p-ISSN 2502-4922,e-ISSN 2615-0867
RANCANG BANGUN TURBIN ANGIN TIPE ULIR (SCREW) DENGAN KAPASITAS 120 WATT
Abdurahim sidiqa*, Ice Trianizab, Raden Agus Razka Pangestu Putrac, Ari eka pd, Tazkia He
a,c,d,eTeknik Mesin, Fakultas Teknik Teknik Universitas Islam Kalimantan MAAB
bTeknik Industri, Fakultas Teknik Teknik Universitas Islam Kalimantan MAAB
a rahimsidiqs7q@gmail.com, b ice_trianiza@yahoo.com, C razkaputra2205097@gmail.com
Info Artikel Abstrak
Riwayat Artikel:
Diterima: 6 September 2023 Diterima dalam bentuk revisi:
29 September 2023
Diteima/publis: 30 Oktober 2023
Indonesia merupakan negara yang kaya akan potensi energi terbarukan, salah satunya energi angin. Energi angin dapat dikonversi menjadi energi listrik untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat yang semakin meningkat setiap tahunnya. Turbin angin tipe ulir Archimedes dapat diaplikasikan sebagai penyelesaian masalah tersebut, serta perkembangan turbin tersebut baru di kembangkan di Indonesia. Pada penelitian ini dilakukan perancangan dan pengujian turbin angin tipe ulir dengan 2 sudu kapasitas 100 watt, dengan parameter berupa jumlah putaran poros dan daya yang dihasilkan. Hasil pengujian menunjukkan kecepatan angin yang mampu memutar turbin tanpa generator sebesar 1.3 m/s, Sedangkan turbin dengan trasmisi pully yang terhubung ke generator sebesar 2.4 m/s. Hasil pengujian rerata putaran poros turbin angin tanpa generator pada pagi, siang, dan sore hari yaitu 279 Rpm, 360 Rpm, dan 476 rpm. Sedangkan pengujian turbin dengan trasmisi pully yang terhubung ke generator pada pagi, siang, dan sore hari yaitu 210.4 rpm, 286 rpm, dan 442 rpm. Hasil pengujian menunjukkan rerata daya yang dihasilkan generator pada pengujian pagi, siang, dan sore waktu pagi sebesar 29.17 watt, siang hari sebesar 46.36 watt, dan sore hari sebesar 124.69 watt.
Abstract
Indonesia is a country rich in renewable energy potential, one of which is wind energy. Wind energy can be converted into electrical energy to meet the electricity needs of the community which are increasing every year. Archimedes screw-type wind turbines can be applied as a solution to the problem, and the development of these turbines has just been developed in Indonesia. In this study, the design and testing of a screw-type wind turbine with 2 blades with a capacity of 100 watts was carried out, with parameters in the form of the number of shaft rotations and the power generated. The test results show that the wind speed that can rotate the turbine without a generator is 1.3 m/s, while the turbine with pully transmission connected to the generator is 2.4 m/s. The average test results of wind turbine shaft rotation without a generator in the morning, afternoon, and evening are 279 Rpm, 360 Rpm, and 476 rpm. While testing the turbine with pully transmission connected to the generator in the morning, afternoon, and evening are 210.4 rpm, 286 rpm, and 442 rpm. The test results show that the average power generated by the generator in the morning, afternoon, and evening tests is 29.17 watts, 46.36 watts in the afternoon, and 124.69 watts in the afternoon.
Kata Kunci
Turbin Angin, Turbin Ulir (screw), Turbin Archimedes
http://dx.doi.org/10.31602/al-jazari.v8i2.12493
@UNISKA 2023. Diterbitkan oleh UPT Publikasi dan Pengelolaan Jurnal
Jurnal Al Jazari is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
PENDAHULUAN
Turbin angin tipe ulir ini adalah hal baru sebagai pembangkit listrik tenaga angin (energi alternatif) di indonesia maka dari itulah peneliti tertarik untuk mengembangkan jenis turbin yang dapat beroperasi pada kecepatan angin yang relatif rendah, yaitu turbin angin tipe ulir Archimedes. Turbin ini dapat diaplikasikan dalam berbagai keadaan, karena turbin angin ini mampu beroperasi pada kecepatan rendah, karena dapat mengikuti arah angin secara otomatis yang memiliki bantalan pada tumpuan pondasi yang dikendalikan oleh gaya dan perkembangan turbin angin ini masih tergolong baru di kembangkan di indonesia. Dengan tujuan membuat dan merancang turbin ulir harapan pada penlitian ini adalah sebagai sumber informasi data valid di lapangan dan dpat di terapkan sebagai penganti bahan bakar fosil serta dapat di manfaatkan dimana pun.
TINJAUAN PUSTAKA Angin
Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Pemanasan oleh matahari, maka udara memuai. Tekanan udara yang telah memuai massa jenisnya menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun. Udara disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dikarenakan konveksi . Saputra, M. (2016)
Gambar. 1. Sirkulasi udara/angin di pantai Sumber: ( Saputra, M. (2016). Kajian literatur sudu turbin angin untuk skala kecepatan angin rendah )
Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0°, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari matahari dibanding daerah lainnya di Bumi. Daerah panas ditunjukkan dengan warna merah, oranye, dan kuning pada gambar inframerah dari temperature permukaan laut yang diambil dari satelit NOAA-7 pada juli 1984.
Udara panas lebih ringan daripada udara dingin dan akan naik ke atas sampai mencapai ketinggian sekitar 10 kilometer dan akan tersebar kearah utara dan selatan. Jika bumi tidak berotasi pada sumbunya, maka udara akan tiba dikutub utara dan kutub selatan, turun ke permukaan lalu kembali ke khatulistiwa. Udara yang bergerak inilah yang merupakan energi yang dapat diperbaharui, yang dapat digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya menghasilkan listrik. ( Fadila, V. A. (2019).
Turbin Angin
Turbin angin yaitu kincir angin yang dimanfaatkan untuk pembangkit listrik.
Turbin angin mulanya dibuat untuk melengkapi kebutuhan petani dalam melakukan penggilingan padi, pengairan sawah, dan lain sebagainya. Turbin angin dahulunya hanya terdapat di Belanda, Denmark serta negara Eropa lainnya juga dikenal dengan sebutan windmill. Sekarang pemanfaatan turbin angin banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik misalnya unruk lampu penerangan rumah tangga, dengan menggunakan sumber energi dari alam yang dapat diperbaharui juga
disebut dengan istilah renewable energy.
Meskipun sekarang ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menggantikan pembangkit listrik biasanya (Contohnya PLTGU, PLTA, dan PLTD) dan turbin angin ini adalah salah satu alat yang digunakan dalam sistem peralihan energi.
Prinsip Kerja Dan Jenis Turbin Angin Turbin angin memiliki prinsip kerja dengan merubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik yang berputaran pada sudu. Putaran sudu tersebut kemudian digunakan untuk beberapa hal sesuai dengan kebutuhan seperti memutar generator untuk menghasilkan listrik. Salah satu komponen utama dari turbin angin adalah sudu. Sudu berfungsi untuk mengubah gerak lurus arus angin menjadi gerak putar poros Berdasarkan bentuk sudu, turbin angin dibagi menjadi dua tipe, yaitu turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal.
Turbin Angin ulir (screw)
Turbin angin ulir sering juga di sebut Archimedes windmill,merupakan konsep baru dari model HAWT (Horizontal Axis Wind Turbin), turbin ini dirancang dengan menggunakan prinsip-prinsip spiral Archimedes. Tidak dengan HAWT tradisional yang menggunakan gaya angkat untuk mengambil alih energi angin, Archimedes windmill menggunakan gaya angkat serta gaya tarik. Archimedes windmill dapat memanfaatkan energi kinetik dari energi angin. Struktur khusus inilah yang menentukan karakteristik aerodinamika dari jenis turbin ini. Secara khusus, kelebihan struktur spiral dari Archimedes windmill mampu diaplikasikan dalam berbagai keadaan, karena jenis turbin angin ini mampu beroperasi pada kecepatan angin yang relatif rendah sekalipun. Selain itu, Archimedes windmill dapat mengikuti arah angin secara otomatis karena terdapat bantalan pada tumpuan pondasi konstruksi yang dikendalikan secara pasif karena gaya drag.
Gambar.2. Turbin Angin ulir (screw) Sumber http://werden-
forscher.blogspot.com/2014/07/liem-f1-uwt- turbin-angin-sebagai-tenaga.html METODE PENELITIAN
Metode yang dilakukan dalam penelitian ini dengan percobaan pemodelan Turbin angin tipe ulir, Selanjutnya di lakukan secara langsung di lapangan agar mendapatkan hasil nyata dan nanti menjadikan data referensi penggunaan pembangkit listrik tenaga angin dengan kata lain energi alternatif.
Pembuatan Desain, Proses Pengerjaan , Pembuatan Komponen , Perakitan dan Pengujian
Pembuatan Desain Turbin Angin Tipe Ulir a. Dalam pembuatan turbin angin tipe ulir ini, tahap kerja utama yang dilakukan adalah membuat gambar desain. Dimana desain menggunakan software. Tujuan pembuatan gambar ini untuk mempermudah pembuatan sesuai dengan keinginan dan langkah kerja.
Gambar 3. Rancangan Tubin Angin Tipe Ulir
Sumber: ( Dokumen Pribadi) Komponen Turbin Angin Tipe Ulir
1. Rangka Atas Dengan Lebar 1 Meter , Tinggi 65 mm
2. Bearing ASB Diameter 27 mm Kode UCP206-18
3. Rangka Bawah Dengan Panjang 2 Meter 4. Poros Kemudi Lebar dan Panjang 20x20 mm
5. Generator Dc
6. Pulli Berdiameter 20mm 7. Pulli Generator
8. V-bet Ukuran A40
9. Sudu Dengan Plat Almanium Tebal 1.5 mm
Gambar 4. Pemasangan seluruh komponen turbin angin tipe ulir (screw)
Sumber: ( Dokumen Pribadi)
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengolahan Data dan Perhitungan
Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan,yaitu sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi
= 9.81 m/s 2
b. Massa jenis udara = 1.18 kg/m3
Luas Penampang Diketahui :
𝜋 = 3.14 𝑑 = 0.9 m Penyelesaian :
A = 𝜋
4. 𝑑2 = 3.14
4 . 0. 92 = 0.63 m2 Perhitungan Daya Angin
Diketahui : 𝜌 = 1.18 kg/m3
A =0.63 m2 v = 7.8 m/s3 Penyelesaian :
Pin = 1
2 . 𝜌. 𝐴.v3
= 1
2. 1.18. 0.632. 7.83 = 111.13 watt
Perhitungan ini dimana nilai dari tertinggi menghasilkan daya angin sebesar 111.13 watt.
Perhitungan Daya Generator Diketahui :
Vgen = 87 volt Igen = 1.87 ampere Penyelesaian :
Pgen = 87. 1.87 = 162.69 watt
Perhitungan ini dari tertinggi, mendapatkan nilai daya generator 162.69 watt
Perhitungan Efesiensi Diketahui :
Pgen = 124.69 watt Pangin = 111.13 watt Penyelesaian :
Ƞ = 𝑃𝑔
𝑃𝑎𝑛𝑔𝑖𝑛 x 100%
Ƞ = 124.69
62.62 x 100%
= 19.1%
Perhitungan ini dari nilai rata-rata, menggunakan generator mendapatkan nilai efesiensi 19.1%.
Melalui berbagai tahapan pengujian secara langsung dilapangan maka di dapatkan data hasil penelitian berupa grafik di susun dengan masing-masing metode.
Tabel 1. Perbandingan putaran poros dan kecepatan angin pengujian tanpa generator pada pagi hari
No Time Kec Angin
(m/s) Kec Poros
(n) Arus
(I) Teg (volt
Daya Gen (watt)
Daya Angin (watt)
I 6.20 1.2 128 0.7 23 1.61 0.40
2 6.50 2.4 173 1.12 27 30.24 3.23
3 7.30 3.3 208 1.21 28 33.88 8.41
4 8.20 3.4 254 1.23 30 36.9 9.20
5 9.30 3.7 289 1.31 33 43.23 11.86
Rata-Rata 2.8 210.4 1.4 28.2 29.17 6.62
Tabel 2. Perbandingan putaran poros dan kecepatan angin pengujian tanpa generator pada siang hari
No Time Kec Angin
(m/s) Kec Poros (n)
Arus (I)
Teg (volt)
Daya Gen (watt)
Daya Angin (watt)
I 10.2 3.9 254 1.2 36 43.2 13.89
II 11.1 4 275 1.24 37 45.88 14.98
III 12.1 4.1 288 1.22 38 46.36 16.13 IV 12.3 4.4 296 1.23 39 47.97 19.94
V 13.4 4.5 321 1.21 40 48.4 21.38
Rata-Rata 4.18 286 1.2 38 46.36 17.26
Tabel 3. Perbandingan putaran poros dan kecepatan angin pengujian tanpa generator pada sore hari
No Time Kec Angin
(m/s) Kec Poros
(n) Arus
(I) Teg (volt)
Daya Gen (watt)
Daya Angin (watt) I 15.00 5.1 305 1.54 54 83.16 31.06 II 16.24 5.9 375 1.64 64 104.96 48.09 III 16.58 6.3 456 1.75 75 131.25 58.55 IV 17.29 6.5 489 1.79 79 141.41 64.30 V 18.36 7.8 596 1.87 87 162.69 111.12
Rata-Rata 6.32 444.2 8.59 71.8 124.69 62.62
Grafik 4. Pada hasil pengambilan data pengujian di lapangan bahwa perbandingan hasil rata-rata pengujian pada waktu pagi, siang, sore kecepatan poros 210, 284, 444 (rpm), kecepatan angin 2.8, 4.1, 6.3 (m/s), arus 1.4, 1.2, dan 8.59 ampere, daya angin 6.62, 17.26, 62.62 (watt), daya generator 29.17, 46.36, 124.69 (watt), dan tegangan 28.2, 38, 71.8 volt.
Dengan hasil pengujian tanpa beban bisa dilihat perbandingan rata-rata pada waktu pagi, siang, dan sore kecepatan poros ialah 279, 360, dan 476 (rpm). Sedangkan kecepatan angin rata-rata ialah 1.37, 1.37, dan 5.5 m/s.
KESIMPULAN
1. Berdasarkan hasil pengujian di lapangan kecepatan angin yang mampu memutar turbin tanpa generator berada dikecepatan angin 1.3 m/s ,sementara itu kecepatan angin yang mampu memutar turbin dengan trasmisi pully yang terhubung ke generator berada dikecepatan angin 2.4 m/s.
2. Rata-rata putaran poros turbin angin dari pengujian dilapangan tanpa generator pada waktu pagi hari sebesar 279 Rpm, siang hari sebesar 360 Rpm, dengan kecepatan angin rata-rata1.37 m/s dan dengan trasmisi pulli yang trerhubung generator sebesar Rpm dengan kecepatan angin rata-rata m/s, sementara pada waktu sore hari tanpa altenator sebesar 476 Rpm dengan kecepatan angin rata-rata 5.5 m/s dan dengan trasmisi pulli yang terhubung ke generator sebesar 444.2 Rpm dengan kecepatan angin rata-rata 6.32 m/s.
3. Berdasarkan hasil pengujian di lapangan rata-rata daya yang dihasilkan generator pada waktu pagi sebesar 29.17 watt , siang hari sebesar 46.36 watt, dan sore hari sebesar 124.69watt.
REFERENSI
[1] Andrias, F. (2018). PERANCANGAN TURBIN ARCHIMEDES WIND MILL PADA RUMAH TEPI PANTAI (Disertasi Doktor Universitas Muhammadiyah Malang).
[2] Fadila, V. A. (2019). PERANCANGAN KINCIR ANGIN HORIZONTAL (Doctoral dissertation, University Of Muhammadiyah Malang).
[3] Kim, K. C., Ji, H. S., Kim, Y. K., Lu, Q., Baek, J. H., & Mieremet, R. (2014).
Experimental and numerical study of the aerodynamic characteristics of an archimedes spiral wind turbine blade.
Energies, 7(12), 7893-7914.
[4] Priyoatmojo, S. (2019). Rancang Bangun Turbin Angin Poros Horizontal Tiga Sudu Flat Berlapis Tiga Dengan Variasi Sudut Dan Posisi Sudu. Eksergi: Jurnal Teknik Energi, 15(1), 14-19.
[5] Safdari, A., & Kim, K. C. (2015).
Aerodynamic and structural evaluation of horizontal archimedes spiral wind turbine. Journal of Clean Energy Technologies, 3(1), 34-38.
[6] Saputra, M. (2016). Kajian literatur sudu turbin angin untuk skala kecepatan angin rendah. Jurnal Mekanova: Mekanikal, Inovasi dan Teknologi.
