pembuatan dan pengujian kincir angin savonius tipe l sebagai

PEMBUATAN DAN PENGUJIAN KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE L
SEBAGAI SUMBER ENERGI TERBARUKAN
Fachri Ramadhan(1), Iman Satria(2), Suryadimal(3)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta
Jl. Gajah Mada Gunung Pangilun, Kampus III Proklamator, Padang
E-mail:[email protected]
ABSTRAK
Pemanfaatan sumber energi terbarukan seperti energi angin sangat perlu dikembangkatkan saat
sekarang ini. Salah satu pemanfaatan energi angin adalah penggunaan pembangkit energi tenaga angin
menggunakan turbin angin savonius. Turbin angin savonius dapat menerima angin dari segala arah
karena menggunakan sumbu vertikal. Rancangan yang matang perlu dilakukan karena sangat
berpengaruh besar dalam proses pembuatan turbin angin ini. Dalam proses pembuatan, perlu dilakukan
pemilihan proses yang sangat sesuai dalam pembuatan turbin angin. Pengujian turbin angin ini
dilakukan pada salah satu Gedung Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Padang. Dari
data BMKG Bandara Internasional Minangkabau, diperoleh data kecepatan angin pada tahun 2016
sebesar 3-5 m/s. Karena pada pengujian turbin angin, kecepatan angin berpengaruh besar untuk
mencapai unjuk kerja yang maksimal. Parameter-parameter yang dicatat dalam melakukan pengujian
adalah kecepatan angin (v), putaran poros (n), arus yang dibangkitkan altenator (I), dan tegangan yang
dibangkitkan altenator (Volt). Sehingga didapatkan perbandingan-perbandingan dan
daya yang
dihasilkan oleh altenator. Daya terkecil yang dihasilkan altenator adalah 3,5 Watt dan daya terbesarnya
adalah 13 Watt.
Kata Kunci : Turbin Angin, Pembuatan, Altenator, Assembly
ABSTRACT
The utilization of renewable energy sources such as wind energy is necessary dikembangkatkan
today. One of the utilization of wind energy is the use of wind energy using a wind turbine
Savonius. Savonius wind turbine can receive wind from any direction because it uses a vertical
axis. The bill, which was overcooked necessary because very influential in the process of making
these wind turbines. In the manufacturing process, the selection process needs to be done very
suitable in the manufacture of wind turbines. This wind turbine testing done on one of the
Faculty of Industrial Technology Bung Hatta University in Padang. BMKG data from
Minangkabau International Airport, the wind speed data obtained in 2016 at 3-5 m / s. Because
the testing of wind turbines, wind speed big influence to achieve maximum performance. The
parameters were noted in testing is the wind speed (v), shaft speed (n), the current is raised
alternator (I), and the voltage generated alternator (Volt). So we get the comparisons and the
power generated by the alternator. The smallest power generated alternator is 3.5 Watt and 13
Watt power is greatest.
Keywords: Wind Turbine, Manufacture, alternator, Assembly
PENDAHULUAN
Untuk mendukung penyediaan listrik
Energi listrik adalah salah satu bentuk
tersebut
salah
satu
alternatif
adalah
energi yang telah diterima sebagai salah satu
penggunaan pembangkit energi alternatif
kekuatan pendorong pembangunan ekonomi
seperti
semua negara (Kaundinya et al, 2009).
yang
Menurut data dari Departemen Energi dan
beberapa jenis turbin angin yang digunakan,
Sumber
Indonesia
salah satunya adalah tipe Savonius. Turbin
(ESDM,2011), rasio kelistrikan di Indonesia
savonius ini banyak dipasarkan oleh pabrik-
adalah 67%. Sisanya ekivalen dengan 19
pabrik di negara maju dengan jenis yang
juta rumah tangga yang masih belum
bervariasi. Karena prinsip kerja turbin ini
mendapatkan akses listrik. Diyakini bahwa
sangat sederhana, maka pada tugas akhir ini
sebagian besar dari 19 juta rumah tangga
kita akan melakukan pembuatan turbin
tersebut tinggal di wilayah Timur Indonesia
angin savonius sesuai dengan perencanaan.
yang
LANDASAN TEORI
Daya
sebagian
Mineral
wilayahnya
merupakan
daerah yang sedang berkembang (ESDM,
2011).
pembangkit energi tenaga angin
mengunakan
turbin
angin.
Ada
Teori Dasar Turbin Angin
Turbin angin adalah mesin penggerak
Sementara, Indonesia terletak di daerah
mula yang dapat membangkitkan daya untuk
geografi-
menggerakan peralatan lainnya. Daya yang
topografi yang berkepulauan, bergunung,
dihasilkan oleh kincir angin berupa energi
dan berbukit dimana mempunyai potensi
mekanik poros yang diperoleh dari konversi
angin yang cukup besar dan kontinu seperti
energi yang terkandung dalam angin (energi
kota Padang. Dari data BMKG kota Padang
mekanik, energi dalam atau energi tekanan)
memiliki kecepatan angin rata-rata berkisar
menjadi energi mekanik (torsi dan putaran).
khatulistiwa
3-5 m/s.
dengan
kondisi
Ketika
angin
melewati
kedua
permukaan sudu, maka aliran udara pada
bagian atas lebih cepat dari pada bagian
bawah. Hal ini menyebabkan tekanan pada
bagian atas lebih rendah dari pada bagian
bawah.
Persyaratan Kincir Angin
Menurut Arwoko (2003), hal yang
paling utama untuk perkembangan kincir
angin adalah tersedianya tenaga angin.
Tenaga yang ditimbulkan sangat tergantung
pada kecepatan angin, dimana energi yang
dihasilkan proposional dengan pangkat tiga.
Dengan melipatgandakan kecepatan angin
berarti akan meningkatkan tenaga delapan
kali lipat.
Energi angin akan mustahil untuk
Skema Turbin Angin Savonius Sudu
Bertingkat
dikembangkan jika angin berhembus ratarata hanya kurang dari 2.5 m/s atau 9
km/jam. Tapi, kincir angin perlu dihentikan
jika kecepatan angin melebihi 10-15 m/s
(36-54 km/jam) karena akan dapat merusak
kincir angin.
Jenis- jenis Turbin Angin
-
Turbin angin sumbu vertikal
-
Turbin angin sumbu horizontal
METODOLOGI PEMBUATAN
Keterangan Gambar:
Diagram Alir Pembuatan dan Pengujian
1. Sudu
Alat
2. Kontruksi
3. Poros
-
Proses Pemotongan (Cutting)
4. Bantalan (Bearing) bagian atas
-
Proses Pembentukan (Forming)
5. Bantalan (Bearing) bagian bawah
-
Proses Penyelesaian (Finishing)
6. Pulley
7. V Belt
8. Altenator
Pengerjaan Komponen-komponen alat
Proses Pembuatan Konstruksi
Proses-proses
yang
digunakan
dalam
pembuatan konstruksi ini adalah:
 Proses Kerja Bangku
Gambar 2. Daun Sudu
Proses Pembuatan Poros
Poros
 Proses Pemotongan
yang
digunakan
dalam
 Proses Pengelasan
pembuatan turbin angin ini adalah baja S
 Proses Pembentukan
30C, memiliki panjang 2300 mm dan
 Proses Finishing
diameternya 20 mm. Apabila material poros
yang digunakan berdiameter lebih dari 20
mm,
maka
akan
dilakukan
proses
pembubutan lurus pada material poros
tersebut.
Gambar 3. Ukuran poros yang digunakan
Komponen Pendukung
Dalam
Gambar 1. Konstruksi
Proses Pembuatan Sudu
Proses-proses yang digunakan adalah:
angin
melakukan
diperlukan
pendukung
yang
pengujian
turbin
komponen-komponen
telah
dibahas
dalam
perencanaan yang dilakukan Renal Marsa
seperti:
a. Pulley
b. V belt
c. Altenator
d. Bantalan (Bearing)
Proses Perakitan Komponen
Pemasangan sudu dengan poros
Gambar 7. Seluruh komponen terpasang
Mekanisme Uji Running
Setelah proses perakitan komponen
Gambar 4. Sudu dan poros terpasang
Pemasangan poros dan bantalan
selesai
dilakukan,
untuk
menentukan
keberhasilan dan kelayakan alat ini maka
harus dilakukan serangkaian pengujian,
dimana
pada
didapatkan
pengujian
tersebut
akan
variabel-variabel
yang
dibutuhkan, antara lain:
-
Kecepatan
angin
pada
lokasi
pengujian
Gambar 5. Poros dan bantalan terpasang
Pulley dan altenator menggunakan belt
-
Putaran untuk menghasilkan arus
-
Waktu
yang
digunakan
untuk
menghasilkan arus
-
Arus dan tegangan yang dihasilkan
dinamo
Dalam prosedur pengujian ini, dilakukan
tahapan-tahapan seperti berikut:
Gambar 6. Pulley dan altenator terpasang
menggunakan belt
Perakitan seluruh komponen yang telah
dipasang
1. Siapkan
peralatan-peralatan
yang
dibutuhkan untuk pengujian dan
untuk mencatat hasil pengujian.
2. Pasang keempat sudu pada poros,
Hasil Pengujian
dan berikan sedikit dorongan pada
daun sudu untuk berputar.
3. Hitung dan catat kecepatan angin
yang melewati lokasi pengujian satu
jam sekali, kecepatan angin pada
lokasi
pengujian
diukur
menggunakan anemometer.
pada
saat
melakukan
pengukuran kecepatan angin juga
dilakukan
pengukuran
putaran
poros
ukur
Kecepatan angin (v) vs Putaran poros (n)
kecepatan
v(m/s) vs n(rpm)
menggunakan
tachometer.
5. Kemudian
Tabel 1. Hasil Pengujian
keluaran
arus,
tegangan dan hambatan dari dinamo
Putaran (rpm)
4. Kemudian
400
200
0
2,38 2,97 3,02 4,03 4,23
Kecepatan Angin (m/s)
menggunakan multitester.
HASIL PEMBUATAN DAN
PEMBAHASAN
Grafik 1. Hubungan kecepatan angin
terhadap putaran poros.
Pada grafik di atas dapat disimpulkan
Hasil Pembuatan
bahwa apabila kecepatan angin bertambah
pada saat pengujian, maka putaran poros
juga bertambah.
Kecepatan angin (v) vs Arus yang
dibangkitkan altenator (I)
Gambar 8. Hasil pembuatan siap uji running
tegangan yang dibangkitkan oleh altenator
akan semakin tinggi juga.
Kecepatan angin (v) vs daya yang
5
dihasilkan altenator (P)
0
2,38
2,97
3,02
4,03
v (m/s) vs P (Watt)
4,23
Kecepatan Angin (m/s)
Grafik 2. Hubungan kecepatan angin
terhadap arus yang dihasilkan
Daya (Watt)
Arus (Ampere)
v (m/s) vs I
(Ampere)
15
10
5
0
2,38
Arus terendah yang didapat adalah
2,97
3,02
4,03
4,23
Kecepatan Angin (m/s)
sebesar 1 Ampere pada kecepatan angin
2,38 m/s. Sedangkan arus tertinggi yang
Grafik
4.
Hubungan
kecepatan
angin
terhadap daya yang dihasilkan
didapat adalah 2 Ampere pada kecepatan
Kecepatan angin sangat berpengaruh
angin sebesar 4,23 m/s.
besar terhadap daya yang dibangkitkan oleh
Kecepatan angin (v) vs tegangan (V)
altenator. Karena dapat dilihat pada tabel
hasil pengujian, daya yang dibangkitkan
altenator akan bertambah apabila kecepatan
10
Grafik
angin juga semakin bertambah besar.
5
0
Putaran
2,38 2,97 3,02 4,03 4,23
3.
Hubungan
kecepatan
angin
terhadap
tegangan
yang
dihasilkan
Dalam pengujian yang dilakukan,
kecepatan
angin
sangat
berpengaruh
terhadap tegangan yang dibangkitkan oleh
dynamo.
Karena,
meningkatnya
apabila
kecepatan
angin,
poros
(n)
vs
arus
yang
dibangkitkan altenator (I)
Kecepatan Angin (m/s)
n (rpm) vs I (Ampere)
Arus (Ampere)
Tegangan (Volt)
v (m/s) vs V (Volt)
3
2
1
0
112,1 148,2 152,6 225,7 243,6
Putaran (rpm)
semakin
maka
Grafik 5. Hubungan putaran poros terhadap
arus yang dibangkitkan
Kesimpulannya
semakin
tinggi
n (rpm) vs P (Watt)
juga arus yang dihasilkan oleh altenator.
Putaran poros (n) vs tegangan yang
Daya (Watt)
putaran poros, maka akan semakin tinggi
dibangkitkan altenator (V)
10
5
0
112,1 148,2 152,6 225,7 243,6
Putaran (rpm)
Tegangan (Volt)
n (rpm) vs V (Volt)
Grafik 7. Hubungan putaran poros terhadap
10
daya altenator
5
0
Grafik
112,1 148,2 152,6 225,7 243,6
di
atas
menunjukan
perbandingan antara putaran poros (n) dan
Putaran (rpm)
daya yang dihasilkan altenator (P). Putaran
Grafik 6. Hubungan putaran poros terhadap
poros yang rendah akan menghasilkan daya
yang rendah dan sebaliknya. Daya tertinggi
tegangan yang dibangkitkan
yang dihasilkan adalah 13 Watt pada putaran
Pada grafik perbandingan putaran
poros 243,6 rpm.
poros (n) dan tegangan yang dihasilkan oleh
altenator (V), dapat kita lihat bahwa
Arus (I) vs tegangan yang dibangkitkan
semakin cepat putaran yang dilakukan oleh
(V)
poros, maka tegangan yang dihasilkan oleh
I (Ampere) vs V (Volt)
Putaran
poros
dihasilkan (P)
(n)
vs
Daya
yang
Tegangan (Volt)
altenator akan semakin tinggi.
10
5
0
1
1,12
1,3
2
2
Arus (Ampere)
Grafik 8. Hubungan arus terhadap tegangan
yang dibangkitkan
Pada grafik di atas, menunjukan arus
yang dihasilkan altenator dan tegangan yang
dihasilkan altenator. Semakin tinggi arus
yang dihasilkan altenator, maka tegangan
yang
dihasilkan
juga
semakin
Grafik 10. Hubungan tegangan terhadap
tinggi.
daya yang dihasilkan altenator
Tegangan terendah yang didapat adalah 3,5
Pada grafik di atas, tegangan sangat
Volt pada arus 1 Ampere dan tegangan
mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh
tertinggi 6,5 Volt pada arus 2 Ampere.
altenator, semakin tinggi tegangan yang
Arus
(I)
vs
daya
yang
dihasilkan
altenator (P)
oleh altenator tinggi.
Pembahasan
Hasil
I (Ampere) vs P (Watt)
Daya (Watt)
dikeluarkan, maka daya yang dihasilkan
Pengujian
terhadap
performansi kecepatan angin, putaran poros,
15
arus, dan tegangan yang dapat dibangkitkan
10
dinamo dapat dilihat pada pembuatan alat
5
0
dan uji running yang telah dilakukan.
1
1,12
1,3
2
2
Pembuatan alat dilakukan di Laboratorium
Arus (Ampere)
Proses Manufaktur Jurusan Teknik Mesin
Grafik 9. Hubungan arus yang dibangkitkan
altenator dan daya yang dihasilkan
Grafik
perbandingan
di
atas
menunjukan arus dan daya yang dihasilkan
altenator. Apabila arus yang dikeluarkan
semakin
meningkat,
maka
daya
Fakultas Teknologi Industri Universitas
Bung Hatta Padang dan pengujiannya
dilakukan pada salah satu gedung Fakultas
Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
Padang.
yang
Penyimpangan yang terjadi pada alat
dihasilkan oleh altenator akan semakin
saat melakukan uji running yang dilakukan
meningkat juga.
dapat dibahas sebagai berikut:
Tegangan (V) vs daya yang dihasilkan (P)
-
Daya (Watt)
V (Volt) vs P (Watt)
Putaran hasil pengujian secara umum
memiliki nilai yang terus meningkat.
15
Hal ini disebabkan oleh beberapa hal
10
seperti
5
pemilihan
dari
perancangan terutama sudu.
0
3,5
4
4,5
6,5
Tegangan (Volt)
6,5
dimensi
-
-
Kecepatan
angin
saat
pengujian
1. Menggunakan bahan yang tahan
sangat berpengaruh besar terhadap
terhadap
unjuk kerja alat yang dibuat.
menjaga agar alat tetap beroperasi
Adanya
hambatan
angin
untuk
dalam
pada kecepatan angin yang besar
peralatan yang ada pada pengujian
sehingga kerusakan akibat kecepatan
ini diabaikan karena kecil sekali,
angin
meskipun demikian hal ini bisa
dihindari.
menyebabkan
arus
kecepatan
berkurangnya
arus
yang terukur.
dapat
2. Untuk mendapatkan hasil-hasil yang
maka
diharapkan
memperhatikan
Pada pembuatan dan uji running
turbin
berlebihan
lebih memuaskan dalam pengujian
KESIMPULAN
performansi
yang
angin
empat
sudu
perlu
komponen-
komponen yang digunakan pada alat.
Pada
daun
sudu
dianjurkan
sebagai pembangkit listrik tenaga angin
menggunakan bahan yang kuat dan
dapat disimpulkan sebagai berikut:
tahan lama. Pada poros dianjurkan
1. Luas Sapuan Sudu ( A ) = 1,5072 m2
2. Kecepatan angin rata-rata ( v ) =
3. Putaran poros rata-rata ( np ) =
176,44 rpm
Tapi bila kita lihat dari hasil
pengujian dan dari tabel, hasil pengujian
meningkat
seiring
bertambahnya
kecepatan angin. Jadi bisa disimpulkan
kecepatan angin sangat berpengaruh besar
pada hasil keluaran yang akan dihasilkan.
SARAN
Saran-saran yang dapat diberikan
sekaligus usulan pengembangan lebih lanjut
yang dapat dilakukan sehubungan dengan
tugas in, antara lain:
tahan
pada
putaran
tinggi
dan
pemilihan dinamo atau altenator
3,326 m/s
terus
menggunakan material yang lebih
yang memerlukan putaran rendah
untuk menghasilkan listrik.
3. Sebaiknya pengujian dilakukan pada
tempat yang bebas hambatan dan
mempunyai durasi angin yang cukup
lama.
4. Melalui pembuatan alat ini terbuka
jalan dan kesempatan yang luas
untuk
pengembangan
lanjutan
terhadap turbin angin pembangkit
listrik, terutama untuk daerah-daerah
yang memiliki sumber energi yang
cukup potensial untuk dimanfaatkan.
5. Dari pengujian ini juga diketahui
bahwa dengan semakin besarnya luas
penampang pada daun sudu maka
angin yang akan diterima akan lebih
besar sehingga dapat meningkatkan
putaran yang akan memutar dinamo.
DAFTAR PUSTAKA
Mustafia.”The Design Of Prototype to
Electrical
Power,
Generator
of
Department
Wind
Electric
Engineering Faculty of Industry
Technology Institute of Padang
Technology.2004.
Nguyen K Q. 2006. “Alternatives to grid
extension for rural electrification”.
Decentralized
renewable
energy
technologies in Vietnam Energy
Policy 35 (2007), 2579–2589.
Sularso
dan
Kiyokatsu
Suga.
“Dasar
Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin”.
Penerbit
PT.
Pradnya
Paramita, Jakarta. 1991.
Taufiq Rochim.”Proses Pemesinan”,Higher
Education Development Support
Project.Jakarta, Mei 1993.