2)
dengan melihat persamaan 2.1 dan 2.2 maka
̇ (W) ... (2.4)
Daya per luas, sebagai potensi daya angin atau kerapatan daya angin (wind
power density), yaitu:
̇ (W/m2
) ... (2.5)
Energi kinetik yang terkandung dalam angin inilah yang ditangkap oleh turbin angin untuk memutar rotor. Untuk menganalis seberapa besar energi angin yang dapat diserap oleh turbin angin, digunakan Teori Momentum Elementer Betz.
2.3TEORI MOMENTUM ELEMENTER BETZ
turbin angin. Kecepatan aliran udara berkurang dan garis aliran membelok ketika
melalui rotor dipandang pada satu bidang. Berkurangnya kecepatan aliran udara disebabkan sebagian energi kinetik angin diserap oleh rotor turbin angin. Pada kenyataannya, putaran rotor menghasilkan perubahan kecepatan angin pada arah tangensial yang akibatnya mengurangi jumlah total energi yang dapat diambil dari angin.
Walaupun teori elementer Betz telah mengalami penyederhanaan, namun teori ini cukup baik untuk menjelaskan bagaimana energi angin dapat dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya.
Dengan menganggap bahwa kecepatan udara yang melalui penampang A adalah sebesar Uo, maka aliran volume udara yang melalui penampang rotor pada setiap
Dengan demikian laju aliran massa :
̇ (kg/s) ... (2.7)
dimana :
A = sapuan rotor ( )
Dengan demikian, laju aliran massa :
= massa jenis udara (kg/ )
Persamaan yang menyatakan energi kinetik melalui penampang A pada setiap satuan waktu dapat dinyatakan sebagai daya yang melalui penampang A adalah:
dimana :
P : daya mekanik (Watt)
Energi dapat diambil dari angin dengan mengurangi kecepatannya. Artinya kecepatan udara dibelakang rotor akan lebih rendah daripada kecepatannya. Berarti kecepatan udara di belakang rotor akan lebih rendah daripada kecepatan udara didepan rotor. Energi mekanik yang diambil dari angin satuan waktu didasarkan pada perubahan kecepatannya dapat dinyatakan dengan persamaan :
(W) ... (2.9)
dimana :
P : daya yang diekstraksi (Watt)
ρ : massa jenis udara (kg/ )
: luas penampang aliran udara sebelum melalui rotor ( )
: luas penampang aliran udara setelah melalui rotor ( ) : kecepatan aliran udara sebelum melewati rotor (m/s)
: kecepatan aliran udara setelah melewati rotor (m/s)
dengan asumsi massa jenis tidak mengalami perubahan maka sesuai hukum kontinuitas sebagai berikut :
(kg/s) ... (2.10)
maka :
̇ (W) ... (2.11)
dari persamaan 2.11 dapat disimpulkan bahwa daya terbesar yang diambil dari angin
adalah jika bernilai nol, yaitu angin berhenti setelah melalui rotor, namun hal ini tidak dapat terjadi karena tidak memenuhi hukum kontinuitas. Energi angin yang
diubah akan semakin besar jika semakin kecil, atau dengan kata lain rasio harus semakin besar.
Persamaan lainnya yang diperlukan untuk mencari besarnya daya yang dapat diambil adalah persamaan momentum :
̇ (N) ... (2.12)
dimana :
F : gaya (N)
̇ : laju aliran massa udara (kg/s)
sesuai dengan hukum kedua Newton bahwa gaya aksi akan sama dengan gaya reaksi, gaya yang diberikan udara kepada rotor akan sama dengan gaya hambat oleh rotor
yang menekan udara kearah yang berlawanan dengan arah gerak udara. Daya yang diperlukan untuk menghambat aliran udara adalah :
̇ (W) ... (2.13)
dimana :
U‟ : kecepatan aliran udara pada rotor (m/s)
kedua persamaan diatas digabungkan menunjukkan hubungan :
sehingga
(m/s) ... (2.15)
maka kecepatan aliran udara ketika melalui rotor adalah :
(m/s) ... (2.16)
laju aliran massa menjadi :
̇ (kg/s) ... (2.17)
maka besarnya keluaran daya mekanik yang telah diubah adalah :
(W) ... (2.18)
Untuk melengkapi uraian dari besarnya keluaran daya mekanik ini, harus dibandingkan dengan daya yang terkandung pada aliran angin yang melewati luasan area A yang sama, yaitu persamaan 2.8, besarnya rasio perbandingan antara keluaran daya mekanik yang telah diubah dari energi angin dengan daya yang terkandung pada angin Po disebut dengan “power coefficient”Cp dengan persamaan :
... (2.19)
Koefisien daya tersebut dapat diubah menjadi fungsi dari perbandingan kecepatan U2/U1, yaitu :
| | | | ... (2.20)
keterkaitan ini di plot ke dalam grafik, secara langsung solusi analitis juga dapat
ditemukan dengan mudah. Dapat dilihat bahwa koefisien daya mencapai maksimum pada rasio kecepatan angin tertentu seperti pada terlihat pada gambar
Gambar 2.8 Koefisien Daya Berbanding Dengan Rasio Kecepatan Aliran Sebelum dan Setelah Konversi Energi
(Sumber : Hau, 2006)
Dengan U2/U1 = 1/3, besarnya effisiensi teoritis atau ideal atau maksimum dari turbin angin Cp adalah :
... (2.21)
Denga kata lain, turbin angin dapat mengkonversikan tidak lebih dari 60% tenaga total angin menjadi tenaga berguna. Betz adalah orang pertama yang menemukan nilai ini, untuk itu nilai ini disebut juga dengan Betz factor.
Mengetahui bahwa koefisien daya maksimum yang ideal dicapai pada U2/U1=1/3, kecepatan angin yang melalui rotor menjadi :
... (2.22)
... (2.23)
Gambar berikut menunjukkan asumsi bahwa roda turbin mempunyai ketebalan a-b , tekanan masuk Po dan V1 dan pada bagian keluar P2 dan V2. V2 lebih kecil dari
pada V1 karena energi kinetiknya telah diambil oleh sudu turbin.
Gambar 2.9 Profil Tekanan dan Kecepatan Angin yang Melalui Turbin Angin Jenis Propeller Sumbu Horisontal
(Sumber : Hau, 2006)
2.4 TIP SPEED RATIO
Tip speed ratio (rasio kecepatan ujung) adalah rasio kecepatan ujung rotor terhadap kecepatan angin bebas. Untuk kecepatan angin nominal yang tertentu, tip speed ratio akan berpengaruh pada kecepatan rotor. Turbin angin tipe lift akan memiliki tip speed ratio yang relatif lebih besar dibandingkan dengan turbin angin
drag.
Tip speed ratio dihitung dengan persamaan :
... (2.24)
dengan :
n : putaran rotor (rpm)
u : kecepatan angin ( ⁄)
Gambar berikut menunjukkan variasi nilai tip speed ratio dan koefisien daya
untuk berbagai macam turbin angin.
Gambar 2.10 Variasi Tip Speed Ratio Dan Koefisien Daya
Pada Berbagai Jenis Turbin Angin (Sumber : Hau, 2006)
2.5 TURBIN ANGIN
Turbin angin merupakan mesin dengan sudu berputar yang mengonversikan energi kinetik angin menjadi energi mekanik. Jika energi mekanik digunakan langsung secara permesinan seperti pompa atau grinding stones, maka mesin (turbin) disebut windmill. Jika energi mekanik dikonversikan menjadi energi listrik, maka mesin disebut turbin angin atau wind energy converter (WEC).
Turbin angin sebagai mesin konversi energi dapat digolongkan berdasarkan prinsip aerodinamik yang dimanfaatkan rotornya. Berdasarkan prinsip aerodinamik, turbin angin dibagi menjadi dua bagian yaitu:
1. Jenis drag yaitu prinsip konversi energi yang memanfaatkan selisih koefisien
drag.
Pengelompokan turbin angin berdasarkan prinsip aerodinamik pada rotor yang
dimaksud yaitu apakah rotor turbin angin mengekstrak energi angin memanfaatkan gaya drag dari aliran udara yang melalui sudu rotor atau rotor angin mengekstrak energi angin dengan memanfaatkan gaya lift yang dihasilkan aliran udara yang melalui profil aerodinamis sudu. Kedua prinsip aerodinamik yang dimanfaatkan turbin angin memiliki perbedaan putaran pada rotornya, dengan prinsip gaya drag memiliki putaran rotor relatif rendah dibandingkan turbin angin yang rotornya menggunakan prinsip gaya lift.
Jika dilihat dari arah sumbu rotasi rotor, turbin angin dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu:
1. Turbin angin sumbu horizontal (TASH) 2. Turbin angin sumbu vertikal (TASV)
2.5.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH)
Turbin angin sumbu horizontal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi rotornya paralel terhadap permukaan tanah. Turbin angin sumbu horizontal memiliki
poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara dan diarahkan menuju dari arah datangnya angin untuk dapat memanfaatkan energi angin. Rotor turbin angin kecil diarahkan menuju dari arah datangnya angin dengan pengaturan baling – baling angin sederhana sedangkan turbin angin besar umumnya menggunakan sensor angin dan motor yang mengubah rotor turbin mengarah pada angin. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor turbin angin sumbu horizontal mengalami gaya lift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih besar dari gaya drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift, seperti terlihat pada gambar 2.11.
Dilihat dari jumlah sudu, turbin angin sumbu horizontal terbagi menjadi:
1. Turbin angin satu sudu (single blade) 2. Turbin angin dua sudu (double blade) 3. Turbin angin tiga sudu (three blade) 4. Turbin angin banyak sudu (multi blade)
Gambar 2.12 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu
(Sumber: Manwell, 2002)
2.5.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV)
Turbin angin sumbu vertikal merupakan turbin angin yang sumbu rotasi rotornya tegak lurus terhadap permukaan tanah. Jika dilihat dari efisiensi turbin, turbin angin sumbu horizontal lebih efektif dalam mengekstrak energi angin dibanding dengan turbin angin sumbu vertikal.
Meskipun demikian, turbin angin vertikal memiliki keunggulan, yaitu:
Turbin angin sumbu vertikal tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah, tidak seperti turbin angin horizontal yang memerlukan mekanisme tambahan untuk menyesuaikan rotor turbin dengan arah angin.
Tidak membutuhkan struktur menara yang besar Konstruksi turbin sederhana
Turbin angin sumbu vertikal dapat didirikan dekat dengan permukaan tanah, sehingga memungkinkan menempatkan komponen mekanik dan komponen elektronik yang mendukung beroperasinya turbin.
Jika dilihat dari prinsip aerodinamik rotor yang digunakan, turbin angin sumbu vertikal dibagi menjadi dua bagian yaitu:
Turbin angin Darrieus pada umumnya dikenal sebagai turbin eggbeater. Turbin
angin Darrieus pertama kali ditemukan oleh Georges Darrieus pada tahun 1931. Turbin angin Darrieus merupakan turbin angin yang menggunakan prinsip aerodinamik dengan memanfaatkan gaya lift pada penampang sudu rotornya dalam mengekstrak energi angin.
Turbin Darrieus memiliki torsi rotor yang rendah tetapi putarannya lebih tinggi dibanding dengan turbin angin Savonius sehingga lebih diutamakan untuk menghasilkan energi listrik. Namun turbin ini membutuhkan energi awal untuk mulai berputar. Rotor turbin angin Darrieus pada umumnya memiliki variasi sudu yaitu dua atau tiga sudu. Modifikasi rotor turbin angin Darrieus disebut dengan turbin angin H.
Gambar 2.13 Jenis-Jenis Turbin Darrieus (Sumber: Manwell, 2002)
2. Turbin Angin Savonius
Penjelasan tentang turbin angin Savonius akan dibahas pada sub bab 2.6 berikut.
2.6 TURBIN ANGIN SAVONIUS
Turbin angin Savonius pertama kali diperkenalkan oleh insinyur Finlandia Sigurd J. Savonius pada tahun 1922. Turbin angin sumbu vertikal yang terdiri dari dua
sudu berbentuk setengah silinder (atau elips) yang dirangkai sehingga membentuk „S‟,
permukaan cembung. Oleh sebab itu, sisi permukaan cekung setengah silinder yang
dilalui angin akan memberikan gaya hambat yang lebih besar daripada sisi lain sehingga rotor berputar. Setiap turbin angin yang memanfaatkan potensi angin dengan gaya hambat memiliki efisiensi yang terbatasi karena kecepatan sudu tidak dapat melebihi kecepatan angin yang melaluinya.
Gambar 2.14 Prinsip Rotor Savonius (Sumber : Mohamed, 2010)
Dengan memanfaatkan gaya hambat, turbin angin savonius memiliki putaran dan daya yang rendah dibandingkan dengan turbin angin Darrius. Meskipun demikian turbin savonius tidak memerlukan energi awal memulai rotor untuk berputar yang merupakan keunggulan turbin ini dibanding turbin Darrieus.
Daya dan putaran yang dihasilkan turbin savonius relatif rendah, sehingga pada penerapannya digunakan untuk keperluan yang membutuhkan daya kecil dan sederhana seperti memompa air. Turbin ini tidak sesuai digunakan untuk pembangkit listrik dikarenakan tip speed ratio dan faktor daya yang relatif rendah.
Menurut Mohamed (2010), Savonius adalah sebuah turbin angin vertikal yang
berputar lambat (λ ≈1) dan memiliki efisiensi yang rendah sampai 2 yang
paling maksimal. Namun demikian, turbin ini memiliki beberapa keuntungan untuk aplikasi yang khusus seperti sederhana dan biaya yang rendah. Dan inilah yang menjadi ruang untuk dikembangkan.
kecepatan Uw, maka daya yang dapat ditangkap P, dapat dihitung dari aerodinamis
hambatan D, luas penampang A dan kecepatan U adalah :
(W) ... (2.25)
Gambar 2.15 Kondisi aliran dan Gaya Aerodinamis pada Turbin Jenis Drag (Sumber : Hau, 2006)
Mesin drag ideal terdiri dari alat dengan permukaan penghalang digerakkan angin atau flaps bergerak paralel terhadap aliran angin merata dengan kecepatan .
Perbedaan tekanan jarak lintas stasioner flap dijaga tegak lurus terhadap kecepatan angin. Untuk flap dengan luas sapuan bergerak dengan kecepatan , gaya drag penggerak maksimum adalah:
⁄ ... (2.26)
Koefisien hambat (drag) tak berdimensi adalah digunakan untuk menggambarkan alat dilihat dari yang ideal, sehingga gaya hambat menjadi:
⁄ ... (2.27)
... (2.28)
Daya maksimum pada nilai saat ⁄ , sehingga
... (2.29)
Koefisien daya didefenisikan dari persamaan (2.19) didapat
⁄ ... (2.30)
Sehingga
... (2.31)
Gambar 2.16 Turbin Drag Sederhana dan Model U, Kecepatan dari Aliran Udara
Yang Tidak Terganggu ,Ω Kecepatan Sudut dari Rotor Turbin dan Radius r
(Sumber : Manwell, 2002)
Nilai dari mendekati nol sampai titik maksimum, maksimum kira – kira 1,5 untuk bentuk cekung yang digunakan pada anemometer standard. Dengan demikian, koefisien daya maksimum untuk drag machine adalah:
... (2.32)
Hal ini dibandingkan dengan kriteria Betz‟ untuk turbin „ideal‟ dengan
.. Ditunjukkan bahwa turbin tipe lift memiliki koefisien daya 30%
Betz‟. Daya ekstraksi dari drag ma chine dapat ditingkatkan dengan penggabungan flap atau dengan memperbaiki konsentrasi aliran angin. Cara memperbaiki drag machine memiliki hal yang sama dengan rotor turbin Savonius.
2.7 GAYA AERODINAMIK PADA ROTOR
Ada dua macam gaya yang menggerakan rotor pada turbin angin, yaitu gaya lift dan drag. Gaya lift adalah gaya pada arah tegak lurus arah aliran yang dihasilkan ketika fluida bergerak melalui benda yang berpenampang airfoil. Jika penampang airfoil menyapu udara dengan kecepatan tertentu maka tekanan udara pada bagian atas sayap akan lebih kecil dari bagian bawah sayap, hal ini menyebabkan adanya gaya angkat pada sayap tersebut yang disebut gaya lift. Sedangkan gaya drag adalah gaya hambat yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda.
Turbin angin jenis drag umumnya memiliki koefisien daya yang relatif rendah karena banyak terjadi rugi-rugi yang ditimbulkan oleh turbulensi yang terjadi. Kecepatan putar rotornya juga relatif rendah. Turbin angin jenis lift memiliki koefisien daya yang relatif besar dan kecepatan sudut rotor yang relatif tinggi
dibandingkan dengan turbin angin jenis drag.
Menurut Streeter (1996), hambatan atau drag adalah komponen gaya yang sejajar dengan kecepatan mendekati relatif yang dilakukan terhadap benda oleh fluida yang bergerak. Koefisien hambat berdefinisi :
Tabel 2.1 Koefisien – koefisien Hambat yang Khas Bagi Berbagai Silinder Dalam
Aliran Dua Dimensi
(Sumber : Streeter, 1996)
Menurut Reksoatmodjo (2005), untuk penerapan teori Betz pada turbine angin Savonius perlu memperhatikan penyimpangan – penyimpangan dari asumsi – asumsi yang digunakan oleh Betz. Pertama, Betz mengansumsikan jumlah sudu – sudu turbin tak terhingga, sedangkan pada turbin Savonius jumlah sudu – sudu hanya dua. Kedua, Betz mengasumsikan aliran udara laminar, sedangkan dalam kenyataannya terutama pada kecepatan angin pada bilangan Beaufort Bn 10 atau 26 m/s aliran udara
setengah silinder harga – harga itu sama dengan 2.3 dan 1.2 (bilangan Reynold 4 x Dengan demikian daya yang dihasilkan dapat dinyatakan dengan persamaan :
[ ] ... (2.34)
disederhanakan menjadi :
[ ] ... (2.35)
tanda minus pada awal persamaan 2.34 dan 2.35 menunjukkan bahwa, daya yang dihasilkan merupakan reaksi terhadap daya angin. Penyelesaian persamaan 2.35 menghasilkan : menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan teori medan elekronik. Poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetic permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan
listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel
jaringan listrik. Berdasarkan arus yang disalurkan generator menjadi dua jenis yaitu generator AC (bolak balik) dan generator DC (searah). Generator AC atau altenator bekerja pada prinsip yang sama dari induksi elektromagnetik sebagai generator DC. Arus bolak balik dapat dihasilkan dari perputaran lilitan pada medan magnet atau perputaran medan magnet pada lilitan stasioner (seimbang/tidak berubah). Nilai dari tegangan tergantung pada:
- Jumlah perputaran pada lilitan - Kekuatan medan
- Kecepatan rotasi lilitan/medan magnet
2.8.1 Generator Arus Bolak Balik (AC)
Sebuah generator arus bolak balik mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik berdasarkan prinsip induksi elektromegnetik. Dalam pembelajaran secara magnetik, menunjukkan arus yang dibawa konduktor menghasilkan sebuah daerah magnet disekelilingnya. Ini juga akan merubah medan magnet yang akan
menghasilkan elektromagnetik pada konduktor. Jika sebuah konduktor berada dalam medan magnet atau diantara medan magnet itu dan pergerakan konduktor. Ini yang disebut dengan induksi elektromagnet. Listrik Arus bolak-balik (listrik AC -- alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan listrik arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Karakteristik dari daya yang dihasilkan oleh generator arus bolak balik adalah adanya nilai faktor daya.
yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,5, maka kapasitas
jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (VA). Faktor Daya / Faktor kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan faktor daya ini menggunakan kapasitor.
Gambar 2.17 Bentuk gelombang pada arus bolak balik (sumber : Fogiel, 2004.)
Dalam sistem listrik AC/Arus Bolak-Balik ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya untuk beban yang memiliki impedansi (Z), yaitu:
• Daya semu (S, VA, Volt Amper)
• Daya aktif (P, W, Watt)
• Daya reaktif (Q, VAR, Volt Amper Reaktif)
Untuk rangkaian listrik AC, bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoida, besarnya daya setiap saat tidak sama. Maka daya yang merupakan daya rata-rata diukur dengan satuan Watt, Daya ini membentuk energi aktif persatuan waktu dan dapat diukur dengan kwh meter dan juga merupakan daya nyata atau daya aktif (daya poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu.
dan transformator. Pada suatu instalasi, khususnya di pabrik/industri juga terdapat
beban tertentu seperti motor listrik, yang memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu daya reaktif (VAR) untuk membuat medan magnet atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim tenaga listrik.
Pada sistem arus bolak-balik, daya listrik tidak sesederhana pada sistem arus searah. Pada arus bolak-balik terdapat tiga jenis daya, yaitu daya semu, daya aktiv, dan daya reaktif, secara matematis :
S = P + jQ ... (2.37)
Dimana daya semu (S) merupakan hasil penjumlahan daya aktiv (P) dengan daya reaktif (jQ) secara vektoris. Daya semu merupakan hasil perkalian langsung antara tegangan kerja dengan Arus konsumsi peralatan listrik yang terpasang
S = V x I ... (2.38)
Gambar 2.18 Hubungan antara daya semu, daya aktif dan daya reaktif (sumber : www.scribd.com)
Daya aktif, merupakan daya yang digunakan oleh peralatan, sedangkan daya reaktif daya yang ditimbulkan oleh komponen reaktif induktor yang bersifat rugi-rugi sistem jaringan listrik. Karena penjumlahan daya aktiv (P) dengan daya reaktif (S) secara vektoris maka besarnya perbandingan antara daya aktiv terhadap daya semu merupakan fungsi cosinus.
2.8.2 Generator Arus Searah DC
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu :
1. Generator penguat terpisah 2. Generator shunt
3. Generator kompon
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 2.19 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Gambar 2.19 Konstruksi generator DC (sumber : Gunawan, 2010)
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Syarat untuk dapat dibangkitkan GGL adalah :
• Harus ada medan magnetik
• Harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu
Gambar 2.20 Prinsip kerja generator DC (sumber : Gunawan, 2010)
Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak-balik, meskipun tujuan utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan kecepatan
yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yang berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan
• Saklar • Komutator • Dioda
1. Sistem Saklar
Saklar berfungsi untuk menghubungsingkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
2. Sistem Komutator
Komutator berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubungsingkatkan kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangan bolak balik sinusoidal. Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.
Gambar 2.21 Efek Komutasi (sumber : Gunawan, 2010)
3. Sistem Dioda
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
• Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
• Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus.
Pada generator arus searah DC hanya menghasilkan daya aktif (Watt) maka, rumus daya untuk arus searah adalah :
V = tegangan DC (volt)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN
3.2 DESAIN PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen. Tahap yang dilakukan adalah perancangan, pembuatan prototype dan dilakukan pengujian terhadap prototype tersebut. Hal ini bertujuan untuk membuktikan teori yang mendasari tugas akhir ini dan dihubungkan dengan keadaan sebenarnya dengan hasil pengujian. Metode eksperimen berupa pengujian terhadap objek akan menghasilkan data pengukuran. Perubahan jumlah sudu dan kecepatan angin sebagai parameter untuk menghitung daya dan putaran yang dihasilkan oleh turbin angin Savonius. Penelitian ini memberikan gambaran secara sistematik, faktual dan akurat mengenai hubungan antara perubahan jumlah sudu dan kecepatan angin terhadap besarnya daya dan putaran yang dihasilkan oleh turbin. Dengan pengujian prototype ini kita dapat menganalisis untuk kemudian dijadikan bahan untuk pengembangan model berikutnya.
3.3 PENERAPAN PRINSIP KONVERSI ENERGI ANGIN
3.3.1 Menentukan Kecepatan Angin Nominal
Data angin yang telah diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) dan Laboratorium Teknik Pendingin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU menjadi data awal dalam menentukan variasi kecepatan angin dalam pengujian. Pada lampiran I di ambil kecepatan angin yang akan di uji yaitu 3.2,4,4.8,5.4 dan 6 m/s. Turbin angin yang dibuat adalah turbin angin Savonius dengan variasi jumlah sudu 3, 4 dan 6 buah. Turbin angin ini dimaksudkan dapat digunakan pada kecepatan angin rendah dan daya listrik yang dihasilkan dapat digunakan.
3.3.2 Koefisien Daya Maksimum Rotor
aerodinamis tahanan atau drag, koefisien daya maksimum yang dapat dihasilkan
hanya sebesar 0.2 (Eric Hau, 2006 : 87).
3.4 Metodologi Pengujian
3.4.1 Waktu dan Tempat
Proses produksi elemen – elemen turbin savonius dilakukan dengan cara manual (handmade). Setelah pembuatan dan a ssembly objek penelitian selesai, pengujian turbin angin dapat dilakukan. Semua proses penelitian dilakukan di Laboratorium Mesin Proses Produksi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penelitian ini mulai dikerjakan dari bulan Juli 2010 hingga Mei 2011.
3.4.2 Alat
Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari :
1. Prototype turbin angin Savonius yang merupakan alat yang akan di uji.
Spesifikasi elemen yang digunakan pada Turbin Angin Savonius adalah
sebagai berikut :
a) Sudu
Sudu merupakan bagian dari rotor turbin yang mengekstrak sebahagian dari total energi angin yang melalui area sapuan rotor. Menurut percobaan Patuh (2008) dalam Hermawan (2010), melakukan penelitian terhadap turbin angin Savonius dengan variasi bentuk sudu plat dan airfoil. Kecepatan angin yang digunakan terdapat empat variasi yaitu 2.05 m/s, 2.55 m/s, 2.97 m/s dan 5.63 m/s. Nilai cut in speed untuk sudu plat sebesar 0.78 m/s, sedangkan untuk sudu airfoil sebesar 0.23 m/s. Turbin angin Savonius sudu plat dan sudu airfoil bekerja optimum pada kecepatan angin yang sama yaitu 2.97 m/s, dengan Cpmax untuk sudu plat sebesar 0.12 dan Cpmax untuk sudu airfoil sebesar 0.075. Turbin angin Savonius dengan sudu plat memiliki nilai Cpmax dan daya yang lebih baik dibandingkan dengan turbin angin Savonius sudu airfoil. Untuk itu dalam penelitian ini, digunakan sudu plat yang terbuat dari seng. Dari tinjauan material, pemilihan bahan seng dikarenakan mudah difabrikasi. Aspek yang penting pada material rotor Savonius adalah harus ringan untuk mencegah inersia yang
berlebih dan cukup kuat untuk menahan beban akibat hembusan angin. Untuk itu massa jenis material harus rendah tapi memiliki kekuatan luluh yang cukup kuat. Kekuatan lelah juga sangat penting karena rotor akan menerima beban berulang (Kondo, 2010). Pemilihan bahan untuk rotor Savonius dapat dilihat pada lampiran 4. Untuk material seng mempunyai massa jenis 6.103 sampai 7.103 kg/m3.
Gambar 3.3 Grafik Cp dan λ dengan Variasi Kecepatan Angin Pada Percobaan
Adapun rancangan desain sudu sebagai berikut:
Tabel 3.1 Spesifikasi sudu turbin angin No Spesifikasi Keterangan
Rotor merupakan elemen utama turbin angin karena pada rotor inilah sudu turbin di-asembly. Pada rotor ini terdapat sudu turbin maka rotor dibuat dengan konstruksi yang kuat sehingga pada saat angin kencang bagian rotor tidak mengalami kegagalan terutama dalam hal memanfaatkan energi aliran yang melaluinya. Adapun rancangan rotor turbin dibuat dengan spesifikasi seperti dibawah :
Tabel 3.2 Spesifikasi rotor tubin angin
No Spesifikasi Keterangan
6 Diameter, panjang, bahan Poros 25 mm, 1300 mm, St37
c) Sistem Transmisi
Pada sistem transmisi ini, penulis merencanakan dengan menaikkan putaran
sebayak 3 kali, poros perantara sebanyak dua dengan rasio total kenaikan putaran 1 : 10. Gambar desain ada pada lampiran, spesifikasi sistem transmisi seperti pada tabel 3.3.
Tabel 3.3 Spesifikasi transmisi roda gigi
No Spesifikasi Keterangan
1 Transmisi Speed increasing roda gigi
2 Diameter roda gigi Ø100 mm (1 buah), Ø90 mm (1 buah), Ø60 mm (1 buah), Ø 40 mm (2 buah), Ø30 mm (1buah)
3 Bahan roda gigi St37
4 Jumlah, diameter poros perantara 2 buah, 19 mm
Setelah pemasangan dan uji coba dilakukan, sistem transmisi berjalan optimal, sehingga penulis memutuskan untuk melakukan pengujian.
d) Bantalan
Bantalan berfungsi untuk menumpu poros berbeban. Sehingga gerakan bolak balik atau putaran poros tersebut dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tak dapat bekerja secara semestinya.
2. Permanent Magnet Generator (PMG) DC
Gambar 3.4 Permanent Magnet Generator (PMG) DC
Tipe : Permanent magnet generator (PMG) DC
Pabrikan : Windstream Power Llc
Putaran maksimum : 2250 rpm
Voltase : 12 V DC
Arus maksimum : 10 A
3. Digital Multimeter berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan.
Gambar 3.5 Digital Multimeter
Pabrikan : Fluke
Tipe : F15B digital multimeter
Dimension : 180 x 89 x 51.1 mm
ft/min 40 – 3940 ft/min 1 ft/min
MPH 0.5 – 44.1 MPH 0.1 MPH
Knots 0.4 – 31.1 knots 0.1 knots
temperature 32 – 122 °F (0 – 50 °C) 0.1 °F / °C
6. Digital Tachometer berfungsi untuk mengukur putaran pada poros.
Gambar 3.7 Digital Tachometer
Pabrikan : Krisbow
Dimesion : 210 x 74 x 37 (mm)
Type : Display 5 digital 18 mm (0,7” LCD)
Accuracy : ± (0,05 % + 1 digital)
Sampling time : 0,8 sec (over 60 rpm)
Range select : Auto range
Time base : Quartz crystal
Detecting distance : 50mm---500mm (photo)
Power : 4 x 1,5 VAA size battery or 6V direct current stable voltage power
7. Motor listrik berfungsi sebagai penggerak propeller fan yang berfungsi untuk
menghasilkan angin buatan sebagai penggerak turbin angin.
Gambar 3.8 Motor listrik
Pabrikan : MEZ
Daya : 1,5 kW / 2 Hp
Putaran :1720 rpm
Tegangan : 220/380
Φ : 0,81
3.4.3 Bahan
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : Tabel 3.4 Bahan Penelitian
Uraian Material
Nama Dimensi (mm) Jumlah
Plat seng 1000x2000x0,5 10 lbr
Besi siku 20x20 8 btg
Besi siku 40x40 2 btg
Besi beton 5 btg
Baut M10 20 buah
Busur las 1 pack
Besi As (ST 37) 1
Plat Hub 250x80 1
Plat aluminium 2000x1000x0,8 1 lbr
Plat hub fan 150x40 1 buah
Kabel l = 1500
Plat aluminium 2000x1000x2 1 lbr
3.4.4 Skema Pengujian
Setelah kecepatan nominal angin ditentukan, maka dilakukan pengujian dengan cara menggunakan angin buatan yang dihasilkan oleh sebuah kipas atau fan. Kecepatan angin yang dihasilkan fan diukur dengan menggunakan Anemometer sesuai dengan kecepatan angin yang diinginkan dengan cara memindahkan jarak antara fan dengan objek penelitian yaitu prototype turbin angin. Variasi angin yang diinginkan yaitu dalam interval 3 sampai 6 m/s. Karena fan tidak menggunakan cerobong pengarah aliran udara maka terjadi kesulitan dalam menentukan interval angin akibat turbulensi. Setelah pengukuran dilakukan beberapa kali maka diambil
Gambar 3.9 Skema Pengujian
3.5 PROSEDUR PENELITIAN
3.5.1 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada alat ukur pengujian.
3.5.2 Pengamatan Data Pengujian
Pada pengujian ini, data-data yang akan diamati adalah :
1. Parameter kecepatan angin yang di ukur dengan menggunakan Anemometer.
2. Parameter putaran poros turbin yang diukur dengan menggunakan Tachometer.
3.5.3 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengujian kemudian diolah di dalam rumus, dan di tampilkan juga dalam bentuk tabulasi dan grafik.
3.6 PELAKSANAAN PENELITIAN
3.6.1 Tahap Persiapan
Pada tahap ini, dilakukan persiapan sebelum melakukan penelitian. Adapun persiapan yang dilakukan yaitu:
1. Memasang rotor turbin dengan variasi 3, 4 dan 6 sudu lurus dan kemudian sudu lengkung dengan sudu pengarah angin.
2. Melakukan inspeksi pada setiap objek penelitian dan alat pengujian, apakah alat dapat berfungsi sesuai dengan fungsinya.
3. Menjalankan fan untuk menentukan titik dimana kecepatan angin sesuai dengan data kecepatan angin untuk pengujian.
4. Menempatkan turbin angin pada titik dimana kecepatan angin sesuai dengan
rencana dan diposisikan sejajar dengan fan.
5. Melihat kondisi lingkungan apakah kondisi pengujian dapat dilakukan untuk mendapatkan hasil yang optimal.
3.6.2 Tahap Pengujian dan Pengambilan Data
Setelah keempat poin tahap persiapan di atas terpenuhi, pengujian dan pengambilan data dapat dilakukan. Tahap – tahap pengujian dan pengambilan data meliputi:
1. Turbin angin dengan tiga sudu lurus yang siap uji yang ditempakan pada titik angin yang telah ditentukan sebelumnya.
2. Fan dijalankan untuk menghasilkan angin dengan kecepatan tertentu sesuai kecepatan nominal angin pengujian.
angin yaitu 3,2; 4,0; 4,8; 5,4; dan 6,0 m/s. Adapun data yang diambil meliputi
tegangan yang dihasilkan generator, putaran poros rotor turbin dan putaran poros generator. Setelah pengambilan data dilakukan semua alat dimatikan untuk menghindari hal – hal tidak diinginkan, seperti motor listrik terbakar karena terlalu panas.
4. Kemudian pada kondisi turbin yang sama, pengujian dilakukan dengan beban. Variasi beban ditentukan pada saat pengujian.
5. Dengan cara yang sama pada poin satu sampai empat, pengujian untuk selanjutnya dengan variasi jumlah sudu, profil sudu, beban dan kecepatan angin.
Dari hasil pengujian ini akan didapatkan data yang dapat memberikan kesimpulan sementara pada saat keadaan bagaimanakah kecepatan angin, jumlah dan profil sudu yang lebih efektif dalam memanfaatkan potensi angin yang ada. Pengujian dilakukan dalam ruang untuk mencegah pengaruh udara luar sehingga hasil yang didapatkan lebih akurat. Pada pengujian dengan menggunakan beban, dimana untuk mengukur kuat arus yang melalui beban, Amperemeter dibuat hubungan seri, sedangkan untuk mengukur beda potensial voltmeter dibuat hubungan paralel seperti
pada gambar dibawah ini. Dimana simbol G untuk generator, L untuk lampu dan M untuk multitester.
a. Rangkaian pengukuran tegangan listrik (V) tanpa beban lampu.
Gambar 3.10 Rangkaian Pengukuran Tegangan Tanpa Beban
b. Rangkaian pengukuran arus listrik (I) dengan variasi kenaikan beban dengan lampu (L).
- Beban 5 watt
- Beban 10 watt
Gambar 3.12 Rangkaian Pengukuran Arus Dengan Dua Beban
- Beban 15 watt
Gambar 3.13 Rangkaian Pengukuran Arus Dengan Tiga Beban
c. Rangkaian pengukuran tegangan listrik (V) dengan variasi kenaikan beban.
- Beban 5 watt
Gambar 3.14 Rangkaian Pengukuran Tengangan Dengan Satu Beban
- Beban 10 watt
Gambar 3.15 Rangkaian Pengukuran Tegangan Dengan Dua Beban
- Beban 15 watt
Untuk pengukuran arus dan tegangan listrik dengan beban lampu dilakukan
dengan mencatat besar arus dan tegangan dengan beban lampu sebesar 5, 10 dan 15 watt. Daya maksimum yang dihasilkan oleh generator terlihat pada pembebanan 15 watt, daya yang dihasilkan oleh generator tidak melebihi pembebanan yang diberikan.
Pada saat pencatatan pada setiap alat ukur, dilakukan pembacaan nilai pada alat ukur sebanyak 3 kali untuk mendapatkan data pengujian yang lebih maksimal dan diambil rata – rata karena fluktuasi yang terjadi pada saat pembacaan pengukuran.
Diagram alir dari prosedur tahap pengujian diatas adalah sebagai berikut :
3.6.3 Pengumpulan Data
Pada proses pengumpulan data dibutuhkan table agar data yang tahapan penelitian berjalan sistematika dan juga untuk menghindari kesalahan pada saat penelitian tanpa beban dan berbeban. Tabel pengamatan pada saat proses penelitian adalah sebagai berikut :
Tabel 3.5 Data Pengujian Tanpa Beban
Tabel 3.6 Data Pengujian dengan Beban
Setelah data pengujian dengan beban untuk setiap jumlah sudu didapatkan maka data-data tersebut digabungkan untuk mendapatkan kesimpulan akhir dari proses penelitian. Dan juga untuk menghitung besarnya koefisien daya Cp dan tip
speed ratio. Tabel gabungan data-data tersebut adalah :
Tabel 3.7 Data gabungan nilai daya aktual turbin W, putaran pada poros turbin n,
koefisien daya Cp dan nilai tip speed ratio λ untuk jumlah sudu n buah pada setiap kondisi kecepatan angin Uo
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 ANALISA SECARA TEORI
Menurut (Nursuhud, 2008) konstanta gas untuk udara R = 287 J/(kg.K) pada tekanan 1 atm = 1,01325 x 105Pa. Maka massa jenis udara ρ adalah :
... (4.1)
Luas sapuan turbin dimana tinggi turbin h 900 mm dan lebar l 1050 mm:
... (4.2)
Besarnya energi total aliran angin ̇ dengan kecepatan angin yang melewati luasan area turbin A 0.95 m2 dengan persamaan 2.4 adalah :
̇
̇
̇
wake, tidak ada turbulensi, dengan menggunakan persamaan 2.4 pada setiap variasi
kecepatan pengujian adalah sebagai berikut : Tabel 4.1 Daya Maksimum Angin
u (m/s) ̇ (W/m2)
Setelah prototype turbin angin Savonius selesai maka dengan prosedur
pengujian yang telah direncanakan maka didapatkan data pengujian sebagai berikut :
4.2.1 PENGUJIAN TANPA BEBAN
Tabel 4.2 Data Pengujian untuk 3 (tiga) Sudu
