BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Energi fosil masih menjadi sumber energi utama yang paling banyak
digunakan oleh manusia terutama di Indonesia. Indonesia merupakan salah satu negara yang menggunakan energi fosil paling besar di dunia. Penggunaan energi fosil ini meliputi hampir keseluruhan aspek kehidupan, yaitu dalam transportasi, kebutuhan rumah tangga, hingga pembangkit listrik. Perlu diketahui bahwa energi fosil merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbarui. Kebutuhan yang besar akan energi fosil tidak dapat selamanya dipenuhi oleh cadangan energi di Indonesia yang semakin menipis. Cadangan minya misalnya, diperkirakan akan habis dalam 12 tahun ke depan. Sedangkan cadangan batu bara proven mampu bertahan hingga 22 tahun, dan gas akan habis dalam 36 tahun mendatang (Kepala Badan Geologi Kementerian ESDM, 2016). Hal inilah yang menjadi alasan perlunya solusi berupa energi alternatif yang mampu menggantikan peran energi fosil serta ketersediaannya tidak terbatas dan dapat diperbarui. Energi baru dan terbarukan (EBT) didefinisikan sebagai energi yang dapat diperoleh ulang akibat adanya proses alam yang berkelanjutan, sepeti angin, sinar matahari, air, proses biologi, proses kimia dan geothermal. Berbeda dengan energi fosil yang berupa mineral, hasil dari energi terbarukan ini biasanya berupa energi listrik yang dapat dinikmati manfaatnya dengan mengubah ke bentuk energi lain seperi energi gerak untuk kendaraan, energi kalor untuk memasak dan sebagainya. Sumber energi terbarukan merupakan sumber energi ramah lingkungan yang tidak mencemari lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim dan pemansan global seperti energi fosil. Namun sayangnya pengembangan energi baru dan terbarukan
sangat
lambat. Prof. Dr. Djarot S., Kepala Badan Tenaga Nuklir Nasional, menuturkan bahwa pemanfaatan energi baru dan terbarukan di Indonesia tidak pernah beranjak
1
dari 10 tahun lalu. Pemanfaatan tenaga air baru berkisar 10,10% dari sumber dayanya, panas bumi 4,8%, biomassa 3,3%. Demikian juga dengan energi surya, angin dan samudera yang masih jauh lebih kecil. Sementara itu di massa mendatang, Indonesia dengan negara berpenduduk terbesar ke empat di dunia akan mengalami krisis energi (Kurniawan, 2016). Di sisi lain, banyak proyek energi terbarukan tidak dapat dimanfaatkan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) karena harganya yang tidak ekonomis. Alasan utama yang menyebabkan hal ini adalah karena efisiensi energi terbarukan masih kecil sedangkan investasi yang dibutuhkan sangat besar (Chandra, 2016). Angin, sebagai salah satu energi terbarukan, memiliki potensi yang besar untuk dalam pengembangannya. Energi ini telah banyak dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif oleh negara-negara maju seperti Belanda, Inggris, Jerman, India, Amerika Serikat, Italia, dan bahkan China telah menjadikan energi angin sebagai sumber energi primer yang pemanfaatannya telah mencapai lebih dari 30% (Tummala, et al., 2016). Pemanfaatan energi angin dilakukan menggunakan perangkat berupa turbin angin yang nantinya akan menghasilkan energi listri yang dapat digunakan dengan cara dikonversikan ke bentuk energi lain. Dalam prakteknya, efisiensi turbin angin modern (Jiang, et al., 2015) hingga saat ini bahkan masih sulit mencapai nilai 50%. Salah satu alasan kecilnya efisiensi turbin angin adalah karena rugi-rugi (losses) pada sudu turbin angin. Rugi-rugi ini terjadi pada ujung sudu dan pangkal sudu. Rugi-rugi pada ujung sudu biasanya mempengaruhi aeroelastis turbin angin sehingga membuat struktur sudu bergetar. Rugi-rugi pada pangkal sudu disebabkan karena rotor memiliki hub. Salah satu rugi-rugi pada pangkal sudu adalah pemisahan aliran (flow separation). Pemisahan aliran selalu terjadi pada sudu dan dimulai pada bagian pangkal sudu. Pemisahan aliran berdampak pada berkurangnya efisiensi turbin angin yang relatif besar dan juga getaran pada sudu. Rugi-rugi pada ujung sudu juga berdampak pada efisiensi turbin angin namun nilainya lebih kecil dibandingkan dengan pemisahan aliran yang terjadi pada pangkal sudu. Bahkan pemisahan aliran ini biasanya dimanfaatkan untuk sistem pengereman pada turbin angin ketika mencapai kecepatan angin yang melebihi kecepatan angin operasional turbin angin.
2
Performa turbin angin (Triki, et al., 2014) bergantung pada aliran angin yang berada disekitar turbin angin. Aliran disekitar turbin angin ini didefinisikan sebagai gaya-gaya yang menyebabkan rotor memiliki daya. Hal ini yang mejadi alasan pentingnya memerhatikan pemisahan aliran pada sudu turbin angin. Selain itu, pemisahan aliran yang bermula terjadi di trailing edge pangkal sudu bagian suction mudah menyebar menuju bagian tengah bahkan hingga ke ujung sudu. Turbin angin modern dalam perkembangannya tidak hanya berbentuk lurus namun juga berbentuk belok (swept) dan juga memiliki sudut twist yang dapat diatur. Perubahan bentuk pada sudu dapat menyebabkan berubahnya aerodinamika aliran udara di sekitar sudu sehingga menyebabkan performa turbin angin (M.G. Khalafallaha, et al., 2015).
1.2.
Rumusan Masalah Pada penelitian ini dilakukan pengamatan tentang pengaruh perubahan
bentuk sudu terhadap performa rotor. Dari hasil penelitian diharapkan dapat diperoleh karakteristik performa rotor terhadap bentuk sudu. Bentuk sudu yang menghasilkan daya paling besar akan digunakan dalam perancangan turbin angin. Berdasarkan uraian tersebut, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : 1. Bagaimana pengaruh arah belokan (backward swept dan forward swept) pada sudu terhadap performa rotor turbin angin. 2. Bagaimana pengaruh letak belokan swept pada sudu terhadap performa rotor turbin angin. 3. Bagaimana merancang turbin angin skala kecil.
1.3.
Batasan Masalah Karena luasnya aspek pada tugas akhir ini, maka diperlukan batasan-batasan
masalah dalam penelitian sudu dan perancangan turbin angin. Batasan masalah dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah : 1. Penelitian sudu turbin angin dibatasi pada :
3
a. Proses perancangan model sudu dibuat dengan menggunakan software Autodesk Inventor Professional 2013. b. Sudu yang dimodifikasi merupakan sudu double swept, yaitu sudu yang dibentuk dari dua belokan (swept). c. Modifikasi bentuk sudu terbatas pada arah belokan (backward swept atau forward swept) dan letak belokan. d. Analisa sudu dilakukan dengan menggunakan wind tunnel yang terdapat di Laboratorium Hidrodinamika Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik – Universitas Gadjah Mada. e. Analisa pengaruh bentuk sudu dilakukan sebatas untuk memperoleh performa rotor, yaitu torsi rotor dan kecepatan putaran rotor. 2. Turbin angin yang dirancangan memiliki spesifikasi : a. Daya
: 1800 Watt
b. Kecepatan Angin
: 6,5 m/s
c. Jenis Turbin Angin
: Turbin angin sumbu horizontal
3. Pada tugas akhir ini, turbin angin hanya Pada tugas akhir ini penulis hanya merancang/mendesain turbin angin, tidak membuat atau memanufaktur. 4. Pada saat perancangan, sifat fluida dan parameter lain yang tidak disebutkan dianggap ideal.
1.4.
Tujuan Penelitian dan Perancangan Tujuan penelitian adalah merancang turbin angin dengan sudu yang
memiliki performa paling baik. Dari tujuan tersebut, beberapa tujuan khusus yang ingin dicapai antara lain : 1. Mengetahui pengaruh arah belokan (backward swept atau forward swept) pada sudu turbin angin terhadap performa turbin angin. 2. Mengetahui pengaruh letak belokan pada sudu terhadap performa turbin angin. 3. Memperoleh bentuk sudu yang menghasilkan performa paling besar. 4. Memperoleh rancangan turbin angin skala kecil sesuai dengan spesifikasi turbin angin yang telah dijelaskan pada bagian 1.3.
4
1.5.
Manfaat Penelitian dan Perancangan Penulis mengharapkan perancangan dan penelitian tentang bentuk sudu
turbin angin ini menghasilkan manfaat berupa : 1. Meningkatkan pemahaman terhadap teori yang telah didapatkan di perkuliahan dan dari buku referensi, serta menerapkannya di lingkungan nyata. 2. Mengetahui pengaruh bentuk sudu turbin angin terhadap karateristik keluaran daya, performa dan aliran disekitar sudu turbin angin. 3. Mengetahui langkah-langkah apa saja yang dilakukan pada perancangan turbin angin beserta memahami urutan langkah-langkah tersebut. 4. Merangsang civitas akademika lain untuk menyempurnakan dan mengembangkan metode yang lebih akurat untuk memprediksi performa teoritis turbin angin. 5. Memberikan tambahan referensi bagi dunia ilmu pengetahuan.
5
