1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini energi angin merupakan salah satu energi terbarukan yang mungkin akan terus dikembangkan di Indonesia. Hal ini disebabkan energi fosil yang mengalami keterbatasan dan potensi angin di Indonesia yang cukup besar. Tabel 1.1. Sumber daya yang tersedia di Indonesia (ESDM,2009). Energi angin di Indonesia berpotensi menghasilkan daya sebesar 9,2 gigawatt (Unggul Priyanto, 2014). Namun masalah utama pemanfaatan energi angin di Indonesia adalah kecepatan angin yang tidak konstan. Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir angin merupakan sarana pengubah energi angin menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik (T.N Reksoatmodjo,2004). Berdasarkan sumbu putar, turbin angin terdiri dari dua macam, yaitu turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal (Melda Latif,2013). Dari kedua jenis turbin angin tersebut, yang banyak diterapkan
2 dan menghasilkan daya yang besar adalah jenis turbin angin dengan sumbu horizontal (Vadot Neypic, 1 MW, Perancis). Sementara dari jenis sumbu vertikal (dengan rotor Darius) hanya mencapai daya 200 kw (lles de la madeleine,kanada). Turbin angin sumbu horizontal biasanya menggunakan rotor dengan tiga blade. Permasalahan energi angin yang tidak konstan membuat sejumlah ilmuan melakukan berbagai inovasi agar rotor blade turbin angin dapat menunjukan efisiensi yang optimum untuk memaksimalkan daya mekanis yang dikonversi dari energi kinetik aliran udara bebas (Ahlund Karin,2004). Turbin angin rotor tunggal dengan diameter rotor berukuran besar menghasilkan daya output yang tinggi dalam kondisi kecepatan angin yang besar. Namun dalam kondisi kecepatan angin yang rendah, turbin angin rotor tunggal tersebut kurang efisien untuk digunakan. Maka dari itu dibuat suatu model pintar yang telah diteliti dan dikembangkan ilmuan, yang dikenal dengan nama turbin angin dual rotor lawan arah (double rotor contra rotating wind turbine) yang dapat meningkatkan koefisien daya turbin angin dibandingkan kondisi dengan satu rotor. Turbin ini terdiri dari dua buah rotor yang diameternya berbeda, sama-sama menggerakkan satu alternator dengan arah putaran saling berlawanan. Rotor berukuran besar ditempatkan di depan, sedangkan yang berukuran kecil di belakang atau sebaliknya. Rotor belakang akan mencapai rotasi maksimum pada kondisi kecepatan angin rancangan. Seiring dengan meningkatnya kecepatan angin, rotor belakang berkurang kecepatannya dan berputar pada arah yang sama dari rotor depan sehingga meningkatkan torsi (Wei Yuan,2013).
3 Gambar 1.2. Turbin angin dual rotor (www.srl.gatech.edu dan www.cleanbreak.ca). Santhana Kumar dkk (2013) telah melakukan uji eksperimen terhadap dual rotor turbin angin dimana rotor besar ditempatkan dibelakang rotor kecil dan berdiameter 11 meter dan rotor kecil berdiameter 5,5 meter. Airfoil yang digunakan adalah NACA 4415 untuk rotor depan dan NACA 0012 untuk rotor belakang. Pengujian dilakukan dengan variasi jarak antar rotor depan dengan rotor belakang. Pengujian menghasilkan koefisien daya (Cp) meningkat sebesar 9,67 % untuk jarak antar rotor sebesar 0.65d, 8,9 % untuk jarak 0.5d, dan 7,8% untuk jarak 0.75d dimana d adalah diameter rotor depan. Kecepatan angin adalah 10 m/s.
4 Newman dkk telah melakukan penelitian untuk simulasi dual rotor turbin angin dengan metode aktuator disk yang diameter rotornya divariasikan. Newman menggunakan metode RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) dimana hasil metode ini dapat dikomparasikan dengan metode analitis (Newman,1986). Dalam penelitian kali ini, observasi difokuskan pada peningkatan daya dual rotor turbin angin (CRWT) dengan variasi diameter rotor depan sehingga mendapatkan peningkatan daya yang optimal. Hasil dari simulasi ini akan dikomparasi dengan penelitian turbin angin dual rotor yang telah dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya.
5 1.2 Rumusan Masalah Dalam penelitian ini, ada beberapa karakteristik turbin angin dual rotor yang akan diinvestigasi, diantaranya : 1. Bagaimana karakteristik putaran dan torsi rotor depan dan rotor belakang. 2. Bagaimana karakteristik daya yang dihasilkan pada rotor depan dan rotor belakang. 3. Bagaimana peningkatan koefisien daya turbin angin dual rotor dengan variasi perbandingan diameter rotor depan dengan rotor belakang dibandingkan dengan turbin angin satu rotor. 1.3 Batasan Masalah 1. Rotor dengan diameter lebih besar ditempatkan dibelakang rotor yang berdiameter lebih kecil. 2. Rotor belakang memiliki radius tetap, yakni 1 meter. Variasi radius dilakukan terhadap rotor depan. 3. Jarak antar dua rotor adalah 0,5 meter. 4. Variasi Kecepatan angin sebelum melewati rotor depan adalah 3, 7, dan 10 m/s. 5. Airfoil yang digunakan adalah NACA 4415 untuk rotor depan dan NACA 0012 untuk rotor belakang. 6. Perhitungan dilakukan saat turbin tanpa beban. 7. Putaran rotor dibuat tetap yakni sebesar 1000 RPM.
6 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui daya kedua rotor pada tiap-tiap variasi kecepatan angin dan variasi perubahan diameter rotor depan. 2. Untuk mengetahui koefisien peningkatan daya (Cp) antara dual rotor terhadap single rotor dengan variasi perbandingan diameter rotor depan dengan rotor belakang. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menganalisis dan menemukan hasil yang optimal koefisien peningkatan daya (Cp) turbin angin dual rotor dengan variasi perbandingan diameter rotor depan dengan rotor belakang dibandingkan dengan kondisi satu rotor sehingga diharapkan dapat diaplikasikan dalam bidang energi terbarukan di Indonesia.