PERANCANGAN PENUMPU TURBIN ANGIN HELIX 45 WATT JENIS ROOFTOP
PERANCANGAN PENUMPU
TURBIN ANGIN HELIX 45 WATT
JENIS ROOFTOP
SKRIPSI
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
MASHUD BADARUDIN
07510007
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2012
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN PENUMPU TURBIN ANGIN
TIPE HELIX 45 WATT JENIS ROOFTOP
SKRIPSI
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin Strata Satu (S1)
Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
MASHUD BADARUDIN
07510007
Telah diperiksa, disetujui, dan disahkan oleh :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
(Ir. Trihono Sewoyo, MT.)
(Ir. Daryono, MT.)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin UMM
( Ir. Mulyono, MT )
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
NAMA
NIM
DOSEN PEMBIMBING I
DOSEN PEMBIMBING II
JUDUL TUGAS AKHIR
: Mashud Badarudin
: 07510007
: Ir. Trihono Sewoyo, MT.
: Ir. Daryono, MT.
:Perancangan Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45
Watt Jenis Rooftop
No
1
Catatan asistensi
Persetujuan Judul TA
2
ACC BAB I
3
Konsultasi BAB II
Tinjauan pustaka disesuaikan
dengan topik
4
ACC BAB II
5
Konsultasi BAB III
flow char diperbaiki
6
Konsultasi BAB III
Perbaiki ulang flow char
7
ACC BAB III
8
Konsultasi BAB IV
Cek perhitungan yang ditandai
9
Konsultas BAB IV
Cek perhitungan tegangan
10
Konsultasi BAB IV
Cari/hitung tegangan ijin pipa
11
ACC BAB IV
12
Konsultasi BAB V
13
ACC BAB V
Paraf Pembimbing I
Paraf Pembimbing II
Dosen Pembimbing I
Malang ,01-02-2012
Dosen Pembimbing II
(Trihono S, Ir. MT.)
(Daryono, Ir. MT.)
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama
Nim
Tempat / Tanggal Lahir
Jurusan
Fakultas
Instansi
: Mashud Badarudin
: 07510007
: Sampit, 23 juli 1989
: Teknik Mesin
: Teknik
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
1. Tugas Akhir dengan Judul :
“Perancangan Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45 Watt Jenis Rooftop“ Adalah
hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya ilmiah
yang pernah diiajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik disuatu
perguruan tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau
diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara
tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar
pustaka.
2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat unsurunsur “PLAGIASI”, saya bersedia “TUGAS AKHIR INI DIGUGURKAN” dan
“GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH DIBATALKAN”,
serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku.
3. Tugas Akhir ini dijadikan sumber pustaka yang merupakan “ HAK BEBAS
ROYALTY NON EKSLUSIF”
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, September 2012
Dengan Hormat,
Mashud Badarudin
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, adik terbaik, sahabat - sahabat
terbaik, pembimbing skripsi terbaik, dan pacar tersayang. 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 Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45 Watt Jenis
Rooftop” setelah hampir setahun waktu berlalu. Satu pelajaran penting yang
penulis dapatkan adalah “Dalam menggapai harapan untuk sebuah keberhasilan
tidak jarang menempuh kesulitan.”
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 perancangan
konseptual produk.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih setulus tulusnya atas segala dukungan, bantuan, dan bimbingan dari beberapa pihak
selama proses studi dan juga selama proses penyusunan skripsi ini.
Penghargaan sudah selayaknya diberikan pada kedua orangtua penulis di
Sampit (Kalimantan Tengah), Mama ku (Badriah), ibu yang tidak ada duanya dan
ibu yang sangat pengertian akan seorang anak, dan Bapa ku (Sudarsono), figur
seorang Guru dan kepala keluarga yang tegas dalam mendidik dan memberikan
pengajaran tentang kedisiplinan waktu dan rasa tanggung jawab yang kuat secara
pribadi. Terima kasih atas segala doa, cinta, perhatian, serta pengertian yang
kalian diberikan untuk ku.
Selanjutnya, penghargaan penulis sampaikan kepada ( Ir. Trihono
Sewoyo, MT. ) dan ( Ir. M. Daryono, MT ) pembimbing skripsi terbaik yang
pernah ada. Di tengah kebingungan penulis, dialah yang paling berperan dalam
penentuan tema skripsi ini, sehingga sudah sepatutnya, penulis mengucap syukur
atas ketentuan-Nya mempertemukan saya dalam penulisan skripsi ini. Terima
kasih banyak untuk waktu, tenaga, pikiran, serta curahan perhatian yang bapak
berikan pada penulis.
Selanjutnya, penulis berikan penghargaan kepada ( Ir. Mulyono, MT )
selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, ( Ir. Sudarman, MT ) selaku Dosen
pembimbing akademik Jurusan Teknik Mesin angkatan tahun 2007 beserta bapak
dan ibu dosen lainnya atas curahan ilmu pengetahuan selama masa studi dan
bersedia menjadi pendengar atas keluh kesah penulis selama menjalani masa
studi.
Untuk sahabat - sahabat penulis di Jurusan Teknik Mesin UMM, Kera
Nisem ( 07 A) yang lima tahun terakhir menemani penulis di saat senang maupun
sedih, teman – teman se-bimbingan: Puja Kharisma ( Kris ), Enggar
Pramugiatmo ( kriting ), Ulum Oktavianto ( Ewod ), Ananta Dedy Putraf ( Sinyo
), Rizqi Hadi’i ( Pak Tua ), Rica Budi Valianto (Lambe), Wiramartas Rachmat (
Bibir ), Dhita Angga Kusuma ( Bedjo ), Hendy Wahyu Oktavianto (Satpam),
Totok Sardianto, Arif Tri Cahyono ( Arip Helm ), Muhammad Lutfi ( Cacing ),
Candra Fajar Prasetya ( Badron ), Rizka Arif Bachtiar, Nur Aziz Riadi, Awik (
kendor ), teman – teman “ Rong ewu pitu” A, yang lainnya yang tak dapat penulis
sebutkan satu persatu, terima kasih banyak atas kerja samanya dalam
penyelesaiaan tugas akhir ini dan segala bantuan teman – teman selama menjalani
masa studi dan waktu - waktu indah yang kita lalui bersama, serta maafkan segala
sikap saya yang tidak berkenan.
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
DAFTAR ISI
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……………………………………………………………………..x
DAFTAR TABEL……………………………………………………………...xii
DAFTAR GAMBAR. ………………………………………………………….xiv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang………………………………………………….1
1.2
Rumusan Masalah………………………………………………2
1.3
Tujuan Penelitian……………………………………………….2
1.4
Manfaat Penulisan………………………………………………3
1.5
Batasan Masalah…………………………………………….…3
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Umum Penumpu Turbin Angin……………………5
2.2
Perbedaan Penumpu Jenis Rooftop Dengan Tower..................6
2.2
Kecepatan Angin………………………………………………7
2.2.1 Bentuk Permukaan Bumi…………………………………7
2.2.2 Tinggi Dari Permukaan Tanah……………………………8
2.3
Kekuatan Angin……………………………………………….9
2.4
Betz Limit ……………………………….........………………10
2.5
Turbin Angin………………………………………………….10
2.5.1 Macam-Macam dan Jenis Turbin Angin .........................11
2.5.1.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) ……....11
2.5.1.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) ………....13
2.5.3 Berdasarkan Kapasitas Pembangkitan Listriknya……….16
2.6
Jenis Penumpu………………….................…………………..17
2.7
Material Pada Komponen Inti Penumpu.......………………..20
2.7.1 Pipa……………………………………………………...21
2.7.2 Bantalan......…………………………………………….22
2.7.3 Flange……………………………………………………24
BAB III
KONSEP PERANCANGAN
3.1
Gambar Umum Penumpu Turbin Angin Jenis Rooftop………27
3.2
Daftar Persyaratan………………………….…………………28
3.3
Ukuran Dasar Rooftop………………….……………………..31
3.3.1 Blade Turbin…………………………………………….31
3.3.2 Lay-out Tumpuan……………………………………….32
3.4
Perumusan Desain Penumpu Turbin Angin Jenis Rooftop…...33
3.4.1 Badan utama Rooftop…………………………………...33
3.4.2 Meja panyangga…………………………………………34
3.5
Komponen-Komponen rooftop………………………………..35
3.5.1 Pipa Besi………………………………………………...35
3.5.2 Tangan rooftop…………………………………………..35
3.5.3 Knee …..………………………………………………...36
3.5.4 Alas Meja Penyangga.………………………………….36
3.5.5 Kaki-Kaki Rooftop ……………………………………..37
3.5.6 Pipa Sambungan………………………………………...38
3.6
BAB IV
Diagram Alir Proses Perancangan dan Pembuatan…………40
PERANCANGAN PENUMPU JENIS ROOFTOP
4.1
Data Blade…………………………………………………….41
4.2
Data Perencanaan……………………………………………...42
4.3
Gaya Yang Berkerja Pada Rooftop …………………………..43
4.4
Perancangan Pipa Rooftop……………………………………46
4.4.1 Momen Inersia………………………………………….46
4.4.2 Tegangan ijin……………………………………………47
4.4.3 Reaksi Tumpuan Pada Tangan Rooftop………………..48
4.4.4 Tegangan Geser Rooftop………………………………..51
4.4.5 Perbebanan Bending Tiang Rooftop……………………54
BAB V
4.5
Umur Bantalan………………………………………………...55
4.7
Pengaruh Tekanan Angin Dengan Program Komputer……….58
4.7.1
Analisa Pipa Tangan Penumpu.........................................59
4.7.2
Analisa Tiang Penumpu...................................................59
4.7.3
Analisa Tekanan Serang Angin .......................................60
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan…………………………………...……………….61
5.2
Saran…………………………………………………………..62
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
CURRICULUM VITAE
GAMBAR DESAIN
NASKAH PUBLIKASI
MAKALAH PRESENTASI (POWER POINT)
POSTER
DAFTAR TABEL
2.1
Kecepatan dan fenomena angin (Aerolapan,2008)………………………..8
2.2
Standard baut dan mur…………………………………………………...21
3.1
Daftar Persyaratan (Requirement List) …………………………….........26
4.1
Karakteristik dinamika beban bantalan......................................................56
4.2.
Basic dynamic capacity..............................................................................57
DAFTAR GAMBAR
2.1
Anemometer.…………………………………………………….…....…...6
2.2
Aliran angin pada permukaan bumi.……………........................................6
2.3
Grafik hubungan antara kecepatan ujung………………………………….9
2.5.
Turbin Angin Sumbu Vertikal………………………………….………..13
2.6.
Perbandingan arah angin tipe TASH dan tipe TASV…………………...13
2.7.
Windaus-carbon-fiber-three-blade-helix-turbine.rooftop....……………..15
2.8.
CTturbine VH Model roof top wind turbine.…………………..………...16
2.9.
windaus-100-foot-vertical-wind-turbine-.rooftop ………………..……...16
2.10.
turbin angin helix jenis rooftop ………………………………..………...17
2.11.
penumpu turbin angin jenis rooftop……………………………………...17
2.12.
Mur dan baut……………………………………………………………..20
2.13.
Blind Flange……………………………………………………………...22
2.14.
Lap Joint Flange………………………………………………………….22
2.15.
Slip-On Flange…………………………………………………………...22
2.16.
Socket Flange…………………………………………………………….23
2.17.
Threaded Flange………………………………………………………….24
2.18.
Weld Neck Flange………………………………………………………..25
3.1.
Instalasi turbin angin tipe helix…………………………………………..24
3.2.
tinggi dan lebar blade…………………………………………………….28
3.3.
Lay-out tumpuan…………………………………………………………29
3.4.
Badan utama rooftop……………………………………………………..30
3.5.
Meja Penyangga………………………………………………………..31
3.6.
Tangan Rofftop………………………………………………………...32
3.7.
Knee..…………………………………………………...………………..33
3.8.
Alas Meja Penyangga…………………………………………………….33
3.9.
Kaki rooftop……………………………………………………………...34
3.10.
Flange sambungan………………………………………………………..35
3.11.
Diagram alir perancangan penumpu jenis rooftop……………………….36
4.1.
Blade helix 2 sudu………………………………………………………..37
4.2.
Tinggi rooftop……………………………………………………………38
4.3.
panjang tangan rooftop…………………………………………………...38
4.4.
Blade helix ketika terkena beban angin………………………………….40
4.5.
Gaya akibat beban blade pada rooftop…………………………………...41
4.6.
Momen Inersia pada pipa berdinding tipis……………………………….42
4.7.
Reaksi tumpuan pada tangan rooftop…………………………………….44
4.8.
Tegangan geser pada rooftop…………………………………………….48
4.9.
Tegangan bending tiang rooftop…………………………………………50
4.10.
Sambungan pada rooftop…………………………………………………54
4.11.
circular base……………………………………………………………...56
4.12.
Simulasi tekanan angin pada pipa tangan penumpu…………………..…59
4.13.
Simulasi tekanan angin pada tiang penumpu………………………….…59
4.14.
Simulasi tekanan angin pada pipa tangan penumpu……………………..60
DAFTAR PUSTAKA
1. Adam. Ferry, dkk“Perancangan, Pembuatan Dan Pengujian Turbin Angin
Tipe Helix Sebagai Lampu Penerangan Jalan” 2010.
2. Adi. Doni,dkk”Perancangan, Pembuatan Dan Pengujian Turbin Angin
Tipe Helix Untuk Lampu Penerangan Jalan” 2011.
3. Daryanto, Drs. (2000), Teknik Pekerjaan Pipa, Jakarta.,(2008)
4. Khurmi R.S “A Textbook Of Machine Desain” New Delhi 2005
5. Modul Praktikum ANSYS UMM, 2007.
6. Popov, E.P.
“Mekanika Teknik (Mechanics of Material)”, Erlangga,
Jakarta. 1996.
7. Ramdani. “Analisa Tower Jenis Guyed Tilt Up Pada Turbin Angin Sumbu
Vertikal Sudu Tipe Helix Dengan Program Berbasis F.E.M” 2011.
8. Timoshenko & Gere, “ Mekanika Bahan “, Edisi 2, Erlangga, Jakarta,
1996.
9. (aerostellar.quasar.co.id/index.php/perkiraan-kecepatan-angin)
10. (http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin, 2008).
11. (http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin)
12. (http://www.aerolapan.com)
13. (http;//www.ctturbin.com)
14. (http://www.energy.iastate.edu,Iowa Energy Center, 2008)
15. (http://www.google.com/Betz limit)
16. (http://www.helixwind.com)
17. (http;//www.helixwindturbinenergy.com)
18. (http://www.rise.org.au, 2008)
19. (http://www.scribd.com)
20. (http;//www.wikimedia.com)
21. (http://www.wordpress.com)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Rooftop adalah suatu alat yang dugunakan sebagai penumpu turbin
angin sumbu vertical tipe helix memiliki tinggi dan luasan tertentu yang
memiliki 3 kaki penyanga. Rooftop dapat dipasang di atap rumah dan area
luar rumah dengan alas yang sudah di cor tanpa memerlukan tempat yang
luas, serta tahan akan turbulensi jadi bisa ditempatkan dimana saja dan cocok
untuk angin berkecepatan 5 m/s seperti yang ada di Indonesia. Berbedadengan
penumpu turbin angin pada umumnya yang berjenis tower, yang hanya
memiliki satu tumpuan yang berada di bagian bawah poros blade turbin angin.
sedangkan penumpu turbin angin yang ada pada jenis rooftop memiliki dua
tumpuan yang berada dibagian atas poros dan bagian bawah poros balade
turbin angin tipe helix, dimana bagian bawah poros blade turbin angin
langsung dihubungkan sejajar dengan generator. Penumpu turbin angin yang
ada sekarang adalah bersifat permanen. Selain itu penumpu-penumpu turbin
angin yang ada dipasaran memiliki durasi lama dalam waktu perakitan.
Dalam perancangan ini, rooftop didesain untuk penumpu turbin angin
dengan tipe helix. rooftop terdiri dari satu badan utama yang menyerupai
hurtuf L yang terbalik. Badan utama rooftop dirancang menggunakan material
ST60 dengan diameter 6 cm yang bagian bawah badan utama rooftop
sekaligus berfungsi sebagai kaki rooftop. Rooftop juga memiliki meja
1
panyangga turbin angin dengan tebal 3 mm menyerupai huruf T yang
mempunyai 3 titik, dimana 3 titik tersebut akan menjadi tempat kaki-kaki, 3
kaki pada meja penyangga didesain mengunakan material ST60 dengan
diameter 6 cm. Salah satu kaki meja penyangga dihubungkan ke kaki badan
utama rooftop dengan menggunakan material ST60 berdiametr 6 cm yang
sudah diberi flange dengan 4 baut. Hal tersebut dirancang agar memudahkan
dalam perakitan dan pengankutan dalam transfortasi. Adapun rooftop turbin
angin yang direncanakan adalah rooftop turbin angin tipe helix dengan
kapasitas 45 Watt.
Berdasarkan penguraian diatas perlunya penulis membuat desain
penumpu turbin angin jenis rooftop sebagai penunjang dalam pembuatan
turbin angin sumbu vertikal tipe helix serta diharapkan blade tidak mengalami
kerusakan saat menerima tekanan angin lebih dari kecepatan 5 m/s dalam
memanfaatkan sumber daya energi alternative. Dengan alasan tersebut,
penulis memberi judul laporan penelitian tugas akhir dengan judul
“Perancangan Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45 Watt Jenis Rooftop”.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang dirumuskan berdasarkan latar belakang di atas
adalah bagaimana merancang penumpu turbin angin sumbu vertikal tipe helix
dengan jenis rooftop yang kokoh tetapi murah dan dengan bahan yang mudah
didapat, serta handal dalam penggunaanya.
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah :
2
1. Mendapatkan gambar desain penumpu turbin angin jenis rooftop.
2. Mengetahui kelayakan penumpu turbin angin jenis rooftop saat
diaplikasikan pada turbin angin sumbu vertikan tipe helix.
1.4
Manfaat Penulisan
Dalam setiap penulisan pasti memiliki manfaat baik untuk penulis
dan untuk khalayak umum, adapun manfaat dari penulisan ini yang dapat
dirasakan oleh khalayak umum adalah :
1. Dalam bidang IPTEK, Sebagai referensi untuk perancangan maupun
pembuatan penumpu turbin angin jenis rooftop, ini terkait dengan
belum banyaknya data tentang penumpu turbin angin berjenis rooftop.
2. Bagi Masyarakat, dapat digunakan sebagai salah satu penunjang
konstruksi pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan turbin
angin sumbu vertikal dengan tipe helix
1.5
Batasan Masalah
Mengingat banyaknya permasalahan yang akan timbul, maka agar
lebih mempermudah pembahasan dan pemahaman serta hasilnya mengarah
pada tujuan yang diinginkan diperlukan adanya pembatasan masalah. Oleh
karena itu dalam penulisan ini yang akan dibahas, yaitu :
1. Tinggi rooftop turbin angin adalah 3 m, dengan menyesuaikan desain
turbin angin tipe helix sebelumnya.
2. Penumpu turbin angin jenis rooftop memiliki satu sambungan utama
menggunakan flange dengan 4 baut.
3
3. Penumpu turbin angin jenis rooftop meiliki 4 kaki yang sudah diberi
flange.
4. Mampu menahan beban vertikal maksimal akibat angin 205,8 N
5. Beban statik dan dinamik pada poros dan sudu turbin angin tidak
dibahas.
4
TURBIN ANGIN HELIX 45 WATT
JENIS ROOFTOP
SKRIPSI
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
MASHUD BADARUDIN
07510007
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2012
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN PENUMPU TURBIN ANGIN
TIPE HELIX 45 WATT JENIS ROOFTOP
SKRIPSI
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin Strata Satu (S1)
Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
MASHUD BADARUDIN
07510007
Telah diperiksa, disetujui, dan disahkan oleh :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
(Ir. Trihono Sewoyo, MT.)
(Ir. Daryono, MT.)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin UMM
( Ir. Mulyono, MT )
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
NAMA
NIM
DOSEN PEMBIMBING I
DOSEN PEMBIMBING II
JUDUL TUGAS AKHIR
: Mashud Badarudin
: 07510007
: Ir. Trihono Sewoyo, MT.
: Ir. Daryono, MT.
:Perancangan Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45
Watt Jenis Rooftop
No
1
Catatan asistensi
Persetujuan Judul TA
2
ACC BAB I
3
Konsultasi BAB II
Tinjauan pustaka disesuaikan
dengan topik
4
ACC BAB II
5
Konsultasi BAB III
flow char diperbaiki
6
Konsultasi BAB III
Perbaiki ulang flow char
7
ACC BAB III
8
Konsultasi BAB IV
Cek perhitungan yang ditandai
9
Konsultas BAB IV
Cek perhitungan tegangan
10
Konsultasi BAB IV
Cari/hitung tegangan ijin pipa
11
ACC BAB IV
12
Konsultasi BAB V
13
ACC BAB V
Paraf Pembimbing I
Paraf Pembimbing II
Dosen Pembimbing I
Malang ,01-02-2012
Dosen Pembimbing II
(Trihono S, Ir. MT.)
(Daryono, Ir. MT.)
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama
Nim
Tempat / Tanggal Lahir
Jurusan
Fakultas
Instansi
: Mashud Badarudin
: 07510007
: Sampit, 23 juli 1989
: Teknik Mesin
: Teknik
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
1. Tugas Akhir dengan Judul :
“Perancangan Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45 Watt Jenis Rooftop“ Adalah
hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya ilmiah
yang pernah diiajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik disuatu
perguruan tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau
diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian atau keseluruhan, kecuali yang secara
tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar
pustaka.
2. Apabila ternyata didalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat unsurunsur “PLAGIASI”, saya bersedia “TUGAS AKHIR INI DIGUGURKAN” dan
“GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH DIBATALKAN”,
serta diproses sesuai ketentuan yang berlaku.
3. Tugas Akhir ini dijadikan sumber pustaka yang merupakan “ HAK BEBAS
ROYALTY NON EKSLUSIF”
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, September 2012
Dengan Hormat,
Mashud Badarudin
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, adik terbaik, sahabat - sahabat
terbaik, pembimbing skripsi terbaik, dan pacar tersayang. 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 Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45 Watt Jenis
Rooftop” setelah hampir setahun waktu berlalu. Satu pelajaran penting yang
penulis dapatkan adalah “Dalam menggapai harapan untuk sebuah keberhasilan
tidak jarang menempuh kesulitan.”
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 perancangan
konseptual produk.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih setulus tulusnya atas segala dukungan, bantuan, dan bimbingan dari beberapa pihak
selama proses studi dan juga selama proses penyusunan skripsi ini.
Penghargaan sudah selayaknya diberikan pada kedua orangtua penulis di
Sampit (Kalimantan Tengah), Mama ku (Badriah), ibu yang tidak ada duanya dan
ibu yang sangat pengertian akan seorang anak, dan Bapa ku (Sudarsono), figur
seorang Guru dan kepala keluarga yang tegas dalam mendidik dan memberikan
pengajaran tentang kedisiplinan waktu dan rasa tanggung jawab yang kuat secara
pribadi. Terima kasih atas segala doa, cinta, perhatian, serta pengertian yang
kalian diberikan untuk ku.
Selanjutnya, penghargaan penulis sampaikan kepada ( Ir. Trihono
Sewoyo, MT. ) dan ( Ir. M. Daryono, MT ) pembimbing skripsi terbaik yang
pernah ada. Di tengah kebingungan penulis, dialah yang paling berperan dalam
penentuan tema skripsi ini, sehingga sudah sepatutnya, penulis mengucap syukur
atas ketentuan-Nya mempertemukan saya dalam penulisan skripsi ini. Terima
kasih banyak untuk waktu, tenaga, pikiran, serta curahan perhatian yang bapak
berikan pada penulis.
Selanjutnya, penulis berikan penghargaan kepada ( Ir. Mulyono, MT )
selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, ( Ir. Sudarman, MT ) selaku Dosen
pembimbing akademik Jurusan Teknik Mesin angkatan tahun 2007 beserta bapak
dan ibu dosen lainnya atas curahan ilmu pengetahuan selama masa studi dan
bersedia menjadi pendengar atas keluh kesah penulis selama menjalani masa
studi.
Untuk sahabat - sahabat penulis di Jurusan Teknik Mesin UMM, Kera
Nisem ( 07 A) yang lima tahun terakhir menemani penulis di saat senang maupun
sedih, teman – teman se-bimbingan: Puja Kharisma ( Kris ), Enggar
Pramugiatmo ( kriting ), Ulum Oktavianto ( Ewod ), Ananta Dedy Putraf ( Sinyo
), Rizqi Hadi’i ( Pak Tua ), Rica Budi Valianto (Lambe), Wiramartas Rachmat (
Bibir ), Dhita Angga Kusuma ( Bedjo ), Hendy Wahyu Oktavianto (Satpam),
Totok Sardianto, Arif Tri Cahyono ( Arip Helm ), Muhammad Lutfi ( Cacing ),
Candra Fajar Prasetya ( Badron ), Rizka Arif Bachtiar, Nur Aziz Riadi, Awik (
kendor ), teman – teman “ Rong ewu pitu” A, yang lainnya yang tak dapat penulis
sebutkan satu persatu, terima kasih banyak atas kerja samanya dalam
penyelesaiaan tugas akhir ini dan segala bantuan teman – teman selama menjalani
masa studi dan waktu - waktu indah yang kita lalui bersama, serta maafkan segala
sikap saya yang tidak berkenan.
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
DAFTAR ISI
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……………………………………………………………………..x
DAFTAR TABEL……………………………………………………………...xii
DAFTAR GAMBAR. ………………………………………………………….xiv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang………………………………………………….1
1.2
Rumusan Masalah………………………………………………2
1.3
Tujuan Penelitian……………………………………………….2
1.4
Manfaat Penulisan………………………………………………3
1.5
Batasan Masalah…………………………………………….…3
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Umum Penumpu Turbin Angin……………………5
2.2
Perbedaan Penumpu Jenis Rooftop Dengan Tower..................6
2.2
Kecepatan Angin………………………………………………7
2.2.1 Bentuk Permukaan Bumi…………………………………7
2.2.2 Tinggi Dari Permukaan Tanah……………………………8
2.3
Kekuatan Angin……………………………………………….9
2.4
Betz Limit ……………………………….........………………10
2.5
Turbin Angin………………………………………………….10
2.5.1 Macam-Macam dan Jenis Turbin Angin .........................11
2.5.1.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) ……....11
2.5.1.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) ………....13
2.5.3 Berdasarkan Kapasitas Pembangkitan Listriknya……….16
2.6
Jenis Penumpu………………….................…………………..17
2.7
Material Pada Komponen Inti Penumpu.......………………..20
2.7.1 Pipa……………………………………………………...21
2.7.2 Bantalan......…………………………………………….22
2.7.3 Flange……………………………………………………24
BAB III
KONSEP PERANCANGAN
3.1
Gambar Umum Penumpu Turbin Angin Jenis Rooftop………27
3.2
Daftar Persyaratan………………………….…………………28
3.3
Ukuran Dasar Rooftop………………….……………………..31
3.3.1 Blade Turbin…………………………………………….31
3.3.2 Lay-out Tumpuan……………………………………….32
3.4
Perumusan Desain Penumpu Turbin Angin Jenis Rooftop…...33
3.4.1 Badan utama Rooftop…………………………………...33
3.4.2 Meja panyangga…………………………………………34
3.5
Komponen-Komponen rooftop………………………………..35
3.5.1 Pipa Besi………………………………………………...35
3.5.2 Tangan rooftop…………………………………………..35
3.5.3 Knee …..………………………………………………...36
3.5.4 Alas Meja Penyangga.………………………………….36
3.5.5 Kaki-Kaki Rooftop ……………………………………..37
3.5.6 Pipa Sambungan………………………………………...38
3.6
BAB IV
Diagram Alir Proses Perancangan dan Pembuatan…………40
PERANCANGAN PENUMPU JENIS ROOFTOP
4.1
Data Blade…………………………………………………….41
4.2
Data Perencanaan……………………………………………...42
4.3
Gaya Yang Berkerja Pada Rooftop …………………………..43
4.4
Perancangan Pipa Rooftop……………………………………46
4.4.1 Momen Inersia………………………………………….46
4.4.2 Tegangan ijin……………………………………………47
4.4.3 Reaksi Tumpuan Pada Tangan Rooftop………………..48
4.4.4 Tegangan Geser Rooftop………………………………..51
4.4.5 Perbebanan Bending Tiang Rooftop……………………54
BAB V
4.5
Umur Bantalan………………………………………………...55
4.7
Pengaruh Tekanan Angin Dengan Program Komputer……….58
4.7.1
Analisa Pipa Tangan Penumpu.........................................59
4.7.2
Analisa Tiang Penumpu...................................................59
4.7.3
Analisa Tekanan Serang Angin .......................................60
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan…………………………………...……………….61
5.2
Saran…………………………………………………………..62
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
CURRICULUM VITAE
GAMBAR DESAIN
NASKAH PUBLIKASI
MAKALAH PRESENTASI (POWER POINT)
POSTER
DAFTAR TABEL
2.1
Kecepatan dan fenomena angin (Aerolapan,2008)………………………..8
2.2
Standard baut dan mur…………………………………………………...21
3.1
Daftar Persyaratan (Requirement List) …………………………….........26
4.1
Karakteristik dinamika beban bantalan......................................................56
4.2.
Basic dynamic capacity..............................................................................57
DAFTAR GAMBAR
2.1
Anemometer.…………………………………………………….…....…...6
2.2
Aliran angin pada permukaan bumi.……………........................................6
2.3
Grafik hubungan antara kecepatan ujung………………………………….9
2.5.
Turbin Angin Sumbu Vertikal………………………………….………..13
2.6.
Perbandingan arah angin tipe TASH dan tipe TASV…………………...13
2.7.
Windaus-carbon-fiber-three-blade-helix-turbine.rooftop....……………..15
2.8.
CTturbine VH Model roof top wind turbine.…………………..………...16
2.9.
windaus-100-foot-vertical-wind-turbine-.rooftop ………………..……...16
2.10.
turbin angin helix jenis rooftop ………………………………..………...17
2.11.
penumpu turbin angin jenis rooftop……………………………………...17
2.12.
Mur dan baut……………………………………………………………..20
2.13.
Blind Flange……………………………………………………………...22
2.14.
Lap Joint Flange………………………………………………………….22
2.15.
Slip-On Flange…………………………………………………………...22
2.16.
Socket Flange…………………………………………………………….23
2.17.
Threaded Flange………………………………………………………….24
2.18.
Weld Neck Flange………………………………………………………..25
3.1.
Instalasi turbin angin tipe helix…………………………………………..24
3.2.
tinggi dan lebar blade…………………………………………………….28
3.3.
Lay-out tumpuan…………………………………………………………29
3.4.
Badan utama rooftop……………………………………………………..30
3.5.
Meja Penyangga………………………………………………………..31
3.6.
Tangan Rofftop………………………………………………………...32
3.7.
Knee..…………………………………………………...………………..33
3.8.
Alas Meja Penyangga…………………………………………………….33
3.9.
Kaki rooftop……………………………………………………………...34
3.10.
Flange sambungan………………………………………………………..35
3.11.
Diagram alir perancangan penumpu jenis rooftop……………………….36
4.1.
Blade helix 2 sudu………………………………………………………..37
4.2.
Tinggi rooftop……………………………………………………………38
4.3.
panjang tangan rooftop…………………………………………………...38
4.4.
Blade helix ketika terkena beban angin………………………………….40
4.5.
Gaya akibat beban blade pada rooftop…………………………………...41
4.6.
Momen Inersia pada pipa berdinding tipis……………………………….42
4.7.
Reaksi tumpuan pada tangan rooftop…………………………………….44
4.8.
Tegangan geser pada rooftop…………………………………………….48
4.9.
Tegangan bending tiang rooftop…………………………………………50
4.10.
Sambungan pada rooftop…………………………………………………54
4.11.
circular base……………………………………………………………...56
4.12.
Simulasi tekanan angin pada pipa tangan penumpu…………………..…59
4.13.
Simulasi tekanan angin pada tiang penumpu………………………….…59
4.14.
Simulasi tekanan angin pada pipa tangan penumpu……………………..60
DAFTAR PUSTAKA
1. Adam. Ferry, dkk“Perancangan, Pembuatan Dan Pengujian Turbin Angin
Tipe Helix Sebagai Lampu Penerangan Jalan” 2010.
2. Adi. Doni,dkk”Perancangan, Pembuatan Dan Pengujian Turbin Angin
Tipe Helix Untuk Lampu Penerangan Jalan” 2011.
3. Daryanto, Drs. (2000), Teknik Pekerjaan Pipa, Jakarta.,(2008)
4. Khurmi R.S “A Textbook Of Machine Desain” New Delhi 2005
5. Modul Praktikum ANSYS UMM, 2007.
6. Popov, E.P.
“Mekanika Teknik (Mechanics of Material)”, Erlangga,
Jakarta. 1996.
7. Ramdani. “Analisa Tower Jenis Guyed Tilt Up Pada Turbin Angin Sumbu
Vertikal Sudu Tipe Helix Dengan Program Berbasis F.E.M” 2011.
8. Timoshenko & Gere, “ Mekanika Bahan “, Edisi 2, Erlangga, Jakarta,
1996.
9. (aerostellar.quasar.co.id/index.php/perkiraan-kecepatan-angin)
10. (http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin, 2008).
11. (http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin)
12. (http://www.aerolapan.com)
13. (http;//www.ctturbin.com)
14. (http://www.energy.iastate.edu,Iowa Energy Center, 2008)
15. (http://www.google.com/Betz limit)
16. (http://www.helixwind.com)
17. (http;//www.helixwindturbinenergy.com)
18. (http://www.rise.org.au, 2008)
19. (http://www.scribd.com)
20. (http;//www.wikimedia.com)
21. (http://www.wordpress.com)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Rooftop adalah suatu alat yang dugunakan sebagai penumpu turbin
angin sumbu vertical tipe helix memiliki tinggi dan luasan tertentu yang
memiliki 3 kaki penyanga. Rooftop dapat dipasang di atap rumah dan area
luar rumah dengan alas yang sudah di cor tanpa memerlukan tempat yang
luas, serta tahan akan turbulensi jadi bisa ditempatkan dimana saja dan cocok
untuk angin berkecepatan 5 m/s seperti yang ada di Indonesia. Berbedadengan
penumpu turbin angin pada umumnya yang berjenis tower, yang hanya
memiliki satu tumpuan yang berada di bagian bawah poros blade turbin angin.
sedangkan penumpu turbin angin yang ada pada jenis rooftop memiliki dua
tumpuan yang berada dibagian atas poros dan bagian bawah poros balade
turbin angin tipe helix, dimana bagian bawah poros blade turbin angin
langsung dihubungkan sejajar dengan generator. Penumpu turbin angin yang
ada sekarang adalah bersifat permanen. Selain itu penumpu-penumpu turbin
angin yang ada dipasaran memiliki durasi lama dalam waktu perakitan.
Dalam perancangan ini, rooftop didesain untuk penumpu turbin angin
dengan tipe helix. rooftop terdiri dari satu badan utama yang menyerupai
hurtuf L yang terbalik. Badan utama rooftop dirancang menggunakan material
ST60 dengan diameter 6 cm yang bagian bawah badan utama rooftop
sekaligus berfungsi sebagai kaki rooftop. Rooftop juga memiliki meja
1
panyangga turbin angin dengan tebal 3 mm menyerupai huruf T yang
mempunyai 3 titik, dimana 3 titik tersebut akan menjadi tempat kaki-kaki, 3
kaki pada meja penyangga didesain mengunakan material ST60 dengan
diameter 6 cm. Salah satu kaki meja penyangga dihubungkan ke kaki badan
utama rooftop dengan menggunakan material ST60 berdiametr 6 cm yang
sudah diberi flange dengan 4 baut. Hal tersebut dirancang agar memudahkan
dalam perakitan dan pengankutan dalam transfortasi. Adapun rooftop turbin
angin yang direncanakan adalah rooftop turbin angin tipe helix dengan
kapasitas 45 Watt.
Berdasarkan penguraian diatas perlunya penulis membuat desain
penumpu turbin angin jenis rooftop sebagai penunjang dalam pembuatan
turbin angin sumbu vertikal tipe helix serta diharapkan blade tidak mengalami
kerusakan saat menerima tekanan angin lebih dari kecepatan 5 m/s dalam
memanfaatkan sumber daya energi alternative. Dengan alasan tersebut,
penulis memberi judul laporan penelitian tugas akhir dengan judul
“Perancangan Penumpu Turbin Angin Tipe Helix 45 Watt Jenis Rooftop”.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang dirumuskan berdasarkan latar belakang di atas
adalah bagaimana merancang penumpu turbin angin sumbu vertikal tipe helix
dengan jenis rooftop yang kokoh tetapi murah dan dengan bahan yang mudah
didapat, serta handal dalam penggunaanya.
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah :
2
1. Mendapatkan gambar desain penumpu turbin angin jenis rooftop.
2. Mengetahui kelayakan penumpu turbin angin jenis rooftop saat
diaplikasikan pada turbin angin sumbu vertikan tipe helix.
1.4
Manfaat Penulisan
Dalam setiap penulisan pasti memiliki manfaat baik untuk penulis
dan untuk khalayak umum, adapun manfaat dari penulisan ini yang dapat
dirasakan oleh khalayak umum adalah :
1. Dalam bidang IPTEK, Sebagai referensi untuk perancangan maupun
pembuatan penumpu turbin angin jenis rooftop, ini terkait dengan
belum banyaknya data tentang penumpu turbin angin berjenis rooftop.
2. Bagi Masyarakat, dapat digunakan sebagai salah satu penunjang
konstruksi pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan turbin
angin sumbu vertikal dengan tipe helix
1.5
Batasan Masalah
Mengingat banyaknya permasalahan yang akan timbul, maka agar
lebih mempermudah pembahasan dan pemahaman serta hasilnya mengarah
pada tujuan yang diinginkan diperlukan adanya pembatasan masalah. Oleh
karena itu dalam penulisan ini yang akan dibahas, yaitu :
1. Tinggi rooftop turbin angin adalah 3 m, dengan menyesuaikan desain
turbin angin tipe helix sebelumnya.
2. Penumpu turbin angin jenis rooftop memiliki satu sambungan utama
menggunakan flange dengan 4 baut.
3
3. Penumpu turbin angin jenis rooftop meiliki 4 kaki yang sudah diberi
flange.
4. Mampu menahan beban vertikal maksimal akibat angin 205,8 N
5. Beban statik dan dinamik pada poros dan sudu turbin angin tidak
dibahas.
4