UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN SAVONIUS SKRIPSI

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN SAVONIUS

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : YASIR DENHAS NIM. I 0408072

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 commit to user


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK

UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN SAVONIUS Yasir Denhas Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Email: [email protected]

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah dan sudut kemiringan dari guide vane pada turbin angin Savonius. Guide vane ditempatkan di sekitar turbin Savonius untuk mengurangi torsi negatif yang dihasilkan sudu cembung dan mengarahkan angin ke sudu cekung turbin. Pemodelan dibuat skala laboratorium dengan diameter turbin 200 mm dan tinggi 180 mm. Variasi jumlah dan sudut kemiringan guide vane diuji pada penelitian ini. Hasil penelitian menunjukkan turbin Savonius dengan guide vane menghasilkan daya yang lebih besar dibanding turbin Savonius tanpa guide vane. Peningkatan daya maksimal terjadi pada variasi 6 jumlah guide vane dengan kemiringan 60o. Turbin tanpa pengarah menghasilkan kecepatan putaran 346,2 rpm dengan daya 303,6 x10-3 watt sedangkan pada variasi ini turbin menghasilkan kecepatan putaran 538,4 rpm dengan daya 746,5 x10-3 watt, peningkatan daya yang dihasilkan oleh guide vane pada variasi ini mencapai 146%. Performa dari turbin Savonius dapat ditingkatkan dengan mengaplikasikan guide vane pada jumlah dan sudut kemiringan tertentu. Kata kunci: Savonius, guide vane, daya

commit to user

iv


digilib.uns.ac.id

ABSTRACT

EXPERIMENTAL STUDY ON EFFECT OF GUIDE VANE TOWARD PERFORMANCE OF SAVONIUS WIND TURBINE Yasir Denhas Mechanical Engineering Department Sebelas Maret University [email protected]

The purpose of this experiment is to know the effect of numbers and angle of attack of guide vane when applied on Savonius wind turbine. Guide vane was placed around Savonius turbine to preventing negative torque generated by convex blade and led up the wind to the concave blade. The model of turbine is made on scale down with 200 mm diameter and 180 mm height. Variation of numbers and angle of attack of guide vane was tested on this experiment. The result shows that Savonius wind turbine with guide vane attached has higher power than Savonius turbine without guide vane. The maximum power increase happen on 6 vanes and 60° angle variation. Turbine without guide vane produced 346,2 rpm rotation speed and 303,6 x10-3 watt in power, turbine with guide vane in this variation produced 538,4 rpm rotation speed and 746,5 x10-3 watt in power, the power increased is about 146%. Performance of Savonius wind turbine could be improved with a suitable guide vane arrangement. Keywords: Savonius, guide vane, power

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Skripsi “Uji Ekseprimental Pengaruh Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) Terhadap Daya pada Turbin Savonius” ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada : 1.

Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD selaku Pembimbing I yang senantiasa memberikan nasehat, arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini

2.

Bapak Eko Prasetya Budiana, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.

3.

Bapak Purwadi Joko Widodo, ST, M.Kom selaku pembimbing akademik yang telah berperan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Sebelas Maret ini.

4.

Bapak Agung Tri Wijayanta, ST, M.Eng, Ph.D. dan bapak Dr. Budi Santoso, ST, MT selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi saran yang membangun.

5.

Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST. MT., selaku koordinator Tugas Akhir.

6.

Bapak Dr. Dwi Aries, ST, MT, selaku Kepala Laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika UNS yang telah memberikan izin serta fasilitas yang sangat berguna bagi penulis.

7.

Seluruh Dosen serta Staff di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1. commit to user

vi


8.

digilib.uns.ac.id

Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu, motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.

9.

Teman-teman Cosinus 08 beserta kakak dan adik angkatan di teknik mesin UNS.

10.

Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Surakarta, Januari 2015

Penulis

commit to user

vii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI Halaman Judul ......................................................................................................... i Surat Penugasan ..................................................................................................... ii Halaman Pengesahan ............................................................................................ iii Abstrak ................................................................................................................... iv Kata Pengantar ....................................................................................................... vi Daftar Isi............................................................................................................... viii Daftar Gambar .........................................................................................................x Daftar Tabel ......................................................................................................... xii Daftar Notasi ........................................................................................................ xiii BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1 1.1. Latar belakang .......................................................................................1 1.2. Permusan Masalah ................................................................................3 1.3. Batasan Masalah....................................................................................3 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................3 1.5. Sistematika Penulisan ...........................................................................4 BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................................5 2.1. Tinjauan Pustaka ...................................................................................5 2.2. Dasar Teori ............................................................................................6 2.2.1. Definisi dan Pengelompokan Turbin Angin ...............................6 2.2.2. Sudu Pengarah Aliran ...............................................................10 2.2.3. Prinsip Konversi Energi Angin.................................................11 2.2.4. Teori Momentum Elemen Betz ................................................11 2.2.5. Bilangan Reynold .....................................................................14 2.2.7. Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ...................................15 BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................18 3.1. Tempat Penelitian................................................................................18 3.2. Alat dan Bahan ....................................................................................18 3.2.1. Alat ...........................................................................................18 3.2.2. Bahan ........................................................................................22 commit to user 3.3. Prosedur Penelitian..............................................................................22

viii


digilib.uns.ac.id

3.3.1. Tahap Persiapan ........................................................................22 3.3.2. Tahap Pengambilan Data ..........................................................24 3.3.3. Tahap Analisis Data..................................................................26 3.3.4. Diagram Alir Penelitian ............................................................27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................28 4.1. Data Hasil Pengujian ..........................................................................28 4.1.1. Data Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah Aliran ........................................................................................30 4.1.2. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran .........................................................................30 4.1.3. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran .........................................................................31 4.1.4. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran .........................................................................32 4.2. Analisis Performa Turbin Savonius dengan Pengarah Aliran Dibandingkan dengan Turbin Tanpa Pengarah aliran ........................33 4.2.1. Turbin Savonius Dengan 4 Sudu Pengarah ..............................33 4.2.2. Turbin Savonius Dengan 5 Sudu Pengarah ..............................34 4.2.3. Turbin Savonius Dengan 6 Sudu Pengarah ..............................35 4.3. Analisis Pengaruh Jumlah dan Sudut Kemiringan Sudu pada Pengarah Aliran ........................................................................... 36 4.4. Analisis Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ...............................39 4.4.1 Power Coefficient .....................................................................39 4.4.2 Tip Speed Ratio .........................................................................41 4.4.3 Perbandingan Power Coefficient dengan Tip Speed Ratio ......43 4.5. Analisis Permodelan............................................................................44 4.6. Validasi Penelitian ..............................................................................45 BAB V PENUTUP .................................................................................................47 5.1. Kesimpulan ........................................................................................47 5.2. Saran ...................................................................................................47 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................48 LAMPIRAN .......................................................................................................... 50 commit to user

ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Jenis Turbin Angin Berdasarkan Jumlah Sudu .................

7

Gambar 2.2. Jenis-Jenis Turbin Angin Vertikal Axis Daerrius .............

9

Gambar 2.3. Prinsip Rotor Savonius ......................................................

9

Gambar 2.4. Sudu Pengarah Dengan Rotor Turbin Angin Savonius….

10

Gambar 2.5. Kondisi Aliran Udara Akibat Ekstraksi Energi Mekanik Aliran Bebas ......................................................................

13

Gambar 2.6. Koefisien Daya Terhadap Rasio Kecepatan Aliran Udara

16

Gambar 2.7. Nilai Koefisien Daya Dan Tip Speed Ratio Untuk Berbagai Turbin Angin ......................................................

17

Gambar 3.1. Model Turbin Angin Vertikal Axis Savonius ...................

18

Gambar 3.2. Variasi Jumlah Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) Pada Turbin Savonious...............................................................

29

Gambar 3.3. Variasi Sudut Pada Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) .

20

Gambar 3.4. Propeler Fan.......................................................................

20

Gambar 3.5. Permanent Magnet Generator (PMG) Dc .........................

21

Gambar 3.6. Digital Multimeter ............................................................

21

Gambar 3.7. Anemometer Digital ..........................................................

21

Gambar 3.8. Tachometer ........................................................................

22

Gambar 3.9. Resistor ..............................................................................

22

Gambar 3.10. Rangkaian Generator .........................................................

23

Gambar 3.11. Skema Pengambilan Data Percobaan ................................

23

Gambar 3.12. Instalasi Alat Penelitian .....................................................

24

Gambar 3.13. Titik-Titik Pengukuran Kecepatan Angin .........................

24

Gambar 3.14. Diagram Alir Eksperimen ................................................

27

Gambar 4.1

Inverter yang terhubung pada fan......................................

28

Gambar 4.2

Grafik hubungan frekuensi inverter dengan kecepatan angin ..................................................................................

Gambar 4.3

Gambar 4.4

29

Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada Variasi 4 Sudu Pengarah ...................................................

34

Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada commit to user Variasi 5 Sudu Pengarah ...................................................

35

x


Gambar 4.5

digilib.uns.ac.id

Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada Variasi 6 Sudu Pengarah ...................................................

36

Gambar 4.6 Visualisasi aliran angin pada pengaruh jumlah sudu pengarah ............................................................................

37

Gambar 4.7 Visualisasi aliran angin pada pengaruh sudut kemiringan sudu pengarah .................................................................... Gambar 4.8

Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien Daya pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran ...........

Gambar 4.9

38

40

Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien Daya pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran ...........

40

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien Daya pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran ...........

41

Gambar 4.11 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed Ratio pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran...........

42

Gambar 4.12 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed Ratio pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran ..........

42

Gambar 4.13 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed Ratio pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran ..........

43

Gambar 4.14 Grafik Hubungan Coefficient Performance (cp) dengan Tip Speed Ratio (λ) pada Turbin savonius pada tiap variasi pengujian ................................................................

43

Gambar 4.15 Grafik Perbandingan data hasil eksperimen dengan data pada kondisi ideal ..............................................................

commit to user

xi

46


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Tabel 4.1.

Hubungan Frekuensi Inverter dengan Kecepatan Angin ... ............29

Tabel 4.2.

Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah ............................30

Tabel 4.3.

Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah kemiringan 20o ...............................................................................30

Tabel 4.4.

Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah kemiringan 40o................................................................................30

Tabel 4.5.


Tabel 4.6.


Tabel 4.7.


Tabel 4.8.


Tabel 4.9.


Tabel 4.10.


Tabel 4.11.


commit to user

xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR NOTASI A

= Luas area sapuan rotor

(m2)

C

= Kecepatan absolute aliran fluida

(m/s)

CP

= Koefisien daya

(non-dimensional)

D

= Diameter

(m)

Dh

= Diameter hidraulik

(m)

E

= Energi kinetik benda bergerak

(Joule)

F

= Gaya

(N)

I

= Arus

(ampere)

Ma

= Mach number

(non-dimensional)

m

= Massa

(kg)

n

= Kecepatan Putar

(rpm)

P

= Daya mekanik ideal

(watt)

P0

= Daya mekanik aktual

(watt)

Re

= Bilangan Reynolds

(non-dimensional)

T

= Torsi

(Nm)

u

= Kecepatan sudu

(m/s).

V

= Laju volume udara

(m3/s)

V

= Tegangan

(volt)

v

= Kecepatan angin

(m/s)

ṁ

= Laju aliran massa

(kg/s)

ρ

= Massa jenis udara

(kg/m3)

𝑣′

= Kecepatan aliran udara pada rotor

(m/s)

µ

= Kekentalan mutlak

(Pa.s)

λ

= Rasio kecepatan ujung (Tip Speed Ratio) (non-dimensional)

commit to user

xiii

UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN SAVONIUS SKRIPSI

Recommend Documents