Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin...

17
31 Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin 3.1 Perhitungan Daya pada Berbagai Kecepatan Angin 3.1.1 Menentukan Kecepatan Angin Nominal Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan energi rumah tangga, sehingga penempatannya diupayakan tidak jauh dari daerah pemukiman. Turbin angin ini dirancang untuk penggunaan di Indonesia yang memiliki kecepatan angin normal berkisar antara 0 sampai 12 m/s. Kecepatan angin yang diambil sebagai kecepatan nominalnya adalah 5 m/s. 3.1.2 Perhitungan Daya Maksimum Rotor Menurut aturan Betz, daya yang diserap turbin angin tidak akan melebihi 0,593 bagian dari daya total udara yang melalui area sapuan rotor. Sedangkan untuk turbin angin tiga sudu koefisien dayanya sebesar 0,45. Tabel berikut menunjukkan daya maksimum yang dapat diekstraksi oleh rotor dengan asumsi tidak ada loses, tidak terjadi efek wake, tidak ada turbulensi, dan efek perubahan luas area diabaikan. Tabel 3.1 Daya rotor untuk diameter 3,5 meter pada berbagai kecepatan angin

Transcript of Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin...

Page 1: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

31

Bab 3

Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin

3.1 Perhitungan Daya pada Berbagai Kecepatan Angin

3.1.1 Menentukan Kecepatan Angin Nominal

Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi

kebutuhan energi rumah tangga, sehingga penempatannya diupayakan tidak jauh

dari daerah pemukiman. Turbin angin ini dirancang untuk penggunaan di

Indonesia yang memiliki kecepatan angin normal berkisar antara 0 sampai 12 m/s.

Kecepatan angin yang diambil sebagai kecepatan nominalnya adalah 5 m/s.

3.1.2 Perhitungan Daya Maksimum Rotor

Menurut aturan Betz, daya yang diserap turbin angin tidak akan melebihi

0,593 bagian dari daya total udara yang melalui area sapuan rotor. Sedangkan

untuk turbin angin tiga sudu koefisien dayanya sebesar 0,45. Tabel berikut

menunjukkan daya maksimum yang dapat diekstraksi oleh rotor dengan asumsi

tidak ada loses, tidak terjadi efek wake, tidak ada turbulensi, dan efek perubahan

luas area diabaikan.

Tabel 3.1 Daya rotor untuk diameter 3,5 meter pada berbagai kecepatan angin

Page 2: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

32

Dari tabel tersebut terlihat bahwa untuk kecepatan angin 5 m/s, daya

maksimum yang dapat diekstraksi rotor adalah sebesar 436,59 Watt. Pada

kenyataannya nilai energi yang dapat diekstraksi lebih kecil dari nilai tersebut

karena faktor-faktor lain yang merpengaruh seperti adanya loses karena gesekan

antar komponen, efek wake yang terjadi, adanya turbulensi dan faktor lainnya.

3.2 Perancangan Rotor

3.2.1 Diameter Rotor

Penentuan diameter rotor dilakukan dengan mempertimbangkan beberapa

parameter diantaranya besar daya yang ingin dihasilkan, rated wind speed, cut in

speed, dan pertimbangan lain yang berkaitan dengan keindahan, ketersediaan

lahan, dan lainnya.

Diameter yang dipilih untuk kecepatan angin nominal (rated wind speed) 5

m/s dan dengan asumsi tip speed ratio 7 adalah 3,5 m.

3.2.2 Tip speed ratio

Tip speed ratio adalah nilai perbandingan kecepatan sisi terluar (ujung)

rotor terhadap kecepatan angin. Nilai tip speed ratio berbeda untuk setiap jenis

turbin angin, seperti telah diperlihatkan pada gambar 2.7. Pada gambar 2.7,

diperlihatkan besar tip speed ratio yang memberikan nilai cp terbesar untuk turbin

angin 3 sudu adalah pada angka 7 atau sekitar 6,5 sampai 7,5.

3.2.3 Pemilihan Bahan untuk Komponen-Komponen Rotor

Sudu dibuat dari bahan dasar kayu. Pemilihan bahan dasar kayu

didasarkan pada pertimbangan kemudahan pembuatan dan massa jenis yang

ringan. Pada perancangan turbin angin ini diupayakan sekecil mungkin massa

elemen berputar untuk meminimalisir momen inersia yang terjadi. Momen inersia

yang besar akan menyebabkan respon rotor yang lambat terhadap angin, sehingga

cut in speed tinggi.

Bahan yang digunakan untuk membuat hub adalah logam, dapat berupa

logam ferrous maupun logam non-ferrous, misalnya baja karbon, stainless steel,

Page 3: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

33

Aluminium, dll. Yang penting adalah hub mampu menahan beban statik dan

dinamik akibat tahanan rotor terhadap angin dan akibat putaran rotor.

Elemen yang menghubungkan sudu dengan flens hub dinamakan batang

sudu. Batang sudu ini juga berfungsi sebagai pengatur sudut pitch, yaitu sudut

kemiringan sudu terhadap bidang sapuan rotor. Batang sudu dibuat dari pipa baja

dengan profil persegi yang dilas dengan flens yang berbahan baja karbon.

3.2.4 Batasan Profil Airfoil Berdasarkan Keterbuatan

Untuk memudahkan pembuatan, bentuk airfoil yang dibuat diperlihatkan

pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Profil airfoil untuk penampang sudu

Dimana:

d0 = lebar sudu (chord), dihitung dengan menggunakan persamaan 2.20

d1 = lokasi titik puncak, diambil 25% dari lebar sudu awal

d2 = tinggi titik puncak, diambil 10% dari lebar sudu

d3 = tinggi arc leading edge, diambil 5% dari lebar sudu

d4 = lokasi mulai trailing edge, diambil 25% dari lebar sudu akhir

d5 = tinggi mulai trailing edge, diambil 2,5 % dari lebar sudu

Proses pembentukan kayu hingga mencapai bentuk yang diinginkan adalah

dengan pemesinan, yaitu dengan mereduksi bahan. Proses yang dilakukan

diantaranya adalah menggergaji, menyerut, dan mengampelas. Perkakas yang

digunakan untuk membentuk kayu memiliki keterbatasan, salah satunya sulit

membentuk cekungan. Atas pertimbangan tersebut maka profil airfoil dengan

garis lurus pada bagian bawah, untuk kemudahan produksi.

Page 4: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

34

3.2.5 Pemilihan Bentuk Sudu

Terdapat variasi bentuk sudu turbin angin diantaranya bentuk sudu lurus,

bentuk sudu tirus, bentuk sudu tirus terbalik, dan bentuk sudu optimal. Bentuk

sudu optimal dipilih dengan beberapa keuntungan yang diperoleh diantaranya:

1. Memberikan nilai Cp yang terbesar

2. Nilai Chord yang besar pada root untuk memberikan nilai starting

torque yang besar

3. Chord mengecil pada ujung sudu untuk meminimalisir kebisingan

Sudut pitch dibuat seragam untuk kemudahan pembuatan. Pemilihan nilai

sudut pitch dilakukan dengan pertimbangan untuk memperoleh nilai Cp

maksimum dengan kondisi sudut pitch yang seragam.

3.2.6 Perancangan Geometri Sudu

Untuk membuat geometri sudu dengan bentuk yang optimal, dilakukan

pendekatan dengan menggunakan persamaan 2.20. Dengan mengambil nilai λ = 7,

kecepatan angin nominal 5 m/s, dan jarak antara stasiun 125 mm, hasil

perhitungan chord disajikan dalam tabel 3.2

Nilai Chord pada stasiun 1 adalah tak terhingga dan pada stasiun 2 adalah

930 mm, jika nilai chord pada stasiun 1, 2, 3, dan 4 diikuti, maka akan ada

beberapa kelemahan diantaranya adalah sudu tidak mungkin dibuat dengan nilai

ukuran tak terhingga (nilai chord pada stasuin 1), lebar bahan yang diperlukan

besar, dan banyak bahan yang akan terbuang. Hal ini mengurangi efisiensi

produksi dan mengurangi nilai estetika karena bentuk sudu menjadi tidak indah

dilihat, terlalu besar pada bagian pangkal. Ukuran sudu diperbaharui seperti

terlihat pada tabel.

Tabel 3.2 Distribusi lebar chord [10]

r (mm) stasiun C (mm) 0 1 ~

125 2 930 250 3 465 375 4 310 500 5 233

Page 5: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

35

Tabel 3.2 (lanjutan)

r (mm) stasiun C(mm) 625 6 186 750 7 155 875 8 133 1000 9 116 1125 10 103 1250 11 93 1375 12 85 1500 13 78 1625 14 72 1750 15 66

Atas pertimbangan tersebut, maka lebar chord pada stasiun 1, 2, 3, dan 4

ditentukan bukan berdasarkan hasil perhitungan dengan rumus, tetapi dengan

memilih nilai yang sesuai untuk pertimbangan estetika dan keterbuatannya.

Stasiun 3 dan 4 diberi nilai 240 mm menyesuaikan dengan dimensi bahan yang

tersedia.

Sudu mulai dibuat pada stasiun 3 hingga stasiun 15, sedangkan daerah

antara stasiun 1 dan stasiun 3 adalah batang sudu yang memiliki bentuk seragam

berupa pipa segi empat.

Gambar 3.2 Penampang badan sudu [10]

Page 6: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

36

3.2.7 Nilai Sudut Pitch Optimum

Sudu dirancang dengan sudut pitch seragam untuk memudahkan

pembuatan. Permasalahan yang muncul ialah berapa sudut pitch yang akan

memberikan nilai torsi yang optimum. Torsi yang dihasilkan akan menentukan

berapa besar daya yang dihasilkan oleh turbin angin dengan kecepatan angin dan

putaran rotor tertentu.

Nilai torsi yang diberikan oleh setiap elemen sudu akan optimal jika setiap

elemen sudu berada pada sudut pitch yang memberikan rasio lift terhadap drag

paling besar. Rasio lift terhadap drag terbesar akan diperoleh pada sudut serang

tertentu bergantung pada profil airfoil yang digunakan.

Sudut pitch dapat dihitung pada setiap stasiun, menggunakan persamaan

2.21. Hasil perhitungan sudut pitch akan memberikan nilai yang berbeda pada

setiap stasiun, sudut pitch optimum untuk setiap stasiun diberikan pada tabel 3.3,

dengan nilai kecepatan angin 5 m/s, nilai tip speed ratio 7 dan sudut pitch untuk

semua stasiun dibuat seragam yaitu 5°.

Tabel 3.3 Sudut pitch optimum untuk setiap stasiun

No. Stasiun r (mm) Sudut Pitch β (derajat) 0 0,000 ~ 0 0,125 48,130 1 0,250 28,690 2 0,375 18,962 3 0,500 13,435 4 0,625 9,931 5 0,725 7,528 6 0,850 5,784 7 1,000 4,462 8 1,125 3,427 9 1,250 2,595 10 1,375 1,911 11 1,500 1,340 12 1,625 0,856 13 1,750 0,440

Page 7: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

37

Dengan memberikan nilai 5° untuk sudut serang pada seluruh stasiun,

sudut pitch bervariasi. Nilai sudut pitch terbesar terjadi pada root atau pangkal

sudu yaitu sebesar 48,13° sedangkan sudut pitch yang terkecil berada pada ujung

sudu sebesar 0,44°

Dari rekomendasi dosen pembimbing, sudu kemudian dipotong pada

radius r = 0,875 atau 0,5R (pada tabel 3.3 berada pada stasiun 6). Sudu yang telah

dipotong terlihat seperti pada gambar 3.3 berikut ini.

Gambar 3.3 Sudu yang telah dipotong

Dengan pemotongan sudu menjadi 2 bagian, dapat diatur sudut pitch pada

masing-masing potongan sudu. Untuk menentukan sudut pitch pada masing

masing potongan sudu, diambil nilai rata rata sudut pitch yang terjadi sepanjang

bagian sudu yang terpotong.

Dari hasil perhitungan rata rata sudut pitch untuk masing masing potongan

sudu, diperoleh :

1. Potongan 1, β1 = 20°

2. Potongan 2, β2 = 2°

3.3 Perancangan dan Pembuatan Komponen Turbin Angin

Komponen-komponen turbin angin selain rotor tidak menjadi titik tekan

pada penelitian ini, sehingga perancangannya tidak sepenuhnya melalui langkah-

langkah teknik. Komponen yang lainnya dirancang untuk dibuat berdasarkan

aspek keterbuatan, namun untuk aspek kekuatan dan keamanan, analisis yang

dilakukan masih minim.

Page 8: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

38

3.3.1 Rotor

Bagian-bagian yang penting membangun sebuah rotor adalah sudu, batang

sudu, hub, dan komponen lainnya. Yang dimaksud dengan komponen lainnya

dalam hal ini adalah hidung, mur dan baut, dan elemen counterbalance.

a. Sudu

Dari semua komponen yang membangun rotor, sudu adalah komponen

yang berkaitan langsung dengan proses konversi energi angin menjadi energi

mekanik rotasi rotor. Rotor memiliki 3 buah sudu yang dipasang pada posisi sudut

yang sama yaitu 120°.

Bahan sudu adalah kayu albasiah merah yang memiliki massa jenis yang

relatif ringan jika dibandingkan dengan jenis kayu yang lainnya. Tahapan proses

pemesinan sudu dapat dilihat pada gambar 3.3. Setelah sudu kayu jadi, dan

disambungkan dengan batang sudu, maka untuk selanjutnya dilapisi dengan cat

kayu, agar permukaan sudu menjadi halus (smooth) dan nilai estetikanya

bertambah.

Gambar 3.4 Tahapan pemesinan pada pembuatan sudu dan hasilnya

Page 9: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

39

b. Batang sudu

Batang sudu berbahan dasar baja karbon rendah (ST-37), dibagi menjadi

tiga bagian yaitu batang sudu yang menempel pada hub, batang sudu yang

menempel pada pangkal sudu, dan batang sudu yang menyambung potongan

sudu.. Ketiga bagian batang sudu ini ditempelkan menggunakan mur dan baut

dengan bantuan flens yang dilas pada bagian yang harus disambung. Sambungan

ini dibuat agar sudut pitch dapat diatur dengan mudah.

c. Hub

Hub adalah bagian rotor yang berada di pusat rotasi. Hub dibuat dari pelat

baja ST-37 yang melalui proses pemesinan dan pengelasan sehingga

memungkinkan untuk dipasang pada poros generator. Hub juga harus

memungkinkan untuk dipasangi batang sudu dan bila perlu counterbalance.

Diameter hub dibuat sama dengan diameter generator yaitu 265 mm.

d. Hidung

Hidung diletakkan pada hub dengan bentuk hampir menyerupai setengah

bola. Hidung memiliki beberapa fungsi diantaranya mengurangi tahanan turbin

angin, melindungi komponen-komponen yang menempel pada hub, dan

memberikan nilai keindahan pada turbin angin.

Bentuk hidung yang menyerupai setengah bola menjaga agar aliran udara

yang menerpa hub tetap laminar atau setidaknya meminimalisir turbulensi yang

terjadi di sekitar hub. Bentuk hidung yang menutupi bagian depan hub juga

berfungsi sebagai pelindung komponen-komponen dalam hub dari pengaruh

cuaca.

Fungsi lain dari hidung adalah menambah nilai estetika pada turbin angin

dimana turbin angin akan tampak lebih aerodinamis dengan penambahan hidung

pada hub.

Page 10: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

40

Gambar 3.5 Hub, hidung, dan pengatur sudut pitch [10]

3.3.2 Permanent Magnet Generator (PMG)

Generator sebagai komponen yang penting dalam rantai konversi energi

angin sudah semestinya dipilih sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan.

Generator yang digunakan untuk turbin angin dalam penelitian ini adalah

generator AC dengan magnet permanen atau disebut juga Permanen Magnet

Generator (PMG). PMG yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 3.4 Spesifikasi PMG Ginlong [8]

No Spesifikasi Keterangan

1 Trade mark GINLONG

2 Type GL-PMG-500A (500W)

3 Casing Aluminium alloy with TF/T6 heat treatment

4 Finishing Anodised and anti-corrosion painted

5 Shaft material stainless steel

6 Shaft bearing SKF or NSK bearings

7 Fasteners Stainless steel

8 Lamination stack Cold rolled steel

9 Rated windings temperature 180°C

10 Magnet material NdFeB (Neodynium Iron Boron)

11 Rated magnets temperature 150°C

12 Generator configuration 3 phase star connected AC output

Page 11: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

41

Tabel 3.4 (lanjutan) No Spesifikasi Keterangan

13 Short circuit braking Capable 14 Prevention of electrical shock Class I for electrical safety

Karakteristik daya output terhadap putaran yang dihasilkan oleh PMG ini ditampilkan dalam grafik di bawah ini.

Gambar 3.6 karakteristik PMG Ginlong 500 W

3.3.3 Base dan Yaw mechanism

Base pada turbin angin ini adalah tempat menempelnya generator dan ekor

untuk mengarahkan turbin angin frontal terhadap arah datangnya angin. Turbin

angin harus memiliki kebebasan bergerak menggeleng (yawing) untuk

memastikan arah rotor selalu menghadap arah datangnya angin, sehingga perlu

mekanisme yang mendukung kebebasan bergerak turbin angin. Mekanisme yang

memberikan satu derajat kebebasan di arah menggeleng (yawing) dinamakan yaw

mechanism.

Bagian-bagian turbin angin yang turut bergerak sesuai dengan arah angin

adalah rotor dan semua bagiannya, generator, dan tentunya ekor yang memainkan

peran paling penting sebagai pengarah. Semua bagian-bagian tersebut

ditempelkan pada base, sedangkan base menempel pada tiang. Antara base dan

tiang dibuat lubang dan poros untuk memberi kebebasan bergerak. Pada

rancangan turbin angin ini tiang yang akan berfungsi sebagai porosnya dengan

menambahkan komponen poros sedangkan base dibuat memiliki lubang.

Page 12: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

42

Bantalan yang digunakan pada pemasangan base pada tiang adalah sebuah

ball bearing dan sebuah roll bearing. Ball bearing hanya menahan beban radial

sedangkan roller bearing menahan beban radial sekaligus beban aksial yang

merupakan beban yang timbul dari berat turbin angin.

Gambar 3.7 Yaw mechanism antara poros tiang dan base [10]

3.3.4 Side Furling

Side furling adalah mekanisme pengaman turbin angin pada kecepatan

angin tinggi. Jika kecepatan angin sangat tinggi, ada beberapa bahaya yang

mengancam turbin angin diantarnya:

1. putaran rotor yang tinggi memberi gaya sentrifugal yang besar

2. putaran rotor yang tinggi menyebabkan vibrasi yang tinggi

3. angin yang besar menyebabkan gaya dorong yang besar pada struktur

karena alasan-alasan tersebut, perlu dibuat mekanisme pengaman turbin angin saat

terjadi kecepatan sangat tinggi.

Pada saat ini sudah ada beberapa cara yang dikembangkan untuk

mengatasi kecepatan angin yang terlampau tinggi diantaranya dengan

menggunakan mekanisme pengatur sudut pitch yang bekerja berdasarkan gaya

sentrifugal dan dengan menggunakan side furling.

Page 13: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

43

Side furling dirancang dengan memberikan eksentrisitas pada sumbu rotasi

rotor. Artinya sumbu rotasi rotor tidak berpotongan dengan sumbu yaw

mechanism. Eksentrisitas ini diberikan agar ketika kecepatan angin cukup besar

dan gaya thrust yang terjadi juga besar maka turbin angin akan mendapat momen

dari gaya thrust dikalikan dengan jarak eksentrisitas yang diberikan.

Besarnya eksentrisitas yang diberikan dipengaruhi oleh beberapa faktor

diantaranya:

1. pada kecepatan angin berapa turbin angin harus side furling

2. besarnya gaya pada ekor oleh kecepatan angin pada sudut tertentu

3. sudutnya yang diinginkan untuk side furling

faktor-faktor tersebut perlu diperhitungkan dengan beberapa kali iterasi agar

mendapat nilai eksentrisitas yang sesuai.

Jika nilai eksentrisitas terlampau tinggi maka turbin angin akan mengalami

side furling sebelum kecepatan angin kritis. Side furling yang terlalu dini

menimbulkan kerugian karena turbin angin tidak maksimal menyerap energi saat

side furling. Namun side furling yang terlambat akan membahayakan turbin

angin, artinya side furling terjadi setelah kecepatan angin lebih tinggi dari

kecepatan kritis dan dapat menyebabkan turbin angin mengalami kerusakan

sebelum melakukan side furling. Yang dimaksud dengan kecepatan angin kritis

dalam hal ini adalah kecepatan angin yang berpotensi menyebabkan kerusakan

pada turbin angin.

Side furling memerlukan perhitungan yang tidak sederhana. Pada

penelitian ini, penyusun tidak melakukan perhitungan detail untuk mendapatkan

nilai eksentrisitas, tetapi mengambil contoh dari turbin angin yang sudah ada yang

menggunakan metode side furling untuk memberi perlindungan pada turbin angin

pada kecepatan angin tinggi. Pada kesempatan yang lain, mekanisme ini perlu

diperhitungkan untuk mendapatkan nilai side furling yang sesuai, tidak terlampau

tinggi sehingga menyebabkan terjadinya side furling dini dan tidak terlampau

rendah sehingga menyebabkan keterlambatan respon side furling.

Page 14: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

44

3.3.5 Ekor

Ekor selalu bergerak menjauhi arah datangnya angin, dengan demikian

pemasangan ekor di bagian belakang turbin angin mengakibatkan bagian rotor

yang berada di muka turbin angin akan selalu mendekati arah datangnya angin.

Ada beberapa variabel yang perlu dipertimbangkan untuk merancang ekor

diantaranya panjang ekor, luas permukaan sirip ekor, bobot ekor dan sistem

pemasangannya pada base.

Dalam penelitian ini, ekor dibuat sebagai trusses atau rangka yang tersusun

dari pipa persegi yang disambung dengan pengelasan. Panjang ekor yang umum

digunakan pada turbin angin yang sudah ada adalah sekitar setengah hingga sama

dengan diameter rotor turbin angin.

Gambar 3.8 ekor pada turbin angin

3.3.6 Sistem Pengereman

Sistem pengereman diberikan dalam dua tahap. Tahap pertama adalah

melepaskan pin pengunci ekor sehingga ekor perpindah orientasi menjadi

menyamping yang akibatnya turbin angin mengarah menyamping terhadap arah

angin sehingga putaran rotor berkurang. Tahap kedua adalah dengan short circuit.

Kabel-kabel kutub generator dihubungkan secara langsung menyebabkan

terjadinya arus pendek. Arus pendek ini menyebabkan generator memberi momen

yang arahnya melawan arah putaran rotor.

Bagaimana perubahan posisi ekor mengurangi putaran ditunjukkan oleh

gambar 3.9 berikut:

Page 15: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

45

Arahangin

Gambar 3.9 Mekanisme pengereman dengan mengubah posisi ekor

Rotor turbin angin akan berputar dan mencapai performa yang maksimum

jika arah angin sejajar dengan arah sumbu rotasi rotor. Pada posisi tersebut sudut

yang dibentuk antara sumbu rotor dan arah angin adalah nol sehingga luas daerah

sapuan rotor maksimum terhadap arah angin karena fluks angin yang melalui area

sapuan rotor maksimum. Namun pada saat posisi rotor menyamping arah angin,

tidak terjadi konversi energi oleh rotor karena luas area sapuan rotor dapat

dikatakan nol terhadap arah angin. Hal ini karena sudut yang dibentuk oleh sumbu

rotor dan arah angin adalah 90° (nilai cos 90° adalah nol). Artinya tidak ada fluks

angin yang melalui area sapuan rotor.

Tahap kedua pengereman adalah dengan melakukan hubungan arus

pendek atau short circuit. Cara pengereman ini dengan menghubungkan kabel

kutub generator secara langsung. Arus pendek ini sangat besar dan menyebabkan

timbulnya medan induksi elektromagnet yang besar pada generator yang arahnya

melawan arah induksi magnet permanen. Medan induksi yang dihasilkan

menimbulkan momen yang besar dan arahnya melawan arah rotasi rotor. Cara

short circuit ini tidak selalu cocok untuk generator, namun generator yang

digunakan pada penelitian ini memiliki kapabilitas untuk hal tersebut.

3.3.7 Data Komponen

Komponen yang terlibat dalam perakitan turbin angin diberikan pada tabel

3.5 sebagai berikut:

Page 16: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

46

Tabel 3.5 Daftar komponen turbin angin

Bagian Komponen ukuran Bahan Jumlah

sudu Kayu dilapisi cat 3

batang sudu 1 ST-37 3

batang sudu 2 ST-37 3

mur-baut M6 Baja 36

mur-baut M10 Baja hitam 12

skrup M10 3

hub ST-37 1

hidung aluminium 1

rotor

mur M24 Baja 1

Base dural 1

generator 1

bearing radial stainless steel 1

bearing aksial stainless steel 1

mur M25 Baja 1

nacelle pelat baja ST-37 1

skrup M5 5

badan

dudukan ekor ST-37 1

ekor 1 ST-37 1

ekor 2 ST-37 1

sirip ekor pelat baja 1

mur baut 8

ekor

pin 2

pipa Baja Karbon medium 3

poros yaw ST-37 1 tiang

kabel baja

3.3.8 Perakitan Turbin Angin

Perakitan turbin angin dilakukan dengan tahapan seperti terlihat pada

gambar 3.10. Gambar tersebut adalah diagram alir proses perakitan turbin angin

Page 17: Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Turbin Angindigilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-fransiscus-31998-4... · Turbin angin yang akan dibuat dirancang untuk dapat memenuhi kebutuhan

47

secara garis besar. Hal-hal yang mendalam tidak disampaikan dan sangat

berkaitan dengan kemampuan operator/penguji.

mulai

Memasanggenerator pada

base

Memasangdudukan ekor

pada base

Memasang ekor 2pada ekor 1

Memasang siripekor pada ekor 2

Memasang sudupada batang sudu

1

Memasang basedan bearing pada

poros yaw

Memasang batangsudu 2 pada hub

Memasang sudupada hub

(mengeset sudutpitch)

Memasang ekorpada dudukan

ekor

Memasangcounter balance

pada hub

Memasang basepada poros tiang

Memasang rotorpada generator

Memasang hidungpada rotor

selesai

Gambar 3.10 Diagram alir proses perakitan turbin angin