BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Alam menyediakan begitu banyak energi. Potensi sumber daya alam dapat digunakan
untuk
kebutuhan
dan
kepentingan
manusia.
Menurut
proses
pembentukannya, sumber daya alam dapat dibagi menjadi dua yaitu sumber daya yang dapat diperbaharui dan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Sedangkan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu energi angin, energi panas matahari, dan air. Energi terbaharui mendapat energi dari aliran energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan. Oleh sebab itu pemanfaatan energi alam yang berkelanjutan kini banyak diteliti dan dikembangkan. Banyak sumber daya alam terbarukan yang ada di Indonesia yang belum dimanfaatkan secara optimal seperti energi angin, energi air, energi surya dan lainnya. Pemanfaatan energi terbarukan dapat mencegah terjadinya kenaikan jumlah karbon dioksida atau CO2 pada lapisan atmosfer yang menyebabkan pemanasan global. Pada sebuah surat kabar The Atjeh Post pada Rabu 1 Juni 2011, ”International Energy Agency (IEA) mengungkapkan bahwa kenaikan emisi karbondioksida CO2 pada tahun 2010 sebesar 1.6 gigaton (Gt), saat diakumulasikan kenaikan karbondioksida di tahun 2010 menjadi 30.6 Gt, Nicholas Stern dari London School of Economics bahkan mengklaim, jika hal ini terus berlangsung pada 2100, suhu Bumi akan naik 4 derajat Celcius”. Salah satu energi terbarukan yang saat ini mendapatkan perhatian yang besar di dunia tentang pemanfaatannya adalah energi angin dikarenakan karena sifatnya yang terbarukan, berkelanjutan dan ramah lingkungan. Banyak negara yang telah terlebih dahulu mengembangkan pembangkit listrik tenaga angin. Jerman mempunyai turbin angin sebanyak 11.000 buah, Belanda telah memproduksi 2000 MW pada tahun 2007 dan Spanyol memproduksi 10.000 MW pada tahun 2010 (Edelstein,William A.2003).
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Produksi Listrik Di Beberapa Negara Sampai Tahun 2002
(sumber: Edelstein,William A.2003)
Penelitian ini juga diharapkan sebagai salah satu alternatif untuk mengatasi krisis energi yang terjadi di Indonesia khususnya di daerah Sumatera Utara. Dalam sebuah siaran pers PLN pada tanggal 8 Maret 2011, saat ini pasokan daya untuk sistim Sumatera Utara sebesar 1.447 MW, sedangkan kebutuhan pasokan disaat beban puncak (peak load) 1.339 MW. Sekarang ini sistim kelistrikan untuk wilayah Sumatera Bagian Utara, dipasok dari sejumlah pembangkit yang telah tersedia dengan realisasi daya mampu rata-rata sekitar 1.517 MW. Sementara itu, kondisi beban puncak (peak load) pada sistim kelistrikan yang sama sebesar 1.365 MW. Dengan cadangan daya yang sangat terbatas ini, diperkirakan tak akan mampu menghindari terjadinya pemadaman jika salah satu pembangkit utama menjalani pemeliharaan, sehingga dibutuhkan upaya untuk lebih memperbesar cadangan daya dengan menambah pembangkit listrik baru. Untuk memenuhi peningkatan kebutuhan energi listrik tentunya membangun pembangkitan energi listrik yang membutuhkan perencaan yang matang dan daerah operasi yang luas serta biaya yang cukup besar. Namun angin di kawasan wilayah Indonesia mempunyai kecepatan dan arah yang selalu berubah-ubah. Menurut Karwono (2008), pada turbin angin poros horisontal pemanfaatannya harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya. Konstruksi turbin angin Vertikal Axis Savonius yang dapat memanfaatkan potensi angin dari segala arah, konstruksi sederhana, dan tidak
Universitas Sumatera Utara
memerlukan tempat pemasangan yang begitu luas serta menghasilkan momen yang besar merupakan suatu pertimbangan penulis dalam memilih jenis turbin angin ini. Hal inilah yang membuat penulis ingin melakukan analisa pada turbin angin yang dapat digunakan pada kondisi tersebut yaitu dengan mengembangkan turbin angin vertikal axis Savonius.
1.2 TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitian pengaruh jumlah sudu dan kecepatan angin terhadap daya dan putaran turbin angin Vertikal Axis Savonius adalah : 1. Untuk mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap besarnya daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin. 2. Untuk mengetahui pengaruh kecepatan angin terhadap daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin 3. Mencari nilai koefisien daya dari turbin angin Savonius yang telah dirancang.
1.3 RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH 1.3.1 Rumusan Masalah Dalam penelitian turbin angin Vertikal Axis Savonius yang terkonsentrasi pada pengaruh jumlah dan profil sudu terhadap daya dan putaran yang dapat dibangkitkan turbin ini yang kemudian dikonversikan dalam bentuk energi listrik. Daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin tentu bervariasi terhadap penggunaan jumlah dan profil sudu yang digunakan serta kecepatan angin yang akan melalui turbin ini. Berdasarkan data klimatologi dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) Sumatera Utara tanggal 22 Mei 2010, kecepatan angin berkisar 1 – 6,5 m/s untuk daerah Sumatera utara, maka penulis akan melakukan pengujian pada kecepatan angin pada interval 3 – 6 m/s. Sebagai perbandingan, digunakan data kecepatan angin dari pengukuran Laboratorium Teknik Pendingin selama seminggu mulai dari tanggal 28 Juni 2011 sampai 4 Juli 2011 yang diukur diatas gedung Pasca Sarjana Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dari data yang diperoleh pada akhir bulan Juni 2011 kecepatan nominal angin antara 1 sampai 5 m/s, sedangkan pada awal bulan Juli 2011 menurun menjadi 1 sampai 3 m/s.
Universitas Sumatera Utara
Adapun jumlah sudu yang digunakan yaitu 3, 4 dan 6. Tujuan penggunaan sudu 3, 4 dan 6 adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan jumlah sudu dan jumlah sudu yang optimal dalam mengekstrak energi angin serta memberi kemudahan bagi penulis dalam pemasangan sudu turbin terhadap sudut 360o. Sedangkan profil sudu turbin yang digunakan yaitu profil sudu lengkung dengan jari-jari r 198 mm (seperti pada gambar lampiran). Sebelum
penulis
melakukan
penelitian
ini,
terlebih
dahulu
penulis
menumbuhkembangkan ide yang tertata dan dan terkonsep serta merumuskan permasalahan tersebut dalam bentuk pertanyaan berikut : 1. Bagaimanakah pengaruh kecepatan angin terhadap daya dan putaran yang dihasilkan oleh turbin angin ? 2. Bagaimanakah jumlah sudu turbin angin terhadap daya dan putaran yang dihasilkan turbin angin?
1.3.2 Batasan Masalah Banyak aspek yang melibatkan rancang bangun dan pengaruh jumlah, profil sudu dan pengaruh kecepatan angin terhadap daya dan putaran turbin, namum tidak semua aspek yang akan ditinjau dalam penelitian ini. Melihat ruang lingkup penelitian ini sangat luas, penulis membuat batasan masalah sehingga tujuan dan target penelitian dapat dicapai sesuai dengan perencanaan. Batasan masalah penelitian ini adalah : 1. Rancang bangun turbin angin sesuai dengan desain yang ditentukan oleh penulis. 2. Spesifikasi turbin angin meliputi : a. Diameter rotor : 1.000 mm b. Tinggi rotor
: 900 mm
c. Jumlah sudu
: 3, 4 dan 6
d. Profil sudu
: lengkung dengan jari-jari kelengkungan 198 mm.
3. Variasi kecepatan angin untuk pengujian berkisar 3 – 6 m/s. 4. Desain turbin angin termasuk sistem transmisi.
Universitas Sumatera Utara
1.4 MANFAAT PENELITIAN Penelitian yang penulis lakukan ini kiranya dapat bermanfaat bagi penulis sendiri, bagi para pembaca atau pihak – pihak yang berkepentingan. Manfaat penelitian ini dapat ditinjau dari : 1. Aspek keilmuan atau akademis Penelitian ini erat hubungannya dengan mata kuliah mesin fluida, Turbin dan Mesin Konversi Energi sehingga dengan dilakukanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan wawasan yang luas bagi peneliti serta mengembangkan pola pikir tentang turbin angin Vertikal Axis Savonius yang kemudian mampu memberikan gagasan dalam inovasi turbin angin khususnya pada jenis Vertikal Axis Savonius. 2. Aspek praktik atau implementasi Peneliti memfokuskan penelitian turbin angin jenis vertikal axis yang akan direncanakan pemakaiannya pada industri rumah tangga skala kecil, penggerak pompa air dalam skala kecil, dan gedung – gedung tinggi yang memiliki potensi angin.
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Penulis menyusun laporan hasil penelitian ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut: Bab I. Pendahuluan Pada bab pendahuluan terdiri dari sub-bab latar belakang, tujuan, rumusan dan batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. Pada sub-bab latar belakang berisi hal – hal yang melatarbelakangi dan awal sudut pandang penulis sehingga akan dilakukannya suatu penelitian. Penelitian merupakan kegiatan ilmiah yang tentunya memiliki tujuan yang akan dicapai dibahas dalam sub-bab tujuan penelitian. Banyak aspek yang terlibat pada saat dilakukannya suatu penelitian, namun tidak semua aspek tersebut dilibatkan dalam penelitian sehingga dibuat suatu rumusan dan batasan masalah penelitian untuk menjaga penelitian tersebut pada target dan tujuan yang telah ditentukan, hal ini dibahas pada rumusan dan batasan masalah. Tingkat keberhasilan suatu penelitian tentu memberikan manfaat bagi pembaca dan penulis khususnya. Suatu penelitian yang telah dilakukan disusun dalam bentuk
Universitas Sumatera Utara
laporan hasil penelitian yang memiliki sistematika penulisan yang ilmiah, hal ini dibahas pada sub-bab sistematika penulisan. Bab II. Tinjauan Pustaka Pada bab tinjauan pustaka terdiri dari beberapa sub-bab yang keseluruhan subbab berisikan teori – teori pendukung untuk melakukan pendekatan – pendekatan teoritis dalam menganalisis data hasil pengujian prototype turbin Angin Vertikal Axis Savonius akibat variasi kenaikan kecepatan angin Uo dan jumlah sudu. Bab III. Perancangan Turbin Angin Savonius Dalam bab ini dibahas penjelasan tentang metode penelitian berupa bahan dan peralatan yang digunakan, perancangnan, waktu dan tempat penelitian, prosedur dan variabel yang diamati. Bab IV. Analisa Data dan Pembahasan Pada bab ini berisikan hasil penelitian yang dilakukan berupa daya dan putaran yang dihasilkan oleh turbin angin . Dalam bab ini juga dipaparkan mengenai perhitungan dari data yang diperoleh dengan menggunakan teori yang ada pada bab II. Bab V. Kesimpulan dan Saran Pada bab ini merupakan kesimpulan dan saran dari hasil analisa serta permasalahan yang ada pada skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara
