LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT Disusun Oleh : Aditya Ivanda 2012 013 0198 Telah Dipertahankan Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal : 17 Desember 2016
Susunan Tim Penguji : Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Novi Caroko, S.T., M.Eng. NIP. 19791113 200501 1 001
Wahyudi, S.T., M.T. NIK. 19700823199702 123 032
Dosen Penguji
Ir. Aris Widyo Nugroho M.T., PhD NIK. 19700301199509 123 022
Tugas Akhir Ini Telah Diterima Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Tanggal : Mengesahkan, Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Novi Caroko, S.T., M.Eng. NIP. 19791113 200501 1 001
ii
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta,
Aditya Ivanda 2012 013 0198
iii
Motto "Sungguh bersama kesukaran dan keringanan. Karna itu bila kau telah selesai (mengerjakan yang lain). Dan kepada Tuhan, berharaplah" (Q.S Al Insyirah:6-8)
"JASMERAH. Jangan sekali-kali melupakan sejarah" (Ir. Soekarno)
"Jalan terbaik untuk bebas dari masalah adalah dengan memecahkannya" (Alan Saporta)
"Anda tidak bisa mengubah orang lain, Anda harus menjadi perubahan yang Anda harapkan dari orang lain" (Mahatma Gandhi)
"Satu rasa sama rata" (Aditya Ivanda)
iv
PERSEMBAHAN
Dengan segala puja dan puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa dan atas dukungan dan doa dari orang-orang tercinta, akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya. Oleh karena itu, dengan rasa bangga dan bahagia saya sampaikan rasa syukur dan terimakasih saya kepada: -
Kedua orangtuaku, Mulyadi Dahlan dan Siti Warsinah yang selalu mendoakan serta memberikan segalanya untukku dan selalu tidak lupa menyuruhku jangan lupa shalat.
-
Kakak saya Nungki Viandaru, S.Gz. dan Ahmad Syaifudin, S.T. yang senantiasa memberikan dukungan, semangat, senyum dan doa untuk keberhasilan ini, cinta kalian memberikan kobaran semangat yang menggebu.
-
Kerabat saya Ariffah Apriana yang selalu memberikan dukungan dan waktu nya untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Tanpa semangat, dukungan, dan bantuanya tidak mungkin aku sampai disini, terimakasih untuk canda tawa, tangis, dan perjuangan yang kita lewati bersama dan terimakasih untuk kenangan manis yang telah diberikan.
-
Teman seperjuangan Ahmad Sayogo, Erwin Pratama dan teman-teman Teknik Mesin UMY angkatan 2012 yang banyak membantu dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Dengan perjuangan dan kebersamaan kita pasti bisa! Semangat!!! Terimakasih yang sebesar-besarnya untuk kalian semua, akhir kata saya
persembahkan skripsi ini untuk kalian semua dan orang-orang yang saya sayangi. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan berguna untuk kemajuan ilmu pengetahuan di masa yang akan datang, Aamiinnn.
v
PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT Aditya Ivanda INTISARI
Kincir angin merupakan energi yang terbarukan, karena kincir angin mampu menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan energi angin. Akan tetapi pemanfaatan energi angin di Indonesia tergolong rendah, karena belum banyak yang mengembangkan kincir angin dengan kecepatan angin rendah. Salah satu metode untuk mengembangkan kincir angin kecepatan rendah adalah melakukan variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi sudut blade terhadap daya keluaran pada kincir angin. Proses penelitian variasi sudut blade dimulai dengan melakukan persiapan blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom, generator, kabel, sistem elektrikal, dan datalogger. Variabel yang digunakan adalah variasi sudut blade 10˚, 15˚, dan 20˚. Penelitian kincir angin dilakukan di Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul. Pengujian yang dilakukan meliputi pengamatan kecepatan angin dan daya keluaran yang dihasilkan kincir angin. Hasil pengujian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom berpengaruh terhadap daya listrik yang dihasilkan kincir angin. Sudut blade yang menghasilkan daya optimal adalah sudut blade 10˚. Hal ini dikarenakan variasi sudut blade 10˚ nilai efisiensi yang dihasilkan sebesar 25% - 40% pada kecepatan angin 1,5m/s-3m/s. Kata kunci: sudut blade , kecepatan angin, daya
vi
INFLUENCE of VARIATION of the ANGLE of the BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM on the PERFORMANCE of Horizontal Axis WINDMILL Wind Turbines (HAWT) with a CAPACITY of 500 WATT Aditya Ivanda ABSTRACT The Windmill is renewable energy, because the mill was able to produce electrical energy by harnessing the energy of the wind. However, the utilization of wind energy in Indonesia classified as low, because not many who develop windmill with wind speed is low. One of the methods to develop the low-speed windmill is doing a variation of the angle of the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom. The purpose of this research is to know the influence of the variation of the angle of the blade against the power output on the Windmill. The process research of the variation of the angle of the blade begins with preparing the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom, generators, cables, electrical systems, and datalogger. The variables used are a variation of the angle of blade 10˚, 15˚, and 20˚. The research was conducted at windmill Beach New Poncosari Srandakan of Bantul. Testing conducted include observations of wind speed and power output generated windmill. The results of the testing that has been done shows that the variation in the angle of the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom effect on electrical power generated windmill. The angle of the blade that produces optimum power is the angle of blade 10˚. This is due to the variation of the angle of blade 10˚ value the resulting efficiency of 25%-40% in wind speed 1 m/s-3 m/s. Key words: angle blade, wind speed, power
vii
KATA PENGANTAR
Assalaamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Sholawat serta salam semoga tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah menuntun kita dari jaman jahiliyah ke jaman terang benderang yang saat ini kita rasakan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom pada kincir angin Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). Dari penelitian yang dilakukan didapatkan sudut blade yang menghasilkan daya optimal pada kecepatan angin antara 1,5m/s-3m/s adalah sudut blade 10˚ dengan nilai efisiensi antara 20%-40%. Tidak lupa penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak – pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Novi Coroko, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama tugas akhir. 2. Bapak Wahyudi, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama tugas akhir. 3. Ir. Aris Widyo Nugroho M.T., PhD selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan, kritik dan saran. 4. Koordinator Laboraturium, Kepala Laboraturium Proses Produksi, Staff Pengajar, Laboran dan Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. 5. Pengelola Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta
viii
6. Kedua orang tua yang telah membantu dalam terselesaikannya tugas akhir ini. 7. Teman – teman mahasiswa seluruh angkatan jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. 8. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung penulis. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini jauh dari sempurna karena penulis juga mahluk-Nya yang selalu memiliki kekurangan. Semoga Laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Amin Wassalaamu’alikum Warahmatullahi Wabarokatuh.
Yogyakarta, Desember 2016 Penyusun,
Aditya Ivanda
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................. iii HALAMAN MOTTO .......................................................................................... iv HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... v INTISARI ............................................................................................................ vi ABSTRAK .......................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii DAFTAR ISI ......................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ............................................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .......................................................................................... 3 1.3. Batasan Masalah............................................................................................. 3 1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 4 1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................................... 4 1.6. Metode Penulisan ........................................................................................... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI .................................. 5 2.1. Kajian Pustaka................................................................................................ 5 2.2. Dasar Teori ..................................................................................................... 6 2.2.1. Kincir Angin ............................................................................................... 6 2.2.2. Jenis Kincir Angin ...................................................................................... 7 A. Tipe Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) ........................................ 7 B. Tipe Vertikal Axis Wind Turbine (VAWT) ............................................. 8
x
2.2.3. Konsep Dasar Angin ................................................................................... 9 2.2.4. Jenis-Jenis Angin ........................................................................................ 9 2.2.5. Potensi Angin di Indonesia ....................................................................... 11 2.2.6. Karakteristik Kincir Angin ........................................................................ 13 2.2.7. Keuntungan Kincir Angin ......................................................................... 13 2.2.8. Kerugian Kincir Angin .............................................................................. 13 2.2.9. Komponen Utama Kincir Angin ............................................................... 13 A. Poros ..................................................................................................... 13 B. Sudu (Blade) ......................................................................................... 13 C. Transmisi (Gearbox) ............................................................................. 15 D. Generator .............................................................................................. 15 E. Menara ................................................................................................... 16 F. Baterai (Accumulator) ........................................................................... 16 2.2.10. Daya Angin ............................................................................................. 17 2.2.11. Daya Listrik ............................................................................................. 17 2.2.12. Efisiensi Kincir Angin............................................................................. 18
BAB III METODE PENELITIAN...................................................................... 19 3.1. Pendekatan Penelitian .................................................................................. 19 3.2. Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................................... 19 3.3. Bahan Penelitian........................................................................................... 19 3.4. Alat Penelitian .............................................................................................. 20 3.5. Diagram Alir Penelitian ............................................................................... 24 3.6.Tahap Persiapan ............................................................................................ 25 3.7. Tahap Penelitian ........................................................................................... 25 3.7.1. Perakitan Kincir Angin ...................................................................... 25 3.7.2. Merangkai Elektrikal.......................................................................... 26 3.7.3. Mengatur Sudut .................................................................................. 26 3.7.4. Pengamatan Kecepatan Angin ........................................................... 27 3.7.5. Pengamatan Daya ............................................................................... 27
xi
BAB IV Hasil dan Pembahasan .......................................................................... 28 4.1. Spesifikasi Kincir Angin .............................................................................. 28 4.2. Pengujian Kincir Angin ............................................................................... 30 4.2.1. Data Hasil Pengujian ........................................................................... 30
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 45 5.1.Kesimpulan ................................................................................................... 45 5.2.Saran .............................................................................................................. 45
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 46 LAMPIRAN ........................................................................................................ 48
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Jenis Kincir Angin Poros Horizontal ............................................... 7 Gambar 2.2. Jenis Kincir Angin Poros Vertikal .................................................... 8 Gambar 2.3. Peta Potensi angin di Yogyakarta................................................... 12 Gambar 2.4. Bilah (Blade) .................................................................................... 14 Gambar 2.5. Transmisi (gearbox) ....................................................................... 15 Gambar 2.6. Generator ........................................................................................ 15 Gambar 3.1. Gambar teknik blade airfoil Clarky Flat Bottom ........................... 20 Gambar 3.2. Datalogger ..................................................................................... 20 Gambar 3.3. Kabel .............................................................................................. 21 Gambar 3.4. Solder ............................................................................................. 21 Gambar 3.5. Tang................................................................................................ 21 Gambar 3.6. Obeng ............................................................................................. 21 Gambar 3.7. Multi meter ..................................................................................... 22 Gambar 3.8. Volt meter ....................................................................................... 22 Gambar 3.9. Ampere meter ................................................................................. 22 Gambar 3.10. Bolam lampu ................................................................................ 23 Gambar 3.11. Anemometer ................................................................................. 23 Gambar 3.12. Spaner ........................................................................................... 23 Gambar 3.13. Diagram alir tahap penelitian ....................................................... 24 Gambar 3.14. Perakitan elektrikal ....................................................................... 26 Gambar 3.15. Pengaturan sudut blade ................................................................ 27 Gambar 4.1. Kincir angin .................................................................................... 28 Gambar 4.2. Komponen kincir angin .................................................................. 29 Gambar 4.3. Pengaturan sudut blade 10o pada hub ............................................ 30 Gambar 4.4. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu .......................... 33 Gambar 4.5. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya .......................... 33 Gambar 4.6. Pengaturan sudut blade 15o pada hub ............................................ 34 Gambar 4.7. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu .......................... 36
xiii
Gambar 4.8. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya .......................... 37 Gambar 4.9. Pengaturan sudut blade 20o pada hub ............................................ 38 Gambar 4.10. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu ........................ 40 Gambar 4.11. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya ........................ 41 Gambar 4.12. Grafik Hubungan Efisiensi Dengan Kecepatan Angin ................ 42 Gambar 4.13. Diagram efisiensi rata-rata sudut blade 10o, 15o, dan 20o ............ 42 Gambar 4.14. Skema beda luas sudut blade 10o, 15o, dan 20o............................ 43
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kondisi Angin di Indonesia ............................................................. 12 Tabel 4.1. Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 10o .................... 31 Tabel 4.2. Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 15o .................... 34 Tabel 4.3. Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 20o .................... 38 Tabel 4.4. Perbandingan luas penampang blade .............................................. 44
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data kecepatan angin setiap 10 menit .......................................... 48 Lampiran 2. Datalogger setiap 10 detik ........................................................... 48 Lampiran 3. Tabel propertis udara tekanan 1 atm ............................................ 49 Lampiran 4. Dokumentasi ................................................................................ 50
xvi
