PERANCANGAN TURBIN ANGIN UNTUK SKALA RUMAH TANGGA
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 : Novindra Dwi Prasetyo
09510123
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
v
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul
“Perancangan Turbin Angin Untuk Skala Rumah Tangga” dapat diselesaikan
dengan baik, meskipun terdapat halangan-halangan yang menjadi pelambat pengerjaannya.
Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang. Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan berkah dari Allah SWT sehingga kendala-kendala yang dihadapi tersebut dapat diatasi. Untuk itu penuli menyampaikan ucapan banyak-banyak terima kasih dan penghargaan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penuyusnan skripsi ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan hidayah-Nya.
2. Kedua Orang Tua saya dan kakak adik saya, serta Keluarga besar saya di Malang yang telah banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan, motivasi, dan materi.
3. Nenek saya yang telah memberi semangat kepada saya selama ini.
bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga pada penulis selama menyusun skripsi.
5. Bapak Ir. Mulyono, MT selaku pembimbing II yang dengan penuh ketegasan, kesabaran, dan telah membangun mental saya menjadi lebih besar. Dan telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.
6. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan skripsi ini.
7. Terimakasih yang terdalam juga kepada keluarga besar SIN-C 09 (tanpa pengecualian yang telah banyak-banyak memberi masukan, motivasi, bantuan tenaga, moral maupun materi, dan do’anya sampai terselesaikannya
skripsi ini. “BEST FRIEND FOREVER”.
8. Terimakasih kepada saudara rifai, dino, oji, yang sudah memberi keleluasaan didalam kamar kostnya dan kepada saudara aryo, perdana, khatib, ikang, didit, ovan, febri, samsul yang sudah bersedia menemani sampai terselesaikan skripsi ini.
9. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
10.Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya. 11.Bapak Ir. Daryono, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ... iv
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ... v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN ... vi
ABSTRAK INGGRIS ... vii
ABSTRAK INDONESIA ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakang ... 1
1.2Rumusan Masalah ... 3
1.3Tujuan ... 3
1.4Manfaat ... 3
1.5Batasan Masalah ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 5
2.1Potensi Angin ... 5
2.1.1 Terjadinya Angin ... 5
2.1.2 Kecepatan Angin ... 6
2.2Definisi Turbin Angin ... 9
2.2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 9
2.2.2 Turbin Angin Sumbu Vertical ... 10
2.3Prinsip-prinsip Tenaga Angin ... 12
2.3.1 Daya Angin Total ... 12
2.3.2 Daya Listrik Bermanfaat ... 13
2.3.3 Kecepatan Angin Rata-rata ... 14
xi
2.6Generator ... 16
2.7Hub ... 17
2.8Tower ... 17
2.9Tali Baja ... 18
2.10 Penyimpanan Energi ... 19
2.10 Rectifier - Inverter ... 19
BAB III METODOLOGI ... 20
3.1Prosedur Perancangan ... 20
3.2Daftar Persyaratan (Requirement List) ... 22
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 24
4.1Prinsip Kerja dan Struktur Kerja ... 24
4.2Kombinasi dan Susunan Konsep ... 25
4.3Batasan Desain ... 27
4.4Daya Rencana ... 28
4.4.1 Desain Rotor ... 29
4.4.2 Tip Speed Ratio (TSR) ... 31
4.4.3 Pemilihan Bilah Sudu ... 32
4.4.4 Geometri Bilah Sudu ... 33
4.5Berat Turbin ... 37
4.5.1 Berat Hub ... 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 40
5.1Kesimpulan ... 40
5.2Saran ... 41
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Pengelompokkan potensi angin, pemanfaatan dan lokasi potensial ... 2
Tabel 2.1 Skala Beaufort ... 7
Tabel 3.1 Spesifikasi Desain ... 23
Tabel 4.1 Kombinasi Sub fungsi yang Didasarkan pada Diagram Blok Sub Fungsi 25 Tabel 4.2 Pemilihan Jumlah Bilah Sudu ... 32
Tabel 4.3 Harga Radius Lokal Blade ... 33
Tabel 4.4 Harga Geometri Sudu-sudux ... 34
Tabel 4.5 Harga Yc dan Yt ... 36
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) ... 10
Gambar 2.2 Turbin Darrieus ... 10
Gambar 2.3 Turbin Savonius ... 11
Gambar 2.4 Gear Box Tipe Improving Speed ... 15
Gambar 2.5 Hub ... 16
Gambar 2.6 Tower Tipe Guyed Tilt-up ... 17
Gambar 2.7 Tali Baja (Sling) Jenis Konstruksi Tali Paralel ... 18
Gambar 3.1 Aliran energi pada diagram blok sub fungsi ... 20
Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Perancangan dan Pembuatan ... 21
Gambar 4.1 Definisi Rasio Kecepatan ... 31
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar W, 2004, “Penggerak Mula Turbin”, ITB, Bandung.
DESDM (2003), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Jakarta.
El-Wakil, M. M, 1984, “Powerplant Technology”, Mc-Graw Hill Book Company, Chapt. 14, Pages 589 – 626.
Http://Id.Wikipedia.Org/Wiki/Tenaga_Angin
Iswahyudi A., 2007, “Perancangan Sudu Turbin Angin Sebagai Energi Alternatif Untuk Desalinasi Dengan Daya 1000 Watt”, Universitas Muhammadiyah
Malang.
Jansen, W.A.M., Smulders, 1977. Rotor Design For Horizontal Axis Windmills, SWD Eindhoven.
Piggott, Hugh, 2008, Wind Turbine Blade Design, CAT Wind Course March 2008, Lecture 8
Setiono P., 2006, “Pemanfaatan Alternator Mobil Sebagai Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Angin”, Universitas Negeri Semarang.
Soetadji, N. S. Ir. IPM, Pemanfaatan Tenaga Angin Untuk Energi Listrik, Jakarta
xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kincir angin pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik dibangun oleh P. La Cour dari Denmark diakhir abad ke-19. Setelah perang dunia I, layar dengan penampang melintang menyerupai sudut propeler pesawat sekarang disebut kincir angin tipe propeler' atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang disebut mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m). Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945. (Astu Pudjanarso, 2006)
Pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan. (DESDM, 2005)
2
sampai saat ini pembangunan turbin angina masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (Co: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Co : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik. (Arismunandar, W,.”Penggerak Mula Turbin”, ITB, Bandung, 2004.)
[image:17.595.110.536.536.752.2]Penggunaan tenaga angin hanya 1% dari total produksi listrik dunia (2005). Jerman merupakan produsen terbesar tenaga angin dengan 32% dari total kapasitas dunia pada 2005; targetnya pada 2010, energi terbarui akan memenuhi 12,5% kebutuhan listrik Jerman. Jerman memiliki 16.000 turbin angin, kebanyakan terletak di utara negara tersebut - termasuk tiga terbesar dunia, dibuat oleh perusahaan Enercon (4,5 MW), Multibrid (5 MW) dan Repower (5 MW). Provinsi Schleswig-Holstein Jerman menghasilkan 25% listriknya dari turbin angin. ( http://id.wikipedia.org/wiki/Tenaga_angin)
Tabel 1.1 Pengelompokkan potensi energi angin, pemanfaatan dan lokasi potensial
Kelas Kec. Angin (m/s)
Daya Spesifik (W/m2)
Kapasitas
(kW) Lokasi
Skala Kecil 2,5 - 4,0 < 75 s/d 10
Jawa, NTB, NTT, Maluku,
sulawesi Skala
Menengah 4,0 – 5,0 75 -150 10 -100
NTB, NTT, Sulsel, Sultra
Skala Besar >5,0 > 150 > 100
3
Kecepatan angin dapat diukur dengan suatu alat yang disebut Anemometer. Anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan angin yang berhembus pada tempat yang akan dipasang turbin angin. Karena data kecepatan angina tersebut sangat diperlukan untuk mendesain dimensi rotor blade turbin angin agar dapat disesuaikan dengan kecepatan angin yang selalu berubah-ubah. (http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin, 2008)
Melihat besarnya jumlah kebutuhan listrik di dalam rumah tangga, aplikasi teknologi turbin angin pada skala rumah tangga ini diharapkan dapat menjadi alternatif pemanfaatan energi anginuntuk kebutuhan listrik di dalam rumah tangga. Sehingga dapat meringankan beban tanggungan listrik untuk rumah tangga. Oleh karena itu , diperlukan perancangan terhadap turbin angin skala rumah tangga.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas,maka perumusan masalah yang muncul adalah:Bagaimana desain dan dimensi turbin angin untuk rumah tangga? 1.3Tujuan
Tujuan dari perancangan ini adalah Untuk menghasilkan desain turbin angin skala rumah tangga.
1.4 Manfaat
Manfaat dari penulisan ini sebagai berikut: 1. Masyarakat:
Masyarakat memperoleh pengetahuan tentang perancangan turbin angin sebagai energy alternative untuk kebutuhan listrik rumah tangga.
4
Mahasiswa dapat menambah pengetahuan tentang turbin angina untuk rumah tangga.
1.5 Batasan Masalah
Untuk mencapai tujuan dari kajian awal mekanisme turbin angin skala rumah tangga,maka perlu adanya batasan dalam pembahasan masalah yaitu
1. Perancangan desain dalam bentuk desain gambar dengan metode Pahl and Beitz.
