1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi yang selalu dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari manusia adalah listrik. Listrik merupakan sebuah energi yang selalu digunakan mulai dari kebutuhan rumah tangga, industri kecil maupun industri besar bahkan perusahaan pun membutuhkan adanya energi listrik. Peningkatan konsumsi energi listrik diperkirakan setiap tahunnya akan terus meningkat dan bertambah. Menurut Rencana Umum Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) PT PLN (Persero) tahun 2019 sampai dengan 2028 memperkirakan angka kebutuhan energi listrik dari batu bara di Indonesia akan terus mengalami peningkatan yaitu sebesar 6,42% yang artinya ketersediaan batu bara akan semakin menipis (RUPTL PT PLN (Persero), 2019).
Manusia seharusnya dapat memperhatikan sumber alam yang ada di muka bumi ini untuk memanfaatkan energi yang bersumber dari alam dan dapat dikatakan sebagai energi terbarukan. Salah satu contoh energi terbarukan yang bersumber dari alam adalah angin. Angin merupakan sumber energi berkelanjutan karena bersifat terbarukan, energi angin digunakan sebagai bahan energi alternatif pengganti fosil dalam sistem pembangkit energi listrik. Pembangkit listrik tenaga angin merupakan salah satu pembangkit listrik dengan menggunakan sumber energi terbarukan yang banyak digunakan, karena sifat energi angin yang ramah lingkungan serta mudah dalam pengoperasiannya. Berdasarkan data dari Global Wind Energy Council (GWEC), penggunaan pembangkit listrik tenaga angin di dunia diperkirakan akan terus terjadi peningkatan dengan nilai yaitu sebesar 20% sampai dengan 30% tiap tahun (Pribadyo, 2015).
Indonesia memiliki kecepatan angin dengan rata-rata berkisar antara 3 m/s sampai dengan 6 m/s. Kecepatan yang lebih tinggi dapat diperoleh di daerah Nusa Tenggara yang berkisar antara 3,5 sampai dengan 6,5 m/s. Pulau-pulau seperti Sumatera, Jawa, Kalimantan, Sulawesi, serta Papua hanya memiliki kecepatan
2 angin sekitar 2,7 m/s sampai dengan 4,5 m/s sedangkan turbin angin pada umumnya merujuk pada desain dari Eropa dan Amerika yang merupakan benua penghasil angin terbesar dengan kecepatan sekitar 9 m/s sampai dengan 12 m/s (Fitranda dan Siregar, 2014). Kecepatan angin di Indonesia juga dapat digunakan untuk memutar turbin angin meskipun kecepatan angin yang dihasilkan tidak sebesar dengan yang dihasilkan oleh benua Eropa dan Amerika, salah satu jenis turbin angin yang tepat digunakan untuk kecepatan rata-rata angin yang dihasilkan di Indonesia adalah turbin angin Savonius yang dimana pada turbin ini memiliki beberapa kelebihan seperti konstruksi benda kerja yang sederhana dan dapat digunakan pada kecepatan aliran fluida yang rendah sehingga tidak memerlukan nilai TSR yang tinggi untuk dapat memutar turbin Savonius. Tetapi, turbin Savonius merupakan turbin tipe drag yang memiliki kekurangan yaitu untuk efisiensi yang dihasilkan lebih rendah jika dibandingkan dengan turbin tipe lift (Nahkoda dan Saleh, 2015). Sudu atau blades merupakan salah satu bagian pada turbin angin Savonius untuk menangkap energi kinetik dari fluida angin yang nantinya akan memutar sudu turbin. Namun, kondisi standar pada sudu turbin dianggap kurang efisien sehingga perlu dilakukannya perubahan ataupun penambahan variasi pada sudu turbin angin Savonius. Pengaruh posisi slotted blades atau celah dari sudu pada turbin angin Savonius dengan menggunakan metode simulasi CFD didapatkan bahwa analisis statis telah menunjukkan kinerja torsi awal yang lebih baik dari blade yang ditempatkan sehubungan dengan konfigurasi standar untuk posisi slot 𝑓 kurang dari 40%.
Kemudian, terkait pengaruh posisi slot angle yang ada pada posisi slotted blades dari sudu turbin angin Savonius dengan menggunakan metode simulasi CFD didapatkan bahwa dengan sudut slot kecil, menunjukkan kinerja aerodinamik yang lebih baik untuk nilai TSR yang rendah. Hasil ini dapat dianggap tepat untuk meningkatkan kinerja torsi awal yang diperoleh dengan menggunakan bilah slotted (Alaimo dkk, 2013). Pengujian ataupun penelitian lain diperlukan untuk meningkatkan performa yang dihasilkan dari turbin angin Savonius. Salah satunya yaitu penelitian yang dilakukan dengan menggunakan metode simulasi CFD dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh posisi slotted blades dan slot angle terhadap hasil performa turbin angin tipe Savonius sumbu vertikal dua sudu pada simulasi CFD.
3
1.2 Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah selama pelaksanaan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana pengaruh dari posisi slotted blades terhadap performa turbin angin Savonius.
2. Bagaimana pengaruh dari slot angle terhadap performa turbin angin Savonius.
3. Bagaimana perbedaan hasil pengujian studi eksperimental dengan pengujian simulasi pengaruh posisi dari slotted blades dan slot angle terhadap performa turbin angin Savonius.
Adapun batasan masalah yang digunakan selama pelaksanaan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Kecepatan aliran fluida diasumsikan konstan.
2. Kondisi aliran fluida pada saat simulasi yaitu steady.
3. Hanya membahas pemodelan pada simulasi CFD.
4. Tidak membahas spesifikasi dan kekuatan material benda kerja.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang didapatkan selama pelaksanaan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Menganalisis pengaruh dari posisi slotted blades terhadap performa turbin angin Savonius.
2. Menganalisis pengaruh dari slot angle terhadap performa turbin angin Savonius.
3. Menganalisis perbedaan hasil pengujian studi eksperimental dengan pengujian simulasi pengaruh posisi dari slotted blades dan slot angle terhadap performa turbin angin Savonius.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun beberapa manfaat yang didapatkan setelah menyelesaikan pelaksanaan penelitian Tugas Akhir ini dengan menggunakan metode simulasi CFD adalah sebagai berikut.
4 1. Menambah wawasan serta kemampuan dalam menerapkan teori yang telah didapatkan selama dibangku perkuliahan agar dapat diaplikasikan serta melatih untuk menyelesaikan sebuah permasalahan di dunia nyata dengan pertimbangan yang baik.
2. Hasil dari perhitungan desain dan simulasi dengan menggunakan software dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan untuk membuat turbin angin tipe sumbu vertikal agar dapat menghasilkan energi listrik terbarukan yang ramah lingkungan.
1.5 Kerangka Penelitian
Adapun kerangka penelitian yang digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini untuk mengetahui pengaruh dari variasi posisi slotted blades dan slot angle terhadap performa turbin angin Savonius dengan jumlah dua sudu yang ditunjukkan pada Gambar 1.1 alur pengerjaan penelitian yang meliputi latar belakang, analisis dan metode penelitian adalah sebagai berikut.
5 Kerangka Penelitian
Simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) Dua Dimensi Pengaruh Posisi Slotted Blades dan Slot Angle Terhadap Performa Turbin Angin Tipe Savonius Sumbu Vertikal Dua Sudu
Gambar 1.1 Kerangka Penelitian
Energi Air Sumbu Horizontal
Potensi Energi
Darrieus Energi Angin Turbin Angin
Crossflow
Energi Thermal Savonius
Massa Jenis Udara
Variabel Kontrol Kecepatan Angin Studi Eksperimen
Jumlah Sudu
Simulasi Numerik Performa Turbin
(CP, CT) Variabel Independent
Posisi Slot Angle Diameter Turbin
Visualisasi Kontur Tekanan Variabel dependent
Sumbu Vertikal
Posisi Slotted Blades
Koefisien Daya Turbin Koefisien Torsi Turbin Kesimpulan
