SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
IMANUEL MANURUNG 090421033
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNUVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2012
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 Tiga Sudu Untuk Menggerakkan Pompa” ini dibuat sebagai sarat akhir bagi mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi strata satu (S-1).
Dalam pembuatan hingga selesainya skripsi ini, saya bayak menerima
arahan dan dukungan dari pihak-pihak yang sangat membantu bagi saya, sehingga
pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan rasa terima kasih yang setulusnya
kepada:
1. Kedua orang tua saya yang sangat saya cintai atas dukungan, doa, kasih
sayang dan atas segala pengorbanan yang diberikan baik berupa moril
maupun materil.
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 Tulus B Sitorus.ST.MT dan bapak Ir. Mulfi Hazwi.Msc Sebagai dosen
Pembanding dan penguji yang telah banyak memberi masukan dan saran
dalam menyempurnakan tugas skripsi ini.
4. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara.
5. Seluruh dosen dan staf pegawai Departemen Teknik Mesin yang memberikan
tuntunan dan bekal ilmu pengetahuan kepada penulis selama proses
perkuliahan.
6. Bapak Yanto.ST dan Wagianto.AMD yang telah membantu dan memberikan
tempat dalam perancangan dan pembuatan turbin angin ini.
7. Kepada rekan satu tim (Alvi Syukri dan Supra Adisyahputra Sinuraya) atas
waktu dan kerjasamaya dalam peyelesayan rancang bangun turbin angin.
8. Rekan-rekan Teknik Mesin Ekstensi angkatan 2009 (Oriza riski, Martin
Sinaga, Andi Syahputra, Dedy rahman, dll), khususya Roni M.P Siagian yang
selalu memberikan arahan dan bantuan kepada saya.
9. Semua pihak yang banyak membantu saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
Medan, Juli 2012
Penulis
ABSTRAK
Turbin angin savonius merupakan salah satu jenis turbin angin sumbu vertikal yang memanfaatkan drag force saat mengestrak energi kinetik angin. Kontruksi turbin angin savonius yang sederhana, dapat memanfaatkan energi angin dari segala arah dapat diaplikasikan untuk pemompaan air irigasi atau keperluan sehari-hari.
Penelitian turbin angin savonius ini menggunakan tiga sudu dengan profil sudu lengkung lurus ke dalam. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan metode eksperimen dan menghasilkan data-data pengukuran. Tahapan yang dilakukan yaitu perancangan, pabrikasi prototype turbin savonius dengan 3 sudu, dan pengujian turbin savonisus untuk menggerakkan pompa pada kecepatan angin 6.0; 7,0; dan 8,0 m/s.
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=2,88 l/m pada n=48,79 rpm, Cp=0.59257 atau 59,257% pada λ= 0.3331;Q=2,06 l/m pada n=36,48 rpm, Cp=0,59258 atau 59,258% pada λ=0,2384, dan Cp=0,58826 atau 58,826% pada λ=0,48981 pada saat turbin tampa beban.
Kata kunci: turbin angin, savonius, energi angin, tip speed ratio, pompa
3.3 Perancangan dan pembuatan ... 46
3.4 Waktu dan tempat pengujian ... 50
3.5 Alat dan Bahan ... 50
3.6 Skema Pengujian ... 54
3.7 Pelaksanaan Penelitian ... 55
BAB IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 57
4.1 Data Hasil Pengujian ... 57
4.2 Analisa Data ... 59
4.3 Perbandingan Hasil ... 67
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
5.1 Kesimpulan ... 69
5.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sirkulasi atmosfer secara umum, dan pada belahan bumi
bagian utara ... 8
Gambar 2.2 Angin laut (siang) dan angin darat (malam) ... 8
Gambar 2.3 Aliran angin melalui silinder dengan luas A ... 10
Gambar 2.4 Komponen utama turbin angin sumbu horizontal ... 13
Gambar 2.5 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu ... 13
Gambar 2.6 Turbin angin Darrieus dengan dua blade ... 16
Gambar 2.7 Turbin angin Savonius ... 17
Gambar 2.8 Prinsip rotor savonius ... 17
Gambar 2.9 Pemodelan Betz’s untuk aliran angin ... 20
Gambar 2.10 Grafik koefisien daya berbanding dengan rasio kecepatan aliran sesudah dan sebelum konversi energi ... 23
Gambar 2.11 Aliran udara melewati rotor turbin yang ideal dengan ekstraksi daya maksimum yang diserap turbin ... 24
Gambar 2.12 Kondisi aliran dan gaya aerodinamis drag ... 26
Gambar 2.13 Gaya aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran udara 29
Gambar.2.14 Grafik Tip speed ratio dan Cp pada berbagai jenis turbin angin . 31 Gambar.2.15 Grafik wind speed profile for various locations ... 33
Gambar 2.16 Skema klasifikasi pompa tekanan statis ... 35
Gambar 2.17 Skema klasifikasi pompa tekanan dinamis ... 36
Gambar 2.18 Pompa piston tenaga angin ... 38
Gambar 2.19 Head Pompa ... 40
Gambar 2.20 Koefisien kerugian pada pembesaran mendadak ... 43
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 44
Gambar 3.2 Prototype turbin angin savonius ... 51
Gambar 3.3 Prototype pompa piston yang digunakan ... 51
Gambar 3.4 Digital Thermo Anemometer ... 51
Gambar 3.5 Digital Tachometer ... 52
Gambar 3.6 Fan ... 52
Gambar 3.7 Gelas ukur ... 53 Gambar.3.8 Skema Pengujian ... 54 Gambar 4.1 Grafik kecepatan angin-vs-putaran turbin 3 sudu pada variansi
kecepatan angin dan beban turbin ... 59 Gambar 4.2 Grafik kecepatan angin-vs-kapasitas aliran pada turbin 3 sudu
pada variansi kecepatan angin dan beban turbin... 59 Gambar 4.3 Grafik daya turbin angin-vs-putaran turbin 3 sudu pada
variansi kecepatan angin dan beban turbin ... 64 Gambar 4.5 Grafik tip speed-ratio-vs-koefisien daya turbin 3 sudu pada
variansi kecepatan angin dan beban turbin ... 65 Gambar 4.6 Grafik tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 4 sudu pada
variansi kecepatan angin dan beban turbin ... 66 Gambar 4.7 Grafik tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 5 sudu pada
variansi kecepatan angin dan beban turbin ... 67
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Koefisien – koefisien Hambat yang Khas Bagi Berbagai Silinder
Dalam Aliran Dua Dimensi ... 27
Tabel 2.2 Roughness classes ... 33
Tabel 2.3 Koefisien kerugian pada pengecilan mendadak ... 43
Tabel 3.1 Spesifikasi sudu turbin ... 47
Tabel 4.4 Daya angin dengan variasi kecepatan angin pengujian ... 60
Tabel 4.5 Hasil perhitungan pengujian turbin angin tiga sudu tanpa beban . 63 Tabel 4.6 Hasil perhitungan pengujian turbin angin tiga sudu dengan tinggi pemompaan 2 meter ... 63
Tabel 4.7 Hasil perhitungan pengujian turbin angin tiga sudu dengan tinggi pemompaan 5 meter ... 64
Tabel 4.8 Data hasil pengujian turbin savonius dengan empat sudu ... 66
Tabel 4.9 Data hasil pengujian turbin savonius dengan lima sudu ... 67
DAFTAR SIMBOL
Ao luas penampang, m2 A1 luas sapuan rotor, m2
CD koefisien darag Cp koefisien daya
Cpmax koefisien daya maksimum
D diameter silinder, m
g percepatan grafitasi, m/s2 F gaya, N atau kg.m/s2 v’ kecepatan ujung rotor, m/s
v2 kecepatan angin belakang turbin, m/s
vr kecepatan relative, m/s
V volume, m3 atau liter
λ tipe speed ratio η efesiensi, %
ρ kerapatan massa, kg/m3
ω kecepatan sudut, rad/s
