Optimasi Daya dan Karakterisadi Getaran pada Turbin Angin

Pemanfaatan energi angin di Indonesia dewasa ini diarahkan untuk listrik dalam skala kecil, dan berkontribusi sebagai energi altematif di masa mendatang. Informasi kecepatan angin menunjukkan bahwa penggunaan turbin angin kecil adalah potensial, sementara penggunaan turbin angin besar juga dimungkinkan. Dengan terus berkembangnya teknologi energi angin dan meningkatnya kebutuhan energi, sistem energi angin akan semakin berdaya.Penelitian mengenai turbin angin saat ini sedang mengalami perkembangan guna mendapatkan daya output yang optimal. Untuk mendapatkan daya yang lebih baik ditambahkan alat yang dinamakan diffuser, yang berfungsi guna meningkatkan kecepatan angin pada blade turbin. Optimasi daya output pada turbin angin dapat ditingkatkan dengan cara membuat variasi pada variabel pada diffuser,yakni variabel variasi  5 sudut diffuser yang berbeda dan  3 variasi kecepatan pada sistem guna mencari hubungan karakteristik daya, putaran maupun karakteristik getaran dan noise (bunyi)  yang terjadi pada sistem, karakteristik getaran pada sistem turbin angin sangat mempengaruhi kinerja optimasi turbin angin, hal ini dapat menyebabkan kegagalan (failure) bila terjadi resonansi pada sistem turbin angin.

Energi Angin

Menurut beberapa literatur, kecepatan angin yang dikehendaki untuk kincir angin berada pada kelas yang berbeda-beda, dimana angin bertiup pada 3 m/s sampai 20 m/s. Indonesia belum memiliki peta angin dimana pada setiap daerah dimonitor kecepatan angin sebagai referensi untuk pembangunan kincir angin dan untuk keperluan lainnya, seperti penerbangan. Potensi energi angin di Indonesia umumnya berkecepatan lebih dari 5 meter per detik (m/detik). Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan) pada 120 lokasi menunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/detik, masing-masing Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa

engertian kincir angin

Turbin Angin atau kincir angin berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanis kemudian dikonversikan menjadi energi listrik. Sistem turbin angin yang baik harus didesain untuk dapat beroperasi pada kecepatan sudut yang tetap pada kecepatan angin yang berubah-ubah agar didapat frekuensi yang konstan. Dalam perencanaannya sangat penting untuk menjaga agar perbandingan daya dan berat sekecil mungkin, sebab ini dapat mengurangi tegangan dan getaran yang diakibatkan oleh daya dan sentrifugal sudu. Secara teoritis jumlah daya yang bisa diserap oleh kincir angin adalah 59% untuk turbin, disebabkan adanya rugi-rugi daya yang terjadi

Berdasarkan hukum kekekalan massa, pemampatan luas penanmpang akan menghasilkan peningkatan kecepatan aliran seperti pada persamaan

Keterangan

•         ρ₁     : massa jenis udara bebas( kg/m³)
•         A₁    : luas diffuser (m²)
•         V₁   : kecepatan udara luar (m/s)
•         ρ₂  :massa jenis udara di diffuser (kg/m³)
•            A₂  : luas penampang rotor blade (m²)
•            V₂  : kecepatan udara dalam diffuser (m/s)

Pada kecepatan rata-rata kurang dari 100 m/s penurunan luas penampang akan berbanding terbalik dengan kenaikan kecepatan.  Jika koefisien daya yang dimiliki suatu sistem berharga konstan , maka kenaikan daya yang dihasilkan adalah pangkat tiga dari kenaikan kecepatan angin. Hal tersebut sesuai dengan persamaan :

Keterangan :

P : Power                                         (Watt)

ρ : massa jenis fluida                  ( kg/m³)  

D: diameter rotor                         ( m )

V : kecepatan fluida                             (m/s)

C_p : koefisien performance

                

Diffuser

Merupakan salah satu peralatan guna meningkatkan daya output pada turbin angin, penggunaan desain ini disebut dengan DAWT ( Diffuser Augmented Wind Turbine). Hal ini disebabkan Saluran sekitar rotor meningkatkan laju aliran udara melalui daerah tersebut tersapu oleh
rotor, sehingga meningkatkan kecepatan angin di rotor. Oleh karena jarak efektif
kecepatan angin untuk menghasilkan daya yang diinginkan lebih lebar dari yang sesuai dengan
konvensional desain. DAWTs juga memiliki daya yang lebih tinggi per unit areal rotor dari
turbin tanpa diffuser. Keuntungan lain menggunakan diffuser dapat meningkatkan daya maksimum teoritis dari turbin angin ,dan berhubungan dengan perbedaan tekanan dan kecepatan aliran di saluran. Salah satu kelemahan menggunakan diffuser adalah bahwa berat keseluruhan dari
struktur meningkat, hal ini menyebabkan respon frekuensi pada turbin meningkat sehingga resiko penurunan kinerja lebih besar dibandingkan dengan turbin angin non- diffuser. 

 Sifat Getaran

Getaran secara teknis didefenisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi objek awal/diam, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4. Gerakan massa dari posisi awal menuju atas dan bawah lalu kembali ke posisi semula, dan akan melanjutkan geraknya disebut sebagai satu siklus getar. Waktu yang dibutuhkan  untuk satu siklus disebut sebagai periode getaran. Jumlah siklus pada suatu selang waktu tertentu disebut sebagai frekuensi getaran.

Frekuensi adalah salah satu karakteristik dasar yang digunakan untuk mengukur dan menggambarkan getaran. Karakteristik lainnya yaitu perpindahan,  kecepatan dan percepatan. Setiap karakteristik ini menggambarkan tingkat getaran,

 Analisa Sinyal Getaran dan Identifikasi Penyebab Getaran

Pada mesin yang beroperasi dalam kondisi paling baik sekalipun, pemantauan sinyal getaran akan memunculkan amplitudo, meskipun berada pada tingkat getaran yang dapat diterima. Suatu perubahan adalah dampak yang wajar dari adanya perubahan kondisi operasi, misalnya: perubahan suhu, perubahan beban, keausan, dan fluktuasi dari lingkungan mesin. Dan pada saat amplitudo berada diatas baseline, maka trend perlu dicermati oleh teknisi agar tetap secara kontinu menguji kebutuhan potensial terhadap:

a. Adanya perubahan kondisi operasi mesin yang sementara

b. Penjadwalan dini terhadap tindakan perbaikan
c. Penghentian segera operasi mesin oleh karena adanya kenaikan yang signifikan dari amplitudo getaran mesin.

METODE PENELITIAN/PELAKSANAAN

ALAT / BAHAN YANG DIGUNAKAN

Alat- alat yang diperlukan selama tahapan penelitian ini memrlukan peralatan sebagai berikut:

Nama Alat                                                                              Jumlah

a.       Diffuser                                                                                                 5

b.      Turbin Loopwing                                                                                  1  

c.       Alat pengukur daya                                                                              1

d.      Sensor accelerometer                                                                            5

e.      Amplifier                                                                                              2

f.        Laptop /komputer                                                                                1

g.       Alternator                                                                                            1

h.      Tacchometer                                                                                        1

i.         Microphone                                                                                         5

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1     Karakteristik  Turbin Angin

Hasil penelitian disajikan dalam bentuk grafik berdasarkan dari pengolahan data –data yang didapatkan selama pengambilan data percobaan di lapangan, penyajian  dalam bentuk grafik akan memberikan kemudahan dalam mendapatkan informasi untuk mendapatkan sifat dan karakteristik tiap variabel yang dibandingan. Dalam grafik terdapat beberapa variabel yang dibandingkan. Yang pertama yakni grafik hubungan antara Cp dan tip speed rasio. Grafik kedua adalah hubungan antara Ct dan tip speed rasio. Grafik ketiga adalah hubungan antara rpm dan torsi. Grafik ketiga adalah hubungan antar daya dan rpm. Dalam penelitian ini terdapat 5 obyek penelitian dengan parameter yang berbeda  kemudian dibandingkan dalam bentuk grafik untuk mendapatkan karakteristik tiap model obyek penelitian. Model  penelitian akan disajikan dalam bentuk grafik di bawah ini.

Tabel 4.1 Keterangan model diffuser

No	Model	Keterangan
1	1	Turbin angin tanpa diffuser
2	2	Turbin angin rasio luas 4,65 panjang 900 cm
3	3	Turbin angin rasio luas 5,2 panjang 900 cm
4	4	Turbin angin rasio luas 5,8 panjang 900 cm