Paper Title (use style: paper title)

Pengaruh Panjang Link Kontrol Aktif Terhadap Kinerja Turbin Angin Darrieus Tipe-H NACA 0018
PENGARUH PANJANG LINK KONTROL AKTIF TERHADAP KINERJA TURBIN ANGIN
DARRIEUS TIPE-H NACA 0018
Poppy Bunga Nadia
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
Email: [email protected]
Indra Herlamba Siregar
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
Email: [email protected]
Abstrak
Energi merupakan komponen penting yang tidak dapat dilepaskan dalam kehidupan manusia. Hampir semua
kehidupan manusia bergantung pada energi yang tidak terbaharukan, salah satunya pemanfaatan energi fosil
untuk memenuhi kebutuhan energi manusia dalam sekala besar. Indonesia merupakan salah satu negara yang
memliki potensi energi terbarukan yang sangat melimpah. Menurut PP No. 79 tahun 2014 angin adalah salah
satu sumber energi terbarukan yang dikembangkan saat ini. Turbin angin merupakan salah satu sumber energi
alternatif yang berbasis pada konversi energi kinetik menjadi energi listrik. Hal tersebut mendorong peneliti
untuk melakukan penelitian menganalisa pengaruh panjang link kontrol aktif terhadap kinerja turbin angin
Darrieus tipe-H. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh panjang link kontrol aktif terhadap kinerja
turbin angin Darrieus tipe-H terhadap daya yang dihasilkan dan efisisiensi turbin. Jenis penelitian ini adalah
penelitian eksperimen. Objek dalam penelitian ini adalah turbin angin Darrieus tipe-H dengan kontrol aktif.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah memvariasikan panjang link (150, 140, dan 130 mm). Hasil
pada penelitian menunjukkan pada panjang link 150 mm menghasilkan daya sebesar 0,456 watt dan efisiensi
sebesar 5,27% dengan kecepatan angin 6,5 m/s. Pada panjang link 140 mm dengan kecepatan angin 6,5 m/s daya
yang dihasilkan sebesar 0,3161 watt dan efisiensi sebesar 4,26%, sedangkan untuk panjang link 130 mm dengan
kecepatan 6,5 m/s menghasilkan daya sebesar 0,2084 watt dan efisiensi sebesar 3,37%. Panjang link 150 mm
menghasilkan daya dan efisiensi yang paling tinggi dibandingkan dengan panjang link 140mm dan 130 mm.
Kata Kunci: Turbin Angin, panjang link, Darrieus tipe-H, kontrol aktif.
Abstract
Energy is an important component which cannot be released in human life. Almost all human life depends on nonrenewable energy, one of fossil fuel to meet the energy needs of humans in large scale. Indonesia is one country
that has the potential of renewable energy is very abundant. According to the PP 79 2014 Wind is one of the
renewable energy sources being developed at this time. The wind turbine is one of the alternative energy sources
based on the conversion of kinetic energy into electrical energy. It encourages researchers to analyze research the
effect of the long link active control of the wind turbine performance Darrieus type-H.This research to know the
effect of long link active control against the performance of Darrieus type-H wind turbine on the power and
coefficient of power turbines. Type of research is experiments. The objectin this research is the Darrieus type-H
with active control. The methods used in the research is to length variation (150, 140, and 130 mm). Results on
research shows on the length of 150 mm link generates a power of 0,456 watts and 5,72% coeffisients of power
with a wind speed of 6,5 m/s. On the length of link 140 mm with a wind speed of 6,5 m/s power generates in the
amount of 0,3161 watts and coefficient of power are 4,26%, while for long link 130 mm with a wind speed of 6,5
m/s power generates 0,2084 watts and 3,37% coefficient of power. Length 150 mm most high of power and
coefficient of power comparison with the length of link 140 mm and 130 mm.
Keywords: Wind Turbine, long link, Darrieus Type-H, Active Control.
menjadi energi listrik. Dimana pada prinsipnya angin akan
memutar sudu-sudu pada turbin kemudian dapat memutar
generator dan menghasilkan energi listrik.
Perkembangan pemanfaatan energi angin di Indonesia
kurang optimal. Disebabkan karena rendahnya distribusi
kecepatan angin di Indonesia, yang hanya memiliki
kecepatan angin pada kisaran 2,5-6,5 m/s. Serta besarnya
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan salah satu negara yang memliki
potensi energi terbarukan yang sangat melimpah. Namun,
pada kenyataannya potensi sumber energi terbarukan
tersebut masih belum dimanfaatkan secara maksimal.
Turbin angin merupakan salah satu sumber energi
alternatif yang berbasis pada konversi energi kinetik
517
JTM Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, 517 - 520
fluktuasi kecepatan angin yang berubah secara drastis
dengan interval yang cepat.
Menurut PP No. 79 tahun 2014 angin adalah salah satu
sumber energi terbarukan yang dikembangkan saat ini.
Energi angin termasuk energi terbarukan yang
didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat
diproduksi kembali melalui proses alam. Beberapa
kelebihan dari energi angin adalah karena sifatnya yang
terbarukan, hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini
tidak akan membuat sumber daya angin berkurang seperti
halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya
tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi
dunia di masa depan, energi angin juga ramah lingkungan.
METODE PENELITIAN
Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang digunakan adalah penelitian
eksperimen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
seberapa besar pengaruh panjang link kontrol aktif
terhadap kinerja turbin angin Darrieus tipe-H.
Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah kecepatan
angin dan variasi beban.
Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Terpadu A8
Fakultas Teknik Universitas Negeri Surabaya.
Teknik Pengumpulan Data
Data dalam penelitian ini diperoleh dengan cara
melakukan eksperimen melalui pengujian terhadap objek
yang akan diteliti dan mencatat data-data yang diperlukan.
Data-data yang diperlukan adalah daya dan efisiensi yang
dihasilkan turbin angin.
Analisa Data
Penelitian ini menggunakan metode statistika deskriptif
dan analisis regresi. Metode statistika deskriptif
merupakan metode statistika dengan mengumpulkan data
dari setiap hasil perubahan yang terjadi melalui
eksperimen secara langsung.
Rancangan Penelitian
Studi Literatur
Pembuatan Model Turbin
Angin Darrieus Tipe-H
dengan Kontrol Aktif
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
Daya Turbin (PT)
Daya Daya turbin adalah daya yang dihasilkan oleh turbin
angin setelah mengkonversikan energi dari udara yang
bergerak yang mengenai turbin.
Daya Turbin Link 150 mm
0.5000
Daya Turbin (watt)
Mulai
0.4000
Pengambilan Data
Kecepatan Angin
dan Torsi
Analisa dan Pembahasan
4,5 m/s
0.3000
5 m/s
0.2000
5,5 m/s
0.1000
6 m/s
6,5 m/s
800
0.0000
0
200
Penyusunan Laporan
400
600
Beban (gram)
Gambar 2 Daya Turbin Link 150 mm
Selesai
Variabel Penelitian
1. Variabel Bebas
Variabel bebas dalam penelitian ini adalah panjang
link pada turbin angin Darrieus tipe-H, dan variasi
panjang link yang digunakan adalah 150 mm, 140
mm, dan 130 mm.
2. Variabel Terikat
Variabel terikat dalam penelitian ini adalah daya dan
efisiensi turbin angin Darrieus tipe-H.
3. Variabel Kontrol
Daya Turbin Link 140 mm
0.4000
Daya Turbin (watt)
Gambar 1 Diagram Alur Penelitian
0.3000
5
m/
s
0.2000
0.1000
0.0000
0
100
200
300
400
500
600
Beban (gram)
Gambar 3 Gambar Daya Turbin Link 140mm
Pengaruh Panjang Link Kontrol Aktif Terhadap Kinerja Turbin Angin Darrieus Tipe-H NACA 0018
Komparasi Kinerja Turbin
Komparasi kinerja turbin angin Darrieus tipe-H dengan
kontrol aktif dan turbin angin Darrieus tipe-H tanpa kontol
aktif. Komparasi data yang digunakan adalah data dengan
hasil tertinggi yang didapatkan yaitu pada kecepatan 6,5
m/s dengan panjang link 150 mm.
Daya Turbin Link 130 mm
Daya Turbin (watt)
0.2500
0.2000
0.1500
5
m/
s
0.1000
0.0500
0.0000
0
100
200
300
400
500
Beban (gram)
Gambar 4 Daya Turbin Link 130 mm
Efisiensi Turbin (Cp)
Efisiensi turbin adalah parameter yang menunjukkan
seberapa besar potensi daya angin yang bisa
dikonversi oleh turbin.
Gambar 8 Komparasi Daya Turbin
Efisiensi Link 150 mm
6.00%
4.00%
4,5 m/s
3.00%
5 m/s
2.00%
5,5 m/s
1.00%
6 m/s
0.00%
6,5 m/s
800
0
200 Beban
400
(gram) 600
4.00%
3.00%
2.00%
1.00%
0.00%
0
Efisiensi Link 140 mm
Efisiensi dalam %
0.00%
0
200
400
Beban (gram)
800
Pembahasan
Daya Turbin
Dari gambar 2 dapat dilihat bahwa daya tertinggi yang
dihasilkan pada kecepatan angin 6,5 m/s lebih besar
dibandingkan kecepatan 4,5 m/s. Daya turbin paling
besar diperoleh pada kecepatan angin 6,5 m/s sebesar
0,4560 watt dengan beban untuk pengereman 400 gram.
Pada gambar 3 daya paling besar pada kecepatan 6,5 m/s
dengan beban pengereman 300 gram sebesar 0,3161 watt.
Sedangkan pada gambar 4 daya sebesar 0,2084 watt
didapatkan pada kecepatan 6,5 m/s dengan beban
pengereman 200 gram.
Berdasarkan gambar (2, 3, dan 4) dapat diketahui dengan
kecepatan 6,5 m/s daya yang dihasilkan turbin angin
besar. Namun panjang link dan beban berpengaruh pada
daya yang dihasilkan. Dimana panjang link 150 mm
adalah yang paling ideal dibandingkan panjang link 140
mm dan 130 mm. Sedangkan beban pengereman paling
efektif untuk panjang link 150 mm adalah 400 gram.
Besarnya daya (PT) yang dihasilkan dipengaruhi oleh
kecepatan angin. Hal ini dikarenakan semakin tinggi
kecepatan angin akan membuat putaran turbin semakin
cepat, sehingga pengereman berat beban pada turbin akan
berkurang. Akan tetapi, tidak selalu kecepatan angin yang
semakin cepat akan menghasilkan daya yang besar. Hal
5,5
m/s
2.00%
200 Beban
400
(gram) 600
Gambar 9 Komparasi Efisiensi Turbin
5
m/s
4.00%
Den
gan
Kont
rol
Aktif
5.00%
Gambar 5 Efisiensi Turbin Link 150mm
6.00%
Komparasi Efisiensi (Cp)
6.00%
Efisiensi (%)
Efisiensi (%)
5.00%
600
Gambar 6 Efisiensi Turbin Link 140mm
Gambar 7 Efisiensi Turbin Link 130mm
519
JTM Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, 517 - 520
tersebut justru akan mengakibatkan penurunan daya turbin
angin dikarenakan pada saat putaran tinggi, sebagian
udara akan terhambat untuk masuk kedalam turbin angin.
Udara tersebut berguna untuk menggerakkan turbin angin,
karena udara terhambat untuk masuk kesisi dalam turbin
maka udara yang digunakan untuk menggerakkan turbin
angin berkurang sehingga daya turbin juga berkurang.
Efisiensi Turbin
Efisiensi turbin angin merupakan parameter yang
menunjukkan seberapa besar potensi daya angin yang
bisa dikonversikan oleh turbin. Semakin besar daya yang
mampu diserap oleh rotor maka efisiensi turbin juga
mengalami peningkatan.
Dari gambar (5) terlihat bahwa efisiensi tertinggi yang
dihasilkan pada kecepatan angin 6,5 m/s, dengan beban
pengereman 400 gram sebesar 5,27%. Pada gambar (6)
efisiensi paling besar pada kecepatan 6,5 m/s adalah
sebesar 4,26% dengan beban pengereman 300 gram.
Sedangkan pada gambar (7) efisiensi paling besar pada
kecepatan 6,5 m/s dengan beban pengereman 200 gram
sebesar 3,37%.
Dari gambar (5, 6, dan 7) menunjukkan dengan
kecepatan 6,5 m/s efisiensi yang dihasilkan turbin angin
paling besar terutama pada panjang link 150 mm. Nilai
efisiensi turbin dengan panjang link 150 mm paling besar
dibandingkan dengan panjang link yang lainnya (140 mm
dan 130 mm).
Besarnya efisiensi dihasilkan dari perbandingan dari daya
turbin (PT) dengan daya angin (PW). Semakin besar daya
turbin akan menyebaban efisiensi turbin mengalami
peningkatan, hal ini disebabkan daya turbin berbanding
lurus dengan efisiensi. Selain itu panjang link pada turbin
juga mempengaruhi Cp, semakin panjang link pada turbin
angin akan membuat PW semakin besar dengan begitu Cp
akan meningkat.
Komparasi
Dari gambar (4.8) dan (4.9) komparasi kinerja turbin
diatas ditunjukkan bahwa dengan modifikasi penggunaan
kontrol aktif mampu meningkatkan kinerja turbin angin
Darrieus tipe-H dibandingkan dengan kondisi turbin
angin tanpa kontrol aktif dengan sudut pitch 50º.
Penggunaan kontrol aktif menunjukkan peningkatan
kinerja turbin, seperti ditunjukkan pada gambar (4.8) dan
(4.9) dimana turbin angin dengan kontrol aktif
menghasilkan kinerja lebih besar dari pada turbin angin
tanpa kontrol aktif. penggunaan turbin angin mampu
meningkatkan efisiensi sebesar 1,58% dibandingkan
dengan efisiensi turbin tanpa kontrol aktif.
Hal ini disebabkan keberadaan kontrol aktif dapat
menyesuaikan energi angin yang datang, yang mana
blade secara otomatis dapat menutup dan membuka
mencari arah angin yang datang. Sehingga turbin angin
mampu menangkap energi angin yang datang lebih
maksimal. Sedangkan untuk turbin angin tanpa kontrol
aktif untuk mendapatkan hasil kinerja yang maksimal
harus dibantu dengan menentukan sudut ideal dari sudut
pitch.
PENUTUP
Simpulan
Dari hasil penelitian, analisa dan pembahasan yang telah
dilakukan uji kineja turbin angin darries tipe-H dengan
kontrol aktif pitch dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Daya turbin (PT) yang dihasilkan dipengaruhi oleh
kecepatan angin, berdasakan hasil yang telah diuji
daya turbin yang paling besar pada saat kecepatan
angin 6,5 m/s untuk beban pengereman 400 gr dengan
panjang link 150 mm sebesar 0,456 watt. Panjang link
mempengaruhi hasil dari daya turbin, hal tersebut
disebabkan pada panjang link 150 mm turbin berada
pada posisi sudut pitch paling ideal dibandingkan
dengan panjang link yang lainnya yaitu 140 mm dan
130 mm.
2. Efisiensi turbin (Cp) yang ditunjukkan oleh hasil
penelitian adalah efisiensi tertinggi yang dihasilkan
pada turbin angin dengan panjang link 150 mm dan
menggunakan kecepatan angin 6,5 m/s untuk beban
pengereman 400 gram sebesar 5,27%. Hasil tersebut
dipengaruhi oleh hubungan antara efisiensi dengan
daya turbin yang berbanding lurus.
Saran
Dari serangkaian pengujian, perhitungan dan analisa data
dan pengambilan simpulan yang telah dilakukan, maka
dapat diberikan beberapa saran sebagai berikut:
1. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan
menggukan variasi yang berbeda seperti panjang link,
bentuk NACA airfoil, kecepatan angin dan beban.
2. Perlu diadakan penelitian lanjutan mengenai simulasi
turbin angin dengan kontrol aktif menggunakan
software seperti CFD (Computational Fluid
Dynamics) ataupun fluen, agar bisa dibandingkan
hasil perolehan datanya apakah selisih terlampau jauh
ataukah sama.
DAFTAR PUSTAKA
http://bmkg.go.id
http://www.p3tkebt.esdm.go.id
De Coste, Josh, 2005. “Vertical Axis Wind Turbin”
Departemen of Mechanical Engineering
Dalhousie University.
Herlamba S. Indra, 2014. “Komparasi Kinerja Turbin
Angin Sumbu Vertikal Darrieus TipeH Dengan
Bilah Profil NACA 0018 Dengan dan Tanpa
Wind Deflector “. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Vol. 1, No. 1 Universitas Negeri Surabaya
M. Elkhoury, T. Kiwata, E. Aoun. 2015. “Experimental
and numerical investigation of a threedimensional vertical-axis wind turbine with
variable-pitch”. Dimuat dalam jurnal J. Wind
Eng. Ind. Aerodyn. 139 (2015) 111–12.
ScienceDirect
Sathyajith Mathew: Wind Energy Fundamentals,
Resource Analysis and Economics. India