Bab 3.docx

BAB III METODOLOGI PENELITIAAN 3.1 Analisa Dimensi Analisa dimensi diperlukan untuk mengetahui parameter-paramter yang digunakan dalam penelitian ini. Parameter- parameter yang mempengaruhi karakteristik aliran antara lain densitas udara (ρ), viskositas udara (μ), kecepatan udara (v), diameter sudu turbin savonius (D), tinggi turbin savonius (H),diameter overlap (b), panjang karakteristik (L), panjang silinder penggangu (t), jarak antara pusat silinder (S), variasi silinder penggangu arah tegak lurus arah datang angin (y).

Gambar 3.1 Skema Penelitian Skema penelitiaan dan parameter yang akan dianalisa pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.1, adalah sebagai berikut : ρ:densitas udara (kg/m3) μ:viskositas udara (N.s/m2) V:kecepatan udara (m/s) d:diameter silinder penggangu (m) D: diameter turbin (m) S: jarak antara pusat silinder (m) y : variasi silinder penggangu arah tegak lurus arah datang angin(m) 24

b: diameter overlap(m) L: panjang karakteristik (m) t: panjang silinder penggangu (m) n: putaran sudu turbin angin Savonius (rpm) H: tinggi turbin Savonius (m)

1.

2. 3.

4.

5.

𝜋1 =

3.1.1 Analisa Dimensi untuk Coefficient of Power Langkah-langkah analisa dimensi yaitu sebagai berikut: Menentukan parameter-parameter yang mempengaruhi power P= f( ρ,μ,V,D,d,y,H,b,n) Jumlah parameter(n)= 10 parameter Parameter-parameter tersebut adalah: P = Power, Nm/s ρ = densitas udara, kg/m3 V = kecepatan aliran udara,m/s D = diameter sudu turbin angin,m d = diameter silinder penggangu,m H= tinggi turbin,m t = panjang silinder penggangu,m b = diameter overlap,m n = putaran sudu turbin, rpm Menentukan satu grup dimensi primer yang digunakan dalam menganalisa. Dipilih M,L,t. Membuat dimensi primer dari parameter-parameter yang dipilih Parameter P ρ μ V D d y H b n 2 𝑀 𝐿 1 Dimensi L L L L L L 𝑀𝐿 𝐿𝑇 𝑡 𝑡 𝑡3 Memilih parameter berulang (m) yang jumlahnya sama dengan jumlah dimensi primer (r) yang digunakan yaitu: 𝜌, V, D Jumlah parameter berulang (m) = r = 3. Menentukan grup tanpa dimensi yang akan dihasilkan. Jumlah grup tanpa dimensi yang akan dihasilkan = 10-3 = 7 grup tanpa dimensi. Grup tanpa dimensi tersebut antara lain: 𝑃 𝜌𝑉 3 𝐷 2

𝜇 𝜌𝑉𝐷 𝑑 𝜋3 = 𝐷 𝑦 𝜋4 = 𝐷 𝜋2 =

𝜋5 =

𝐻 𝐷

𝑏 𝐷 𝑛𝐷 𝜋7 = 𝑉 𝜋6 =

Dari analisa diatas, diperoleh grup tidak berdimensi sebagai berikut: 𝜋1 : Coefficient of Power 𝜋2 : bilangan Reynolds 𝜋3 : rasio diameter silinder penggangu terhadap diameter turbin angin Savonius 𝜋4 : rasio antara variasi silinder penggangu dalam arah tegak lurus arah datang angin terhadap diameter turbin angin Savonius 𝜋5 : rasio antara tinggi turbin terhadap diameter turbin angin Savonius 𝜋6 : rasio antara diameter overlap terhadap diameter turbin angin Savonius 𝜋7 : Tip Speed Ratio 25

Hubungan antara grup variabel yang tak berdimensi adalah: 𝜋1 = 𝑓(𝜋2 , 𝜋3 , 𝜋4 , 𝜋5 , 𝜋6 , 𝜋7 ) 𝑃 𝜇 𝑑 𝑦 𝐻 𝑏 𝑛𝐷 = 𝑓1 ( , , , , , ) 3 2 𝜌𝑉 𝐷 𝜌𝑉𝐷 𝐷 𝐷 𝐷 𝐷 𝑉 𝜇

𝑏

𝐻

𝑑

Dalam penelitian ini, 𝜌 𝑉 𝐷 , 𝐷 , 𝐷 , 𝐷 merupakan variabel tetap. Sedangkan

𝑛𝐷 𝑦 𝜇 , , 𝑉 𝐷 𝜌𝑉𝐷

merupakan

variabel yang divariasikan untuk diketahui pengaruhnya terhadap coefficient of power turbin angin Savonius, sehingga dapat ditulis sebagai berikut: 𝑃 𝑛𝐷 𝑦 𝜇 = 𝑓2 ( , , ) 3 2 𝜌𝑈 𝐷 𝑉 𝐷 𝜌𝑉𝐷 Dimana nilai 𝑆 = 𝐿 cos 𝛼 dengan nilai L yang tetap dan 𝐿 = 2𝐷 − 𝑏 dengan b bernilai tetap, maka: 𝑃 𝑦 = 𝑓3 ( 𝑇𝑆𝑅, , 𝑅𝑒) 3 2 𝜌𝑈 𝐷 𝐷

3.2

Peralatan Peralatan yang digunakan pada eksperimen kali ini antara lain:

3.2.1 Axial Fan Pada penelitian ini axial fan digunakan sebagai penghasil kecepatan angin yang dapat memutar sudu turbin angin Savonius. Axial Fan yang digunakan adalah CKE AFD 560 seperti pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Axial fan CKE AFD-560 Tabel 3.1 Spesifikasi Axial fan CKE AFD-560 SPECIFICATIONS 22,4 inch/ 560 mm Diameter 8500-14700 Air Flow 178-600 Pa Static Pressure 2800 RPM Rotation 2,2 KW Power 330 V Voltage

26

3.2.2 Honeycomb Pada penelitian ini, honeycomb digunakan untuk menyeragamkan aliran angin menuju turbin angin Savonius dan mencegah terjadinya swirl. Honeycomb diletakkan di antara Axial Fan dengan turbin angin Savonius seperti pada gambar 3.4. Honeycomb yang digunakan berbentuk persegi dengan sket seperti gambar 3.3 dan mempunyai dimensi sebagai berikut: • Panjang sisi frame : 990 mm • Panjang sisi honeycomb : 805 mm • Tebal frame : 50 mm • Tebal honeycomb : 20 mm

Gambar 3.3 Honeycomb yang Digunakan dalam Penelitian

Gambar 3.4 Skema Instalasi Axial Fan, Honeycomb dan Plat Penggangu Terhadap Turbin Savonius 3.2.3 Turbin Angin Savonius 27

Skema turbin angin Savonius ditunjukkan pada gambar 3.5, memiliki dimensi sebagai berikut: • Diameter sudu turbin (D) : 152,4 mm • Tinggi (H) : 300.3 mm • Diameter overlap (b) : 15 mm

Gambar 3.5 Turbin Angin Savonius 3.2.4 Silinder Penggangu Skema silinder penggangu dalam penelitian ini terdapat pada gambar 3.6 Tinggi = 500 m Diameter silinder penggangu = 76.2 mm

Gambar 3.6 Silinder Penggangu 3.2.5 Penyangga Turbin Angin Savonius

28

Gambar 3.7 Penyangga Turbin Angin Savonius 3.2.6 Alat Ukur Pada penelitian ini digunakan alat ukur untuk mendapatkan nilai putaran dan torsi yang dihasilkan oleh turbin angin Savonius digunakan alat ukur sebagai berikut: a. Tachometer Tachometer adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kecepatan rotasi dari sebuah objek yang berputar. Tachometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah Economical Non-Contact Pocket Optical Tachometer OMEGA seri HHT12 seperti pada gambar 3.8 dengan akurasi pembacaan 0.01%. Spesifikasi tachometer dapat dilihat pada tabel 3.2.

Gambar 3.8 Tachometer OMEGA seri HHT12 Tabel 3.2 Spesifikasi Tachometer OMEGA Seri HHT12

b. Anemometer Anemometer adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kecepatan aliran angin. Anemometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah anemometer model Omega HHF141 seperti pada gambar 3.9 dengan high resolution 0,01 m/s. Spesifikasi dari anemometer ini dapat dilihat pada tabel 3.4

29

Gambar 3. 1 Anemometer Omega HHF141 Tabel 3. 1 Spesifikasi Anemometer Digital Omega HHF141

c. Torque meter Torque meter ini merupakan alat ukur digital yang berfungsi untuk mengukur torsi statis dari suatu poros. Torque meter yang digunakan yaitu Torque meter LUTRON model : TQ-8800 dengan high resolution 0,1 Newton-cm.Spesifikasi dapat dilihat pada tabel 3.5

Gambar 3.10 Torque meter LUTRON model TQ-8800 Tabel 3.5 Spesifikasi Torque meter LUTRON model TQ-8800

30

d. Rotary Torque Sensor Rotary torque sensor adalah alat yang digunakan untuk mengukur dan merekam torsi dinamis pada sistem yang berputar, seperti mesin, poros engkol, gearbox, transmisi, rotor, engkol sepeda . Pada penelitian ini digunakan rotary torque sensor TQ 513-003 OMEGA ENGINEERING INC. Dapat dilihat pada gambar 3.11

Gambar 3.11 Rotary Torque Sensor TQ 513-003 Tabel 3.6 Spesifikasi Rotary Torque Sensor TQ 513-003 SPECIFICATIONS 50 in-oz Capacity 182 RAD Torsional Spring Rate 0.375 inch Shaft Diameter Flats Key Width 180 psi ….Max 0.10% FS Linearity e. Inverter Inverter adalah alat yang digunakan untuk mengubah arus DC (searah) menjadi arus AC (bolak-balik). Pada penelitian ini digunakan inverter ATV312HU30N4.

Gambar 3.11 Inverter ATV312HU30N4 Tabel 3.7 Spesifikasi Inverter ATV312HU30N4 SPECIFICATIONS 3 KW Power 380…..500 V [US] Rated Supply Voltage (-15…..10%) 50..60(-5….5%) Supply Frequency 31

Apparent Power Maximum Transient Current Power Dissipation Speed Range

7.1 KVa 10.7 a for 60s 125 W 1……50

f. Portable Handheld Data Logger ( DAQ) OM-DAQPRO-5300-UNIV adalah sebuah data logger, yaitu alat elektronik yang mencatat data dari waktu ke waktu baik yang terintegrasi dengan sensor dan instrument. Secara fisik data logger berukuran kecil dan dilengkapi dengan mikroprosesor dan memori internal yang digunakan untuk mencatat dan merekam data dan sensor.

Gambar 3.12 DAQ OM-DAQPRO-5300-UNIV Tabel 3.8 Spesifikasi OM-DAQPRO-5300-UNIV SPECIFICATIONS 8 differential type analog Number of inputs inputs 0 to 50 mV [US] Rated Supply Voltage 3 μV Resolution ±0.5% FS Accuracy 50 MΩ Input Impedance o 0 to 50 C (32 to 122oF) Operating Temperature Internal rechargeable 7,2 Power Supply V Ni-MH battery, built in batterycharger,battery life for 25 hours between chargers g. Pelumas Digunakan pelumas pada penelitian ini untuk mengurangi kerugian akibat gesekan pada bagian-bagian turbin angin Savonius. Pelumas yang digunakan adalah REXCO 50 . Pelumas digunakan terutama pada bagian bearing yang terletak di poros turbin dimana pemberian pelumas dilakukan setiap pengambilan data dan perubahan variasi tip speed ratio.Multipurpose Lubricant seperti gambar 3.13 dengan spesifikasi tabel 3.9

32

Gambar 3.13 REXCO 50 Multipurpose Lubricant Tabel 3.9 Spesifikasi REXCO 50 Multipurpose Lubricant SPECIFICATIONS SM363 Code Name Type Weight

Multipurpose Lubricant Lubricant 50-350 ML/287 G 0,5 kg

3.4 Prosedur Penelitian Prosedur yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Perencanaan peralatan yang akan digunakan. 2. Pemasangan benda uji pada test section. 3. Menyalakan axial fan dan mengatur besar frekuensi dengan menggunakan inverter sehingga didapatkan nilai kecepatan sesuai dengan yang diharapkan. 4. Melakukan pengukuran temperatur menggunakan thermometer. 5. Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan inventer untuk mendapatkan tip speed ratio (λ) yang diinginkan, yaitu mulai dari nol. 6. Melakukan pengukuran putaran poros turbin angin tanpa beban dengan menggunakan Tachometer. 7. Mengukur torsi statis dengan menggunakan torque meter dan torsi dinamis dengan torque sensor. 8. Melakukan pembacaan hasil pengukuran torsi dinamis dari torque sensor pada DAQ 9. Mengulangi langkah 4 sampai 8 dengan merubah tip sped ratio (λ) dengan kenaikan 0,1 hingga nilai tip sped ratio (λ) sebesar 1,5. 10.Mematikan axial fan 11. Memasang silinder sirkular penggangu di depan returning blade dengan jarak antara pusat returning blade turbin angin dan silinder sirkular penggangu S= 152.4 mm 12. Mengulangi langkah 3 sampai 11 dengan memvariasikan y/D sebesar 0,25; 0,5 12. Mengolah semua data yang diperoleh (putaran ,torsi statis,torsi dinamis) menjadi Coefficient of Power dan melakukan plotting grafik torsi statis terhadap tip speed ratio ( λ) , torsi terhadap tip speed ratio ( λ) Coefficient of Power (CoP) terhadap tip speed ratio ( λ) , effisiensi terhadap tip speed ratio ( λ) 13. Membandingkan hasil data yang diperoleh antara turbin angin Savonius berpenggangu dengan turbin angin Savonius tanpa penggangu (y/D) 0;0,25; 0,5

33

3.5 Flowchart Penelitian Mulai

Turbin Savonius, benda uji (silinder penggangu),axialfan,honeycomb, inverter,anemometer,torque meter,tachometer,rotarytorque sensor,DAQ

Setting peralatan dan benda uji sesuai dengan skema

Axial fan dinyalakan

Mengukur temperatur udara dan menghitung kecepatan angin yang dibutuhkan

Pengaturan kecepatan angin dengan inverter pada tip speed ratio (λ) mulai dari nol

A

34

A

Putaran

Torsi

Torsi

Statis

Dinamis

Pemasangan benda uji pada d/D=0,2 dan S/D= 1,4

y/D=0;0,25;0,5

Putaran

Torsi

Torsi

Statis

Dinamis y

λ = λ +0,1 y/D

λ >=1,5

Mengolah data yang didapatkan

Kecepatan putar, torsi statis, torsi dinamis, coeficient of power

Selesai

35

3.5 Perencanaan Penelitiaan Penelitian dilakukan dengan alokasi waktu seperti tabel 3.7 No 1 2 3 4 5

Kegiatan Pembuatan Alat Penulisan Proposal Ujian Proposal Setting Alat Pengukuran Analisa Data & 6 Penulisan TA 7 Ujian TA

Nop '17

Des '17

Jan '18

Feb '18

Mar '18

Apr '18

Mei '18

Jun '18

36

Daftar Pustaka Akwa, J. V., 2012. Renewable and Sustainable Energy Reviews. A review on the performance of Savonius wind turbines, 16(2012), p. 3057. Al-Semmeri,T.2010.Wind Turbines : First Edition.Ventus Publishing ApS.

Dewi, Retno. 2016. “Studi Eksperimen Pengaruh Silinder Pengganggu di Depan Returning Blade Turbin Angin Savonius terhadap Performa Turbin”. Studi Kasus untuk Rasio Diameter Silinder Pengganggu terhadap Diameter Turbin (d/D) = 0,75, S/D = 1,5 < S/D < 2,4, dan Variasi Bilangan Reynolds 6,0 x 104, 7,5 x 104, 9 x 104. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Fox, M. D., 1998. Introduction to Fluid Mechanics. 5th ed. New York: John Willey and Son. Latif, A. A., 2017. Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Sudut Penempatan Plat Datar Penggangu Di Depan Returning Blade Terhadap Performa Turbin Angin Savonius. Mahmoud,2010.An experimental study performance.Alexandra Engineering Journal

on

improvement

of

Savonius

rotor

Mohamed, M., May 2010. Optimization of Savonius Turbines Using an Obstacle Shielding the Returning Blade. Renewable Energi 35. Mohamed, M., n.d. Optimization of Savonius Turbines Using. Teknologi, B. P. d. P., 2017. Outlook Energi Indonesia. s.l.:s.n. Tista, P. G. G., 2010. Pengaruh Penempatan Penggangu Berbentuk Silinder Pada Posisi Vertikal Dengan Variasi Jarak Horisontal Di Depan Silinder Utama Terhadap Koefisien Drag. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, Volume IV, pp. 160-165. Tsutsui, T. a. I., n.d. Drag Reduction on Circular Cylinder in an Air Stream. Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamic, Volume 90, pp. 527-541.

37