PERANCANGAN SUDU TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE LENZ DAYA POROS 45 WATT
TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
WIRAMARTAS RACHMAT 07510011
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2012
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN SUDU TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE LENZ DAYA POROS 45 WATT
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Telah Diperiksa & Disetujui Oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
( Ir. Trihono Sewoyo, MT )
( Ir. Ali Saifullah, MT )
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin
( Ir. Mulyono, MT )
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahi Rabbil Alamin, Segala Puji Bagi-Mu Ya Rabb, Pemberi Cinta Paling Hakiki, Yang Senantiasa Menyiapkan Rencana Sempurna untuk hamba-Mu ini, tak ada yang bisa hamba ucapkan selain kalimat terindah di atas untuk segala pemberian terbaik : orangtua terbaik, kakak - kakak terbaik, adik terbaik, sahabat - sahabat terbaik, pembimbing skripsi terbaik, dan figur attachment terbaik. Puji syukurku atas-Mu yang telah memudahkan segala kesulitan, melapangkan segala kesempitan, menenangkan segala kegundahan, serta memberi petunjuk atas segala kebuntuan. Tak ada habisnya jika diri ini mengingat seluruh cinta dan kebaikan yang Engkau berikan, Ya Rabb. Penulis merasa bersyukur dengan terselesaikannya tugas akhir ini dengan tema “Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Sudu TurbinAngin Sumbu Vertikal Type Lenz DayaPoros 45watt” setelah hampir setahun waktu berlalu.Satu pelajaran penting yang penulis dapatkan adalah “Keberhasilan dalam menggapai harapan harus dimulai dengan langkah awal yang mungkin tidak akan mudah.” Harapan penulis adalah perancangan konseptual ini bisa menjadi langkah awal guna menjadi seorang engineering yang bisa memberikan jalan keluar dari masalah
yang
dihadapi
khususnya
yang
berkaitan
dengan
bidang
perancangankonseptual produk. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih setulustulusnya atas segala dukungan, bantuan, dan bimbingan dari beberapa pihak selama proses studi dan juga selama proses penyusunan skripsi ini.
vii
Penghargaan sudah selayaknya diberikan pada kedua orangtua penulis di Tarakan ( Kalimantan timur ), mamaku (MasdaniahRachmat),yang telah meminjamkan jantungnya untuk diri ini bernafas selama sembilan bulan serta bertaruh nyawa demi melahirkanku, dan Papaku ( RachmatNasir, SE ), yang telahmemberikanmasukan-masukan yang membuatpenulismengertiakanhal-hal yang baru. Terima kasih atas segala doa, cinta, perhatian, serta pengertian yang diberikan untuk penulis. Selanjutnya, penghargaan penulis sampaikan kepada ( Ir. Trihono Sewoyo, MT. ) dan ( Ir.Ali Saifullah, MT ) pembimbing skripsi terbaik yang pernah ada, sekaligus konselor terbaik yang “menyadarkan” penulis bahwa hidup terlalu indah untuk disia - siakan danterusmemberisemangatdannasehat agar terusmaumemberikan yang terbaik di kehidupanini. Di tengah kebingungan penulis, dialah yang paling berperan dalam penentuan tema skripsi ini, sehingga sudah sepatutnya, penulis mengucap syukur atas ketentuan-Nya mempertemukan kami dalam penulisan skripsi ini. Terima kasih banyak untuk waktu, tenaga, pikiran, serta curahan perhatian yang bapak berikan pada penulis. Tidak banyak yang bisa penulis lakukan untuk membalas segenapkebaikanbapak sepanjang waktu ini, salutuntukkeduadosen pembimbingku. Selanjutnya untuk saudara – saudaraku, paman kudan tanteku( R. Megasari, Rania Indah L, M. Kurniawan,PinkanUtami, Adam Kurniawan, Om Badu, Tante Damra),yang tiada hentinya memberikan dukungan, baik dalam bentuk moril maupun materi. Selain dari dukungan itu,tetanggaku menjadi penyemangat tersendiri untuk memperoleh indeks prestasi yang lebih baik dari mereka – mereka dan Syukur Alhamdullillah akhirnya dapat tercapai.
viii
AMIN....Selanjutnya, penulis berikan penghargaan kepada ( Ir. Mulyono, MT )selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, ( Ir. Sudarman, MT ) selaku DekanFakultasTeknikdandosenwalisayasendiri.
sertaparadosenpembimbing
akademik Jurusan Teknik Mesin angkatan tahun 2007 curahan ilmu pengetahuan selama masa studi dan bersedia menjadi pendengar atas keluh kesah penulis selama menjalani masa studi. Serta untuktemantemankuditarakan, Ardi, Anto Panjang, Icol, Danoi, Tomo, Asnawi Kendor, Filman Kecil, Gustai Kering, Ismal Gendon dan teman teman yang lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis,banyakhal yang telahkalianberikan, doronganmotivasi, perhatianselamainiterimakasih!! Untuk sahabat-sahabat penulis di Jurusan Teknik Mesin UMM, Kera Nisem ( 07A) yang empat setengah tahun terakhir menemani penulis di saat senang maupun sedih, teman – teman se-bimbingan ( anggotanya Pak Tri : Ulum Oktavianto, Ananta Dedy Putraf, Rizqi Hadi’I, Rica Budi Valianto, Mashud Badarudin, Puja Kharisma, Dhita Angga Kusuma, Hendy Wahyu Oktavianto, Totok Sardianto, Arif Tri Cahyono, Muhammad Lutfi, Candra Fajar Prasetya, Rizka Arif Bachtiar, Nur Aziz Riadi, teman – teman “ 2007” A yang lainnya yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih banyak atas kerja samanya dalam penyelesaiaan tugas akhir ini dansegala bantuan teman – teman selama menjalani masa studi dan waktu-waktu indah yang kita lalui bersama, serta maafkan segala sikap saya yang tidak berkenan. Tiada kata yang paling pantas untuk mengukir besarnya sumbangsih teman - teman dalam penulisan Skripsi ini, tentunya ucapan terima kasih tidak akan pernah cukup untuk membalas sumbangsih teman - teman.
ix
Penulis juga sangat berterima kasih kepada para pencipta lagu, dengan lagu mereka penulis dapat menikmati alunan musik sambil menyelesaikan tulisan skripsi ini serta terimakasih tarhadap Bill Gates, yang menciptakan Mirosoft yang penulis gunakan untuk mengetikskripsi, juga kepada Thomas Alpha Edison, yang telah menciptakan lampu yang menemani penulis membaca di malam hari, penemu Modem sehingga penulis tidak perlu lagi mencari data ke warnet warnet hingga larut malam, dan kepada penemu-penemu lainnya yang sangat berjasa, bukan hanya untuk penulis, namun kepada semua pembuat skripsi didunia. Akhirnya, untuk figur attachmentpenulis yang paling sering terlintas di pikiran saat diri ini sedang tidak tahu harus berbuat apa dalam perjalanan menyelesaikan tugas akhir ini ( Merk tidak di sebutkan).Terima kasih banyak untuk segenap doa, motivasi, telinga yang selalu setia mendengar segala keluh kesah penulis, serta untuk setiap usaha yang dilakukan demi memenuhi harapanharapan penulis. Banyak hal yang terjadi selama lima tahun terakhir, keceriaan dan air mata.Semoga akhirnya dapat mendewasakan kita ( berdua, bertiga, berempat, berlima, etc). Untuk pertemuan kita dan apa pun kehendak-Nya, akan arah hubungan kita selanjutnya.Penulis kembali mengucap syukur, yakin itu adalah bagian dari rencana sempurna-Nya. Skripsi ini penulis persembahkan untuk setiap individu yang pernah mengecap manisnya cinta, dan lebih khusus, untuk mereka yang juga merasakan pahit getirnya pengalaman hidup karena cinta. Ingatlah, bahwa rasa pahit itu ada dimaksudkan agar kita dapat mengenali rasa manis. “Ya Rabb kami, tiadalah Engkau menciptakan sesuatu dengan sia-sia … “ (Q.S. Al-Baqarah:191). Semoga skripsi ini dengan segala keterbatasannya dapat bermanfaat bagi pembaca
x
sekalian. Kritik, saran, pertanyaan, atau apa pun berkaitan dengan skripsi ini dapat dialamatkan ke accounte-mail penulis (
[email protected] ). Sekali lagi, terima kasih untuk semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis dalam pengerjaan skripsi ini, kebaikan yang kalian berikan semoga dibalas-Nya dengan lebih banyak kebaikan. Penulis sadar bahwa tulisan ini masih sangat sederhana, oleh karena itu saran-saran demi perbaikan akan diterima dengan senang hati. Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan dapat menambah wawasan bagi penulis dan bagi pembaca umumnya. Semoga Allah SWT senantiasa membimbing kita menuju jalan-Nya dan melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya. AMIN...
Malang, Januari 2012
Penulis
xi
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR JUDUL ............................................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. ii LEMBAR KONSULTASI/ASISTENSI .......................................................... iii LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT..............................iv ABSTRAKSI INDONESIA .............................................................................. v ABSTRAKSI INGGRIS ................................................................................... vi KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii DAFTAR ISI...................................................................................................... xii DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR. ........................................................................................ xiii BAB I
PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang ............................................................................ 1 1.2 RumusanMasalah ....................................................................... 2 1.3 TujuanPerancangan .................................................................... 2 1.4 Manfaat Perancangan ................................................................. 3 1.5 BatasanMasalah ......................................................................... 3 1.6 Konsep Perancangan .................................................................. 3 1.6.1 Turbin Angin 3 Sudu Tipe Lenz ........................................ 4 1.6.1.1 Penentuan Kebutuhan Pengguna ................................ 4 1.6.1.2 Desain Turbin Angin Tipe Lenz ................................. 4
BAB II
1.6.1.2.1
Sudu ................................................................ 5
1.6.1.2.2
Rib .................................................................. 5
1.6.1.2.3
Poros ............................................................... 7
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Angin ....................................................................... 8 2.2 Turbin Angin .............................................................................. 15 2.2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) ......................... 15
xii
2.2.1.1 Kelebihan TASH ........................................................ 16 2.2.1.2 Kelemahan TASH ...................................................... 16 2.2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) ............................. 17 2.2.2.1 Kelebihan TASV ........................................................ 19 2.2.2.2 Kelemahan TASV ...................................................... 20 2.3 Bagian Bagian Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Lenz ......... 20 2.3.1 Blade .................................................................................. 20 2.3.2 Sayap ................................................................................. 22 2.3.3 Poros .................................................................................. 24 2.4
Perencanaan Blade Turbin Lenz ............................................... 24
2.4.1 Kecepatan Sudut (Angular Velocity) ................................ 26 2.4.2 Gaya Hambat (Drag Force) ............................................... 27 2.4.3 Torsi (Torque) ................................................................... 27 2.4.4 Kecepatan Liniear Ujung Sudu (Tip Velocity).................. 28 2.4.5 Putaran Rotor Blade .......................................................... 29
BAB III
2.5
Generator .................................................................................. 31
2.6
Battery ...................................................................................... 32
PERANCANGAN BLADE TURBIN ANGIN TIPE LENZ 3.1
Penentuan Daya Lampu ............................................................. 33
3.2
Penentuan Daya Generator ........................................................ 35
3.3
Perhitungan Dimensi Sudu Turbin Lenz ................................... 37
3.3.1 Dimensi Sayap Blade ......................................................... 39 3.3.2 Kecepatan Sudut (Angular Velocity) ................................. 41 3.3.3 Gaya Hambat (Drag Force) ................................................ 42 3.3.4 Torsi (Torque) .................................................................... 43 3.3.5 Kecepatan Liniear Ujung Sudu (Tip Velocity)................... 44 3.3.6 Putaran Rotor Blade ........................................................... 44 BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN 4.1
Kesimpulan ............................................................................... 47
4.2
Saran ......................................................................................... 47
xiii
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN GAMBAR DESAIN RIWAYAT HIDUP NASKAHPUBLIKASI POSTER
xiv
DAFTAR TABEL
2.1 Kecepatan dan fenomena angin ...................................................................... 9 2.2 Syarat –syaratkondisidanangin ....................................................................... 10 2.3 Dataklimatologi ............................................................................................... 12 2.4 Pasangankumparan-magnet generator 3 fasa .................................................. 30
xv
DAFTAR GAMBAR
1.1
TurbinAngin 3 SuduTipe Lenz ............................................................. 4
1.2
Sudu Lenz................................................ ............................................. 5
1.3
Rib dan Penutup rib..................... ......................................................... 6
1.4
DesainSudutKemiringanSayapTurbinLenz......................................6
1.5
Poros Tengah Pada Blade.................................................................... . 7
2.1
Turbin Angin Sumbu Horisontal................ .......................................... 16
2.2
Turbin Angin Sumbu Vertikal...............................................................18
2.3
Perbandingan Arah Angin Pada Turbin Angin ”Sumbu Horisontal Dengan Turbin Angin Sumbu vertikal Lenz”................................... ... 19
2.4
Blade.................................................................................................... . 21
2.5
TitikKeseimbanganTurbin.. .................................................................. 22
2.6
DimensiSayap ....................................................................................... 23
2.7
Rib ........................................................................................................ 23
2.8
Susunan Generator Fluksi Aksial ......................................................... 31
2.9
Diameter Dan TinggiBlade Turbin ...................................................... 39
3.1
DimensiSayap ....................................................................................... 40
3.2
Rib danTinggiSayap ............................................................................. 41
xvi
DAFTAR PUSTAKA
1. Adam F, “Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Sumbu Vertikal Model Helix Daya 100 Watt sebagai Alternatif Penerangan Jalan Umum” 2003 2. Badan Meteorologi dan geofisika “Stasiun Klimatologi Karang Ploso”. 3. Cahyo. Fajar,dkk ”Perancangan, Pembuatan Dan Pengujian Turbin Angin Tipe Helix Untuk Lampu Penerangan Jalan” 2011. 4. Piggot H, "The Permanent Magnet Generator (PMG): A Manual for Manufacturers and Developers", Scoraige Wind Electric, 2001. 5. Ramdani. “Analisa Tower Jenis Guyed Tilt Up Pada Turbin Angin Sumbu Vertikal Sudu Tipe Helix Dengan Program Berbasis F.E.M” 2011. 6. Reksoatmodjo T “Vertical-Axis Differential Drag Windmill”, Oktober 2, 2004 7. Steven Fahey, “Basic Principles Of The Homemade Axial Flux Alternator”, 2006. 8. Sularso, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”, Edisi 3 Erlangga Jakarta, 1987. 9. Toomey M, “Individual Trade Study for Table Energy System”, February 29, 2008. 10. Wakil El, “Power Plant Technology”, Mc Graw-Hill,Inc.,USA,1987. 11. http://en.m.wikipedia.org/wiki/vertical_axis_wind_turbine 12. http://en.m.wikipedia.org/wiki/wind_turbine_aerodynamics
13. http://www.edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Modul%20Onl ine/view&id=132&uniq=all 14. http://id.wikipedia.org/wiki/Angin 15. http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin 16. http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin 17. http://id.m.wikipedia.org/wiki/torsi 18. http://mimpiximajinasi.blogspot.com/2009/12/tenaga-angin.html 19. http://www.daviddarling.info/encyclopedia/H/AE_hub_height.html 20. http://www.windstuffnow.com/main/lenz2_turbine.htm 21. http://www.windstuffnow.com/main/vawt.htm
