PERANCANGAN TURBIN ANGIN UNTUK SKALA RUMAH TANGGA

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada :

Universitas Muhammadiyah Malang

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Novindra Dwi Prasetyo

09510123

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMDIYAH MALANG

2014

ii

Poster

iii

iv

v

LEMBAR SURAT PERNYATAANg bertanda tangan di bawah :

vi

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul

“Perancangan Turbin Angin Untuk Skala Rumah Tangga” dapat diselesaikan

dengan baik, meskipun terdapat halangan-halangan yang menjadi pelambat

pengerjaannya.

Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan

gelar Sarjana Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.

Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami

kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan

berkah dari Allah SWT sehingga kendala-kendala yang dihadapi tersebut dapat

diatasi. Untuk itu penuli menyampaikan ucapan banyak-banyak terima kasih dan

penghargaan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penuyusnan skripsi

ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan

hidayah-Nya.

2. Kedua Orang Tua saya dan kakak adik saya, serta Keluarga besar saya di

Malang yang telah banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral,

masukan, arahan, motivasi, dan materi.

3. Nenek saya yang telah memberi semangat kepada saya selama ini.

4. Bapak Ir. Sudarman, MT selaku pembimbing I yang telah dengan sabar,

tekun, tulus, ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran memberikan

viii

bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga pada

penulis selama menyusun skripsi.

5. Bapak Ir. Mulyono, MT selaku pembimbing II yang dengan penuh

ketegasan, kesabaran, dan telah membangun mental saya menjadi lebih

besar. Dan telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan

petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.

6. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak

memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan

skripsi ini.

7. Terimakasih yang terdalam juga kepada keluarga besar SIN-C 09 (tanpa

pengecualian yang telah banyak-banyak memberi masukan, motivasi,

bantuan tenaga, moral maupun materi, dan do’anya sampai terselesaikannya

skripsi ini. “BEST FRIEND FOREVER”.

8. Terimakasih kepada saudara rifai, dino, oji, yang sudah memberi

keleluasaan didalam kamar kostnya dan kepada saudara aryo, perdana,

khatib, ikang, didit, ovan, febri, samsul yang sudah bersedia menemani

sampai terselesaikan skripsi ini.

9. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak

memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.

10. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan

sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.

11. Bapak Ir. Daryono, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammdiyah Malang yang telah banyak-banyak memberikan

solusi selama mengerjakan skrispsi ini.

ix

x

DAFTAR ISI

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

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

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii

LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ........................................................... iv

LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ............................................................ v

LEMBAR SURAT PERNYATAAN .................................................................... vi

ABSTRAK INGGRIS .......................................................................................... vii

ABSTRAK INDONESIA ................................................................................... viii

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

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv

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

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

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 3

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

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

1.5 Batasan Masalah ......................................................................................... 4

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

2.1 Potensi Angin ............................................................................................. 5

2.1.1 Terjadinya Angin ........................................................................... 5

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

2.2 Definisi Turbin Angin ................................................................................ 9

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal ................................................... 9

2.2.2 Turbin Angin Sumbu Vertical ....................................................... 10

2.3 Prinsip-prinsip Tenaga Angin ................................................................... 12

2.3.1 Daya Angin Total ............................................................................ 12

2.3.2 Daya Listrik Bermanfaat ................................................................. 13

2.3.3 Kecepatan Angin Rata-rata .............................................................. 14

2.4 Pemilihan Bilah Sudu ............................................................................... 15

2.5 Gear Box .................................................................................................. 15

xi

2.6 Generator .................................................................................................. 16

2.7 Hub ........................................................................................................... 17

2.8 Tower ....................................................................................................... 17

2.9 Tali Baja .................................................................................................... 18

2.10 Penyimpanan Energi ............................................................................... 19

2.10 Rectifier - Inverter ................................................................................... 19

BAB III METODOLOGI ...................................................................................... 20

3.1 Prosedur Perancangan .............................................................................. 20

3.2 Daftar Persyaratan (Requirement List) .................................................... 22

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 24

4.1 Prinsip Kerja dan Struktur Kerja .............................................................. 24

4.2 Kombinasi dan Susunan Konsep .............................................................. 25

4.3 Batasan Desain ......................................................................................... 27

4.4 Daya Rencana ........................................................................................... 28

4.4.1 Desain Rotor ................................................................................. 29

4.4.2 Tip Speed Ratio (TSR) ................................................................. 31

4.4.3 Pemilihan Bilah Sudu .................................................................... 32

4.4.4 Geometri Bilah Sudu ..................................................................... 33

4.5 Berat Turbin ............................................................................................. 37

4.5.1 Berat Hub ..................................................................................... 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 40

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 40

5.2 Saran ......................................................................................................... 41

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 42

LAMPIRAN-LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Pengelompokkan potensi angin, pemanfaatan dan lokasi potensial .......... 2

Tabel 2.1 Skala Beaufort ............................................................................................ 7

Tabel 3.1 Spesifikasi Desain .................................................................................... 23

Tabel 4.1 Kombinasi Sub fungsi yang Didasarkan pada Diagram Blok Sub Fungsi 25

Tabel 4.2 Pemilihan Jumlah Bilah Sudu .................................................................. 32

Tabel 4.3 Harga Radius Lokal Blade ........................................................................ 33

Tabel 4.4 Harga Geometri Sudu-sudux .................................................................... 34

Tabel 4.5 Harga Yc dan Yt ...................................................................................... 36

Tabel 4.6 Harga Bagian Atas (XU, YU) dan Bagian Bawah (XL, YL) ...................... 37

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) ....................................... 10

Gambar 2.2 Turbin Darrieus ................................................................................ 10

Gambar 2.3 Turbin Savonius ............................................................................... 11

Gambar 2.4 Gear Box Tipe Improving Speed ...................................................... 15

Gambar 2.5 Hub ................................................................................................... 16

Gambar 2.6 Tower Tipe Guyed Tilt-up ............................................................... 17

Gambar 2.7 Tali Baja (Sling) Jenis Konstruksi Tali Paralel ................................. 18

Gambar 3.1 Aliran energi pada diagram blok sub fungsi ..................................... 20

Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Perancangan dan Pembuatan ........................... 21

Gambar 4.1 Definisi Rasio Kecepatan ................................................................. 31

Gambar 4.4 Konstruksi Geometri Airfoil NACA ................................................ 35

xiv

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar W, 2004, “Penggerak Mula Turbin”, ITB, Bandung.

DESDM (2003), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan Dan Konservasi

Energi (Energi Hijau), Jakarta.

El-Wakil, M. M, 1984, “Powerplant Technology”, Mc-Graw Hill Book Company,

Chapt. 14, Pages 589 – 626.

Http://Id.Wikipedia.Org/Wiki/Tenaga_Angin

Iswahyudi A., 2007, “Perancangan Sudu Turbin Angin Sebagai Energi Alternatif

Untuk Desalinasi Dengan Daya 1000 Watt”, Universitas Muhammadiyah

Malang.

Jansen, W.A.M., Smulders, 1977. Rotor Design For Horizontal Axis Windmills,

SWD Eindhoven.

Piggott, Hugh, 2008, Wind Turbine Blade Design, CAT Wind Course March

2008, Lecture 8

Setiono P., 2006, “Pemanfaatan Alternator Mobil Sebagai Pembangkit Tenaga

Listrik Tenaga Angin”, Universitas Negeri Semarang.

Soetadji, N. S. Ir. IPM, Pemanfaatan Tenaga Angin Untuk Energi Listrik, Jakarta

Sudarman, 1999, Geometri Bilah Sudu Plat Lengkung 7% Pada Pembangkitan

Daya Kincir Angin 1200 Watt, Disain Teoritis, PPS-UI, Jakarta.

xv

Timoshenko, 1997, “Mekanika Bahan”, Erlangga, Jakarta.