M. Faiz Naufal

Rangkuman tentang turbin archimedes

Turbin archimedes atau turbin ulir (screw turbine) adalah turbin air yang menggunakan prinsip archimedes untuk mengkonversikan energi potensial dari air untuk menjadi sebuah energi/tenaga. Pada awalnya, turbin archimedes hanya digunakan untuk memompa air dari dataran yang lebih rendah ke dataran yang lebih tinggi.

Keunggulan dari turbin ulir archimedes adalah turbin ini dapat beroperasi pada head rendah (H<10), mudah dalam pemasangannya, mudah perawatannya, dan tidak merusak ekologi dari tempat turbin ini dipasang. Turbin ulir archimedes mengkonversikan dari energi kinetik/energi potensial menjadi energi mekanis dan menjadi energi listrik.

Turbin ulir archimedes merupakan hydropower skala kecil yang dapat digunakan untuk memaksimalkan sumber daya yang ‘jarang’ digunakan sebagai pembangkit listrik, seperti sungai kecil dan sistem irigasi. Turbin ulir archimedes juga membutuhkan biaya lebih sedikit dari hydropower umum yang digunakan dari segi pembuatan dan perawatan.

Turbin ulir archimedes umumnya diletakkan pada kemiringan 22 derajat dimana merupakan sudut yang sangat efektif untuk turbin ulir archimedes.

Rangkuman Jurnal Conical Roll-Twist-Bending Process for Fabrication of Metallic Archimedes Spiral Blade Used in Small Wind Power Generator

Generator tenaga angin berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, hal ini dikarenakan generator tenaga angin membutuhkan biaya yang lebih sedikit dan juga ramah lingkungan. Generator tenaga angin dapat diklasifikasikan berdasarkan dari ukurannya dan electric power capacity. Untuk generator tenaga angin ukuran kecil dapat menghasilkan listrik +- 100 kW. Generator tenaga angin dapat di klasifikasi berdasarkan perputaran porosnya, Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT) dan Vertical Axis Wind Turbine (VAWT).

Daya tarik generator tenaga angin skala kecil meningkat sebanyak 40-50% per tahunnya, dikarenakan banyak keuntungan dalam kegunaannya. Banyak penelitian yang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi dari generator tenaga angin skala kecil ini, salah satunya adalah Archimedes Spiral Blade Wind Turbine (AWM). AWM tetap dapat berputar walaupun dalam kecepatan angin yang rendah dan dapat menghasilkan energi listrik untuk mengoperasikan kendaraan dengan kecepatan dibawah 3 m/s. AWM memiliki nilai daya koefisien yang tinggi dan dapat memaksimalkan performa aerodinamis dengan mengaplikasikan drag and lift force.

Komponen-komponen AWM terdiri dari 3 spiral blades, generator, magnetic brake, frame dan yawing jig. Diantara komponen tersebut, yang memiliki peran paling penting adalah bagian blade, yang mempunyai bentuk yang berbeda dibandingkan blade pada umumnya. Terdapat 3 spiral blades yang diletakkan pada jarak yang sama pada poros putarannya. Namun, sangat sulit untuk membuat blade itu tersendiri. Oleh karena itu, terdapat roll forming process baru yang menggunakan metode roll-twist-bending (RTB) untuk pembuatan Archimedes Spiral Blade.

Proses roll-twist-bending (RTB) terdiri dari upper dan lower conical rollers dan pair of side bending rollers. Untuk membentuk kelengkungan/lengkungan secara terus menerus, blade dibagi menjadi 6 bagian berdasarkan analisis geometrik. Pada bagian 1 dan 2 berbentuk segitiga dan bagian 3 hingga 6 mulai terbentuk seperti blade. Yang menentukan radius kelengkungan proses roll-twist-bending (RTB) adalah jumlah pergerakan dan sudut rotasi x dan z pada bending roller. Untuk menentukan optimalisasi blade pada proses RTB, dapat kita lihat dari radius kelengkungan pada bagian luar blade, dan juga dari grade nya. Hasil akhir dari proses roll-twist-bending (RTB) memiliki error yang kurang dari 5% dan dapat di konklusikan jika blade dari proses roll-twist-bending (RTB) layak dan dapat digunakan untuk generator tenaga angin.

Generator yang berkaitan dengan kebutuhan listrik saat traveling

Listrik yang dibutuhkan saat orang melakukan traveling antara lain, untuk mencharge handphone, emergency lamp, handie talkie, dan radio. Untuk mengisi ulang alat-alat tersebut kita membutuhkan daya listrik lebih kurang sebesar 2.5-5 Watt. Oleh karena itu kita membutuhkan generator yang dapat menghasilkan daya hingga atau dapat melebihi 5 watt.

Terkait dengan generator yang akan digunakan, terdapat 2 contoh hydroturbine device yang saya pelajari. Device tersebut adalah WaterLily dan Estream.

Estream merupakan pembangkit listrik portable yang dapat menghasilkan listrik dari air (contoh: sungai) menjadi tenaga listrik. Estream memiliki prinisip kerja yang kurang lebih sama dengan Portable Hydropower Archimedes yang kelompok kami kerjakan. Estream memiliki blade yang jika blade tersebut berputar akan menghasilkan listrik. Dalam waktu 4.5 jam, Estream dapat menghasilkan 6,400 built in battery dan generatornya dapat menghasilkan daya listrik sebesar 2,5-5 watt. Dengan daya listrik yang dihasilkan dan kapasitas baterai yang dimiliki, Estream dapat mencharge 3 smartphone hingga baterainya habis digunakan.

Device yang kedua adalah WaterLily.Terkait prinsip kerja, WaterLily memiliki persamaan dengan Estream maupun Portable Hydropower Archimedes Turbine yang akan kelompok kami kerjakan. Perbedaannya, WaterLily tidak hanya menghasilkan listrik dari air, namun juga dapat dari udara. Waterlily dapat menghasilkan daya listrik yang cukup besar, yaitu sebesar 15 watt. Namun kekurangan dari WaterLily adalah, device ini mempunyai minimum dan maximum water flow speed. Untuk minimum water flow speednya adalah 0.7 mph (1 km/h, 0.5 kt) dan maximum water flow speednya adalah 9 mph (15 km/h, 8 kt).

Generator yang digunakan pada Archimedes Wind Turbine

Generator yang digunakan pada Archimedes Wind Turbine antara lain, Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) dan Doubly Fed Induction Generator (DFIG). Pada PMSG, generator ini menggunakan magnet permanen pada rotornya sehingga dapat menghasilkan listrik ketika berputar. Generator PMSG adalah generator yang medan eksitasinya dihasilkan oleh magnet permanen, bukan kumparan, sehingga fluks magnetik dihasilkan oleh medan magnet permanen. Generator PMSG sendiri memiliki tingkat efisiensi yang tinggi sehingga banyak digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA).

Besarnya kerapatan fluks magnet celah udara, berpengaruh pada besarnya EMF yang dibangkitkan. Untuk daya output dan torsi yang dihasilkan, dapat diselesaikan dengan persamaan,

Untuk DFIG, terdapat beberapa keuntungan yaitu antara lain, kecepatan rotor dapat divariasikan lebih kurang 33% dari kecepatan sinkron mesin, pengendalian daya aktif dan reaktif dengan kemampuan menjaga frekuensi elektris agar tetap konstan dapat dicapai dengan menggunakan pengendali pada bagian konverter. Persamaan daya input turbin, daya ourput dan torka mekanik dari turbin angin yaitu,

File:Rumus dfig 3.PNG