PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

of 14 /14
PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN DAYA 40 WATT UNTUK PENERANGAN JALAN TUGAS AKHIR DIAJUKAN KEPADA UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG SEBAGAI SYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR SARJANA TEKNIK MESIN STRATA SATU (S1) DISUSUN OLEH : PANDU FAJAR WIRATAMA 201210120311190 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2017

Transcript of PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

Page 1: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU

HORIZONTAL DENGAN DAYA 40 WATT

UNTUK PENERANGAN JALAN

TUGAS AKHIR

DIAJUKAN KEPADA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

SEBAGAI SYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR

SARJANA TEKNIK MESIN STRATA SATU (S1)

DISUSUN OLEH :

PANDU FAJAR WIRATAMA

201210120311190

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2017

Page 2: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

i

LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL

DENGAN DAYA 40 WATT UNTUK PENERANGAN JALAN

Oleh :

Pandu Fajar Wiratama

201210120311190

Telah memenuhi persyaratan untuk dipertahankan

Di depan dewan penguji dan disetujui

Pada Tanggal 24 Oktober 2017

Menyetujui:

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Eko Hariyadi, MT. Ir. Sudarman, MT.

NIP. 108.9303.0292 NIP. 108.8909.132

Ketua Jurusan

Ir. Daryono, MT

NIP. 108.8909.0124

Page 3: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

ii

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESIN Jl. Raya Tlogomas 246 Malang

Telp. (0341) 464318 pes 128. Fax. (0341) 460782 Malang 65144

BERITA ACARA

BIMBINGAN TUGAS AKHIR (TA)

Nama : Pandu Fajar wiratama NIM : 201210120311190

No.ST.Pemb. TA : Tgl.ST.TA Keluar : 5 Oktober 2016

Judul TA : PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU

HORIZONTAL DENGAN DAYA 40 WATT UNTUK PENERANGAN JALAN

Mengetahui : Malang, 24 Oktober 2017

Ketua/Sekertaris Jurusan Teknik Mesin, Dosen Pembimbing I

Ir. Daryono, MT. Ir. Eko Hariyadi, MT.

NIP. 108.8909.0124 NIP. 108.9303.0292

MINGGU KEGIATAN TGL

KONSULTASI URAIAN ASISTENSI

TTD

DOSEN

1-3

Judul TA & BAB I

(pendahaluan, Latar

Belakang, Tujuan )

12 Oktober 2016 Perancangan sudu

turbin/kincir

4-5 BAB II

( Tinjauan Teori)

6-7 BAB III

(Metodologi)

8-10

BAB IV

(Perhitungan &

Pembahasan

11-12 Kesimpulan &

Seminar hasil 18 Oktober 2017

ACC

Seminar hasil

Page 4: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

iii

Page 5: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

iv

LEMBAR SURAT PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah:

Nama : Pandu Fajar Wiratama

NIM : 201210120311190

Tempat/Tanggal lahir : Serang, 10 Juni 1994

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:

Sesungguhnya bahwa tugas akhir dengan judul “PERANCANGAN

TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN DAYA 40 WATT

UNTUK PENERANGAN JALAN” yang diajukan untuk memperoleh gelar

sarjana S1 pada jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Muhammadiyah Malang. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi

(PLAGIASI) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai

untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah

Malang atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya

kutip dan daftar pustaka sebagaimana semestinya.

Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan

digunakan sebagaimana semestinya.

Malang, 24 Oktober 2017

Yang Menyatakan

Pandu Fajar Wiratama

Page 6: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

v

ABSTRAK

Banyak sekali energi alternatif dari alam Indonesia khususnya di daerah Bayah

Kabupaten Lebak Baten yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik

untuk penerangan jalan. Salah satu contoh energi alternatif yang dapat dipilih

adalah energi angin, karena angin tersedia sepanjang tahun sehingga mudah

didapat dan tidak membutuhkan biaya yang besar. dalam memanfaatkan energi

angin ini diperlukan sebuah alat yang bekerja menghasilkan energi listrik, Salah

satu alat yang digunakan untuk memanfaatkan energi angin adalah turbin angin.

Pada perancangan turbin angin sumbu horizontal, Perancangan dimulai dengan

mencari kecepatan rata – rata angin pertahun, menghitung besar daya input turbin

lalu dilanjutkan dengan mencari dimensi rotor turbin dan mencari TSR (tip speed

ratio) sehingga jumlah sudu dapat diketahui. kemudian diteruskan dengan

menghitung geometri sudu, pemilihan airfoil dan material sudu yang akan

digunakan. Selain merancang sudu disertakan pula rancangan sederhana untuk

poros dan bantalan.

Dengan kecepatan angin rata-rata 5 m/s dan daya input turbin angin 58,47 watt

didapatkan dimensi rotor turbin angin dengan luas sapuan rotor 1,69 m2. Diameter

rotor 1,46 m, jari – jari rotor 0,73 m, Tip Speed Ratio 3, jumlah sudu 3. lalu jenis

airfoil yang digunakan adalah NACA 2408 dan material sudu menggunakan

fiberglass. Dengan kecepatan angin rata-rata 5 m/s dan luas sapuan rotor 1,69 m2

mampu menghasilkan daya sebesar 58,47 watt , maka dengan daya tersebut turbin

angin sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik penerangan jalan.

Kata kunci: turbin angin, sumbu horizontal, energi alternatif, sudu, penerangan

jalan.

Page 7: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

vi

ABSTRACT

There are lots of alternative energy comes from Indonesia, especially in the

area of Bayah, Lebak Banten Regency, which can be utilized as a source of

electrical energy for street lighting. One of alternative energy that can be selected

is wind energy, because wind is available throughout the year so it is easy to get

and does not count a lot. In utilizing wind energy, a tool which generates an

electrical energy, is needed. One of the tools that can be used to utilize wind

energy is wind turbine.

In designing horizontal axis wind turbine, the design begins with searching the

average wind speed per year, calculating the turbine input power and then proceed

by looking for the dimensions of the turbine rotor and TSR (Tip Speed Ratio), so

the number of blades can be known. Then continued by counting the blade’s

geometry, airfoil selection and the blades material to be used. Beside designing

the blades, it is also included a simple design for shafts and bearings.

With the average wind speed of 5 m/s and a wind turbine input power of 58.47

watts, can be obtained a wind turbine rotor dimensions with 1.69 m2 rotor sweep

area. The rotor diameter is 1.46 m, the radius of rotor is 0.73 m, Tip Speed Ratio

are 3, and the number of blades are 3. Then, the type of airfoil to be used is

NACA 2408 and the material of the blades are using fiberglass. With an average

wind speed of 5 m/s and a 1.69 m2 rotor sweep area, can generate 58.47 watts

power. So with that power, the wind turbine is enough to fulfil the needs of street

light electricity.

Key words: wind turbine, horizontal axis, blades, alternative energy.

Page 8: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang

karena hanya dengan rahmatNya dan izinNya lah penulis mampu menyelsaikan

skripsi ini. Shalawat beserta salam semoga selalu tercurahkan kepada baginda

nabi Muhammad SAW, para nabi sebelum beliau, keluarganya, para sahabat dan

kepada umat beliau hingga akhir zaman.

Penulisan skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh gelar

sarjana pada Universitas Muhammadiyah Malang fakultas teknik jurusan teknik

mesin. Judul yang penulis pilih adalah “Perancangan Turbin Angin Sumbu

Horizontal Dengan Daya”. Dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini tidak

lepas dari bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai macam pihak. Oleh

karena itu penulis dengan segenap hati ingin mengucapkan terimakasih kepada

yang terhormat:

1. Bapak Ir. Eko Hariyadi, MT selaku pembimbing I penulis yang telah

membimbing dan selalu mensupport serta menginspirasi penulis dalam

berbagai hal hingga selesainya skripsi.

2. Bapak Ir. Sudarman, MT selaku pembimbing II penulis, yang telah

membimbing penulis dengan kesabaran yang luar biasa dan mengesahkan

skripsi ini.

3. Bapak Ir. Daryono, MT selaku kepala jurusan fakultas teknik jurusan

teknik mesin yang selalu memacu dan memotivasi penulis untuk

menyelesaikan skripsi.

4. Kepada orang tua penulis yang selalu mendorong, mendukung serta

mendoakan penulis tanpa henti maupun bosan.

5. Kepada seluruh saudara penulis yang juga mendukung terselesaikannya

skripsi ini.

6. Kepada semua teman-teman angkatan 2012 kelas D teknik mesin.

Terimakasih telah memberikan canda, tawa, solidaritas dan kenangan yang

indah. Semoga persahabatan dan persaudaraan kita terjalin selamanya.

Page 9: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

viii

7. Kepada semua teman-teman yang pernah tinggal bersama penulis baik di

kos-kosan maupun kontrakan. Terimakasih atas semua persahabatan dan

kenangan indah selama di Malang.

8. Kepada semua mahasiswa dan teman seperjuangan mahasiswa

‘punakawan adventure’ yang telah sama-sama berjuang bahu-membahu

dalam mengejar wisuda.

9. Kepada seluruh orang yang penulis tidak bisa sebutkan satu persatu,

khususnya ‘kamu’ yang tidak pernah berhenti mendukung penulis untuk

mengerjakan skripsi.

Penulis menyadari banyak sekali kesalahan yang terdapat dalam penulisan ini,

oleh karena itu penulis mengharapkan kritik serta saran yang membangun demi

kebaikan bersama. Sesungguhnya kebaikan, kebenaran dan segala macam bentuk

ilmu hanyalah milik Allah SWT semata.

Malang, 24 Oktober 2017

penulis

Page 10: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... i

LEMBAR ASISTENSI ................................................................................. ii

LEMBAR SURAT PERNYATAAN ............................................................. iv

ABSTRAK ..................................................................................................... v

KATA PENGANTAR ................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................. ix

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xii

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

1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2 Perumusan Masalah ........................................................................ 3

1.3 Tujuan Masalah .............................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5

2.1 Perancangan Terdahulu .................................................................. 5

2.2 Energi Angin ..................................................................................... 6

2.2.1Teori Momentum Betz .................................................................. 8

2.2.2 Tip Speed ratio ............................................................................. 11

2.3 Definisi Turbin Angin ...................................................................... 12

2.3.2 Turbin angin sumbu horizontal ................................................. 14

2.3.3 Turbin angin sumbu vertikal ..................................................... 15

2.4 Sudu Turbin Angin .......................................................................... 16

2.5 Airfoil ............................................................................................... 18

2.5.1 NACA 4 Digit ........................................................................... 18

2.5.2 NACAA 5 Digit ......................................................................... 19

2.6 Generator ......................................................................................... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 21

3.1 Tahapan Perancangan ...................................................................... 21

3.1.1 Data Lapangan ............................................................................ 21

Page 11: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

x

3.1.2 Perancangan Design Rotor ......................................................... 22

3.1.3 Perancangan sudu dan Komponen ............................................. 22

3.2 Diagram Alir ................................................................................... 23

3.2.1 Diagram Alir Design rotor ........................................................ 23

3.2.2 Diagram Alir Perancangan Geometri Sudu .............................. 24

3.2.3 Diagram Alir Perancangan Komponen Turbin Angin .............. 25

BAB IV PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN ................................... 26

4.1 Perhitungan daya turbin ................................................................... 26

4.2 Perhitungan Desain Rotor ................................................................ 27

4.2.1 Perhitungan TSR ....................................................................... 29

4.3 Geometri bilah sudu ....................................................................... 31

4.3.1 Chord sudu ................................................................................ 31

4.3.2 Volume sudu ............................................................................. 39

4.3.3 Desain Naft ............................................................................... 43

4.3.4 Gaya Lift dan Drag ................................................................... 45

4.4 Poros ............................................................................................... 46

4.5 Bantalan .......................................................................................... 50

4.6 Desain Nacelle ................................................................................ 52

4.6.1 Sistem Furling dan Tail .............................................................. 53

BAB V KESIMPULAN ................................................................................. 55

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 55

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 56

Page 12: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Kecepatan angin rata – rata perbulan .............................................. 26

Tabel 4.2 Pemilihan jumlah sudu berdasarkan nilai TSR ............................... 30

Tabel 4.3 Pembagian jari-jari lokal sudu ........................................................ 31

Tabel 4.4 Ratio kecepatan lokal sudu .............................................................. 31

Tabel 4.5 Hubungan antara R, r, λ, , α, ß dan ..................................... 35

Tabel 4.6 Harga yc,yt dan ............................................................................. 37

Tabel 4.7 Harga bagian atas (xu,yu) dan bagian bawah (xl,yl) .......................... 38

Page 13: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Profil kecepatan angin melewati penampang rotor ...................... 8

Gambar 2.2 Faktor daya sebagai fungsi TSR berbagai jenis turbin ................. 12

Gambar 2.3 bagian bagian turbin angin ........................................................... 13

Gambar 2.4 Variasi jumlah blade pada turbin angin horizontal ...................... 14

Gambar 2.5 Turbin angin sumbu Vertical ....................................................... 15

Gambar 2.6 Sudut Pitch Bilah Turbin Angin ................................................... 17

Gambar 2.7 Tipe Airfoil NACA 4 Digit 2412 dan 0012 .................................. 19

Gambar 2.8 Tipe Airfoil NACA 5 digit .......................................................... 19

Gambar 2.9 Generator Listrik AC ................................................................... 20

Gambar 2.10 Diagram Alir Design Rotor ....................................................... 23

Gambar 2.11 Diagram Alir perancangan geometri sudu ................................. 24

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Komponen turbin Angin ................... 25

Gambar 4.1 konstruksi airfoil NACA ............................................................... 35

Gambar 4.2 Arah gaya pada sudu ................................................................... 45

Gambar 4.3 Gaya pada poros .......................................................................... 47

Gambar 4.5 Desain Nachelle ........................................................................... 52

Gambar 4.6 Furling Turbin Angin .................................................................. 53

Page 14: PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN …

56

Daftar Pustaka

Ali Vardar, Bulent Eker, 2006, journal, Principle of Rotor Design for Horizontal

Axis Wind Turbine.

Betz, A., 1926. Wind Energy and Their Utilization by Windmills. Bandenhoeck and

Ruprect, Gottingen.

Dewi izza 2015, Perancangan poros dengan beban puntir dan lentur.

Farid Ridha 2015, Pemilihan sudut pitch optimal turbin angin skala kecil dengan

tiga buah bilah.

Jansen and P.T Smulder, 1977, ROTOR DESIGN FOR HORIZONTAL AXIS

WINDMILLS.

Markus Nanda Andika, 2007, Kincir Angin Sumbu Horizontal Bersudu Banyak.

Sularso, Suga Kiyokatsu, 1991, Dasar Perancangan Dan Pemilihan Elemen mesin.

Tony Burton, D.Sharpe, 2001, Wind Energy Handbook.