1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan listrik di masyarakat kian hari semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah penduduk. Pasokan listrik yang dibutuhkan penduduk khususnya didaerah terpencil bisa dikategorikan kekurangan atau bahkan belum mendapat pasokan listrik. Sehingga berakibat pemakaian listrik PLN dibatasi hanya beberapa jam dan adanya pemadaman bergilir dalam selang waktu yang cukup lama, pemadaman bergilir tidak terjadi sesekali atau dua kali bahkan bisa menjadi agenda rutin penduduk didaerah tersebut.
Menghemat energi listrik akibat penggunaan lampu didalam rumah-rumah dapat dilakukan dengan memakai energi alternatif, salah satunya ialah energi angin dengan memanfaatkan turbin angin. Turbin angin merupakan sarana pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. Dari berbagai macam jenis dan bentuk turbin angin yang ada, turbin angin sumbu vertikal tipe lenz merupakan salah satu pilihan yang tepat. Karena tidak memerlukan kecepatan angin tinggi serta sifatnya drag type, yaitu menggunakan gaya hambat sebagai prinsip kerjanya sehingga dapat mengumpulkan angin dari tiap - tiap arah dan memaksa melalui turbin itu [1].
2 sehingga diubah menggunakan fiber dan dibaut, perubahan ini karena fiber tahan terhadap air dan panas matahari, sedangkan seng bisa terjadi korosi dan menggunakan baut, jika terjadi kerusakan dapat dengan mudah untuk diganti sedangkan pada paku rifet harus merusak dahulu dengan cara mengebor paku rifet tersebut.
Oleh karena itu, di perlukan sebuah desain ulang dari turbin tersebut dengan menggunakan fiber sebagai bahan untuk penangkapan angin sedangkan baut dan mur sebagai pengikat pada besi. Sehingga desain menjadi kuat mudah perakitan dan pengangkutannya pada transportasi.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka peneliti membuat perumusan masalah agar tujuan perancangan berhasil tercapai, yaitu:
Bagaimana desain sudu turbin angin sumbu vertikal tipe lenz daya
poros 45 watt
Bagaimana desain sayap turbin agar mampu menghasilkan putaran
yang maksimal
Menentukan luasan sudu yang akan diterima oleh angin
1.3 Tujuan Perancangan
3 1.4 Manfaat Perancangan
Mengurangi penunggakan tagihan listrik disetiap tahunnya yang
semakin mahal.
Memberikan energi alternatif yang diharapkan nantinya biasa
membantu menghemat energi
Dapat memenuhi kebutuhan energi sepanjang tahun selama daerah
tersebut masih didaerah yang memiliki angin yang bersifat turbulen Dapat membantu daerah daerah yang memiliki potensi angin tetapi
belum terjangkau oleh PLN
Manfaat lainnya untuk menghindari krisis bahan bakar
1.5 Batasan Masalah
Mengingat permasalahan yang akan timbul, maka agar lebih mempermudah pemahaman serta hasilnya mengarah pada tujuan yang diinginkan diperlukan pembatasan masalah. Oleh karena itu dalam penulisan ini akan diberikan batasan masalah, yaitu :
1. Perencanaan poros tidak dilakukan, hanya sebatas sudu turbin 2. Analisa dinamika fluida tidak dilakukan
1.6 Konsep Perancangan
4 1.6.1 Turbin Angin 3 Sudu Tipe Lenz
Gambar 1.1. Turbin Angin 3 Sudu Tipe Lenz 1.6.1.1 Penentuan kebutuhan pengguna Penentuan kebutuhan pengguna dilakukan melalui :
a. Kebutuhan maksimal penggunaan daya listrik kurang lebih 12 jam antara pukul 17.00 s/d 05.00.
b. Survey potensi angin rata-rata 5 m/s di Indonesia pada umumnya dan di kota Malang pada khususnya.
1.6.1.2 Desain turbin angin tipe lenz
5 1.6.1.2.1 Sudu
Gambar 1.2. Sudu Lenz
Rotor turbin angin didesain menggunakan 3 buah sudu dengan dimensi sesuai dari hasil perhitungan agar bisa mencapai target yang telah ditentukan. Turbin 3 sudu memiliki putaran yang seimbang daripada 2 sudu sebab titik keseimbangan yang berada pada ujung sudu ditambah 1 sudu menjadi 3 sudu dengan rotasi sudut 120o sehingga menambah keseimbangan turbin saat menerima angin, dan memanfaatkan gaya sentripetal yang membuat benda untuk bergerak melingkar menuju arah pusat lingkaran.
1.6.1.2.2 Rib
6 yaitu dengan kemiringan 9o terhadap garis lurus sayap, sehingga mampu memaksimalkan daya angin yang diterima oleh turbin. Untuk penutup rib menggunakan bahan dari fiber, agar mudah disesuaikan dengan bentuk rib, dan juga tahan terhadap korosi.
Gambar 1.3 Rib dan penutup rib
[image:6.595.193.504.462.703.2]7 1.6.1.2.3 Poros
Gambar 1.5. Poros tengah pada blade
PERANCANGAN SUDU TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
TIPE LENZ DAYA POROS 45 WATT
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 :
WIRAMARTAS RACHMAT
07510011
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN SUDU TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE LENZ DAYA POROS 45 WATT
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Telah Diperiksa & Disetujui Oleh :
Pembimbing I
( Ir. Trihono Sewoyo, MT )
Pembimbing II
( Ir. Ali Saifullah, MT ) Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
vii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahi Rabbil Alamin, Segala Puji Bagi-Mu Ya Rabb, Pemberi Cinta Paling Hakiki, Yang Senantiasa Menyiapkan Rencana Sempurna untuk hamba-Mu ini, tak ada yang bisa hamba ucapkan selain kalimat terindah di atas untuk segala pemberian terbaik : orangtua terbaik, kakak - kakak terbaik, adik terbaik, sahabat - sahabat terbaik, pembimbing skripsi terbaik, dan figur attachment terbaik. Puji syukurku atas-Mu yang telah memudahkan segala kesulitan, melapangkan segala kesempitan, menenangkan segala kegundahan, serta memberi petunjuk atas segala kebuntuan. Tak ada habisnya jika diri ini mengingat seluruh cinta dan kebaikan yang Engkau berikan, Ya Rabb.
Penulis merasa bersyukur dengan terselesaikannya tugas akhir ini
dengan tema “Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Sudu TurbinAngin Sumbu
Vertikal Type Lenz DayaPoros 45watt” setelah hampir setahun waktu berlalu.Satu pelajaran penting yang penulis dapatkan adalah “Keberhasilan dalam menggapai
harapan harus dimulai dengan langkah awal yang mungkin tidak akan mudah.” Harapan penulis adalah perancangan konseptual ini bisa menjadi langkah awal guna menjadi seorang engineering yang bisa memberikan jalan keluar dari masalah yang dihadapi khususnya yang berkaitan dengan bidang perancangankonseptual produk.
viii
Penghargaan sudah selayaknya diberikan pada kedua orangtua penulis di Tarakan ( Kalimantan timur ), mamaku (MasdaniahRachmat),yang telah meminjamkan jantungnya untuk diri ini bernafas selama sembilan bulan serta bertaruh nyawa demi melahirkanku, dan Papaku ( RachmatNasir, SE ), yang telahmemberikanmasukan-masukan yang membuatpenulismengertiakanhal-hal yang baru. Terima kasih atas segala doa, cinta, perhatian, serta pengertian yang diberikan untuk penulis.
Selanjutnya, penghargaan penulis sampaikan kepada ( Ir. Trihono Sewoyo, MT. ) dan ( Ir.Ali Saifullah, MT ) pembimbing skripsi terbaik yang pernah ada, sekaligus konselor terbaik yang “menyadarkan” penulis bahwa hidup
terlalu indah untuk disia - siakan danterusmemberisemangatdannasehat agar terusmaumemberikan yang terbaik di kehidupanini. Di tengah kebingungan penulis, dialah yang paling berperan dalam penentuan tema skripsi ini, sehingga sudah sepatutnya, penulis mengucap syukur atas ketentuan-Nya mempertemukan kami dalam penulisan skripsi ini. Terima kasih banyak untuk waktu, tenaga, pikiran, serta curahan perhatian yang bapak berikan pada penulis. Tidak banyak yang bisa penulis lakukan untuk membalas segenapkebaikanbapak sepanjang waktu ini, salutuntukkeduadosen pembimbingku.
ix
AMIN....Selanjutnya, penulis berikan penghargaan kepada ( Ir. Mulyono, MT )selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, ( Ir. Sudarman, MT ) selaku DekanFakultasTeknikdandosenwalisayasendiri. sertaparadosenpembimbing akademik Jurusan Teknik Mesin angkatan tahun 2007 curahan ilmu pengetahuan selama masa studi dan bersedia menjadi pendengar atas keluh kesah penulis selama menjalani masa studi.
Serta untuktemantemankuditarakan, Ardi, Anto Panjang, Icol, Danoi, Tomo, Asnawi Kendor, Filman Kecil, Gustai Kering, Ismal Gendon dan teman teman yang lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis,banyakhal yang telahkalianberikan, doronganmotivasi, perhatianselamainiterimakasih!!
Untuk sahabat-sahabat penulis di Jurusan Teknik Mesin UMM, Kera Nisem ( 07A) yang empat setengah tahun terakhir menemani penulis di saat senang maupun sedih, teman – teman se-bimbingan ( anggotanya Pak Tri : Ulum Oktavianto, Ananta Dedy Putraf, Rizqi Hadi’I, Rica Budi Valianto, Mashud Badarudin, Puja Kharisma, Dhita Angga Kusuma, Hendy Wahyu Oktavianto, Totok Sardianto, Arif Tri Cahyono, Muhammad Lutfi, Candra Fajar Prasetya, Rizka Arif Bachtiar, Nur Aziz Riadi, teman – teman “ 2007” A yang lainnya yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih banyak atas kerja samanya dalam penyelesaiaan tugas akhir ini dansegala bantuan teman – teman selama menjalani masa studi dan waktu-waktu indah yang kita lalui bersama, serta maafkan segala sikap saya yang tidak berkenan.
x
Penulis juga sangat berterima kasih kepada para pencipta lagu, dengan lagu mereka penulis dapat menikmati alunan musik sambil menyelesaikan tulisan skripsi ini serta terimakasih tarhadap Bill Gates, yang menciptakan Mirosoft yang penulis gunakan untuk mengetikskripsi, juga kepada Thomas Alpha Edison, yang telah menciptakan lampu yang menemani penulis membaca di malam hari, penemu Modem sehingga penulis tidak perlu lagi mencari data ke warnet warnet hingga larut malam, dan kepada penemu-penemu lainnya yang sangat berjasa, bukan hanya untuk penulis, namun kepada semua pembuat skripsi didunia.
Akhirnya, untuk figur attachmentpenulis yang paling sering terlintas di pikiran saat diri ini sedang tidak tahu harus berbuat apa dalam perjalanan menyelesaikan tugas akhir ini ( Merk tidak di sebutkan).Terima kasih banyak untuk segenap doa, motivasi, telinga yang selalu setia mendengar segala keluh kesah penulis, serta untuk setiap usaha yang dilakukan demi memenuhi harapan-harapan penulis. Banyak hal yang terjadi selama lima tahun terakhir, keceriaan dan air mata.Semoga akhirnya dapat mendewasakan kita ( berdua, bertiga, berempat, berlima, etc). Untuk pertemuan kita dan apa pun kehendak-Nya, akan arah hubungan kita selanjutnya.Penulis kembali mengucap syukur, yakin itu adalah bagian dari rencana sempurna-Nya.
Skripsi ini penulis persembahkan untuk setiap individu yang pernah mengecap manisnya cinta, dan lebih khusus, untuk mereka yang juga merasakan pahit getirnya pengalaman hidup karena cinta. Ingatlah, bahwa rasa pahit itu ada
dimaksudkan agar kita dapat mengenali rasa manis. “Ya Rabb kami, tiadalah
xi
sekalian. Kritik, saran, pertanyaan, atau apa pun berkaitan dengan skripsi ini dapat dialamatkan ke accounte-mail penulis (rmartas@yahoo.com ).
Sekali lagi, terima kasih untuk semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis dalam pengerjaan skripsi ini, kebaikan yang kalian berikan semoga dibalas-Nya dengan lebih banyak kebaikan.
Penulis sadar bahwa tulisan ini masih sangat sederhana, oleh karena itu saran-saran demi perbaikan akan diterima dengan senang hati.
Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan dapat menambah wawasan bagi penulis dan bagi pembaca umumnya. Semoga Allah SWT senantiasa membimbing kita menuju jalan-Nya dan melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya. AMIN...
Malang, Januari 2012
xii DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR KONSULTASI/ASISTENSI ... iii
LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT...iv
ABSTRAKSI INDONESIA ... v
ABSTRAKSI INGGRIS ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR. ... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang ... 1
1.2 RumusanMasalah ... 2
1.3 TujuanPerancangan ... 2
1.4 Manfaat Perancangan ... 3
1.5 BatasanMasalah ... 3
1.6 Konsep Perancangan ... 3
1.6.1 Turbin Angin 3 Sudu Tipe Lenz ... 4
1.6.1.1 Penentuan Kebutuhan Pengguna ... 4
1.6.1.2 Desain Turbin Angin Tipe Lenz ... 4
1.6.1.2.1 Sudu ... 5
1.6.1.2.2 Rib ... 5
1.6.1.2.3 Poros ... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Angin ... 8
2.2 Turbin Angin ... 15
xiii
2.2.1.1 Kelebihan TASH ... 16
2.2.1.2 Kelemahan TASH ... 16
2.2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) ... 17
2.2.2.1 Kelebihan TASV ... 19
2.2.2.2 Kelemahan TASV ... 20
2.3 Bagian Bagian Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Lenz ... 20
2.3.1 Blade ... 20
2.3.2 Sayap ... 22
2.3.3 Poros ... 24
2.4 Perencanaan Blade Turbin Lenz ... 24
2.4.1 Kecepatan Sudut (Angular Velocity) ... 26
2.4.2 Gaya Hambat (Drag Force) ... 27
2.4.3 Torsi (Torque) ... 27
2.4.4 Kecepatan Liniear Ujung Sudu (Tip Velocity)... 28
2.4.5 Putaran Rotor Blade ... 29
2.5 Generator ... 31
2.6 Battery ... 32
BAB III PERANCANGAN BLADE TURBIN ANGIN TIPE LENZ 3.1 Penentuan Daya Lampu ... 33
3.2 Penentuan Daya Generator ... 35
3.3 Perhitungan Dimensi Sudu Turbin Lenz ... 37
3.3.1 Dimensi Sayap Blade ... 39
3.3.2 Kecepatan Sudut (Angular Velocity) ... 41
3.3.3 Gaya Hambat (Drag Force) ... 42
3.3.4 Torsi (Torque) ... 43
3.3.5 Kecepatan Liniear Ujung Sudu (Tip Velocity)... 44
3.3.6 Putaran Rotor Blade ... 44
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan ... 47
xiv DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR TABEL
2.1 Kecepatan dan fenomena angin ... 9
2.2 Syarat –syaratkondisidanangin ... 10
2.3 Dataklimatologi ... 12
xvi
DAFTAR GAMBAR
1.1 TurbinAngin 3 SuduTipe Lenz ... 4
1.2 Sudu Lenz... ... 5
1.3 Rib dan Penutup rib... ... 6
1.4 DesainSudutKemiringanSayapTurbinLenz...6
1.5 Poros Tengah Pada Blade... . 7
2.1 Turbin Angin Sumbu Horisontal... ... 16
2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal...18
2.3 Perbandingan Arah Angin Pada Turbin Angin ”Sumbu Horisontal Dengan Turbin Angin Sumbu vertikal Lenz”... ... 19
2.4 Blade... . 21
2.5 TitikKeseimbanganTurbin.. ... 22
2.6 DimensiSayap ... 23
2.7 Rib ... 23
2.8 Susunan Generator Fluksi Aksial ... 31
2.9 Diameter Dan TinggiBlade Turbin ... 39
3.1 DimensiSayap ... 40
DAFTAR PUSTAKA
1. Adam F, “Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Sumbu Vertikal Model Helix Daya 100 Watt sebagai Alternatif Penerangan Jalan Umum” 2003
2. Badan Meteorologi dan geofisika “Stasiun Klimatologi Karang Ploso”. 3. Cahyo. Fajar,dkk ”Perancangan, Pembuatan Dan Pengujian Turbin
Angin Tipe Helix Untuk Lampu Penerangan Jalan” 2011.
4. Piggot H, "The Permanent Magnet Generator (PMG): A Manual for Manufacturers and Developers", Scoraige Wind Electric, 2001.
5. Ramdani. “Analisa Tower Jenis Guyed Tilt Up Pada Turbin Angin Sumbu
Vertikal Sudu Tipe Helix Dengan Program Berbasis F.E.M” 2011. 6. Reksoatmodjo T “Vertical-Axis Differential Drag Windmill”, Oktober 2,
2004
7. Steven Fahey, “Basic Principles Of The Homemade Axial Flux Alternator”, 2006.
8. Sularso, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”, Edisi 3 Erlangga Jakarta, 1987.
9. Toomey M, “Individual Trade Study for Table Energy System”, February 29, 2008.
10.Wakil El, “Power Plant Technology”, Mc Graw-Hill,Inc.,USA,1987. 11.http://en.m.wikipedia.org/wiki/vertical_axis_wind_turbine
13.
http://www.e-dukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Modul%20Onl ine/view&id=132&uniq=all
14.http://id.wikipedia.org/wiki/Angin 15.http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin 16.http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin 17.http://id.m.wikipedia.org/wiki/torsi
18.http://mimpiximajinasi.blogspot.com/2009/12/tenaga-angin.html 19.http://www.daviddarling.info/encyclopedia/H/AE_hub_height.html 20.http://www.windstuffnow.com/main/lenz2_turbine.htm
