JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ... file* Keluarga besar Ikatan Mahasiswa...
19
TUGAS AKHIR PERENCANAAN PEMODELAN KINCIR ANGIN SUDU BANYAK DENGAN DAYA 2 HP Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta oleh : EKO RUDIYANTO D 200 010 010 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2007
Transcript of JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ... file* Keluarga besar Ikatan Mahasiswa...
TUGAS AKHIR
PERENCANAAN PEMODELAN KINCIR ANGIN SUDU BANYAK DENGAN DAYA 2 HP
Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
oleh :
EKO RUDIYANTOD 200 010 010
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2007
TUGAS AKHIR
PERENCANAAN PEMODELAN KINCIR ANGIN SUDU BANYAK DENGAN DAYA 2 HP
Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
oleh :
EKO RUDIYANTOD 200 010 010
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2007
ABSTRAKSI
TUGAS AKHIR
PERENCANAAN PEMODELAN KINCIR ANGIN SUDU BANYAK
DENGAN DAYA 2 Hp
Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
oleh :
EKO RUDIYANTOD 200 010 010
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2007
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir dengan judul : “Perencanaan Pemodelan Kincir Angin
Sudu Banyak Dengan Daya 2 Hp” ini, telah disetujui oleh pembimbing untuk
dipertahankan didepan dewan Penguji Tugas akhir Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang disusun oleh :
Nama : EKO RUDIYANTO
NIM : D 200 010 010
Telah disahkan pada :
Hari : ........................................
Tanggal : ........................................
Pembimbing Utama
(Ir. Tri Tjahjono, MT)
Pembimbing Pendamping
(Ir. Sunardi Wiyono, MT)
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir ini telah disahkan oleh dewan penguji sebagai syarat untuk
memperoleh gelar sarjana S-1 Teknik Mesin di Jurusan Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :
Hari : ………………………………….
Tangal : ………………………………….
Dewan Penguji :
1. Ir. Tri Tjahjono, MT ( 1. )
2. Ir. Sunardi Wiyono, MT ( 2. )
3. Ir. Subroto, MT ( 3. )
Mengetahui,
Dekan Fakultas TeknikUniversitas Muhammadiyah Surakarta
(Ir. H. Sri Widodo, MT.)
Ketua Jurusan Teknik Mesin
( Marwan Effendy, ST, MT.)
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir ini telah disahkan oleh dewan penguji sebagai syarat untuk
memperoleh gelar sarjana S-1 Teknik Mesin di Jurusan Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :
Hari : ………………………………….
Tangal : ………………………………….
Pembimbing Utama
Ir. Tri Tjahjono, MT
Pembimbing Pendamping
Ir. Sunardi Wiyono, MT
Mengetahui,
Dekan Fakultas TeknikUniversitas Muhammadiyah Surakarta
(Ir. H. Sri Widodo, MT.)
Ketua Jurusan Teknik Mesin
( Marwan Effendy, ST, MT.)
iv
HALAMAN MOTTO
• “Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang
demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu”.
(Qs. Al Baqarah : 45)
• “Segala sesuatu itu akan terasa lebih indah bila kita niati ikhlas, sabar dan
bertawakkal mengharap Ridlo Alloh SWT”
(Penulis)
• “Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan)
yang lain dan hanya kepada Tuhan-Mulah hendaknya kamu berharap”.
(Qs. Al Insyiqaaq : 6 –8)
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN
Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada :
* Ibu dan Bapakku tercinta
Kucuran keringat, kesabaran dan ketulusan serta do’a dan
restu Ibu Bapak takkan terbalas dengan seribu permata.
* Istri dan anakku tersayang ( Hammam Familiy )
Terima kasih atas kesabaran, suport, do’a, bantuan dan kasih
sayangnya engkaulah pelita Abi.
* Rekan-rekan teknik mesin .
Sugiyanto, Eko, Anto, Bandi, Dwi Sunardi.
* Keluarga besar Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah
Komisariat Averrous FT.
* Almamaterku.
v
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warrohmatullahi Wabarokaatuh
Alhamdulillahirobbil’alamiin, segala puji dan syukur kami panjatkan
kehadirat Allah SWT, atas segala Rahmat dan Hidayah-Nya serta memberikan
kekuatan dan kedamaian berfikir, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir yang berjudul “Perencanaan Pemodelan Kincir Angin
Sudu Banyak Dengan Daya 2 HP”.
Tugas Akhir ini disusun guna menyelesaikan salah satu syarat menempuh
gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang mempunyai arti penting, selain sebagai salah satu
mata kuliah wajib, juga untuk menerapkan ilmu yang dipelajari selama ini sebagai
aktualisasi secara nyata, seperti diwujudkan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mengalami banyak kesulitan
dan hambatan, namun berkat bantuan, arahan, dorongan serta bimbingan dari
berbagai pihak, maka kesulitan dan hambatan itu dapat teratasi. Untuk itu dalam
kesempatan ini dengan segala keikhlasan dan kerendahan hati penulis
menyampaikan rasa terima kasih yang tidak terhingga kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Widodo, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Marwan Effendy, ST. MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
vi
3. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT., selaku Dosen Pembimbing I, yang telah
memberikan petunjuk, arahan, dan saran mulai dari awal sampai dengan
terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT, selaku pembimbing Pendamping yang
selalu mendampingiku dan memberikan arahan penelitian dari mulai
persiapan bahan, pelaksanaan penelitian hingga penulisan laporan selesai.
5. Bapak Ir.Waluyo Adi Siswanto, M.Eng., Ph.D. selaku dosen pembimbing
akademik yang telah memberikan bimbingan dan arahan semasa kuliah.
6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang telah membekali ilmu yang berguna bagi
penulis untuk menyongsong masa depan.
7. Seluruh Staff dan Karyawan Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang telah membantu dalam penulis
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Mertua yang tercinta Bp. Mustajib dan Ibu Salbiyatun
9. Bp. Drs. H.M Joko Riyanto, SH.MM dan keluarga besar SMP
Muhammadiyah 1 Surakarta, tarimakasih atas motivasinya.
vii
Sebagai satu tahapan dalam proses belajar, penulis menyadari bahwa
penyusunan Tugas Akhir ini tidak luput dari segala kekurangan maupun
kesalahan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun. Akhirnya harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat
bagi penulis sendiri, para pembaca, dan dunia ilmu pengetahuan. Amiin.
Wassalamu’alaikum Warrohmatullahi Wabarokaatuh
Surakarta, Februari 2007
Penulis
viii
DARTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... iii
HALAMAN MOTTO ..................................................................................... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ..................................................................... v
KATA PENGANTAR .................................................................................... vi
DAFTAR ISI .................................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
INTISARI ....................................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................. 1
1.2. Batasan Masalah ........................................................................ 2
1.3. Tujuan Penulisan ....................................................................... 2
1.4. Metode Penulisan ........................................................................ 3
1.5. Sistematika Penulisan.................................................................. 3
1.6. Pengetahuan tentang Kincir angin .............................................. 4
BAB II TEORI DASAR KINCIR ANGIN
2.1. Energi Angin ............................................................................ 6
2.1.1. Kejadian Angin............................................................ 6
2.1.2. Pemanfaatan Angin untuk Kincir Angin ..................... 6
ix
2.2 Airfoil ....................................................................................... 7
2.2.1 Gaya angkat L ( Lift ) .................................................. 8
2.2.2 Gaya tahan atau tahanan ............................................. 9
2.3 Persamaan Kontinuitas ............................................................ 10
2.4 Hukum Bernoulli ..................................................................... 11
2.5 Tegangan .................................................................................. 12
2.6 Torsi ......................................................................................... 12
BAB III PERHITUNGAN SUDU
3.1. Diameter Sudu............................................................................ 14
3.2. Geometri Sudu.......................................................................... 15
3.2.1. Sudut serang rencana ( Angle of Attack ) α ................. 15
3.2.2. Sudut atur sudu.............................................................. 15
3.2.3. Tali Busur ( Chord ) C.................................................. 20
3.2.4. Gaya Aksial Pada Sudu................................................. 25
3.2.5. Gaya Angkat ( Lift )....................................................... 29
3.2.6. Gaya Putar ( Torsi )....................................................... 29
BAB IV POROS
4.1 Diameter Poros........................................................................... 31
4.2 Gaya Aksial............................................................................... 33
4.3 Gaya Berat Rotor ....................................................................... 34
4.4 Bantalan Poros.......................................................................... 38
4.4.1 Bantalan di A................................................................. 38
4.4.2 Bantalan di B.................................................................. 42
x
BAB V PERHITUNGAN GAYA PADA SAMBUNGAN
5.1. Piringan Penghubung Poros ..................................................... 44
5.2. Mur dan baut pada piringan penghubung................................ 44
BAB VI PENUTUP
6.1.Kesimpulan.............................................................................. 52
6.2.Saran......................................................................................... 55
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
halamanGambar 1.1 Macam – macam Kincir Angin poros vertikal ..................... 4
Gambar 1.2 Macam – macam Kincir Angin Poros Horisontal ................ 5
Gambar 2.1 Airfoil..................................................................................... 8
Gambar 2.2 Hubungan Cl, Cd, DL
, versus α .......................................... 10
Gambar 2.3 Tabung aliran untuk persamaan kontinuitas.......................... 11
Gambar 2.4 Aliran Inviscid Incompresible Bernoulli .............................. 11
Gambar 2.5 Tegangan pada sebuah benda................................................. 12
Gambar 2.6 Torsi pada sebuah benda........................................................ 12
Gambar 3.1 Lokasi rλ dan 0λ di sudu ...................................................... 17
Gambar 3.2 Sudut atur sudu (β ), sudut datang angin terhadap kincir
( Φ ), sudut serang ( α ) ....................................................... 20
Gambar 3.3 Tali Busur ( Chord )............................................................... 20
Gambar 3.4 Gaya aksial pada sudu……………………… …………….. 25
Gambar 3.5 Sudu Hasil Linierisasi ........................................................... 26
Gambar 3.6 Titik berat sudu...................................................................... 27
Gambar 3.7 Penampang lintang sudu ....................................................... 28
Gambar 3.8 Torsi pada sudu ..................................................................... 30
Gambar 4.1 Diagram benda bebas ............................................................ 35
Gambar 4.2 Diagram Gaya ( SFD ) dan Diagram Momen ( BMD )…… 37
Gambar 4.3 Bantalan Peluru Rel .............................................................. 38
xii
Gambar 5.1 Piringan Penghubung Poros dengan sudu.............................. 44
Gambar 5.2 Posisi baut pada piringan penghubung.................................. 45
Gambar 5.3 Jarak antar dua baut .............................................................. 45
Gambar 5.4 Titik berat kelompok baut pada sudu .................................... 46
Gambar 5.5 Distribusi gaya pada baut…………………………………. 47
xiixiii
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 3.1 Efisiensi Tip Speed Ratio .............................................................. 15
Tabel 3.2 Hasil perhitungan kecepatan ujung sudu setempat......................... 16
Table 3.3 Hasil perhitungan sudut datang angin terhadap bidang kincir ....... 18
Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Sudut atur sudu β ............................................. 19
Tabel 3.5 Hasil Perhitungan Geometri sudu ideal ( Teoritis ) ....................... 21
Tabel 3.6 Hasil Perhitungan Geometri Sudu Linierisasi................................. 24
Tabel 4.1 Faktor aksial U dan faktor radial X................................................ 39
xiv
ABSTRAKSI
Kebutuhan energi listrik dewasa ini sangatlah banyak, sedangkan bahan bakar yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik semakin berkurang. sehingga diperlukan suatu energi alternatif sebagai pengganti dari bahan bakar minyak, salah satunya adalah kincir angin. Adapun perencanaan yang berkaitan dengan pemodelan kincir angin ini sangat perlu dilakukan untuk mendapatkan suatu model kincir dengan daya sesuai yang diharapkan serta mendapatkan rancangan kincir angin yang kuat dengan 6 buah sudu.
Kincir angin merupakan suatu alat untuk mengubah energi mekanik putar menjadi energi listrik. sehingga dalam perencanaan kincir ini terfokus pada perencanaan sudu, poros, piringan, dan bantalan pada kincir. yang meliputi perencanaan diameter kincir, geometri sudu kincir. Sehingga kincir angin yang direncanakan mampu menghasilkan daya sesuai dengan yang direncanakan.
Hasil yang diperoleh dari perencanaan ini asalah sudut serang maksimal 170 apabila sudut serang lebih dari 170 akan mengakibatkan penurunan gaya angkat dusebabkan koefisien gaya angkat ( Cl ) menurun, semakin banyak jumlah sudu maka akan diperoleh torsi yang besar sehingga daya yang dihasilkan besar pula. Dan dari perhitungan sudu kincir menunjukkan bahwa sudut datang angin ( Φ ) terhadap bidang kincir mengecil maka chord ( tali busur pada sudu ) semakin kecil sehingga geometri sudu semakin keujung semakin runcing dan berbentuk trapesium.
Kata kunci : Energi alternatif, Kincir angin, Sudu.
xv
ABSTRAKSI
Kebutuhan energi listrik dewasa ini sangatlah banyak, sedangkan bahan bakar yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik semakin berkurang. sehingga diperlukan suatu energi alternatif sebagai pengganti dari bahan bakar minyak, salah satunya adalah kincir angin. Adapun perencanaan yang berkaitan dengan pemodelan kincir angin ini sangat perlu dilakukan untuk mendapatkan suatu model kincir dengan daya sesuai yang diharapkan serta mendapatkan rancangan kincir angin yang kuat dengan 6 buah sudu.
Kincir angin merupakan suatu alat untuk mengubah energi mekanik putar menjadi energi listrik. sehingga dalam perencanaan kincir ini terfokus pada perencanaan sudu, poros, piringan, dan bantalan pada kincir. yang meliputi perencanaan diameter kincir, geometri sudu kincir. Sehingga kincir angin yang direncanakan mampu menghasilkan daya sesuai dengan yang direncanakan.
Hasil yang diperoleh dari perencanaan ini asalah sudut serang maksimal 170 apabila sudut serang lebih dari 170 akan mengakibatkan penurunan gaya angkat dusebabkan koefisien gaya angkat ( Cl ) menurun, semakin banyak jumlah sudu maka akan diperoleh torsi yang besar sehingga daya yang dihasilkan besar pula. Dan dari perhitungan sudu kincir menunjukkan bahwa sudut datang angin ( Φ ) terhadap bidang kincir mengecil maka chord ( tali busur pada sudu ) semakin kecil sehingga geometri sudu semakin keujung semakin runcing dan berbentuk trapesium.
Kata kunci : Energi alternatif, Kincir angin, Sudu.
xv
