Analisa Perbandingan Torsi dan RPM Turbin Tipe Darrieus Terhadap Efisiensi Turbin

Abstract

Abstrak—Telah dilakukan studi eksperimental untuk mengetahui pengaruh Mekanisme Active Pitch pada Turbin Hidrokinetik Tipe Darrieus terhadap efisiensi turbin. Eksperimen dilakukan di Umbulan, Pasuruan. Variasi kecepatan yang digunakan untuk eksperimen adalah 0.674 m/s, 0.806 m/s, 0.944 m/s dengan menggunakan 3 variasi jumlah foil, 3,6 dan 9 foil . Hasil yang diperoleh adalah pengukuran nilai rerata Torsi maksimum mekanisme 3 foil pada kecepatan 0.944 m/s sudut azimuth 30ebesar 5.36 Nm, sedangkan rerata RPM maksimum pada kecepatan 0.944 m/s sebesar 21.1 Rpm. Sedangkan 6 foil hasil pengukuran nilai rerata Torsi maksimum pada kecepatan 0.944 m/s sudut azimuth 30ebesar 5.4 Nm, sedangkan rerata RPM maksimum pada kecepatan 0.944 m/s sebesar 12.5 Rpm. Sedangkan 9 foil menghasilkan pengukuran nilai rerata Torsi maksimum pada kecepatan 0.944 m/s sudut azimuth 30ebesar 5.45 Nm, sedangkan rerata RPM maksimum pada kecepatan 0.944 m/s sebesar 10.9 Rpm. Data hasil pengukuran tersebut dapat disimpulkan bahwa variasi 3 foil memiliki efisiensi turbin terbaik dengan nilai 91.6 % pada kecepatan arus 0.994 m/s. Kata Kunci—Turbin Hidrokinetik, Darrieus, Mekanisme Active Pitch, Efisiensi Turbin. PENDAHULUAN endahnya ketahanan negara di bidang energi merupakan salah satu penghambat pertumbuhan ekonomi nasional Permintaan sumber energi nasional yang paling tinggi diduduki oleh batu bara sebesar 40% dan minyak bumi sebesar 23%, lalu diikuti oleh gas sebesar 22%, panas bumi sebesar 3% serta sumber energi terbarukan lainnya sebesar 12%. Alasan ini menjadikan peluang untuk pengembangan energi alternatif terbarukan yang ramah lingkungan. Indonesia merupakan negara maritim yang sebagian besar luas wilayahnya didominasi oleh laut yang luas. Oleh karena itu, diperlukan peningkatan penggunaan sumber energi arus laut dalam memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia[2]. Arus laut memiliki energi kinetik yang besar dengan kecepatan arus laut di beberapa perairan Indonesia seperti Bali dan Nusa Tenggara mencapai 0,5 – 3,4 m/s[1]. Maka dari itu, pemanfaatan Turbin Hidrokinetik sebagai pengkonversi energi dioptimalkan untuk dapat mengekstrak energi kinetik arus laut menjadi energi listrik. Jenis turbin hidrokinetik mengadopsi desain dan teori dari wind turbine yaitu jenis horizontal aksis dan jenis vertikal aksis[13].Turbin vertikal aksis sangat cocok jika digunakan untuk perairan Indonesia karena kecepatan aliran yang dimiliki pada kriteria sedang (low Tip Speed Ratio). Turbin Hidrokinetik yang sering dikembangkan salah satunya adalah tipe Darrieus. Turbin Darrieus memiliki efisiensi cukup baik jika dibandingkan dengan tipe Savonnius walau dalam aplikasinya masih memiliki torque ripple besar dan lift and drag yang bervariasi[7]. Beberapa riset telah dilakukan untuk memanfaatkan mekanisme fixed pitch dan variable pitch dalam mengoptimalkan nilai gaya lift sebagai gaya penggerak turbin untuk setiap pergerakan foil di sepanjang sudut azimuth. Beberapa hasil simulasi terhadap turbin sumbu vertikal aksis telah menyimpulkan bahwa mekanisme variable pitch sebagai perubahan sudut serang mampu mempengaruhi nilai torsi yang dihasilkan[3]. Pada kondisi yang sama, Hantoro telah melakukan investigasi eksperimen pada passive pitch turbin arus laut vertical aksis menggunakan 3-straight bladed NACA 0018. Hantoro juga menjelaskan Lift and Drag Force yang sangat berpengaruh terhadap performansi dan efisiensi turbin Darrieus telah dapat ditingkatkan dengan mekanisme Passive Pitch[4]. Di samping itu, studi eksperimental flapping wing sebagai mekanisme passive pitch pada turbin 3 straight-blade tipe Darrieus untuk variasi sudut pitch 10an 208]. Namun hasil eksperimen menunjukkan kekurangan dalam perolehan gaya angkat foil terbaik di setiap travelling rotasi, yaitu pada azimuth 0an 90enghasilkan nilai gaya drag yang cukup besar akibat sudut serang foil yang tidak optimal. Kemudian eksperimen mengenai kombinasi cascade foil antara fixed pitch dan passive pitch telah dilakukan dan diketahui pengaruh dari variasi kecepatan aliran dan jumlah foil pada turbin Darrieus terhadap nilai solidity, torsi, dan rpm[9]. Dari beberapa pernyataan tersebut, kekurangan mekanisme fixed dan passive pitch yang akan dijadikan topik eksperimen dari perkembangan turbin hidrokinetik tipe Darrieus menggunakan airfoil straight-bladed NACA 0018 untuk memaksimalkan gaya lift dengan mencari sudut serang terbaik di setiap 15ergerakan foil di sepanjang azimuth rotasi. Penelitian ini difokuskan pada analisis mekanisme active pitch Turbin Hidrokinetik tipe Darrieus menggunakan airfoil NACA 0018 dengan mengacu pada grafik Lift/Drag Coefficient terhadap nilai Angle of attack pada NACA 0018 dengan Reynold Number 300.000[5]. Analisis dilakukan dengan studi eksperimental untuk menganalisis aerodinamika yang terjadi akibat mekanisme active pitch berupa actuator disc yang terpasang pada foil turbin Darrieus dan membandingkan data eksperimen tersebut dengan mekanisme fixed pitch dan passive pitch.