BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Proses pengerjaan maupun pengujian penelitian tugas akhir ini dilakukan di Lab. Teknik Mesin ITK pada periode bulan Desember 2019 – Juni 2020.
3.2 Prosedur Penelitian 3.2.1 Studi Literatur
Tahap ini dilakukan pencarian literatur terbuka dan publikasi ilmiah yang sesuai dengan penelitian dan dapat dijadikan acuan atau dasar dalam penelitian ini.
3.2.2 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Tipe Crossflow
A. Mendesain Turbin Angin Crossflow
Perancangan dan pembuatan turbin angin crossflow diawali dengan dilakukan desain turbin angin crossflow dengan menggunakan software design CAD.
B. Menentukan Aspect Ratio Turbin Angin Crossflow dan Konfigurasi Sudu
Aspect ratio yang digunakan adalah 1. Pada penelitian turbin angin crossflow ini memiliki diameter endplate sebesar 300 mm, sehingga tinggi rotor turbin adalah 300 mm. Hal ini sesuai dengan rasio perbandingan 1:1 terhadap diameter endplate. Sudut kelengkungan sudu yang digunakan sebesar 60o serta terdapat 2 variasi jumlah sudu dan 3 variasi bentuk sudu. Variasi jumlah sudu dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut.
(a) (b)
Gambar 3.1 Rancangan Variasi Jumlah Sudu (a) 6 Sudu (b) 12 Sudu Variasi bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut ini:
(a) (b) (c)
Gambar 3.2 Variasi Bentuk Sudu (a) Sudu Melengkung(b) Sudu Menyudut (c) Sudu Lurus
C. Pemilihan Komponen Penyusun Turbin Angin dan Assembly
Daya yang dihasilkan dari generator diakibatkan oleh poros (shaft) turbin angin tipe crossflow yang berputar apabila sudu turbin berputar. Poros yang digunakan pada penelitian ini dengan diameter 8 mm. Material yang digunakan untuk poros adalah baja ST 41. Bantalan (bearing) digunakan agar putaran poros berputar secara baik tanpa adanya gesekan. Bantalan yang digunakan pada penelitian ini dengan spesifikasi pada Tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Spesifikasi Bantalan yang Digunakan
Spesifikasi Keterangan
Tipe Pillow Block Bearing
Code KFL08
Diameter Shaft 8 mm
Generator digunakan sebagai alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator yang digunakan pada penelitian ini dengan spesifikasi pada Tabel 3.2 berikut.
Tabel 3.2 Spesifikasi Generator yang Digunakan
Spesifikasi Keterangan
Tipe Motor DC
Voltage 0.1 V – 24 V
Current 0.01 A – 0.4 A
Rated Speed 200 – 6000 rpm
Kerangka yang digunakan menggunakan material hollow steel 2x2 dengan metode penyambungan menggunakan las, mur dan baut dan ukuran kerangka didesain menyesuaikan dimensi sudu turbin angin dan komponen lain yang akan ditempatkan pada kerangka turbin angin.
Proses penggabungan (assembly) ini menggunakan baut dan mur untuk bagian sudu turbin, end plate, dan bantalan serta dalam penggabungan kerangka turbin menggunakan pengelasan las listrik. Hasil rancangan setelah proses penggabungan (assembly) turbin angin tipe crossflow dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut ini:
Gambar 3.3 Rancangan Turbin Angin Crossflow
3.2.3 Bahan dan Peralatan Penelitian
Bahan dan peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:
A. Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian turbin angin crossflow ini diantaranya sebagai berikut:
A.1 Plat aluminium
Bahan dalam pembuatan sudu turbin angin dan end plate menggunakan aluminum dengan ketebalan 1 mm.
A.2 Silinder baja ST41
Bahan dalam pembuatan poros (shaft) menggunakan bahan silinder baja ST41.
A.3 Hollow steel
Bahan pembuatan kerangka turbin angin crossflow menggunakan bahan Hollow stell dengan ukuran 2x2 cm.
Keterangan:
1. Poros (shaft) 2. Bantalan (bearing) 3. Kopling
4. Sudu turbin 5.End Plate 6. Kerangka turbin 7.Gear
8. Generator
2 1 3 4 5 6 7
8
A.4 Baut, mur dan lem tembak
Proses dalam menggabungkan atau assembly komponen-komponen turbin angin seperti pada sudu dengan end plate dan lain-lainnya menggunakan baut, mur dan lem tembak.
B. Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian turbin angin crossflow ini diantaranya sebagai berikut:
B.1 Alat pembuatan turbin angin
Alat yang dipergunakan dalam pembuatan turbin angin diantaranya sebagai berikut.
1. Las listrik
Las listrik digunakan untuk proses penyambungan pada kerangka turbin maupun pada wind tunnel.
2. Mesin bor
Mesin bor digunakan untuk pembuatan lubang pada kerangka turbin dan akrilik pada wind tunnel.
3. Gerinda tangan
Gerinda tangan digunakan untuk proses pemotongan pada plat aluminium, hollow steel, dan poros turbin serta plat besi.
4. Penggaris dan meteran
Penggaris dan meteran digunakan untuk mengukur pada setiap proses pengerjaan agar dimensi pembuatan sesuai dengan desain yang diinginkan.
5. Tang, obeng serta kunci
Tang, obeng serta kunci digunakan untuk pemasangan maupun pelepasan sudu turbin dengan end plate.
B.2 Alat pengambilan data
Proses pengambilan data pengujian turbin angin menggunakan alat yang terdiri dari sebagai berikut
1. Multimeter
Multimeter digunakan sebagai pengukur arus listrik dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator.
2. Tachometer
Tachometer digunakan sebagai pengukur putaran poros turbin.
3. Anemometer
Anemometer digunakan sebagai pengukur kecepatan angin.
4. Kipas angin
Kipas angin digunakan sebagai penghasil angin untuk memutar turbin angin.
5. Wind tunnel
Wind tunnel digunakan sebagai pengujian turbin angin untuk menumpulkan dan menghembuskan udara menuju turbin angin. Alat pengambilan data yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.4 berikut ini:
(a) (b) (c)
(d.) (e.)
Gambar 3.4 (a) Multimeter (b) Tachometer (c) Anemometer (d) Kipas Angin (e)Wind Tunnel
3.2.4 Metode Pengambilan Data
Metode pengambilan data pada penelitian “Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Jumlah Sudu dan Bentuk Sudu Terhadap Performa Turbin Angin Crossflow” ditunjukkan pada Gambar 3.5 berikut.
Gambar 3.5 Skema Pengujian Turbin Angin Crossflow
Gambar 3.5 merupakan skema pengujian turbin angin yang dilakukan, dimana wind tunnel dan kipas angin digunakan sebagai sumber angin serta terdapat turbin angin crossflow didalam wind tunnel.
Gambar 3.6 Skema Pengukuran Kecepatan Angin
Pengujian turbin angin diawali dengan dilakukan pengukuran kecepatan angin yang dapat dilihat pada Gambar 3.6. Pengukuran kecepatan angin dilakukan pada daerah letak turbin angin berada dengan menggunakan anemometer pada 9 titik dengan ukuran 45×45 cm, setelah hasil pengukuran didapatkan kemudian di rata-ratakan
Data kecepatan angin yang telah didapatkan selanjutnya dilakukan pengujian turbin angin pada saat poros turbin angin berputar maka putaran poros turbin angin diukur menggunakan tachometer untuk didapatkan nilai putaran turbin angin, serta tegangan dan kuat arus yang keluar dari generator diukur menggunakan multimeter. Semua data yang telah didapatkan dilakukan perhitungan dan analisis.
3.2.5 Metode Analisis Data
Analisis pada penelitian turbin angin ini dilakukan dengan pengolahan hasil data yang telah didapatkan, kemudian dilakukan perhitungan yang memperoleh nilai berupa daya listrik keluaran, Tip Speed Ratio (TSR), Koefisien Daya (CP) dan Koefisien Torsi (CT), sehingga didapatkan grafik-grafik sebagai berikut
1. Grafik hubungan daya listrik keluaran dengan kecepatan angin.
2. Grafik nilai Tip Speed Ratio (TSR) terhadap nilai Koefisien Daya (CP).
3. Grafik nilai Tip Speed Ratio (TSR) terhadap nilai Koefisien Torsi (CT).
Berdasarkan grafik-grafik tersebut, selanjutnya dilakukan analisis untuk didapat kan pengaruh jumlah sudu dan bentuk sudu terhadap performa turbin angin crossflow.
3.3 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian pada turbin angin crossflow terdapat pada Gambar 3.7 berikut dibawah ini.
Studi Literatur
Desain Turbin Angin Crossflow
Mulai
A
Variasi penelitian Jumlah sudu 6,12
Bentuk sudu melengkung, menyudut, lurus
Pembuatan dan Perakitan Turbin Angin
Analisis Data dan Pembahasan Pencatatan Data Tegangan, Arus,
Putaran Turbin Angin
Selesai
Tidak
Ya
Persiapan Alat dan Bahan
Kesimpulan Pengujian
Dilakukan pengujian apabila turbin angin berputar dengan baik, jika tidak maka kembali ke perakitan turbin angin
A
3.4 Variabel Penelitian
Variabel-variabel dalam penelitian dapat memengaruhi penelitian ataupun dapat menjadi acuan terhadap hasil akhir. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah variabel kontrol, variabel independent dan variabel dependent.
3.4.1 Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan sehingga pengaruh variabel independent (variabel bebas) terhadap variabel dependent (variabel terikat) tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol dalam penelitian terdapat pada Tabel 3.3 berikut ini:
Tabel 3.3 Variabel Kontrol
Variabel Variasi Nilai
Tinggi Sudu Turbin 300 mm
Diameter Endplate 300 mm
Aspect Ratio 1: 1
Kecepatan Angin 2,23 - 4,70 m/s
3.4.2 Variabel Independent
Variabel independent atau variabel bebas adalah sebuah variabel yang mempengaruhi variabel dependent dapat berbentuk upaya yang dilakukan untuk dapat melihat perubahan yang terjadi terhadap variabel dependent. Variabel independent dalam penelitian terdapat pada Tabel 3.4 berikut ini:
Tabel 3.4 Variabel Independent Variasi
Jumlah Sudu 6, 12
Bentuk Sudu Melengkung, menyudut, lurus
Berdasarkan variabel independent yang telah ditentukan maka didapatkan variasi pengujian pada penelitian. Variasi pengujian eksperimen dapat dilihat pada Tabel 3.5 berikut ini:
Tabel 3. 5 Variasi Pengujian Turbin Angin Crossflow No
Variasi Data Pengujian
Jumlah
Sudu Bentuk Sudu Arus (mA)
Tegangan (V)
Kec. Putaran Poros (rpm)
Kec.Angin (m/s)
1. 6 Melengkung
2. 12 Melengkung
3. 6 Menyudut
4. 12 Menyudut
5. 6 Lurus
6. 12 Lurus
3.4.3 Variabel Dependent
Variabel dependent atau variabel terikat adalah variabel yang nilainya akan berubah terhadap faktor tertentu. Variabel dependent dalam penelitian terdapat pada Tabel 3.6 berikut ini:
Tabel 3.6 Variabel Dependent
Variabel Variasi Nilai
Daya Listrik Keluaran Watt
Tip Speed Ratio (TSR) Konstanta
Koefisien Daya (CP) Konstanta
Koefisien Torsi (CT) Konstanta
