PENGARUH JUMLAH SUDU TURBIN ANGIN SUMBU

TEGAK (TAST) TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI TURBIN

LENNI PABRINA PANGARIBUAN

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Jumlah Sudu

Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin adalah

benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan

dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang

berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari

penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di

bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2015

Lenni Pabrina Pangaribuan

NIM G74110003

ABSTRAK

LENNI PABRINA PANGARIBUAN. Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin

Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin Angin. Dibimbing oleh

TONY SUMARYADA dan ERUS RUSTAMI.

Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST) merupakan turbin angin dengan sumbu

rotasi vertikal. Dalam penelitian ini bentuk didisain dari konsep Savonious dan

Darrieus dengan bentuk sudu yang merupakan modifikasi dari model sayap

pesawat NACA 6412. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh

jumlah sudu turbin angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin. Metode

yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan cara memvariasikan jumlah

sudu 3, 5, dan 7. Kecepatan angin pada wind tunnel divariasikan mulai dari 0

sampai 5.6 m/s. Hasil menunjukkan bahwa turbin yang memiliki putaran paling

besar adalah turbin dengan jumlah sudu 7 ( n = 97.98 rpm ), daya turbin ideal

sebesar 1.95 watt dan efisiensi turbin sebesar 58.93 %.

Kata kunci: daya, efisiensi, TAST, turbin angin

ABSTRACT

LENNI PABRINA PANGARIBUAN’S. The effect of the number of blades

vertical axis wind turbine (VAWT) to the power and the efficiency of wind

turbines. Guided by TONY SUMARYADA and ERUS RUSTAMI.

Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) is a wind turbine with a vertical

rotational axis. In this research the design of VAWT’s blades was derived from

the Savonious and Darrieus concept and modified from NACA 6412 airplane

wing model. The purpose of this research was to study the effect of the number of

the blades to the power and the efficiency of the turbine. The number of blades

were varied to 3, 5, and 7. The wind speed of wind tunnel was varied from 0 to

5.6 m / s. The results show that the turbine with 7 blades has the largest number of

revolution ( n = 97.98 rpm ), with the ideal power of about 1.95 watt and the

efficiency of 58.93 %.

Keywords: efficiency, power, VAWT, wind turbin

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

PENGARUH JUMLAH SUDU TURBIN ANGIN SUMBU

TEGAK (TAST) TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI TURBIN

LENNI PABRINA PANGARIBUAN

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2015

Judul Skripsi: Pengaruh Jumlah Sudu Turbin Angin Sumbu Tegak (TAST)

Nama NIM

~

terhadap Daya dan Efisiensi Turbin : Lenni Pabrina Pangaribuan : G74110003

Disetujui oleh

Diketahui oleh

~ Dr Akhiruddin Maddu

Ketua Departemen Fisika

Tanggal Lulus: 2 8 f1UG 2015

/2 Erus Rustami, MSi

Pembimbing II

•

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas

segala berkat dan karya keselamatan-Nya yang diberikan kepada saya, sehingga

saya dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Jumlah Sudu Turbin

Angin Sumbu Tegak (TAST) terhadap Daya dan Efisiensi Turbin”.

Dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak,

oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Ayah tercinta Alden Pangaribuan dan Ibunda tercinta Tianggur

Sibarani yang selalu memberikan kasih sayang, mendukung dan

mendoakan penulis.

2. Abang tercinta Juni Pangaribuan, Agus Kantri Pangaribuan, kakak

tercinta Nesty Pangaribuan, Santy Pangaribuan, Mei Pangaribuan, dan

adikku tercinta Jandry Pangaribuan yang telah mendukung serta

mendoakan saya.

3. Dr Tony Sumaryada MSi sebagai pembimbing I dan Erus Rustami

MSi sebagai pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan

ilmu.

4. Dr Mamat Rahmat yang telah banyak memberikan ilmu dan berdiskusi

dengan penulis.

5. Dr Setyanto Tri Wahyudi MSi sebagai dosen penguji yang telah

memberikan masukan dan kritikan yang membangun dan Dr Ir

Irmansyah MSi sebagai kepala bagian Fisika Terapan.

6. Siti dan Pramudya sebagai teman partner dalam menyelesaikan

penelitian serta Fisika 48.

7. Anggraeni, Sinta, Evi sebagai sahabat.

8. Direktorat Pendidikan Tinggi Indonesia (DIKTI) yang telah

membiayai penulis selama kuliah melalui beasiswa BIDIK MISI.

Selanjutnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari

sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.

Semoga skripsi ini bermanfaat.

Bogor, Agustus 2015

Lenni Pabrina Pangaribuan

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 2

Angin 2

Turbin Angin 2

Jumlah Sudu 3

Penampang Baling-Baling Airfoil 3

Daya Angin 4

Daya Mekanik Turbin 4

Efisiensi Turbin 6

Terowongan Angin 6

METODE 7

Waktu dan Tempat Penelitian 7

Alat dan Bahan Penelitian 7

Prosedur Penelitian 7

Prosedur Analisis Data 8

HASIL DAN PEMBAHASAN 9

Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap RPM 9

Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap Daya Turbin 9

Hubungan antara Kecepatan Angin terhadap Efisiensi Turbin 10

Hubungan antara RPM dengan Daya Turbin 11

Hubungan antara RPM dengan Efisiensi Turbin 12

SIMPULAN DAN SARAN 12

Simpulan 12

Saran 12

DAFTAR PUSTAKA 13

LAMPIRAN 14

RIWAYAT HIDUP 18

DAFTAR GAMBAR

1 Penampang baling-baling Airfoil 3 2 Profil kecepatan angin melewati penampang motor 4 3 Terowongan Angin 6 4 Distribusi Pressure coefficient profil blade 8 5 Model turbin dengan jumlah blade 8 6 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap RPM 9 7 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap daya turbin 9 8 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap efisiensi turbin 10 9 Grafik hubungan RPM dengan daya turbin 11

10 Grafik hubungan RPM dengan efisisensi turbin 11

DAFTAR LAMPIRAN

1 Rumus yang digunakan untuk analisis data 14 2 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 3

buah 15 3 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 5

buah 15 4 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 7

buah 16 5 Diagram alir prosedur penelitian 17

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Di dalam kehidupan manusia zaman masa kini, kemajuan-kemajuan besar

sangat berkembang pesat dalam kebudayaan yang selalu diikuti oleh

meningkatnya konsumsi energi. Peningkatan ini semakin menipisnya sumber

energi yang tidak dapat terbarukan (nonrenewable), serta penggunaan bahan bakar

yang ramah lingkungan, memerlukan suatu jalan alternatif guna mengganti

sumber energi tersebut dengan sumber energi yang terbarukan (renewable).

Sumber energi tak terbarukan yang banyak digunakan saat ini adalah bahan bakar

yang berasal dari fosil (minyak bumi, gas alam, dan batubara).1 Sayangnya energi

ini termasuk energi yang tidak dapat diperbaharui dan jika energi fosil ini habis

maka diperlukan sumber-sumber energi baru. Selain itu penggunaan energi fosil

juga berdampak negatif terhadap lingkungan, seperti pemanasan global yang

berdampak pada kerusakan ekologi.2

Salah satu upaya mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan

energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel.

Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana-mana, baik di daerah landai

maupun di dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut. Pemanfaatan sumber

energi angin di indonesia masih langka, hal tersebut dimungkinkan teknologi dan

pengetahuan belum populer, arah angin di Indonesia mudah berubah-ubah,

kecepatan angin berfluktuasi dan tidak ekonomis.3 Selama ini angin dipandang

sebagai proses alami yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan

produktif masyarakat. Namun daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin

yang tinggi perlu diidentifikasi agar pemanfaatan energi angin ini lebih kompetitif

dibandingkan dengan energi alternatif lainnya.3

Angin di Indonesia memiliki kecepatan yang bervariasi sesuai dengan

letak geografisnya. Pada umumnya kecepatan angin di dataran rendah memiliki

angin dengan berkecepatan rendah hingga berkecepatan sedang. Sedangkan untuk

kecepatan angin di dataran tinggi dan daerah pesisir pantai memiliki angin dengan

berkecepatan sedang hingga berkecepatan tinggi.4 Hal ini energi terbarukan salah

satunya energi angin, perlu dimanfaatkan dengan baik dengan cara menggunakan

turbin angin. Turbin angin dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik.

Salah satu jenis turbin angin yakni turbin angin sumbu tegak (TAST) yang

memiliki poros sumbu utama dengan tegak lurus terhadap tanah.4 Penggunaan

turbin angin saat ini semakin mengalami peningkatan guna memanfaatkan energi

angin secara efektif, khususnya pada daerah dataran tinggi maupun daerah pesisir

pantai.

Berdasarkan permasalahan di atas, maka penelitian tentang pengaruh

jumlah sudu turbin angin TAST atau Vertical Axis Wind Turbine terhadap

karateristik daya dan efisiensi turbin ini perlu dilakukan untuk melihat besar nilai

daya dan efisiensi turbin angin dengan jumlah sudu yang berbeda.

2

Perumusan Masalah

Bagaimana pengaruh jumlah sudu turbin angin sumbu tegak terhadap daya

dan efisiensi yang dihasilkan oleh turbin?

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan pengaruh jumlah sudu

turbin angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin.

Manfaat Penelitian

Dari hasil penelitian ini dapat mengetahui pengaruh jumlah sudu turbin

angin sumbu tegak terhadap daya dan efisiensi turbin, sehingga dapat diketahui

desain turbin mana yang mempunyai nilai optimal. Serta dapat memberikan solusi

untuk mengatasi krisis energi dengan memanfaatkan sumber daya yang tersedia di

alam khususnya angin dengan menggunakan TAST.

TINJAUAN PUSTAKA

Angin

Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara

antara tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah atau dari

daerah dengan suhu rendah ke wilayah bersuhu yang lebih tinggi. Angin

merupakan aliran fluida yang mempunyai sifat-sifat aerodinamis, yaitu sifat

kompresibel (mampat), viskositas (kekentalan), densitas (kerapatan) dan

turbulensi.3

Turbin Angin

Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir-angin merupakan

sarana pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar

generator listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM

dan tersebar di berbagai negara: Persia, Babilonia, Mesir, China dan di benua

Eropa dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros,

jenis-jenis turbin angin itu dapat dibagi ke dalam dua kategori, yakni: turbin angin

dengan sumbu horisontal dan turbin angin dengan sumbu vertikal.5

Jenis-jenis turbin sangatlah banyak, tetapi secara garis besar dapat

dibedakan atas dua tipe yaitu turbin angin sumbu horizontal (horiontal axis wind

turbine) merupakan turbin angin dimana sumbu putarnya sejajar dengan tanah.4

Turbin angin sumbu vertikal (vertical axis wind turbine) merupakan turbin angin

dimana sumbu putarnya tegak lurus atau vertikal dengan tanah. TAST memiliki

keuntungan seperti desain yang sederhana, tip speed ratio yang rendah sehingga

tidak rusak pada kecepatan tinggi, dan bilah turbin angin yang memiliki arah

3

vertikal dimana gerakan sudu sejajar arah angin sehingga turbin akan responsif

terhadap segala arah angin dan mampu menghasilkan torsi yang lebih tinggi dari

kisaran kecepatan angin yang rendah hingga kecepatan angin yang tinggi.6

Sedangkan kelemahan yang ditemukan pada TAST yaitu, pada skala yang

sama, rata-rata TAST hanya mampu menghasilkan 50% dari total efisiensi

HAWT. Khususnya turbin angin Savonius, efisiensi yang mampu dihasilkan

sekitar 15-25% dari total energi angin yang diterima dan Tip speed ratio atau λ

yang dihasilkan rendah sehingga efisiensi yang dihasilkan akan rendah.7

Jumlah Sudu

Pada tinjauan teoritis yang benar belum ditemukan sebagai konsep terbaik

jumlah sudu yang digunakan, karena selama ini lebih ditentukan oleh jenis

penggunaannya, seperti untuk pembangkit listrik atau pompa air, dan kecepatan

angin saat rotor mulai berputar.7 Adapun variasi jumlah sudu yakni tiga, lima, dan

tujuh sudu.

Penampang Baling-Baling Airfoil

Turbin mempunyai sudu (sirip baling-baling) berbentuk penampang sayap

pesawat (aerofoil). Airfoil adalah suatu cakram berpenampang lengkung parabolik

dengan bagian depan cukup lurus dan bagian ujung meruncing. Ketika angin

melewati airfoil lebih cepat pada bagian atas dibandingkan dengan bagian

bawahnya. Hal ini disebabkan tekanan pada bagian bawah lebih besar dan

mengakibatkan terbentuknya gaya angkat.8

Laju putaran rotor turbin juga tergantung dari bentuk penampang baling-

baling. Konstruksi penampang baling-baling mempengaruhi gaya angkat (lift) dan

gaya dorong (drag) sehingga mempengaruhi besaran laju putar (rpm) pada rotor

turbin.8

Pada gambar 1 menunjukkan komponen aerodinamis penampang baling-

baling yang terdiri dari chord line, angle of attack, leading edge dan trailing edge

serta posisi arah angin menuju penampang baling-baling.8

Gambar 1 Penampang baling-baling airfoil

4

Daya Angin

Daya yang dihasilkan oleh poros suatu turbin merupakan transformasi

energi kinetik yang terdapat pada aliran angin. Aliran angin bergerak dengan nilai

kecepatan tertentu dengan besaran energi kinetik yang dapat diserap oleh susunan

sudu turbin angin.4 Dari teori Betz udara yang memiliki massa m dan kecepatan v

akan menghasilkan energi kinetik dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(1)

Volume udara per satuan waktu (debit) yang bergerak dengan kecepatan v dan

melewati daerah seluas A dengan persamaan di bawah adalah:

(2)

Massa udara yang bergerak dalam satuan waktu dengan kerapatan pada

persamaan berikut, yaitu:

(3)

Sehingga energi kinetik angin yang berhembus dalam satuan waktu (daya angin)

dapat dihitung dengan persamaan di bawah adalah:

( )( )

(4)

Dengan:

= daya angin (watt)

= densitas udara ( = 1.225 kg/ )

A = luas penampang turbin ( )

v = kecepatan udara (m/s)

Besar daya di atas adalah daya yang dimiliki oleh angin sebelum dikonversi atau

sebelum melewati turbin angin.9

Daya Mekanik Turbin

Dalam sistem konversi energi angin, energi mekanik turbin hanya dapat

diperoleh dari energi kinetik yang tersimpan dalam aliran angin, berarti tanpa

perubahan aliran massa udara.2 Jika = kecepatan angin di depan rotor, =

kecepatan angin saat melewati rotor, dan = kecepatan angin di belakang rotor,

maka daya mekanik turbin diperoleh dari selisih energi kinetik angin sebelum dan

setelah melewati turbin.2

Gambar 2 Profil kecepatan angin melewati penampang rotor

5

Daya mekanik turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 5 yaitu:

(5)

(

)

Dari persamaan kontinuitas diperoleh persamaan seperti di bawah:

(6)

Sehingga diperoleh persamaan seperti berikut,

(

) (7)

Dengan menstubstitusi persamaan (3) ke persamaan (7) maka didapatkan menjadi

persamaan berikut:

(

) (8)

Untuk mendapatkan daya maksimum, maka diperlukan suatu nilai

perbandingan (rasio) antara dan . Untuk mendapatkan rasio ini diperlukan

suatu persamaan yang menunjukkan daya mekanik turbin.

Gaya yang bekerja pada turbin pada gambar 2, didapatkan persamaan 9

yaitu:

( ) (9)

Maka daya turbin didapatkan dengan persamaan 10 adalah:

( ) (10)

Dari persamaan (8) dan (10) didapatkan persamaan 11 seperti berikut :

(

) ( ) (11)

( )( ) ( )

( )( )

( )

( )

sehingga kecepatan aliran pada turbin sebanding dengan nilai dan . Aliran

massa udara dapat dihitung dengan persamaan 12 menjadi:

( ) (12)

Daya mekanik turbin dapat dihitung dengan persamaan 13 menjadi:

(

) (13)

(

( )) (

)

( ) (

)

Sehingga perbandingan daya mekanik turbin dan daya keluaran

teoritiknya, yang biasa disebut sebagai faktor daya (Cp ) dengan persamaan 14

yakni:

6

( )(

)

(14)

Tip speed ratio dapat dihitung dengan persamaan 15 seperti berikut :

λ =

(15)

Dengan:

λ = tip speed ratio (rad)

= kecepatan sudut turbin (rad/s)

R = jari-jari turbin (m)

Vw = kecepatan angin (m/s)

TSR juga dapat diperoleh dari persamaan:

λ

(16)

Blade tip speed merupakan kecepatan ujung blade atau rotor, dimana:

( )

(17)

dengan D adalah diameter turbin. Karena setiap tipe turbin angin memiliki

karakteristik yang berbeda-beda, maka faktor daya sebagai fungsi dari TSR juga

berbeda.2

Efisiensi Turbin

Dengan daya angin dan turbin yang telah diketahui maka nilai efisiensi

turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Terowongan Angin

Gambar 3 Terowongan Angin

7

Terowongan angin atau wind tunnel adalah peralatan yang digunakan

untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap sebuah model.10

Guna

mendapatkan hasil yang valid mengenai fenomena terjadi pada model ketika

dialiri oleh suatu fluida, maka diperlukan kualitas aliran yang baik pada

terowongan angin. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh efisiensi kerja yang

maksimal dan dapat mereduksi beberapa masalah yang ditimbulkan oleh aliran.

METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan Mei 2015.

Perancangan dan pembuatan terowongan angin dilakukan di bengkel

cangkorawok. Sedangkan pengujian alat dilakukan di Laboratorium

Mikrokontroler Fisika di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Alat dan Bahan Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: Terowongan

angin, Kipas angin, Laptop, Sensor DHT, sensor RPM, Gunting, Anemometer,

Printer 3 Dimensi, Dimmer, Kabel, Solder dan Alat lem tembak. Bahan-bahan

yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: Plastik ABS, Lem Power Glue,

Lem tembak, Sedotan dan Akrilik.

Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilakukan beberapa tahap yaitu tahap pertama dengan studi

literatur. Tahap kedua dalam penelitian ini adalah perancangan turbin dilakukan

dengan simulasi menggunakan perangkat lunak Aerofoil versi 3.2 dan desain

struktur dengan menggunakan Google Sketchup Pro 8. Bentuk turbin TAST

merupakan kombinasi dari konsep Savonius dan Darrieus dengan bentuk sudu

ialah sayap pesawat NACA 6412 termodifikasi, seperti terlihat pada Gambar 4.

Setelah itu dilakukan pembuatan model turbin yang terbuat dari plastik ABS

dengan menggunakan Printer 3 Dimensi. Tahap selanjutnya pemasangan turbin

angin pada terowongan angin untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap

sebuah model.

Setelah semua alat dan bahan sudah lengkap maka tahap selanjutnya

adalah set up alat. Tahapan set up alat dilakukan untuk melakukan pengujian dan

pengambilan data. Dari data yang diperoleh maka selanjutnya data dianalisis

dengan acuan teori yang ada.

8

(a) (b)

Gambar 4 Distribusi pressure coefficient profil blade

(a) NACA 6412 (b) NACA 6412 termodifikasi

(a) (b) (c)

Gambar 5 Model Turbin dengan jumlah blade (a) 3 buah dan

(b) 5 buah (c) 7 buah

Prosedur Analisis Data

Data yang diambil dari pengujian turbin adalah kecepatan angin, rpm dan

suhu, kelembaban yang dihasilkan turbin pada terowongan angin. Data tersebut

kemudian dianalisis untuk melihat korelasi antara kecepatan angin, daya turbin

angin, rpm dan efisiensi turbin angin yang dihasilkan. Data ini akan dianalisis

untuk mendapatkan kesimpulan dan saran atau rekomendasi yang dapat dilakukan

dalam mengembangkan konsep dan implementasi desain.

9

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap RPM Turbin

Gambar 6 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap RPM

Hubungan kecepatan awal angin terhadap rpm yakni rpm memiliki

korelasi positif dengan meningkatnya kecepatan angin. Sebab kecepatan awal

angin berbanding lurus dengan rpm. Dari hasil grafik diperoleh semakin besar

nilai kecepatan awal angin yang masuk pada turbin angin, maka putaran turbin

(RPM) semakin meningkat.11

Turbin angin yang memiliki rpm paling besar

terdapat pada turbin dengan jumlah sudu 7 buah yaitu mencapai 97.98 rpm.

Turbin angin dengan jumlah sudu 5 buah, mencapai 66.12 rpm dan turbin angin

dengan jumlah sudu 3 buah, mencapai 50.80 rpm. Hal ini menunjukkan semakin

banyak jumlah sudu yang terpasang akan memperkecil drag positif pada turbin

angin dan akan memiliki putaran turbin semakin tinggi, karena energi angin yang

masuk ke ruang turbin semakin terpusat dan turbin semakin mudah berputar.

Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap Daya Turbin

Gambar 7 Grafik hubungan kecepatan awal angin terhadap daya turbin

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6

n (

RP

M)

Kecepatan Awal Angin (m/s)

3 Sudu

5 Sudu

7 Sudu

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 1 2 3 4 5 6

Day

a Tu

rbin

(w

att)

Kecepatan Awal Angin (m/s)

3 Sudu

5 Sudu

7 Sudu

10

Dari grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya turbin ialah

apabila kecepatan angin yang masuk semakin besar, maka nilai daya turbin juga

semakin meningkat.1 Turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah memiliki nilai

daya turbin mencapai 1.95 watt, turbin angin dengan jumlah sudu 5 buah memiliki

nilai daya turbin mencapai 1.01 watt dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 buah

memiliki nilai daya turbin mencapai 1.14 watt. Nilai daya turbin yang paling besar

terdapat pada turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah, nilai daya turbin angin

dengan jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 buah sebanding,

dipengaruhi oleh kecepatan angin yang masuk pada terowongan angin hampir

sama. Dari hasil grafik didapatkan turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah yang

memiliki nilai daya turbin yang paling besar, sebab angin yang masuk pada ruang

turbin semakin terpusat pada turbin, sehingga menghasilkan daya turbin yang

besar.

Hubungan antara Kecepatan Awal Angin terhadap Efisiensi Turbin

Hubungan antara kecepatan angin dengan efisiensi turbin yakni semakin

besar kecepatan angin yang masuk pada turbin, maka kenaikan daya turbin juga

semakin besar. Jadi semakin besar nilai daya turbin maka nilai efisiensi turbin

juga harus semakin besar, sebab efisiensi turbin merupakan perbandingan antara

daya turbin dengan daya angin. Bila dilihat dari hasil grafik seiring dengan

bertambahnya kecepatan angin maka grafik tersebut mengalami penurunan. Hal

ini dikarenakan pada kecepatan tinggi nilai kenaikan daya turbin tidak sebanding

dengan daya angin yang peningkatannya semakin besar seiring peningkatan

kecepatan angin dan jumlah sudu.12

Perbandingan daya angin yang diserap sudu

lebih kecil dibandingkan dengan daya angin yang menerobos melalui celah pada

turbin, sehingga efisiensi turbin semakin menurun.13

Turbin angin dengan jumlah

sudu 7 buah, nilai efisiensi mencapai 58.93 %. Nilai efisiensi untuk turbin angin

dengan jumlah sudu 5 buah mencapai 48.99 %. Nilai efisiensi untuk turbin dengan

jumlah sudu 3 buah mencapai 51.51 %.

Gambar 8 Grafik hubungan kecepatan awal angin dengan efisiensi turbin

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6

Efis

ien

si T

urb

in (

%)

Kecepatan Awal Angin (m/s)

3 Sudu

5 Sudu

7 Sudu

11

Hubungan antara RPM dengan Daya Turbin

Gambar 9 Grafik hubungan RPM dengan daya turbin

Dari hasil grafik menunjukkan semakin tinggi nilai rpm maka besar daya

turbin semakin meningkat.11

Karena rpm berbanding lurus dengan daya turbin.

Turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah memiliki nilai rpm paling besar

dibandingkan dengan turbin angin dengan jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan

jumlah sudu 3 buah. Bila dilihat dari hasil grafik untuk turbin angin dengan

jumlah sudu 5 dan turbin angin dengan jumlah sudu 3 memiliki nilai daya turbin

yang sebanding. Hal ini karena pengaruh besar kecepatan angin yang masuk pada

terowongan angin hampir sebanding, saat turbin angin dengan jumlah sudu 5 dan

turbin angin dengan jumlah sudu 3 terpasang. Nilai rpm pada turbin angin dengan

jumlah sudu 7 buah mencapai 97.98 %. Nilai rpm pada turbin angin dengan

jumlah sudu 5 buah mencapai 66.12 %. Nilai rpm pada turbin angin dengan

jumlah sudu 3 buah mencapai 50.80 %.

Hubungan antara RPM dengan Efisiensi Turbin

Gambar 10 Grafik hubungan RPM dengan efisiensi turbin

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80 100 120

Day

a Tu

rbin

(w

att)

n (RPM)

3 Sudu

5 Sudu

7 Sudu

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120

Efis

ien

si T

urb

in (

%)

n (RPM)

3 Sudu

5 Sudu

7 Sudu

12

Dari jurnal hasil penelitian yang dilakukan oleh saudara Bayu Mahendra

yang menyatakan semakin meningkatnya kecepatan angin maka kenaikan daya

turbin semakin besar, sebab semakin besar nilai kecepatan angin maka nilai rpm

semakin tinggi yang mengakibatkan nilai daya turbin juga semakin meningkat.

Dari teori bahwa semakin besar nilai rpm maka seharusnya nilai efisiensi turbin

juga semakin meningkat, sebab efisiensi adalah rasio dari nilai daya turbin dengan

daya angin. Dari hasil grafik bahwa semakin besar nilai rpm, nilai efisiensi turbin

mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan pada kecepatan tinggi, nilai kenaikan

daya turbin tidak sebanding dengan daya angin yang peningkatannya semakin

besar, seiring peningkatan kecepatan angin dan perbandingan daya angin yang

diserap sudu lebih kecil dengan daya angin yang menerobos melalui celah pada

turbin. Sehingga semakin tinggi kecepatan angin maka losses yang terjadi

semakin besar sehingga efisiensi yang dihasilkan juga semakin menurun.13

Dari

hasil grafik diperoleh nilai rpm daya turbin angin dengan jumlah sudu 7 buah

mencapai 58.93 %.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Pengaruh jumlah sudu turbin angin sumbu tegak (TAST) terhadap daya dan

efisiensi turbin, didapatkan bahwa dari variasi sudu 3, 5 dan 7 buah bahwa turbin

angin dengan jumlah sudu 7 buahlah yang memiliki kemampuan turbin untuk

berakselerasi dari keadaan diam sampai bisa berputar. Hal ini semakin banyak

sudu yang terpasang pada turbin angin dengan jumlah sudu 7 menyebabkan energi

angin yang masuk ke dalam ruang turbin semakin terpusat dan menghasilkan

putaran turbin (RPM) dan daya turbin semakin tinggi.

Hasil pengujian dan pengolahan data menunjukkan bahwa jumlah sudu

berpengaruh pada unjuk kerja turbin angin. Turbin angin sumbu tegak dengan

kecepatan tinggi menghasilkan daya turbin yang tinggi dan sebaliknya

menghasilkan efisiensi rendah. Daya turbin yang terbesar didapatkan dari turbin

angin sumbu tegak yang memiliki jumlah sudu 7 buah yaitu sebesar 1.95 watt.

Efisiensi turbin yang terbesar didapatkan dari turbin angin sumbu tegak yang

memiliki jumlah sudu 7 buah yaitu sebesar 58.93 %.

Saran

Saran untuk penelitian selanjutnya adalah dengan membuat ukuran

terowongan angin (wind tunnel) yang lebih besar lagi dengan tujuan

mempermudah dalam melakukan penelitian, selain itu untuk mengukur kecepatan

angin dengan menggunakan sensor serta menggunakan dimmer yang lebih bagus

dianjurkan untuk penelitian selanjutnya.

13

DAFTAR PUSTAKA

1. Patabang D. Rancang Bangun Kincir Angin Savonious untuk

Membangkitkan Energi Listrik Skala Kecil. Jurnal Mekanikal. 2010;

1(1):1-6.

2. Dewi ML. Analisis Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal dengan

Modifikasi Rotor Savonius L untuk Optimasi Kinerja Turbin Angin

[skripsi]. Surakarta: Sebelas Maret Univ Pr. 2010.

3. Marnoto T. Peningkatan Effisiensi Kincir Angin Poros Vertikal melalui

Sistem Buka - Tutup Sirip pada Tiga Sudu. Jurnal Teknik Mesin. 2011;

11(2):122-124.

4. Tanti N, Arnetto A. Pembuatan Program Perancangan Turbin Savonius

Tipe – U untuk pembangkit Listrik Tenaga Angin. Jurnal Mechanical.

Lampung. 2011; 2(1):7.

5. Reksoatmodjo TN. Vertical-Axis Differential Drag Windmill. Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri. Universitas Jendral Achmad

Yani. Jurnal Teknik Mesin. 2005; 6(2).

6. Latif M. Efisiensi Prototipe Turbin Savonius pada Kecepatan Angin

Rendah. Universitas Andalas. Jurnal Rekayasa Elektrika. Padang. 2013;

10(3):147.

7. Martinus ST et al. Analisis Fenomena Penampang Alir VAWT Tipe Heliks

Terhadap Kecepatan Angin Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif

Berskala Rumah Tangga. Universitas Lampung. Jurnal Mechanical.

Lampung. 2011; 2(2):3-4.

8. Ezwarsyah A. Prototipe Turbin Angin Skala Kecil Tipe Vertikal Axis

Untuk Battery Charging Di Daerah Remote Area. Electrician Jurnal

Rekayasa dan Teknologi Elektro. Lhokseumawe. 2009; 3(2).

9. Qasim AY et al. The Parameters Affect On Power Coefficient Vertical

Axis Wind Turbin. Universitas Perlis. IIUM Engineering Journal.

Malaysia. 2012; 13(1):60.

10. Natalia Kristin et al. Karakteristik Wind Turbin Tipe Horizontal Tiga Sudu

Menggunakan Wind Tunnel Sederhana. Seminar Nasional

Fisika.Universitas Negeri Jakarta. 2013.

11. Pradana Achmada Jaya et al. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal

Jenis Savonious dengan Variasi Profil Kurva Blade untuk Memperoleh

Daya Maksimum. Jurnal Teknik POMITS. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas

Teknologi Industri. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). 2013;

7(7):1-6.

12. Kusbiantoro Andri et al. Pengaruh Panjang Lengkung Sudu Terhadap

Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Vertikal Savonious [karya ilmiah].

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Malang : Universitas Brawijaya.

13. Mahendra Bayu et al. Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja

Turbin Angin Savonious Type L [karya ilmiah]. Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik. Malang : Universitas Brawijaya.

14

Lampiran 1 Rumus yang digunakan dalam analisis data

1) Rumus Daya Angin ( PW )

2) Rumus Daya Turbin ( PT)

( )(

)

3) Rumus Efisiensi Turbin

4) Rumus Tip Speed Ratio (TSR)

5) Rumus Torsi

6) Luas turbin angin

A = Diameter x Tinggi turbin

Keterangan :

Diameter turbin = 0.236 m

Tinggi Turbin = 0.205 m

Jari-jari ( R ) = 0.118 m

15

Lampiran 2 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 3

buah

Nilai

Kecepatan

awal

angin

(m/s)

Kecepatan

akhir

angin

(m/s)

N

(rpm)

Daya

angin

(watt)

Daya

turbin

(watt)

Cp

(Pt/Pw)

Efisisensi

turbin

(%)

TSR Torsi

(Nm)

1 1.91 1.30 3.33 0.21 0.09 0.45 44.96 0.02 12.78

2 2.35 1.81 11.01 0.38 0.14 0.36 36.09 0.06 2.71

3 2.87 2.45 21.26 0.70 0.18 0.25 25.28 0.09 1.62

4 3.33 2.79 26.77 1.10 0.30 0.28 27.51 0.10 1.86

5 4.01 3.20 33.91 1.90 0.62 0.32 32.49 0.10 2.41

6 4.40 3.67 38.29 2.52 0.70 0.28 27.92 0.11 2.75

7 4.69 4.05 42.53 3.06 0.73 0.24 23.74 0.11 2.88

8 5.10 4.38 47.27 3.93 0.95 0.24 24.29 0.11 3.26

9 5.38 4.62 50.80 4.62 1.14 0.25 24.57 0.12 3.50

Lampiran 3 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 5

buah

Nilai

Kecepatan

awal

angin

(m/s)

Kecepatan

akhir

angin

(m/s)

N

(rpm)

Daya

angin

(watt)

Daya

turbin

(watt)

Cp

(Pt/Pw)

Efisiensi

turbin

(%)

TSR Torsi

(Nm)

1 0.92 0.58 9.00 0.02 0.01 0.49 48.60 0.12 0.09

2 1.31 0.94 13.88 0.07 0.03 0.41 41.26 0.13 0.16

3 1.71 1.36 20.55 0.15 0.05 0.33 32.89 0.15 0.22

4 2.30 1.64 23.90 0.36 0.15 0.42 42.15 0.13 0.53

5 2.65 2.01 30.39 0.55 0.21 0.37 37.18 0.14 0.58

6 3.01 2.47 36.17 0.81 0.24 0.30 29.51 0.15 0.67

7 3.58 2.92 40.68 1.36 0.42 0.31 30.61 0.14 1.07

8 4.14 3.48 51.54 2.11 0.57 0.27 27.02 0.15 1.20

9 4.62 3.86 57.91 2.92 0.81 0.28 27.68 0.15 1.46

10 4.95 4.27 62.02 3.59 0.86 0.24 23.93 0.15 1.68

11 5.23 4.52 66.12 4.25 1.01 0.24 23.77 0.16 1.85

16

Lampiran 4 Hasil pengolahan data penelitian pada TAST dengan jumlah sudu 7

buah

Nilai

Kecepatan

awal

angin

(m/s)

Kecepatan

akhir

angin

(m/s)

N

(rpm)

Daya

angin

(watt)

Daya

turbin

(watt)

Cp

(Pt/Pw)

Efisiensi

turbin

(%)

TSR Torsi

(Nm)

1 0.86 0.33 8.44 0.02 0.01 0.59 58.93 0.12 0.08

2 1.30 0.71 20.03 0.07 0.04 0.54 54.18 0.19 0.08

3 1.96 1.30 29.68 0.22 0.10 0.47 46.52 0.19 0.18

4 2.41 1.88 38.39 0.41 0.14 0.35 34.61 0.20 0.25

5 2.81 2.28 47.94 0.66 0.20 0.31 30.91 0.21 0.29

6 3.31 2.53 53.57 1.07 0.39 0.37 36.64 0.20 0.45

7 3.82 2.84 64.11 1.65 0.65 0.39 39.10 0.21 0.56

8 4.33 3.13 74.02 2.41 0.99 0.41 41.11 0.21 0.69

9 4.66 3.48 81.14 3.00 1.15 0.39 38.53 0.22 0.77

10 5.19 3.86 93.68 4.15 1.61 0.39 38.90 0.22 0.89

11 5.48 4.03 97.98 4.89 1.95 0.40 39.99 0.22 1.01

17

Lampiran 5 Diagram alir prosedur penelitian

Mulai

Studi

Pustaka

Perancangan dan

Pembuatan Model Turbin

Pemasangan Turbin

Angin ke Terowongan Angin

Set-up Alat

Pengambilan Data

RPM Kecepatan Angin

Analisis Data

Kesimpulan dan Saran

Selesai

18

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Laguboti, Sumatera Utara pada tanggal 1 Mei 1992

dari Ayah tercinta Alden Pangaribuan dan Ibu tercinta Tianggur Sibarani. Penulis

adalah putri ke enam dari tujuh bersaudara. Tahun 2011 penulis lulus dari SMA

Negeri 1 Laguboti dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut

Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan

diterima di departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis menerima beasiswa BIDIK MISI

tahun 2011-2015. Penulis aktif dalam kegiatan Unit Kegiatan Mahasiswa

Persekutuan Mahasiswa Kristen IPB (UKM PMK IPB) dan Persekutuan

Mahasiswa Kristen se-kota Bogor. Tahun 2012-2013 penulis aktif dalam kegiatan

organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI).