Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar ... fileperpustakaan.uns.ac.id...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH

ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN

SAVONIUS

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

YASIR DENHAS

NIM. I 0408072

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015


commit to user


commit to user

iv

ABSTRAK

UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH

ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN

SAVONIUS

Yasir Denhas

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Email: [email protected]

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah dan

sudut kemiringan dari guide vane pada turbin angin Savonius. Guide vane

ditempatkan di sekitar turbin Savonius untuk mengurangi torsi negatif yang

dihasilkan sudu cembung dan mengarahkan angin ke sudu cekung turbin.

Pemodelan dibuat skala laboratorium dengan diameter turbin 200 mm dan tinggi

180 mm. Variasi jumlah dan sudut kemiringan guide vane diuji pada penelitian ini.

Hasil penelitian menunjukkan turbin Savonius dengan guide vane menghasilkan

daya yang lebih besar dibanding turbin Savonius tanpa guide vane. Peningkatan

daya maksimal terjadi pada variasi 6 jumlah guide vane dengan kemiringan 60o.

Turbin tanpa pengarah menghasilkan kecepatan putaran 346,2 rpm dengan daya

303,6 x10-3 watt sedangkan pada variasi ini turbin menghasilkan kecepatan putaran

538,4 rpm dengan daya 746,5 x10-3 watt, peningkatan daya yang dihasilkan oleh

guide vane pada variasi ini mencapai 146%. Performa dari turbin Savonius dapat

ditingkatkan dengan mengaplikasikan guide vane pada jumlah dan sudut

kemiringan tertentu.

Kata kunci: Savonius, guide vane, daya


commit to user

v

ABSTRACT

EXPERIMENTAL STUDY ON EFFECT OF GUIDE VANE

TOWARD PERFORMANCE OF SAVONIUS WIND TURBINE

Yasir Denhas

Mechanical Engineering Department

Sebelas Maret University

[email protected]

The purpose of this experiment is to know the effect of numbers and angle

of attack of guide vane when applied on Savonius wind turbine. Guide vane was

placed around Savonius turbine to preventing negative torque generated by convex

blade and led up the wind to the concave blade. The model of turbine is made on

scale down with 200 mm diameter and 180 mm height. Variation of numbers and

angle of attack of guide vane was tested on this experiment. The result shows that

Savonius wind turbine with guide vane attached has higher power than Savonius

turbine without guide vane. The maximum power increase happen on 6 vanes and

60° angle variation. Turbine without guide vane produced 346,2 rpm rotation speed

and 303,6 x10-3 watt in power, turbine with guide vane in this variation produced 538,4

rpm rotation speed and 746,5 x10-3 watt in power, the power increased is about 146%.

Performance of Savonius wind turbine could be improved with a suitable guide

vane arrangement.

Keywords: Savonius, guide vane, power


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan Skripsi “Uji Ekseprimental Pengaruh Sudu Pengarah Aliran

(Guide Vane) Terhadap Daya pada Turbin Savonius” ini dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih

yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam

menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada :

1. Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD selaku Pembimbing I yang senantiasa

memberikan nasehat, arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini

2. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah

turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.

3. Bapak Purwadi Joko Widodo, ST, M.Kom selaku pembimbing akademik

yang telah berperan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di

Universitas Sebelas Maret ini.

4. Bapak Agung Tri Wijayanta, ST, M.Eng, Ph.D. dan bapak Dr. Budi Santoso,

ST, MT selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi saran

yang membangun.

5. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST. MT., selaku koordinator Tugas Akhir.

6. Bapak Dr. Dwi Aries, ST, MT, selaku Kepala Laboratorium Perpindahan

Panas dan Termodinamika UNS yang telah memberikan izin serta fasilitas

yang sangat berguna bagi penulis.

7. Seluruh Dosen serta Staff di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut

mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.


commit to user

vii

8. Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu,

motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian

Tugas Akhir.

9. Teman-teman Cosinus 08 beserta kakak dan adik angkatan di teknik mesin

UNS.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun

laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi

ini.

Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Surakarta, Januari 2015

Penulis


commit to user

viii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ......................................................................................................... i

Surat Penugasan ..................................................................................................... ii

Halaman Pengesahan ............................................................................................ iii

Abstrak ................................................................................................................... iv

Kata Pengantar ....................................................................................................... vi

Daftar Isi............................................................................................................... viii

Daftar Gambar ......................................................................................................... x

Daftar Tabel ......................................................................................................... xii

Daftar Notasi ........................................................................................................ xiii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

1.1. Latar belakang ....................................................................................... 1

1.2. Permusan Masalah ................................................................................ 3

1.3. Batasan Masalah.................................................................................... 3

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................ 3

1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................. 5

2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 5

2.2. Dasar Teori ............................................................................................ 6

2.2.1. Definisi dan Pengelompokan Turbin Angin ............................... 6

2.2.2. Sudu Pengarah Aliran ............................................................... 10

2.2.3. Prinsip Konversi Energi Angin................................................. 11

2.2.4. Teori Momentum Elemen Betz ................................................ 11

2.2.5. Bilangan Reynold ..................................................................... 14

2.2.7. Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ................................... 15

BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................ 18

3.1. Tempat Penelitian................................................................................ 18

3.2. Alat dan Bahan .................................................................................... 18

3.2.1. Alat ........................................................................................... 18

3.2.2. Bahan ........................................................................................ 22

3.3. Prosedur Penelitian.............................................................................. 22


commit to user

ix

3.3.1. Tahap Persiapan ........................................................................ 22

3.3.2. Tahap Pengambilan Data .......................................................... 24

3.3.3. Tahap Analisis Data .................................................................. 26

3.3.4. Diagram Alir Penelitian ............................................................ 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................28

4.1. Data Hasil Pengujian .......................................................................... 28

4.1.1. Data Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah

Aliran ........................................................................................ 30

4.1.2. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 Sudu

Pengarah Aliran ......................................................................... 30


Pengarah Aliran ......................................................................... 31


Pengarah Aliran ......................................................................... 32

4.2. Analisis Performa Turbin Savonius dengan Pengarah Aliran

Dibandingkan dengan Turbin Tanpa Pengarah aliran ........................ 33

4.2.1. Turbin Savonius Dengan 4 Sudu Pengarah .............................. 33



4.3. Analisis Pengaruh Jumlah dan Sudut Kemiringan Sudu pada

Pengarah Aliran ........................................................................... 36

4.4. Analisis Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ............................... 39

4.4.1 Power Coefficient ..................................................................... 39

4.4.2 Tip Speed Ratio ......................................................................... 41

4.4.3 Perbandingan Power Coefficient dengan Tip Speed Ratio ...... 43

4.5. Analisis Permodelan............................................................................ 44

4.6. Validasi Penelitian .............................................................................. 45

BAB V PENUTUP ................................................................................................. 47

5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 47

5.2. Saran ................................................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 48

LAMPIRAN .......................................................................................................... 50


commit to user

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Jenis Turbin Angin Berdasarkan Jumlah Sudu ................. 7

Gambar 2.2. Jenis-Jenis Turbin Angin Vertikal Axis Daerrius ............. 9

Gambar 2.3. Prinsip Rotor Savonius ...................................................... 9

Gambar 2.4. Sudu Pengarah Dengan Rotor Turbin Angin Savonius…. 10

Gambar 2.5. Kondisi Aliran Udara Akibat Ekstraksi Energi Mekanik

Aliran Bebas ...................................................................... 13

Gambar 2.6. Koefisien Daya Terhadap Rasio Kecepatan Aliran Udara 16

Gambar 2.7. Nilai Koefisien Daya Dan Tip Speed Ratio Untuk

Berbagai Turbin Angin ...................................................... 17

Gambar 3.1. Model Turbin Angin Vertikal Axis Savonius ................... 18

Gambar 3.2. Variasi Jumlah Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) Pada

Turbin Savonious............................................................... 29

Gambar 3.3. Variasi Sudut Pada Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) . 20

Gambar 3.4. Propeler Fan....................................................................... 20

Gambar 3.5. Permanent Magnet Generator (PMG) Dc ......................... 21

Gambar 3.6. Digital Multimeter ............................................................ 21

Gambar 3.7. Anemometer Digital .......................................................... 21

Gambar 3.8. Tachometer ........................................................................ 22

Gambar 3.9. Resistor .............................................................................. 22

Gambar 3.10. Rangkaian Generator ......................................................... 23

Gambar 3.11. Skema Pengambilan Data Percobaan ................................ 23

Gambar 3.12. Instalasi Alat Penelitian ..................................................... 24

Gambar 3.13. Titik-Titik Pengukuran Kecepatan Angin ......................... 24

Gambar 3.14. Diagram Alir Eksperimen ................................................ 27

Gambar 4.1 Inverter yang terhubung pada fan...................................... 28

Gambar 4.2 Grafik hubungan frekuensi inverter dengan kecepatan

angin .................................................................................. 29

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada

Variasi 4 Sudu Pengarah ................................................... 34




commit to user

xi



Gambar 4.6 Visualisasi aliran angin pada pengaruh jumlah sudu

pengarah ............................................................................ 37

Gambar 4.7 Visualisasi aliran angin pada pengaruh sudut kemiringan

sudu pengarah .................................................................... 38

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien

Daya pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran ........... 40





Gambar 4.11 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed

Ratio pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran........... 42


Ratio pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran .......... 42


Ratio pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran .......... 43

Gambar 4.14 Grafik Hubungan Coefficient Performance (cp) dengan

Tip Speed Ratio (λ) pada Turbin savonius pada tiap

variasi pengujian ................................................................ 43

Gambar 4.15 Grafik Perbandingan data hasil eksperimen dengan data

pada kondisi ideal .............................................................. 46


commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hubungan Frekuensi Inverter dengan Kecepatan Angin ... ............ 29

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah ............................ 30

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah

kemiringan 20o ............................................................................... 30


kemiringan 40o................................................................................ 30


kemiringan 60o ............................................................................... 31


kemiringan 20o ............................................................................... 31


kemiringan 40o ............................................................................... 32


kemiringan 60o ............................................................................... 32


kemiringan 20o ............................................................................... 32


kemiringan 40o ............................................................................... 33


kemiringan 60o ............................................................................... 33


commit to user

xiii

DAFTAR NOTASI

A = Luas area sapuan rotor (m2)

C = Kecepatan absolute aliran fluida (m/s)

CP = Koefisien daya (non-dimensional)

D = Diameter (m)

Dh = Diameter hidraulik (m)

E = Energi kinetik benda bergerak (Joule)

F = Gaya (N)

I = Arus (ampere)

Ma = Mach number (non-dimensional)

m = Massa (kg)

n = Kecepatan Putar (rpm)

P = Daya mekanik ideal (watt)

P0 = Daya mekanik aktual (watt)

Re = Bilangan Reynolds (non-dimensional)

T = Torsi (Nm)

u = Kecepatan sudu (m/s).

V = Laju volume udara (m3/s)

V = Tegangan (volt)

v = Kecepatan angin (m/s)

ṁ = Laju aliran massa (kg/s)

ρ = Massa jenis udara (kg/m3)

𝑣′ = Kecepatan aliran udara pada rotor (m/s)

µ = Kekentalan mutlak (Pa.s)

λ = Rasio kecepatan ujung (Tip Speed Ratio) (non-dimensional)

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar ... fileperpustakaan.uns.ac.id...

Documents

Transcript of Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar ... fileperpustakaan.uns.ac.id...