...

Document

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Description

Transcript

Document
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Pengaruh Jumlah dan Sudut Sudu Pengarah Omni-Directional Terhadap
Daya yang Dihasilkan Turbin Angin Savonius
Dominicus Danardono Dwi Prija Tjahjana1,a *, Yasir Denhas1,b dan Eko
Prasetya Budiana1,c
1
Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36A, Surakarta, Indonesia 57126
a
[email protected], b [email protected], c [email protected]
Abstrak
Tujuan dari riset ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah dan sudut dari omni-directional
guide vane (sudu pengarah multi arah) terhadap daya output dari sebuah turbin angin tipe savonius.
Turbin angin kecepatan rendah ini diperuntukkan untuk mendapatkan energi di puncak (roof-top)
gedung bertingkat di daerah perkotaan (urban). Pengujian dilaksanakan dalam skala lab, dengan
menggunakan turbin angin savonius berdiameter 200 mm dan tinggi 180 mm. Kecepatan angin
penggerak turbin diatur antara 6,5 sampai dengan 10,6 m/det. Sedangkan variasi jumlah sudu yang
digunakan ada 3 macam dan masing-masing diuji pada 3 macam besar sudut sudu yang berbeda.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa tubin angin yang dilengkapi 6 buah sudu pengarah pada sudut
60° mampu menghasilkan daya terbesar. Sudu pengarah omni-directional mampu meningkatkan
daya turbin savonius sampai sebesar 146%.
Kata kunci : Savonius, Sudu pengarah, Omni-directional, Urban
Pendahuluan
Dewasa ini energi angin menjadi sumber
energi yang mempunyai pertumbuhan paling
pesat di dunia. Selama bertahun-tahun turbin
angin, terutama turbin angin dengan sumbu
poros horisontal (HAWT) digunakan untuk
menghasilkan energi listrik yang ramah
lingkungan, yang kemudian disuplai ke
perkotaan. Kapasitas energi angin di dunia
dari tahun ke tahun selalu meningkat dan di
tahun 2010 mencapai 196.630 MW [1].
Sayangnya,
di
daerah-daerah
dengan
kecepatan angin yang rendah, turbin angin
konvensional tidak cocok untuk dipasang,
karena turbin-turbin tersebut dirancang untuk
bekerja di wilayah dengan kecepatan angin
tinggi [2]. Kondisi kecepatan angin rendah
dialami oleh daerah di sekitar garis
katulistiwa (doldrums) seperti di Indonesia.
Penggunaan turbin angin di daerah
perkotaan di Indonesia masih belum menjadi
isu yang menarik. Hal ini dikarenakan
kekasaran permukaan di perkotaan yang
sangat tinggi, menyebabkan penurunan
pecepatan angin yang cukup signifikan. Di
sisi lain, semakin banyaknya gedung pencakar
langit di daerah perkotaan menjadi suatu
peluang untuk bisa mendapatkan energi angin
dengan memasangkan turbin angin yang
sesuai di puncak gedung-gedung tersebut [2].
Tipe turbin angin harus dipilih dan dirancang
dengan hati-hati dengan mempertimbangkan
karakteristik angin di wilayah perkotaan.
Selain itu turbin angin mempunyai
kekurangan terhadap lingkungan, yang
disebut sebagai visual impact atau visual
pollution. Untuk mengatasi hal ini perlu
dirancang turbin angin yang menyatu dengan
desain gedung, sehingga tidak mengurangi
estetika gedung di mana turbin angin
dipasang [3,4].
Turbin angin Savonius adalah sebuah
turbin angin tipe drag dengan sumbu vertikal
(VAWT). Turbin ini mempunyai konstruksi
yang sederhana, mudah dibuat dan mampu
memanfaatkan angin dari segala arah untuk
menghasilkan energi. Meskipun demikian,
sisi cembung sudu yang dihadapkan pada arah
MT 20
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
datangnya angin menjadi penghambat karena
menghasilkan torsi negatif yang berlawanan
dengan arah putaran turbin [5]. Untuk
mengurangi torsi negatif yang dihasilkan oleh
sisi cembung sudu maka digunakan sudu
pengarah aliran (guide vane). Sudu pengarah
akan menutup aliran angin yang menuju sisi
cembung sudu dan mengarahkannya ke sisi
cekung sudu.
Penelitian sebelumnya terhadap panjang
dan sudut sudu pengarah pada turbin savonius
menunjukan adanya peningkatan daya turbin
sampai dengan 75% dengan penambahan
sudu pengarah pada panjang dan arah tertentu
[5]. Banyak faktor dari sudu pengarah yang
berpengaruh terhadap peningkatan daya
turbin, diantaranya panjang sudu pengarah,
bentuk, jumlah dan sudut kemiringan dari
sudu pengarah. Untuk menghasilkan daya
yang optimal bentuk dari turbin savonius juga
harus diperhatikan. Turbin savonius yang
mampu menghasilkan daya yang baik pada
kecepatan rendah adalah turbin yang memiliki
2 buah sudu [6] dan memiliki end plate atau
penutup pada bagian atas dan bagian bawah
turbin.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh jumlah sudu pengarah
dan sudut kemiringan sebuah omnidirectional guide vane (sudu pengarah multi
arah) terhadap daya yang dihasilkan poros
turbin angin Savonius.
Turbin Savonius dengan sudu pengarah
dapat dilihat pada Gambar 2. Variasi jumlah
sudu pengarah dan sudut kemiringan sudu
pengarah diujikan pada penelitian ini. Variasi
jumlah sudu pengarah yaitu 4, 5 dan 6 buah
sudu. Sedangan pada sudut kemiringan
menggunakan variasi 20°, 40° dan 60°
(Gambar 3). Pengujian dilakukan dengan
menempatkan blower sebagai sumber angin
tegak lurus dengan turbin, seperti terlihat pada
skema pada Gambar 4.
Metode Penelitian
Dalam penelitian ini digunakan turbin
Savonius dengan 2 sudu rotor, seperti yang
ditampilkan pada Gambar 1, dengan diameter
200 mm dan tinggi 180 mm.
Gambar 3. Sudut kemiringan (α) sudu
pengarah.
Gambar 2. Turbin Savonius dengan sudu
pengarah
α
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Gambar 1. Turbin Savonius
Fan
Turbin Angin
Poros turbin angin
Anemometer
Tachometer
Generator
Gambar 4. Skema percobaan
MT 20
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Hasil dan Pembahasan
Gambar 5.c menunjukkan bahwa turbin
tanpa pengarah menghasilkan daya 303,6x10-3
Watt. Sedangkan turbin dengan 6 sudu
pengarah pada posisi kemiringan 60º turbin
mampu menghasilkan daya 746,5x10-3 Watt.
Daya pada turbin savonius pada setiap
variasi desain akan meningkat seiring dengan
peningkatan kecepatan angin, seperti terlihat
pada Gambar 5.
Gambar 6 menunjukkan bahwa pada
setiap variasi jumlah pengarah 4, 5 dan 6
sudu, sudut kemiringan 60o memiliki
performa yang paling baik. Peningkatan daya
disebabkan
karena
dengan
semakin
bertambahnya sudut kemiringan sudu
pengarah, maka bagian cembung dari turbin
savonius akan semakin tertutup, sehingga
torsi negatif yang dihasilkan turbin akan
berkurang [5]. Sudu pengarah mampu
meningkatkan unjuk kerja aerodinamika
turbin angin [7,8]. Semakin bertambahnya
sudut kemiringan sudu pengarah, akan
semakin meningkatkan kecepatan angin yang
sampai ke rotor, sehingga daya yang
dihasilkan akan semakin meningkat [7].
Daya yang dihasilkan turbin savonius
juga akan meningkat seiring dengan
bertambahnya jumlah sudu pengarah.
Peningkatan daya disebabkan karena dengan
semakin banyak sudu pengarah maka akan
terjadi
penurunan
luasan
penampang
melintang ruang antar sudu pengarah.
Sehingga bertambahnya jumlah sudu akan
meningkatkan kecepatan angin yang masuk
menuju turbin.
a. Variasi 4 sudu pengarah
b. Variasi 5 sudu pengarah
3.5
3
Tanpa Guide Vane
Koefisien Daya (CP) (%)
2.5
4 GV 60 Deg
2
5 GV 60 Deg
1.5
6 GV 60 Deg
1
0.5
0
0
c. Variasi 6 sudu pengarah
0.1
0.2
0.3
0.4
Tip Speed Ratio (λ)
0.5
0.6
Gambar 6. Hubungan Coefficient of
Performance (Cp) dengan Tip Speed Ratio (λ)
pada sudut kemiringan 60 derajat.
Gambar 5. Grafik hubungan kecepatan angin
dan daya pada variasi jumlah sudu pengarah
MT 20
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Gambar 6 menunjukan grafik hubungan
nilai koefisien daya dengan tip speed ratio
pada variasi jumlah sudu pengarah dengan
sudut kemiringan 60°. Turbin savonius
dengan 6 sudu pengarah kemiringan sudu 60o
nampak memiliki koefisien daya yang paling
besar diantara semua variasi pengujian.
[2] W. T. Chong, A. Fazlizan, S. C. Poh, K.
C. Pan, H. W. Ping, Early development of
an innovative building integrated wind,
solar and rain water harvester for urban
high rise application, Energy and
Buildings 47 (2012) 201-207.
[3] S. Martens, Wind energy in urban areas.
Refocus March/April 2002:22-4.
[4] E. Dayan, Wind energy in buildings.
Refocus March/April 2006:33-8.
[5] B. Altan and M. Atilgan, A Study on
Increasing The Performance of Savonius
Wind Rotor. Journal of Mechanical
Science and Technology 26 (5) (2012)
1493-1499.
[6] N. H. Mahmoud, A. A. El-Haraoun, E.
Wahba, M.H. Nasef, An experimental
study on improvement of Savonius rotor
performance, Alexandria Engineering
Journal (2012) 51, 19-25.
[7] Y. X. Yao, Z. P. Tang, X. W. Wang,
Design based on a parametric analysis of a
drag driven VAWT with a tower cowling,
Journal of Wind Engineering and
Industrial Aerodynamics, 116 (2013) 3239.
[8] M. H. Mohamed, G. Janiga, E. Pap, D.
Thӗvenin, Optimal blade shape of a
modified Savonius turbine using an
obstacle shielding the returning blade,
Energy Conversion and Management 52
(2011) 236-242.
Kesimpulan
Berdasarkan analisis hasil percobaan,
maka dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut:
1. Turbin Savonius dengan penambahan 6
buah sudu pengarah memiliki unjuk kerja
yang lebih baik dibandingkan 4 dan 5
sudu pengarah.
2. Turbin Savonius dengan sudu pengarah
dengan
kemiringan
60°
mampu
menghasilkan daya yang lebih tinggi jika
dibandingkan dengan kemiringan 20° dan
40°.
3. Jika dibandingkan dengan turbin
Savonius tanpa sudu pengarah, maka
peningkatan daya terbesar terjadi pada
variasi 6 sudu pengarah dengan
kemiringan 60°, dimana terjadi kenaikan
sebesar 146%. Turbin tanpa pengarah
menghasilkan daya 303,6x10-3 Watt
sedangkan dengan sudu pengarah pada
variasi ini menghasilkan daya 746,5x10-3
Watt.
Referensi
[1] S. Gsӓnger, World Wind Energy Report
2010, in World Wind Energy Association,
2010.
MT 20
Fly UP