Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan "Marine Current Turbines"
ALAT PERAGA MATA KULIAH
ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
“MARINE CURRENT TURBINES”
Oleh
Armop Setyawan
NIM: 612011802
Skripsi
Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektronika
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Agustus 2015
ALAT PERAGA MATA KULIAH
ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
“MARINE CURRENT TURBINES”
Oleh :
Armop Setyawan
NIM : 612011802
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
Deddy Susilo, M.Eng.
Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng.
Tanggal :
Tanggal :
INTISARI
Perancangan dan penelitian dalam skripsi ini adalah untuk merealisasikan
alat peraga Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan dengan jenis Pembangkit
Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL) “ Marine Current Turbines” atau turbin arus
laut yang fokus dalam penelitian dan perancangan turbin arus air berjenis vertical
axis turbines.
Turbin yang dipakai adalah turbin Darrieus, Gorlov dan Achard semuanya
berdiameter 15cm dan tinggi 15cm dengan berat turbin 615gram. Arus air
maksimal yang dihasilkan pompa 92,36 L/m dan daya yang dihasilkan fluida
sebesar 7,30 Watt. Dari ketiga turbin ini yang menghasilkan efisiensi turbin
terbesar adalah turbin Gorlov sebesar 13.69% dan daya keluaran yang dihasilkan
generator rata-rata sebesar 0,12 Watt.
i
ABSTRACT
Design and research in this thesis is to realize a training kit for New and
Renewable
Energy
subject,
that
is
a
marine
current
based
power
generationfocusingon research and design of the turbine vertical axis turbines .
Turbine used in this thesis are Darrieus, Gorlov and Achard turbineswith
diameter of 15cm, height of 15cm and weight of 615gram . The resulting
maximum water flow pump is 92.36 L / m and the generated power offluida 7.30
Watt. Turbines that generate the largest turbineefficiency is Gorlovturbin with
efficiency of 13.69 % and the average generator output power is 0,12 Watt .
ii
KATA PENGANTAR
Berkah Dalem, Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat
dan
bimbingan-Nya
yang
senantiasa
penulis
dapatkan
dalam
menyelesaikan perancangan dan penulisan skripsi ini sebagai syarat untuk
menyelesaikan studi di FTEK (Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer)
Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan berkat dan karunia-Nya kepada
penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
2. Kepada Bapak Alexander Kukuh Setyarso, S.Ag , Ibu Christiana Mukijah,
S.Pd. serta adik tercinta Yohanes Bayu Nanda Saputera. Keluarga Kudusku di
dunia ini yang telah memberi semangat dan motivasinya.
3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.M.Eng.
selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan
dan ide-ide cemerlang yang menginspirasi penulis selama mengerjakan
skripsi.
4. Fransiska Heru Ernawati penyemangat jiwaku untuk maju.
5. Semua teman-teman kontrakan “Primax” khususnya Mas Grego Adi, Mas
Bon-Bon, Mas Samuel “Van Javara” Mas Bayu Amudera, Mas Kipli, Mas
Atar, temen-temen angkatan 2011, teman “Penjara Kenikmatan” Lab skripsi,
sahabat-sahabat di FTEK serta Ibu kosku Ibu Munawaroh terimakasih banyak.
6. Berbagai pihak yang penulis tidak dapat sebutkan satu persatu terimakasih
banyak penulis ucapkan.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian
sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Berkah Dalem.
Salatiga, Agustus 2015
Penulis
iii
DAFTAR ISI
INTISARI................................................................................................................. i
ABSTRACT ............................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
BAB
I PENDAHULUAN ....................................................................................1
1.1 Latar Belakang Masalah.......................................................................1
1.2 Spesifikasi Sistem ................................................................................2
1.3 Sistematika Penulisan...........................................................................2
BAB
II LANDASAN TEORI ..............................................................................3
2.1 Marine Current Turbines (Turbin Arus Laut) .....................................3
2.2 Turbin Darrieus ....................................................................................5
2.3 Turbin Gorlov ......................................................................................6
2.4 Turbin Achard and Maitre....................................................................7
2.5 Generator ..............................................................................................7
2.6 Pengatur Tegangan ...............................................................................8
2.7 Arduino ................................................................................................9
2.8 Akumulator ........................................................................................11
2.9 Sensor Arus ........................................................................................11
2.10 Display .............................................................................................12
BAB
III PERANCANGAN SISTEM .................................................................13
3.1 Cara Kerja Sistem ..........................................................................13
3.2
Perancangan Perangkat Keras .......................................................14
3.2.1 Pompa Air .....................................................................14
3.2.2 Turbin Darrieus .............................................................16
3.2.3 Turbin Gorlov ...............................................................20
3.2.4 Turbin Achard and Maitre ............................................23
3.2.5 Sensor Tegangan dan Arus ...........................................26
3.2.6 Mikrokontroler Arduino Mega .....................................28
iv
3.2.7 Modul Regulator ...........................................................29
3.2.8 Pulley ............................................................................29
3.2.9 Meja Alat ......................................................................30
3.3 Perancangan Perangkat Lunak ...................................................31
3.3.1 Pembacaan ADC Arduino ............................................32
BAB IV
BAB V
PENGUJIAN DAN ANALISIS .......................................................33
4.1
Pengujian Arus Air ..................................................................33
4.2
Pengujian Modul pompa Air....................................................36
4.3
Pengujian Output Generator dan Regulator .............................38
4.4
Pengujian Daya Maksimal Pada Generator .............................45
KESIMPULAN DAN SARAN .........................................................48
5.1
Kesimpulan ..............................................................................48
5.2
Saran Pengembangan ...............................................................48
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................49
LAMPIRAN
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Darrieus ....................................................................................5
Gambar 2.2 Airfoil NACA 0015 ..............................................................................6
Gambar 2.3 Turbin Gorlov.......................................................................................6
Gambar 2.4 Airfoil NACA 4418 …………..……. ....................................................7
Gambar 2.5 Turbin Achard dan Maitre ....................................................................7
Gambar 2.6 Generator AC Sanyo Denki 200W .......................................................8
Gambar 2.7 Step-up Regulator XL 6009 .................................................................9
Gambar 2.8 Arduino Mega 2560 …………………..……….. ..............................10
Gambar 2.9 Akumulator 6V 1,2Ah ........................................................................11
Gambar 2.10 Differential Amplifier ......................................................................11
Gambar 2.12 Display 7 Segmen ............................................................................12
Gambar 3.1 Blok Diagram Alat .............................................................................13
Gambar 3.2 Pompa Air Lifetech SP-609 ...............................................................14
Gambar 3.3 Skema Pompa Air Pengatur Debit Air ...............................................15
Gambar 3.4 Realisasi Pengatur Debit Air ..............................................................16
Gambar 3.5 Sudu Turbin Darrieus Dengan NACA 0015 ......................................17
Gambar 3.6 Realisasi Turbin Darrieus ...................................................................20
Gambar 3.7 Sudu Turbin Gorlov………... ............................................................20
Gambar 3.8 Realisasi Turbin Gorlov .....................................................................23
Gambar 3.9 Gambar Sudu Turbin Achard .............................................................24
Gambar 3.10 Realisasi Turbin Achard ...................................................................26
Gambar 3.11 Rangkaian Pembagi Tegangan .........................................................27
Gambar 3.12 Sensor Arus Dengan Differential Amplifier ……………. ..............27
Gambar 3.13 Sensor Arus Dengan Non Inverting Amplifier ……………. ..........28
Gambar 3.14 Skematik Rangkaian Regulator XL6009 .........................................29
Gambar 3.15 Modul Regulator XL6009 ................................................................29
Gambar 3.16 Pulley................................................................................................30
Gambar 3.17 Meja Alat …….……….. ..................................................................31
Gambar 3.18 Blok Diagram Alir ...........................................................................31
Gambar 4.1 Realisasi Display 7 Segmen ...............................................................44
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan Pin/Port Arduino Mega .................................28
Tabel 4.1 Pengujian Manual Debit Air ..................................................................33
Tabel 4.2 Debit Air Minimal Turbin Darrieus .......................................................35
Tabel 4.3 Debit Air Minimal Turbin Gorlov .........................................................35
Tabel 4.4 Debit Air Minimal Turbin Achard .........................................................36
Tabel 4.5 Pengujian Modul Pompa Air Dengan Turbin Darrieus .........................37
Tabel 4.6 PengujianModul Pompa Air Dengan Turbin Gorlov .............................37
Tabel 4.7 PengujianModul Pompa Air Dengan Turbin Achard ............................38
Tabel 4.8 Pengujian Output Generator Tanpa Beban Turbin Darrieus ..................39
Tabel 4.9 Pengujian Output Generator Tanpa Beban Turbin Gorlov ....................39
Tabel 4.10 Pengujian Output Generator Tanpa BebanTurbin Achard ...................40
Tabel 4.11 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator
Turbin Darrieus ......................................................................................................40
Tabel 4.12 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator
Turbin Gorlov ........................................................................................................41
Tabel 4.13 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator
Turbin Achard ........................................................................................................41
Tabel 4.14 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator dan Akumulator
Turbin Darrieus ......................................................................................................42
Tabel 4.15 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator dan Akumulator
Turbin Gorlov ........................................................................................................43
Tabel 4.16 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator dan Akumulator
Turbin Achard ........................................................................................................43
Tabel 4.17 Tabel Hasil Percobaan Keseluruhan Turbin
dengan Beban Akumulator .....................................................................................44
Tabel 4.18 Tabel Daya Maksimal Keluaran Regulator dengan
Beban Resistor .......................................................................................................45
Tabel 4.19 Tabel Tegangan dan Arus pada Generator dan Regulator
dengan Beban Resistor pada Turbin Darrieus ........................................................46
vii
Tabel 4.19 Tabel Tegangan dan Arus pada Generator dan Regulator
dengan Beban Resistor pada Turbin Gorlov ..........................................................46
Tabel 4.19 Tabel Tegangan dan Arus pada Generator dan Regulator
dengan Beban Resistor pada Turbin Achard ..........................................................47
viii
ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
“MARINE CURRENT TURBINES”
Oleh
Armop Setyawan
NIM: 612011802
Skripsi
Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektronika
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Agustus 2015
ALAT PERAGA MATA KULIAH
ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
“MARINE CURRENT TURBINES”
Oleh :
Armop Setyawan
NIM : 612011802
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
Deddy Susilo, M.Eng.
Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng.
Tanggal :
Tanggal :
INTISARI
Perancangan dan penelitian dalam skripsi ini adalah untuk merealisasikan
alat peraga Mata Kuliah Energi Baru dan Terbarukan dengan jenis Pembangkit
Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL) “ Marine Current Turbines” atau turbin arus
laut yang fokus dalam penelitian dan perancangan turbin arus air berjenis vertical
axis turbines.
Turbin yang dipakai adalah turbin Darrieus, Gorlov dan Achard semuanya
berdiameter 15cm dan tinggi 15cm dengan berat turbin 615gram. Arus air
maksimal yang dihasilkan pompa 92,36 L/m dan daya yang dihasilkan fluida
sebesar 7,30 Watt. Dari ketiga turbin ini yang menghasilkan efisiensi turbin
terbesar adalah turbin Gorlov sebesar 13.69% dan daya keluaran yang dihasilkan
generator rata-rata sebesar 0,12 Watt.
i
ABSTRACT
Design and research in this thesis is to realize a training kit for New and
Renewable
Energy
subject,
that
is
a
marine
current
based
power
generationfocusingon research and design of the turbine vertical axis turbines .
Turbine used in this thesis are Darrieus, Gorlov and Achard turbineswith
diameter of 15cm, height of 15cm and weight of 615gram . The resulting
maximum water flow pump is 92.36 L / m and the generated power offluida 7.30
Watt. Turbines that generate the largest turbineefficiency is Gorlovturbin with
efficiency of 13.69 % and the average generator output power is 0,12 Watt .
ii
KATA PENGANTAR
Berkah Dalem, Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat
dan
bimbingan-Nya
yang
senantiasa
penulis
dapatkan
dalam
menyelesaikan perancangan dan penulisan skripsi ini sebagai syarat untuk
menyelesaikan studi di FTEK (Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer)
Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan berkat dan karunia-Nya kepada
penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
2. Kepada Bapak Alexander Kukuh Setyarso, S.Ag , Ibu Christiana Mukijah,
S.Pd. serta adik tercinta Yohanes Bayu Nanda Saputera. Keluarga Kudusku di
dunia ini yang telah memberi semangat dan motivasinya.
3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.M.Eng.
selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan
dan ide-ide cemerlang yang menginspirasi penulis selama mengerjakan
skripsi.
4. Fransiska Heru Ernawati penyemangat jiwaku untuk maju.
5. Semua teman-teman kontrakan “Primax” khususnya Mas Grego Adi, Mas
Bon-Bon, Mas Samuel “Van Javara” Mas Bayu Amudera, Mas Kipli, Mas
Atar, temen-temen angkatan 2011, teman “Penjara Kenikmatan” Lab skripsi,
sahabat-sahabat di FTEK serta Ibu kosku Ibu Munawaroh terimakasih banyak.
6. Berbagai pihak yang penulis tidak dapat sebutkan satu persatu terimakasih
banyak penulis ucapkan.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian
sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Berkah Dalem.
Salatiga, Agustus 2015
Penulis
iii
DAFTAR ISI
INTISARI................................................................................................................. i
ABSTRACT ............................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
BAB
I PENDAHULUAN ....................................................................................1
1.1 Latar Belakang Masalah.......................................................................1
1.2 Spesifikasi Sistem ................................................................................2
1.3 Sistematika Penulisan...........................................................................2
BAB
II LANDASAN TEORI ..............................................................................3
2.1 Marine Current Turbines (Turbin Arus Laut) .....................................3
2.2 Turbin Darrieus ....................................................................................5
2.3 Turbin Gorlov ......................................................................................6
2.4 Turbin Achard and Maitre....................................................................7
2.5 Generator ..............................................................................................7
2.6 Pengatur Tegangan ...............................................................................8
2.7 Arduino ................................................................................................9
2.8 Akumulator ........................................................................................11
2.9 Sensor Arus ........................................................................................11
2.10 Display .............................................................................................12
BAB
III PERANCANGAN SISTEM .................................................................13
3.1 Cara Kerja Sistem ..........................................................................13
3.2
Perancangan Perangkat Keras .......................................................14
3.2.1 Pompa Air .....................................................................14
3.2.2 Turbin Darrieus .............................................................16
3.2.3 Turbin Gorlov ...............................................................20
3.2.4 Turbin Achard and Maitre ............................................23
3.2.5 Sensor Tegangan dan Arus ...........................................26
3.2.6 Mikrokontroler Arduino Mega .....................................28
iv
3.2.7 Modul Regulator ...........................................................29
3.2.8 Pulley ............................................................................29
3.2.9 Meja Alat ......................................................................30
3.3 Perancangan Perangkat Lunak ...................................................31
3.3.1 Pembacaan ADC Arduino ............................................32
BAB IV
BAB V
PENGUJIAN DAN ANALISIS .......................................................33
4.1
Pengujian Arus Air ..................................................................33
4.2
Pengujian Modul pompa Air....................................................36
4.3
Pengujian Output Generator dan Regulator .............................38
4.4
Pengujian Daya Maksimal Pada Generator .............................45
KESIMPULAN DAN SARAN .........................................................48
5.1
Kesimpulan ..............................................................................48
5.2
Saran Pengembangan ...............................................................48
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................49
LAMPIRAN
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Darrieus ....................................................................................5
Gambar 2.2 Airfoil NACA 0015 ..............................................................................6
Gambar 2.3 Turbin Gorlov.......................................................................................6
Gambar 2.4 Airfoil NACA 4418 …………..……. ....................................................7
Gambar 2.5 Turbin Achard dan Maitre ....................................................................7
Gambar 2.6 Generator AC Sanyo Denki 200W .......................................................8
Gambar 2.7 Step-up Regulator XL 6009 .................................................................9
Gambar 2.8 Arduino Mega 2560 …………………..……….. ..............................10
Gambar 2.9 Akumulator 6V 1,2Ah ........................................................................11
Gambar 2.10 Differential Amplifier ......................................................................11
Gambar 2.12 Display 7 Segmen ............................................................................12
Gambar 3.1 Blok Diagram Alat .............................................................................13
Gambar 3.2 Pompa Air Lifetech SP-609 ...............................................................14
Gambar 3.3 Skema Pompa Air Pengatur Debit Air ...............................................15
Gambar 3.4 Realisasi Pengatur Debit Air ..............................................................16
Gambar 3.5 Sudu Turbin Darrieus Dengan NACA 0015 ......................................17
Gambar 3.6 Realisasi Turbin Darrieus ...................................................................20
Gambar 3.7 Sudu Turbin Gorlov………... ............................................................20
Gambar 3.8 Realisasi Turbin Gorlov .....................................................................23
Gambar 3.9 Gambar Sudu Turbin Achard .............................................................24
Gambar 3.10 Realisasi Turbin Achard ...................................................................26
Gambar 3.11 Rangkaian Pembagi Tegangan .........................................................27
Gambar 3.12 Sensor Arus Dengan Differential Amplifier ……………. ..............27
Gambar 3.13 Sensor Arus Dengan Non Inverting Amplifier ……………. ..........28
Gambar 3.14 Skematik Rangkaian Regulator XL6009 .........................................29
Gambar 3.15 Modul Regulator XL6009 ................................................................29
Gambar 3.16 Pulley................................................................................................30
Gambar 3.17 Meja Alat …….……….. ..................................................................31
Gambar 3.18 Blok Diagram Alir ...........................................................................31
Gambar 4.1 Realisasi Display 7 Segmen ...............................................................44
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan Pin/Port Arduino Mega .................................28
Tabel 4.1 Pengujian Manual Debit Air ..................................................................33
Tabel 4.2 Debit Air Minimal Turbin Darrieus .......................................................35
Tabel 4.3 Debit Air Minimal Turbin Gorlov .........................................................35
Tabel 4.4 Debit Air Minimal Turbin Achard .........................................................36
Tabel 4.5 Pengujian Modul Pompa Air Dengan Turbin Darrieus .........................37
Tabel 4.6 PengujianModul Pompa Air Dengan Turbin Gorlov .............................37
Tabel 4.7 PengujianModul Pompa Air Dengan Turbin Achard ............................38
Tabel 4.8 Pengujian Output Generator Tanpa Beban Turbin Darrieus ..................39
Tabel 4.9 Pengujian Output Generator Tanpa Beban Turbin Gorlov ....................39
Tabel 4.10 Pengujian Output Generator Tanpa BebanTurbin Achard ...................40
Tabel 4.11 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator
Turbin Darrieus ......................................................................................................40
Tabel 4.12 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator
Turbin Gorlov ........................................................................................................41
Tabel 4.13 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator
Turbin Achard ........................................................................................................41
Tabel 4.14 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator dan Akumulator
Turbin Darrieus ......................................................................................................42
Tabel 4.15 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator dan Akumulator
Turbin Gorlov ........................................................................................................43
Tabel 4.16 Pengujian Output Generator Dengan Beban Regulator dan Akumulator
Turbin Achard ........................................................................................................43
Tabel 4.17 Tabel Hasil Percobaan Keseluruhan Turbin
dengan Beban Akumulator .....................................................................................44
Tabel 4.18 Tabel Daya Maksimal Keluaran Regulator dengan
Beban Resistor .......................................................................................................45
Tabel 4.19 Tabel Tegangan dan Arus pada Generator dan Regulator
dengan Beban Resistor pada Turbin Darrieus ........................................................46
vii
Tabel 4.19 Tabel Tegangan dan Arus pada Generator dan Regulator
dengan Beban Resistor pada Turbin Gorlov ..........................................................46
Tabel 4.19 Tabel Tegangan dan Arus pada Generator dan Regulator
dengan Beban Resistor pada Turbin Achard ..........................................................47
viii