PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

DENGAN DAYA 161 WATT

TUGAS AKHIR

Diajukan kepada

Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu

Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

EKO SUPRIYANTO

201510120312076

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2017

ii

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

PERANCANGAN TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

DENGAN DAYA 161 WATT

Diajukan kepada

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh

EKO SUPRIYANTO

201510120312076

Diterima dan Disetujui

Pada tanggal 26 Juli 2017

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Dra. Roro Heni Hendaryati, MT

NIP 108.8909.0125

Ir. Mulyono, MT

NIP 108.9109.0248

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Ir. Daryono, MT

NIP 108.8909.0124

viii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan segala puji dan syukur kepada Allah SWT dan

salam yang tercurahkan kepada Rasulullah SAW, yang memberikan berkat

limpahan dan rahmatnya, sehingga dapat terselesaikannya tugas akhir yang

berjudul “Perancangan Turbin Angin Sumbu Vertikal Dengan Daya 161 Watt”,

guna memenuhi persyaratan untuk menyelesaikan program Strata 1 (S1) pada

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang.

Tugas akhir ini tidak akan tersusun tanpa adanya bantuan dan dukungan

dari berbagai pihak baik dalam segi moril maupun materil. Oleh karena itu segala

ungkapan terimakasih dipersembahkan kepada:

1. Kedua orangtua dan adik yang selalu memberikan doa, restu, semangat serta

bantuan materil bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Drs. Fauzan, MPd. Selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Malang.

3. Bapak Ir. Sudarman, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Malang.

4. Bapak Ir. Daryono, MT. selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Malang.

5. Ibu Dra, Roro Heni Hendaryati, MT selaku dosen pembimbing I yang sangat

membantu didalam memberikan bimbingan serta arahan dalam penyelesaian

tugas akhir ini.

6. Bapak Ir, Mulyono, MT selaku dosen pembimbing II yang sangat membantu

didalam memberikan bimbingan serta arahan dalam penyelesaian tugas akhir

ini.

7. Teman-teman TPB 15 (Transfer Politeknik Banjarmasin angkatan 2015) yang

selalu saling memberikan dukungan dan motivasi didalam penyusunan serta

penyelesaian tugas akhir ini.

8. Keluarga M8 yang selalu memberikan dukungan dan selalu mengingatkan

untuk menyelesaikan tugas akhir ini secepat mungkin.

ix

9. Teman-teman seperjuangan teknik mesin Universitas Muhammadiyah Malang

yang tidak bisa disebutkan satu persatu, yang turut membantu didalam

penyusunan dan penyelesaian tugas akhir ini.

Dalam tugas akhir ini, diharapkan semoga memberikan banyak manfaat

baik bagi penulis sendiri atau pun bagi pembaca yang khususnya mahasiswa

Universitas Muhammadiyah Malang.

Malang, 26 Juli 2017

Penulis

Eko Supriyanto

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

POSTER ........................................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ................................................ iii

LEMBAR ASISTENSI ................................................................................... iv

LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT ............................ vi

ABSTRAK ........................................................................................................ vii

ABSTRACT ...................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ix

DAFTAR ISI .................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah ................................................................. 2

1.3 Tujuan Perancangan .............................................................. 2

1.4 Manfaat perancangan ............................................................. 3

1.5 Batasan Masalah .................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Angin .................................................................................... 4

2.1.1 Energi Angin .................................................................... 5

2.1.2 Kecepatan Angin ............................................................... 6

2.1.3 Kerugian Yang Ditimbulkan Oleh Angin ......................... 10

2.1.4 Letak Geografis ................................................................ 11

xii

2.2 Turbin Angin ........................................................................ 12

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal ...................................... 12

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Vertikal .......................................... 13

2.2.1.1 Turbin Darrieus ............................................................. 15

2.2.1.2 Turbin Savonius ............................................................ 16

2.3 Bagian-bagian Turbin Angin Sumbu Vertikal ...................... 18

2.3.1 Rotor ................................................................................. 18

2.4 Perencanaan Blade Turbin Lenz ........................................... 23

2.4.1 Kecepatan Sudut ............................................................... 23

2.4.2 Gaya Hambat .................................................................... 23

2.4.3 Torsi .................................................................................. 24

2.4.4 Kecepatan Liniear Ujung Sudu ........................................ 25

2.4.5 Putaran Rotor Blade ......................................................... 25

2.5 Generator .............................................................................. 26

2.6 Battery ................................................................................... 28

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Prosedur Perancangan Turbin Angin Tipe Lenz ................... 30

3.1.1 Penentuan kebutuhan pengguna ........................................ 31

3.1.2 Perumusan Desain Turbin Angin Lenz ............................. 31

3.1.2.1 Sudu ............................................................................... 31

3.1.2.2 Poros .............................................................................. 32

3.1.3 Evaluasi perancangan ........................................................ 33

3.1.4 Penetapan Konsep ............................................................. 33

3.1.5 Penilaian dan pengujian desain ......................................... 34

xiii

3.1.6 Pemilihan konsep terbaik .................................................. 34

3.2 Penilaian Kebutuhan .............................................................. 34

3.3 Diagram Alir Proses Perancangan ......................................... 35

BAB IV PERHITUNGAN

4.1 Perhitungan Awal .................................................................. 39

4.1.1 Data Desain ....................................................................... 39

4.1.2 Penentuan Daya Lampu ..................................................... 40

4.1.3 Penentuan Daya Generator ............................................. 40

4.2 Perhitungan Dimensi Sudu Turbin Lenz ............................... 41

4.2.1 Perhitungan Sayap Blade ................................................... 43

4.2.2 Perhitungan Berat Blade .................................................... 44

4.3 Daya Output (Pw) ................................................................... 45

4.3.1 Perhitungan Tip Speed Ratio ( λ ) ..................................... 45

4.3.2 Efisiensi Turbin (nwt) ........................................................ 46

4.3.2 Daya Poros Turbin ............................................................. 46

4.3.4 Daya yang dihasilkan Generator (Pg) ................................ 47

4.3.5 Perhitungan Putaran yang Dihasilkan Turbin.................... 47

4.3.6 Perhitungan Coefisien Performance (CP) Turbin.............. 48

4.4 Perhitungan Dimensi Poros ................................................... 49

4.4.1 Gaya Hambat ..................................................................... 51

4.4.2 Kecepatan Sudut ( Angular Velocity ) ............................... 52

4.4.3 Perhitungan Torsi pada Turbin (T) .................................... 53

BAB V KESIMPULAN ............................................................................ 54

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 55

xiv

LAMPIRAN ..................................................................................................... 57

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema terjadinya angin .............................................................. 5

Gambar 2.2 Alat pengukur kecepatan angin ( anemometer) ......................... 7

Gambar 2.3 Jenis TASH Berdasarkan Blade ................................................. 13

Gambar 2.4 Rotor Darrieus ............................................................................ 15

Gambar 2.5 Rotor Savonius ........................................................................... 16

Gambar 2.6 Blade .......................................................................................... 18

Gambar 2.7 Poros ........................................................................................... 19

Gambar 2.8 Sayap .......................................................................................... 20

Gambar 2.9 Generator fluksi aksial ............................................................... 27

Gambar 2.10 Battery kering ............................................................................. 29

Gambar 3.1 Turbin Angin Tipe Lenz 3 Sudu ................................................ 30

Gambar 3.2 Poros Tengah Pada Blade........................................................... 33

Gambar 3.3 Diagram alir perancangan turbin angin tipe lenz ....................... 35

Gambar 4.1 Diameter dan tinggi blade turbin................................................ 43

Gambar 4.2 Dimensi Sayap ........................................................................... 44

54

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kecepatan dan Fenomena Angin ..................................................... 8

Tabel 2.2 Syarat- Syarat dan Kondisi Angin ................................................... 9

Tabel 2.3 Data Kecepatan Angin ..................................................................... 10

Tabel 3.1 Daftar Persyaratan ( Requirement List ) ........................................... 37

Tabel 4.1 Jenis-jenis faktor koreksi yang akan ditransmisikan ....................... 49

55

DAFTAR PUSTAKA

Adam F, “Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Sumbu Vertikal

Model Helix Daya 100 Watt sebagai Alternatif Penerangan

Jalan Umum” 2003

Buyung Nusantara, Alat Pengukur Kecepatan dan

Penentu Arah Angin Berbasis Komputer, Teknik Elektro

UNDIP, Semarang, 2000.

Daryanto,Y. (2007). Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik

Tenaga Bayu. Yogyakarta : Balai PPTAG-UG-LAGG.

Erich Hau, 2005, Wind Turbines Fundamentals, Technologies,

Application, Economics, 2nd Edition, terjemahan Horst von

Renouard, Springer,Germany.

Kamal, Faizul M., 2008. Aerodynamics Characteristics of A Stationary

Five Bladed Vertical Axis Vane Wind Turbine.

Journal of Mechanical Engineering, Vol. ME39, No. 2,

pp. 95-99

Nanang Rosidin. 2007. Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian

Prototipe SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan

Windside Untuk Penerangan JalanTol. Tugas Sarjana.

Bandung: ITB. Di akses pada 22 April 2010.

Website:http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=

read&id=jbptitbpp-gdl-nanangrosi-32320&q=savonius.

Olson, David dan Visser, Ken. 2009. Self-Starting Contra-Rotating

Vertical Axis Wind Turbine for Home Heating Applications.

Department of Mechanical and Aeronautical Engineering.

56

Soelaiman, Fauzi, dkk. 2006. Perancangan, Pembuatan dan Pengujian

Prototipe SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan Windside

untukPenerangan Jalan Tol. Bandung: ITB.

Sularso, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”, Edisi 3

Erlangga Jakarta, 1987.

Wakil El, “Power Plant Technology”, Mc Graw-Hill,Inc.,USA,1987

57