ANALISIS PENGARUH BENTUK AIRFOILS DAN PEMBEBANAN TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL SKALA MIKRO PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH

i

ANALISIS PENGARUH BENTUK AIRFOILS DAN PEMBEBANAN TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL

SKALA MIKRO PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH

SKRIPSI

Oleh:

Risky Kurniawan Presetyo Adi K2516056

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2021

commit to user

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Risky Kurniawan Prasetyo Adi

NIM : K2516056

Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin

Menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS PENGARUH BENTUK AIRFOILS DAN PEMBEBANAN TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL SKALA MIKRO PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH” ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks serta dicantumkan dalam daftar pustaka.

Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.

Surakarta, 25 Januari 2021 Yang membuat pernyataan

Risky Kurniawan Prasetyo Adi NIM. K2516056

commit to user

iii

ANALISIS PENGARUH BENTUK AIRFOILS DAN PEMBEBANAN TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL

SKALA MIKRO PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH

Skripsi

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

Oleh:

Risky Kurniawan Prasetyo Adi K2516056

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Januari 2021 commit to user

iv

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING

Nama : Risky Kurniawan Prasetyo Adi

NIM : K2516056

Judul Skripsi : ANALISIS PENGARUH BENTUK AIRFOILS DAN PEMBEBANAN TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL SKALA MIKRO PADA KECEPATAN ANGIN RENDAH

Skripsi telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Surakarta, 25 Januari 2021

commit to user

PENGESAHAN SKRIPSI

Nama Risky ^Kurniawan Prasetyo ^Adi

NIM ^K2516056

Judul Skripsi Analisis Pengaruh Bentuk Airfoils dan Pembebanan Terhadap Perlornma Turbin Angin Sumbu Ilorizontal Skala Mikro pada Kecepatan Angin Rendah

Skripsi ^{ini telah} dipertahankan ^di hadapan ^Tim Penguji Skripsi ^Fakultas

Keguruan dan

Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada ^hari

Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji:

a n d a Tanga Tanggal

17/03/2021 Nama Penguji

Ketua Ir. Husin

Bugis, M.Si

17/03/2021

Sekretaris Taufik Wisnu Saputra, S.Pd., MPd.

15/03/2021 Anggota ^{I : Dr.} Eng. ^Herman

Saputro, M.Pd..

^{M.T. * * * *}

17/03/2021

Anggota ^II Ngatou ^Rohman, S.Pd., ^M.Pd. * * ° * *

Skripsi disahkan oleh Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin pada

Hari Kamis

Tanggal ^{: 8}

April

²⁰²¹

Mengesahkan BékänFakultas ^Keguruan dan IImu Pendidikan

ADIKAgiaSebelas Maret

Kepala Program Studi

aAN PEND

TG

4

Pendaan Teknik Mesin

Dr. Yuyun Estriyanto. S.T. M.T.

PDr.Mardiyaná, M. Si.

NIP: 19660225 1993021002

CA NIP. 197801132002121009

commit to user

vi ABSTRAK

Risky Kurniawan Prasetyo Adi K2516056 Analisis Pengaruh Bentuk Airfoils dan Pembebanan Terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Horizontal Skala Mikro pada Kecepatan Angin Rendah. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret, Januari 2021

Kebutuhan akan energi khususnya energi listrik di Indonesia sangatlah besar, dan setiap tahunnya mengalami peningkatan. Pengembangan turbin angin sumbu horizontal skala mikro dapat menjadi solusi akan hal tersebut. Penelitian ini memiliki tujuan untuk mengetahui pengaruh dari variasi bentuk airfoils pada bilah dan juga pemberian beban terhadap performansi pada turbin angin sumbu horizontal skala mikro.

Metode yang digunakan pada penelitian ini ialah metode eksperimen dan dilaksanakan di laboratorium Wind Tunnel Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan bilah dengan bentuk airfoils NACA 1412, NACA 3415, dan NACA 5415 dengan pembebanan berupa lampu LED sebesar 12v dan 24v. Tiap-tiap bilah memiliki dimensi 500 mm x 70 mm dengan menggunakan material nilon dan kayu mahoni. Penelitian ini dilakukan pada kecepatan angin 1 m/s sampai dengan 5 m/s.

Hasil dari penelitian ini ialah bilah dengan airfoils NACA 1412 memiliki daya yang dihasilkan oleh turbin angin tertinggi di antara airfoils NACA 3415 dan NACA 5415 yakni sebesar 11,059 Watt pada pembebanan 24v dan memiliki nilai performansi daya tertinggi yakni 0,557 atau 55,7% pada pembebanan 12v. Dari hasil ini menunjukkan bahwa bentuk airfoils pada bilah turbin angin sumbu horizontal skala mikro memiliki pengaruh yang signifikan terhadap performa dari turbin angin, dan pemberian beban pada turbin angin sumbu horizontal skala mikro juga mempengaruhi performa dari turbin angin.

Kata kunci: turbin angin sumbu horizontal skala mikro, performansi, airfoils, NACA airfoils, pembebanan

commit to user

vii ABSTRACT

Risky Kurniawan Prasetyo Adi K2516056 Analysis of the Effect of Airfoils Forms and Loading on the Performance of Micro Scale Horizontal Axis Wind Turbines at Low Wind Speeds. Thesis, Faculty of Teacher Training and Education, Sebelas Maret University, January 2021

The need for energy, especially electrical energy in Indonesia, is very large, and every year it has increased. The development of a micro-scale horizontal axis wind turbine can be a solution for this. This study aims to determine the effect of variations in the shape of airfoils on the blades and also the load on the performance of micro-scale horizontal axis wind turbines.

The method used in this research is an experimental method and is carried out in the Laboratory Wind Tunnel of the Mechanical Engineering Education Study Program, Sebelas Maret University. The variables used in this study were to use blades with airfoils NACA 1412, NACA 3415, and NACA 5415 with loading in the form of LED lights of 12v and 24v. Each blade has dimensions of 500 mm x 70 mm using nylon and mahogany wood. This research was conducted at wind speeds of 1 m / s to 5 m / s.

The result of this research is that the blade with airfoils NACA 1412 has the highest power generated by the wind turbine between airfoils, NACA 3415 and NACA 5415which is 11,059 Watts at 24v loading and has the highest power performance value of 0.557 or 55.7% at 12v loading. From these results indicate that the shape of airfoils on the micro-scale horizontal axis wind turbine blades has a significant effect on the performance of the wind turbines, and the load on the micro-scale horizontal axis wind turbines also affects the performance of the wind turbines.

Key words: micro scale horizontal axis wind turbine, performance, airfoils, NACA airfoils, loading

commit to user

viii MOTTO

“Barang siapa yang bersungguh-sungguh, sesungguhnya kesungguhan itu untuk kebaikan dirinya sendiri”

(Qs. Al-Ankabut : 6)

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan”

(Qs. Asy-Syarh : 5 – 6)

“Segera kerjakan, pastikan kerjakan dengan sungguh-sungguh, kerjakan hingga tuntas”

(Nagamori Shigenobu)

“Jangan membatasi diri dalam menyelesaikan sesuatu”

(Ricky Elson)

“Mimpi yang besar perlu waktu untuk mewujudkannya. Jadi jangan teburu-buru untuk mewujudkan mimpi itu”

commit to user

ix

PERSEMBAHAN

Puji syukur senantiasa dipanjatkan kepada Allah SWT atas kuasa dan karunia-Nya, skripsi ini penulis persembahkan kepada:

 Kedua Orang Tua dan Keluarga

Terima kasih atas do’a dan dukungan yang sudah diberikan selama ini semoga selalu dalam limpahan rahmat-Nya. Aamiin.

 Anggota Lab. ECCL

Terima kasih kepada mas-mas dan mbak-mbak yang ada di ECCL yang sudah memberikan dukungan baik waktu, tenaga dan pikiran.

 Team turbin 2016

Terima kasih atas waktunya selama penelitian, dan terima kasih atas kerja samanya semoga tetap solid, semoga impian dan cita-citanya tercapai.

 Bapak Ibu Dosen PTM UNS

Terima kasih atas ilmu yang sudah diberikan oleh bapak dan ibu dosen PTM semoga ilmu ini menjadi bermanfaat dan menjadi barokah.

 TEMAN-TEMAN PTM 2016

Terima kasih atas waktunya selama kurang lebih 4 tahun ini, dan terima kasih atas kenangannya semoga tetap sehat dan sukses.

commit to user

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis sampaikan atas kehadiran Allah SWT atas kehadirannya, karena dengan rahmat dan hidayat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Analisis Pengaruh Bentuk Airfoils dan Pembebanan Terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Horizontal Skala Mikro pada Kecepatan Angin Rendah”

Skripsi ini disusun guna memenuhi sebagian persyaratan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu, peneliti menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Mardiyana, M. Si, selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Bapak Dr. Yuyun Estriyanto, S.T., M. T., selaku Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Bapak Dr. Eng. Herman Saputro, M. Pd., M.T., selaku Dosen Pembimbing I, yang selalu memberikan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.

4. Bapak Ngatou Rohman, S.Pd., M.Pd., selaku Dosen Pembimbing II, yang selalu memberikan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.

5. Bapak Ir. Husin Bugis, M. Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang selalu memberikan bimbingan selama kuliah di Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan atau penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan. Meskipun demikian, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pengembangan ilmu

Surakarta, Januari 2021

Peneliti commit to user

xi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERNYATAAN ... ii

HALAMAN PENGAJUAN ... iii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iv

HALAMAN PENGESAHAN SKRIPSI ... v

HALAMAN ABSTRAK ... vi

HALAMAN MOTTO ... viii

HALAMAN PERSEMBAHAN ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Identifikasi Masalah ... 5

C. Pembatasan Masalah ... 5

D. Rumusan Masalah ... 5

E. Tujuan Penelitian ... 6

F. Manfaat Penelitian ... 6

BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS ... 7

A. Kajian Pustaka ... 7

B. Kerangka Berpikir ... 21

C. Hipotesis ... 22

BAB III METODE PENELITIAN... 23

A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 23

B. Desain Penelitian ... 23 C. Teknik Pengumpulan Data ... 24 commit to user

xii

D. Teknik Analisis Data ... 30

E. Prosedur Penelitian... 31

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 37

A. Deskripsi Data ... 37

B. Pembahasan ... 61

BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN ... 73

A. Simpulan ... 73

B. Implikasi ... 73

C. Saran ... 74

DAFTAR PUSTAKA ... 76

LAMPIRAN ... 79

commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tipe turbin angin berdasarkan tingkat efisiensinya ... 8

Gambar 2.2 Perkembangan turbin angin berdasarkan skala dan daya yang dihasilkan ... 9

Gambar 2.3 Jenis-jenis turbin angin sumbu horizontal ... 11

Gambar 2.4 Turbin tipe upwind dan downwind ... 12

Gambar 2.5 Bagian-bagian bilah... 13

Gambar 2.6 Jenis bilah berdasarkan bentuknya ... 14

Gambar 2.7 Bagian-bagian airfoils ... 15

Gambar 2.8 Koefisien daya ideal ... 19

Gambar 2.9 Kerangka berpikir ... 22

Gambar 3.1 Bagan penelitian ... 24

Gambar 3.2 Jenis airfoils NACA 3415 dan NACA 5415 ... 25

Gambar 3.3 Airfoils NACA 1412 ... 25

Gambar 3.4 Desain Wind Tunnel ... 26

Gambar 3.5 Turbin angin sumbu horizontal skala mikro ... 27

Gambar 3.6 Ukuran bilah ... 27

Gambar 3.7 Anemometer ... 29

Gambar 3.8 Digital Multitester ... 29

Gambar 3.9 Tachometer ... 30

Gambar 3.10 Diagram alir penelitian ... 31

Gambar 4.1 Grafik pengujian kecepatan putaran rotor bilah NACA 1412... 39

Gambar 4.2 Grafik pengujian tegangan listrik bilah NACA 1412... 41

Gambar 4.3 Sampel pengambilan data tegangan listrik NACA 1412 ... 41

Gambar 4.4 Grafik pengujian kuat arus bilah NACA 1412 ... 43

Gambar 4.5 Sampel pengambilan data kuar arus NACA 1412 ... 43

Gambar 4.6 Grafik pengujian daya bilah NACA 1412 ... 45

Gambar 4.7 Grafik pengujian kecepatan putaran rotor bilah NACA 3415... 46

Gambar 4.8 Grafik pengujian tegangan listrik bilah NACA 3415... 48 Gambar 4.9 Sampel pengambilan data tegangan listrik NACA 3415 ... 48 commit to user

xiv

Gambar 4.10 Grafik pengujian kuat arus bilah NACA 3415 ... 50

Gambar 4.11 Sampel pengambilan data kuat arus NACA 5415 ... 50

Gambar 4.12 Grafik pengujian daya bilah NACA 3415 ... 52

Gambar 4.13 Grafik pengujian putaran rotor bilah NACA 5415... 53

Gambar 4.14 Grafik pengujian tegangan listrik bilah NACA 5415 ... 55

Gambar 4.15 Sampel pengambilan data tegangan listrik NACA 5415 ... 55

Gambar 4.16 Grafik pengujian kuat arus bilah NACA 5415 ... 57

Gambar 4.17 Sampel pengambilan data kuat arus NACA 5415 ... 57

Gambar 4.18 Grafik pengujian daya bilah NACA 5415 ... 59

Gambar 4.18 Grafik pengujian daya bilah NACA 5415 ... 59

Gambar 4.19 Grafik energi listrik airfoils NACA 1412 ... 59

Gambar 4.20 Grafik energi listrik airfoils NACA 3415 ... 60

Gambar 4.21 Grafik energi listrik airfoils NACA 5415 ... 61

Gambar 4.22 Proses konversi energi angin oleh bilah ... 70

Gambar 4.20 Grafik performansi daya pada pembebanan 12v ... 71

Gambar 4.21 Grafik performansi daya pada pembebanan 24v ... 72

commit to user

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Jumlah energi baru terbarukan di Indonesia ... 2

Tabel 2.1 Besar daya turbin angin skala mikro, kecil, kecil-menengah ... 10

Tabel 3.1 Spesifikasi turbin angin sumbu horizontal dan Wind Tunnel ... 26

Tabel 4.1 Hasil pengujian putaran rotor NACA 1412 atau bilah bawaan ... 38

Tabel 4.2 Hasil pengujian tegangan listrik NACA 1412 atau bilah bawaan ... 39

Tabel 4.3 Hasil pengujian kuat arus NACA 1412 atau bilah bawaan ... 41

Tabel 4.4 Hasil pengujian daya NACA 1412 atau bilah bawaan ... 43

Tabel 4.5 Hasil pengujian putaran rotor NACA 3415 ... 45

Tabel 4.6 Hasil pengujian tegangan bilah NACA 3415 ... 47

Tabel 4.7 Hasil pengujian kuat arus bilah NACA 3415... 49

Tabel 4.8 Hasil pengujian daya bilah NACA 3415... 51

Tabel 4.9 Hasil pengujian putaran rotor bilah NACA 5415 ... 52

Tabel 4.10 Hasil pengujian tegangan listrik bilah NACA 5415 ... 54

Tabel 4.11 Hasil pengujian kuat arus bilah NACA 5415 ... 56

Tabel 4.12 Hasil pengujian daya bilah NACA 5415 ... 57

Tabel 4.13 Perbandingan kecepatan putaran rotor terhadap bentuk airfoils ... 62

Tabel 4.14 Perbandingan tegangan listrik terhadap bentuk airfoils ... 63

Tabel 4.15 Perbandingan kecepatan putaran rotor terhadap bentuk airfoils pada pembebanan 12v dan 24v ... 64

Tabel 4.16 Perbandingan tegangan listrik terhadap bentuk airfoils pada pembebanan 12v dan 24v ... 66

Tabel 4.17 Perbandingan kuat arus terhadap bentuk airfoils pada pembebanan 12v dan 24v ... 67

Tabel 4.18 Perbandingan daya terhadap bentuk airfoils pada pembebanan 12v dan 24v ... 68

Tabel 4.19 Performansi daya yang dihasilkan airfoils pada pembebanan 12v ... 70

Tabel 4.20 Performansi daya yang dihasilkan airfoils pada pembebanan 24v ... 71

commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Surat Keputusan Dekan FKIP tentang Izin Penyusunan Skripsi ... 79 Lampiran 2. Surat Permohonan Izin Penelitian Dekan ... 80 Lampiran 3. Permohonan Izin Menyusun Skripsi... 81

commit to user