PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S DENGAN VARIASI PENAMBAHAN FIN PADA SUDU
DAN KECEPATAN ANGIN
SKRIPSI
Oleh:
STEPHANUS FAJAR PAMUNGKAS K2513063
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini,
Nama : Stephanus Fajar Pamungkas
NIM : K2513063
Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin
menyatakan bahwa skripsi saya berjudul “PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S DENGAN VARIASI PENAMBAHAN FIN PADA SUDU DAN KECEPATAN ANGIN” ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, Juni 2017
Yang membuat pernyataan
iii
PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S DENGAN VARIASI PENAMBAHAN FIN PADA SUDU
DAN KECEPATAN ANGIN
Oleh :
STEPHANUS FAJAR PAMUNGKAS K2513063
Skripsi
diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
iv
PERSETUJUAN
Nama : Stephanus Fajar Pamungkas
NIM : K2513063
Judul Skripsi : Performansi Turbin Angin Savonius Tipe S dengan Variasi Penambahan Fin pada Sudu dan Kecepatan Angin
Skipsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Surakarta, Juni 2017 Persetujuan Pembimbing
Dosen Pembimbing I
Danar Susilo Wijayanto, ST., M.Eng. NIP. 19790124 200212 1 002
Dosen Pembimbing II
v
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari Rabu, tanggal 14 Juni 2017 dengan hasil LULUS dan revisi maksimal 2 bulan. Skripsi telah direvisi dan mendapat persetujuan dari Tim Penguji.
Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji:
Nama Penguji Tanda Tangan Tanggal Ketua
Sekretaris Anggota I Anggota II
: Budi Harjanto, ST., M.Eng. : Dr. Indah Widiastuti, ST., M.Eng. : Danar Susilo Wijayanto, ST., M.Eng. : Dr. Eng. Herman Saputro, M.Pd., MT.
Skripsi disahkan oleh Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin pada,
Hari : Tanggal :
Mengesahkan, Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret,
Prof. Dr. Joko Nurkamto, M.Pd. NIP 196101241987021001
Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
vi
MOTTO
“Sebab itu janganlah kamu kuatir akan hari besok, karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri. Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari.”
(Matius 6 : 34)
“Tantangan hanya akan menjadi beban, jika hanya dipikirkan. Cita-cita juga akan menjadi beban, jika itu hanya angan-angan.”
“Jangan pernah menganggap mudah hal yang sepele, kerjakan apa yang bisa dikerjakan. Jangan menunda-nunda pekerjaanmu hingga waktumu hampir habis!”
“Ku korbankan masa mudaku demi masa depanku!”
“Kegagalan adalah kesuksesan yang tertunda, kesuksesan hanya pada masalah waktu. Habiskan jatah gagalmu dan raihlah kesuksesan di masa mudamu!”
“Tuhan tidak pernah menjanjikan jalan yang mulus, tapi Tuhan berjanji akan selalu ada menemani dalam kondisi apapun dan membantumu menghadapi ujian
dalam kehidupanmu.”
vii
PERSEMBAHAN
Skripsi ini, saya persembahkan untuk :
Bapak Tamiyo dan Ibu Katiyem
“Doa yang tiada henti, kerja keras yang tak kenal lelah, pengorbanan waktu, tenaga yang tak berbatas, kasih sayang, dan motivasi yang tiada henti. Semuanya membuat saya menjadi lebih semangat dan bangga memilikimu. Tak ada kasih sayang yang seindah dan setulus kasih sayang orang tua. Bapak dan ibu, engkau adalah tempat peraduan yang tak pernah berkhianat.”
Kakak-kakakku : Rendra, Refan, Hendry, Eka, Jecky
“Terima kasih karena senantiasa mendukung dan memberikan motivasi untuk selesainya studi S1, karena doa kalian juga yang membuatku bisa sampai dalam kondisi sekarang ini.”
Deny Prabowo dan Hazis Muin
“Partner skripsi yang selalu memberikan semangat dan doa untuk lebih bergairah mengerjakan skripsi ini, terima kasih atas kerja samanya dari pengajuan judul sampai sidang skripsi. Ku harap tetap bekerja sama walaupun sudah lulus nantinya.”
Teman-teman PTM Angkatan 2013
viii
ABSTRAK
Stephanus Fajar Pamungkas. K2513063. PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S DENGAN VARIASI PENAMBAHAN FIN PADA SUDU DAN KECEPATAN ANGIN. Skripsi, Surakarta : Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret, Juni 2017.
Energi angin telah mendapat perhatian sebagai sumber energi terbarukan dalam mengatasi masalah ekologis pembakaran bahan bakar fosil. Rotor Savonius adalah turbin angin sumbu vertikal (VAWT) yang memiliki bentuk sederhana dengan kecepatan operasi rendah. Karakteristik ini cocok untuk daerah dengan kecepatan angin rata-rata rendah seperti di Indonesia.
Penelitian eksperimen ini mempelajari pengaruh penambahan fin pada sudu untuk mengetahui performansi rotor Savonius tipe S dalam menghasilkan energi listrik. Fin ditambahkan untuk mengisi ruang dalam sudu dan mengarahkan angin. Rotor ini memiliki dua sudu turbin, diameter rotor 1,1 m dan tinggi rotor 1,4 m, menggunakan sistem transmisi pulley dengan rasio multiplikasi 1:4,2, dan menggunakan tipe generator PMG 200 W. Penelitian dilakukan pada musim kemarau di area kampus V UNS dengan mengukur kecepatan angin di sore hari. Kecepatan angin rata-rata di area tersebut adalah 2,3 m/s dengan kecepatan angin tertinggi 4,5 m/s.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan fin secara signifikan meningkatkan kemampuan rotor Savonius dalam menghasilkan energi listrik yang ditunjukkan dengan meningkatnya daya listrik. Daya tertinggi yang dihasilkan adalah 13,40 Watt pada kecepatan angin 4,5 m/s dengan penambahan 1 fin. Besar daya tersebut meningkat sebesar 22,71% dari sudu tanpa penambahan fin. Namun, peningkatan jumlah fin pada sudu tidak secara linier meningkatkan daya listrik yang dihasilkan. Sudu turbin dengan penambahan 4 fin memiliki kinerja terendah, menghasilkan daya listrik hanya 10,80 Watt, lebih rendah dibandingkan dengan sudu tanpa penambahan fin. Dengan mengetahui pengaruh bentuk rotor, dimensi rotor, penambahan fin, transmisi, dan generator yang digunakan memungkinan untuk menentukan alternatif desain dalam meningkatkan daya listrik yang dihasilkan oleh turbin angin Savonius.
ix
ABSTRACT
Stephanus Fajar Pamungkas. K2513063. PERFORMANCE ‘S’ TYPE SAVONIUS WIND TURBINE WITH VARIATION OF FIN ADDITION ON BLADE AND WIND SPEED. Thesis, Surakarta: Teacher Training and Education Faculty, Sebelas Maret University, June 2017.
Wind power has been receiving attention as the new energy resource in addressing the ecological problems of burning fossil fuels. Savonius wind rotor is a vertical axis wind turbines (VAWT) which has relatively simple structure and low operating speed. These characteristics make it suitable for areas with low average wind speed as in Indonesia.
To identify the performance of Savonius rotor in generating electrical energy, this research experimentally studied the effect of fin addition for the ‘S’ shape of Savonius VAWT. The fin is added to fill the space in the blade in directing the wind flow. This rotor has two turbine blades, a rotor diameter of 1,1 m and rotor height of 1,4 m, used pulley transmission system with 1:4,2 multiplication ratio, and used a generator type PMG 200 W. The research was conducted during dry season in a suburb in Central Java Indonesia by measuring the wind speed in the afternoon. The average wind speed in the area is 2,3 m/s with the maximum of 4,5 m/s.
It was found that additional fin significantly increase the ability of Savonius rotor VAWT to generate electrical energy shown by increasing of electrical power. The highest power generated is 13,40 Watt at a wind speed of 4,5 m/s by adding 1 (one) fin in the blade. It increased by 22,71% from the rotor blade with no additional fin. However, increasing number of fins in the blade was not linearly increase the electrical power generated. The wind rotor blade with 4 additional fins is indicated has the lowest performance, generating only 10,80 Watt electrical power, accounted lower than the one generated by no fin-rotor blade. By knowing the effect of the rotor shape, the rotor dimension, the addition of fin, transmission, and generator used, it is possible to determine alternative geometry design in increasing the electrical power generated by Savonius wind turbine.
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya berupa akal budi, ilmu pengetahuan, kesehatan dan keselamatan, sehingga karena kehendak dan perkenanannya pula peneliti dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Performansi Turbin Angin Savonius Tipe S dengan Variasi Penambahan Fin pada Sudu dan Kecepatan Angin.”
Skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari doa, bantuan, bimbingan dan arahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, peneliti ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Prof. Dr. Joko Nurkamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Suharno, ST., MT., Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Danar Susilo Wijayanto, ST., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing Akademik sekaligus Dosen Pembimbing I, yang selalu memberikan motivasi dan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.
4. Dr. Eng. Herman Saputro, M.Pd., MT., selaku Dosen Pembimbing II, yang selalu memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini. 5. Dr. Indah Widiastuti, ST., M.Eng., selaku dosen yang selalu memberikan saran
dan masukan dalam penyususan skripsi ini.
6. Bapak Tamiyo dan Ibu Katiyem, selaku orang tua yang selalu memberikan doa, dukungan moril dan materiil, dan motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini. 7. Deny Prabowo dan Hazis Muin, selaku teman satu tim skripsi yang selalu
xi
8. Teman-teman mahasiswa PTM FKIP UNS angkatan 2013 yang selalu saling menguatkan dan salng mendukung untuk terus semangat dalam mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini.
Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari sempurna dikarenakan keterbatasan peneliti. Oleh karena itu, peneliti berharap saran, kritik dan masukan yang membangun dari para pembaca sekalian demi lebih baiknya penelitian selanjutnya. Akhirnya, peneliti berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan memberikan tambahan wawasan dan ilmu pengetahuan bagi pembaca sekalian. Amin.
Surakarta, Juni 2017
xii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
HALAMAN ABSTRAK ... viii
BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS A.Kajian Pustaka ... 6
B.Kerangka Berpikir ... 16
C.Hipotesis ... 17
xiii
B.Desain Penelitian ... 18
C.Teknik Pengumpulan Data ... 19
D.Teknik Analisis Data ... 25
E. Prosedur Penelitian ... 26
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil penelitian ... 30
1. Deskripsi Data ... 30
2. Frekuensi Kecepatan Angin ... 30
3. Hasil Kecepatan Putaran Generator ... 31
4. Hasil Tegangan Listrik ... 32
5. Hasil Kuat Arus Listrik ... 33
B. Pembahasan ... 34
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simpulan ... 45
B. Implikasi ... 45
C. Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Konversi Energi Angin oleh Turbin Angin ... 7
2.2. Nilai TSR dan Cp dari Berbagai Jenis Turbin ... 11
3.10. Diagram Alir Penelitian Turbin Angin Savonius Tipe S ... 26
4.1. Data Frekuensi Kecepatan Angin ... 30
4.2. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Kecepatan Putaran Generator ... 31
4.3. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Tegangan Listrik ... 32
4.4. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Kuat Arus Listrik ... 34
4.5. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Daya Listrik ... 35
4.6. Hubungan Jumlah Fin terhadap Daya Listrik ... 36
4.7. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Kecepatan Putaran Rotor ... 39
4.8. Hubungan Kecepatan Angin (1,8 s.d. 2,5 m/s) terhadap Rpm Rotor ... 39
4.9. Hubungan Jumlah Fin terhadap Cut in Speed ... 40
4.10. Hubungan Kecepatan Angin terhadap Koefisien Daya ... 41
4.11. Hubungan Kecepatan Angin terhadap TSR ... 41
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Data Distribusi Frekuensi Kecepatan Angin ... 50
2. Data Hasil Kecepatan Putaran Generator ... 51
3. Data Hasil Tegangan Listrik ... 52
4. Data Hasil Kuat Arus Listrik ... 53
5. Data Hasil Perhitungan Daya Listrik ... 54
6. Data Hasil Perhitungan Kecepatan Putaran Rotor Turbin ... 55
7. Data Nilai Koefisien Daya (Cp) Turbin ... 56
8. Data Nilai Tip Speed Ratio (𝞴) ... 57
9. Perhitungan Dimensi Rotor Turbin ... 58
10. Dokumentasi Pengujian Turbin Angin Savonius ... 60
11. Presensi Peserta Seminar Proposal Skripsi ... 62
12. Surat Permohonan Izin Penelitian ... 65
13. Surat Permohonan Izin Menyusun Skripsi ... 66
14. Surat Keputusan Dekan FKIP ... 67
