Teknik Elektro UMAH - 2019 | 1

PERANCANGAN TURBIN ANGIN DARRIEUS-H DUA TINGKAT SUMBU VERTIKAL

Seka Dirga Harn𝐨𝐨𝟏𝟏, Ibnu Kahfi Bachtiar2 , Anton Hekso Yunianto3

Email: sheka.dirga@gmail.com1, kahfi@umrah.ac.id2, antonhexos@gmail.com3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji

ABSTRAK

Salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang saat ini memiliki potensi besar untuk di kembangkan adalah energi angin. Energi ini adalah energi yang bersih dan dalam proses produksinya tidak mencemari lingkungan. Pemanfaatan sumber energi angin untuk menghasilkan listrik bukan lah hal yang baru, namun energi yang di hasilkan tentu sangat terbatas karena disebab kan oleh beberapa hal utama, seperti potensi kecepatan angin di suatu daearah, durasi adanya angin dalam satu hari, serta peralatan konversi energi yang di gunakan.

Energi angin dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin yang kemudian menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik, namun keadaan angin di Indonesia sering berubah dan kecepatan angin yang relatif rendah, Turbin angin Darrieus–H dua tingkat ini merupakan salah satu jenis turbin yang mampu beroperasi pada kecepatan angin yang relatif rendah dan kecepatan angin yang berubah. Penelitian ini bertujuan untuk merancang sebuah turbin angin Darrieus–H dua tingkat yang mampu beroperasi dalam keadaan angin yang relatif rendah dan pada kondisi kecepatan angin yang berubah, dan mengetahui pengaruh sudut pitch terhadap performa turbin angin. Blade di desain dengan airfoil NACA 0012, dengan panjang chord 0,3 meter, blade berjumlah 6 buah dengan variasi 3 blade di bawah dan 3 blade di atas. Diameter blade 0,5 m.

Variasi sudut pitch (100, 200, 300, 400, 500). Kemudian di lakukan pengambilan data pengukuran kecepatan angin, putaran poros (RPM), arus dan tegangan, kemudian di lanjutkan dengan penambahan beban berupa lampu LED 25 watt dan tahap terakhir dilakukan perhitungan dan analisis untuk mencari nilai koefisien daya. Dari hasil pengujian di peroleh bahwa turbin angin Darrieus–H dua tingkat dengan menggunakan sudut pitch 300 lebih efektif dalam mengestrak angin dengan nilai tip speed ratio maksimum 1,102 pada kecepatan angin 4,4 m/s dan nilai koefisien daya maksimum 0,43 pada kecepatan angin 4,3 m/s dan penambahan nilai sudut pitch yang lebih dari 300 akan menghambat putaran turbin

Kata kunci : Turbin Darrieus-H dua tingkat, NACA 0012, Sudut pitch, Koefisien daya

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 2

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kebutuhan Salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang saat ini memiliki potensi besar untuk di kembangkan adalah energi angin. Energi ini adalah energi yang bersih dan dalam proses produksinya tidak mencemari lingkungan. Pemanfaatan sumber energi angin untuk menghasilkan listrik bukan lah hal yang baru, namun energi yang di hasilkan tentu sangat terbatas karena di sebab kan oleh beberapa hal utama, seperti potensi kecepatan angin di suatu daearah, durasi adanya angin dalam satu hari, serta peralatan konversi energi yang di gunakan.

Perkembangan pemanfaatan potensi energi angin masih sangat rendah, konsep sederhana dari pemanfaatan energi angin ini adalah dengan sebuah turbin angin yang memutar generator dan menjadi energi listrik. Turbin yang dapat menghasilkan energi angin secara umum dapat di klasifikasikan menjadi dua kelompok utama yaitu turbin angin sumbu horizontal (Horizontal Axis Wind Turbine) dan turbin angin sumbu vertikal (Vertical Axis Wind Turbine).

Konsturksi turbin angin Vertical Axis yang dapat memanfaatkan potensi angin dari segala arah, konstruksi sederhana, dan tidak memerlukan tempat pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang besar merupakan suatu pertimbangan penulis dalam memilih jenis turbin angin ini. Hal inilah yang membuat penulis ingin melakukan perancangan pada turbin angin yang dapat digunakan pada kondisi tersebut, yaitu dengan mengembangkan turbin angin Vertical Axis Darrieus-H dua tingkat yang mampu untuk beroperasi pada kecepatan angin rendah, dan melakukan pengujian perubahan pada sudut pitch.

B. Tujuan Penelitian

1. Merancang turbin angina tipe Darrieus-H dua tingkat sumbu vertikal dengan

menggunakan NACA 0012 2. Merancang turbin angin Darrieus-H dua tingkat untuk beroperasi pada kecepatan

angin yang rendah 3. Mengetahui potensi turbin dengan variasi sudut pitch

BAHAN DAN METODE

Metode penelitian yang digunakan adalah metode penelitian eksperimen (experiment research). Penelitian ini bertujuan untuk mendesain atau merancang sebuah turbin angin vertikal Darries tipe H dua tingkat serta mengetahui daya dan koefisien daya yang dihasilkan oleh turbin yang di rancang pada variasi sudut pitch (100, 200, 300, 400, 500). Kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan turbin angin Darrieus-H sumbu vertikal, perancangan blade, perancangan menara turbin, perancangan turbin angin Darrieus-H dua tingkat sumbu vertikal, pengujian dan pengambilan data.

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 3

Pengambilan data dilakukan dengan mengukur kecepatan angin, putaran turbin (rpm), serta keluaran generator yang meliputi arus (I) dan tegangan (V). Pengukuran diambil pada setiap variasi sudut pitch (100, 200, 300, 400, 500). A. Alat dan Bahan

1. Alat-alat penelitian Alat yang diperlukan dalam pembuatan turbin : a. Mesin dan mata bor b. Mesin gerenda c. Mesin las d. Penggaris e. Meteran pengukur f. Gergaji g. Spidol h. Kunci baut i. Pisau kater j. Obeng

2. Bahan-bahan penelitian Bahan yang diperlukan dalam pembuatan turbin : a. Triplek b. Alumunium 0,3 mm c. Galvanis d. Besi kombinasi e. Besi poros f. Bearing g. Pulley kecil h. Pulley besar i. Bealting j. Mur besar k. Baut l. Lampu m. Generator

B. Pembuatan Turbin Angin Darrieus-H Dua Tingkat Sumbu Vertikal

Dalam merancang sebuah turbin angin perancangan turbin harus sangat di perhatikan agar turbin angin yang di buat dapat meberikan hasil yang optimal seperti yang di harapkan. Dalam perancangan sebuah turbin angin harus sangat memperhatikan komponen komponen yang akan digunakan. Komponen utama yang di gunakan dalam perancangan turbin angin Darrieus-H dua tingkat ini adalah blade turbin, generator, dan tiang penyangga. Turbin angin Darrieus-H dua tingkat ini di desain sendiri dengan acuan kajian literatur terdahulu, sedangkan untuk generator yang digunakan adalah generator yang sudah jadi.

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 4

1. Perancangan Blade

Perancangan pembuatan blade dalam sebuah turbin angin harus sangat di perhatikan, karena untuk mendapatkan performa turbin yang maksimal. Material yang ringan seperti triplek sangat memudahkan dalam pembentukan blade. penentuan jumlah blade juga sangat mempengaruhi, pemilihan jumlah blade bermacam-macam, berdasarkan percobaan (Napitupulu, 2014) turbin angin dengan 3 blade mampu untuk selft-start dengan kecepatan angin yang jauh lebuh rendah, dan Robert menyarankan untuk selalu mengguanakan 3 blade dalam desain untuk turbin angin dengan kecepatan angin yang rendah. Pemilihan bentuk blade dan bentuk sudut pitch juga sangat mempengaruhi, hasil penelitian menyatakan bahwa sudut pitch 60 adalah yang paling efisien dalam mengestrak energi angin dengan 3 sudu, dan Napitupulu juga mengatan bahwa profil blade NACA 0012 lebih efektif dalam mengesatrak angin pada sudut pitch yang relatif rendah.

Gambar 1. Sudu Airfoil NACA 0012

Kemudian di lanjutkan dengan pembuatan blade turbin Darrieus-H, pertama yang harus di buat adalah kerangka blade yang di buat dari triplek yang berbentuk airfoil NACA 0012, pembuatan airfoil dibuat secara manual menggunakan pisau karter, dalam 1 blade terdiri dari 5 airfoil NACA 0012, setelah itu blade yang telah terdiri dari 5 airfoil itu dilapisi almunium yang dipotong dan dibentuk sesuai dengan bentuk kerangka yang di rancang sebelumnya.

No Spesifikasi Keterangan

1 Jenis turbin Darrieus-H

sumbu vertikal

2 Jenis blade H rotor

3 Jumlah blade 6 blade (3

diatas 3

dibawah)

4 Airfoil NACA 0012

5 Panjang Chord 30 cm

6 Panjang blade 50 cm

7 Panjang Lengan 47 cm

8 Sudut Pitch (100, 200, 300,

400, 500)

9 Jarak antara sudu 1200

Tabel 1. Alat-alat pembuatan turbin

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 5

Gambar 2. Sudu Setelah Dilapisi Alumunium

2. Perancangan Menara Turbin

Perancangan menara turbin berfungi sebagai tiang penyangga rotor, blade dan semua komponen turbin angin yang berada di atasnya, karena kapasitas beban menara yang diterima sangat besar, maka material yang digunakan harus kuat untuk menopang beratnya beban turbin. Material yang di pilih adalah besi kombinasi dengan ukuran tinggi menara 1,3 m

Gambar 3. Menara Turbin

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 6

3. Perancangan Turbin Angin Darrieus-H Dua Tingkat

Tahap akhir dari pembuatan turbin angin Darrieus-H adalah penggabungan seluruh material yang dibuat.

Gambar 4. Turbin angin Darrieus H sumbu vertikal

4. Perhitungan Turbin

a. Daya angin

𝑃𝑃𝑎𝑎= 12

𝜌𝜌A𝑣𝑣3 (1)

𝑃𝑃𝑎𝑎 = daya angin (watt)

𝜌𝜌 = massa jenis udara (kg/𝑚𝑚3)

A = luas area sapuan rotor (𝑚𝑚2)

v = kecepatan angin (m/s)

Daya angin maksimum yang dapat diektrakan oleh turbin angin dengan luas sapuan rotor adalah:

𝑃𝑃𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚= 1627

12

𝜌𝜌A𝑣𝑣3 (2)

100 cm

60 cm

Sudu airfoil NACA 0012

Besi poros

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 7

Angka 1627

(=59.3%) ini disebut batas Betz (Betz limit), diambil dari ilmuwan Jerman Albert Betz). Angka ini secara teori menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor turbin angin.

b. Tip Speed Ration (TSR)

Tip speed ration (λ) adalah perbandingan antara kecepatan sudut turbin (ω) dan jari-jari turbin (R) terhadap kecepatan angin (V) ,atau di tulis secara matematis:

λ = 𝜔𝜔𝜔𝜔𝑉𝑉

(3)

λ = tip speed ration

ω = kecepatan sudut turbin(rad/s)= 2𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝑚𝑚60

R = jari-jari turbin (m)

v = kecepatan angin atau udara (m/s)

TSR juga juga dapat di peroleh dengan persamaan

λ= blade tip speedV

(4)

blade tip speed merupakan kecepatan ujung blade atau rotor, yang di definisikan menurut persamaan.

blade tip speed = rpm x π x D60

(5)

c. Daya Turbin

Daya turbin adalah kemampuan turbin dalam mengestrak daya angin yang ada atau perkalian antara arus dan tegangan pada turbin yang dihasilkan generator, di tulis dengan persamaan :

Pt = 𝐼𝐼.𝑅𝑅 (6)

Pt = Daya turbin (watt) I = Arus (amper) R = Tegangan (Volt)

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 8

d. Koefisien Daya

Koefisien daya atau power coefficience (𝐶𝐶𝜋𝜋 ) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh turbin (𝑃𝑃𝑡𝑡 ) dengan daya yang di hasilkan oleh angin (𝑃𝑃𝑎𝑎) sehingga dapat di rumuskan:

𝐶𝐶𝜋𝜋 = 𝑃𝑃𝑡𝑡 𝑃𝑃𝑎𝑎

(7)

𝑃𝑃𝑡𝑡 = daya turbin

𝑃𝑃𝑎𝑎= daya angin

HASIL DAN ANALISIS

A. Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Turbin dengan variasi Sudut Pitch 100,

200, 300, 400, 500

pengujian ini turbin di uji dengan menggunakan beban berupa generator, generator yang dipakai adalah generator tipe AC 30 watt. Pengaturan kemiringan sudut pitch dilakukan dengan mengatur kemiringan blade menggunakan busur derajat.

Gambar 5. Rangkaian pengukuran tegangan Gambar 6. Rangkaian pengukuran arus

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 9

Tabel 2. Data pengukuran pengujian turbin dengan variasi sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500

No Kecepatan sudut Putaran Arus Tegangan Daya turbin

Angin (m/s) pitch poros (ampere) (Volt) (watt)

10 75 0,37 35 12,95

20 79 0,41 37 15,17

1 3,9 30 83 0,43 39 16,77

40 74 0,37 33 12,21

50 70 0,34 31 10,54

10 80 0,42 38 15,96

20 84 0,46 40 18,4

2 4,1 30 89 0,48 42 20,16

40 79 0,4 38 15,2

50 75 0,37 34 12,58

10 85 0,47 44 20,68

20 91 0,49 49 24,01

3 4,3 30 97 0,53 51 27,03

40 84 0,46 42 19,32

50 80 0,42 40 16,8

10 88 0,48 45 21,6

20 95 0,51 49 24,99

4 4,4 30 103 0,55 51 28,05

40 87 0,47 43 20,21

50 83 0,43 40 17,2

10 92 0,51 49 24,99

20 99 0,54 54 29,16

5 4,7 30 107 0,57 55 31,35

40 91 0,5 48 24 50 85 0,47 43 20,21

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 10

1. Hubungan Kecepatan Angin terhadap putaran poros (RPM) pada sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500

Gambar 7. Hubungan Kecepatan Angin terhadap putaran poros (RPM) pada sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500

Grafik diatas dapat di lihat bahwa kecepatan angin berbanding lurus dengan putaran yang dihasilkan, artinya semakin besar kecepatan angin yang di berikan, maka semakin besar putaran turbin yang di hasilkan, semakin besar energi yang di berikan oleh angin terhadap turbin maka energi yang di konversikan turbin menjadi putaran semakin meningkat. Dari grafik di atas di lihat bahwa putaran maksimal yang di hasilkan turbin angin sebesar 107 dengan kecepatan angin maksimal 4,9 m/s pada sudut pitch 300, sedangkan putaran minimal yang terjadi pada kecepatan angin 3,9 m/s sebesar 70 rpm pada sudut pitch 500. Dari variasi sudut pitch yang di lakukan juga terlihat memiliki karakteristik putaran yang berbeda satu sama lain. Dengan putaran maksimal pada sudut pitch 300 lebih besar jika di bandingkan dengan sudut pitch yang lain. Penambahan nilai sudut pitch dari 100 sampai 300 meningkatkan potensi turbin mengestrak angin karena gaya lift lebih besar di bandingkan gaya drag, peningkatan nilai putaran poros (rpm) dari sudut pitch 100 ke sudut pitch 200 sebesar 7% dan dari sudut pitch 200 ke sudut pitch 300 sebesar 8% sedangkan penambahan sudut pitch 400 dan 500 terjadi penurunan yang signifikan, dari sudut pitch 300 ke sudut pitch 400 mengalami penurunan sebesar 16% dan dari sudut pitch 400 ke sudut pitch 500 mengalami penurunan sebesar 6% hal ini terjadi karena gaya drag lebih besar,

75

80

8588

92

79

84

9195

99

83

89

97

103107

74

79

8487

91

70

75

8083

85

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

3 , 9 4 , 1 4 , 3 4 , 4 4 , 7

RPM

KECEPATAN ANGIN

HUBUNGAN KECEPATAN ANGIN TERHADAP PUTARAN POROS (RPM)

PADA SUDUT PITCH 100, 200, 300, 400, 500

pitch 10 pitch 20 pitch 30 pitch 40 pitch 50

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 11

sehingga distribusi energi angin yang di terima oleh blade turbin tidak di terima secara maksimal.

Tabel 3. Data pengukuran pengujian turbin dengan variasi sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500

No Kecepatan sudut Putaran TSR Daya angin

Daya turbin

koefisien daya

Angin (m/s) pitch poros (watt) (watt) (Cp)

10 75 0,905 46.09 12,95 0,27

20 79 0,954 46.09 15,17 0,32

1 3,9 30 83 1,002 46.09 16,77 0,36

40 74 0,893 46.09 12,58 0,27

50 70 0,845 46.09 10,54 0,22

10 80 0,919 53,56 15,96 0,29

20 84 0,964 53,56 18,4 0,34

2 4,1 30 89 1,022 53,56 20,16 0,37

40 79 0,907 53,56 15,2 0,28

50 75 0,861 53,56 13,32 0,23

10 85 0,931 61,78 20,68 0,33

20 92 1,007 61,78 24,01 0,38

3 4,3 30 97 1,084 61,78 27,03 0,43

40 84 0,920 61,78 19,32 0,31

50 80 0,876 61,78 16,8 0,27

10 88 0,942 66,20 21,6 0,32

20 95 1,016 66,20 24,99 0,37

4 4,4 30 103 1,102 66,20 28,05 0,42

40 87 0,931 66,20 20,21 0,30

50 83 0,888 66,20 17,2 0,25

10 92 0,921 80,68 24,99 0,30

20 99 0,992 80,68 29,16 0,36

5 4,7 30 107 1,072 80,68 31,35 0,38

40 91 0,911 80,68 24 0,29

50 85 0,851 80,68 19,32 0,25

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 12

2. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Tip Speed Ratio (TSR) pada sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500

Gambar 8. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Tip Speed Ratio (TSR) pada sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500

Grafik hubungan kecepatan angin terhadap tip speed ratio ( tsr ) di atas terlihat nilai tip speed ratio ( TSR ) maksimal pada sudut pitch 300, penentuan nilai tip speed ratio ( TSR ) bertujuan untuk mengetahui kecepatan linier turbin lebih besar dari pada kecepatan angin, semakin besar nilai dari tip speed ratio ( tsr ) menunjukkan kelayakan turbin dalam mengestrak angin menjadi energi gerak. Untuk semua pengujian sudut pitch, nilai tip speed ratio ( tsr ) maksimal pada setiap sudut pitch berbeda-beda, dari grafik diatas dapat dilihat terjadinya kenaikan dan penurunan nilai tip speed ratio ( tsr ), perubahan nilai dari tip speed ratio ( tsr ) di karenakan perubahan nilai dari kecepatan angin dan putaran turbin, sehingga semakin meningkatnya putaran turbin maka tip speed ratio ( tsr ) yang di hasilkan akan semakin meningkat. Nilai tip speed ratio ( tsr ) minimal pada sudut pitch 500 dengan nilai 0,845 pada kecepatan angin 3,9 m/s dan Nilai tip speed ratio ( tsr ) maksimal pada sudut pitch 300 dengan nilai 1,102 pada kecepatan angin 4,4 m/s. Dari nilai tip speed ratio ( tsr ) yang di dapatkan di ketahui terjadinya kenaikan nilai dari tip speed ratio ( tsr ) saat penambahan sudut pitch 100 sampai ke sudut pitch 300 dengan penambahan dari sudut pitch 100 sampai ke sudut pitch 200 sebesar 7,4% dan dari sudut pitch 200 sampai ke sudut pitch 300 sebesar

0,9050,919

0,931 0,9420,921

0,954 0,964

1,007 1,0160,9921,002

1,022

1,0821,102

1,072

0,8930,907

0,92 0,9310,911

0,8450,861

0,8760,888

0,851

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

3 , 9 4 , 1 4 , 3 4 , 4 4 , 7

TSR

KECEPATAN ANGIN

HUBUNGAN KECEPATAN ANGIN TERHADAP TIP SPEED RATIO PADA SUDUT PITCH 100, 200, 300, 400, 500

pitch 10 pitch 20 pitch 30pitch 40 pitch 50

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 13

8,6% sedangkan saat penambahan sudut pitch lebih dari 300 terjadi penurunan nilai dari tip speed ratio ( tsr ) yang signifikan yaitu dari sudut pitch 300 sampai ke sudut pitch 400 terjadi penurunan sebesar 17,1% dan dari sudut pitch 400 sampai ke sudut pitch 5terjadi penurunan sebesar 4,3%. Dari hasil di atas dapat di simpulkan bahwa meningkatnya kecepatan angin tidak mempengaruhi meningkatnya nilai dari tip speed ratio (tsr)

Grafik hubungan antara kecepatan angin terhadap tip speed ratio (tsr) dari setiap variasi sudut pitch memiliki hubungan yang berbeda, dari setiap sudut variasi pitch terlihat terjadinya kenaikan dan penurunan nilai dari tip speed ratio (tsr) pada kecepatan angin tertentu. Kenaikan nilai dari tip speed ratio (tsr) di pengaruhi oleh meningkatnya kecepatan linier turbin (rpm) terhadap kecepatan angin, semakin tinggi perbandingan antara nilai kecepatan linier turbin (rpm) terhadap kecepatan angin, maka nilai dari tip speed ratio (tsr) akan semakin besar. Penurunan nilai dari tip speed ratio (tsr) di pengaruhi oleh nilai dari kecepatan angin yang lebih besar di bandingkan dengan nilai linier turbin (rpm), pada kecepatan angin tertentu putaran turbin akan mencapai titik maksimum yaitu pada kecepatan angin kisaran 4,4 m/s maka pada kecepatan angin 4,4 m/s inilah nilai dari tip speed ratio (tsr) akan mencapai titik maksimum di semua sudut pitch dan pada penambahan nilai kecepatan angin yang lebih dari 4,4 m/s putaran turbin tidak terjadi peningkatan putaran yang signifikan, sehingga menyebabkan perbandingan antara nilai kecepatan angin lebih besar di bandingkan nilai kecepatan linier turbin (rpm) sehingga nilai dari tip speed ratio (tsr) akan terjadi penurunan. Dari penjelasan tersebut dapat di simpulkan semakin meningkatnya nilai kecepatan angin tidak mempengaruhi peningkatan nilai dari tip speed ratio (tsr) dan penambahan besar sudut pitch yang lebih dari 300 akan semakin memperkecil nilai dari tip speed ratio (tsr) minimum.

3. Hubungan tip speed ratio (TSR) terhadap koefisien daya (Cp)

Perubahan nilai dari tip speed ratio akan berpengaruh terhadap nilai koefisien daya turbin, nilai tip speed ratio menunjukkan perbandingan daya angin terhadap putaran poros turbin semain tinggi nilai tip speed ratio menunjukan kinerja turbin semakin baik sedangkan koefisien daya turbin menunjukan efisiensi sebuah turbin dalam mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik listrik, semakin besar nilai koefisien daya menjukan efisiensi turbin semakin baik. Berikut ini grafik hubungan tip speed ratio terhadap koefisien daya turbin.

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 14

Gambar 9. Grafik hubungan TSR

terhadap koefisien daya sudut pitch 100

Gambar 9. Diketahui (x1 = 0,27 y1 = 0,905) dan (x2 = 0,33 y2 = 0,312) maka gradien persamaan garis:

𝑚𝑚 =0,931 − 0,905

0,33 − 0,27 = 0,0370,06

= 0,61

Gambar 10. Grafik hubungan TSR

terhadap koefisien daya sudut pitch 200

Gambar 10. Diketahui (x1 = 0,32 y1 = 0,954) dan (x2 = 0,38 y2 = 1,007) maka gradien persamaan garis berdasarkan persamaan (6) :

𝑚𝑚 =1,007 − 0,954

0,38 − 0,32 = 0,0530,06

= 0,88

Gambar 11. Grafik hubungan TSR

terhadap koefisien daya sudut pitch 300

Gambar 12. Grafik hubungan TSR

terhadap koefisien daya sudut pitch 400

Gambar 11. Diketahui (x1 = 0,36 y1 = 1,002) dan (x2 = 0,43 y2 = 1,084) maka gradien persamaan garis:

𝑚𝑚 =1,084 − 1,002

0,43 − 0,36 = 0,0820,07

= 1,17

Gambar 12. Diketahui (x1 = 0,27 y1 = 0,893) dan (x2 = 0,31 y2 = 0,92) maka gradien persamaan garis:

𝑚𝑚 =0,92 − 0,8930,31 − 0,27 =

0,0270,04

= 0,675

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 15

Koefisien daya adalah perbandingan daya generator dengan daya angin, semakin besar daya yang mampu di serap oleh rotor maka koefisien daya juga akan semakin meningkat. Dari grafik 9, 10, 11, 12, 13 di atas terlihat bahwa kenaikan tip speed ratio (tsr) berbanding lurus dengan kenaikan koefisien daya. Akan tetapi, nilai dari koefisien daya akan mencapai titik puncak, karena pada kecepatan angin 3,4 m/s putaran turbin mulai mencapai titik stabil, sehingga penambahan nilai dari putaran poros tidak meningkat secara signifikan, hal ini mempengaruhi nilai dari koefisen daya. Nilai koefisien daya ini di peroleh dengan cara membandingkan nilai daya elektrik real dengan nilai daya teoritis. Dari perhitungan nilai koefisien daya di ketahui bahwa nilai kofisien daya terbaik di peroleh pada kecepatan angin 4,3 m/s dengan sudut pitch 300 dengan nilai koefisien daya 0,43, sedangkan untuk nilai koefisien daya minimum di peroleh pada kecepatan angin 3,9 m/s dengan sudut pitch 500 dengan nilai 0,27. Dari hasil pengujian setiap sudut pitch pada penambahan sudut pitch 100 sampai sudut pitch 300 nilai dari tip speed ratio (tsr) mengalami peningkatan, yaitu pada sudut pitch 100 sampai sudut pitch 300 sebesar 7,6% dan pada penambahan sudut pitch yang lebih dari 300 nilai dari tip speed ratio (tsr) mengalami penurunan yang signifikan yaitu dari sudut pitch 300 sampai sudut pitch 500 sebesar 13%. Dapat di simpulkan penambahan besar sudut pitch 100 sampai 300 akan mempengaruhi kenaikan nilai koefisien daya turbin, sedangkan penambahan sudut pitch lebih dari 300 akan mempengaruhi penurunan nilai koefisien daya turbin dan kenaikan nilai tip speed ratio (tsr) berbanding lurus dengan kenaikan nilai koefisien daya, semakin meningkat nilai tip speed ratio maka koefisien daya juga akan semakin meningkat, karena semakin besar nilai tip speed ratio maka daya yang di hasilkan akan semakin besar. Hasil perhitungan kemiringan garis dari gambar grafik di atas di dapatkan hasil gradien maksimum pada sudut pitch 300 sebesar 1,17 dan nilai gradien minimum pada sudut pitch 100 sebesar

Gambar 13. Grafik hubungan TSR terhadap koefisien daya sudut pitch 500

Gambar 13. Diketahui (x1 = 0,22 y1 = 0,845) dan (x2 = 0,27 y2 = 0,876) maka gradien:

𝑚𝑚 =0,876 − 0,845

0,27 − 0,22=

0,0310,05

= 0,62

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 16

0,61, perubahan nilai gradien terjadi akibat perubahan pada sudut pitch, dari sudut pitch 100 sampai 300 nilai gradien terus meningkat dan pada penambahan sudut pitch 400 dan 500 terjadi penurunan performa dari turbin angin dan mengakibatkan penurunan nilai dari gradien.Grafik diatas dapat di simpulkan bahwa perbedaan sudut pitch tidak mempengaruhi peningkatan gradien secara signifikan, tetapi perbedaan sudut pitch akan mempengaruhi nilai dari koefisien daya maksimum dan hasil gradien maksimum, dengan hasil gradien maksimum 1,17, serta penambahan sudut pitch yang lebih dari 300 membuat performa turbin semakin menurun sehingga mempengaruhi penurunan nilai dari gradien.

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Turbin angin mampu menghasilkan daya dengan beban lampu sebanyak 5 buah

dengan total daya 25 watt. 2. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan variasi sudut pitch (100, 200,300, 400,

500). 3. Perubahan dari variasi sudut pitch sangat berpengaruh terhadap performa turbin,

karena pada sudut pitch tertentu akan meperlambat putaran turbin karena gaya drag lebih besar di bandingkan gaya lift.

4. Variasi sudut pitch 100, 200, 300, 400, 500, sudut pitch 300 menjadi sudut pitch terbaik dalam mengestrak angin.

5. Nilai tip speed ratio maksimum pada sudut pitch 300 sebesar 1,102 pada kecepatan angin 4,7 m/s

6. Nilai koefisien daya maksimum pada sudut pitch 300 sebesar 0,43 pada kecepatan angin 4,3.m/s dengan nilai tip speed ratio 1,084

B. Saran Adapun saran untuk melanjutkan penelitian ini adalah sebagai berikut .

1. Perlu ada penelitian lanjutan mengenai turbin angin sumbu vertikal, seperti menggunakan wind tunnel agar angin tetap fokus kearah turbin, selain itu menggunakan variasi kecepatan angin dan pembebanan yang beragam memungkinkan menghasilkan daya yang lebih besar.

2. Proses pembuatan turbin pada penelitian ini belum profesional, diharapkan penelitian selanjutnya dapat membuat turbin dengan lebih rapi lagi dan pemilihan material yang sudah sangat diperhitungkan. Untuk selanjutnya disarankan pembuatan material sudu dari fiber glass atau carbon fiber

3. Penambahan besar poros turbin agar mampu menopang berat dari turbin angin sehingga tidak goyang.

Teknik Elektro UMAH - 2019 | 17

DAFTAR PUSTAKA

Aklis, N., Syafi’i, H., Prastiko, Y. C., & Sukmana, B. M., 2016, Studi Eksperimen Pengaruh Sudut Pitch Terhadap Performa Turbin Angin Darrieus-H Sumbu Vertikal Naca 0012, Media Mesin, 17(2), 6-12.

Arsad, A. M., & Hartono, F., 2009,Pembuatan Kode Desain Dan Analisis Turbin Angin Sumbu Vertikal Darrieus Tipe-H, Jurnal Teknologi Dirgantara, 7(2), 93-100.

Daryanto, Y., 2007, Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, BALAI PPTAGG – UPT-LAGG, Yogyakarta.

Dominy, R. G., 2007, Self-starting capability of a Darrieus turbine, Proc. IMechE,

221(A:J), 111-120.

Hakim, F. R., & Siregar, I. H., 2014, Karakteristik Turbin Angin Vertical Axis Profil Dengan Lima Blade Profil Naca 0018, JTM, 2(2), 89-95.

Kusuma, M. W., Aziz, A., & Mainil, R. I., 2016, Kaji Eksperimental Kinerja Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Darrieus H 4 Blade Profile Naca 2415 Dengan Variasi Sudut Pitch, FTEKNIK, 3(2), 1-4.

Napitupulu, F. H., 2014, Uji Performansi Turbin Angin Tipe Darrieus-H Dengan Profil Sudu Naca 0012 Dan Analisa Perbandingan Efisiensi Menggunakan Variasi Jumlah Sudu Dan Sudut Pitch, Jurnal Dinamis, II(14), 8-15.

Saputra, G., Aziz, A., & Mainil, I. R., 2016, Kaji Eksperimental Turbin Angin Darrieus-H Dengan Bilah Tipe Naca 2415, Jom FTEKNIK, 3(1), 1-8.

Siregar, I. H., 2013, Kinerja Turbin Angin Sumbu Vertikal Darrieus Tipe-H Dua Tingkat Dengan Bilah Profile Modified Naca 0018 Dengan Dan Tanpa Wind Deflector, Jurnal Teknik Mesin Otopro, 8(2), 126-138.