EKSERGI Jurnal Teknik Energi Vol 10 No. 3 Septeber 2014; 99-105 MODIFIKASI TURBIN ANGIN SAVONIUS MULTI BLADE MENGGUNAKAN SELUBUNG ROTOR TIPE KONSENTRATOR TANPA DIFUSER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU Frendy Pratyo, Jarot Dwi Anantojati, Puji Nugroho, Sudjito, Wiwik Purwati Widyaningru Juruan Teknik Mein, Progra Studi Teknik Konveri Energi Politeknik Negeri Searang Jl. Prof. Sudarto, SH Tebalang Searang Fax.(024) 7472396 Abtrak Tujuan penelitian ini ebuat, enguji, dan engkaji karakteritik pebangkitan litrik tenaga angin dengan enggunakan turbin angin Savoniu Multi Blade dengan evariaikan beban pada litrik yang dihailkan oleh ite dengan prinip pengiian baterai dan peakaian energi litrik baterai terebut guna engetahui keapuan pebangkitan litrik tenaga bayu turbin avoniu dengan enggunakan generator putaran rendah untuk engubah energi ekanik enjadi energi litrik. Metode yang dilakukan eliputi, obervai, perencanaan dan pebuatan alat, erta pengujian. Pengujian diulai etelah jadi kontruki turbin dan intalai litrik untuk pebangkit litrik, lalu enguji kinerja turbin Savoniu ulti bladeuntuk eutarkan generaor, engetahui waktu pengiian generator, dan waktu peakaian daya litrik baterai terhadap paraeter variai beban lapu 50 Watt, 60 Watt, 70 Watt, 80 Watt. Dari hail pengujian didapatkan pengiian baterai 12 Volt tercepat pada aat kecepatan angin 8/ elaa 70 enit, waktu pengoongan atau peakain daya baterai eakin bertabah beban dengan total beban 80 Watt dengan waktu 29 enit baterai turun teganganya encapai 9 Volt. Daya yang dihailkan generator paling bear terjadi pada kecepatan angin 8/ ebear 5,1 Watt. Dari eua data yang didapat dari pengujian terebut didapat efiieni ite tertinggi diperoleh pada kecepatan 6 / ebear 9.6 %. Kata kunci: Turbin Savoniu, daya generator, PLTB 1. PENDAHULUAN Sepanjang ejarah anuia keajuankeajuan bear dala kebudayaan elalu diikuti oleh eningkatnya konui energi. Peningkatan ini berhubungan langung dengan tingkat kehidupan penduduk erta keajuan indutrialiai.sejak revolui indutri, penggunaan bahan bakar eningkat ecara taja, oleh ebab itu diperlukan uber energi yang dapat eenuhi eua kebutuhan. Salah atu uber energi yang banyak digunakan adalah energi foil. Sayangnya energi ini terauk energi yang tidak dapat diperbaharui dan jika energi foil ini habi aka diperlukan uberuber energi baru. Indoneia eiliki poteni energi angin yang angat bear yaitu ekitar 9,3 GW dan total kapaita yang baru terpaang aat ini ekitar 0,5 MW (Daryanto, 2007). Perkebangan energi angin di Indoneia untuk aat ini aih tergolong rendah. Salah atu penyebabnya adalah karena kecepatan angin ratarata di wilayah Indoneia tergolong kecepatan angin rendah, yaitu berkiar antara 3 / hingga 5 / ehingga ulit untuk enghailkan energi litrik dala kala bear. Turbin yang euai untuk kecepatan angin rendah adalah Turbin Savoniu. Turbin ini eiliki tori awal yang bear pada kecepatan angin rendah (Kaal, 2008). Berbagai aca peneuan turbin angin ebagai pebangkit energi alternatif udah diteukan ejak laa dengan berbagai aca bentuk deain. Turbin angin tipe avoniu adalah alah atu aca turbin angin yang diteukan ebagai peanfaatan energi angin yang bekerja dengan eanfaatkan kecepatan angin. Bentuk udu dibuat edeikian rupa ehingga dapat enghailkan gaya dorong yang akan eutar rotor. Bearnya putaran rotor yang dihailkan berbanding luru dengan bearnya kecepatan angin. Untuk eakialkan kerja dan efiieni turbin avoniu epunyai berbagai aca cara, alah atunya yaitu dengan penabahan elubung rotor tipe konentrator tanpa difuer. 2. METODE PENELITIAN Metode penelitian diulai dengan tudi literatur dan tudi hail riet-rietnebelunya, tudi poteni angin, tahapnperancangan alat, tahap peilihan bahan, tahap pengerjaan, tahap perakitan, dan tahap pengujian alat. Tahapan penelitian dapat digabarkan dala diagra alir dan tahapan pekerjaan penelitian eperti di bawah ini. Tahapan-tahapan penelitian dapat digabarkan dala diagra alir Gabar 1 di bawah ini 99
Modifikai Turbin Angin Savoniu Multi Blade Menggunakan Selubung Rotor.... (Frendy Pratyo, dkk) PERSIAPAN Pengadaan raw aterial (baja profil L, lebaran galvalu, poro pejal, generator, ite pengiian dan ite beban). Studi Literatur & Inventariai Hail Riet Terdahulu. Pengujian :Uji Karakteritik dengan variabel kecepatan angin Perancangan dan pebuatan turbin angin avoniu dengan turbin ulti blade dan elubung rotor tipe konentrator tanpa difuer. Peilihan alat pebangkit litrik tenaga bayu. Tanpa Ruah Rotor Tipe Pengerah Pelat Dengan 1 Maukan Dan 2 Keluaran Tipe Pengarah 1 Concentrator dengan 1 Diffuer Hail riet yang diharapkan : Menaikan daya output turbin avoniu, eanfaatkan daya output turbin avoniu untuk ebangkitkan litrik dengan eaang generator, eanfaatkan aru litrik keluaran generator Pengkajian data dan optialiai ite turbin angin avoniu untuk pebangkit litrik tenaga bayu dengan variai kecepatan angin erta variai pebebanan lapu Tipe Pengarah Pejal Dengan 1 Maukan Dan 2 Keluaran Tipe Pengerah Dengan Diffuer Tanpa Concentrator Hail akhir riet : 1.Deain dan pebuatan turbin angin avoniu 2.Speifikai tekni deain rotornya 3.Turbin angin apu enghailkan output yang apu enggerakan generator 4.Prototipe pebangkit litrik tenaga bayu dengan enggunakan turbin angin avoniu Tipe Pengerah Dengan Concentrator Tanpa Diffuer Gabar 1. Tahapan penelitian 100
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Turbin Savoniu Multi Blade aat udara yang engalir enubuk udu dan kecepatan angin dibelokkan dala rotor enubuk udu yang lain, ehingga rotor akan berputar ecara optial. Keudian angin enubuk udu turbin dan turbin terebut akan enghailkan energi ekanik. Energi ekanik yang berupa putaran dari turbin terebut keudian dihubungkan dengan poro generator dengan tranii 1 : 4 untuk agar generator apu enghailkan keluaran energi litrik. Dibawah ini erupakan rangkaian dari proe pengujian Pebangkit Litrik Tenaga Bayu ini. G A V Gabar 2 Rangkaian Pengujian Pebangkit Litrik Tenaga Bayu Peralatan yang digunakan dala pengujian ini turbin angin avoniu ulti blade enggunakan elubung rotor tipe konentrator tanpa diffuer untuk pebangkit litrik tenaga bayu adalah : a. Alat uji Turbin Angin Savoniu Multi bladebeerta eluruhperlengkapannya. b. Blower. 1 buah c. Aneoeter digital. 1 buah d. Tachoeter digital. 1 buah e. Hygroeter. 1 buah f. Multieter 1 buah g. Stopwatch 1 buah h. Apereeter 2 buah i. Volteter 2 buah Proe pengujian alat ini adalah ebagai berikut: a. Menyiapkan alat yang diperlukan eperti, Turbin angin Savoniu Multi bladeenggunakan elubung rotortipe konentrator tanpa diffuer beerta koponen pebangkitan litriknya, blower, tachoeter, aneoeter, A V hygroeter, ultieter, top watch, Volteter, dan apereeter. b. Mengecek dan engkalibrai alat ukur. c. Menghidupkan powerupply yang akan digunakan untuk enghubungkan blower ( 220Volt ). d. Menyiapkan turbin angin Savoniu Multi blade yang dihadapkan ejajar dengan angin yang dihailkan blower pada jarak tertentu. e. Menyalakan blower, lalu engukur kecepatan angin (v) dengan cara engatur jarak blower dengan turbin angin dengan jarak tertentu upaya enghailkan kecepatan angin 6 dengan enggunakan aneoeter. Setelah endapatkan kecepatan angin terebut, atikan blower. f. Mengabil data teperatur udara kering dan teperatur udara baah pada hygroeter. g. Menyalakan blower, keudianengukur kecepatan putaran poro turbin angin dan engukur kecepatan putaran poro turbin, engiikan pada tabel. h. Mengukur tegangan keluaran dari generator enggunakan ultieter. Tegangan keluaran generator ini digunakan untuk pengiian baterai. i. Mengukur laanya waktu pengiian baterai dengan enggunakan topwatch, hingga baterai terii penuh. j. Setelah baterai terii penuh eatikan blower k. Keudian elakukan pengoongan baterai dengan cara di beri beban lapu 80 Watt, 70 Watt, 60 Watt, 50 Watt, dan 40 Watt, engukur laanya waktu pengoongan baterai. l. Setelah eleai pengabilan data terebut, engulangi langkah 5-12
Modifikai Turbin Angin Savoniu Multi Blade Menggunakan Selubung Rotor.... (Frendy Pratyo, dkk) dengan kecepatan angin 7 dan 8. Keudian etelah eua data di dapatkan engebalikan peralatan ketepat eula. Berikut ini erupakan grafik dari data hail pengujian turbin angin avoniu ultibladeenggunakan elubung rotor tipe konentrator tanpa diffuer. eakin cepat tergabarkan dengan penurunan gari hubungan, terlihat pada aat beban 40 Watt waktu penurunan tegangan 12 Volt enuju 9 Volt ebutuhkan waktu 5682 detik atau 94 enit, berbeda ketika beban encapai 80 Watt waktu penurunan tegangan 12 Volt enuju 9 Volt ebutuhkan waktu 1750 detik atau 29 enit. Gabar 4 Grafik hubungan waktu pengiian dengan tegangan baterai Gabar 3 Grafik hubungan waktu pengoongan dengan tegangan baterai Bedaarkan grafik hubungan waktu pengoongandengan tegangan baterai enggunakan variai beban 40 Watt, 50 Watt, 60 Watt, 70 Watt, dan 80 Watt, gari hubungan enunjukkan pada eua beban aat pengoongan atau peakaian daya baterai enggabarkan karakteritik yang berbeda, karakteritik yang ebedakan pada aat peakaian baterai adalah ketika elewati titik 11 Volt antara beban 40 Watt dan 80 Watt terjadi perbedaan yang jauh. Beban40 Watt dan 50 Watt penurunan tegangan dari 11 Volt enuju 9 Volt tergabar ignifikan naun ketika dibebani dengan beban 60 Watt, 70 Watt, dan 80 Watt ecara bergantian tergabar grafik engalai penurunan yang cepat yaitu dari tegangan 11 Volthingga 10 Volt dan dala 163 detik tegangan langung turun 9 Volt. Gari hubungan waktu pengoongandengan tegangan baterai yang terbentuk enggabarkan bahwa eakin bertabahnya beban aka waktu yang digunakan untuk pengoongan baterai Berdaarkan Grafik hubungan waktu pengiian dengan tegangan pengiian baterai enunjukkan bahwa dengan waktu pengiian baterai yang aa yaitu 4200 detik dan kecepatan angin yang berbeda gari hubungan yang tergabar epunyai karakteritik yang aa, terlihat dari gari yang terbentuk dari hubungan terebut. Kecepatan angin 6 dala waktu 10 enit awal pengiian tegangan pengiian encapai 11,5 Volt dan naik encapai 11,7 Volt 30 enit keudian dan berhenti pada waktu 70 enit dengan tegangan 11,7 Volt, ketika kecepatan angin 7 dala waktu 10 enit awal pengiian tegangan pengiian encapai 11,6 Volt dan naik encapai 11,7 Volt 20 enit, keudian pada waktu 60 enit tegangan naik enjadi 11,8 Volt dan berhenti pada waktu 70 enit. Kecepatan angin 8 dala waktu 10 enit awal pengiian tegangan pengiian encapai 11,6 Volt dan naik encapai 11,7 Volt 20 enit, keudian pada waktu 50 enit tegangan 102
EKSERGI Jurnal Teknik Energi Vol 10 No. 3 Septeber 2014; 99-105 naik enjadi 11,8 Volt dan tegangan naik enjadi 11,9 Volt pada waktu 70 enit. Grafik hubungan waktu pengiian dengan tegangan pengiian baterai enunjukkan bahwa dengan waktu yang aa yaitu 70 enit, aka kecepatan angin yang paling bear dan tegangan generator yang terbear apu engii baterai lebih cepat, begitu pula ebaliknya. Gabar 6 Grafik hubungan daya kinetik dengan kecepatan angin Grafik hubungan daya kinetik dengan kecepatan angin tergabarkan engalai kenaikan, yaitu pada kecepatan angin 6 daya kinetik yang dihailkan ebear 19,02 Watt keudian kecepatan angin ditabahkan enjadi 7 dan daya kinetiknya pun ikut naik enjadi 30,22 Watt dan bertabah lagi enjadi 45,11 Watt aat kecepatan angin dinaikan anjadi 8.Grafik hubungan daya kinetik dengan kecepatan anginenunjukkan bahwa eakin bertabahnya kecepatan angin aka daya kinetik yang dihailkan juga eakin bertabah. Gabar 5 Grafik hubungan efiieni dengan kecepatan angin Grafik hubungan efiieni ite dengan kecepatan angin tergabarkan terjadinya penurunan, yaitu pada aat kecepatan angin 6 efiieni ite ebear 18,14 % dan ketikaangin dinaikan enjadi 7 efiieni turun enjadi 13,23 % dan turun enjadi 11,31 % ketika kecepatan angin ditabahkan lagi enjadi 8. Grafik hubungan efiieni ite dengan kecepatan angin enunjukkan bahwa eakin bertabahnya kecepata angin aka efiieni ite eakin enurun. Gabar 7 Grafik hubungan daya generator dengan kecepatan angin Grafik hubungan daya generator dengan kecepatan angin tergabarkan engalai kenaikan, yaitu pada kecepatan angin 6 daya generator yang dihailkan ebear 3,45 Watt keudian kecepatan angin ditabahkan enjadi 7 dan daya kinetiknya pun ikut naik enjadi 4 Watt dan bertabah lagi enjadi 5,10 Watt aat kecepatan angin dinaikan anjadi 8. Grafik hubungan daya generator dengan kecepatan angin enunjukkan bahwa eakin bertabahnya kecepatan angin 103
Modifikai Turbin Angin Savoniu Multi Blade Menggunakan Selubung Rotor.... (Frendy Pratyo, dkk) aka daya generator yang dihailkan juga eakin bertabah. enjadi 209 rp dan daya kinetiknya pun ikut naik enjadi 30,22 Watt dan bertabah lagi enjadi 45,11 Watt aat kecepatan putaran turbin naik anjadi 220rp. Grafik hubungan daya kinetik dengan putaran turbinenunjukkan bahwa eakin bertabahnya putaran turbin aka daya kinetik yang dihailkan juga eakin bertabah. 4. KESIMPULAN a) Pada turbin Savoniu tanpa ruah rotor Gabar 8 Grafik hubungan daya generator dengan putaran turbin Grafik hubungan daya generator dengan putaran turbin tergabarkan engalai kenaikan, yaitu pada putaran turbin 166 rp dan daya generator yang dihailkan ebear 3,45 Watt kudian kecepatan turbin bertabah enjadi 209rp dan daya generatornya pun ikut naik enjadi 4 Watt dan bertabah lagi enjadi 5,10 Watt aat kecepatan putaran turbin naik anjadi 220rp. Grafik hubungan daya generator dengan putaran turbinenunjukkan bahwa eakin bertabahnya kecepatan putaran turbin aka daya yang dihailkan generator juga eakin bertabah. dengan kecepatan angin 7 dan di bebani 0,08 kg eiliki nilaicoefficientofpower0,033, Daya ekanik 2,0119 Watt, putaran 204,2 rp, Tip Speed Ratio 0,763 dan efiieni turbin 3,3 % Sedangkan dengan penabahan ruah rotor tipe Concentrator tanpa Diffuer pada turbin Savoniu eiliki nilai Coefficient of Power ebear 0,08, Daya ekanik 2,44 Watt, putaran248 rp, Tip Speed Ratio0,463 dan efiieni turbin 8 %. b) Tegangan pengiian baterai dengan waktu pengiian enunjukkan bahwa dengan waktu yang aa yaitu 70 enit, aka kecepatan angin yang paling bear yaitu 8 dan tegangan generator yang terbear yaitu 17 Volt apu engii baterai lebih cepat pada tegangan akial baterai yang terukur yaitu 11,9 Volt. Berbeda ketika Gabar 9 Grafik hubungan daya kinetik dengan putaran turbin Grafik hubungan daya kinetik dengan putaran turbin tergabarkan engalai kenaikan, yaitu pada putaran turbin 166 rp daya kinetik yang dihailkan ebear 19,02 Watt kudian kecepatan turbin bertabah kecepatan angin 6 dengan tegangan keluaran generator 15 Volt dan waktu pengiian yang aa yaitu 70 enit hanya apu engii baterai pada tegangan terukur baterai yaitu 11,7 Volt. Karakteritik atau hail terbaik yang diperoleh dari pengujian pengiian baterai adalah ketika 104
EKSERGI Jurnal Teknik Energi Vol 10 No. 3 Septeber 2014; 99-105 kecepatan angin 8 dengan tegangan keluaran generator 17 Volt karena waktu pengiian akan eakin cepat. c) Perubahan beban yang dilakukan dari beban 40 Watt apai 80 Watt epengaruhi waktu pengoongan baterai yaitu apabila eakin bertabahnya beban lapu yang dipaang, aka waktu peakian daya 29 enit. Jadi etiap penabahan beban haru enanggung reiko diana waktupeakaian tegangan baterai juga akan eakin ingkat. d) Seakin bertabahnya kecepatan angin yang digunakan untuk eutarkan turbin aka eakin bertabah juga putaran turbin, dan eakin bear juga daya kinetik, dan daya genarator. Petabahan ini dapat dilihat yaitu ketika kecepatan angin 6 putaran turbin 166 rp, bearnya daya kinetik 19,02 Watt, dan daya genarator 3,45 Watt, ketika kecepatan angin dinaikan enjadi 8 aka putaran turbin 220 rp, bearnya daya kinetik 45, 11 Watt, dan daya genarator 5,10 Watt e) Efiieni ite yang didapat dari pengujian dapat diipulkan bahwa eakin bertabahnya kecepatan angin aka efiieni ite eakin turun, ini terbukti ktika kecepatan angin 6 efiieni ite ebear 18,14 % dan bertabahnya kecepatan angin enjadi 8 efiieni ite yang didapatkan turun enjadi 11,31 % atau pengoongan baterai akan eakin cepat terlihat pada aat baterai diberi beban 40 Watt waktu penurunan tegangan dari 12 Volt enuju 9 Volt ebutuhkan waktu 5682 detik atau 94 enit, berbeda ketika baterai dibebani ebear 80 Watt waktu penurunan tegangan dari 12 Volt enuju 9 Volt ebutuhkan waktu 1750 detik atau DAFTAR PUSTAKA Daryanto, Y. 2007. Kajian Poteni Angin Untuk Pebangkit Litrik Tenaga Bayu. Balai PPTAGG UPT LAGG. Hau, Erich. 2006. Wind Turbine: Fundaental, Technologie, Application, Econoic. Berlin: Springer-Verlag. Kaal, Faizul M. 2008. Aerodinaic Characteritic of A Stationary Five Blade Vertical Axi Vane Wind Turbine. Journal of Mechanical Enginering, Vol No.2, pp.95-99. Lyen E. H. 1983. Introduction to Wind Energy, Baic and Advance Introducing to Wind Energy with Ephaii on Water Puping Wingill. Netherland : Developent Coorporation. Nuary, Difi Nugroho. 2011.Analii Pengiian Baterai Pada Rancang Bangun Turbin Angin Poro Vertikal Tipe Savoniu Untuk Pencatuan Beban Litrik. Depok : Fakulta Teknik Departeen Teknik Elektro UI Nur,Alif Wahyudi, dkk. 201. Pengaruh PenabahanVariai Bentuk Ruah Rotor (Ducted Of Rotor)Terhadap Perfora Turbin Angin Savoniu Multi Blade Sularo, Ir dan Kiyakatu Suga, Prof. 1994. Daar Perancangan dan Peilihan Eleen Mein. Jakarta: Pradyana Parait 105