ANALISA TOWER JENIS GUYED TILT UP PADA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL SUDU TIPE HELIX DENGAN PROGRAM BERBASIS F.E.M

(1)

ANALISA TOWER JENIS GUYED TILT UP PADA TURBIN

ANGIN SUMBU VERTIKAL SUDU TIPE HELIX DENGAN

PROGRAM BERBASIS F.E.M

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

RAMDHANI RAHMAN

NIM : 05510010

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

(2)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

ANALISA TOWER JENIS GUYED TILT UP PADA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL SUDU TIPE HELIX DENGAN

PROGRAM BERBASIS F.E.M

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh : Nama : Ramdhani Rahman NIM : 05510010

Telah diperiksa, disetujui, dan disahkan oleh :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

(Trihono S, Ir. MT.) (A.Fauzan HS, Ir. MT.)

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

(3)

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)

NAMA : Ramdhani Rahman

NIM : 05510010

DOSEN PEMBIMBING I : Ir. Trihono S, MT DOSEN PEMBIMBING II : Ir. A. Fauzan, MT

JUDUL TUGAS AKHIR : Analisa Tower Jenis Guyed Tilt Up pada Turbin Angin Sumbu Vertikal Sudu Tipe Helix dengan Program Berbasis F.E.M

Malang, Februari 2011

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

(Ir. Trihono Sewoyo, MT) (Ir. A. Fauzan HS, MT) No Catatan asistensi Paraf Pembimbing I Paraf Pembimbing II

1 Persetujuan Judul TA

2 Konsultasi BAB I

3 ACC BAB I

4 Konsultasi BAB II tambahan program FEM

5 di rumus perhitungan beri tanda

6 ACC BAB II

7 Konsultasi BAB III Tambah gambar 3D tower

8 DBB lebih dijabarkan

9 ACC BAB III

10 ACC BAB IV

(4)

LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Ramdhani Rahman

Tempat/Tanggal Lahir : Jakarta, 5 Juni 1986

NIM : 055 10010

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Menyatakan Tugas Akhir yang berjudul :

"Analisa Tower Jenis Guyed Tilt Up Pada Turbin Angin Sumbu Vertikal Sudu Tipe Helix Dengan Program Berbasis F.E.M"

Adalah bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun

keseluruhan, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.

Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan apabila

pernyataan ini tidak benar, saya bersedia mendapatkan sanksi akademis.

Malang, 27 Januari 2011

Mengetahui,

Dosen Pembimbing Yang Menyatakan,

(5)

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT, pemilik alam semesta beserta isinya, yang

menguasai jiwa dan raga seluruh makhlukNya. Shalawat serta salam senantiasa

tercurah kepada rasul akhir zaman Muhammad SAW, beserta keluarganya,

sahabat dan pengikutnya hingga akhir zaman.

Selain sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana bagi mahasiswa

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang, penulis berharap bahwa tugas

akhir ini sebagai sumbangan pemikiran untuk perkembangan SKEA khususnya

dalam bisang analisa tower yang dipakai.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini tidak akan terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis sangat berterima kasih

kepada:

1. Ayahanda Mustofa Yusuf dan Ibunda S.B Agustiningsih, serta adik – adik

M.Rifqi Auzan, Rizka Arifani dan Gilang Arafah yang telah memberi

semangat selama pengerjaan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Trihono Sewoyo,MT selaku dosen pembimbing satu yang telah

dengan sabar membimbing, membagi ilmu, memberi semangat penulis

(6)

3. Bapak Ir. A. Fauzan HS, MT selaku dosen pembimbing dua atas

bimbingan, saran, ilmu, serta selalu menyemangati penulis dalam

menyusun tugas akhir ini.

4. Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Malang,Ir. Mulyono, MT. Dosen pembimbing akademik T. Mesin

angkatan 2005, bapak M.Jufri ST,MT. Bapak dan ibu dosen teknik mesin,

seluruh laboran di Lab Teknik Mesin UMM, serta pegawai dan staf yang

ada di T.Mesin UMM.

5. Keluarga besar 501 Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2005, atas semua

kenangan selama kuliah dan bertualang bersama.

6. Teman-teman kosan Tlogomas 49B, yang banyak membantu selama 6

tahun di kosan.

7. Silvia R, atas semua do’a, bantuan dan pengertiannya.

8. Teman-teman seperjuangan di lab CNC

9. Semua teman-teman di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang,

yang tak bisa penulis sebut satu-persatu, terima kasih atas semua

bantuannya.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak

kesalahan maupun kekurangan, semoga karya tulis ini bermanfaat dan berguna

bagi para pembaca.

Malang, Februari 2011

(7)

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL

LEMBAR PENGESAHAN ……… LEMBAR ASISTENSI ………... LEMBAR PERNYATAAN ………... ABSTRAKSI …………...……….. KATA PENGANTAR ………... DAFTAR ISI ……….. DAFTAR TABEL ……….. DAFTAR GAMBAR ……….

ii iii iv v vii ix xi xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Latar Belakang ………... Rumusan Masalah ……….. Batasan Masalah ……… Tujuan Penulisan ……… Sistematika Penulisan ………

1

2

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4

Beban Akibat Angin ……… Kecepatan Angin ………. Kekuatan Angin ………... Prinsip Tenaga Angin ……….. Konversi Energi Angin ……… Daya Angin Total ……… Daya Listrik Bermanfaat ………. Turbin Angin ………... Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) …………... Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) ………... Berdasarkan Kapasitas Pembangkitan Listriknya …… Tower ………...

(8)

2.4.1 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5

Jenis –Jenis Tower ………..

Program Berbasis F.E.M (Finite Element Method) …. Menentukan Jenis Analisis ……….. Penentuan Tipe Elemen dan Spesifikasi Bahan …….. Pembuatan Model ……… Pembagian Elemen ……….. Solusi (Solution) ………..

18 19 19 20 20 20 20

BAB III ANALISA TOWER TURBIN ANGIN TIPE HELIX 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Gambaran Umum Tower Turbin Angin Tipe Helix …. Tower Pada Turbin Angin Tipe Helix ………. Gaya Angin Yang Bekerja Pada Tower ……….. Pipa Tower ……….. Tali Baja ……….. Pengaruh Sudut Serang Angin Dengan Program Bantuan Komputer ………...

21 21 22 26 29 34

BAB IV PENUTUP 4.1

4.2

Kesimpulan ……….. Saran ………

41

41 DAFTAR PUSTAKA ………

LAMPIRAN ………... RIWAYAT HIDUP ……… NASKAH PUBLIKASI………

(9)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Tabel 2.2

Skala Beaufort

Syarat-syarat dan kondisi angin

7

(10)

[image:10.595.111.505.139.750.2]

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 3.12 Gambar 3.13 Gambar 3.14 Gambar 3.15 Gambar 3.16

Alat pengukur kecepatan angin (anemometer)

Aliran angin pada permukaan bumi

Grafik hubungan antara tipe sudu dan koefisien kincir

angin

Turbin angin sumbu horizontal

Turbin angin sumbu vertical

Perbandingan arah angin pada turbin angin sumbu

horizontal dan turbin angin sumbu vertical

Jenis tower yang umum digunakan pada turbin angin

Turbin angin tipe helix dan tower

Tinggi tower

Jarak anchor dengan base tower

Blade helix ketika terkena beban angin

Gaya angin dan gaya akibat beban dan generator pada

tower

Tegangan tarik melingkar dan memanjang pada pipa

Momen inersia pada pipa berdinding tipis

Tegangan tarik memanjang

Segitiga siku-siku

Penampang tower ditinjau dari satu arah

Gaya yang terjadi pada tower ditinjau dari satu arah

Diagram benda bebas penampang tali

Turbin angin dengan sudut serang angin 0o sejajar

sumbu x

Simulasi tower dengan sudut serang angin 0o

Turbin angin dengan sudut serang angin 30o terhadap

sumbu x

(11)

Gambar 3.17

Gambar 3.18 Gambar 3.19

Gambar 3.20

sumbu x

37

38

39

(12)

DAFTAR PUSTAKA

1. http://en.wikipedia.org/wiki/wind_turbine

2. Multi Directional Wind Turbine Helix Wind S322, 2009

3. http://www.Pustekkom.com, 2007

4. http://id.wikipedia.org/wiki/kincir_angin, 2008

5. http://www.est.org.uk/bestpractice, 2004

6. aerostellar.quasar.co.id/index.php/perkiraan-kecepatan-angin 8. www.greencleanenergyindonesia.com

9. Aerolapan, 2008

10. https://netfiles.uiuc.edu/mragheb/www/NPRE

11. El Wakil. Power Plant Technology, McGraw-Hill International Editions, 1987

12. www.greenfab.us/blog/wp-content/profile-pics/108.gif

13. www.helixwind.com 2009

14. www.lapan.com

15. www.four-winds-energy.com/wind.html

16. http://www.four-winds-energy.com, 2008

17._{Modul Praktikum ANSYS UMM}

18. http://www.grc.nasagov/www/k-12/airplane/dynpress.h19

19. Wardhana, Ferry Adam. Perancangan dan Pembuatn Turbin Angin Sumbu Vertikal Model Helix Daya 100 Watt Sebagai Alternatif Penerangan Jalan Umum, Skripsi Universitas Muhammadiyah Malang, 2010

(13)

21. Popov, E.P., Mekanika Teknik (Mechanics of Material) hal 206, Erlangga, Jakarta, 1996

22. Syamsir A. Muin, Ir., Pesawat-pesawat Pengangkat hal 63, Rajawali, Jakarta,

1999

23. N. Rudenko, Mesin Pemindah Bahan hal 38, Erlangga, Jakarta, 1992

24. Sularso, Suga, K., Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 251, Penerbit PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 2004

25. http://www.ecw.org 2008

26. http://www.energy.iastate.edu 2008

27. http://www.faour-winds-energy.com 2008

28. http://www.otherpower.com 2008

(14)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Turbin angin merupakan satu sarana yang memutar mesin dengan

mengubah energi kinetis dalam angin menjadi energi mekanik dengan memutar

generator listrik dan diubah menjadi energi listrik. [1].

Dari berbagai macam jenis dan bentuk turbin angin yang ada, turbin

angin sumbu vertikal model helix merupakan pilihan 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. [2]

Salah satu komponen pada turbin angin adalah tower. Tower pada turbin

angin merupakan salah satu komponen yang paling penting, karena tower

merupakan tempat dudukan badan kincir angin (nacelle) yang didalamnya

termasuk sistem pendukung kincir angin tersebut, seperti sudu turbin, generator,

inverter dan lain sebagainya.

Jenis – jenis tower turbin angin yang ada sekarang kebanyakan merupakan

jenis permanen, hal tersebut disebabkan daya yang akan dihasilkan oleh kincir

angin relatif besar. Sedangkan potensi angin di Indonesia relatif kecil, rata – rata

sekitar 2,5 – 5 m/s. Oleh sebab itu, kami mencoba untuk merancang tower untuk

turbin angin sumbu vertikal model helix yang lebih sederhana sehingga

memudahkan pengguna dalam menggunakan dan merakit tower turbin angin agar

(15)

2

Adapun tower turbin angin yang direncanakan adalah tower turbin angin kapasitas

100 Watt. Dengan alasan tersebut, penulis mengambil judul penelitian ini yaitu

“ANALISA TOWER JENIS GUYED TILT UP PADA TURBIN ANGIN

SUMBU VERTIKAL SUDU TIPE HELIX DENGAN PROGRAM BERBASIS

F.E.M”.

1.2 Rumusan Masalah

Penulisan tugas akhir ini dititik beratkan pada pengaruh sudut serang angin

terhadap tower jenis Guyed Tilt Up pada turbin angin sumbu vertikal.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penulisan ini penulis membatasi batasan masalah sebagai berikut :

1. Tower turbin angin jenis guyed tilt up towers.

2. Ketinggian maksimal tower 3 m.

3. Beban komponen kincir angin yang ditopang oleh tower tidak lebih dari

50 kg.

4. Kecepatan angin tidak lebih dari 20 m/s.

5. Dapat dimanfaatkan sebagai lampu penerangan jalan raya.

1.4 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan perancangan tower turbin angin sumbu vertikal jenis helix

daya 100 Watt ini adalah :

1. Mengetahui kelayakan tower jenis Guyed Tilt Up apabila diaplikasikan

pada turbin angin sumbu vertikal.

2. Memperoleh data hasil analisa tower dengan menggunakan program

(16)

3 1.5 Sistematika Penulisan

Untuk memberi gambaran lebih jelas dan menyeluruh mengenai tugas akhir

ini, penulis membagi sistematika penulisan menjadi 3 bagian pokok, yakni bagian

awal, bagian isi, dan bagian akhir.

1. Bagian Awal

Pada bagian awal penulisan berisi halaman judul, abtraksi, halaman

pengesahan, halaman motto dan persembahan, kata pengantar, daftar isi,

daftar table dan daftar gambar.

2. Bagian Isi

Bagian ini terdiri dari :

Bab I Pendahuluan, yang berisi tentang alasan pemilihan judul, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan

dan sitematika penulisan.

Bab II Landasan Teori, membahas tentang konsep beban akibat angin, prinsip tenaga angin, jenis – jenis turbin angin, jenis tower pada turbin

angin dan penjelasan singkat program FEM.

Bab III Perancangan dan Analisa, berisi tentang gambaran umum tower, gaya angin yang bekerja pada tower, perancangan pipa dan tali

baja, serta hasil pengaruh sudut serang angin terhadap tower dengan

menggunakan program computer berbasis FEM.

Bab IV Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. 3. Bagian Akhir