UJI KINERJA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE DARRIEUS-H NACA 0018 MODIFIKASI DENGAN VARIASI SUDUT PITCH 35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR UJI KINERJA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE DARRIEUS-H NACA 0018 MODIFIKASI DENGAN VARIASI SUDUT PITCH 35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0 Disusun : YUNIKA CAHYO PRASTIKO NIM : D PROGRAM STUDITEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016

2

3

4

5 v

6 MOTTO Berambisilah. Sesuatu akan menjadi kebanggaan, Jika sesuatu itu dikerjakan, Dan bukan hanya dipikirkan, Sebuah cita-cita akan menjadi kesuksesan, Jika kita awali dengan bekerja untuk mencapainya. Kalau anda malas, Rajinkan diri. Kalau anda takut, beranikan diri. Kalau anda tidak tahu, bertanyalah. Kalau anda gagal, coba lagi Kalau itu anda teruskan, sukses akan menjadi nyata, Kalau tidak segera pasti nanti. (Mario Teguh) vi

7 HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan rasa senang hati karya sederhana ini dapat terselesaikan yang saya persembahkan kepada : 1. Kedua orang tua tersayang, yang senantiasa mendoakan yang terbaik untuk kami putra-putranya, sehingga kami bisa sampai saat ini. 2. Adik tercinta, Jefry Setya Ardianto, yang senantiasa menyemangati sehingga penulis mampu istiqomah sampai saat ini. 3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Wijianto ST, M.Eng, Sc, selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini. 4. Teman-teman seperjuangan 2012, yang telah 4 tahun berjuang bersama baik suka maupun duka. 5. Ana Dwi Fatqitah dan segenap keluarga besar bapak Rohmad yang telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir. 6. Teman-teman Kost serasi 1 yang telah mengajari arti sebuah kebersamaan. 7. Teman 1 kelompok tugas akhir, H mim dan Bhima, yang telah samasama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis hanya bisa mengucapkan terima kasih. vii

8 Abstrak Energi angin merupakan salah satu energi alternatif yang dapat dengan cepat diproses kembali oleh alam. Energi angin dirubah menjadi energi listrik menggunakan turbin angin. Turbin angin sumbu vertikal merupakan jenis turbin angin yang dapat berputar pada kecepatan rendah dengan biaya pembuatan yang murah. Sudut pitch akan berpengaruh pada kinerja turbin angin dan penambahan flap pada airfoil NACA dapat meningkatkan gaya lift. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui besarnya daya, torsi, efisiensi yang dihasilkan oleh turbin angin serta mengetahui sudut pitch yang paling efektif mengekstrak energi. Penelitian ini menggunakan turbin angin sumbu vertikal darrieus-h NACA 0018 modifikasi dengan sudut pitch yang di gunakan mulai dari 35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0. Kinerja turbin angin ini diukur menggunakan terowongan angin saluran terbuka. Dengan kecepatan angin 4,8 m/s. dengan beban seberat 250 gram. Hasil dari penelitian ini di ketahui bahwa sudut pitch berpengaruh pada daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin angin, pada penelitian turbin angin sumbu vertikal darrieus-h NACA 0018 modifikasi didapatkan energi terbesar turbin pada sudut pitch 50 0 dengan daya yang dihasilkan sebesar 0,859 Watt, torsi mencapai 0,154 Nm dan efisiensinya mencapai 4,90%. Kata kunci: Flap, NACA 0018 Modifikasi, Turbin, sudut pitch, Turbin Angin Sumbu Vertikal. Darrieus-H. viii

9 Abstracts Wind energy is the one of alternative energy that could be produced rapidly through natural processes. Wind energy could be converted into electrical energy by using wind turbine. Vertical axis wind turbine is a type of wind turbine that could spined out at low speed and was made with low costing. The performance of the wind turbine will be affected by the pitch angle and the additional of the flap on the airfoil NACA could be increase the lift force. The purpose of this research was to determine the power, the torque, the efficiency of the wind turbine, and also which one of the pitch angle most effectively to extracting energy. This research was conducted by using vertical axis wind turbine Darrieus-H NACA 0018 modified with using pitch angle 35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0. The performance of this wind turbin measured using wind tunnel type open circuit with wind speed 4,8 m/s and the weight load 250 gram. The result showed that the number of the pitch angle was affected the power and the efficiency of the wind turbine. In this research of vertical axis wind turbine darrieus-h NACA 0018 modification capable of generating power 0,859 Watt, With pitch angle 50 0, the torque 0,154 Nm and 4,90 % for the maximum efficiency. Keywords: Flap, NACA 0018 modification, pitch angle, vertical axis wind turbine Darrieus H. ix

10 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat, hidayah,dan inayahnya kepada kita semua, tak lupa sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari jaman jahiliyyah ke jaman terang benderang seperti saat ini. Alhamdulillahirabbil aalamin penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana berjudul UJI KINERJA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE DARRIEUS-H NACA 0018 MODIFIKASI DENGAN VARIASI SUDUT PITCH 35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0. Tugas ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Banyak hambatan dan rintangan yang penulis hadapi dalam penulisan tugas sarjana ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya pada berbagai pihak yang telah banyak membantu serta memberikan dukungan baik secara langsung maupun tidak sehingga penulis tetap istiqomah hingga laporan ini dapat terselesaikan, yaitu kepada : 1. Kedua orang tua tersayang, sutrisno dan Nani Siswati, yang senantiasa mendoakan yang terbaik untuk kami putra-putranya, sehingga kami bisa sampai saat ini. 2. Adik tercinta, Jefry Setya Ardianto, yang senantiasa menyemangati sehingga penulis mampu istiqomah sampai saat ini. 3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Wijianto ST, M.Eng, Sc, selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini. 4. Tri Widodo Besar, Phd, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 5. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu serta wawasan untuk mempersiapkan masa depan yang cerah. x

11 6. Mas Topo, selaku petugas TU Jurusan Teknik Mesin yang selalu membantu mengurus masalah administrasi. 7. Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin (KMTM), yang telah memberikan banyak pengalaman sehingga penulis dapat menjadi saat ini. 8. Teman-teman seperjuangan 2012, yang telah 4 tahun berjuang bersama baik suka maupun duka. 9. Ana Dwi Fatqitah dan segenap keluarga besar bapak Rohmad yang telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir. 10. Teman-teman Kost serasi 1 yang telah mengajari arti sebuah kebersamaan. 11. Teman 1 kelompok tugas akhir, H mim dan Bhima, yang telah sama-sama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini. 12. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga Allah SWT selalu memberikan rahmat-nya yang berlimpah serta membalas amal baik dan segala bantuan yang telah diberikan kepada penulis. Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun orang lain terutama para pembaca sekalian. Surakarta, Oktober 2016 Penulis xi

12 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... MOTTO... HALAMAN PERSEMBAHAN... ABSTRAKSI... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR SIMBOL... i ii iii iv v vi vii viii x xii xv xvii xviii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah Sistematikan Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Studi Literatur Teori Penunjang Sejarah pemanfaatan energi angin Jenis Turbin Angin Konsep Dasar Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) xii

13 2.2.4 Teori Momentum Elementer Betz Pertimbangan Gaya Aerodinamika Teori NACA Teori Flap BAB III METODE PENELITIAN Diagram Alir Penelitian Studi Pustaka dan Literatur Perancangan dan desain Perencanaan terowongan angin (wind tunnel) Perancangan turbin angin Pembuatan Terowongan Angin danturbin Angin Pengujian Turbin Angin BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Spesifikasi Turbin Angin Analisa Meggunakan Segitiga Kecepatan Kecepatan sudu pada sudut pitch Kecepatan sudu pada sudut pitch Kecepatan sudu pada sudut pitch Kecepatan sudu pada sudut pitch Kecepatan sudu pada sudut pitch Kecepatan sudu pada sudut pitch Data Hasil Pengujian Data pengujian tanpa pembebanan Data pengujian dengan pembebanan Pembahasan Pembahasan data pengujian Pembahasan segitiga kecepatan xiii

14 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Berbagai jenis turbin angin horizontal Gambar 2.2 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu Gambar 2.3 Berbagai jenis turbin angin sumbu vertikal Gambar 2.4 Turbin angin darrieus tipe-h Gambar 2.5 Turbin angin savonius Gambar 2.6 Perubahan penampang aliran udara Gambar 2.7 Gaya gaya pada setiap posisi sudu Gambar 2.8 Gaya aerodinamis rotor turbin angina ketika dilalui aliran udara Gambar 2.9 Naca airfoil seri empat angka Gambar 2.10 Airfoil NACA simetris Gambar 2.11 Macam-macam flap Gambar 2.12 Penggunaan flap dan tanpa menggunakan flap Gambar 2.13 Hubungan antara CL dan CD pada penggunaan flap Gambar 2.14 Maximum coefficient CL max Gambar 3.1 Diagram alir penelitian Gambar 3.2 Dimensi terowongan angin (wind tunnel) Gambar 3.3 Sudut pengarah Gambar 3.4 Profil NACA 0018 yang belum dimodifikasi Gambar 3.5 Profil NACA 0018 yang telah dimodifikasi Gambar 3.6 Sudu NACA 0018 modifikasi Gambar 3.7 Flange Gambar 3.8 Lengan sudu Gambar 3.9 Poros Gambar 3.10 Instalasi pengujian turbin angin xv

16 Gambar 4.1 Turbin angin dengan NACA 0018 modifikasi Gambar 4.2 Segitiga kecepatan pada beberapa posisi sudu Gambar 4.3 Kecepatan pada sudut pitch Gambar 4.4 Kecepatan pada sudut pitch Gambar 4.5 Kecepatan pada sudut pitch Gambar 4.6 Kecepatan pada sudut pitch Gambar 4.7 Kecepatan pada sudut pitch Gambar 4.8 Kecepatan pada sudut pitch Gambar 4.9 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan putaran tanpa pembebanan Gambar 4.10 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan putaran dengan pembebanan Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan daya turbin terhadap sudut pitch Gambar 4.12 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan effisiensi turbin xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Spesifikasi turbin angin Tabel 4.2 Data hasil pengujian tanpa pembebanan Tabel 4.3 Data hasil Pengujian dengan pembebanan xvii

18 DAFTAR SIMBOL Energi Massa angin Kecepatan angin Volume (Joule) (kg) (m/s) (m 3 /s) Luas sapuan (m 2 ) Pa Daya angin (Watt) F Gaya (N) Densitas udara (kg/m 3 ) Daya turbin (Watt) F Gaya (Newton) D Diameter (m) n Putaran (rpm) R Jari-jari rotor (m) h Ketinggian (m) g Percepatan gravitasi (m/s 2 ) t Waktu (s) xviii