BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Proses Pengambilan dan Pengolahan Data Berdasarkan pembelajaran mengenai pembangkit energi tenaga angin yang telah ada maka berdasar dengan fungsi dan kegunaan maka dapat dilakukan pengolahan data lebih lanjut guna memperoleh hasil akhir berupa data kecepatan angin pada area yang akan diaplikasikan hingga ke daya output yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit energi. Begitu pula dengan besarnya tekanan yang dialami oleh permukaan cekung dan cembung blade dapat dikonversikan menjadi besaran gaya (F) sehingga dapat dihitung berapa besar torsi yang dihasilkan. Dalam perhitungan digunakan tekanan total rata-rata pada permukaan blade, hal ini disebabkan oleh distribusi tekanan yang tidak merata pada seluruh permukaan blade tersebut. Gambar 4.1 Turbin Angin Vertikal ( http://farm1.static.flickr.com/56/115831831_08fb77472a.jpg ) 22

23 4.2 Disain Vertical Axis Wind Turbine 4.2.1 Tiang Lampu Penerangan Jalan Tahapan disain ini dilakukan dengan tujuan untuk mempersiapkan stand blade rangkaian stator dan generator. Prosesnya dibagi menjadi dua untuk memudahkan dalam pembahasan serta meminimalisir kesalahan-kesalahan dalam proses pengerjaan. Gambar 4.2 Disain Tiang dan Lampu Penerangan Jalan 4.2.2 Blade (Sudu Turbin) a. Tipe Sudu Turbin Pemilihan blade untuk lampu penerangan jalan menggunakan rotor Savonius tipe-s dapat dirancang dengan mudah dari drum, plat alumunium dll. Desain ini lebih efisien dari Savonius U karena beberapa aliran udara dibelokkan oleh kedua sudu lalu keluar pada salah satu sisinya dengan kata lain

aliran udara sama besar pada kedua bilah sudu, dan juga tipe S memiliki torsi awal untuk melakukan putaran lebih besar dari pada tipe lainnya (Tipe U & L). 24 b. Jumlah Fin Penggunaan fin pada blade ditujukan agar menaikkan kecepatan angular shaft yang dihasilkan dan coefficient of Power (Cp) pada masing masing variasi fin. Dalam pengujian yang dilakukan oleh Dwi Sandra Hasan bersama anggotanya untuk mengetahui pengaruh Fin dan parameter yang diperhatikan adalah rpm shaft rotor dan kecepatan angin. Pengujian dilakukan dengan menggunakan generator dan tanpa menggunakan generator dengan kecepatan angin 1-5 m/s(hasan, D.S., Ridho, H., Gunawan, N. (2013). Studi Eksperimental Vertical Axis Wind Turbine tipe Savonius dengan variasi jumlah fin pada sudujurnal Teknik Pomits, 2 (2),B351-B355) Grafik 4.1 Kecepatan angular pada variasi pengujian tanpa generator sebagai fungsi kecepatan angin

25 ( Hasan, D.S., Ridho, H., Gunawan, N. (2013). Studi Eksperimental Vertical Axis Wind Turbine tipe Savonius dengan variasi jumlah fin pada sudujurnal Teknik Pomits, 2 (2),B351-B355 ) Grafik 4.2 Kecepatan angular pada variasi pengujian dengan generator sebagai fungsi kecepatan angin ( Hasan, D.S., Ridho, H., Gunawan, N. (2013). Studi Eksperimental Vertical Axis Wind Turbine tipe Savonius dengan variasi jumlah fin pada sudujurnal Teknik Pomits, 2 (2),B351-B355 ) Grafik 4.3 Perbandingan Coefficient performance (Cp) dari masing masing variasi

26 ( Hasan, D.S., Ridho, H., Gunawan, N. (2013). Studi Eksperimental Vertical Axis Wind Turbine tipe Savonius dengan variasi jumlah fin pada sudujurnal Teknik Pomits, 2 (2),B351-B355 ) Dari hasil pengujian maka penulis memutuskan untuk menggunakan fin dengan jumlah 1 fin karena coefficient of Power (Cp) dan kecepatan angular paling tinggi dibanding dengan variasi lainnya. c. Pemilihan Jumlah Blade Dalam penelitian yang dilakukan Blackwell diketahui pengaruh jumlah bucket terhadap koefisien daya sebagai fungsi dari tip speed ratio. Model diuji pada overlap ratio, s/d = 0,15 pada bilangan Reynold, Re = 8,64 x 10 5. Dari Gambar 4.6 menunjukkan bahwa konfigurasi rotor Savonius dengan jumlah 2 bucket lebih unggul dibandingkan dengan rotor dengan jumlah 3 bucket. Namun rotor dengan jumlah 3 bucket memiliki torsi awal yang lebih baik. Grafik 4.4 Grafik koefisien power rotor dengan jumlah dua dan tiga bucket

27 (Blackwell, Ben F, Robert E. Sheldahl, Louis V. Feltz. 1977. Wind Tunnel Performance Data For Two and Three Bucket SAvonius Rotor. California. Sandia National Laboratory United states energy research and development) Penulis disini memilih menggunakan 4 blade karena agar terjadi keseimbangan antara konfigurasi rotor dengan torsi awal blade agar mendapat hasil yang seimbang ketika mendapatkan angin yang intensitasnya kecil. d. Overlap Ratio Penggunaan overlap ratio berpengaruh pada efisiensi global rotor, dan faktanya penggunaan overlap ratio diutamakan karena hal tersebut bukan parameter dimensional. Pada percobaan yang dilakukan oleh Jean-Luc Menet dan Nachida Baurabaa untuk mengetahui pengaruh overlap ratio pada sudut angin θ = 90, diperoleh bahwa hasil yang optimal adalah e/d = 0,242. Tabel 4.1 Pengaruh Overlap Ratio terhadap Koefisien torsi blade ( Dewi, Marizka lustia., 2010. Analisis kerja turbin angin poros vertikal dengan modifikasi motor savonius L untuk optimasi kerja turbin. Surakarta. Universitas Sebelas Maret ) e. Desain Blade Spesifikasi dari desain blade yang akan dirancang sebagai berikut:

28 Tabel 4.2 Spesifikasi Blade Spesifikasi Nilai Panjang Blade 290 mm Tinggi Blade 600 mm Tinggi Blade 2000 mm Cut In Blade Angle 210 Overlap 242 mm Diameter End Plate 500 mm Jumlah Blade 4 Blade Gambar 4.3 Blade Savonius Disain 4.2.3 Perhitungan Turbin Angin Hasil perhitungan yang diperoleh akan dirata-ratakan untuk memperoleh nilai torsi rata-rata yang dapat dihasilkan oleh turbin angin masing-masing tipe blade. Tipe blade U Luas Selimut Tabung (A) = 2 π r t = 2. π. 400. 2000 = 5.026.548,246 mm² = 5,027 m²

29 Putaran = 0-150 rpm ( Asumsi Kerugian gesekan ) (Turbina IPD ltd) ( Swept area 1.1 m² = 0 200 rpm, Swept area 17.2 m² = 0 130rpm ) Kecepatan Angin (V) = 10 m/s ( Asumsi Nilai Tengah ) ( Kec. Angin pesisir Morodemak, Jawa tengah 6 15 m/s ) Jari-jari Rotor (r) = 0.4 m Massa Jenis udara (ρ) = 1.225 kg/m 3 Untuk mengetahui kecepatan putaran dari blade dengan kecepatan angin 14 m/s maka dihitung kecepatan sudut dari putaran blade yang dihasilkan: = = = 15.708 rad/s Tip speed ratio (rasio kecepatan ujung) adalah rasio kecepatan ujung rotor terhadap kecepatan angin bebas. Untuk kecepatan angin nominal yang tertentu,tip speed ratio akan berpengaruh pada kecepatan putar rotor. Turbin angin tipe lift akan memiliki tip speed ratio yang relatif lebih besar dibandingkan denganturbin angin tipe drag. Tipe speed ratio dihitung dengan persamaan: = = 0.63 Dengan demikian λ= 0.747 diperoleh nilai Cp= 18 % berdasarkan Teory Bertz.

30 maka: 0.63 4.2.4 Daya Listrik yang Mampu Dihasilkan Setelah perangkat transmisi dan generator dipasang, dapat dilakukan pengukuran daya total (energi listrik) yang dihasilkan oleh turbin angin ketika beroperasi pada beberapa variasi kecepatan angin. Maka dapat ditentukan daya yang dapat dihasilkan dari perhitungan turbin adalah: = 585.02 Watt adalah 585.02 watt. Daya yang mampu dihasilkan oleh turbin angin dengan kecepatan 10 m/s

Berdasarkan data kecepatan angin maka dapat diperoleh hasil perhitungan tipspeed ratio, torsi dan daya sebagai berikut : 31 Tabel 4.3 Tabel Kalkulasi Daya Output Blade Berdasarkan Kecepatan Angin JENIS ROTOR SAVONIUS 4 U KEC. ANGIN TORSI DAYA TIP SPEED RATIO ( m/s) ( Nm ) ( Watt ) 6 1.048 6.354 99.761 7 0.897 11.436 179.54 8 0.785 18.074 283.76 9 0.698 28.694 448.92 10 0.628 37.262 585.02 11 0.571 46.986 737.68 12 0.523 61 957.7 13 0.483 73.248 1150 14 0.449 86.103 1351.8 15 0.419 99.284 1558.8 4.3. Fabrikasi Disain 4.3.1 Alat Yang Digunakan Peralatan-peralatan yang akan digunakan dalam proses pembuatan prototype ini antara lain: 1. Plat alumunium 2. Bearing, Pin 3. Mesin bor 4. Peralatan pendukung (Kabel, stop kontak, obeng, tang, palu, gergaji, cutter dan lainnya) 5. Palu, Kayu, Lem Besi 6. Kipas angin. 7. Generator. 8. Pengukur kecepatan angin (Anemometer).

32 9. Multimeter untuk mengukur arus dan tegangan. 10. Lampu LED (Light Emmiting Dioda) sebagai indikator arus listrik yang dihasilkan oleh generator. 11. Solder untuk menyambung kabel. 12. Peralatan pendukung lainnya (Kabel, stop kontak, obeng, tang, palu, gergaji, cutter dan lainnya). 4.3.2 Fabrikasi Pengerjaan komponen yang akan digunakan dalam proses pembuatan prototype ini antara lain: 1. Blade Komponen ini berfungsi untuk mengkonversi eneergi kinetik menjadi energi mekanik yang kemudian akan digunakan untuk menggerakkan generator. Dalam pembuatannya menggunakan plat aluminium dengan panjang 290 mm dan lebar 600 mm yang akan digunakan untuk membentuk blade dengan radius sekitar 125 mm. Gambar 4.4 Blade Savonius

33 2. Poros Poros berfungsi sebagai komponen utama yang menghubungkan putaran dari blade yang akan disalurkan ke generator. disain poros dibuat agar tidak terjadi slip ataupun gesekan dengan blade dan gear generator ketika dilakukan perakitan. Gambar 4.5 Poros 3. Frame Frame berfungsi sebagai dudukan untuk shaft dan juga penyanggah dari blade. Gambar 4.6 Frame 3. Savonius Turbine Assy Berikut adalah bentuk akhir dari rancangan turbin angin tipe vertical jenis Savonius Turbine.

34 Gambar 4.7 Savonius Turbine Assy 4.4. Morphology Chart Morfologi chart digunakan untuk meringkas hasil dari analisa penelitian yang dilakukan sehingga detail dari rancangan produk lebih spesifik. Tabel 4.4 Morphology Chart NO ITEM OPSI 1 2 3 4 1 BALING- BALING JENIS VERTIKAL HORIZONTAL KONTR UKSI CROSS FLOW SAVONIUS DARRIEUS GIROMILL BAHAN PLASTIK TEMBAGA ALUMUNIUM GALVANIS

35 2 RODA GIGI TIPE RODA GIGI CACING RODA GIGI LURUS RODA GIGI TIRUS RODA GIGI MIRING BAHAN TEMBAGA BAJA NYLON ALUMUNIUM 3 TIANG BAHAN BAJA GALVANIS STAINLESS KAYU 4 GENERATOR TIPE AC DC 5 LAMPU TIPE HALOGEN LED PIJAR