PENGARUH VARIASI KETEBALAN BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU
VERTIKAL
TUGAS AKHIR
Oleh :
MUHAMMAD FERDI RUSDIANTO NIT. 30418018
PROGRAM STUDI DIPLOMA 3 TEKNIK PESAWAT UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN SURABAYA
2021
PENGARUH VARIASI KETEBALAN 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 :
MUHAMMAD FERDI RUSDIANTO NIT. 30418018
PROGRAM STUDI DIPLOMA 3 TEKNIK PESAWAT UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN SURABAYA
2021
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
PENGARUH VARIASI KETEBALAN BEARING
TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
Oleh :
MUHAMMAD FERDI RUSDIANTO NIT. 30418018
Disetujui untuk diujikan 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 VARIASI KETEBALAN BEARING
TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL Oleh :
MUHAMMAD FERDI RUSDIANTO NIT 30418018
Telah dipertahankan dan dinyatakan lulus pada Ujian Tugas Akhir Program Pendidikan Diploma 3 Teknik Pesawat Udara
Politeknik Penerbangan Surabaya Pada tanggal : 18 Agustus 2021
Panitia Penguji:
1. Ketua : SUKAHIR, S.SiT.,M.T. ...
NIP.19870624 200912 1 007
2. Sekretaris : DR.SETIYO HARIYADI.S.P., ST. MT. ...
NIP.19790824 200912 1 001
3. Anggota : GUNAWAN S. ST. MT. …...
NIP. 19881001 200912 1 003
Ketua Program Studi D3 TEKNIK PESAWAT UDARA
Ir.BAMBANG JUNIPITOYO ST, MT NIP. 197806262009121001
iv ABSTRAK
PENGARUH VARIASI KETEBALAN BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
Oleh :
Muhammad Ferdi Rusdianto NIT : 30418018
Bearing merupakan komponen yang memiliki peranan penting pada suatu mesin atau peralatan mekanik dan sering digunakan dalam bidang automotive.
Fungsi dari bearing itu sendiri untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Namun bearing juga memiliki beberapa bagian yang saling bergesekan yaitu inner race, outer race, dan steel ball maka bearing memanfaatkan steel ball untuk mengurangi gesekan.
Metode penelitian ini dengan menempatkan bearing pada sebuah turbin angin sumbu vertikal tipe Savonius yang akan diputar menggunakan aliran linear yang berasal dari exhaust wind tunnel dengan variasi kecepatan aliran yaitu 5 m/s.Untuk pengukuran dengan menggunakan torque transducer tipe M425 yang memiliki spesifikasi memberi kendali lebih atas sample rate dari standar 1 hingga 4.000 sps. M425 memiliki 14 rentang torsi standar. Dengan resolusi sinyal yang tinggi dan rentang frekuensi yang lebar, torsi putar non-kontak M425 sangat ideal untuk mengukur torsi dari 0-10Nm.
Hasil yag diperoleh dari penelitian ini adalah bearing dengan dimensi 17x35x8 mm menghasilkan RPM sebesar 367 RPM. Bearing dengan dimensi 17x35x10 mm menghasilkan torsi sebesar 0,0541 Nm. Bearing dengan dimensi 17x35x8 mm menghasilkan daya sebesar 0,887 watt. Bearing dengan dimensi 17x35x8 mm menghasilkan Cp sebesar 0,121 atau 12,1%. Bearing dengan dimensi 17x35x10 mm menghasilkan Cm sebesar 0,231 atau 23,1%.
Kata kunci : Bearing, TorqueTtransducer, Savonius
v ABSTRACT
EFFECT OF BEARING THICKNESS VARIATION ON PERFORMANCE OF VERTICAL AXIS WIND TURBINE
By :
M. Ferdi Rusdianto NIT : 30418018
Bearings are components that have an important role in a machine or mechanical equipment and are often used in the automotive field. The function of the bearing itself is to support a shaft so that the shaft can rotate without experiencing excessive friction. However, bearings also have several parts that are rubbing against each other, namely the inner race, outer race, and steel ball, so bearings use steel balls to reduce friction.
This research method is to place the bearings on a Savonius type vertical axis wind turbine which will be rotated using a linear flow from the exhaust wind tunnel with variations in flow velocity, namely 5 m/s. For measurements using a torque transducer type M425 which has specifications to give more control over the sample rate from the standard 1 to 4,000 sps. M425 has 14 standard torque ranges. With its high signal resolution and wide frequency range, the M425's non- contact rotary torque is ideal for measuring torque from 0-10Nm.
The results obtained from this study are bearings with dimensions of 17x35x8 mm producing an RPM of 367 RPM. Bearing with dimensions of 17x35x10 mm produces a torque of 0.0541 Nm. Bearing with dimensions of 17x35x8 mm produces a power of 0.887 watts. Bearing with dimensions of 17x35x8 mm produces a Cp of 0.121 or 12.1%. Bearing with dimensions of 17x35x10 mm produces Cm of 0.231 or 23.1%.
Keywords: Bearing, TorqueTtransducer, Savonius
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 Tugas Akhir dengan cukup baik yang berjudul “PENGARUH VARIASI KETEBALAN BEARING TERHADAP PERFORMANCE TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL” dengan baik dan lancar, penyusunan 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 Tugas Akhir ini kepada:
1. Bapak M. Andra Adityawarman, S.T., M.T selaku Direktur Politeknik Penerbangan Surabaya.
2. Bapak Ir. Bambang Junipitoyo, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Pesawat Udara.
3. Bapak Drs. Sudjud Prajitno, S.SiT, selaku Quality Control AMTO 147/1000.
4. Bapak Gunawan Sakti, S.T., M.T selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.
5. Ibu Ajeng Wulansari, S.T, M.T selaku dosen pembimbing Penulisan Tugas Akhir.
6. Segenap dosen, instruktur, dan pegawai Politeknik Penerbangan Surabaya.
7. Semua pihak yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya.
8. Kedua orang tua dan segenap keluarga besar yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi pengembangan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua tanpa terkecuali bagi penulis sendiri.
Surabaya, Agustus 2021
M. Ferdi R
viii DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
LEMBAR 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 NOTASI ... xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Hipotesis ... 4
1.6 Manfaat Penelitian ... 5
1.7 Sistematika Penulisan ... 5
BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Teori Penunjang ... 6
2.1.1 Bearing ... 6
2.1.1.1 Kontruksi Bearing ... 7
2.1.1.2 Bahan Bearing ... 7
2.1.1.3 Prinsip Kerja Bearing... ... 9
2.1.1.4 Jenis-jenis Bearing... 9
2.1.2 Parameter Performa Putaran Bearing ... 13
2.1.3 Pengertian Wind Tunnel ... 17
2.1.3.1 Struktur Wind Tunnel ... 17
2.1.3.2 Jalur Rangkaian Wind Tunnel ... 20
2.1.4 Anemometer ... 22
2.1.5 Turbin Angin ... 22
2.2 Penelitian Terdahulu ... 23
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Desain Penelitian ... 28
3.1.1 Alur Penelitian ... 28
3.1.2 Desain Perencanaan Alat ... 29
3.1.3 Teknik Pengujian ... 29
3.2 Variabel Penelitian ... 30
3.2.1 Variabel Bebas... 30
ix
3.2.2 Variabel Terikat ... 31
3.2.3 Variabel Kontrol ... 31
3.3 Populasi, Sampel, dan Objek Penelitian ... 32
3.3.1 Populasi ... 32
3.3.2 Sampel ... 32
3.3.3 Objek Penelitian ... 32
3.4 Teknik Pengumpulan Data... 32
3.4.1 Teknik Pengumpulan Data ... 33
3.4.2 Instrument Penelitian ... 33
3.5 Teknik Analisis Data ... 35
3.6 Waktu dan Tempat Penelitian ... 35
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Contoh Perhitungan, Ketelitian dan Hasil Pengujian ... 37
4.1.1 Contoh Perhitungan ... 37
4.1.1.1 Perhitungan Reynolds Number ... 37
4.1.1.2 Perhitungan TSR ... 38
4.1.1.3 Perhitungan Cp ... 38
4.1.1.4 Perhitungan Cm ... 39
4.1.2 Ketelitian Perhitungan ... 40
4.1.2.1 Reynolds Number ... 40
4.1.2.2 Uncertainty ... 41
4.1.3 Hasil Penelitian ... 44
4.1.3.1 RPM ... 44
4.1.3.2 Torsi ... 44
4.1.3.3 Daya ... 46
4.1.3.4 Power Coefficient (Cp) ... 47
4.1.3.5 Moment Coefficient (Cm) ... 49
4.2 Perbandingan dengan Penelitian Serupa ... 50
BAB 5 HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56
LAMPIRAN ... 58 DAFTAR RIWAYAT HIDUP
x
DAFTAR GAMBAR DAN BAGAN
Halaman
Gambar 1.1 Pembagian Dimensi Bearing ... 3
Gambar 2.1 Plain Bearing... 10
Gambar 2.2 Roller Bearing ... 11
Gambar 2.3 Straight Roller Bearing ... 11
Gambar 2.4 Tapperred Roller Bearing ... 11
Gambar 2.5 Ball Bearing Assembly ... 12
Gambar 2.6 Motor Penggerak ... 17
Gambar 2.7 Blade Wind Tunnel (Taufik et al, 2011) ... 18
Gambar 2.8 Settling Chamber (Fariduzzaman, 2008) ... 18
Gambar 2.9 Nosel Wind Tunnel (Fariduzzaman, 2008) ... 19
Gambar 2.10 Kontruksi Diffuser Wind Tunnel (Fariduzzaman, 2008) ... 20
Gambar 2.11 Terowongan Angin Sirkuit Terbuka (Fariduzzaman, 2008) ... 21
Gambar 2.12 Terowongan Angin Sirkuit Tertutup (Fariduzzaman, 2008) ... 21
Gambar 2.13 Grafik Konsumsi Bahan Bakar ... 25
Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian ... 28
Gambar 3.2 Rancangan Desain Turbine Housing ... 29
Gambar 3.3 Setting Pengambilan Data ... 30
Gambar 3.4 Setting Alat Pengujian ... 30
Gambar 3.5 Item Torque Transducer ... 33
Gambar 3.6 Spesifikasi Torque Transducer ... 34
Gambar 3.7 Kualifikasi Lingkungan Torque Transducer ... 34
Gambar 4.1 Diameter Blade dan Shaft Turbin ... 41
Gambar 4.2 Grafik Nilai Torsi ... 45
Gambar 4.3 Grafik Nilai Daya ... 47
Gambar 4.4 Grafik Nilai Cp ... 48
Gambar 4.5 Gambar Nilai Cm ... 50
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Cp Maksimum dengan Penelitian lain .... 51
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Cm Maksimum dengan Penelitian lain ... 53
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Dimensi Bearing yang Diujikan ... 3
Tabel 2.1 Penelitian Terdahulu yang Relevan ... 23
Tabel 3.1 Spesifikasi Bearing ... 30
Tabel 3.2 Spesifikasi M425 Seri 1-A ... 35
Tabel 3.3 Tabel Kegiatan Penelitian ... 36
Tabel 4.1 Data Pengujian Reynolds Number ... 40
Tabel 4.2 Data Nilai Uncertainty Cp ... 42
Tabel 4.3 Data Nilai Uncertainty Cp ... 43
Tabel 4.4 Data Nilai RPM ... 44
Tabel 4.5 Data Nilai Torsi ... 45
Tabel 4.6 Data Nilai Daya ... 46
Tabel 4.7 Data Nilai Cp ... 48
Tabel 4.8 Data Nilai Cm... 49
Tabel 4.9 Perbandingan Cp maksimum dengan penelitian lain ... 51
Tabel 4.10 Perbandingan Cm maksimum dengan penelitian lain ... 52
xii
DAFTAR NOTASI
Lambang Satuan Keterangan (Besaran)
Kg/m3 Kerapatan
ω Rad/s Putaran Mesin
M2/s Viskositas
dinamik
g m2 /s Gravitasi
F N Gaya
R m Jari-jari
n RPM Putaran mesin
A m2 Luas
V m/s Kecepatan aliran Udara
DAFTAR SINGKATAN
Singkatan Arti
RPM Revolution per Minute PVC PolyVinyl Chloride
Re Reynold Number
Cp Power Coefficient Cm Moment Coefficient TSR Tip Speed Ratio
56
DAFTAR PUSTAKA
Amin, M (2009). Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering Terhadap Densitas Keramik Lumpu Lapindo. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Semarang.
Bent, Ralph D. dan McKinley, James L. 1996. Aircraft Powerplant.
Crane, Dale. 1996. Aviation Maintenance Technician Series: Powerplant.
Washington: Aviation Supplies & Academics, Inc.
Dewi, M.L. (2010). Analisis kinerja turbin angin poros vertikal dengan modifikasi rotor Savonius L untuk optimasi kinerja turbin. (skripsi, Universitas Sebelas Maret, 2010).
Hidayat, W (2019). Klasifikasi dan Sifat Material Teknik Serta Pengujian Material Irwanda, R. (2019). Analisa ketahanan dan perawatn bearing UCFL 206 pada mesin pencacah limbah botol plastik dan softdrink kapasitas 15 kg/jam, Tugas akhir, Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.
Subiyanto, S. (2018). Analisa pengaruh kerusakan ball bearing terhadapat kinerja pompa ballast di mv. dk 02. (Diploma thesis, politeknik pelayaran surabaya.
Maulana, E., Suprapto, M., Iskendar. (2016). Analisis pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja pada turbin angin vertikal tipe Savonius dengan metode taguchi. Jurnal Ilmiah, Universitas Pancasila.
Mukhammad, A.F.H., Setyoko B. (2016) Pengaruh kecepatan putaran sheel terhadap ketebalan dan cacat pengecoran radial sliding centrifugal casting.
Jurnal, Universitas Muhammadiyah Semarang.
Mujiarto, I (2005). Sifat dan Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif, Traksi . Vol. 3. No 2.
Setyadi, P., Pebiaska, M.E. (2019) Pengaruh jenis material bearing terhadap jarakk deselerasi prototype mobil listrik fatahilla batavia team. Jurnal teknik mesin, Universitas Negeri Jakarta.
Ully, D.N., Laka, A. (2018). Pengaruh variasi jarak celah sudu terhadap performance turbin angin Savonius tipe setengah lingkaran. Jurnal teknik mesin, Politeknik Negeri Kupang.
57
Wijayanti, E.S., Saparin (2018). Pengaruh material bearing terhadap konsumsi bahan bakar mobil hemat energi tarsius GV-1. Jurnal teknik mesin, Universitas Bangka Belitung.
Widyatmoko, A., Amin, M (2017). Pengaruh Arus Pengelasan Las Tig Terhadap Karakteristik Sifat Mekanisme Stainless Steel.
Ridwan. 1999. Mekanika Fluida Dasar. Jakarta. Penerbit Gunadarma
58 LAMPIRAN Lampiran A. Alat dan Bahan Penelitian
A1. Deep Grove Ball Bearing dimensi 17x35x8 mm
A2. Deep Grove Ball Bearing dimensi 17x35x10 mm
59
c
A3. Deep Grove Ball Bearing dimensi 17x40x9 mm
A4. Wind Anemometer
60
A5. Wind Tunnel and Turbine setup
A6. Datum Torque Transducer
61
A7. Datum Universal Interface
A8. DUI desktop layout
Lampiran B. Prosedur pengoperasian Instrument Penelitian B1. Wind Tunnel
62
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).
63
Lampiran C. DUI Configuration
C1
64
C2
65
C3
66
C4
67
C5
68
C6
69
C7
70
C8
71
C9
72
C10
73
C11
74
C12
75
C13
76
Lampiran D. Perhitungan Density dan Dynamic Viscosity
D1. Perhitungan pada suhu 26,2oC
D2. Perhitungan pada suhu 26,3oC
77
D3. Perhitungan pada suhu 26,4oC
D4. Perhitungan pada suhu 26,5oC
78
D5. Perhitungan pada suhu 26,6oC
79
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
MUHAMMAD FERDI RUSDIANTO Lahir di Gresik – Jawa Timur pada tanggal 11 Desember 1999. Anak kedua dari 2 bersaudara. Mempunyai 1 kakak yang bernama Achmad Baihaqi (23) dari pasangan Bapak Fery (57) dan Ibu Elis (59). Tinggal di Jl. Tanjung Harapan Raya 36 GKB, Kecamatan Manyar Kabupaten Gresik, Jawa Timur. Pada tahun 2004 memulai pendidikan TK di TK BATIK sampai dengan lulus 2006. Kemudian pendidikan formal di SD MINU SALAFIYYAH sampai dengan lulus tahun 2012. Kemudian melanjutkan di SMPN 2 MANYAR pada tahun 2012 sampai dengan lulus tahun 2015. Setelah itu melanjutkan di SMA NAHDLATUL ULAMA 1 GRESIK pada tahun 2015 dan lulus pada tahun 2018. Setelah itu melanjutkan pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya.
Setelah menyelesaikan pendidikan saya ingin membahagiakan orang tua dengan cara mewujudkan sebagai seorang yang memiliki Etos kerja yang Jujur, Pekerja Keras, memiliki pendirian serta menjadi seorang yang bermanfaat bagi lingkungan, nusa dan bangsa juga di dunia dan akhirat. Berusaha untuk menjadi seorang engineer yang professional yang mampu dan kompeten berkarir di maskapai penerbangan Indonesia maupun di luar Indonesia. Saya mempunyai semboyan hidup yaitu:
“ NEVER QUIT NEVER GIVE UP, FLY IT TO THE END ”.
