STUDI EKSPERIMEN PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP

i

TUGAS AKHIR

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH JUMLAH SUDU

TERHADAP KERJA TURBIN ANGIN HORISONTAL

BERBASIS NACA 4415

Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar

Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun :

THORIQ MUSTAQIM

NIM : D 200 11 0124

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP KERJA

TURBIN ANGIN HORISONTAL BERBASIS NACA 4415

Yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh gelar sarjana

S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan

tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau

pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan

Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali

bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana

mestinya.

Surakarta, Februari 2016

Yang menyatakan,

THORIQ MUSTAQIM

iii

iv

v

Pendamping

vi

LEMBAR MOTTO

Hai orang-orang yang beriman apabila kamu dikatakan kepadamu :

“berlapang-lapanglah dalam majlis”, maka lapangkanlah niscaya allah

akan memberi kelapangan untukmu. Dan apabila dikatakan : “berdirilah

kamu”, maka berdirilah, niscaya allah akan meninggikan orang-orang

yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang diberi ilmu

pengetahuan beberapa derajat. Dan allah maha mengetahui apa yang

kamu kerjakan.

( QS. Al- Mujaadillah, 58 : ayat 11 )

“Tidak diperbolehkan iri kecuali pada dua hal, Seorang laki-laki yang allah

karuniai harta lantas ia membelanjakannya di jalan yang benar dan

seorang yang allah karuniai hikmah ( ilmu ) lantas ia beramal dengannya

serta mengajarkannya”

( H.R. Bukhari dan Muslim )

Belajarlah mengucap syukur dari hal hal baik di hidupmu, dan belajarlah

menjadi pribadi yang kuat dengan hal hal buruk di hidupmu.

Salah satu kunci kebahagiaan adalah menggunakan uangmu untuk

pengalaman bukan untuk keinginan.

( B.J. HABIBIE )

vii

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH JUMLAH SUDU

TERHADAP KERJA TURBIN ANGIN HORISONTAL

BERBASIS NACA 4415

Thoriq Mustaqim, Nur Aklis dan Marwan Effendy Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

JL. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email : [email protected]

ABSTRAK

Pemanfaatan sumber energi angin merupakan upaya untuk memenuhi kebutuhan energi listrik. Untuk kepentingan itu sistim konversi angin menjadi energi listrik sangat diperlukan. Oleh karena itu, dalam laporan ini akan dibahas sistim turbin angin poros horisontal dengan

variasi jumlah sudu ( 3, 4 dan 5 sudu ), yang berbasis NACA 4415.

Pengujian dilakukan di pantai Pandansimo, Yogyakarta. Pengujian diawali dengan merakit semua komponen turbin angin yang terdiri dari menara, yaw drive, ekor pengarah dan sudu turbin, Komponen sudu turbin angin terbuat dari plat besi dengan tebal 2 mm dan berdiameter

2,85 m. Untuk pengambilan data digunakan alat ukur seperti anemometer, tachometer digital, dan data logger. Anemometer dipasang pada

ketinggian yang sama dengan ketinggian turbin angin. Parameter dalam pengujian ini meliputi kecepatan sudu tanpa beban dan dengan beban. mengukur arus, tegangan, daya dan energi listrik, yang dihasilkan.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa, kecepatan angin mempengaruhi putaran turbin angin. Semakin tinggi kecepatan angin semakin tinggi putaran turbin angin. Pengujian tanpa beban dengan variasi 3 sudu menghasilkan daya yang lebih tinggi dibandingkan dengan variasi 4 dan 5 sudu. Sementara, pengujian dengan beban pada variasi 5 sudu menghasilkan daya yang lebih tinggi dibandingkan pada variasi yang lain. Kontruksi turbin angin dengan variasi 5 sudu menghasilkan koefisien daya yang tinggi, hingga mencapai dua kali dari variasi 3 dan 4 sudu.

Kata Kunci : Tubin angin, jumlah sudu, koefisien daya

mailto:[email protected]

viii

Effect of blade number on the performance of horizontal

wind turbine with NACA 4415

Thoriq Mustaqim, Nur Aklis and Marwan Effendy

Department of Mechanical Engineering, Universitas Muhammadiyah Surakarta

JL. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email : [email protected]

ABSTRACT

The use of wind energy is an effort to comply the electricity needs. Therefore, the conversion system of wind into electrical energy is very important to support it. This research discusses the system of horizontal axis wind turbine with various blades number (3, 4 and 5) referring to NACA 4415.

This experiment has been performed in Pandansimo beach,

Yogyakarta. The research was started by assembling all components of wind turbines such as tower, yaw drive, steering head and turbine blades. Blade components were made by iron plate with a thickness of 2 mm and diameter of 2.85 m. Data was collected by measured tool such as anemometer, digital tachometer and data logger. The anemometer was installed at the same height of wind turbine. Performance of wind turbine with-and-without load was investigated by measuring current, voltage, and power.

The results show that, the wind speed affects the rotation of wind

turbines. The higher wind speed the higher round wind turbines. Investigation of wind turbine without load generates the highest level of power when using 3 blades configuration. Whilst, the highest level of power for wind turbine with load can be achieved using 5 blades configuration. Besides, the construction of wind turbines with 5 blades also produces the highest power coefficient up to twice that of two other blade variations.

Key words : Wind turbine, Blade number, Power coefficient

mailto:[email protected]

ix

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum. Wr. Wb.

Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

segala berkah, rahmat, dan hidayah-Nya sehingga penyusunan laporan ini

dapat terselesaikan.

Tugas akhir berjudul “STUDI EKSPERIMEN PENGARUH JUMLAH

SUDU TERHADAP KERJA TURBIN ANGIN HORISONTAL BERBASIS

NACA 4415”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak.

Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan

keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terimakasih dan penghargaan

yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Sigit Utomo, dan ibu Rebiyati yang selalu memberikan

motivasi, do’a, semangat dan segala upaya yang dilakukan, serta

keluarga besar yang telah memberi dukungan sehingga penulis

dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Sri Sumarjono, MT., Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D, selaku ketua

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

x

4. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng, selaku dosen pembimbing utama yang

telah memotivasi, membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk

dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph. D, selaku dosen pembimbing

pendamping yang telah memotivasi, membimbing, mengarahkan,

memberikan petunjuk dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

6. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purbo Putro, MT, selaku ketua Laboratorium

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta,

yang telah memberikan ijin untuk pengerjaan Tugas Akhir.

7. Bapak Wijianto, ST., M.Eng.Sc, selaku dosen pembimbing akademik

yang telah banyak memberikan kesempatan untuk berdiskusi.

8. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

9. Bapak Sutarto, selaku ketua pengelola PLTH Pandansimo, dan para

staf yang banyak membantu dalam memberikan penjelasan,

pengarahan selama proses pengujian.

10. Rekan-rekan Keluaraga Mahasiswa Teknik Mesin ( KMTM ) Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dan rekan-rekan yang

telah membantu selama proses penelitian dan pengujian, Adnan,

Andi, Maret, Punto, Doni, Ekno, Padang, Abdullah, Agus, Guntoro

seno, Fredi, Nova, Endri, wakhid, sobar, dwi, Alip, Fahrizal, Budi,

Jayi, Mas akbar, Mas jehan, Wahyu, serta seluruh rekan – rekan

yang tidak bisa disebutkan satu per satu.

xi

11. Teman-teman seperjuangan kost gumpang, Maret, Domo, Punto,

Azis, Alip, terimakasih atas bantuan dan kerjasama yang telah

dilakukan, semoga persaudaraan kita tetap terjaga sampai

kapanpun.

12. Keluarga besar bapak Daliman di gumpang, yang telah banyak

memberikan nasehat, bantuan, dan juga motivasi selama masa

perkuliahan.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih kurang sempurna, oleh

karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca

akan penulis terima dengan senang hati.

Surakarta, Februari 2016

Penulis

THORIQ MUSTAQIM

xii

DAFTAR ISI

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

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .......................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .................................................................. v

LEMBAR MOTTO ........................................................................................ vi

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

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

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

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

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

DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

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

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

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

1.4. Manfaat Penelitian ..................................................................... ..4

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kajian Pustaka ......................................................................... ..6

2.2. Landasan teori .......................................................................... ..7

2.2.1. Definisi dan jenis turbin angin ........................................ ..7

2.3. Pemanfaatan energi angin untuk turbin angin .......................... 11

2.3.1. Daya angin ...................................................................... 11

2.3.2. Daya turbin angin ............................................................ 14

xiii

2.4. Tip speed ratio dan koefisien daya ........................................... 14

2.5. Aerodinamika turbin angin ........................................................ 16

2.6. Airfoil ........................................................................................ 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram alir penelitian ............................................................... 20

3.2. Instalasi pengujian .................................................................... 21

3.2.1. Alat yang digunakan ........................................................ 22

3.2.2. Alat untuk pembuatan turbin angin .................................. 22

3.2.3. Alat untuk pengujian turbin angin ..................................... 23

3.3. Prosedur pengujuan dan pengambilan data ............................. 26

3.4. Lokasi penelitian ....................................................................... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Rancang bangun turbin angin .................................................. 33

4.2. Analisis data ............................................................................. 41

4.2.1. Unjuk kerja tanpa beban pada variasi jumlah

sudu ................................................................................ 41

4.2.2. Putaran turbin angin tanpa beban dengan daya ............. 42

4.2.3. Unjuk kerja dengan beban pada variasi jumlah

sudu ................................................................................. 43

4.2.4. Putaran turbin angin dengan beban dan daya ................ 44

4.2.5. Kecepatan angin dengan daya ........................................ 45

4.2.6. Koefisien daya rata-rata pada variasi

jumlah sudu .................................................................... 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

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

5.2. Saran ........................................................................................ 48

xiv

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Penggunaan energi ............................................................... ..2

Gambar 2.1. Turbin angin horisontal ........................................................... ..8

Gambar 2.2. Klasifikasi turbin angin horisontal .......................................... ..9

Gambar 2.3. Turbin angin aksial jenis Upwind dan Downwind

....................10

Gambar 2.4. Turbin angin vertikal .............................................................. 11

Gambar 2.5. Aliran udara bergerak menuju turbin angin ........................... 12

Gambar 2.6. Airfoil lift and drag ................................................................. 17

Gambar 2.7. Geometri airfoil ...................................................................... 18

Gambar 2.8. Penjelasan NACA empat digit ............................................... 19

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian .......................................................... 20

Gambar 3.2. Instalasi pengujian turbin angin .............................................. 21

Gambar 3.3. Satu seat anemometer ........................................................... 23

Gambar 3.4. Tachometer digital .................................................................. 23

Gambar 3.5. Generator ............................................................................... 24

Gambar 3.6. Data logger ............................................................................ 25

Gambar 3.7. Baterai .................................................................................... 25

Gambar 3.8. Tool box dan perlengkapannya .............................................. 26

Gambar 3.9. Perakitan anemometer .......................................................... 27

Gambar 3.10. Tower atau menara turbin angin ........................................... 27

Gambar 3.11. Yaw drive .............................................................................. 28

Gambar 3.12. Perakitan turbin angin .......................................................... 28

Gambar 3.13. Skema data logger tanpa beban .......................................... 29

Gambar 3.14. Skema data logger dengan beban ....................................... 30

Gambar 3.15. Pengukuran kecepatan turbin angin ..................................... 30

Gambar 3.16. Turbin angin saat beroperasi ................................................ 31

Gambar 4.1. Profil berbasis NACA 4415 .................................................. 33

Gambar 4.2. Plat besi sebelum proses bending ....................................... 34

Gambar 4.3. Plat besi setelah proses drilling dan bending ....................... 34

xvi

Gambar 4.4. Penampang profil 1 .............................................................. 35



Gambar 4.7. Desain batang sudu ............................................................. 36

Gambar 4.8. Hasil sudu turbin angin yang telah dirakit ............................. 36

Gambar 4.9. Desain hub atau piringan 3 sudu.......................................... 37



Gambar 4.12. Desain ekor pengarah .......................................................... 38

Gambar 4.13. Variasi jumlah sudu turbin angin berbasis

NACA 4415 ........................................................................... 39

Gambar 4.14. Desain Yaw drive ................................................................. 39

Gambar 4.15. Menara turbin angin ............................................................. 40

Gambar 4.16. Kecepatan angin rata-rata dengan Rpm tanpa

beban pada variasi jumlah sudu .......................................... 41

Gambar 4.17. Rpm tanpa beban dengan daya pada variasi

jumlah sudu ......................................................................... 42

Gambar 4.18. Kecepatan angin rata-rata dengan Rpm dengan

beban pada variasi jumlah sudu ......................................... 43

Gambar 4.19. Rpm turbin dengan beban dan daya pada variasi

jumlah sudu ......................................................................... 44

Gambar 4.20. Kecepatan angin rata-rata dengan daya pada variasi

jumlah sudu ......................................................................... 45

Gambar 4.21. Koefisien daya pada berbagai variasi

Jumlah sudu......................................................................46

xvii

DAFTAR SIMBOL

E = energi ( joule )

m = massa udara ( kg )

v = kecepatan angin ( m/s )

P = daya yang dihasilkan angin ( j s ) ( watt )

massa jenis udara ( 1,2 kg/ m³ )

A = luas penampang sapuan sudu ( 2 = m² )

massa jenis udara ( 1,2 kg/ m³ )

V = Tegangan ( volt )

I = Arus ( Amper )

= luas penampang sapuan sudu ( 2 = m² )

Cp = Koefisien daya angka Betz

U = kecepatan angin ( m s )

Ω = Kecepatan sudut (rad/s)

N = putaran ( rpm )

R = radius dari rotor ( m )

= luas penampang sapuan sudu ( 2 = m² )

= kecepatan angin ( m s )

λ = Tip speed ratio

t = Waktu ( jam )

L = Lift

D = Drag

F = Force ( N )

Documents

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP