PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU UNTUK MENGGERAKKAN POMPA SKRIPSI

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU UNTUK MENGGERAKKAN POMPA SKRIPSI"

Agus Lesmana
6 tahun lalu
Tontonan:

PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU UNTUK MENGGERAKKAN POMPA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar

1 PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU UNTUK MENGGERAKKAN POMPA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ALVI SYUKRI PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, yang telah melimpahkan rahmat dan karunianya sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya Skripsi saya yang berjudul Performansi Turbin Angin Savonius Dengan Empat Sudu Untuk Menggerakkan Pompa ini diajukan sebagai persyarataan akhir bagi mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi strata satu. Dalam pembuatan hingga selesainya skripsi ini, saya bayak menerima bantuan juga masukan dari pihak-pihak yang sangat membantu bagi saya, sehingga pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan rasa terima kasih yang setulusnya kepada: 1. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin 2. Bapak DR. Eng. Himsar Ambarita selaku dosen pembimbing yang telah menberikan bayak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbimg saya selama masa penyelesayan skripsi ini. 3. Bapak Ir.Mulfi Hazwi, M.Sc. selaku dosen pembanding seminar yang telah meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan serta masukan kepada penulis. 4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST,MT. selaku dosen pembanding seminar yang telah meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan serta masukan kepada penulis. 5. Kedua orang tua saya yang sangat saya cintai atas dukungan, doa, kasih sayang dan atas segala pengorbanan yang diberikan baik berupa moril maupun materil. 6. Rekan rekan mahasiswa di teknik mesin,oriza, Imanuel, Supra dan semua teman teman yang telah banyak mendukung dan membantu penulis selama perkuliahan maupun dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

3 Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan koreksi untuk kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga Skripsi ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Juli 2012 Alvi Syukri

4 ABSTRAK Turbin angin merupakan alat untuk mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanik. Desain turbin angin harus didasarkan pada penggunaan dan kondisi angin setempat. Di Indonesia umumnya angin bertiup dengan kecepatan rendah, sehingga lebih tepat untuk pompanisasi dari pada untuk pembangkit listrik. Pada penelitian ini, desain turbin angin penggerak pompa air untuk keperluan lahan pertanian. Turbin angin yang digunakan adalah turbin angin sumbu vertical savonius. Hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik karakteristik putaran terhadap kapasitas aliran dan tip speed ratio terhadap koefisien daya pada setiap variansi kecepatan angin dan beban. Nilai maksimum untuk kapasitas aliran dan koefisien daya yang diperoleh untuk turbin pada tinggi pemompaan 2 meter dan 5 meter masing-masing adalah Q = 3,91 l/m pada n = 58,54 rpm, Cp 0,56087 atau 56,08% pada λ = ; Q = 2,7 l/m pada n = 57 rpm, Cp = 0,56974 atau 56,974% pada λ = 0,37309, dan Cp = 0,59191 atau 59,191% pada λ = 0,53837 pada saat turbin tanpa beban. Kata Kunci: Pompanisasi, Turbin angin Sumbu Vertikal Savonius, Angin, Koefisien daya, Tip Speed Ratio

5 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR SIMBOL... ix BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Rumusan dan Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Energi Angin Daya Turbin Angin Dan Torsi Turbin Angin Turbin angin Sumbu Horizontal (TASH) Turbin angin Sumbu Vertikal (TASV) Karakteristik Rotor Angin Teori Momentum Elementer Betz Gaya Aerodinamik Pada Rotor Aerodinamik Hambata (Drag ) Aerodinamik Angkat (Lift ) Wind Pump (Pompa Tenaga Angin) Pompa Air Tenaga Angin Mekanik Pompa Air Tenaga Angin Elektrik Turbin Angin Penggerak Pompa Piston Head Total Pompa BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Metode Penelitian Perancangan dan Pembuatan Objek Penelitian Turbin Pompa Sistem perpipaan Peralatan Skema Pengujian Prosedur Penelitian BAB IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Analisa Data Data Hasil Pengujian... 45

6 4.2.1.Pengujian Tanpa Beban Data hasil pengujian dengan head statis 2 meter Data hasil pengujian dengan head statis 5 meter Daya yang Diserap Turbin dari Angin Tip Speed Ratio Kapasitas Pompa Perbandingan Hasil BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema udara bergerak ke arah turbin angin... 6 Gambar 2.2 Variasi Tip Speed Ratio dan Koefisien Daya C p Pada Berbagai Jenis Turbin Angin... 8 Gambar 2.3 Turbin angin jenis upwind dan downwind Gambar 2.4 Jenis turbin angin sumbu vertical Gambar 2.5 Karakteristik performance rotor angin Gambar 2.6 Model Aliran dari Teori Momentum Beltz Gambar 2.7 Koefisien Daya Berbanding Dengan Rasio Kecepatan Aliran Gambar 2.8 Sebelum dan Setelah Konversi Energi Kondisi aliran udara melalui satu disk ideal membentuk konverter tenaga dengan kemungkinan ekstraksi maksimum dari gaya mekanis Gambar 2.9 Aliran dan Gaya Aerodinamis pada Turbin Jenis Drag Gambar 2.10 Gaya aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran udara. 23 Gambar 2.11 Jenis jenis pompa yang digerakkan oleh angin secara mekanikal Gambar 2.12 Diagram skematik pompa air tenaga angin mekanik Gambar 2.13 Diagram skematik pompa air tenaga angin elektrikal Gambar 2.14 Turbin angin menggerakkan pompa piston Gambar 2.15 Head Pompa Gambar 2.16 Koefisien kerugian pada pembesaran mendadak Gambar 3.1 Turbin Angin Savonius Gambar 3.2 Prototype pompa piston Gambar 3.3 Fan Gambar 3.4 Digital Thermo Anemometer Gambar 3.5 Tachometer Gambar 3.6 Gelas Ukur Gambar 3.7 Ember ( Penampung Air ) Gambar 3.8 Gambar Skema pengujian Gambar 3.9 Diagram alir penelitian Gambar 4.1 Grafik Kecepatan angin dan kapasitas pompa pada turbin 4 sudu pada variasi kecepatan angin dan beban turbin. 46 Gambar 4.2 Grafik Kecepatan angin dan putaran pada turbin dengan variasi kecepatan angin dan beban turbin Gambar 4.3 Grafik Daya turbin angin dan putaran turbin 4 sudu pada variansi kecepatanangin dan beban turbin untuk mengalirkan air Gambar 4.4 Grafik Kecepatan angin dan efesiensi total turbin 4 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin untuk mengalirkan air Gambar 4.5 Grafik Tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 4 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin... 52

8 Gambar 4.6 Grafik Tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 3 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin Gambar 4.7 Grafik Kecepatan angin dan kapasitas pompa pada turbin 3sudu pada variasi kecepatan angin dan beban turbin Gambar 4.8 Grafik Tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 5 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin Gambar 4.9 Grafik Kecepatan angin dan kapasitas pompa pada turbin 5 sudu pada variasi kecepatan angin dan beban turbin... 56

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Koefisien koefisien Hambat yang Khas Bagi Berbagai Silinder Dalam Aliran Dua Dimensi Tabel 2.2 Koefisien kerugian pada pengecilan mendadak Tabel 3.1 Spesifikasi sudu turbin Tabel 3.2 Spesifikasi rotor turbin Tabel 3.3 Spesifikasi bantalan turbin Tabel 3.4 Spesifikasi rotor turbin Tabel 3.5 Spesifikasi sistem perpipaan Tabel 3.6 Spesifikasi Fan Tabel 3.7 Spesifikasi Digital Thermo Anemometer Tabel 4.1 Daya angin dengan variasi kecepatan angin Tabel 4.2 Data pengujian tanpa beban Tabel 4.3 Data pengujian dengan head statis 2 meter Tabel 4.4 Data pengujian dengan head statis 5 meter Tabel 4.5 Hasil perhitungan daya turbin, koefisien daya, dan tip speed ratio tanpa beban Tabel 4.6 Hasil perhitungan daya turbin, koefisien daya, dan tip speed ratio untuk head statis 2 meter Tabel 4.7 Hasil perhitungan daya turbin, koefisien daya, dan tip speed ratio untuk head statis 5 meter Tabel 4.8 Hasil perhitungan kapasitas aliran teoritis, efesiensi dan daya pompa untuk head statis 2 meter Tabel 4.9 Hasil perhitungan kapasitas aliran teoritis, efesiensi dan daya Tabel 4.10 pompa untuk head statis 5 meter Hasil perhitungan efesiensi total konversi energi angin untuk menggerakkan pompa Tabel 4.11 Data hasil pengujian turbin savonius dengan tiga sudu Tabel 4.12 Data hasil pengujian turbin savonius dengan lima sudu... 55

10 DAFTAR SIMBOL A o luas penampang, m 2 A 1 luas sapuan rotor, m 2 C D koefisien darag C p koefisien daya C pmax koefisien daya maksimum D diameter silinder, m g percepatan grafitasi, m/s 2 F gaya, N atau kg.m/s 2 f faktor gesekan F max gaya maksimum, N atau kg.m/s 2 E k energi kinetik, J atau N.m H t head Total, m h a head statis, m h l kerugian head, m L panjang, m m massa, kg ṁ aliran massa, kg/s n putaran, rpm P o daya angin, Watt atau J/s P t daya turbin angin, Watt atau J/s P p daya pompa, Watt atau J/s Q kapasitas aliran, liter/menit r radius, m s jarak langkah piston, m v 1 kecepatan angin, m/s v kecepatan ujung rotor, m/s v 2 kecepatan angin belakang turbin, m/s v r kecepatan relative, m/s V volume, m 3 atau liter λ tipe speed ratio η efesiensi, % ρ kerapatan massa, kg/m 3 ω kecepatan sudut, rad/s

dokumen-dokumen yang mirip

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH PROFIL DAN JUMLAH SUDU PADA VARIASI KECEPATAN ANGIN TERHADAP DAYA DAN PUTARAN TURBIN ANGIN SAVONIUS MENGGUNAKAN SUDU PENGARAH DENGAN LUAS SAPUAN ROTOR 0,90 M 2 SKRIPSI Skripsi