Optimasi Rancangan Kincir Angin Modifikasi Standar NACA 4415 Menggunakan Serat Rami (Boehmeria Nivea) dengan Core Kayu Sengon Laut (Albizia Falcata) yang Berkelanjutan

Abstract

ABSTRAK Minyak bumi, batubara, gas (energi fosil) saat ini merupakan sumber energi dominan di Indonesia dan bahan baku industri petrokimia, namun ketersediaannya terbatas. Dengan tingkat produksi seperti 2008, dan tanpa penemuan cadangan baru, cadangan minyak bumi Indonesia akan habis dalam waktu 23 tahun mendatang. Pembakaran minyak bumi juga berkontribusi pada pemanasan global, karena penambahan CO2 di udara. Indonesia merupakan negara kepulauan dan mempunyai garis pantai terpanjang ke-empat di dunia. Dengan keadaan tersebut, energi angin menjadi potensi yang harus dikembangkan dan dimanfaatkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan komposit alami dari serat rami dan Kayu Sengon Laut sebagai bahan propeler kincir angin di daerah pesisir. Metode Hand Lay Up digunakan untuk pembuatan komposit 1 lapis dan 2 lapis, dengan serat rami sebagai matrik dan Sengon Laut sebagai intinya. Optimalisasi desain propeler dilakukan dengan simulasi dinamika fluida berbantuan software FLUENT. Model propeler yang optimal dari hasil simulasi selanjutnya difabrikasi dari material komposit dua lapisan serat rami. Propeler berbahan komposit ini digunakan sebagai kincir angin yang dipasang di pantai Pandasimo, Bantul, Yogyakarta selama 5,5 bulan. Dari hasil simulasi, desain optimum propeler memiliki panjang 1,625 m dengan 20 elemen sudu. Panjang chord maksimum adalah 0,28 m dan minimum 0,08 m. Propeler memiliki koefisien Betz maksimum sebesar 0,4 pada Tip Speed Ratio 4. Pada kecepatan angin rata-rata 3-5 m/s, kincir angin yang terdiri dari tiga propeler ini dapat menghasilkan daya keluaran sebesar 50-240 watt, torsi sebesar 25-75 Nm, dan koefisien daya sebesar 0,35-0,40. Koefisien aerodinamis propeler hasil modifikasi NACA 4415 memiliki kinerja yang baik untuk bilangan Reynolds 41.000-250.000. Fabrikasi dengan metode Hand Lay-Up memberikan kesalahan berat relatif rata-rata sekitar 12,148% untuk komposit 2 lapis dan 5,628% untuk komposit 1 lapis. Sedangkan fraksi volume serat untuk komposit 1 lapis sebesar 46,012% dan untuk komposit 2 lapis sebesar 49,130%. Dari uji tekuk didapatkan hasil bahwa komposit 2 lapis lebih baik dibandingkan komposit 1 lapis. Untuk komposit 2 lapis, tegangan tekuk tertinggi sebesar 30,881 MPa, modulus elastisitas sebesar 2,018 Gpa, dan regangan sebesar 1,795%. Hasil pengujian EDS menunjukkan unsur karbon (C) mengalami penurunan sebesar 4,01%, sedangkan unsur oksigen (O) mengalami kenaikan sebesar 7,85%. Fenomena tersebut disebabkan kelembaban yang tinggi, dengan rata-rata sebesar 69,98%. Dengan asumsi bahwa kebutuhan energi listrik warga di sekitar Pantai Pandansimo sebesar 22,5 KW yang dipenuhi dengan 1 unit genset 30 KVA, dapat di-substitusi oleh penggunaan kincir angin dengan daya 1KW, dengan memperhitungkan efisiensi daya output sebesar 40%, maka diperlukan sebanyak 56 unit kincir angin dengan potensi pengurangan emisi CO2 sebesar 70,81 ton / tahun. Diharapkan pemanfaatan serat rami dan kayu sengon laut sebagai pengganti serat gelas pada pengembangan propeler kincir angin dapat diaplikasikan secara luas oleh masyarakat pesisir pantai dengan kecepatan angin rata-rata 3-5 m/s. xxxix