PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU

VERTIKAL

TUGAS AKHIR

Oleh :

DHARMA WEDA PERDANA NIT. 30418032

PROGRAM STUDI DIPLOMA 3 TEKNIK PESAWAT UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN SURABAYA

2021

PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU

VERTIKAL

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md.) pada Program Studi Teknik Pesawat Udara

Oleh :

DHARMA WEDA PERDANA NIT. 30418032

PROGRAM STUDI DIPLOMA 3 TEKNIK PESAWAT UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN SURABAYA

2021

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

Oleh:

DHARMA WEDA PERDANA NIT. 30418032

Disetujui untuk duijikan pada : Surabaya, 18 Agustus 2021

Pembimbing I : GUNAWAN SAKTI, S.T., M.T. …...………

NIP. 19881001 200912 1 003

Pembimbing II : AJENG WULANSARI, S.T., M.T. ……..…………

NIP. 19890606 200912 2 001

iii

LEMBAR PENGESAHAN

PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

Oleh:

DHARMA WEDA PERDANA NIT. 30418032

Telah dipertahankan dan dinyatakan lulus dalam Ujian Tugas Akhir Progam Pendidikan Diploma 3 Teknik Pesawat Udara

Politeknik Penerbangan Surabaya Pada Tanggal : 18 Agustus 2021

Panitia Penguji :

Ketua : M. ANDRA ADITYAWARMAN, S.T., M.T. ………

NIP. 19680729 199603 1 001

Sekretaris : SUKAHIR, S.Si.T., M.T. ………

NIP. 19740714 199803 1 001

Anggota : GUNAWAN SAKTI, S.T., M.T. ………

NIP. 19881001 200912 1 003

Ketua Program Studi D3 Teknik Pesawat Udara

Ir. BAMBANG JUNIPITOYO, S.T, M.T.

NIP. 19780626 200912 1 001

………

iv ABSTRAK

PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL

Oleh :

DHARMA WEDA PERDANA NIT. 30418032

Bearing merupakan element mesin yang sering digunakan, tidak hanya pada bidang automotive, namun juga dimanfaatkan di bidang rumah tangga dan industri, Fungsi dari bearing yaitu untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan.

Pada kali ini, akan dilakukan penelitian terkait pengaruh ketebalan ball bearing terhadap putaran poros turbin angin yang dilaksanakan dengan menempatkan bearing pada sebuah turbin angin sumbu vertikal tipe Savonius kemudian diputar menggunakan aliran eksternal yang berasal dari exhaust wind tunnel dengan kecepatan aliran yaitu 5m/s. Untuk pengukuran dilakukan menggunakan torque transducer tipe M425 dengan torque tolerance 0-10 Nm dan sample rate 1 sampai 4000 sps. Selain itu, M425 dapat mengatasi perpindahan parallel 0.18 mm dan deviasi sudut 0.06°.

Dalam penelitian kali ini, dilihat bagaimana pengaruh ketebalan sebuah bearing terhadap performa putaran poros sebuah turbin angin tipe sumbu vertikal yaitu berupa daya, torsi, dan RPM. Hasi dalam penelitian ini adalah RPM tertinggi yaitu 323 RPM, torsi tertinggi yaitu 0,0568 Nm, daya tertinggi yaitu 0,842 Watt, juga Cp dan Cm yaitu 0,115 dan 0,242.

Kata kunci : Bearing, Turbine Performance, Power, Torque, RPM

v

ABSTRACT

THE EFFECT OF CHANGE IN THICKNESS OF BALL BEARING ON THE VERTICAL WIND TURBINE PERFORMANCE

By :

DHARMA WEDA PERDANA NIT. 30418032

Bearing is the engine element that often used. Not only on automotive, but also used in household, it is even used in industry. The fuction of the bearing is to support a shaft so that the shaft can rotate without get the excessive friction.

At this time, will be carried research about the effect of ball bearing thickness on wind turbine's shaft rotation which is carried out by placing the bearings on a vertical axis wind turbine (Savonius type) and then rotated using an external air flow originating from the exhaust of wind tunnel with airflow velocity is 5 m/s. The measurement is used torque transducer type M425 0 to 10 Nm torque tolerance and 1 to 4000 sps sample rate. In addition, M425 can handle 0.18 mm parallel moving and 0.06 ° angle deviation.

In this research, can be seen the effect of ball bearing thickness on performance of vertical axis wind turbine, namely in the form of power, torque, and RPM. The results of this research is the highest RPM is 323 RPM, highest torque is 0,0568 Nm, highest power is 0,842 Watt, also Cp and Cm is 0,115 and0,242.

Keywords : Bearing, Turbine Performance, Power, Torque, RPM

vi

PERNYATAAN KEASLIAN DAN HAK CIPTA

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Dharma Weda Perdana

NIT : 30418032

Program Studi : D3 Teknik Pesawat Udara

Judul Tugas Akhir : Pengaruh Perubahan Ketebalan Ball Bearing terhadap Performance Turbin Angin Sumbu

Vertikal

dengan ini menyatakan bahwa :

1. Tugas Akhir ini merupakan karya asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar akademik, baik di Politeknik Penerbangan Surabaya maupun di Perguruan Tinggi lain, serta dipublikasikan, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

2. Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan Hak Bebas Royalti Non Eksklusif (Non-Exclusive Royalty-Free Right) kepada Politeknik Penerbangan Surabaya beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak ini, Politeknik Penerbangan Surabaya berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya dengan tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Apabila di kemudian hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran, maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah diperoleh, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang berlaku di Politeknik Penerbangan Surabaya.

Surabaya,

Yang membuat pernyataan

Dharma Weda Perdana NIT. 30418032

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala Rahmat dan Karunia-Nya yang telah memberikan kesehatan, pengetahuan, keterampilan, pengalaman yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal Tugas Akhir dengan cukup baik yang berjudul “PENGARUH PERUBAHAN KETEBALAN BALL BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL” dengan baik dan lancar, penyusunan Proposal Tugas Akhir ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada segenap pihak yang telah membantu selama proses penyusunan Proposal Tugas Akhir ini kepada:

1. Bapak M. Andra Adityawarman, S.T, M.T. selaku Direktur.

2. Bapak Ir. Bambang Junipitoyo, S.T, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Pesawat Udara.

3. Bapak Gunawan Sakti, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

4. Ibu Ajeng Wulansari, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Penulisan Proposal TugasAkhir.

5. Segenap dosen, instruktur, dan pegawai Politeknik Penerbangan Surabaya.

6. Semua pihak yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Proposal Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi pengembangan Proposal Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua tanpa terkecuali bagi penulis sendiri.

Surabaya, Agustus 2021

Dharma Weda Perdana NIT. 30418032

viii DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT... v

PERNYATAAN KEASLIAN DAN HAK CIPTA ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Pembatasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Hipotesis ... 4

1.6 Manfaat Penelitian ... 4

1.7 Sistematika Penulisan ... 5

BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Teori Penunjang ... 6

2.1.1 Bearing ... 6

2.1.1.1 Plain Bearing ... 6

2.1.1.2 Roller Bearing ... 7

2.1.1.3 Ball Bearing ... 10

2.1.2 Parameter Performa Putaran Bearing ... 11

2.1.2.1 Daya ... 11

2.1.2.2 Torsi ... 12

2.1.2.3 RPM ... 13

2.1.2.4 Power Coefficient ... 13

2.1.2.5 Moment Coefficient ... 14

2.1.2.6 Uncertainty... 14

2.1.2.7 Reynolds Number ... 15

2.1.3 Instrumen Pengujian ... 16

2.1.3.1 Wind Tunnel ... 16

2.1.3.2 Torque Transducer ... 18

2.1.3.3 Anemometer ... 22

2.2 Kajian Penelitian Terdahulu yang Relevan ... 25

ix BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Desain Penelitian ... 32

3.1.1 Alur Penelitian ... 32

3.1.2 Desain Perencanaan Alat ... 34

3.1.3 Teknik Pengujian ... 34

3.2 Variabel Penelitian... 35

3.2.1 Variabel Bebas ... 35

3.2.2 Variabel Terikat ... 36

3.2.3 Variabel Kontrol ... 36

3.3 Populasi, Sampel, dan Objek Penelitian... 37

3.3.1 Populasi ... 37

3.3.2 Sampel ... 37

3.3.3 Objek Penelitian ... 37

3.4 Teknik Pengumpulan Data dan Instrumen Penelitian ... 38

3.4.1 Teknik Pengumpulan Data ... 38

3.4.2 Instrumen Penelitian ... 38

3.5 Teknik Analisis Data ... 40

3.6 Tempat dan Waktu Penelitian ... 40

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Contoh Perhitungan, Ketelitian, dan Hasil Pengujian ... 42

4.1.1 Contoh Perhitungan ... 42

4.1.1.1 Perhitungan Reynolds Number ... 42

4.1.1.2 Perhitungan TSR ... 43

4.1.1.3 Perhitungan Cp ... 43

4.1.1.4 Perhitungan Cm ... 44

4.1.2 Ketelitian Perhitungan ... 44

4.1.2.1 Reynolds Number ... 44

4.1.2.2 Uncertainty ... 45

4.1.3 Hasil Pengujian ... 48

4.1.3.1 RPM ... 48

4.1.3.2 Torsi ... 49

4.1.3.3 Daya ... 50

4.1.3.4 Cp dan Cm ... 51

4.2 Perbandingan dengan Penelitian Serupa ... 54

BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 58

5.2 Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA ... 60 LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Dimensi Bearings ... 2

Gambar 2.1 Plain Bearings ... 7

Gambar 2.2 Roller Bearings ... 8

Gambar 2.3 Straight Roller Bearing ... 9

Gambar 2.4 Tapered Roller Bearing ... 9

Gambar 2.5 Ball Bearing Assembly ... 10

Gambar 2.6 Wind Tunnel ... 16

Gambar 2.7 Wind Tunnel Rangkaian Terbuka ... 18

Gambar 2.8 Wind Tunnel Rangkaian Tertutup ... 19

Gambar 2.9 Torque Transucer ... 19

Gambar 2.10 Metal Foil Strain Gage... 20

Gambar 2.11 Strain Gage terikat pada Rotating Shaft ... 21

Gambar 2.12 Rotary Torque Transducer dan Komponennya ... 22

Gambar 2.13 Grafik Konsumsi Fuel oleh Eka Sri W. & Saparin... 26

Gambar 2.14 Signal Amplitudo... 28

Gambar 2.15 Total Heat Flux dari High Carbon Chromium Steel ... 29

Gambar 2.16 Total Heat Flux dari Metal Matrix ... 29

Gambar 2.17 Total Heat Flux dari Stainless Steel ... 30

Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian... 33

Gambar 3.2 Kerangka Turbine Housing ... 34

Gambar 3.3 Setting Alat Ukur ... 35

Gambar 3.4 Setting Alat Pengujian ... 35

Gambar 3.5A Komponen Torque Transducer ... 39

Gambar 3.5B Spesifikasi Torque Transducer ... 39

Gambar 3.5C Kualifikasi Lingkungan Torque Transducer... 39

Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Torsi ... 49

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Daya ... 51

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Cp ... 52

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Cm ... 53

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Cp Maksimum Penelitian lain ... 55

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Cm Maksimum Penelitian lain ... 57

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Dimensi Bearing ... 3

Tabel 3.1 Spesifikasi Bearing ... 36

Tabel 3.2 Waktu Perencanaan Penelitian ... 41

Tabel 4.1 Data Pengujian Reynolds Number ... 45

Tabel 4.2 Data Uncertainty Cp ... 45

Tabel 4.3 Data Uncertainty Cm ... 46

Tabel 4.4 Data Uncertainty Reynolds Number ... 47

Tabel 4.5 Hasil RPM ... 48

Tabel 4.6 Hasil data Torsi ... 49

Tabel 4.7 Hasil data Daya ... 50

Tabel 4.8 Pemetaan Hasi Cp ... 52

Tabel 4.9 Pemetaan Hasil Cm ... 53

Tabel 4.10 Perbandingan Cp Maksimum dengan Penelitian lain ... 55

Tabel 4.11 Perbandingan Cm Maksimum dengan Penelitian lain ... 56

xii

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Alat dan Bahan Penelitian

A1 Deep Groove Ball Bearing 17×40×12 A2 Deep Groove Ball Bearing 17×47×14 A3 Self Aligning Ball Bearing 17×47×14 A4 Anemometer

A5 Wind Tunnel and Turbine setup A6 Datum Torque Transducer A7 Datum Universal Interface A8 DUI desktop layout

Lampiran B Prosedur Pengoperasian Instrumen Penelitian B1 Wind Tunnel

B2 Torque Transducer Lampiran C DUI Configuration

Lampiran D Perhitungan Density dan Dynanic Viscosity D1 Perhitungan pada Suhu 26,1^oC D2 Perhitungan pada Suhu 26,2^oC D3 Perhitungan pada Suhu 26,3^oC D4 Perhitungan pada Suhu 26,4^oC D5 Perhitungan pada Suhu 26,5^oC

60

DAFTAR PUSTAKA

Bent, Ralph D. dan McKinley, James L. 1996. Aircraft Powerplant.

Crane, Dale. 1996. Aviation Maintenance Technician Series: Powerplant.

Washington: Aviation Supplies & Academics,Inc.

FAA. 2012. Aircraft Maintenance Technician Handbook Series Powerplant Vol.

1. United States: Department of Transportation.

Arikunto,Suharsimi. 2002. Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktek. Edisi revisi iv. Jakarta: PT Rineka Cipta

Wijianti Eka Sri, Saparin.2018.Pengaruh Material Bearing Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Mobil Hemat Energi TARSIUS GV-1.Bangka Belitung: Jurnal Teknik Mesin Vol 4

Tomar Adesh Kumar, Satish C. Sharma.2020.An Investigation into Surface Texture Effect on Hole-Entry Hybrid Spherical Journal Bearing Performance.Uttarakhand: Sciencedirect

Jayakanth J.J, Chandrasekaran M, Pugazhenty R.2020. Impulse excitation analysis of material defects in ball bearing.Tamilnadu: Sciencedirect

Santhos Kumar P.C, Naveen Kumar R, Lakshmana Moorthy S.K, Meighnanamoorthy M.2020. Heat transfer analysis for different materials of ball bearing using ANSYS.Tamilnadu: Sciencedirect

Jae Lee Young, Hee Lee Kwang, Hee Lee Chul.2018. Friction performance of 3D printed ball bearing: Feasibility study.Incheon: Sciencedirect

Hassan Saed Hassan A., M. Nagib Elmekawy Ahmed, Z. Kassab Sadek.2019.Numerical Study of improving Savonius Turbine Power Coefficient by Various Blade Shape.Alexandria: Alexandria Engineering Journal

Ridwan. 1999. Mekanika Fluida Dasar. Jakarta. Penerbit Gunadarma

LAMPIRAN Lampiran A. Alat dan Bahan Penelitian

A1. Deep Groove Ball Bearing 17×40×12

A2. Deep Groove Ball Bearing 17×47×14

A3. Self Aligning Ball Bearing (double row) 17×47×14

A4. Wind Anemometer

A5. Wind Tunnel and Turbine setup

A6. Datum Torque Transducer

A7. Datum Universal Interface

A8. DUI desktop layout

Lampiran B. Prosedur pengoperasian Instrument Penelitian B1. Wind Tunnel

1. Menyambungkan wind tunnel dengan aliran listrik.

2. Menjalankan wind tunnel dengan menekan tombol START berwarna hijau.

3. Melakukan setting wind tunnel hingga diperoleh nilai kecepatan angin sebesar 5 m/s pada anemometer. Setting dilakukan dengan menari atau mendorong throttle pada wind tunnel.

4. Setelah diperoleh kecepatan angin yang diinginkan, kunci throttle agar tidak bergeser sehingga kecepatan menjadi konstan.

5. Setelah menggunakan wind tunnel, dapat dimatikan dengan menekan tombol STOP berwarna merah di sebelah kanan tombol START.

Memastikan aliran listrik diputus kembali.

B2. Torque Transducer

1. Melakukan setting torque transducer dengan turbin.

2. Menyambungkan torque transducer dengan DUI.

3. Menyambungkan DUI dengan aliran listrik. Jika semua telah terhubung, maka DUI akan menyala dan lampu hijau pada torque transducer akan menyala.

4. Setelah DUI berada pada posisi ON, menghubungkan DUI dengan desktop (PC atau Laptop).

5. Melakukan Instalasi aplikasi DUI pada desktop agar desktop dapat digunakan untuk pengukuran (panduan penginstalan aplikasi dapat dilihat pada manual installation).

Lampiran C. DUI Configuration

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

C13

Lampiran D. Perhitungan Density dan Dynamic Viscosity

D1. Perhitungan pada suhu 26,2^oC

D2. Perhitungan pada suhu 26,3^oC

D3. Perhitungan pada suhu 26,4^oC

D4. Perhitungan pada suhu 26,5^oC

D5. Perhitungan pada suhu 26,6^oC

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Dharma Weda Perdana lahir di Malang pada tanggal 16 Januari 2000 anak pertama dari dua bersaudara, mempunyai seorang adik yang bernama Saka Surya Negara (16) dari pasangan Bapak Sosro Wibowo (46) dan Ibu Astutik (45) tinggal di Dusun Sebaluh RT25/RW05 Desa Pandesari Kecamatan Pujon Kabupaten Malang. Pada tahun 2007 memulai pendidikan sekolah dasar di SDN Pandesari 02 hingga lulus pada tahun 2012 kemudian melanjutkan pendidikan di SMPN 01 Pujon hingga lulus pada tahun 2015 setelah itu melanjutkan pendidikan di SMAN 01 Batu hingga lulus tahun 2018 dan akhirnya melanjutkan pendidikan sebagai taruna di Politeknik Penerbangan Surabaya dengan mengambil program studi Teknik Pesawat Udara sampai dengan sekarang.

Harapan dari saya setelah melaksanakan pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya semoga semua ilmu yang sudah saya dapatkan selama saya belajar di sini bisa bermanfaat dan juga berguna buat kedepannya nanti dan juga semoga saya bisa sukses didunia kerja nanti, saya juga berterima kasih kepada kedua orang tua yang telah mendukung saya hingga sejauh ini.