![2019 OKE Lap Penelitian Mujiburrahman [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/2019-oke-lap-penelitian-mujiburrahman.jpg)
4 0 1 MB
BIDANG ILMU : TEKNIK
LAPORAN PENELITIAN DOSEN
ANALISIS PENGARUH PANJANG TURBIN TERHADAP UNJUK KERJA TURBIN ANGIN ATAP RUMAH PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH
TIM PENGUSUL Mujiburrahman, ST., MT (NIDN. 1113118801) Heri Irawan, ST., MT (NIDN. 1130078801) FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM KALIMANTAN MUHAMMAD ARSYAD AL BANJARI BANJARMASIN 2019
i
KATA PENGANTAR
Segala Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyusun laporan penelitian ini. Shalawat dan salam kepada Rosulullah SAW, yang telah menerangi dunia dengan ilmu pengetahuan dan dakwah beliau yang tiada tandingannya. Penelitian ini memuat tentang kajian potensi turbin angin yang di aplikasikan di puncak kemiringan atap rumah sebagai pembangkit listrik skala kecil yang sangat berguna bagi kelangsungan energi listrik masa depan. Dalam proses pengerjaan laporan penelitian ini, penulis secara langsung maupun tidak langsung telah mendapatkan bantuan dan masukan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Muhammad Marsudi, M.Sc selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari. 2. Ibu Dr. Tintin Rostini, S.Pt.,MP selaku Kepala Pusat Penelitian Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari. 3. Kepada Tim Reviewer, Lembaga Pusat Penelitian Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad Al Banjari. 4. Heri Irawan, ST,.MT selaku Anggota Tim Penelitian. 5. Seluruh karib kerabat yang telah mendukung serta terlibat secara langsung atau tidak langsung dalam menungkan ide dan gagasan laporan penelitian ini. Semoga laporan penelitian ini dapat diterima memberikan pengetahuan yang lebih luas kepada pembaca. Penulis menyadari bahwa laporan penelitian ini masih jauh dari kata sempurna, kritik dan saran dari semua pihak dalam menyempurnakan penyusunan proposal. Semoga Allah senantiasa meridhai usaha kita, akhir kata penulis ucapkanTerimakasih. Banjarmasin, 09 Mei 2019
Penyusun
iii
DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL ...............................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................
ii
KATA PENGANTAR .................................................................................
iii
DAFTAR ISI ..............................................................................................
iv
ABSTRAK ..................................................................................................
v
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian dan Target Luaran .............................................
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Turbin Angin Atap Rumah ...........................................................
3
2.2. Potensi Energi Angin Di Kemiringan Atap ...................................
4
2.3. Pengaruh Pola Aliran Angin Kemiringan Atap ..............................
9
2.4. Airfoil Sudu Savonius ...................................................................
11
2.5. Pengaruh Panjang Turbin Atap Rumah .........................................
14
2.6. Jumlah Sudu Kecepatan Angin Rendah .........................................
15
2.7. Wind Tunnel .................................................................................
16
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Rangkaian Kegiatan Penelitian .....................................................
19
3.2. Tempat Dan Waktu Penelitian.......................................................
19
3.2.1. Spesifikasi Alat ...................................................................
20
3.2.2. Model Alat Uji ....................................................................
20
3.3. Metode Penelitian ........................................................................
22
3.3.1. Bahan dan Alat ...................................................................
22
3.3.2. Langkah-Langkah Pengujian ...............................................
24
3.4. Teknik Pengumpulan Data Dan Pengolahan Data .........................
25
3.4.1. Teknik Pengumpulan Data ...................................................
25
3.4.2. Pengolahan Data ..................................................................
25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Luas Penampang Turbin, A (m) ................................
26
4.2 Perhitungan Daya Potensial Angin, PW (W) .................................
27
iv
4.3 Pengujian Putaran Poros Turbin Atap Rumah N (rpm) .................
28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ..................................................................................
31
5.2 Saran ............................................................................................
31
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN
v
ABSTRAK Mengingat potensi angin di Banjarmasin tergolong rendah, hasil pengukuran kecepatan angin secara langsung menggunakan anemometer dengan durasi rata – rata perjam yang ada di puncak kemiringan atap berkisar antara 2 m/s sampai 6 m/s. Dengan demikian di butuhkan sebuah sistem konversi angin yang yang optimal pada kecepatan angin rendah di kemiringan atap. Atas dasar pertimbangan peneliti sebelumnya maka turbin atap rumah dalam penelitian ini menggunakan Airfoil savonius karena memiliki self-starting torsi yang baik untuk kecepatan angin yang rendah sehingga memiliki performansi yang baik apabila di aplikasikan pada turbin angin atap rumah. Mungkin yang menjadi pertanyaan adalah seberapa efektif turbin angin yang di aplikasikan pada atap rumah, untuk itu pentingnya sebuah eksprimen pengujian dengan membuat model uji turbin atap rumah yang di simulasikan pada wind tunnel untuk mendapatkan parameter desain optimal sebagai rekomendasi mengembangan turbin atap rumah skala besar. Penelitian ini menggunakan metode penelitian eksperimental (experimental research) yaitu melakukan pengamatan dan pengukuran kecepatan angin di kemiringan atap dengan durasi rata-rata perjam, perhari, dan perbulan menggunakan alat ukur anemometer digital. Selanjutnya data tersebut dijadikan sebagai parameter awal dalam menentukan variasi kecepatan angin dalam pengujian model eksprimen pada terowongan angin sederhana dengan varibel kecepatan angin kemiringan atap dan panjang turbin terhadap unjuk kerja turbin atap rumah hasil pengujian. Hasil pengujian pada kecepatan angin 2 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di hasilkan oleh panjang 0,25 m, dengan nilai putaran sebesar 257,1 rpm. Hasil pengujian pada kecepatan angin 3 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di hasilkan oleh panjang 0,30 m, dengan nilai putaran sebesar 202,4 rpm. Hasil pengujian pada kecepatan angin 5 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di hasilkan oleh panjang 0,25 m, dengan nilai putaran sebesar 295,6 rpm. Kata Kunci : Turbin atap rumah, Airfoil Savonius, Putaran rendah
vi
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang Kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat akan tetapi energi yang
biasanya dijadikan untuk menghasilkan energi listrik yaitu energi fosil, semakin berkurang jumlah nya. Krisis energi ini menjadi pemacu diseluruh negara di dunia untuk mencari energi terbarukan. Salah satu energi terbarukan yang berpotensi adalah energi angin. Energi kinetik angin dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin. Akan tetapi kurangnya data maupun penelitian yang di fokuskan pada pengaplikasian turbin angin untuk kecepatan angin rendah yang di aplikasikan pada puncak kemiringan atap, padahal potensi angin rendah yang ada pada kemiringan atap sangat menjanjikan apabila mampu di manfaatkan sebagai penghasil energi listrik skala kecil, tetapi tentunya harus di dukung dengan sistem pengkonversian energi angin yang memilik efesiensi aerodinamis yang baik pada kecepatan angin rendah, sehingga mampu mengekstrak energi angin di sepanjang kemiringan atap. Mengingat potensi angin kemiringan atap rumah yang tergolong kecepatan angin rendah dan cendrung ber ubah-ubah arah. Beberapa kajian turbin atap rumah pernah dilakukan dimana turbin angin yang ditempatkan di atap rumah dengan struktur menara yang di anggap tidak efektif dari segi efesiensi dan biaya, salah satunya sistem bargey, Popular Mechanics ,2009. Raymond E. Paggi, 2010. Meneliti turbin atap rumah dengan sudu datar yang di aplikasikan pada bangunan yang memiliki atap miring. dengan menempatkan turbin angin desain memanjang tanpa struktur tiang, pada bangunan atap miring. Lucas Daesadze, dkk, 2013. Meneliti turbin atap rumah tipe savonius tipe U dengan struktur tiang untuk potensi angin rendah. Selanjutnya Eka Maulana, dkk, 2016. Meneliti turbin atap rumah dengan konsep memanjang menggunakan airfoil savonius tipe L, untuk potensi angin rendah. Hal yang sama di lakukan Mujiburrahman, Heri Irawan 2018. Menelitian yang sama tentang potensi turbin angin atap rumah bentuk memanjang menggunakan airfoil savonius tipe U dengan simulasi CFD.
1
2
Mengingat potensi angin di Banjarmasin tergolong rendah, hasil pengukuran kecepatan angin secara langsung menggunakan anemometer dengan durasi rata – rata perjam yang ada di puncak kemiringan atap berkisar antara 2 m/s sampai 6 m/s. Dengan demikian di butuhkan sebuah sistem konversi angin yang yang optimal pada kecepatan angin rendah di kemiringan atap. Menurut Sargolzaei, J. (2007). Daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe multi blade, cretan sail dan savonius. Atas dasar pertimbangan peneliti sebelumnya maka turbin atap rumah dalam penelitian ini menggunakan Airfoil savonius karena memiliki self-starting torsi yang baik untuk kecepatan angin yang rendah sehingga memiliki performansi yang baik apabila di aplikasikan pada turbin angin atap rumah. Selain itu juga karena bentuk turbin memanjang di anggap efektif memaksimalkan sapuan angin di puncak kemiringan atap. Dengan demikian permasalahan dalam penelitian ini di fokuskan pada kecepatan angin di kemiringan atap yang rendah dan berpluktuatif, selanjutnya panjang turbin juga memiliki pengaruh yang besar dalam menghasilkan tangkapan angin, sehingga dengan dukungan bentuk Aerodinamis Airfoil Savonius tipe L turbin angin atap rumah dirasa mampu berputar dengan optimal pada kecepatan angin rendah. Mungkin yang menjadi pertanyaan adalah seberapa efektif turbin angin yang di aplikasikan pada atap rumah, untuk itu pentingnya sebuah eksprimen pengujian dengan membuat model uji turbin atap rumah yang di simulasikan pada wind tunnel untuk mendapatkan parameter desain optimal sebagai rekomendasi mengembangan turbin atap rumah skala besar. 1.2.
Perumusan Masalah Berdasarkan permasalah yang telah diuraikan sebelumnya di atas maka
dalam penelitian ini di fokuskan bagaimana besar pengaruh kecepatan angin kemiringan atap dan panjang turbin terhadap unjuk kerja turbin angin atap rumah. 1.3.
Tujuan Penelitian dan Target Luaran Sedangkan yang menjadi tujuan penelitian dan target luaran adalah
sebagai berikut :
3
1. Tujuan Penelitian Melakukan kajian besar pengaruh kecepatan angin kemiringan atap dan panjang turbin terhadap unjuk kerja turbin angin atap rumah. 2. Target Luaran Target luaran wajib dari hasil penelitian ini adalah di muat didalam artikel ilmiah yang direncanakan terbit di Jurnal Al-Jazari tahun 2019.
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Turbin Angin Atap Rumah Turbin angin atap rumah merupakan sebuah turbin angin yang diletakkan
tepat di atas atap rumah memanfaatkan efek dari kemiringan atap. Berbeda dengan turbin pada umumnya, turbin angin atap rumah memiliki sumbu poros horizontal dengan bentuk memanjang yang di pasang di puncak kemiringan atap. Memiliki luas sapuan angin yang baik dalam memaksimalkan angin kemiringan atap yang mengalir menuju puncak atap di mana sebuah turbin di tempatkan. Menurut penelitian yang di tulis oleh Eka Maulana, dkk (2016). Membuat kajian eksprimen turbin atap rumah yang di uji pada wind tunnel, menggunakan airfoil savonius tipe L, hasilnya penelitiannya menyebutkan bahwa turbin atap rumah yang memiliki jumlah sudu, dan panjang sudu yang sesuai dengan karakteristik angin di puncak kemiringan atap
mampu meningkatkan kinerja turbin atap
rumah.
Gambar 2.1. Turbin Atap Rumah (Sumber : Eka Maulana, dkk, 2016) Selanjutnya Mujiburrahman, Heri Irawan, (2018). Melakukan kajian yang sama tentang turbin atap rumah, dengan simulasi CFD, menggunakan airfoil savonius tipe U, dalam penelitiannya permasalahan fokus pada bagian pengaruh jumlah sudu, hasilnya pun dapat di simpulkan dari pola distribusi aliran dan karakteristik angin di kemiringan atap pada gambar simulasi CFD bahwa jumlah sudu, yang sesuai dengan karakteristik angin di puncak kemiringan atap mampu meningkatkan unjuk kerja turbin.
4
5
Sebelumnya ada beberapa terdahulu turbin angin yang ditempatkan di atap rumah menggunakan tiang yang di anggap tidak efektif dari segi biaya, salah satunya sistem bargey, Popular Mechanics, (2009). Penelitian selanjutnya di lakukan oleh Lucas Daesadze, dkk, (2013). Turbin atap rumah tipe savonius yang ditempatkan di atas rumah, seperti halnya konsep sebelumnya membutuhkan struktur menara turbin angin savonius mempunyai kinerja lebih baik untuk kecepatan angin rendah, mampu mendayagunakan angin dari segala arah karena tidak terpengaruh oleh orientasi arah angin seperti sistem bargey. Sedangkan Menurut Raymond E. Paggi, (2010). Turbin angin atap rumah yang dibuat memanjang menyerupai struktur atap, tanpa struktur menara, merupakan sebuah inovasi baru, terjangkau, sederhana, dan efektif memanfaatkan tenaga angin dikemiringan atap untuk menghasilkan listrik. Penemuan ini memecahkan kelemahan dari perangkat diungkapkan sebelumnya menggambarkan sistem pemanfaatan energi angin yang dapat dipasang sepanjang bubungan atap miring dan mengambil keuntungan penuh dari terkenal "efek atap" dimana dampak angin dipermukaan kemiringan atap dan memandu mengalihkan aliran udara ke puncak atap, sehingga menaikkan kecepatan angin. 2.2.
Potensi Energi Angin Dikemiringan Atap Menurut beberapa penelitian sebelumnya mengungkapkan bahwa potensi
angin yang ada di kemiringan atap rumah yang tergolong kecepatan angin rendah dan cendrung ber ubah-ubah arah, namun dengan bantuan kemiringan atap mampu meningkatkan kecepatan angin. Ketika aliran angin membentur bagunan terjadi turbulensi aliran, dan ketika angin
mencapai kemiringan atap terjadi
transisi aliran, di situlah angin diarahkan mengalir di permukaan kemiringan atap. Eka Maulana, dkk, (2016). Efek kecepatan angin di kemiringan atap hampir sama dengan peningkatan udara yang terjadi pada sayap, yang menurunkan tekanan udara di atas sayap menurut persamaan Bernoulli dan dengan demikian memberikan tumpangan ke sayap. Efek kemiringan atap menyebabkan atap rumah terhindar dari badai kerena aliran angin yang terjadi mengikuti aliran kemiringan atap dan mengurangi tekanan yang terjadi distruktur atap, Raymond E. Paggi, (2010).
6
Gambar 2.2. Pola aliran udara kemiringan atap rumah Sumber : Mujiburrahman, Heri Irawan, (2018) Efek dari kemiringan atap ini menyediakan lima sampai delapan kali energi untuk pengaplikasian turbin atap rumah, setara dengan turbin angin tipe baling - baling tidak dipasang di atap miring. di bawah ini menunjukkan energi angin dihitung tersedia memanfaatkan turbin bubungan atap angin. Umumnya energi angin di klasifikasikan berdasarkan tingkatan kecepatan angin yang mampu dirasakan dan dilihat dari pola pergerakan sebagai parameter desain turbin angin. Berikut tabel kondisi dan tingkatan kecepataan angin dapat di lihat pada tabel 2.1. Tabel. 2.1. Kondisi dan tingkat kecepatan angin Kelas Angin
Tingkat Kecepatan Angin diatas Permukaan Tanah Kecepetan Kondisi Alam didaratan Angin m/s
1 2 3
0.0 ~ 0.2 0,3 ~ 1,5 1,6 ~ 3,3
4
3,4 ~ 5,4
5
5,5 ~ 7,9
6
8,0 ~ 10,7
7
10,8 ~ 13,8
8
13,9 ~ 17,1
9
17,2 ~ 20,7
10 11 12 13
20,8 ~ 24,4 24,5 ~ 28,4 28,5 ~ 32,6 32,7 ~ 36,9
--------------------------------------------------------
Angin tenang asap lurus ke atas Asap bergerak mengikuti arah angin Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang pelan, penunjuk arah angin bergerak Debu jalan, kertas berterbangan, ranting pohon bergoyang. Ranting pohon bergoyang, Bendera berkibar Ranting pohon besar bergoyang, Air plumpang berombak kecil. Ujung pohon melengkung, Hembusan Angin terasa ditelinga Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin. Dapat mematahkan ranting pohon, Rumah roboh. Dapat merubuhkan pohon, Menimbulkan kerusakan. Menimbulkan kerusakan parah. Tornado
7
Karena bergerak angin memiliki energi kinetik, energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan turbin angin. Oleh karena itu turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Sehingga energi kinetik dapat dinyatakan dengan rumus : Ek = ½ m.v2.................................................................................. (2.1) Di mana : Ek = energi kinetik
(joule)
m = massa udara
(kg)
v = kecepatan angin
(m/s)
Bila suatu blok udara yang memiliki penampang A dalam satuan m2, dan bergerak dengan kecepatan v dalam satuan m/s, maka jumlah massa yang melewati suatu tempat dinyatakan sebagai berikut : m = ρ . A . v2 .............................................................................. (2.2) Di mana : m = laju alir massa udara (kg/s) v = kecepatan udara
(m/s)
ρ = kerapatan udara
(kg/m3 )
A = luas penampang
(m2)
Jika A = d x h .............................................................................. (2.3) Di mana : d = diameter sudu
(m)
h = tinggi sudu
(m)
Dengan demikian maka energi yang dapat dihasilkan per satuan waktu adalah sesuai dengan rumus : Pa = Energi / waktu...................................................................... (2.4) Pa = (½. m .v2) / t Pa = ½ .m/t .v2 Pa = ½ . m . v2 Pa = ½ . ρ . A . v3 Di mana :
8
P = daya angin
(W)
ρ = massa jenis udara
(kg/m3)
A = luas penampang
(m2)
Adapun persamaan diatas tanpa memperhatikan nilai power coefficient (Cp). Dimana menurut hukum Betz (sebuah hukum yang diformulasikan oleh Albert Betz, seorang ilmuwan dari Jerman, pada tahun 1919) mengatakan bahwa, energi kinetik yang bisa dikonversi menjadi energi mekanik pada sebuah wind turbine adalah maksimal 16/27 atau 59% saja. Sehingga didapatkan persamaan baru seperti berikut :
P 1/ 2.Cp.. A2 . .v3 .................................................................. (2.5) Di mana : P = daya teoretical yang dihasilkan dari wind turbine (Watt). Cp = Koefisien daya 0,593
(%)
ρ = massa jenis udara 1,225 (kg/m3) v = kecepatan angin
(m/s).
π = 3.14 A = diameter rotor
(m).
Tip Speed Ratio (λ) merupakan perbandingan antara kecepatan putaran turbin terhadap kecepatan angin, TSR dilambangkan dengan λ ( Mittal, 2001). Untuk menghitung Tip Speed Ratio dapat menggunakan persamaan berikut :
.r ......................................................................................... (2.6) vw
Di mana: λ = tip speed ratio ω = kecepatan sudut turbin (rad/s) r = jari-jari turbin (m) Vw = kecepatan angin (m/s) Pemilihan nilai Tip Speed Ratio (λ) umumnya di dasarkan pada jumlah sudu dan fungsinya, baik untuk penggunaan pompa dan generator listrik. Seperti pada tabel 2.2 berikut :
9
Tabel 2.2. Pemilihan Nilai TSR dan Fungsinya No Tip Speed Ratio Jumlah Sudu Fungsi 1 1 6-20 Pompa kecepatan rendah 2 2 4-12 Pompa kecepatan tinggi 3 3 3-6 Tipe belanda 4 bilah 4 4 2-4 Generator putaran rendah 5 5-8 2-3 Generator (Sumber: Hugh Piggott, 1997) 2.3.
Pengaruh Pola Aliran Angin Kemiringan Atap Angin yang mengalami kontak pada bangunan, angin menjadi lebih padat/
menumpuk yang dikibatkan oleh dinding bagunan sebelum mengalami transisi dari turbulensi ke laminar terhadap atap dan kemudian mengikuti kemiringan atap mengalir menuju
puncak atap. Mujiburrahman, Heri Irawan, (2018). Angin
meningkat dalam kecepatan hingga tiga kali tergantung pada kemiringan atap dan sudut angin yang datang pada atap. Raymond E. Paggi, (2010).
Gambar 2.3. Pola Aliran Angin Dikemiringn Atap Sumber : www.ridge sudu.com Selain itu kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan, misalnya daerah perkotaan dengan banyak rumah, apartemen dan perkantoran bertingkat, kecepatan angin akan rendah, sementara kecepatan angin pada daerah lapang lebih tinggi. Kepadatan (porositas) di permukaan bumi akan menyebabkan angin mudah bergerak atau tidak. Faktor porositas ini juga penting untuk diperhatikan ketika mendesain turbin angin.
10
Gambar 2.4 kecepatan angin terhadap ketinggian bagunan dan pepohonan Sumber : www.mst.gadjamada.edu/dl/Kincir_Angin.pdf(2007) Menurut Lucas Daesadze, dkk. (2013). Melakukan Tes uji pada wind tunnel dengan membuat pemodelan prototipe bangunan miring menyerupai kondisi bangunan sebenarnya untuk menguji kinerja turbin atap rumah untuk mendapatkan hasil pengujian yang akurat. Selanjutnya Eka Maulana, dkk (2016). Melakukan hal yang sama dalam pengujian dengan membuat prototipe bagunan atap miring jenis pelana karena dianggap sesuai dengan karakteristik bagunan yang umum di indonesia, karena turbin atap rumah tentunya sangat berbeda dengan pengujian turbin angin pada umumnya dimana aliran angin yang datang tidak langsung mengarah menuju turbin seperti turbin angin yang ditempatkan pada tiang atau menara pada umumnya. Sehingga dirasa penting kajian skala kecil membuat prototipe turbin atap rumah untuk mendapatkan parameter desain yang optimal sebelum mengaplikasikan sebuah turbin.
Gambar 2.5. Skema Aliran Angin Menaiki Kemiringan Atap (sumber : www. building strees.com)
11
Parameter yang diukur pada proses konversi energi angin umumnya adalah kecepatan dan arahnya, kecepatan angin di puncak kemiringan atap diukur dengan menggunakan alat anemometer, biasanya pengukuran potensi angin atap rumah berbeda dengan data pengukuran potensi angin yang di dapatkan dari BMKG dan pengukuran potensi angin untuk turbin angin dengan struktur tiang pada umunya, karena turbin atap rumah di aplikasikan pada puncak kemiringan atap, sehingga pengukuran potensi angin di kemiringan atap di lakukan secara langsung untuk mendapatkan data angin yang akurat. Melihat kondisi perumahan di banjarmasin yang umumnya menggunakan atap miring jenis pelana dengan sudut kemiringan berkisar 300 – 350, dengan tinggi bangunan rata-rata 7 meter. Sangat ideal sebagai pemandu mengalirkan angin menuju puncak kemiringan atap, selain itu efek kemiringan atap di harapkan mampu meningkatkan kecepatan aliran angin mendorong sudu yang membuat
turbin berputar dengan optimal. Kurangnya data potensi angin di
kemiringan atap dan kajian turbin angin yang di aplikasikan pada atap rumah, menjadi kendala tersendiri sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut sebagai kajian parameter desain aplikasi turbin atap rumah skala besar. Pada penelitian ini akan membuat model uji yang menyesuaikan dengan data lapangan seperti, potensi angin atap rumah, bentuk bangunan atap, menyerupai kondisi sebenarnya yang di guanakan dalam akuisisi data pada wind tunnel untuk memperoleh hasil uji turbin atap rumah yang optimal. 2.4.
Airfoil Sudu Savonius Airfoil savonius banyak di aplikasikan pada kecepatan angin rendah
karena memiliki efesiensi aerodinamis dengan bentuk sudu sederhana tetapi mampu menghasilkan self-starting dan torsi yang tinggi, Sargolzei, (2007). Sehingga dirasa sangat sesuai apabila di aplikasikan pada puncak kemiringan atap, karena hanya membutuhkan dorongan angin kecepatan rendah untuk memutar sudu turbin. Bentuk airfoil sudu savonius awalnya memiliki bentuk lengkung U, dan pada perkembangannya sudu savonius banyak mengalami perubahan bentuk rotor, seperti desain yang berbentuk lengkung.
12
Gambar 2.6. Airfoil savonius tipe U Sumber : Hendra, A (2012) Aerofoil savonius type L memiliki aliran udara pada sisi bilah yang lurus lebih besar dibandingkan pada sisi bilah lengkung seperempat lingkaran. Memiliki efisiensi yang lebih baik dibanding dengan rotor tipe pertama ataupun kedua, tidak hanya memiliki keunggulan membelokkan aliran angin, tetapi sudu tipe L mampu bertindak seperti airfoil ketika fluida menabrak tepi rotor dan menimbulkan sedikit gaya lift sehingga mampu meningkatkan efisiensi. Soelaiman, (2006).
Gambar 2.7 Airfoil Savonius Tipe L Sumber : Hendra, A (2012) Secara teori angin yang berhembus salah satu bilah rotor airfoil savonius, diharapkan lebih banyak mengalir ke bilah rotor lainnya melalui celah di sekitar poros sehingga menyediakan daya dorong tambahan pada bilah rotor ini, akibatnya rotor dapat berputar lebih cepat.
13
Gambar 2.8. Prinsip kerja turbin angin savonius type L Sumber : Hendra, A (2012) Penggunaan airfoil savonius pernah di gunakan oleh beberapa peneliti pada turbin atap rumah untuk kecepatan angin rendah. Lucas Daesadze, dkk (2013). Membandingkan kinerja airfoil tipe bilah datar, dan airfoil savonius tipe U yang di tes uji pada wind tunnel, hasilnya airfoil savonius tipe U memiliki kinerja lebih baik di bandingkan tipe bilah datar. Penelitian selanjutnya di lakukan oleh Eka Maulana, dkk, (2016). Menggunakan airfoil savonius tipe L pada penelitian turbin angin atap rumah kecepatan angin rendah yang menekankan pada bagian jumlah dan panjang sudu yang di uji pada wind tunnel, hasilnya pada kecepatan angin rendah yaitu 2, 3, dan 5 m/s turbin atap rumah dengan airfoil savonius tipe L mampu memutar turbin pada berbagai kecepatan angin. Penelitian yang sama di lakukan oleh Mujiburrahman, Heri Irawan (2018). Mengkaji potensi turbin atap rumah dengan simulasi CFD, menggunakan konsep airfoil savonius tipe U yang menitikberatkan permasalahan pada kecepatan angin di kemiringan atap dan jumlah sudu, hasilnya konsep savonius tipe U mampu bekerja optimal pada berbagai kondisi angin yang tergolong rendah. Berdasarkan ulasan yang di ungkapkan
beberapa
penelitian
sebelumnya
maka
pada
penelitian
ini
menggunakan airfoil savonius tipe L sebagai sudu turbin angin atap rumah, dengan pertimbagan yang di dasarkan pada kemampuan self-starting yang baik pada kecepatan angin rendah sehingga di rasa sangat cocok di gunakan untuk turbin angin atap rumah.
14
2.5.
Pengaruh Panjang Turbin Atap Rumah Turbin yang memiliki sapuang angin yang luas dapat memaksimalkan
aliran angin di sepanjang kemiringan atap. Hal ini biasanya ditentukan berdasarkan pemenuhan kebutuhan diameter sebuah turbin mengekstrak energi angin yang tersedia, baik untuk kegunaan mekanikal maupun elektrikal, dengan mempertimbangkan efisiensi rotor dan juga efisiensi sistem mekanik. Hayashi, et Al (2004). Menemukan bahwa sweap area untuk turbin angin savonius secara matematis merupakan hasil perkalian antara diameter rotor, dengan tinggi rotor, sehingga semakin luas sweap area atau luas sapuan angin makin besar daya yang dihasilkan oleh turbin. Raymond E. Paggi, (2010). Turbin angin atap rumah dibuat dari beberapa bagian, yang ditempatkan secara seri dengan satu sama lain sepanjang bubungan atap. Setiap unit tambahan ditempatkan di bubungan atap dapat meningkatkan daya output tidak hanya karena area sapuan penambahan sudu turbin tetapi juga oleh permukaan atap tambahan yang mempercepat dan kembali mengarahkan aliran angin ke arah turbin.
Gambar 2.9. Turbin Angin Sistem Seri (Sumber : Raymond E. Paggi, 2010) Eka Maulana, dkk, (2016). Menyebutkan di dalam penelitiannya bahwa panjang turbin terhadap rasio panjang atap memiliki pengaruh terhadap unjuk kerja turbin angin atap rumah pada putaran rendah. Selanjutnya hal yang sama di ungkapkan oleh Mujiburrahman, Heri Irawan, (2018). Panjang turbin atap rumah sangat di pengaruhi oleh kecepatan angin dan arah angin yang ada di sepanjang kemiringan atap. Artinya dalam menempatkan sebuah turbin atap rumah harus mempertimbangkan aerodinamis sudu yang memiliki keseimbangan antara jumlah sudu dan panjang sudu sehingga mampu mengekstrak energi angin di kemiringan atap yang tergolong rendah dengan optimal. Berdasarkan hasil beberapa penelitian
15
sebelumnya di mana kecepatan angin atap rumah di banjarmasin berkisar antara 2 sampai 6 m/s, ditambah lagi arah angin yang cendrung ber ubah-ubah maka penelitian ini di fokuskan pada bagian pengaruh panjang sudu turbin atap rumah terhadap kemampuan dalam memaksimalkan luas sapuan angin di kemiringan atap. 2.6.
Jumlah Sudu Kecepatan Angin Rendah Menurut, Himran Syukri, (2006). Dalam mendesain sebuah kincir angin,
ada banyak hal yang harus diperhatikan. Hal pertama yang harus dipertimbangkan yaitu berapa besar daya yang kita butuhkan, kemudian kecepatan angin, setelah itu yang tidak kalah penting yaitu berapa jumlah sudu yang harus digunakan, dan masih banyak hal teknis lainnya. Sarjono (2011). Jumlah sudu yang di gunakan pada kecepatan angin rendah bervariasi, dan tidak ada tinjauan teoritis yang benar sebagai konsep terbaik, tetapi lebih ditentukan oleh jenis penggunaanya, misalnya untuk pembangkit listrik atau pomoa air, serta kecepatan angin saat rotor mulai berputar. Berikut ini beberapa konsep jumlah sudu : 1. Konsep satu sudu, sulit seimbang, membutuhkan angin yang sangat kencang untuk menghasilkan daya angkat memutar, konsep ini dikembangkan di negara Jerman. 2. Konsep dua sudu, mudah untuk seimbang, tetapi keseimbangannya masih mudah untuk bergeser. 3. Konsep tiga sudu, lebih setimbang dan kelengkugan sudu lebih halus untuk dapat menangkap energi angin secara efektif. 4. Konsep multi sudu, memiliki efisiensi rendah, tetapi dapat menghasilkan momen gaya awal yang cukup besar untuk berputar, cocok untuk kecepatan angin rendah. Menurut Hendra, A (2012). Membuat eksprimen tentang pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja turbin angin savonius, dan menurut hasil pengujiannya bahwa turbin angin sudu 3 buah memiliki unjuk kerja yang tinggi dibandingkan dengan jumlah sudu yang lain. Menurut Farel. H, dkk (2013). Membuat eksprimen tentang karakteristik turbin angin terhadap variasi jumlah sudu dan kecepatan angin, dan menurut hasil pengujiannya diketahui bahwa putaran dan daya yang tertinggi turbin angin di hasilkan 8 sudu. Eka Maulana, dkk (2016).
16
Membuat eksprimen tentang pengaruh sudu terhadap unjuk kerja turbin angin atap rumah pada putaran rendah, dan menurut hasil pengujiannya sudu 3 memiliki kinerja lebih baik dibandingkan sudu lainnya. Mujiburrahman, Heri Irawan (2018). Melakukan penelitian pengaruh
sudu pada turbin angin atap rumah
menggunakan simulasi CFD, dengan membandingkan jumlah sudu. Berdasarkan hasil penelitiannya menyebutkan bahwa turbin atap rumah dengan 5 sudu lebih baik dari jumlah sudu yang lainnya. Namun pada penelitian ini tidak menitkberatkan masalah pada jumlah sudu, karena kecepatan angin di banjarmasin tergolong rendah sehingga turbin atap rumah sudu 3 buah dianggap memiliki keseimbangan dan efesiensi aerodinamis lebih baik apabila di gunakan pada turbin angin atap rumah kecepatan angin rendah. 2.7.
Wind Tunnel Wind tunnel adalah alat riset yang digunakan dalam penelitian
aerodinamika untuk mempelajari karakteristik aliran udara. Wind tunnel digunakan untuk mensimulasikan keadaan sebenarnya pada suatu benda yang berada dalam pengaruh gaya-gaya aerodinamika dalam bidang aeronautika, seperti airfoil, aerodimis mobil, kontur permukaan bangunan, benda yang berputar, dan turbin angin. Berdasarkan jalur rangkaiannya wind tunnel dibagi dalam dua rangkaian, yaitu sebagai berikut : 1. Rangkaian Terbuka Rangkaian terbuka adalah tipe dimana udara mengalir lurus dari sisi masuk hingga ke sisi luar, dan udara yang masuk wind tunnel akan terbuang keluar lingkungan. 2. Rangkaian Tertutup Tipe rangkaian tertutup adalah tipe dimana udara mengalir secara kontinu dalam wind tunnel, artinya udara yang masuk akan terus mengalir selama pengoperasian wind tunnel dan udara tidak terbuang keluar lingkungan. Secara umum terdapat lima bagian penting dari terowongan angin yaitu ruang penenang, kontraksi, seksi uji, diffuser, dan motor listrik (Anderson, 1985). Masing-masing dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Ruang penenang (setting chamber)
17
Berfungsi untuk mengurangi turbulensi aliran di dalam terowongan, disinilah tempat arah datangnya angin yang dihisap kipas.
Gambar 2.10. Settling Chamber (Sunber : Scheman : 1981) 2. Kontraksi (nossel) Bagian yang sangat menentukan dalam pembentukan keseragaman kecepatan aliran udara pada seksi uji.
Gambar 2.11. Contraction (Sunber : Scheman : 1981) 3. Seksi uji (test section) Bagian dari terowongan angin untuk menempatkan model yang akan diuji serta dilengkapi dengan dudukan model dan sensor alat ukur.
Gambar 2.12. Test Section (Sunber : Scheman : 1981)
18
4. Diffuser Berfungsi untuk memperkecil lapisan batas yang terjadi akibat gesekan angin dengan dinding terowongan angin.
Gambar 2.13. Difusser (Sunber : Scheman : 1981) 5. Kipas (fan) Berfungsi sebagai alat bantu untuk menghasilkan aliran udara untuk pengujian aerodinamis pada wind tunnel.
2.14. Kipas (Fan) (Sunber : Scheman : 1981) Dengan pertimbangan estimasi waktu dan optimalisasi biaya dalam penelitian maka penelitian turbin atap rumah akan di uji menggunakan wind tunnel dengan parameter awal data kecepatan angin hasil pengukuran di puncak kemiringan atap di akuisisi ke dalam bentuk simulasi aliran dengan membuat pemodelan turbin atap rumah yang mengacu kepada standar keseragaman aliran sebagai standar uji wind tunnel, dengan harapan mendapatkan desain turbin atap rumah yang optimal sehingga dapat di jadikan parameter desain turbin atap rumah untuk skala besar.
19
BAB III METODE PENELITIAN 3.1.
Rangkaian Kegiatan Penelitian Mulai
Studi Literatur
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Pembuatan Alat
Studi Lapangan
Model turbin angin atap rumah
Kecepatan angin puncak di kemiringan atap
Pengujian Alat
Parameter di ukur 1. daya (W) 2. Putaran (rpm) 3. Torsi (Nm) Variabel di teliti 1. Kecepatan angin kemiringan atap 2. Panjang turbin
Ya
Analisis Data Hasil Pengujian
Tidak
Kesimpulan Dan Saran
Selesai
Gambar 3.1. Flow chart penelitian 3.2.
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini di rencanakan selama 6 bulan, terhitung mulai Oktober
2018 sampai Maret 2019. Pengukuran
data angin di ambil pada
puncak
kemiringan atap rumah daerah Banjarmasin. Sedangkan pengujian model turbin dilakukan di laboraturium fakultas teknik menggunakan terowongan angin. Objek penelitian di fokuskan pada bagian panjang turbin menggunakan airfoil savonius tipe L, terhadap unjuk kerja turbin angin atap rumah.
19
20
3.2.1. Spesifikasi Alat Desain model uji turbin angin atap rumah dalam penelitian ini seperti yang tersaji pada tabel 3.1 sebagai berikut : Tabel 3.1. Data Spesifikasi Turbin Angin Atap Rumah Spesifikasi Turbin Angin Atap Rumah Tipe Ukuran
No
Satuan
1
Diameter Rotor
0,10
m
2
Panjang Sudu Turbin
0,15, 0,25, dan 0,30
m
3
Jumlah Sudu
3
buah
4
Lengkung Ujung Sudu
10
derajad
5
Diameter Poros
12
mm
6
Tebal Sudu
1,5
mm
7
Airfoil Sudu
Savonius tipe L
-
8
Material Sudu
Aluminium
-
9
Kemiringan Atap
35
Derajad
3.2.2. Model Alat Uji Model uji yang digunakan didalam penelitian ini adalah turbin angin savonius, komponen utama turbin angin angin atap rumah terdiri dari : Rotor yang menghubungkan sudu, Sudu untuk mengekstrak energi angin, Poros bagian yang mentransmisikan
putaran, Bearing sebagai bantalan poros, Frame sebagai
dudukan turbin ke atap, Flate berfungsi untuk mengunci frame ke bagian atap.
Gambar 3.2. Desain turbin atap rumah
21
Gambar 3.3. Turbin atap rumah panjang 0,15 m
Gambar 3.4. Turbin atap rumah panjang 0,25 m
Gambar 3.5. Turbin atap rumah panjang 0,30 m
22
3.3.
Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode penelitian
eksperimental (experimental research) yaitu melakukan pengamatan dan pengukuran kecepatan angin di kemiringan atap dengan durasi rata-rata perjam, perhari, dan perbulan menggunakan alat ukur anemometer digital. Selanjutnya data tersebut dijadikan sebagai parameter awal dalam menentukan variasi kecepatan angin dalam pengujian model eksprimen pada terowongan angin sederhana dengan varibel kecepatan angin kemiringan atap dan panjang turbin terhadap unjuk kerja turbin atap rumah hasil pengujian. 3.3.1. Bahan dan Alat Bahan dan alat yang digunakan untuk pembuatan turbin angin atap rumah tipe savonius sumbu horizontal sebagai berikut : 1. Bahan a. Model turbin Model uji menggunakan turbin angin atap rumah sudu 3 menggunakan airfoil savonius tipe L.
Gambar 3.6 model turbin b. Model bagunan Jenis atap yang menggunakan jenis atap miring (pelana), dengan sudut kemiringan atap 350. Sesuai karakteristik perumahan di banjarmasin.
Gambar 3.7 model atap c. Wind Tunnel
23
Wind tunnel digunakan untuk mensimulasikan arah dan kecepatan angin sebagai fasilitas uji turbin angin atap rumah.
Gambar 3.8 model wind tunnel d. Blower Digunakan sebagai sumber fluida angin dalam pengujian wind tunnel.
Gambar 3.9 kipas angin 2. Alat Ukur a. Anemometer digital Anemometer digital digunakan untuk mengukur kecepatan angin pada puncak kemiringan atap di lapangan.
Gambar 3.10 anemometer digital b. Tachometer digital Sedangkan tachometer digunakan mengukur kecepatan putaran yang dihasilkan oleh turbin saat pengujian.
24
Gambar 3.11 tachometer digital 3.3.2. Langkah – Langkah Pengujian Parameter utama pengujian pada wind tunnel yaitu pengukuran keseragaman aliran pada seksi uji, agar data yang di peroleh saat pengujian model uji akurat. Pegujian di lakukan dengan tahapan sebagai berikut : 1. Site up peralatan pengujian Menghidupkan blower, mengukur keseragaman aliran pada front area seksi uji menggunakan anemometer digital. 2. Site up kecepatan angin Mengukur kecepatan angin pada puncak kemiringan atap model uji, sesuai dengan variabel kecepatan angin, menggunakan alat ukur anemometer digital. 3. Menyiapkan model uji Model uji hasil eksprimen di tempatkan pada puncak kemiringan atap, dan di kunci menggunakan baut scrup agar tidak bergeser saat pengujian. 4. Pengujian Langkah pengujian melakukan variasi kecepatan angin di mulai model uji eksprimen 1 sampai dengan model uji eksprimen ke 9. Mencatat hasil pengukuran putaran menggunakan tachometer digital, perhitungan daya dan torsi.
25
Gambar 3.12. Skema pengujian turbin 3.4.
Teknik Pengumpulan Data dan Pengolahan Data
3.4.1. Teknik Pengumpulan Data Sumber pengumpulan data dalam penelitian ini menggunakan data primer dan data sekunder, untuk data primer hasil observasi dilapangan seperti data pengukuran potensi angin di puncak kemiringan atap rumah menggunakan anemometer, spesifikasi dimensi model uji turbin, jumlah sudu turbin, panjang sudu turbin, jenis airfoil, dan hasil pengujian putaran, torsi dan daya yang dihasilkan oleh turbin angin atap rumah saat pengujian. Sedangkan data sekunder dalam penelitian ini yaitu merupakan hasil dari data jurnal peneliti sebelumnya. 3.4.2. Teknik Pengolahan Data Data kuantitatif yang diperoleh dari hasil simulasi pengujian dengan menggunakan Wind tunnel dengan berbagai variasi kecepatan angin hasil pengukuran lapangan selanjutnya pengujian model uji turbin atap rumah sesuai dengan variabel desain yang memfokuskan pada panjang turbin. Selanjutnya data hasil pengujian dituangkan dalam bentuk tabel dan grafik.
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebagai langkah awal penelitian ialah data potensi angin hasil pengukuran di kemiringan atap selama 2 bulan, dengan durasi waktu pengukuran rata – rata per jam, harian dan bulanan, langkah selanjutnya kecepatan angin tersebut di jadikan variabel dalam akuisisi data pengujian di simulasikan pada wind tunnel yaitu 2, 3, dan 5 m/s dengan menitikberatkan masalah pada pengaruh panjang turbin yaitu 0,15, 0,25, dan 0,30 m yang memberikan pengaruh paling besar terhadap unjuk kerja turbin atap rumah. Dengan langkah – langkah perhitungan dan pengujian sebagai berikut.
Gambar 4.1. Pengujian Turbin Atap Rumah 4.1.
Perhitungan Luas Penampang Turbin, A (m) Luas penampang turbin atap rumah dapat di hitung dengan persamaan
berikut : A=dxh Di mana : d = diameter turbin (m) h = panjang turbin (m) 1.
Menghitung Luas penampang turbin atap rumah panjang 0,15 m menggunakan persamaan berikut : 26
27
A=dxh A = 0,10 x 0,15 A = 0,015 m Tabel. 4.1. Hasil Perhitungan Luas Penampang Turbin Atap Rumah Diameter Panjang Luas penampang No Turbin, d (m) Turbin, h (m) A (m) 1 0,10 0,15 0,015 2 0,10 0,25 0,025 3 0,10 0,30 0,030 4.2.
Perhitungan Daya Potensial Angin, PW (W) Daya potensial yang dihasilkan oleh turbin angin atap rumah di hitung
dengan persamaan berikut : P=
1 .Cp.ρ.A 2 .π.v3 2
Di mana : P = daya potensial yang dihasilkan turbin angin (W) Cp = Koefisien daya = 0,59 % ρ = massa jenis udara kering = 1,225 kg/m3 A = diameter turbin atap rumah (m) π = 3.14 v = kecepatan angin atap rumah (m/s) 1. Menghitung daya potensial yang di hasilkan panjang turbin 0,15 m, pada kecepatan angin 2 m/s. P=
1 .Cp.ρ.A 2 .π.v3 2
P=
1 x 0,59 x 1,225 x 0,015 x 3,14 x 23 2
P = 0,136 W
28
Tabel. 4.2. Hasil Perhitungan Daya Potensial Turbin Atap Rumah Kecepatan Luas penampang, Daya Potensial, No angin, v (m/s) A (m) P (W) 1 2 0,015 0,136 2 2 0,025 0,227 3 2 0,030 0,272 4 3 0,015 0,459 5 3 0,025 0,766 6 3 0,030 0,919 7 5 0,015 2,128 8 5 0,025 3,546 9 5 0,030 4,255 4.3.
Pengujian Putaran Poros Turbin Atap Rumah N (rpm) Putaran turbin merupakan hasil pengujian secara langsung yang di lakukan
pada saat turbin berputar dengan data pengujian sebagai berikut : Tabel. 4.3. Hasil Pengujian Putaran Turbin Atap Rumah Putaran, Kecepatan angin, Panjang No v (m/s) Turbin (m) N (rpm) 157,4 1 2 0,15 257,1 2 2 0,25 160,4 3 2 0,30 182,3 4 3 0,25 198,5 5 3 0,30 202,4 6 3 0,15 280,6 7 5 0,30 295,6 8 5 0,15 228,3 9 5 0,25
29
300
257,1 (rpm)
250 200 150
160,4 (rpm)
157,4 (rpm)
100 50 0 0,15 m
0,25 m
0,30 m
Kecepatan Angin 2 (m/s) Gambar Grafik 4.1. Pengaruh Panjang Turbin Terhadap Putaran Pada Kecepatan Angin 2 m/s Hasil pengujian pada gambar grafik 4.1. Menunjukkan bahwa pada kecepatan angin 2 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di tunjukkan oleh panjang 0,25 m, dengan nilai putaran sebesar 257,1 rpm, selanjutnya pada kecepatan angin yang sama turbin atap rumah dengan panjang 0,30 m, menghasilkan nilai putaran lebih rendah sebesar 160,4 rpm, dan sedangkan turbin atap rumah dengan panjang 0,15 m, hanya mampu menghasilkan nilai putaran sebesar 157,4 rpm.
205 202,4 (rpm) 200
198,5 (rpm)
195 190
185 182,3 (rpm) 180 175 170 0,15 m
0,25 m
0,30 m
Kecepatan Angin 3 m/s Gambar Grafik 4.2. Pengaruh Panjang Turbin Terhadap Putaran Pada Kecepatan Angin 3 m/s
30
Selanjutnya pada pengujian gambar grafik 4.2. Menunjukkan hasil yang berbeda dari sebelumnya dimana pada kecepatan angin 3 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar justru di tunjukkan oleh panjang 0,30 m, dengan nilai putaran sebesar 202,4 rpm, selanjutnya pada kecepatan angin yang sama turbin atap rumah dengan panjang 0,25 m, menghasilkan nilai putaran lebih rendah sebesar 198,5 rpm, dan sedangkan turbin atap rumah dengan panjang 0,15 m tetap berada pada hasil yang paling rendah, hanya mampu menghasilkan nilai putaran sebesar 182,3 rpm.
350 300 280,6 (rpm)
295,6 (rpm)
250
228,3 (rpm) 200 150 100 50 0 0,15 m
0,25 m
0,30 m
Kecepatan Angin 5 (m/s) Gambar Grafik 4.3. Pengaruh Panjang Turbin Terhadap Putaran Pada Kecepatan Angin 5 m/s Sedangkan pada hasil pengujian gambar grafik 4.3. Menunjukkan capaian hasil yang berbeda dari sebelumnya dimana pada kecepatan angin 5 m/s turbin atap rumah dengan panjang 0,25 m, secara keseluruhan kembali menunjukkan unjuk kerja yang paling maksimum dengan nilai putaran sebesar 295,6 rpm, selanjutnya pada kecepatan angin yang sama yaitu 5 m/s turbin atap rumah dengan panjang 0,15 m, mampu menunjukkan kinerja putaran lebih baik dari sebelumnya nilai putaran yang di hasilkan sebesar 280,6 rpm, sedangkan turbin atap rumah dengan panjang 0,30 pada kecepatan angin 5 m/s justru mengalami peningkatan yang kurang signifikan hanya mampu menghasilkan nilai putaran sebesar 228,3 rpm, memiliki kinerja lebih rendah dari turbin atap rumah panjang 0,25 m, dan 0,15 m.
31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil pengujian turbin atap rumah maka dapat di tarik kesimpulan dan saran sebagai berikut : 5.1.
Kesimpulan
1. Hasil pengujian pada kecepatan angin 2 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di hasilkan oleh panjang 0,25 m, dengan nilai putaran sebesar 257,1 rpm. 2. Hasil pengujian pada kecepatan angin 3 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di hasilkan oleh panjang 0,30 m, dengan nilai putaran sebesar 202,4 rpm. 3. Hasil pengujian pada kecepatan angin 5 m/s turbin atap rumah yang memberikan pengaruh paling besar di hasilkan oleh panjang 0,25 m, dengan nilai putaran sebesar 295,6 rpm. 5.2.
Saran
1. Penelitian selanjutnya sebaiknya membandingkan jumlah sudu, dan jenis airfoil sudu yang lebih banyak lagi untuk mendapatkan parameter desain yang optimal pada kecepatan angin rendah. 2. Untuk mengatasi persoalan kecepatan angin di kemiringan atap sebaiknya melakukan variasi sudut kemiringan atap, dan penambahan turbin dalam satu sumbu poros pada berbagai kondisi angin.
31
32
DAFTAR PUSTAKA Mujiburrahman, Heri Irawan 2018. Analisis Pengaruh Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Atap Rumah Pada Kecepatan Angin Rendah Menggunakan Simulasi Cfd. Eka Maulana, Mujiburrahman, Iskendar, 2016. Meneliti Pengaruh Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Atap Rumah Pada Putaran Rendah. Lukas deisadze, dkk 2013. Vertical Axis Wind Turbine Evaluation and Design. Andry kusbiantoro, dkk 2013. Pengaruh Lengkung Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Vertikal Savonius. Hendra A. 2012, Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk KerjaTurbin Angin Savonius.Universitas Brawijaya. Raymond E. Paggi, 2010. Paten Application Ser. No. 61/105,096, filed Nov.24, 2008, Entidled Roof Ridge Wind Turbine. Hendra A. 2012, Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk KerjaTurbin Angin Savonius.Universitas Brawijaya. Andreas Andi Setiawan, dkk 2010. Pengaruh Jarak Celah Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Poros Vertikal Savonius Tong, W. 2010. Wind Power Generation and Wind Turbine Design. USA: WIT Press. Lubitz. 2008. Effec Roof Slope on a Building Monted Wind Turbine. Watson et, 2008, Estimating The Potential Yield of Small Building - Monted Wind Turbines. Sargolzaei, J. 2007. Prediction of the power ratio and torque in wind turbine Savonius rotors using artificial neural networks. Department of chemical engineering. Ferdowsi university of Mashhad. Iran. W. D. Lubitz, B. R. White, 2004. Atmospheric Boundary Layer Wind Tunnel Applicationsin Wind Turbine Siting.
32
33
LAMPIRAN DATA PENGUJIAN
Berikut merupakan dokumentasi kegiatan penelitian Peoses pembuatan, perakitan, dan pengujian turbin yang di lakukan tahap demi tahap seperti pada gambar berikut : Tabel Data Hasil Pengukuran Kecepatan Angin Di Kemiringan Atap Kecepatan angin atap rumah perkotaan Rata- rata harian (m/s) 15/10/2018 1,17 - 5,7 3,06 16/10/2018 2,23 - 7,1 3,77 17/10/2018 1,83 - 3,55 2,47 18/10/2018 0,44 - 5,31 2,22 19/10/2018 0,83 - 3,12 2,13 20/10/2018 0,62 - 3,14 2,23 21/10/2018 1,31 - 5,23 3,15 22/10/2018 1,9 - 6,50 3,53 23/10/2018 0,75 - 2,95 1,64 24/10/2018 1,07 - 3,43 2,40 25/10/2018 3,16 - 4,11 3,65 26/10/2018 0,87 - 3,19 2,23 27/10/2018 3,49 - 4,70 3,91 28/10/2018 1,57 - 6,57 3,30 29/10/2018 2,20 - 3,22 3,08 30/10/2018 2,76 - 4,15 3,36 31/10/2018 1,34 - 6,75 3,66 01/11/2018 2,32 - 9,63 5,44 02/11/2018 1,65 - 3,52 2,73 04/11/2018 1,46 - 7,13 4,09 05/11/2018 1,96 - 6,26 3,70 06/11/2018 1,33 - 7,7 4,34 07/11/2018 1,87 - 4,09 3,19 08/11/2018 1,69 - 6,30 3,47 09/11/2018 0,62 - 3,95 2,66 10/11/2018 1,32 - 7,1 3,84 11/11/2018 0,77 - 9,55 3,47 12/11/2018 1,42 - 3,9 2,56 13/11/2018 2,71 - 9,57 4,07 14/11/2018 0,76 - 3,86 2,65 Rata- rata bulanan 3,20
Tanggal Pengukuran
33
Kecepatan angin atap rumah pinggiran Rata- rata harian (m/s) 15/11/2018 0,55 - 7,7 4,37 16/11/2018 2,23 - 7,1 3,91 17/11/2018 1,82 - 3,55 2,47 18/11/2018 1,92 - 5,31 2,88 19/11/2018 0,83 - 3,12 2,11 20/11/2018 0,62 - 3,33 1,74 21/11/2018 0,54 - 3,90 2,38 22/11/2018 1,90 - 6,5 3,62 23/11/2018 0,23 - 2,95 1,64 24/11/2018 1,07 - 3,43 2,41 25/11/2018 3,16 - 7,63 4,45 26/11/2018 0,87 - 3,91 2,37 27/11/2018 0,91 - 4,75 3,25 28/11/2018 2,80 - 9,15 4,70 29/11/2018 2,00 - 3,22 2,81 30/11/2018 2,76 - 4,5 3,43 01/12/2018 0,55 - 3,47 1,72 02/12/2018 0,29 - 3,55 2,23 03/12/2018 1,51 - 3,47 2,69 04/12/2018 1,46 - 7,13 4,09 05/12/2018 1,72 - 3,84 2,67 06/12/2018 1,33 - 7,70 4,35 07/12/2018 1,87 - 4,02 3,18 08/12/2018 1,69 - 6,33 3,48 09/12/2018 0,62 - 7,77 3,46 10/12/2018 3,12 - 9,23 5,20 11/12/2018 0,55 - 2,23 1,67 12/12/2018 1,42 - 3,90 2,56 13/12/2018 1,18 - 3,27 2,64 14/12/2018 0,76 - 3,86 2,65 Rata- rata bulanan 3,04
Tanggal Pengukuran
34
Gambar Pengukuran Potensi Angin di Puncak Kemiringan Atap Rumah
Gambar Proses Pembuatan dan Perakitan Turbin
35
Gambar Proses Pembuatan Perakitan Konstruksi Model Atap Dan Wind Tunnel
36
Gambar Proses Pengujian Turbin Angin Atap Rumah
LAMPIRAN 1 SUSUNAN ORGANISASI TIM DAN PEMBAGIAN TUGAS No
1
2
Nama / NIDN
Fakultas
Bidang Ilmu
Alokasi Waktu (Jam/Minggu)
Mujiburrahman,ST.,MT 1113118801
Teknik
Teknik Mesin
5 Jam
Heri Irawan, ST.,MT 1130078801
Teknik
Teknik Mesin
5 Jam
Uraian Tugas
1. Menyiapkan literature 2. Melakukan survey 3. Mengerjakan pembuatan model alat 4. Melakukan pengujian dan pengambilan data 5. Pengolahan data dan analisis data 6. Membuat laporan 7. Melakukan penjilidan 8. Persentasi dalam seminar 1. Membantu melakukan survey 2. Pembuatan model alat 3. Membantu melakukan pengujian dan pengambilan data 4. Membantu dalam analisis data 5. Membantu persentasi dalam seminar
LAMPIRAN 2 BIODATA KETUA DAN ANGGOTA TIM PENGUSUL 1.
Biodata Ketua Pengusul
A. Identitas Diri 1
Nama Lengkap
Mujiburrahman, ST, MT
2
Jenis Kelamin
Laki-laki
3
Jabatan Fungsional
Asisten Ahli
4
NIK
061611967
5
NIDN
1113118801
6
Tempat dan Tanggal Lahir
Lontar Selatan, 13-11-1988
7
E-mail
[email protected]
8
Nomor Telpon/ HP
085288037751
Alamat Kantor
10
Nomor Telpon/ Faks
Jl. Adhyaksa No. 2 Kayu Tangi Banjarmasin 0511-3304352
11
Lulusan yang dihasilkan
S1 = 0
Mata Kuliah yang diampu
1. Menggambar Teknik 2. P. Pengujian Logam
9
12
B. Riwayat Pendidikan S-1 Nama Perguruan Universitas Islam Kalimantan Tinggi (Uniska)
S-2 Universitas Pancasila Jakarta
Tahun Masuk Bidang Ilmu Judul skripsi/Tesis
2007 – 2012 2013 - 2016 Teknik Mesin Teknik Mesin Membuat Pembangkit Listrik Analisis Pengaruh Sudu Gabungan Angin Dan Surya Terhadap Unjuk Kerja Turbin Kapasitas 385 Watt Angin Atap Rumah Pada Putaran Rendah Dengan Metode Taguchi
Nama Pembimbing
1. Muhammad Irfansyah, ST,.MT 2. Ir. H.M.Muflih, M.Kom
1. Dr.Ir Iskendar, MS 2. Ir Eka Maulana, MMT
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir No
Tahun
1
2016
2
2017
Judul Penelitian
Sumber Membuat Sistem Pembangkit APBU Listrik Gabungan Angin Dan Uniska Surya Kapasitas 385 Watt Studi Eksperimental Turbin -
Pendanaan Jml (Rupiah) 6.000.000,-
-
3
2017
4
2017
Angin Savonius Sudu U Dengan Penambahan Sudu Naca 0012 Analisis Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Atap Rumah Pada Kecepatan Angin Rendah Menggunakan Simulasi CFD Kajian Eksperimental Pengaruh Jumlah Sudu Runner Turbin Air Corssflow Terhadap Unjuk Kerja Dengan Metode Taguchi
APBU Uniska
6.000.000,-
APBU Uniska
6.000.000,-
D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir No
Tahun
1
2017
2
2018
Pengabdian kepada Masyarakat Desain Ulang Instalasi Perpipaan Pada Mesjid Noor Banjarmasin Pelatihan Perakitan Generator Turbin Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Pendanaan Sumber Jml (Rp) -
APBU Uniska
4.000.000,-
3
E. Publikasi Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir No 1
2
3
4
5
Judul Artikel Ilmiah Membuat Sistem Pembangkit Listrik Gabungan Angin Dan Surya Kapasitas 385 Watt Desain Ulang Instalasi Perpipaan Pada Mesjid Noor Banjarmasin Studi Eksperimental Turbin Angin Savonius Sudu U Dengan Penambahan Sudu Naca 0012 Analisis Pengaruh Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Atap Rumah Pada Kecepatan Angin Rendah Menggunakan Simulasi Cfd Kajian Eksperimental Pengaruh Jumlah Sudu Runner Turbin Air Corssflow Terhadap Unjuk Kerja Dengan Metode Taguchi
Nama Jurnal
Volume/Nomor/Tahun
Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Vol. 02/ No. 01/ 2016
Jurnal Al-Ikhlas
Vol 03 /No. 01/2017
Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Vol. 03/No. 01/2017
Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Vol 03/No. 02/2017
Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Vol 03/No. 02/2017
F. Pemakalah Seminar Ilmiah (oral Presentation) dalam 5 Tahun Terakhir No
1
Nama Pertemuan Ilmiah/Seminar
Judul Artikel Ilmiah
Waktu dan Tempat
-
2 3
G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir No 1
Judul Buku
Tahun
Jumlah Halaman
Penerbit
-
2 3
H. Perolehan HKI dalam 5-10 Tahun Terakhit No 1
Judul/Tema HKI
Tahun
Jenis
-
2 3
I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya dalam 5 Tahun Terakhir No
1
Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial lainnya yang teah diterapkan
Tahun
Tempat Penerapan
Respon Masyarakat
-
2 3
J. Penghargaan dalam 10 Tahun Terakhir (dari Pemerintah, Asosiasi atau Institusi lainnya) No 1 2 3
Jenis Penghargaan -
Institusi Pemberi Penghargaan
Tahun
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan laporan penelitian Dosen UNISKA.
Banjarmasin, 09 Mei 2019 Ketua Pengusul,
Mujiburrahman, S.T.MT
2.
Biodata Anggota Pengusul
A. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 8
Nama Lengkap Dengan Gelar Jenis Kelamin Jabatan Fungsional NIP / NIK Identitas Lainnya NIDN Tempat Tanggal Lahir E-mail Nomor Telpon / HP
9
Alamat Kantor
10 11
Nomor Telpon / Faks Lulusan Yang Telah Dihasilkan
12
Mata Kulaih Yang Diampu
Heri Irawan, ST.,MT Laki-Laki Asisten Ahli 061611969 1130078801 Kuala Kapuas, 30 Juli 1988 [email protected] 082350929222 Jl. Adhyaksa No. 2 Kayu Tangi Banjarmasin 0511-3304352 S1 = 0 1) Teknik Tenaga Listrik 2) Manajemen Industri
B. Riwayat Pendidikan S-1 Nama Perguruan Tinggi
S-2
Universitas Pancasila Universitas Islam Kalimantan Jakarta MAAB Banjarmasin
Bidang Ilmu
Teknik Mesin
Teknik Mesin
Tahun Masuk - Lulus Judul Skripsi / Tesis / Desertasi
2007 - 2012 2013 – 2016 Rancang Bangun Analisis Pengaruh Pengering Tipe Plat Datar Jumlah Sudu Roda Jalan Dengan Gabungan Sel Surya Turbin Air Crossflow Terhadap Unjuk Kerja Dengan Metode Taguchi
Nama Pembimbing/ Promotor
1. Muhammad Irfansyah, ST.,MT 2. Ir. H. M. Muflih, M.Kom
Dr. Ir. Iskendar, MS
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir No
1
Tahun
2016
Judul Penelitian Analisis Pengaruh Jumlah Sudu Roda Jalan Terhadap Unjuk Kerja Turbin Air Cross Flow Dengan Metode Taguchi
Pendanaan Sumber
Jml (Juta Rp)
APBU Uniska
6.000.000,-
2
2017
3
2017
Kajian Eksperimental Pengaruh Jumlah Sudu Runner Turbin Air Corssflow Terhadap Unjuk Kerja Dengan Metode Taguchi Analisis Pengaruh Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Atap Rumah Pada Kecepatan Angin Rendah Menggunakan Simulasi Cfd
APBU Uniska
6.000.000,-
APBU Uniska
6.000.000,-
Dst D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir No
Tahun
1
2017
Pengabdian Kepada Masyarakat Desain Ulang Instalasi Perpipaan Pada Mesjid Noor Banjarmasin
Pendanaan Sumber
Jml (Juta Rp)
-
-
2 3 Dst
E. Publikasi Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir No
Judul Artikel Ilmiah
1
Analisis Pengaruh Jumlah Sudu Roda Jalan Terhadap Unjuk Kerja Turbin Air Cross Flow Dengan Metode Taguchi Desain Ulang Instalasi Perpipaan Pada Mesjid Noor Banjarmasin Analisis Pengaruh Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin
2
3
Nama Jurnal Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Volume/Nomor/Tahun Vol 02 /No. 01/2016
Jurnal Al-Ikhlas
Vol 03 /No. 01/2017
Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Vol 03/No. 02/2017
Atap Rumah Pada Kecepatan Angin Rendah Menggunakan Simulasi Cfd 4
Kajian Eksperimental Pengaruh Jumlah Sudu Runner Turbin Air Corssflow Terhadap Unjuk Kerja Dengan Metode Taguchi
Al-Jazari Jurnal Teknik Mesin UNISKA
Vol 03/No. 02/2017
Dst
F. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) Dalam 5 Tahun Terakhir No
Nama Pertemuan Ilmiah/ Seminar
Judul Artikel Ilmiah
Volume/Nomor/Tahun
1 2 3 Dst
G. Karya Buku Dalam 5 Tahun Terakhir No
Judul Buku
Tahun
Jumlah Halaman
Penerbit
1 2 3 Dst
H. Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir No
Judul / Tema HKI
Tahun
Jenis
1 2 3 Dst
I.
Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik /Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5 Tahun Terakhir No
Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial Lainnya Yang Telah Diterapkan
Tahun
Tempat Penerapan
Respon Masyarakat
1 2 3 Dst
J.
Penghargaan Dalam 10 Tahun Terakhir (Dari Pemerintah, Asosiasi, Atau Institusi Lainnya) No
Jenis Penghargaan
Institusi Pemberi Penghargaan
Tahun
1 2 3 Dst
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam boidata ini adalah benar dan dapat dipertanggung jawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-seuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan laporan penelitian Dosen UNISKA. Banjarmasin, 09 Mei 2019 Anggota Pengusul,
Heri Irawan, ST.,MT
LAMPIRAN 3 SURAT PERNYATAAN KETUA PENELITI/PELAKSANA Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Mujiburrahman, ST,.MT
NIDN
: 1113118801
Pangkat / Golongan
: Penata Muda Tk I/IIIb
Jabatan Fungsional
: Asisten Ahli
Dengan ini menyatakan bahwa laporan penelitian saya dengan judul : “ANALISIS PENGARUH PANJANG TURBIN TERHADAP UNJUK KERJA TURBIN ANGIN ATAP RUMAH PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH” Yang diusulkan untuk tahun anggaran 2018/2019 bersifat original dan belum pernah dibiayai oleh UNISKA atau institusi lainnya. Bilamana di kemudian hari ditemukan ketidaksesuaian dengan pernyataan ini, maka saya bersedia dituntut dan diproses sesuai dengan ketentuan yang berlaku dan mengembalikan seluruh biaya penelitian yang sudah diterima ke kas UNISKA. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sesungguhnya dan dengan sebenar benarnya.
Banjarmasin, 09 Mei 2019 Yang menyatakan,
Mujiburrahman, ST,.MT NIK. 061611967
LAMPIRAN 4 RINCIAN / JUSTIFIKASI ANGGARAN PENELITIAN
No
Jenis Pengeluaran
1
Gaji dan upah (Maks. 20%) Bahan habis pakai dan peralatan (40-60%) Perjalanan (Maks. 15%) Lain-lain (publikasi, seminar, laporan, lainnya sebutkan) (10-15%) Jumlah
2 3 4
Biaya yang diusulkan (Rp) Rp 1.600.000,Rp
2.536.000,-
Rp
1.000.000,-
Rp
1.420.250,-
Rp
6.000.000,-
