1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Beberapa tahun terakhir telah dilakukan berbagai upaya untuk mengadaptasi teknologi turbin angin multi sudu sebagai alternatif eksploitasi sumber energi terbarukan, hal ini didukung oleh beragamnya konfigurasi yang dapat dilakukan dengan teknologi turbin angin multi sudu. Selain itu turbin angin dikenal memiliki rancangan konstruksi yang sederhana, murah, dapat menerima angin dari arah manapun, bagian penyusun yang bergerak sukar aus, dan memiliki momen statis dan dinamis yang tinggi (Akwa et.al., 2008). Turbin angin terbagi menjadi dua jenis berdasarkan sumbu rotasinya, sehingga muncul istilah Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), terlepas dari itu pemilihan turbin multi sudu mempertimbangkan banyak faktor, seperti kecepatan cut-in yang rendah serta torsi awal yang tinggi, faktor ini perlu diperhatikan karena dapat memengaruhi performa dan koefisien daya yang dihasilkan oleh turbin angin.
Salah satu tipe turbin angin yang memiliki karakteristik cut-in dan torsi yang baik adalah turbin angin crossflow, turbin angin jenis ini merupakan hasil adaptasi dari turbin air Banki yang memiliki struktur serupa namun digunakan untuk membangkitkan energi listrik tenaga air. Pemilihan turbin angin crossflow yang merupakan jenis Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) dilakukan mengingat turbin tipe ini mampu beroperasi dalam keadaan kepadatan udara yang dipengaruhi oleh suhu, tekanan atmosfer, dan unsur udara (Al-Maaitah, 1993).
Perancangan turbin angin memiliki beberapa parameter rancangan yang dapat memengaruhi performa turbin antara lain rancangan geometri, kecepatan angin dan bentuk sudu turbin. Rancangan geometri dan jumlah sudu merupakan faktor penting yang berkaitan erat dengan koefisien dan performa turbin angin.
Geometri turbin angin dinyatakan dalam aspect ratio yaitu perbandingan antara diameter dalam, diameter luar, dan tinggi turbin angin (Kurniawati, 2018). Selain rancangan geometri, performa turbin angin juga dipengaruhi oleh jumlah sudu
2 yang dimiliki. Turbin angin yang diberikan nilai Tip Speed Ratio (TSR) tertentu akan menghasilkan performa yang baik, hal ini disebabkan oleh TSR yang merupakan rasio kecepatan ujung turbin. Nilai TSR yang efektif dapat menghasilkan nilai koefisien daya yang baik, begitupun sebaliknya.
Penelitian terhadap performa turbin angin crossflow memiliki parameter performa antara lain koefisien daya (Cp) yang dihasilkan dari ekstraksi angin, koefisien torsi (CT) yang merupakan perbandingan torsi terukur dan teoretis, dan nilai perbedaan antara kecepatan ujung turbin terhadap angin bebas (Tip Speed Ratio). Oleh karena itu dilakukan penelitian turbin angin crossflow yang menitikberatkan pengaruh rancangan geometri dan TSR terhadap pemodelan kecepatan angin dengan parameter performa turbin angin antara lain CP, CT dan TSR.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh aspect ratio terhadap koefisien daya (Cp) dan koefisien torsi (CT) pada turbin crossflow?
2. Bagaimana pengaruh TSR terhadap koefisien daya (Cp) dan koefisien torsi (CT) pada turbin crossflow?
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini menggunakan metode simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) dari software ANSYS-Fluent.
2. Simulasi dilakukan hanya untuk mengetahui analisis aliran secara tiga dimensi.
3. Aliran angin bersifat turbulent.
4. Kondisi batas dianggap ideal pada kondisi sea level.
5. Simulasi dilakukan secara 3D dengan kecepatan angin 8 m/s.
6. Dalam tugas akhir ini tidak dibahas proses perancangan dari turbin angin.
3 1.3 Tujuan
Adapun perumusan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh aspect ratio terhadap koefisien daya dan koefisien torsi pada turbin crossflow.
2. Untuk mengetahui pengaruh TSR terhadap koefisien daya dan torsi pada turbin crossflow.
1.4 Manfaat
Manfaat dari penelitian yang dilakukan antara lain adalah:
1. Sebagai bahan pembelajaran tentang kegunaan turbin angin jenis crossflow.
2. Sebagai landasan penelitian dalam perancangan turbin angin jenis crossflow.
3. Sebagai landasan penelitian metode energi terbarukan yang efisien.
1.5 Kerangka Pemikiran
Konsep kerangka pemikiran dilakukannya penelitian ini yang berjudul Simulasi Pengaruh Aspek Rasio Diameter Terhadap Tinggi Dan TSR Terhadap Performa Turbin Angin Crossflow menjelaskan alur berpikir dalam pengerjaan penelitian ini meliputi latar belakang hingga metode penelitian yang dapat dilihat pada Gambar 1.1.
4 Gambar 1.1 Kerangka Pemikiran Penelitian
