PERFORMANSI TURBIN ANGIN SAVONIUS
DENGAN EMPAT SUDU UNTUK MENGGERAKKAN POMPA
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ALVI SYUKRI 090421064
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
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 Empat Sudu Untuk Menggerakkan Pompa” ini diajukan sebagai persyarataan akhir bagi mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi strata satu.
Dalam pembuatan hingga selesainya skripsi ini, saya bayak menerima
bantuan juga masukan dari pihak-pihak yang sangat membantu bagi saya,
sehingga pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan rasa terima kasih yang
setulusnya kepada:
1. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin
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 Ir.Mulfi Hazwi, M.Sc. selaku dosen pembanding seminar yang telah
meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan serta masukan kepada
penulis.
4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST,MT. selaku dosen pembanding seminar
yang telah meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan serta masukan
kepada penulis.
5. Kedua orang tua saya yang sangat saya cintai atas dukungan, doa, kasih
sayang dan atas segala pengorbanan yang diberikan baik berupa moril
maupun materil.
6. Rekan – rekan mahasiswa di teknik mesin,Oriza, Imanuel, Supra dan semua
teman – teman yang telah banyak mendukung dan membantu penulis selama
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih banyak kekurangan, untuk
itu penulis mengharapkan koreksi untuk kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata
penulis mengucapkan terima kasih, semoga Skripsi ini bermanfaat bagi kita
semua.
Medan, Juli 2012
ABSTRAK
Turbin angin merupakan alat untuk mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanik. Desain turbin angin harus didasarkan pada penggunaan dan kondisi angin setempat. Di Indonesia umumnya angin bertiup dengan kecepatan rendah, sehingga lebih tepat untuk pompanisasi dari pada untuk pembangkit listrik. Pada penelitian ini, desain turbin angin penggerak pompa air untuk keperluan lahan pertanian. Turbin angin yang digunakan adalah turbin angin sumbu vertical savonius. 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 = 3,91 l/m pada n = 58,54 rpm, Cp 0,56087 atau 56,08% pada λ = 0.38314; Q = 2,7 l/m pada n = 57
rpm, Cp = 0,56974 atau 56,974% pada λ = 0,37309, dan Cp = 0,59191 atau 59,191% pada λ = 0,53837 pada saat turbin tanpa beban.
DAFTAR ISI
3.3 Perancangan dan Pembuatan Objek Penelitian ... 34
4.2.1.Pengujian Tanpa Beban………. 45
4.2.2 Data hasil pengujian dengan head statis 2 meter ………. 45
4.2.3Data hasil pengujian dengan head statis 5 meter ……… 46
4.3 Daya yang Diserap Turbin dari Angin ... 47
4.4 Tip Speed Ratio ... 48
4.5 Kapasitas Pompa ... 49
4.6 Perbandingan Hasil ... 53
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 57
5.1 Kesimpulan ... 57
5.2 Saran ... 58
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema udara bergerak ke arah turbin angin ... 6
Gambar 2.2 Variasi Tip Speed Ratio dan Koefisien Daya Cp Pada Berbagai Jenis Turbin Angin ... 8
Gambar 2.3 Turbin angin jenis upwind dan downwind ... 10
Gambar 2.4 Jenis turbin angin sumbu vertical ... 11
Gambar 2.5 Karakteristik performance rotor angin ... 13
Gambar 2.6 Model Aliran dari Teori Momentum Beltz ... 16
Gambar 2.7 Koefisien Daya Berbanding Dengan Rasio Kecepatan Aliran Sebelum dan Setelah Konversi Energi ... 18
Gambar 2.8 Kondisi aliran udara melalui satu disk ideal membentuk konverter tenaga dengan kemungkinan ekstraksi maksimum dari gaya mekanis ... 19
Gambar 2.9 Aliran dan Gaya Aerodinamis pada Turbin Jenis Drag... 20
Gambar 2.10 Gaya aerodinamis rotor turbin angin ketika dilalui aliran udara . 23 Gambar 2.11 Jenis jenis pompa yang digerakkan oleh angin secara mekanikal ... 24
Gambar 2.12 Diagram skematik pompa air tenaga angin mekanik ... 25
Gambar 2.13 Diagram skematik pompa air tenaga angin elektrikal ... 27
Gambar 2.14 Turbin angin menggerakkan pompa piston ... 28
Gambar 2.15 Head Pompa... 29
Gambar 2.16 Koefisien kerugian pada pembesaran mendadak ... 32
Gambar 3.1 Turbin Angin Savonius... 37
Gambar 3.2 Prototype pompa piston ... 37
Gambar 3.3 Fan ... 37
Gambar 3.4 Digital Thermo Anemometer ... 38
Gambar 3.5 Tachometer ... 39
Gambar 3.6 Gelas Ukur ... 40
Gambar 3.7 Ember ( Penampung Air ) ... 40
Gambar 3.8 Gambar Skema pengujian ... 40
Gambar 3.9 Diagram alir penelitian ... 43
Gambar 4.1 Grafik Kecepatan angin dan kapasitas pompa pada turbin 4 sudu pada variasi kecepatan angin dan beban turbin………. 46
Gambar 4.2 Grafik Kecepatan angin dan putaran pada turbin dengan variasi kecepatan angin dan beban turbin ... 47
Gambar 4.3 Grafik Daya turbin angin dan putaran turbin 4 sudu pada variansi kecepatanangin dan beban turbin untuk mengalirkan air ... 51
Gambar 4.4 Grafik Kecepatan angin dan efesiensi total turbin 4 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin untuk mengalirkan air ... 52
Gambar 4.6 Grafik Tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 3 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin ... 54 Gambar 4.7 Grafik Kecepatan angin dan kapasitas pompa pada turbin 3sudu
pada variasi kecepatan angin dan beban turbin ... 54 Gambar 4.8 Grafik Tip speed-ratio dan koefisien daya turbin 5 sudu pada
variansi kecepatan angin dan beban turbin ... 55 Gambar 4.9 Grafik Kecepatan angin dan kapasitas pompa pada turbin 5 sudu
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Koefisien – koefisien Hambat yang Khas Bagi Berbagai Silinder
Dalam Aliran Dua Dimensi ... 22
Tabel 2.2 Koefisien kerugian pada pengecilan mendadak ... 32
Tabel 3.1 Spesifikasi sudu turbin ... 34
Tabel 3.7 Spesifikasi Digital Thermo Anemometer ... 38
Tabel 4.1 Daya angin dengan variasi kecepatan angin ... 45
Tabel 4.2 Data pengujian tanpa beban ... 45
Tabel 4.3 Data pengujian dengan head statis 2 meter ... 46
Tabel 4.4 Data pengujian dengan head statis 5 meter ... 46
Tabel 4.5 Hasil perhitungan daya turbin, koefisien daya, dan tip speed ratio tanpa beban ... 48
Tabel 4.6 Hasil perhitungan daya turbin, koefisien daya, dan tip speed ratio untuk head statis 2 meter ... 49
Tabel 4.7 Hasil perhitungan daya turbin, koefisien daya, dan tip speed ratio untuk head statis 5 meter ... 49
Tabel 4.8 Hasil perhitungan kapasitas aliran teoritis, efesiensi dan daya pompa untuk head statis 2 meter ... 50
Tabel 4.9 Hasil perhitungan kapasitas aliran teoritis, efesiensi dan daya pompa untuk head statis 5 meter ... 50
Tabel 4.10 Hasil perhitungan efesiensi total konversi energi angin untuk menggerakkan pompa ... 51
Tabel 4.11 Data hasil pengujian turbin savonius dengan tiga sudu ... 53
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
