PERANCANGAN ALAT SKALA LAB. TURBIN ANGIN POROS HORIZONTAL TERHADAP KECEPATAN ANGIN RENDAH
S K R I P S I
Diajukan Untuk Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 Pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Tridinanti Palembang
Disusun:
Rifqi Rahmatullah 1802220006
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TRIDINANTI PALEMBANG 2022
Plagiarism Checker X Originality Report
Similarity Found: 21%
Date: Rabu, Oktober 05, 2022
Statistics: 1185 words Plagiarized / 5649 Total words
Remarks: Medium Plagiarism Detected - Your Document needs Selective Improvement.
--- 1 BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang Kebutuhan energy di dunia terus meningkat, hal ini disebabkan oleh pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola
konsumsi energy yang semakin meningkat. Berdasarkan sumber Pengelolaan Energy Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, bahwa 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 waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.
Sementara tingginya kebutuhan migas tidak di imbangi oleh kapasitas produksinya sehingga menyebabkan kelangkaan migas dihampir semua Negara. Oleh karena itu semua Negara berpacu untuk menciptakan / mengembangkan energy dari sumber energy baru dan terbarukan. Salah satu sumber energy baru dan terbarukan yang dipilih adalah energy angin. Energi angin merupakan sumber daya alam yang dapat diperoleh secara cuma-cuma yang jumlahnya melimpah dan tersedia terus-menerus sepanjang tahun. Indonesia merupakan Negara kepulauan yang memiliki sekitar 17.500 pulau dengan panjang garis pantai lebih dari 81.290 km.
Indonesia memiliki potensi energy angin yang sangat besar sekitar 9,3 GW 2 dan total Kapasitas yang baru terpasang saat ini baru sekitar 0,5 MW (Daryanto 2007)
Perkembangan energy angin di Indonesia untuk saat ini masih tergolong rendah. Salah satu penyebabnya adalah karena kecepatan angin rata-rata di wilayah Indonesia
tergolong kecepatan angin rendah yaitu berkisar antara 3 m/s hingga 5 m/s sehingga sulit untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar. Meskipun demikian, potensi angin di Indonesia tersedia hampir sepanjang tahun sehingga memungkinkan untuk dikembangkan system pembangkit listrik skala kecil Angin merupakan udara yang
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadiran Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya skripsi ini dapat terselesaikan. Skripsi yang berjudul Perancangan Alat Skala Lab. Turbin Angin Poros Horizontal Terhadap Kecepatan Angin Rendah dibuat sebagai salah satu syrat untuk mendapat gelar Sarjana Strata Satu di Universitas Tridinanti Palembang. Meskipun penyusunnan telah selesai, tetap disadari skripsi ini masih jauh dari kata sempurna baik dari materi, penyajian maupun bahasannya. Oleh karena itu sangat diharapkan adanya kritik dan saran yang sifatnya membangun guna kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata perkenakanlah untuk menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada pihak – pihak yang telah membantu dalam penyusunnan skripsi ini, baik secara langsung maupun tidak langsung. Khususnya kepada :
1. Ibu Dr. Hj. Manisah, MP. Selaku Rektor UTP
2. Bapak Ir. Zulkarnain Fatoni, MT, MM. selaku Dekan Fakultas Teknik UTP
3. Bapak Ir. H. M. Lazim, MT. Selaku Ketua Prodi Teknik Mesin UTP
4. Bapak Martin Luther King, ST,. MT. Selaku sekertaris Prodi Teknik Mesin UTP
5. Bapak Ir. Hermanto Ali, MT. Selaku Dosen Pembimbing I
6. Bapak Ir. R. Kohar, MT. Selaku Pembimbing II.
iii
7. Seluruh Staf Dosen Prodi Teknik Mesin UTP yang tidak bisa disebut satu persatu
8. Serta keluarga dan sahabat-sahabat yang telah memberikan semangat dan masukan yang sangat berarti buat saya.
Akhir kata dengan kerendahan hati, semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan bagi para pembaca dan semua pihak yang berkepentingan.
Palembang, Oktober 2022
Penulis
i
Persembahan
Tulisan ini kupersembahkan untuk kedua Orang Tuaku, papa dan (ALM) mama yang tercinta, Saudara-saudaraku dan Sahabat-sahabatku dari angkatan 2018 maupun yang lainnya, yang telah banyak berkorban baik moral maupun materi demi selesainya tulisan ini. Tida kata yang dapat kuucapkan selain terima kasih yang setulus tulusnya kepada kalian semua.
Motto :
Saya tidak sepantasnya mengatakan semua yang saya ketahui.
Namun seharusnya,
saya mengetahui apa yang saya katakana.
iv DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL
Lembar Pernyataan Keaslian Skripsi ... i
Persembahan ... i
Motto ... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ...ix
Abstrak ... x
BAB I : PENDAHULUAN ... 1
LatarBelakang ... 1
RumusanMasalah ... 3
BatasanMasalah ... 3
Tujuan ... 4
Manfaat ... 4
BAB II :TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Energi Angin ... 5
2.1.1 Kecepatan Angin ... 9
2.1.2 Ketersediaan Daya Angin ... 10
2.2 Definisi Turbin Angin ... 11
2.2.1 Klasifikasi Turbin Angin ... 12
v
2.2.2 Turbin Angin Sumbuh Horizontal (TASH) ... 12
2.3 Koefesien BETZ ... 14
2.3.1 Perhitungan daya ... 16
2.3.2 Tip-Speed Ratio ... 16
2.3.3 Gesekan Angin... 17
2.3.4 Perancang Bentuk dan Jumlah Bilah ... 18
2.3.5 Profil Airfoil ... 19
2.4 Generator ... 20
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN ... 21
3.1 Diagram Alir ... 21
3.2 Metode Penelitian ... 22
3.2.1 Studi Pustaka/ Linteratur ... 22
3.2.2 Studi Lapangan ... 22
3.3 Rancangan Alat ... 22
3.4 Komponen Utama Alat Skala Leb Turbin Angin dan cara kerja ... 23
3.4.1 Komponen Utama Alat Skala Leb Turbin Angin Poros Horizontal ... 23
3.4.2 Cara kerja ... 28
3.5 Alat yang di gunakan ... 28
3.6 Prosedur Penelitian ... 29
3.6.1 Prosedur pembuattan alat ... 29
3.6.2 Prosedur pengujian alat ... 31
3.7 Tempat dan waktu penelitian ... 33
3.7.1 Tempat Pembuatan Alat ... 33
vi
3.7.2 Waktu ... 33
BAB IV : PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN... 34
4.1 Perhitungan ... 36
4.1.1 Luas penampang yang digunakan ... 36
4.2.1 Penentuan Diameter Rotor ... 37
4.3.1 Ketersediaan Daya ... 37
4.4.1 Tip-Sped Ratio ... 39
4.2 Perhitungan daya ... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 46
5.1 Kesimpulan ... 46
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kurva Yang dihasilkan Daya rotor dan Torsi Rotor ... 12
Gambar 2.2 Turbin TASH ... 13
Gambar 2.3 Kurva hubungan koefisien daya, Cp, dan tip speed ratio ... 14
Gambar 2.4 Tiga opsi bentuk bilah ... 18
Gambar 2.5 Geometri Airfoil Simulasi ... 19
Gambar 3.1 Diagram alir penelitihan ... 21
Gambar 3.2 Rancang alat ... 23
Gambar 3.3 Rumah turbin ... 24
Gambar 3.4 Mainframe propeller ... 24
Gambar 3.5 Bentuk dan tipe blade horizontal ... 25
Gambar 3.6 Generator ... 26
Gambar 3.7 Dudukan Generator ... 26
Gambar 3.8 Pipa conector ... 26
Gambar 3. 9 Modul step down XL 4015 ... 27
Gambar 3.10 Kerangka ... 27
Gambar 4.1 Kurva putaran pada turbin angin dengan bila 3, 4, dan 5. ... 36
Gambar 4.2 Kurva kecepatan dan energy yang dihasilkan... 45
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Skala Angin Beaufort ... 9
Tabel 2.2 Tinggi kekasaran permukaan sesuai keadaan lokasi ... 10
Tabel 2.3 Keadaan lapangan dan konstanta exponen ... 18
Tabel 2.5 Spesifikasi generator ... 20
Tabel 4.1 Data hasil pengukuran pada dimensi turbin angin... 34
Tabel 4.2 Data kecepatan angin masuk dan keluar pada kipas angin. ... 35
Tabel 4.3 Putaran pada turbin angin dengan bila 3, 4, dan 5. ... 35
Tabel 4.4 Tabel rata-rata pengujian turbin angin bila 3, 4, dan 5. ... 44
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Pembuatan Alat... L1 Form Kartu Konsultasi Bimbingan Skripsi ... L2 Surat Keputusan Bimbingan Skripsi ... L3 Form Catatan Perbaikan dan Koreksi Sidang Sarjana ... L4 Surat Keterangan Izin Pembimbing Skripsi Untuk Sidang Sarjana ... L5 Surat Biodata Mahasiswa Sidang Sarjana ... L6 Permohonan Mengikuti Sidang Sarjana ... L7 Lembar Persetujuan Perbaikan Sidang Sarjana ... L8 Surat Pernyataan Bebas Plagiat ... L9
x Abstrak
Turbin angin adalah suatu alat yang mampu mengubah energi angin menjadi energi mekanik dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik melalui generator.
Turbin angin poros horizontal ini dapat ditingkatkan efisiensinya untuk mendapat koefesien daya yang maksimal. Salah satunya menggunakan sudu berjumlah banyak. Efisiensi system yang maksimal ini akan meningkatkan jumlah watt (daya) yang dihasilkan sehingga untuk mendapatkan jumlah watt tertentu cukup dengan menggunakan jumlah kincir angin yang lebih sedikit
Objek penelitihan ini adalah pengujian performansi turbin angin poros horizontal dengan variasi jumlah blade yang berbedah ditinjau dari efisiensi system dan Tip Speed Ratio (TSR). Pengujian dilakukan dengan sumber angin berasal dari kipas angin . kecepatan angin yang digunakan yaitu 2,6 m/s sampai 3,1 m/s serta variasi jumlah blade 3,4, dan 5.
Hasil penelitihan menunjukan bahwan n terbaik diperoleh pada kecepatan angin maksima 2,8 m/s dan jumlah blade 4. Sedangkan untuk nilai terkecil n di peroleh pada kecepatan angin 2,6 m/s pada jumlah blade 3.
Kata Kunci : Turbin Angin Poros Horizontal Dengan Blader 3, 4, dan
Abstract
A axis wind turbine can be increased in efficiency to get maximum power coefficient. One of them uses a large number of blades. This maximum system efficiency will increase the number of watts (power) produced so that to get a certain number of watts it is enough to use fewer windmills.
The object of this research is to test the performance of a horizontal axis wind turbine with variations in the number of different blades in terms of system efficiency and Tip Speed Ratio (TSR). The test is carried out with the wind source coming from the fan. The wind speed used is 2.6 m/s to 3.1 m/s and variations in the number of blades are 3,4, and 5.
The results showed that the best n was obtained at a maximum wind speed of 2.8 m/s and the number of blades 4. while the smallest value of n was obtained at a wind speed of 2.6 m/s on the number of blades 3.
wind turbine is a device that can convert wind energy into mechanical energy and then convert it into electrical energy through a generator. This horizontal
Keywords : Horizontal Shaft Wind Turbine With Bladers 3, 4, and 5.
1 BAB I PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang
Kebutuhan energy di dunia terus meningkat, hal ini disebabkan oleh pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energy yang semakin meningkat. Berdasarkan sumber Pengelolaan Energy Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, bahwa 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 waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.
Sementara tingginya kebutuhan migas tidak di imbangi oleh kapasitas produksinya sehingga menyebabkan kelangkaan migas dihampir semua Negara. Oleh karena itu semua Negara berpacu untuk menciptakan / mengembangkan energy dari sumber energy baru dan terbarukan. Salah satu sumber energy baru dan terbarukan yang dipilih adalah energy angin.
Energi angin merupakan sumber daya alam yang dapat diperoleh secara cuma-cuma yang jumlahnya melimpah dan tersedia terus-menerus sepanjang tahun. Indonesia merupakan Negara kepulauan yang memiliki sekitar 17.500 pulau dengan panjang garis pantai lebih dari 81.290 km.
Indonesia memiliki potensi energy angin yang sangat besar sekitar 9,3 GW
2
dan total Kapasitas yang baru terpasang saat ini baru sekitar 0,5 MW (Daryanto 2007)
Perkembangan energy angin di Indonesia untuk saat ini masih tergolong rendah. Salah satu penyebabnya adalah karena kecepatan angin rata-rata di wilayah Indonesia tergolong kecepatan angin rendah yaitu berkisar antara 3 m/s hingga 5 m/s sehingga sulit untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar. Meskipun demikian, potensi angin di Indonesia tersedia hampir sepanjang tahun sehingga memungkinkan untuk dikembangkan system pembangkit listrik skala kecil
Angin merupakan udara yang bergerak disebabkan adanya perbedaan tekanan Udara yang mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan lebih rendah. Perbedaan tekanan udara dipengaruhi oleh sinar matahari. Daerah yang banyak terkena paparan sinar matahari akan memiliki temperature yang lebih tinggi daripada daerah yang sedikit terkena paparan sinar matahari. Menurut hukum gas ideal, temperature berbanding terbalik dengan tekanan, dimana temperatur yang tinggi akan memiliki tekanan yang rendah demikian sebaliknya.
Pada penelitihan kali ini, penulis akan melakukan “Perancangan Alat Skala Lab Turbin Angin Poros Horizontal Terhadap Kecepattan Angin Rendah “.Terkait dengan kecepatan angin yang selalu tidak konstan, maka penulis akan melakukan pengujian dengan menggunakan media kipas angin yang diatur jaraknya dari poros turbin yaitu 150 cm.
3
Pengaturan jarak tersebut ialah untuk mengetahui kecepatan angin, tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh generator yang berbeda-beda.
1. 2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka, rumusan masalah yang di dapat sebagai berikut :
Seberapa besarkah daya listrik yang dihasilkan dengan memvariasikan jumlah blade pada turbin angin?
1. 3 Batasan Masalah
Berdasarkan permasalahan di atas, maka penulis membatasi masalah sebagai berikut :
a. Pemilhan bahan dan perhitungan komponen alat.
b. Tidak ada pembahasan tentang perhitungan kerangka sudu dan bilah turbin.
c. Pembangkit listrik Arus Searah (DC) menggunakan Generator dengan kapasitas 5-90 Volt 30 Watt.
d. Hardware yang dipakai hanya sebatas, pembacaan Arus Tegangan, Digital Tachometer, Digital Anemometer.
e. Pemakaian beban menggunakan Lampu LED SDC 5 Watt Clear DC 12 volt.
f. Tidak ada pembuatan proteksi (pengereman) jika turbin terjadi putaran tinggi melebihi kapasitas generator.
4
1. 4 Tujuan
Adapun tujuan yang akan dicapai dalam perancangan alat ini adalah sebagai berikut :
a. Tujuan penelitian ini yaitu membuat prototipe turbin angin horizontal sederhana, serta mempelajari pengaruh kecepatan angin yang dibutuhkan untuk mencapai tegangan 12 Volt DC
b. Mengetahui pengaruh jumlah blade terhadap kinerja turbin dan daya listrik yang di hasilkan.
1. 5 Manfaat
Adapun manfaat dari perancangan alat skala leb turbin angin poros horizontal terhadap kecepataan angin rendah ini sebagai berikut :
a. Mendapatkan hasil alat praktik turbin angin horizontal sederhana.
b. Mendapatkan data perbandingan jumlah blade yang digunakan dan daya listrik yang dihasilkan.
c. Untuk penggunaan praktik lab konversi energi yang akan datang.
47
DAFTAR PUSTAKA
1. Burhannudin Dahlan, Endarko, M.Si, Ph.D. Fisika Instrumentasi. Surabaya:
rancang bangun baling-baling kincir angin menggunakan naca 4412 dan 4415 dari bahan kayu mahoni, 2016.
2. Embang, Jakataru David. "Analisi 2D AirFoil NACA 4412 Menggunakan Computational Fluid Dynamic pada Variasi bilangan mach dan sudut serang."
3. https://repository.usd.ac.id/. Agusutus 12, 2016. https://repository.usd.ac.id/.
4. Lina. 1113201039-Master_Theses.pdf. desembe 16, 2012.
5. OpankApip. jiptummpp-gdl-mnaufalafi. April 02, 2017.
6. P., Muhamad Rizki Agil. file:///D:/FILE%20DOWNLOAD/10212-27200-2- PB.pdf. maret 04, 2021.
7. SAPTO, AGUNG DWI. "Jurusan Teknik Mesin." UJI COBA PERFORMA BENTUK AIRFOIL MENGGUNAKAN SOFTWARE QBLADE, 2021.
8. Firman Aryanto, Made Mara, Made Nuarsa. "PENGARUH KECEPATAN ANGIN DAN VARIASI JUMLAH SUDU TERHADAP UNJUK KERJA TURBIN ANGIN POROS HORIZONTAL." Home > Vol 3, No 1 (2013)
> Aryanto 3 (2013): 50-59.
9. Himran, Syukri. Energi Angin. Yogyakarta: Yogyakarta Jl. Beo 38-40, 2019.
10. Lysen, E.H. Introduction wind energy. Netherlands: CWD is Netherlands programe for Development Cooperation, 1983.
11.WILLIAM C. REYNOLDS, HENRY C. PERKINS. ENGINEERING THERMODYNAMICS. Jakarta Pusat: ERLANGGA, 1982.
