Unjuk kerja turbin angin darrieus tipe delta menggunakan bahan komposit dengan sudut kemiringan 75°

(1)

UNJUK KERJA TURBIN ANGIN DARRIEUS TIPE DELTA MENGGUNAKAN BAHAN KOMPOSIT

DENGAN SUDUT KEMIRINGAN 75^o

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh :

ANDREAS PANDU KURNIAWAN 185214070

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA 2022

(2)

PERFORMANCE OF DELTA-TYPE DARRIEUS WIND TURBINE USING COMPOSITE MATERIALS

WITH 75^o SLOPE ANGLE

THESIS

Presented as Partial Fulfillment of Requirements To Obtain Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

By :

ANDREAS PANDU KURNIAWAN 185214070

MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

2022

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan ke hadirat Tuhan yang maha Esa, atas berkat dan karunia-Nya yang tak terhingga Penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Proses yang dilalui tidak lah mudah untuk mencapai tahap ini, ada beberapa hal yang seringkali membuat Penulis harus mengingat untuk terus bangkit dan berjuang hingga akhirnya Penulis bisa menyelesaikan tugas dan tanggung jaab sebagai Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin di Universitas Sanata Dharma. Selain itu, banyak hal – hal baru yang didapatkan dari sosok-sosok inspiratif yang berada di sekitar hidup Penulis beriringan dengan penyelesaian skripsi ini. Oleh karena itu, dengan rasa syukur dan bangga perkenankanlah Penulis menghaturkan ucapan terima kasih yang tak terhingga serta penghargaan tulus kepada mereka untuk bantuan, dukungan, bimbingan, serta arahan dari berbagai pihak baik secara moral maupun material yang sangat berarti khususnya kepada :

1. Ir. Budi Setyahandana, M.T. selaku Ketua Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma yang telah berkenan memberikan izin bagi Penulis untuk melaksanakan penelitian ini.

2. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang dengan segala perhatian dan arahanya mengingatkan Penulis untuk segera menyelesaikan skripsi ini.

3. Ir. Rines M.T. selaku Dosen Pembimbing Skripsi Penulis yang dari awal pengerjaan skripsi ini beliau yang selalu ada untuk memberi masukan, saran, serta pendapatnya bagi Penulis dalam proses penyelesaian skripsi ini.

(8)

vi

(9)

vii ABSTRAK

Pemanasan global atau global warming menjadi salah satu dampak buruk yang sangat berpengaruh bagi lingkungan di mana terjadi peningkatan suhu bumi dampak dari hasil emisi gas buang. Indonesia menjadi salah satu negara penyumbang emisi CO2 terbanyak kelima selama 1850-2021 yaitu 4,1 persen.

Maka perlu ada perubahan pola dalam melakukan produksi energi yang dapat dimanfaatkan manusia untuk mengurangi laju pemanasan global. Penyediaan energi di Indonesia itu sendiri diatur dalam Undang-undang Nomor 30 tahun 2007 tentang Energi. Khusus mengenai energi terbarukan. Produksi energi Renewable Energy atau Energi Baru Terbarukan ini pun menjadi tantangan tersendiri bagi Pemerintah di Indonesia dalam melakukan pengembangan sumber energi, penyediaan energi baru dan energi terbarukan wajib ditingkatkan oleh pemerintah dan pemerintah daerah sesuai dengan kewenangannya, peraturan Pemerintah Nomor 79 tahun 2014 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN). Pemanfaatan sumber energi terbarukan atau renewable energy ini direalisasikan dengan pembuatan rancangan turbin angin darrieus tipe delta, dengan sudut kemiringan sudu 75ô yang diharapkan menjadi salah satu solusi alat ramah lingkungan untuk menggantikan produksi energi dalam mengurangi emisi co2 yang ikut andil dalam mengurangi pemanasan global atau global warming. Tujuan penelitian ini dilakukan mengenai perancangan turbin darrieus tipe delta dengan bahan komposit dan dengan sudut kemiringan 75ô.Dalam penelitian menggunakan kecepatan angin 8 m/s, temperatur udara stabil pada 30ô C. tujuan penelitian ini untuk mengetahui nilai koefisien daya (CP) tertinggi dari turbin angin darrieus tipe delta pada variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. tip speed ratio (tsr) optimal dari turbin angin darrieus tipe delta pada variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. Dan kecepatan angin minimal turbin untuk dapat mulai berputar (cut in speed) tanpa starter pada variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. Hasil penelitian memaparkan bahwa nilai koefisien daya terbaik dicapai pada variasi pitch angle 15ô dengan nilai koefisien daya sebesar 6,04%. Sedangkan nilai tsr optimal pada variasi pitch angle 15ôyaitu 0,346 dan dengan hasil cut in Speed terbaik dicapai pada variasi pitch angle 15ô pada kecepatan angin 6,3 m/s.

Kata Kunci : global warming, turbin angin darrieus tipe delta, koefisien daya, pitch angle, tip speed ratio, cut in speed.

(10)

viii ABSTRACT

Global warming is one of the adverse effects that greatly affects the environment where there is an increase in the earth's temperature as a result of exhaust emissions.

Indonesia is one of the fifth largest contributors to CO2 emissions during 1850- 2021, namely 4.1 percent. So there needs to be a change in the pattern of producing energy that can be utilized by humans to reduce the rate of global warming. The provision of energy in Indonesia itself is regulated in Law Number 30 of 2007 concerning Energy. Specially regarding renewable energy. Renewable energy production is also a challenge for the Government in Indonesia in developing energy sources, the provision of new energy and renewable energy must be increased by the government and local governments in accordance with their authority, Government Regulation Number 79 of 2014 concerning National Energy Policy (KEN). The utilization of renewable energy sources or renewable energy is realized by making a delta type darrieus wind turbine design, with a blade tilt angle of 75ô. which is expected to be one of the environmentally friendly tool solutions to replace energy production in reducing CO2 emissions that contribute to reducing global warming or global warming. The purpose of this research was carried out regarding the design of a delta-type darrieus turbine with composite materials and with a slope angle of 75ô. In the study using a wind speed of 8 m / s, the air temperature stabilized at 30ô C. The purpose of this study is to determine the highest power coefficient (CP) value of the delta type darrieus wind turbine at Pitch angle variations of 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. The optimal tip speed ratio (tsr) of the delta-type Darrieus wind turbine at Pitch angle variations of 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. And the minimum wind speed of the turbine to be able to start rotating (cut in speed) without a starter at pitch angle variations of 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. The results showed that the best power coefficient value was achieved at pitch angle variation of 15ô with a power coefficient value of 6.04%. While the optimal tsr value in the pitch angle 15ô variation is 0.346 and with the best Cut In Speed results in the pitch angle 15ô variation achieved at a wind speed of 6.3 m/s.

Keywords : global warming, delta darrieus wind turbine, power coeficient, pitch angle, tip speed ratio, cut in speed.

(11)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ... i

HALAMAN PENGESAHAN... ii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... ... iii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... iv

KATA PENGANTAR ... v

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR ISTILAH ... xv

DAFTAR SINGKATAN ... xvi

BAB I ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 4

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Tujuan Penelitian ... 5

1.5 Manfat Penelitian ... 5

1.5.1 Manfaat Toritis ... 5

1.5.1 Manfaat Praktis ... 5

BAB II ... 6

TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Renewable Energy ... 6

2.2 Turbin Angin ... 8

(12)

x

2.3 Bentuk dan Klasifikasi Turbin Angin ... 8

2.4 Turbin Angin Darrieus Tipe Delta ... 10

2.4.1 Komposit ... 10

2.4.2 Airfoil... 11

2.4.3 Pitch angle ... 12

2.5 Variabel Dalam Turbin ... 13

2.5.1 Daya Input ... 13

2.5.2 Torsi ... 13

2.5.3 Daya Output ... 14

2.5.4 Tip speed ratio ... 14

2.5.5 Koefisien Daya ... 14

BAB III ... 15

METODE PENELITIAN ... 15

3.1 Skema Alat ... 15

3.1.1 Turbin Angin Darrieus Tipe Delta ... 15

3.1.2 Spesifikasi Turbin Angin ... 19

3.2 Alat Penelitian ... 19

3.3 Variabel Yang Diukur ... 22

3.4 Variabel Yang Dihitung ... 22

3.5 Diagram Alur Penelitian ... 23

3.6 Langkah Penelitian ... 24

BAB IV ... 25

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 25

4.1 Data Hasil Penelitian ... 25

4.2 Perhitungan Variabel Yang Diukur ... 30

4.2.1 Perhitungan Daya input ... 30

4.2.2 Perhitungan Torsi ... 30

(13)

xi

4.2.3 Perhitungan Daya output... 31

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio maksimum ... 31

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ... 31

4.2.6 Hasil Perhitungan Variabel Setiap Variasi... 32

4.3 Pembahasan Hasil Penelitian ... 34

4.3.1 Hasil Pengolahan Data Pada Variasi pitch angle 0⁰... 34

4.3.5 Pembahasan Perbandingan Hasil Setiap Variasi ... 42

BAB V ... 45

KESIMPULAN DAN SARAN ... 45

5.1Kesimpulan ... 45

5.2 Saran ... 45

5.2.1 Bagi Penelitian Selanutnya ... 45

5.2.2 Bagi Pembaca ... 46

DAFTAR PUSTAKA ... 47

(14)

xii

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Klasifikasi turbin angin poros vertikal ... 9

Gambar 2.2 Bagian-bagian airfoil ... 11

Gambar 2.3 Geometri dari airfoil NACA 0021 ... 12

Gambar 2.4 Gambaran pitch angle ... 13

Gambar 3.1 Dimensi dari airfoil yang digunakan ... 16

Gambar 3.2 Tampilan keseluruhan sud turbin ... 16

Gambar 3.3 Tampilan keseluruhan sudu ... 17

Gambar 3.4 Tampilan atas turbin ... 17

Gambar 3.5 Tampilan dimensi turbin ... 18

Gambar 3.6 Blower pengujian ... 20

Gambar 3.7 Pengereman turbin ... 20

Gambar 3.8 Neraca pegas ... 21

Gambar 3.9 Tachometer ... 21

Gambar 3.10 Anemometer ... 22

Gambar 3.11 Diagram alur ... 23

Gambar 3.12 Turbin yang siap diuji ... 24

Gambar 4.1 Hubungan torsi terhadap putaran pada variasi pitch angle 0^o ... 34

Gambar 4.2 Hubungan tsrdengan Cp pada variasi pitch angle 0^o ... 35

Gambar 4.9 Perbandingan hubunugan torsi dengan putaran ... 42

(15)

xiii

Gambar 4.10 Perbandingan hubungan tsr dengan Cp ... 43

(16)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian pada variasi pitch angle 0^o ... 25

Tabel 4.5 Hasil penelitian cut ini speed pada setiap variasi ... 30

Tabel 4.6 Hasil perhitungan pada variasi pitch angle 0^o ... 32

Tabel 4.10 Perbandingan tsr optimal, CPmax dan cut in speed ... 43

(17)

xv

DAFTAR ISTILAH

Renewable Energy : Energi Terbarukan Global Warming : Pemanasan Global Pitch angle : Sudut Pengimbang

Tip Speed Ratio : Perbandingan Kecepatan Ujung Sudu

Starter : Penggerak Awal

Swept Area : Luasan Penampang

Cut In Speed : Kecepatan Angin Minimal Untuk Mulai Berputar

(18)

xvi

DAFTAR SINGKATAN

GRK : Gas Rumah Kaca

TPA : Tempat Pembuangan Akhir KEN : Kebijakan Energi Nasional EBT : Energi Baru Terbarukan

KESDM : Kementrian Energi Sumber Daya Mineral ESDM : Energi Sumber Daya Mineral

NACA : National Advisory Committee Aeronautics VAWT : Vertical Axis Wind Turbine

HAWT : Horizontal Axis Wind Turbine rpm : Rotasi per Menit

MW : Mega watt

GW : Giga watt

RES : Renewable Energi Sources (Sumber Energi Terbarukan) tsr : Tip Speed Ratio

(19)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pemanasan global atau global warming menjadi salah satu dampak buruk yang sangat berpengaruh bagi lingkungan di berbagai belahan bumi, salah satunya di Indonesia. Pemanasan global atau global warming itu sendiri menjadi merupakan proses peningkatan suhu rata-rata atmosfer, laut dan daratan bumi.

Pemanasan global atau global warming terjadi karena adanya aktifitas manusia maupun aktifitas alam itu sendiri (proses alamiah). Disinyalir bahwa aktifitas manusia berkontribusi lebih banyak dalam peningkatan suhu bumi. Menurut (Damora, 2019) diantaranya yaitu aktifitas yang meningkatkan konsentrasi gas rumah kaca (GRK) ataupun aktifitas yang mempercepat terjadinya penipisan ozon seperti aktifitas atau kegiatan manusia yang menghasilkan karbondioksida (CO2) di mana penggunaan bahan bakar kayu (biomassa), batu bara, minyak bumi dan gas alam oleh berbagai industri, pembakaran hutan, emisi gas dari kendaraan bermotor dan rumah tangga. Selain itu aktifitas manusia yang menghasilkan gas CH4 dari kegiatan industri pembakaran biomass yang tidak sempurna, kegiatan pengurain oleh bakteri di tempat pembuangan akhir (TPA), ladang padi dan peternakan. Selain itu dari aktifitas yang menghasilkan dinitrogen oksida N2O dari hasil pemakaian pupuk nitrogen yang berlebihan di dalam penanaman padi dan usaha industri yang menggunakan limbah padat sebagai bahan bakar alternatif juga bahan bakar minyak bumi.

(20)

Peningkatan suhu bumi dari hasil emisi gas-gas tersebut akan berdampak buruk terhadap lingkungan, salah satunya adalah perubahan iklim sedangkan pada kenyataanya estimasi emisi karbon dioksida di Indonesia sebanyak 487 juta ton (MtCO2) per 2017, meningkat 4,7 persen dari tahun sebelumnya (World Climate Research Programme, 2017). Selain itu, menurut Rob Jackson dalam CNN News (2019) di dalam laporan penelitian terbarunya menyatakan bahwa emisi karbon dioksida yang mencapai rekor tertinggi yaitu tahun 2019 mencapai 37 miliar ton di bumi. Dalam sepanjang tahun Indonesia menjadi salah satu negara penyumbang emisi CO2 terbanyak kelima selama 1850-2021 yaitu 4,1 persen menurut Evans Simon (Intan, 2022).

Hal ini menunjukkan bahwa sudah banyaknya emisi CO2 yang dilepaskan ke udara dari aktifitas manusia dan bertahan selama bertahun-tahun di atmosfer bumi. Akibatnya, semakin banyak emisi CO2 yang dilepas ke atmosfer bumi maka akan semakin banyak pula panas yang terperangkap di dalam bumi yang menjadikan kondisi suhu di dalam bumi semakin panas, tentunya dalam perjalanan waktu hal ini akan membawa peristiwa perubahan alam yang ekstrem, krisis pangan dan air bersih, kabut asap dan lain sebagainya. Hal ini juga semakin diperparah dengan kondisi hutan yang beralih fungsi menjadi perkebunan, banyak pepohonan di hutan yang ditebang sehingga oksigen yang dihasilkan menjadi semakin berkurang.

Oleh karena itu, perlu ada perubahan pola dalam melakukan produksi energi yang dapat dimanfaatkan manusia untuk mengurangi laju pemanasan global.

Penyediaan energi di Indonesia itu sendiri diatur dalam Undang-undang Nomor 30 tahun 2007 tentang Energi. Khusus mengenai energi terbarukan, UU tersebut mengamanatkan bahwa penyediaan energi baru dan energi terbarukan wajib ditingkatkan oleh pemerintah dan pemerintah daerah sesuai dengan kewenangannya. Turunan dari UU ini adalah Peraturan Pemerintah Nomor 79 tahun 2014 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN). Dalam KEN, target EBT secara spesifik diatur dengan tenggat waktu 2025 dan 2050. Dalam target tersebut, porsi EBT dalam bauran energi nasional harus mencapai setidaknya

(21)

3

23% di tahun 2025 dan paling sedikit 31% tahun 2050 sepanjang keekonomiannya terpenuhi (Institute for Essetial Services Reform, 2017).

Produksi energi yang dapat dimanfaatkan yaitu renewable energy atau energi baru terbarukan. Renewable Energy atau Energi Baru Terbarukan adalah sumber energi yang proses pembentukannya terjadi secara berkelanjutan sehingga ketersediaannya melimpah dan tidak pernah habis (Irawati.F, Dwi Fitri.K, Tarigan.E, 2021). Beberapa contoh dari sumber energi terbarukan atau renewable energy yaitu energi matahari, energi dari biomassa, energi angin, gravitasi air, energi panas bumi, energi gelombang dan lain-lain. Energi ini sebagian besar diolah untuk menjadi energi listrik guna memenuhi kebutuhan listrik manusia sehari-hari namun selain itu juga dapat digunakan untuk pemenuhan kebutuhan sehari-hari lainnya.

Produksi energi Renewable Energy atau Energi Baru Terbarukan ini pun menjadi tantangan tersendiri bagi Pemerintah di Indonesia dalam melakukan pengembangan sumber energi tersebut. Berdasarkan data dari Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2008), Indonesia memiliki potensi sumber daya energi terbarukan yang luar biasa besarnya. Potensi sumber daya ini dapat dimanfaatkan untuk menciptakan akses energi mei 2019 Indonesia baru memanfaatkan sumber energi terbarukan atau renewable energy sebanyak 13,42% dari potensi energi baru terbarukan yang ada. (Redaksi Indonesia.go.id, 2019). secara merata dan bersih. Pada kenyataannya hingga

Selain itu, Kementrian Energi Sumber dan Daya Mineral (2008) menjabarkan bahwa Indonesia memiliki potensi energi tebarukan yang cukup besar berupa; mini/micro hydro sebesar 450 MW, biomass sebesar 50 GW, energi surya sebesar 4,8 kwh/m²/hari, energi angin 3-6 m/det, dan energi nuklir sebesar 3 GW. Dengan potensi energi ini banyak hal yang dapat dilakukan untuk memenuhi secara keseluruhan kebutuhan aktifitas manusia

Dengan perspektif energi sebagai modal pembangunan, energi terbarukan memiliki peranan penting dalam pendorong sistem ekonomi hijau, berkelanjutan, dan rendah karbon. Pembangunan dengan kesadaran jangka

(22)

panjang ini telah menjadi tren pembangunan di seluruh dunia, menyikapi semakin naiknya populasi, kebutuhan manusia, dan kegiatan manusia yang menyebabkan kerusakan lingkungan (Institute for Essetial Services Reform, 2017).

Maka dalam penelitian ini, peneliti ingin memperkenalkan sebuah rangkaian alat yang dibuat untuk memanfaatkan sumber energi terbarukan atau renewable energy. Alat ini dirancang untuk merubah energi angin menjadi energi mekanik (berupa energi putar poros). Rancangan alat ini merupakan rancangan turbin angin darrieus tipe delta, dengan sudut kemiringan sudu 75^o yang diharapkan menjadi salah satu solusi untuk menggantikan produksi energi dalam mengurangi emisi co2 yang tidak ramah lingkungan dan ikut andil dalam mengurangi pemanasan global atau global warming.

1.2 Rumusan Masalah

Minimnya kesadaran masyarakat Indonesia terlebih di rumah tangga dan industri kecil dan menengah dalam mengurangi polusi di udara serta kurangnya pengetahunan masyarakat dalam menanggulangi pemanasan global dengan memanfaatkan renewable energy atau sumber energi terbarukan menjadikan fokus utama untuk memperkenalkan perancangan alat turbin angin darrieus tipe delta dengan kemiringan sudu 75^o menggunakan bahan komposit, dengan profil sudu NACA 0021. Perancangan alat ini dipilih karena pada penelitian – penelitian sebelumnya belum ada penelitian mengenai turbin angin tipe ini dan dengan sudut kemiringan sudu 75^o. Selain itu juga digunakannya bahan komposit dan dengan profil sudu NACA 0021.

1.3 Batasan Masalah

Agar fokus penelitian ini tidak meluas serta dapat mencapai tujuan penelitian maka ada beberapa batasan yang digunakan adalah sebagai berikut:

- Kecepatan angin selama pengujian dinggap stabil pada kecepatan 8 m/s.

- Temperatur udara selama penelitian diasumsikan stabil pada 30^o C

(23)

5

1.4 Tujuan Penelitian

Penelitian perancangan alat ini dilakukan untuk:

1. Mengetahui nilai koefisien daya (CP) tertinggi dari turbin angin Darrieus tipe delta pada variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô.

2. Mengetahui nilai tip speed ratio (tsr) optimal dari turbin angin Darrieus tipe delta pada variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô.

3. Mengetahui kecepatan angin minimal turbin untuk dapat mulai berputar (cut in speed) tanpa starter pada variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dalam penelitian ini adalah:

1.5.1 Manfaat Teoritis

- Penelitian perancangan turbin angin darrieus tipe delta dengan kemiringan sudu 75^o dan menggunakan bahan komposit, dengan profil sudu NACA 0021 diharapkan dapat memberikan sumbangan dan informasi mengenai inovasi terbaru dalam pemanfaatan renewable energy atau sumber energi terbarukan terlebih untuk energi angin.

- Penelitian perancangan turbin angin ini diharapkan berkontribusi dalam ilmu sains dan teknologi khususnya sebagai referensi dalam pengembangan penelitian berikutnya

1.5.2 Manfaat Praktis

- Penelitian perancangan turbin angin ini diharapkan memberikan wawasan kepada masyarakat luas khususnya sebagai alat yang dapat membantu perubahan pola produksi energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengurangi laju pemanasan global di bagian rumah tangga dan industri kecil dan menengah.

(24)

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Didalam tinjauan pustaka ini, peneliti akan menjelaskan mengenai perancangan dari turbin angin darrieus tipe delta dengan kemiringan sudu 75^o menggunakan bahan komposit, dengan profil sudu NACA 0021 dan dengan panjang chord 18 cm. Di dalamnya peneliti juga menjelaskan mengenai mengapa dipilihnya variabel penelitian yang digunakan dalam peneiltian ini.

2.1 Renewable energy atau sumber energi terbarukan

Bila kita berbicara mengenai energi, tidak memungkiri bahwa energi itu merupakan sebuah hal yang bersifat abstrak sukar dibuktikan tetapi dapat dirasakan keberadaanya (Fuji, 2021). Kata energi itu sendiri mengacu pada konsep yang dapat diparafrasekan sebagai potensi untuk menyebabkan perubahan, energi itu dapat diubah bentuknya tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan (Kompas.com, 2020). Selain itu, pengertian energi di dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (2022) merupakan sebuah kemampuan untuk melakukan kerja (misalnya untuk energi listrik dan mekanika); bisa disebut juga dengan daya (kekuatan) atau tenaga yang dapat digunakan untuk melakukan berbagai proses kegiatan. Menurut Arif A. & Muji L. (2009) energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar benda dapat melakukan usaha.

Dalam kenyataannya setiap dilakukan usaha selalu ada perubahan. Sehingga usaha juga didefinisikan sebagai perhitungan yang melibatkan energi, gaya dan perpindahan. Secara teknis, usaha adalah produk perpindahan gaya (Ayu Sendari, 2021). Selain itu, Energi adalah kemampuan untuk mengatur ulang suatu kumpulan materi atau dengan kata lain, energi adalah kapasitas atau kemampuan untuk melaksanakan kerja (Campbell & Mitchell, 2002). Oleh karena itu, pada dasarnya setiap makhluk hidup memerlukan energi untuk tetap bertahan hidup dan beraktifitas.

Sumber energi itu sendiri dibedakan menjadi 2 yaitu sumber energi tidak terbarukan dan sumber energi terbarukan atau renewable energy. Sumber

(25)

7

energi tak terbarukan adalah sumber daya yang diambil dari alam di mana proses pembentukannya membutuhkan waktu selama jutaan tahun lamanya.

Energi tak terbarukan terbentuk dari sisa-sisa organisme purba dan terperangkap sangat lama. Energi tak terbarukan juga disebut energi fosil, jumlah dari energi ini terbatas di perut bumi sehingga sumber daya ini akan habis jika digunakan terus-menerus karena sumber daya ini tidak dapat diperbaharui (Lambang, 2021). Sedangkan sumber energi terbarukan atau renewable energy adalah energi yang berasal dari sumber-sumber alamiah (Jumina dan Karna Wijaya, 2012). Energi ini dapat diperbaharui dan apabila dikelola dengan baik, sumber daya itu tidak akan habis. (Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2003). Potensi energi terbarukan atau renewable energy yang tersebar di seluruh wilayah Indonesia, meliputi sumber energi surya, sember energi air dan mikrohidro, sumber energi angin, sumber energi panas bumi, sumber energi gelombang laut, dan sumber energi biomassa (Institute for Essential Services Reform, 2017).

Salah satu dari sumber energi terbarukan atau renewable energy dalam perancangan pembuatan turbin ini yaitu dengan pemanfaatan energi angin.

Energi angin merupakan udara yang bergerak disebabkan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan udara sekitar. Angin selalu bergerak dari tempat yang memiliki tekanan udara tinggi ke tempat yang memiliki tekanan udara rendah (Welianto, 2019). Angin tergolong RES (Renewable Energi Sources) yang paling berlimpah di dunia. Pada faktanya berdasarakan hasil pemetaan distribusi kecepatan angin, didapat kecepatan angin yang tinggi (6-8 m/s) di onshore atau daratan, terjadi di pesisir selatan pulau Jawa, Sulawasi Selatan, Maluku, dan NTT. Kecepatan angin di daerah offshore atau laut menunjukkan angka 8 m/s terjadi di offshore Banten, Sukabumi, Kupang, Pulau Wetar, Kab.

Jeneponto, Kab. Kepulauan Tanimbar. Selain itu, kecepatan angin maksimum terjadi pada periode Juni, Juli, Agustus sedangan kecepatan angin minimum terjadi pada periode Maret, dan April (EBTKE, 2021). Maka dari itu, hal ini menunjukkan bahwa energi angin di beberapa wilayah Indonesia dapat dimanfaatkan energinya untuk menjadi energi yang ramah lingkungan. Sesuai

(26)

dengan apa yang disampaikan oleh Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi potensi energi angin di Indonesia mencapai 9290 MW (Lulu, 2022).

2.2 Turbin Angin

Sejarahnya kincir angin digunakan di Eropa pada Abad Pertengahan sekitar abad ke-11 atau ke-12 (Manwell, 2009). Perancangan turbin ini dirancang untuk mengubah energi angin menjadi energi mekanik. Dalam bahan pengajaran yang dikemukakan oleh Ir. Rines, M.T. (2021), turbin angin adalah sebuah alat yang berfungsi untuk merubah energi angin menjadi energi mekanis atau berupa energi putar poros. Turbin angin pertama kali ditemukan oleh bangsa persia pada tahun 200 sebelum masehi, pada masa itu turbin angin ini digunakan untuk menggiling gandum. Turbin ini dinamai turbin panemone yang menggunakan poros vertikal dan memiliki panjang sudu 5 meter dan tinggi 9 meter. Dalam perkembangannya turbin angin dapat diklasifikasikan menjadi dua kelomok yaitu;

o Turbin angin poros vertikal atau vertical axis wind turbine (VAWT) o Turbin angin poros horizontal atau horizontal axis wind tubine (HAWT) Turbin angin poros vertikal memiliki kelebihan yaitu mampu menerima angin dari segala arah dan tidak memerlukan menara dalam penggunaannya, sedangkan kekurangan dari turbin ini yaitu kurang mampu mengawali putaran sendiri, performa dan keandalannya kurang bagus. Turbin angin poros horizontal memiliki kelebihan yaitu performa serta keandalannya baik, sedangkan kekurangan turbin poros horizontal adalah tidak bisa menerima angin dari segala arah. Besar energi yang dihasilkan dari sebuah turbin angin tergantung pada diameter turbin dan kecepatan angin.

2.3 Bentuk Dan Klasifikasi Turbin Angin

Secara umum turbin angin dibagi menjadi 2 jenis yaitu turbin sumbu vertikal (vertical axis wind turbine) dan turbin sumbu horizontal (horizontal axis wind turbine). Berikut ini beberapa jenis turbin angin poros vertikal jenis darrieus :

(27)

9

Gambar 2.1 Klasifikasi turbin angin poros vertikal Sumber Gambar : https://researchgate.net

Pada Gambar 2.1 diatas ditampilkan kllasifikasi turbin angin darrieus yang merupakan vertical axis wind turbine (VAWT), dalam gambar tersebut ditunjukkan bahwa untuk saat ini turbin angin darrieus tipe delta belum dikembangkan lebih lanjut.

(28)

2.4 Turbin Angin Darrieus tipe Delta Dengan Menggunakan Bahan Komposit

Turbin angin darrieus pertama kali dikembangkan oleh Georges Jean Marie Darrieus yang adalah seorang insinyur Perancis yang mendalami bidang aeronautical engineer, pada tahun 1920, yang kemudian dipatenkan di Amerika Serikat pada tahun 1931. Turbin Darrieus memiliki sudu-sudu lengkung menyempit dan berputar terhadap sumbu vertikal (Rines. M.T., 2021). Turbin darrieus yang akan dirancang ini menggunakan bahan komposit.

2.4.1 Komposit

Komposit adalah bahan struktural yang terdiri dari dua atau lebih bahan yang digabungkan pada tingkat makroskopik dan tidak larut satu sama lain, komposit merupakan sistem multi fasa yang tersusun atas bahan matriks dan bahan penguat. Bahan matriks adalah fase kontinu dan penguat adalah fase terdispersi (Mardiyati, 2018). Komposit memiliki keunggulan dibandingkan material lainnya yaitu, mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi, dapat dirancang sedemikian rupa sehingga dapat terhindar dari korosi dan dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik (Estu G.N.,2017). Bahan komposit ini terdiri dari dua komponen utama yaitu matriks dan reinforcement atau filler, matriks merupakan fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan), sedangkan reinforcement merupakan penguat yang berfungsi menanggung beban utama komposit. Secara umum berdasarkan bahan matriksnya terdapat tiga jenis komposit yaitu; komposit polimer, komposit logam dan komposit keramik.

Dalam penelitian ini akan digunakan material komposit polimer sebagai material utama dari turbin karena material ini cukup kuat sehingga diperlukan lebih sedikit material untuk membuatnya dan akan menjadikannya memiliki bobot yang ringan. sehingga penggunaan material komposit ini dinilai akan meningkatkan efisiensi dari turbin angin, sehingga lebih banyak energi dari angin yang dapat dimanfaatkan oleh turbin angin dibandingkan dengan energi yang tidak dimanfaatkan oleh turbin.

(29)

11

2.4.2 Airfoil

Airfoil atau aerofoil merupakan sebuah geometri yang jika ditempatkan pada suatu aliran fluida akan menimbulkan reaksi gaya angkat (lift force) yang lebih besar dibandingkan gaya hambat (drag force). Pemanfaatan airfoil ini biasanya digunakan untuk sudu, sayap, dan layar. Airfoil ini bekerja karena adanya pebedaan tekanan pada bagian depan dan belakang airfoil, yang disebabkan adanya pebedaan kecepatan aliran fluida yang mengalir pada dinding airfoil. Terdapat beberapa bagian dari airfoil yang saling berkaitan erat yaitu; camber, leading edge, thickness, trailing edge, chord line, dan mean camber line. Bagian yang paling berpengaruh untuk menaikkan gaya angkat (lift force) adalah camber, karena semakin besar camber maka akan semakin besar juga perbedaan panjang permukaan airfoil sehingga menghasilkan perbedaan tekanan yang semakin tinggi. Airfoil NACA merupakan bentuk airfoil sayap pesawat udara yang dikembangkan oleh National Advisory Committee for Aeronautics (NACA).

Gambar 2.2 Bagian-bagian airfoil

Sumber Gambar : https://web.eng.fiu.edu/allstar/flight31.htm

Pada Gambar 2.2 ditunjukkan bagian-bagian dari airfoil, setiap bagian memiliki peranannya masing-masing terhadap kinerja dari airfoil itu sendiri.

(30)

Gambar 2.3 Geometri dari airfoil NACA 0021 Sumber Gambar : http://airfoiltools.com

Gambar 2.3 merupakan geometri dari airfoil NACA 0021, geometri dari airfoil NACA 0021 ini didapatkan dari airfoil tools. airfoil NACA adalah bentuk airfoil sayap pesawat udara yang dikembangkan oleh National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematis dengan membagi pengaruh efek kelengkungan dan distribusi ketebalan atau thickness serta pengujiannya dilakukan pada bilangan reynold yang lebih tinggi dibandingkan airfoil yang lain (Fajri M.H., 2016).

Terdapat enam jenis airfoil NACA berdasarkan fungsi dan kegunaannya yaitu; NACA seri 4 digit, NACA seri 5 digit, NACA seri-1 (seri 16), NACA seri 6, NACA seri 7 dan NACA seri 8.

2.4.3 Pitch angle

Pitch angle merupakan salah satu teknologi untuk menyesuaikan torsi aerodinamik pada turbin angin saat kecepatan angin berada di atas nilai kecepatan dan beberapa variable control lainnya, seperti kecepatan angin, kecepatan generator dan daya generator (Ruswandi M.D., Andi I., Herlambang S., 2017). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.

(31)

13

Gambar 2.4 Gambaran pitch angle

Sumber Gambar : www.flightliteracy.com 2.5 Variabel Dalam Turbin

2.5.1 Daya Input

Merupakan daya yang tersedia dan dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin angin pada kecepatan angin tertentu. Persamaan yang digunakan untuk mengetahui daya input adalah;

𝑃_𝑖𝑛 =1

2 . 𝜌 . 𝐴 . 𝑣³ P = Daya input (W)

𝜌 = Densitas fluida (Kg/m³)

A = Luasan penampang / swept area (m²) v = Kecepatan fluida (m/s)

2.5.2 Torsi

Torsi T (N.m) merupakan besaran momen gaya putar poros pada turbin, besarnya torsi ini dipengaruhi oleh gaya yang diberikan oleh turbin dan panjang lengan torsi. Persamaan yang digunakan untuk mengetahui nilai torsi adalah;

𝑇 = 𝐹 . L

T = torsi yang dihasilhan oleh turbin (N.m) F = beban yang diberikan (N)

L = panjang lengan gaya (M)

(32)

2.5.3 Daya Output

Daya output turbin merupakan daya yang dihasilkan oleh turbin berupa putaran poros yang kemudian dapat dimanfaatkan dan dikonversi untuk keperluan lainnya. Daya output turbin dipengaruhi oleh kecepatan sudut dan besarnya nilai torsi. persamaan yang digunakan untuk mengetahui nilai daya output yaitu:

𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 . ω

Pout = Daya output turbin (W)

T = Torsi turbin (N.m) 𝜔 = Kecepatan sudu (rad/s) 2.5.4 Tip speed ratio

Merupakan perbandingan kecepatan ujung sudu turbin terhadap kecepatan angin. Persamaan yang digunakan yaitu;

𝜆 = ω . r 𝑣 λ = Tip speed ratio

𝜔 = Kecepatan sudu (rad/s) R = Jari- jari rotor (m) v = Kecepatan angin (m/s) 2.5.5 Koefisien Daya

Merupakan perbandingan nilai daya yang dihasilkan oleh turbin angin dengan daya angin. persamaan yang digunakan untuk mencari nilai kooefiesien daya adalah;

𝐶_𝑃 = 𝑝 𝑜𝑢𝑡 𝑝 𝑖𝑛

CP = Koefisien daya turbin

Pout = Daya yang dihasilkan turbin

Pin = Daya masukkan turbin

(33)

15 BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan peneliti dalam penelitian ini yaitu metode peneitian eksperimen. Metode penelitian eksperimen ini termasuk dalam metode penelitian kuantitatif di mana metode penelitian ini menjawab pertanyaan “berapa banyak (how many, how much)” (McCusker, K, &

Gunaydin, S. 2015). Selain itu, metode penelitian eksperimen pada umumnya digunakan dalam penelitian yang bersifat laboratoris, eksperimen yang mendasarkan pada paradigma positivistik pada awalnya memang banyak diterapkan pada penelitian ilmu-ilmu keras (hard-science), seperti biologi dan fisika yang kemudian diadopsi untuk diterapkan pada bidang-bidang lain, termasuk bidang sosial dan pendidikan (Jaeudin 2011). Pada dasarnya penelitian eksperimen berusaha menentukan apakah suatu treatment mempengaruhi hasil sebuah penelitian, pengaruh ini dinilai dengan cara menerapkan treatment tertentu pada suatu kelompok (Creswell, 2009).

3.1 Skema Alat

Berikut ini merupakan skema serta spesifikasi dari peralatan yang digunakan pada penelitian ini.

3.1.1 Turbin angin darrieus tipe delta

Pada penelitian ini digunakan turbin angin darrieus tipe delta dengan sudut kemiringan sudu sebesar 75ô, dengan jumlah sudu 4 buah dan variasi yang digunakan adalah pitch angle dengan sudut 0ô, 5ô, 10ô, 15ô. profil naca yang digunakan dalam penelitian ini adalah NACA 0021 dengan panjang chord 180 mm dan thickness 37 mm serta panjang sudu 800 mm, dengan berat masing- masing sudu 720 gram. Berikut ini adalah skema turbin yang akan diuji.

(34)

Gambar 3.1 merupakan tampilan samping dari sudu turbin Darrieus tipe delta, sudu yang digunakan dari penelitian ini merupakan sudu dengan NACA 0021.

Dimensi sudu yang digunakan dalam penelitian ini memiliki panjang chord 180 mm, dan thickness 37 mm.

Gambar 3.2 menunjukkan Tampilan keseluruhan sudu turbin Darrieus tipe delta, dimensi panjang sudu yang digunakan dalam penelitian ini adalah 800 mm.

Masing-masing sudu terbuat dari komposit dan mempunyai berat 722 gram.

Gambar 3.2 Tampilan keseluruhan sudu turbin Gambar 3.1 Dimensi dari airfoil yang digunakan

(35)

17

Gambar 3.3 merupakan tampilan keseluruhan dari turbin darrieus tipe delta dengan sudut kemiringan sudu 75^o. Dalam penelitian ini digunakan turbin Darrieus tipe delta dengan 4 sudu.

Gambar 3.3 Tampilan keseluruhan turbin

Gambar 3.4 Tampilan atas turbin

(36)

Gambar 3.4 menunjukkan pandangan atas dari turbin darrieus tipe delta dengan sudut kemiringan sudu sebesar 75^o serta airfoil NACA 0021. Untuk memudahkan menentukan dimensi keseluruhan yang diperlukan dalam penelitian ini maka dibuatlah desain dua dimensi dari turbin darrieus tipe delta yang diuji pada Gambar 3.5.

Dimensi pada gambar 3.5 tersebut sudah diubah dengan menggunakkan aturan sinus dan cosinus, sehingga didapatkan dimensi trapesium dengan ukuran tinggi 0,773 m, lebar alas 0,83 m dan panjang sisi atas 0,416 m. Sehingga luasan dari swept area dapat dihitung dengan persamaan luas trapesium sebagai berikut;

A = Swept area (m²⁾ a = Panjang alas (m) b = Panjang sisi atas (m) t = Tinggi (m)

Gambar 3.5 Tampilan dimensi turbin

(37)

19

𝐴 = (𝑎 + 𝑏) 𝑥 𝑡 2

𝐴 = (0,83 + 0,416) 𝑥 0,773 2

𝐴 = 0,481 𝑚²

3.1.2 Spesifikasi Turbin Angin

- Diameter turbin angin : 0,83 m

- Panjang sudu : 0,8 m

- Tinggi sudu : 0,773 m

- Jumlah sudu : 4 buah

- Lebar sudu : 0,18 m

- Kemiringan sudu : 75^o

- Lengan torsi : 0,3 m

- Diameter poros : 19 mm

- Berat turbin : 4,6 Kg

- Jarak turbin dengan blower : 1,5 m 3.2 Alat Penelitian

Blower (Gambar 3.6) : Penelitian ini dilakukan di dalam ruangan dengan tujuan supaya kecepatan angin serta temperatur angin dapat stabil, sehingga diperlukan blower sebagai sumber anngin untuk pengujian turbin. Blower diatur pada kecepatan 8 m/s dan posisi blower diletakkan berhadapan dengan turbin dengan jarak 1,5 meter.

(38)

Sistem pengereman (Gambar 3.7) : Pembebanan pada poros turbin dilakukan oleh sistem pengereman yang dipasang pada poros turbin. Rem ini digunakan untuk mengatur besarnya pembebanan yang diberikan kepada turbin sehingga dapat dengan mudah diatur besarnya pembebanan yang diberikan dengan mengatur jumlah karet yang dipasang pada lengan rem.

Gambar 3.6 Blower pengujian

Sumber Gambar : https://almeco.eu/en/wind-tunnel-school-training

Gambar 3.7 Pengereman turbin

(39)

21

Neraca pegas (Gambar 3.8) : Berfungsi untuk mengukur besarnya pembebanan yang diberikan oleh sistem rem kepada turbin, hal ini berturjuan untuk mengukur besarnya torsi yang dihasilkan oleh turbin saat pengujian.

Tachometer (Gambar (3.9) : Berfungsi untuk mengukur kecepatan putar poros turbin.

Anemometer (Gambar 3.10) : Berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan temperatur angin.

Gambar 3.9 Tachometer Gambar 3.8 Neraca pegas

(40)

Gambar 3.10 Anemometer

3.3 Variabel yang Diukur

Variable yang diukur pada penelitian ini, antara lain;

- Kecepatan angin (m/s) - Kecepatan putar turbin (rpm) - Beban pada neraca (newton) - Temperatur udara (^oC) 3.4 Variabel yang Dihitung

- Daya input turbin (watt)

- Daya yang dihasilkan turbin (watt) - Torsi yang dihasilkan turbin (N.m) - Tip speed ratio (tsr)

- Koefisien daya (Cp)

(41)

23

3.5 Diagram Alur Penelitian

Dalam penelitian ini akan digunakan alur penelitian seperti digambarkan pada Gambar 3.11 berikut.

Gambar 3.11 Diagram alur Mulai

Studi literatur dan studi pustaka

Perancangan turbin angin darrieus tipe

delta

Variasi pitch angle 0ô, 5ô, 10ô, 15ô

Pengujian dan pengambilan data setiap variasi

Pengolahan data penelitian

Analisis dan pembahasan

Selesai

(42)

3.6 Langkah Penelitian

Setelah turbin angin selesai dirakit maka langkah selanjutanya adalah memasangkan turbin angin beserta dengan alat pengerem ke rangka supaya bisa diuji menggunakan blower seperti pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Turbin yang siap diuji

Proses pengujian dilakukan selama 20 detik untuk setiap pengukuran rpm nya, setiap sampel data yang diuji akan diukur sebanyak tiga kali yang kemudian diambil nilai rata-ratanya, agar hasil pengukuran semakin mendekati aslinya.

(43)

25 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian

Setelah dilakukan pengujian terhadap turbin angin yang diteliti maka didapatkan data hasil penelitian seperti berikut :

Tabel 4.1 Hasil Penelitian Pada Variasi pitch angle 0^o Pembebanan

F (N)

Putaran n (rpm)

Rata-rata Putaran n (rpm)

0

197,4

199,4 201

199,7 0,3

178,3

179,5 181,5

178,8 0,7

165,6

163,7 164,4

161,1 1

151,5

152,6 153,3

152,9 1,2

141,5

138,8 137,2

137,8 1,5

128,1

128,7 128,5

129,4 1,8

116,6

115,4 113,8

115,9 1,9

96

96,6 94,2

99,6 2,1

89,9

88,8 86,5

90,1

(44)

Tabel 4.1 Hasil Penelitian Pada Variasi pitch angle 0^o(lanjutan) Pembebanan

F (N)

Putaran n (rpm)

2,2

78,4

75,1 76,5

70,4 2,4

48,9 40,9 43 39,2

F (N)

Putaran n (rpm)

0

206,3

207,5 206,4

209,7 0,3

187,2

187,0 186,6

187,3 0,7

171,2

174,7 173,8

179 0,9

172,5

171,1 170,5

170,4 1,2

163,3

164,3 163,9

165,8 1,3

155,6

153,8 150,7

155,2 1,4

142,9

144,7 139,5

151,7

(45)

27

F (N)

Putaran n (rpm)

1,6

132,5

129,7 127,2

129,5 1,7

120,6

116,7 118

111,6 1,8

96,7

100,3 104,1

100,2 1,9

56,8

59,0 59,9

60,4

F (N)

Putaran n (rpm)

0

217,9

215,5 212,4

216,3 0,2

197,3

197,9 197,1

199,4 0,8

181,8

179,2 177,5

178,4 1,2

167,4

167,2 166,4

167,7

(46)

F (N)

Putaran n (rpm)

1,5

153,5

156,2 156,1

159 1,7

150,4

151,5 152,2

151,9 1,9

117,4

125,4 130,1

128,8 2

107,1

110,0 115

107,9 2,1

95,2

93,3 90,9

93,9 2,2

82,7

69,3 63,8

61,6 2,3

15,2

17,7 25,8

12,1

F (N)

Putaran n (rpm)

0

227,8

228,4 230,2

227,3 0,3

212,3

212,1 212,5

211,6

(47)

29

F (N)

Putaran n (rpm)

0,7

200,4

198,7667 193,4

202,5 1,1

193,8

190,9667 189,5

189,6 1,3

180,2

183,8333 187,7

183,6 1,6

169,2

168,4667 170,7

165,5 1,8

156,3

151,2 150

147,3 1,9

143,1

142,6667 145,2

139,7 2

136,3

137,7667 134,9

142,1 2,1

113,2

113,9667 112,7

116 2,2

88,3

91,3 94,5

91,1 2,3

88,3

85,06667 81,9

85 2,4

16,5

27,46667 32,6

33,3

(48)

Tabel 4.5 Hasil Penelitian cut in speed Pada Setiap Variasi Pitch angle

(^o)

Cut in speed (m/s)

0 6,7

5 6,7

10 6,5

15 6,3

4.2 perhitungan variabel yang diukur 4.2.1 Perhitungan Daya Input

Dengan persamaan 2.5.1 dapat diketahui bahwa, massa jenis udara (𝜌) = 1,15 kg/m³, luas penampang turbin (A) = 0,481 m², kecepatan udara (𝑣) = 8 m/s Maka;

𝑃_𝑖𝑛 =1

2 𝑥 𝜌_{𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎} 𝑥 𝐴 𝑥 𝑣³ 𝑃_𝑖𝑛 =1

2 𝑥 1,15 𝐾𝑔/𝑚³𝑥 0,481 𝑀³ 𝑥 8 𝑀/𝑆³ 𝑃_𝑖𝑛 = 141,6 𝑤𝑎𝑡𝑡

4.2.2 Perhitungan Torsi

Dengan contoh pada tabel 4.1 dan dengan persamaan 2.5.2 dapat diketahui beban (F) = 0,3 N, Panjang lengan torsi (l) = 0,3 m, maka;

𝑇 = 𝐹 x L 𝑇 = 0,3 x 0,3 𝑇 = 0,09 𝑁. 𝑚

(49)

31

4.2.3 Perhitungan Daya output

Dengan menggunakkan contoh pada tabel 4.1 dan dengan persamaan 2.5.3, maka perlu diubah terlebih dahulu untuk data putaran dari kecepatan putar (rpm) menjadi kecepatan sudut

𝜔 =2 𝑥 𝜋 𝑥 𝑛 60 𝜔 =2 𝑥 𝜋 𝑥 179,53

60 𝜔 = 18,8 rad/s

maka dapat dihitung untuk daya yang dihasilkan turbin sebagai berikut; torsi (T) = 0,09 N.m, kecepatan sudut (𝜔) = 18,80 rad/s maka;

𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 𝑥 𝜔 𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 0,09 x 18,80

𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 1,69 𝑤𝑎𝑡𝑡 4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio Maksimum

Dari hasil perhitungan diatas dan dengan persamaan 2.5.4 maka, dapat diketahui ; kecepatan sudut (ω) = 18,80 rad/s, jari-jari turbin (r) = 0,415 m, dan kecepatan angin (v) = 8 m/s, maka;

𝜆 =ω x r 𝑣

𝜆 =18,80 x0,415 8 𝜆 = 0,975 4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Dengan menggunakan persamaan 2.5.5 maka koefisien daya dapat dihitung sebagai berikut : 𝐶_𝑝 = ^𝑃^𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 x 100%

𝐶_𝑝 = ^1,69

141,60 x 100%

𝐶_𝑝 = 1,19%

(50)

4.2.6 Hasil Perhitungan Variabel Setiap Variasi Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Pada Variasi pitch angle 0^o

Beban Pengimbang

F (N)

Putaran n (rpm)

Torsi T (N.m)

Kecepatan Sudut

ω (rad/s)

Daya

Input Pin (watt)

Daya Output

Pout (watt)

Tip Speed

Ratio λ

Koefisien

Daya Cp (%)

0,0 199,37 0,00 20,88 141,6 0,00 0,54 0,00

0,3 179,53 0,09 18,80 141,6 1,69 0,49 1,19

0,7 163,70 0,21 17,14 141,6 3,60 0,44 2,54

1,0 152,57 0,30 15,98 141,6 4,79 0,41 3,38

1,2 138,83 0,36 14,54 141,6 5,23 0,38 3,70

1,5 128,67 0,45 13,47 141,6 6,06 0,35 4,28

1,8 115,43 0,54 12,09 141,6 6,53 0,31 4,61

1,9 96,60 0,57 10,12 141,6 5,77 0,26 4,07

2,1 88,83 0,63 9,30 141,6 5,86 0,24 4,14

2,2 75,10 0,66 7,86 141,6 5,19 0,20 3,67

2,4 43,00 0,72 4,50 141,6 3,24 0,12 2,29

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Pada Variasi pitch angle 5^o Beban

Pengimbang

F (N)

Putaran n (rpm)

Torsi T (N.m)

Kecepatan Sudut

ω (rad/s)

Daya

Input Pin (watt)

Daya Output

Pout (watt)

Tip Speed

Ratio λ

Koefisien

Daya Cp (%)

0,0 207,47 0,00 21,73 141,6 0,00 0,56 0,00

0,3 187,03 0,09 19,59 141,6 1,76 0,51 1,24

0,7 174,67 0,21 18,29 141,6 3,84 0,47 2,71

0,9 171,13 0,27 17,92 141,6 4,84 0,46 3,42

1,2 164,33 0,36 17,21 141,6 6,20 0,45 4,38

1,3 153,83 0,39 16,11 141,6 6,28 0,42 4,44

1,4 144,70 0,42 15,15 141,6 6,36 0,39 4,49

1,6 129,73 0,48 13,59 141,6 6,52 0,35 4,61

1,7 116,73 0,51 12,22 141,6 6,23 0,32 4,40

1,8 100,33 0,54 10,51 141,6 5,67 0,27 4,01

1,9 59,03 0,57 6,18 141,6 3,52 0,16 2,49

(51)

33

Pengimbang

F (N)

Putaran n (rpm)

Torsi T (N.m)

Kecepatan Sudut

ω (rad/s)

Daya

Input Pin (watt)

Daya Output

Pout (watt)

Tip Speed

Ratio λ

Koefisien

Daya Cp (%)

0,0 215,53 0,00 22,57 141,6 0,00 0,59 0,00

0,2 197,93 0,06 20,73 141,6 1,24 0,54 0,88

0,8 179,23 0,24 18,77 141,6 4,50 0,49 3,18

1,2 167,17 0,36 17,51 141,6 6,30 0,45 4,45

1,5 156,20 0,45 16,36 141,6 7,36 0,42 5,20

1,7 151,50 0,51 15,87 141,6 8,09 0,41 5,71

1,9 125,43 0,57 13,13 141,6 7,49 0,34 5,29

2,0 110,00 0,60 11,52 141,6 6,91 0,30 4,88

2,1 93,33 0,63 9,77 141,6 6,16 0,25 4,35

2,2 69,37 0,66 7,26 141,6 4,79 0,19 3,39

2,3 17,70 0,69 1,85 141,6 1,28 0,05 0,90

Pengimbang

F (N)

Putaran n (rpm)

Torsi T (N.m)

Kecepatan Sudut

ω (rad/s)

Daya

Input Pin (watt)

Daya Output

Pout (watt)

Tip Speed

Ratio λ

Koefisien

Daya Cp (%)

0,0 228,43 0,00 23,92 141,6 0,00 0,62 0,00

0,3 212,13 0,09 22,21 141,6 2,00 0,58 1,41

0,7 198,77 0,21 20,82 141,6 4,37 0,54 3,09

1,1 190,97 0,33 20,00 141,6 6,60 0,52 4,66

1,3 183,83 0,39 19,25 141,6 7,51 0,50 5,30

1,6 168,47 0,48 17,64 141,6 8,47 0,46 5,98

1,8 151,20 0,54 15,83 141,6 8,55 0,41 6,04

1,9 142,67 0,57 14,94 141,6 8,52 0,39 6,01

2,0 137,77 0,60 14,43 141,6 8,66 0,37 6,11

2,1 113,97 0,63 11,93 141,6 7,52 0,31 5,31

2,2 91,30 0,66 9,56 141,6 6,31 0,25 4,46

2,3 85,07 0,69 8,91 141,6 6,15 0,23 4,34

2,4 27,47 0,72 2,88 141,6 2,07 0,07 1,46

(52)

4.3 Pembahasan Hasil Penelitian

Dari data penelitian yang sudah diolah pada tabel sebelumnya, maka Langkah selanjutnya adalah menganalisa hasil pengolahan data tersebut melalui grafik.

Pada hasil pengolahan data tersebut diperoleh data-dataa yang dimuat dalam grafik berupa hubungan kecepatan putaran poros n (rpm) terhadap hubungan nilai torsi T (N.m), serta grafik hubungan antara nilai tip speed ratio (tsr) terhadap hubungan koefisien daya Cp (%) dari setiap variasi yang diuji.

4.3.1 Hasil Pengolahan Data Pada Variasi pitch angle 0^o

Berdasarkan hasil pengolahan data pada tabel 4.6, maka dapat dibuat grafik sebagai berikut; Pada gambar 4.1 merupakan grafik hubungan antara torsi (N.m) dengan putaran poros (rpm) pada grafik tersebut menunjukkan adanya penurunan secara linear pada putaran poros seiring dengan adanya kenaikan pembebanan pada saat pengujian berlangsung.

Gambar 4.1 Hubungan torsi terhadap putaran pada variasi pitch angle 0^o

0 50 100 150 200 250

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Putaran, n (rpm)

Torsi, T (N.m)

(53)

35

Gambar 4.2 Hubungan tsr dengan CP pada variasi pitch angle 0^o

Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara tip speed ratio (tsr) dengan koefisien daya pada pitch angle 0^o, dalam grafik tersebut terdapat persamaan yang digunakan untuk menentukan nilai tip speed ratio pada koefisien daya maksimum yang dihasilkan turbin angin. Persamaan yang digunakan yaitu

𝐶_𝑃 = −71,472𝜆²+ 41,422𝜆 − 1,6604

Dengan menggunakan persamaan tersebut maka nilai koefisien daya CP

maksimal dapat ditentukan sebagai berikut;

𝑑𝐶_𝑝 𝑑𝜆 = 𝑈

0 = 2(−2,0874𝜆³) − 2(−69,414𝜆²) + 40,812𝜆 0 = −143,0028 + 40,812

143,0028 = 40,812 𝜆 = 40,812

143,0028 𝜆 = 0,285

0 1 2 3 4 5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Koefisien daya, Cp (%)

Tip speed ratio, λ

(54)

Maka nilai tip speed ratio optimal pada variasi 0^o dicapai pada 0,285, sehingga nilai koefisien maksimum dapat dicari sebagai berikut;

𝐶_{𝑃𝑚𝑎𝑥}= −2,0874𝜆³+ (−69,414𝜆²) + 40,812𝜆 + (−1,6082) 𝐶_{𝑃𝑚𝑎𝑥} = −2,0874(0,285)³+ (−69,414(0,285)²) + 40,812(0,285)

+ (−1,6082)

𝐶_{𝑃𝑚𝑎𝑥} = 4,337%

Maka nilai koefisien daya maksimum dari turbin darrieus tipe delta pada variasi pitch angle 0^oadalah 4,337%, dan nilai tip sped ratio optimal adalah 0,285.

4.3.2 Hasil pengolahan data pada variasi pitch angle 5^o

Gambar 4.3 Hubungan torsi terhadap putaran pada variasi pitch angle5^o Pada gambar 4.3 menunjukkan grafik yang menggambarkan hubungan antara torsi T (N.m) dengan putaran poros n (rpm) dari turbin darrieus tipe delta dengan variasi pitch angle 5^o. pada grafik tersebut menunjukkan adanya penurunan putaran poros seiring dengan adanya pembebanan yang diberikan pada saat pengujian berlangsung.

0 50 100 150 200 250

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Putaran, n (rpm)

Torsi, T (N.m)

(55)

37

Gambar 4.4 Hubungan tsr dengan CP pada variasi pitch angle 5^o

Gambar 4.4 menggambarkan hubungan antara tip speed ratio tsr (λ) dengan koefisien daya CP (%) dari turbin darrieus tipe delta dengan variasi pitch angle 5^o. dari grafik tersebut terdapat persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan nilai koefisien daya maksimum dari variasi turbin yang diuji.

Persamaan tersebut yaitu;

𝐶_𝑃 = −88,018𝜆²+ 58,106𝜆 − 4,8351

Maka dengan persamaan tersebut dapat dicari nilai dari tip speed ratio optimal serta koefisien daya maksimum sebagai berikut;

𝑑𝐶_𝑝 𝑑𝜆 = 𝑈

0 = 2(−88,018𝜆²) + 58,106𝜆 0 = −176,036 + 58,106

176,036 = 58,106 𝜆 = 58,106

176,106 𝜆 = 0,323

0 1 2 3 4 5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Koefisien daya, Cp (%)

Tip speed ratio, λ

(56)

Maka dengan nilai tip speed ratio optimal tersebut dapat dicari nilai koefisien daya maksimum sebagai berikut ini;

𝐶_𝑃 = −88,018𝜆²+ 58,106𝜆 − 4,8351

𝐶_𝑃 = −88,018(0,323)²+ 58,106(0,323) + (−4,8351) 𝐶_𝑃 = 4,75%

Sehingga didapatkah nilai dari tip speed ratio optimal adalah 0,323, dan nilai maksimum dari koefisien daya adalah 4,75%.

4.3.3 Hasil pengolahan data pada variasi pitch angle 10^o

Gambar 4.5 Hubungan torsi terhadap putaran pada variasi pitch angle 10ô Gambar 4.5 menunjukkan grafik hubungan antara torsi T (N.m) dengan putaran poros n (rpm) dari turbin Darrieus tipe delta dengan variasi pitch angle 10ô. dalam grafik tersebut menunjukkan adanya penurunan putaran poros seiring dengan penambahan pembebanan yang diberikan pada saat pengujian berlangsung. Pada gambar 4.5 menunjukkan grafik hubungan antara tip speed ratio (tsr) dengan koefisien daya (CP) pada variasi pitch angle 10ô.

0 50 100 150 200 250

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Putaran, n (rpm)

Torsi, T (N.m)