PERANCANGAN TURBIN STRAIGHT BLADE DARRIEUS DENGAN TIGA SUDU

Transkripsi

1 EKSERGI Jurnal Teknik Energi Vol No. Mei 05; 4-46 ERANANGAN TURBIN STRAIGHT BLADE DARRIEUS DENGAN TIGA SUDU Supriyo rogram Studi Teknik Konversi Energi oliteknik Negeri Semarang Jl. rof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Kotak os 699 SMS, Semarang 5039 Telp , (Hunting), Fax ABSTRAK Karakteristik turbin angin tipe Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Straight Blade Darrieus berpenampang aerofoil NAA 000 dengan 3 sudu, sudut sudu (5, 0, 5, dan 0 ) serta pengaruh rumah pengarah angin model setengah silinder. Metode yang digunakan menguji turbin dengan rumah pengarah dan tanpa rumah pengarah angin. Menggunakan kecepatan angin dari blower 6 m/s, diameter rotor turbin tanpa rumah pengarah 50 cm, diameter rumah pengarah angin 65 cm, panjang sudu turbin 70 cm dan tinggi rumah pengarah angin 86 cm. ada sudut sudu 5 menghasilkan p 0,37 dengan Turbin 6,097 Watt, pada putaran turbin 7 rpm, dengan Torsi 0,459 Nm, t 0,30 dan TSR 0,554. Menggunakan rumah pengarah angin tipe setengah silinder menghasilkan data terbaik pada sudut sudu 5 menghasilkan p 0,073 dengan Turbin 3,60 Watt, pada putaran turbin 07 rpm, dengan Torsi 0,9 Nm, t 0,96 dan TSR 0,467. enggunaan turbin yang terbaik adalah tanpa menggunakan rumah pengarah angin pada sudut sudu 5 menghasilkan efisiensi 3,7 %. Kata kunci: Aerofoil, Darrieus, NAA 000, Sudut Sudu.. ENDAHULUAN Energi angin merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini. Energi angin dapat memberikan kontribusi yang signifikan terhadap kebutuhan energi lainnya seperti energi listrik dan mekanik. emanfaatan angin sebagai pembangkit energi listrik biasa disebut embangkit Listrik Tenaga Bayu (LTB) sedangkan pemanfaatan angin yang lain dipakai sebagai energi penggerak atau mekanik. Turbin Darrieus Turbin Darrieus diperkenalkan di erancis oleh Georges Jean Marie Darrieus, sekitar tahun 93. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah tegak yang berputar ke dalam dan ke luar dari arah angin. Bertipe gaya angkat yang menghasilkan lebih banyak daya output dan efisiensi tinggi. Desain Darrieus ini cukup baik dan dapat menghasilkan torsi yang besar. Memiliki kontur atau bentuk dari sudu turbin yang sebagian cembung membuat sekelompok aliran udara yang melewatinya akan memiliki dua aliran sehingga terjadinya perbedaan tekanan yang membuatnya terangkat atau berputar. Keunikan turbin ini, sudunya bisa mengembang dan mengempis. Akan mengembang ketika kecepatan angin tinggi dan mengempis bila sudu turbin dikenai kecepatan angin yang rendah. Dasar Konversi Energi Angin Daya yang dihasilkan poros suatu turbin merupakan transformasi energi etik yang terdapat pada aliran angin. Aliran angin yang bergerak dengan kecepatan tertentu diserap oleh susunan sudu dari turbin angin. ersamaan yang menyatakan energi etik dari udara yang bergerak dan hasil aliran masa yaitu jumlah energi yang melewati sebuah penampang per satuan waktu, persamaannya sebagai berikut :. m. m. A. v.. A. 3 v Suatu turbin angin akan memiliki kerja rotor yang nantinya akan menyerap energi 4

2 erancangan Turbin Straight Blade Darrieus Dengan Tiga Sudu (Supriyo) dalam bentuk daya putar dari hembusan angin yang menabrak sudu. Sudu akan menangkap angin dalam bentuk energi etik yang nantinya akan menimbulkan daya mekanik atau daya turbin. Jika kemudian rotor ini berputar dengan kecepatan sudut rotor tertentu (ω), maka daya ( T ) yang timbul dapat dihitung sebesar: T T. ω.. n 60.. n. T T 60 Seperti diketahui ternyata energi etik yang dimiliki angin tidak seluruhnya dapat dikonversikan menjadi gaya mekanik. Dengan demikian terjadi kerugian daya dan perbandingan antara daya yang dihasilkan dan daya yang dimiliki angin disebut dengan koefisien daya ( ) yang dapat ditulis: T.. A. v Effisiensi teoritis turbin adalah perbandingan antara daya turbin ( Turbin ) dengan daya masukan turbin ( ). t p 3 turbin p x 00% Hal tersebut terjadi pula pada torsi, sehingga koefisien torsi ( T ): T T.. A.. R Tip Speed Ratio (λ atau TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu dengan kecepatan angin yang melewatinya. Bila TSR > seperti VAWT Darrieus berarti lebih banyak bagian sudu yang mengalami gaya angkat. Maka secara matematik TSR dapat dihitung dengan: U. R v. METODE ENELITIAN (a) (b) Gambar. Turbin dengan 3 sudu Gambar (a) adalah turbin tanpa rumah pengarah angin dan yang (b) adalah turbin dengan rumah pengarah angin. 3. HASIL DAN EMBAHASAN Gambar. Grafik hubungan t dan λ 43

3 EKSERGI Jurnal Teknik Energi Vol No. Mei 05; 4-46 Grafik di atas menunjukkan nilai optimum dari oefficient of Torsi ( t ) sebesar 0,369 dengan Tip Speed Ratio (TSR) sebesar 0,436 terjadi pada sudut sudu 5 0 dengan oefficient of ower ( p ) sebesar 0,9 dengan daya mekanik yang dihasilkan sebesar 5,74 watt, pada putaran poros turbin angin sebesar 00 rpm. Nilai tertinggi dari Tip Speed Ratio (TSR) sebesar,08 terdapat pada sudut sudu 5 0, dengan kecepatan putaran turbin angin tertinggi sebesar 48 rpm. oefficient of Torsi ( t ) berbanding terbalik dengan TSR. oefficient of Torsi ( t ) yang besar disebabkan oleh nilai torsi dan beban yang tinggi sehingga menyebabkan putaran turbin menurun, adakalanya penurunan putaran ini menyebabkan efisiensi naik, lalu setelah mencapai nilai puncaknya akan kembali turun, hal ini dapat dilihat pada tabel oefficient of ower ( p ) yang tertinggi. Gambar 3. Grafik hubungan p dan λ ada grafik di atas menunjukkan nilai optimum dari oefficient of ower ( p ) yang dihasilkan sebesar 0,37 terdapat pada sudut sudu 5 0 dengan TSR sebesar 0,554 dengan daya mekanik sebesar 6,097 watt dan putaran turbin sebesar 7 rpm. Nilai tertinggi dari Tip Speed Ratio (TSR) sebesar,08 terdapat pada sudut sudu 5 0, dengan kecepatan putaran turbin angin tertinggi sebesar 48 rpm. Gambar 4. Grafik hubungan Torsi dan utaran turbin 44

4 erancangan Turbin Straight Blade Darrieus Dengan Tiga Sudu (Supriyo) Dari grafik di atas menunjukkan bahwa nilai torsi tertinggi terdapat pada sudut sudu 5 0 yaitu sebesar 0,547 Nm dengan putaran poros turbin 00 rpm yang juga mempengaruhi nilai Turbin yaitu sebesar 5,74 watt dengan nilai t sebesar 0,369. Sedangkan untuk kecepatan tertinggi sebesar 48 Rpm dan terdapat pada sudut sudu 5 0. Gambar 5. Grafik hubungan p dan utaran Turbin ada grafik di atas menunjukkan nilai optimum dari oefficient of ower turbin sebesar 0,37 terdapat pada sudut sudu 5 0 pada putaran turbin 7 rpm dengan daya mekanik yang dihasilkan sebesar 6,097 watt. Sedangkan nilai minimum oefficient of ower turbin terdapat pada sudut sudu 0 0 sebesar 0,030 pada putaran turbin 79 rpm dengan daya mekanik yang dihasilkan sebesar,3 watt. ada sudut 0 nilai optimum dari oefficient of ower adalah 0,8 dengan putaran poros turbin 40 rpm. Besarnya nilai optimum oefficient of ower pada sudut 5 adalah 0,5 dengan putaran poros turbin 06 rpm. Gambar 6. Grafik hubungan turbin dan N turbin 45

5 erancangan Turbin Straight Blade Darrieus Dengan Tiga Sudu (Supriyo) Grafik di atas menunjukkan nilai dari daya mekanik turbin angin Darrieus ini yang paling optimum dan mampu dihasilkan oleh turbin ini sebesar 6,097 watt dengan oefficient of ower ( p ) sebesar 0,37 pada putaran turbin 7 rpm, terdapat pada sudut sudu 5 0 dengan oefficient of Torsi ( t ) sebesar 0,30 dan Tip Speed Ratio (TSR) sebesar 0,554. Sedangkan nilai putaran turbin (rpm) tertinggi sebesar 48 rpm, pada sudut sudu KESIMULAN Berdasarkan hasil pengujian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :. ada sudut sudu 5 menghasilkan p sebesar 0,37 dengan Turbin sebesar 6,097 Watt pada putaran turbin sebesar 7 rpm dengan Torsi sebesar 0,459 Nm. t sebesar 0,30 dan TSR sebesar 0,554. Mampu menghasilkan p sebesar 0,073 dengan Turbin sebesar 3,60 Watt, pada putaran turbin sebesar 07 rpm, dengan Torsi sebesar 0,9 Nm, t sebesar 0,96 dan TSR sebesar 0,467. DAFTAR USTAKA Hau, Erich Wind Turbines Fundamentals, Technologies, Application, Economics. Germany: Springer Verlag Berlin Helderberg. Leysen E. H Introduction To Wind Energy, Basic and Advance IntroducingTo Wind Energy with Emphasisi on Water umping Wingmills. Netherland: By Development oorporation. Sularso dan Kiyokatsu Suga Dasar erencanaan dan emilihan Elemen Mesin. Bandung: ratdnya aramita. Sabzevari, A ower Augmentation in A Ducted Savonius Rotor. Second International Symposium on Wind Energy Systems. Volume, Iran. udjanarsa, Astu, Ir, MT. dan Djati Nursuhud, rof. Ir. MSME Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: V. Andi. 46