Progress Tugas Merancang - Elvin
Tugas Merancang Kelompok 5 2019
Minggu 1
Apa itu Turbin Archimedes?
Turbin Angin Archimedes adalah sebuah turbin yang memiliki bilah berbentuk helix atau seperti sebuah sekrup. Turbin jenis ini mampu bekerja pada head yang rendah, mempunyai efisiensi yang tinggi, dan tidak menghasilkan polusi suara.
Awalan dari turbin ini dimulai sebagai sebuah pompa air sekrup yang digunakan untuk mengangkat air dari dataran rendah ke dataran yang lebih tinggi dengan memutarkan sekrup tersebut. Pompa sekrup ini juga merupakan salah satu jenis pompa tertua yang pernah dikembangkan. Walaupun dinamakan sebagai Pompa Achimedes, pompa ini sudah lama digunakan pada zaman mesir kuno, babylon, yunani dan bangsa kuno lainnya.
Seiring majunya zaman dan teknologi, pompa ini kembali digunakan tetapi memiliki peran sebagai turbin yang dihubungkan ke sebuah generator untuk menghasilkan listrik. Energi mekanik yang memutar poros pompa Archimedes dapat mengangkat air. sebaliknya, jika air dialirkan pada bagian atas turbin, maka poros akan berputar akibat energi potensial air. Turbin air ini juga dapat bekerja pada head yang rendah (H < 10 m) dan tidak berdampak tinggi pada lingkungan ataupun hewan. Turbin air Archimedes sudah banyak diaplikasikan di Britania Raya dan Amerika Serikat dengan jangkauan daya hasil sebesar 12 kW hingga 320 kW.
Minggu 2
Rangkuman Artikel
Conical Roll-Twist-Bending Process for Fabrication of Metallic Archimedes Spiral Blade Used in Small Wind Power Generator
Akhir ini, potensi pasar industri pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) atau tenaga angin mengalami peningkatan yang cukup tinggi dikarenakan penghasilan tenaga listrik yang murah dan ramah lingkungan. Tenaga angin juga bersifat berlimpah, bersih, dan tidak menghasilkan emisi karbon dioksida. Pada umumnya, sistem tenaga angin diklasifikasi berdasarkan ukuran kincir dan kapasitas daya listrik. Sistem yang menghasilkan daya listrik kurang dari 100 kW biasanya digunakan di daerah perkotaan untuk beraneka kegunaan.
Sistem turbin angin diklasifikasi berdasarkan arah letak poros menjadi sumbu vertikal (Vertikal Axis Wind Turbines (VAWT)) atau sumbu horizontal (Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT)). VAWT memiliki poros yang tegak lurus dengan arah datang angin, sedangkan HAWT memiliki poros yang sejajar dengan arah datang angin.
Pasar dunia untuk sistem turbin angin skala kecil masih meningkat secara 40-50% setiap tahun. Akan tetapi, sistem turbin angin berskala kecil masih kurang diminati dikarenakan efisiensi rendah meskipun mempunyai kebutuhan dan nilai jual tinggi. Sehingga, diperlukan sebuah desain inovatif yang dapat meningkatkan efisiensi dari turbin skala kecil ini. Archimedes Wind Mill (AWM) yang menggunakan prinsip desain sekrup Archimedes mempunyai kemampuan tersebut.
AWM ini mampu berotasi dan menghasilkan listrik pada kecepatan angin yang rendah bahkan dibawah 3 m/s. AWM juga memiliki nilai koefisien daya yang lebih tinggi dibandingkan sebagian besar rasio kecepatan tip turbin. Terlebih dari itu, dapat memaksimalkan performa aerodinamik dengan mengaplikasikan kedua gaya lift dan drag
Secara umum, AWM terdiri atas 3 sudu spiral, generator, rem magnetik, frame, dan yawing jig seperti pada gambar disamping. Sudu spiral yang berjumlah 3 dan terposisi sepanjang poros ini sangat berbeda dengan sudu kincir angin secara umum. Bentuk sudu spiral ini tidak gampang dibuat. Dengan demikian, suatu proses fabrikasi sudu spiral AWM perlu dikembangkan untuk produksi massal. Proses yang digunakan pada artikel ilmiah ini adalah Roll-Twist-Bending (RTB).
Proses RTB dibagi menjadi 2, yaitu pembagian penampang dari blank menjadi beberapa bagian dan proses RTB nya itu sendiri.
- Pembagian penampang blank
Geometri dari sudu spiral mempunyai kurva archimedean yang terus berubah, sehingga titik pusat dari setiap lengkungan juga harus menyesuaikan. Dengan demikian, penampang dari blank harus dibagi menjadi beberapa bagian agar dapat diproduksi pada fase RTB. Jumlah bagian penampang dibagi menjadi 6 karena memiliki perbedaan nilai lengkungan yang kecil dibandingkan jumlah bagian penampang yang lain. Proses RTB dimulai dari bagian penampang 1 dimana titik pusat setiap lengkungan merupakan hasil perhitungan rata-rata jumlah lengkungan yang mendekati tak hingga.
- Proses RTB
Desain dari roller untuk proses RTB didapatkan dari analisis geometri blank turbin. Garis lekukan pada blank adalah garis yang akan bersentuhan dengan roller saat proses RTB. Area pembentukan dan radius luar dari lekukan sudu akan meningkat dari penampang ke-1 yang terdekat dengan poros hingga ke-6 yang pada ujung sudu. Bentuk roller yang digunakan merupakan conical roller digunakan untuk membentuk sudu yang mirip dengan bentuk kerucut. roller conical ini akan disertai dengan 2 roller silinder untuk memberi bentuk pada sudu dengan gaya gesek dan dibengkokan.
Untuk lebih mengerti proses tersebut Finite Element Analysis (FEA) dilakukan untuk mendapatkan parameter fabrikasi dan detil seperti deformasi dan sudut saat produksi.
Seperti yang dapat dilihat pada gambar, bagian penampang ke-1 yang terdekat dengan poros mengalami deformasi yang tinggi akibat tegangan yang diaplikasikan untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan. Deformasi dan tegangan yang dialami semakin berkurang saat mendekati penampang ke-6. Terlebih dari itu, analisa elastisitas menunjukkan terjadinya spring-back atau pemulihan bentuk ketika perbandingan radius bending dan ketebalan blank memiliki nilai yang besar.
Referensi Yang, S. M., Ji, H. S., Shim, D. S., Baek, J. H., & Park, S. H. (2017). Conical roll-twist-bending process for fabrication of metallic Archimedes spiral blade used in small wind power generator. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 4(4), 431-439.
