PENGARUH DEPTH TO WIDTH RATIO PADA HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA.
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT)
DENGAN TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA
TERHADAP POWER GENERATION
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
RIO JEVRI APDILA
NIM: I 1413025
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
i
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT)
DENGAN TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA
TERHADAP POWER GENERATION
Disusun Oleh:
Rio Jevri Apdila
NIM. I 1413025
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002
D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 196905141999031001
Telah dipertahankan dihadapan dosen penguji pada hari …….. , tanggal ….,
1. Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002
……………………….
2. D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 196905141999031001
……………………….
Mengetahui,
Kepada Progdi Teknik Mesin
Koordinator Tugas Akhir
Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002
DR. Nurul Muhayat, S.T., M.T.
NIP. 197003231998021001
i
MOTTO
"Or ang- or ang hebat di bidang apapun bukan bar u beker j a kar ena
mer eka t er inspir asi, namun mer eka menj adi t er inspir asi kar ena
mer eka lebih suka beker j a. Mer eka t idak meny ia- ny iakan w akt u
unt uk menunggu inspir asi." ( Er nest New man)
"Hiduplah seper t i pohon kay u y ang lebat buahny a; hidup di t epi j alan
dan dilempar i or ang dengan bat u, t et api dibalas dengan buah." ( A bu
Bakar Sibli)
"T iadany a key akinanlah y ang membuat or ang t akut menghadapi
t ant angan; dan say a per cay a pada dir i say a sendir i." ( Muhammad
A li)
"Or ang- or ang y ang sukses t elah belaj ar membuat dir i mer eka
melakukan hal y ang har us diker j akan ket ika hal it u memang har us
diker j akan, ent ah mer eka meny ukainy a at au tidak." ( A ldus Hux ley )
"K egagalan hany a t er j adi bila kit a meny er ah." ( L essing)
ii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan segala ker endahan hat i ku per sembahkan tulisan ini unt uk:
1. K epada bapak ibuku t er cint a y ang t elah member ikan doá r estu,
dan dukungany a.
2. K epada
kakaku
K hokok
Set y a
Pambudi
y ang
selalu
member ikan doá dan dukunganny a.
3. K eluar ga besar semua y ang t elah member ikan bany ak doá dan
dukunganny a sehingga dapat meny elesaikan T ugas A khir ini.
4. K epada St af Dosen dan K ar y aw an Univer sit as Sebelas Mar et
y ang t idak bisa say a sebut kan satu per sat u y ang t elah
member ikan ilmuny a dan menunt un say a menj adi sar j ana.
5. K epada t eam r iset Pico Hy dr o A r if Hiday at , A lw an Rosy di,
Moch A ziz, Har i Pr aset y o, dan Whonica y ang selama ini selalu
member ikan masukan dan sar an y ang bany ak membant u dalam
peny elesaian T ugas A khir ini.
6. K epada t eman
t eman NR 13 y ang selama ini menj adi
keluar ga kedua say a di Univer sit as Sebelas Mar et.
7. K epada T eman
t eman y ang t idak dapat say a sebut kan satu
kepada say a.
iii
STUDY EKSPERIMENTAL INFLUENCE DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT) TYPE
DRAG IN THE PIPE LINE TO POWER GENERATION
Rio Jevri Apdila
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Indonesia
Email: Riojevri3@gmail.com
Abstract
High rainfall and building urban areas in indonesia lead to be a
potential aspect to generate electrical energy. In this In this horizontal axis water
turbine (HAWT) was applied in the building pipeline to produce energy. Study
experimental of depth to width ratio of turbine examined in to determine optimum
performance of the turbine. In this experimental study tests were carried out using
test equipment with a head of 2 m and angle of bloking system 30°. Variasi Depth
to width ratio given was 0.06, 0.10, 0.14, 0.18, 0.22, 0.24, 0.27, and 0.29. The most
optimal turbine performance can be seen from the data of volt, power output, and
coefisien power. The most optimal turbine on the variation of the depth to width
ratio is 0.29. The using volt is 8.62 [volt], power output 3.447 [watt] and coefisien
power 2.73x10-2.
Key Word: Turbine, Depth to Width Ratio, Water Turbine, Pico Hydro
iv
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT)
DENGAN TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA
TERHADAP POWER GENERATION
Rio Jevri Apdila
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Indonesia
Email : Riojevri3@gmail.com
Abstrak
Curah hujan tinggi di indonesia dan didukung oleh bangunan bertingkat
daerah perkotaan menyebabkan potensi air hujan untuk menghasilkan energi listrik
sangat besar. Sebuah horisontal axis water turbin HWAT diaplikasikan dalam pipa
untuk menghasilkan energi. Studi eksperimental Depth to width ratio diteliti untuk
mengetahui performa optimal sudu turbin. Pada studi eksperimental pengujian
dilakukan dengan menggunakan alat uji dengan ketinggian 2 m dan sudut bloking
sistem 30°. Variasi depth to width ratio yang diberikan adalah 0,06, 0,10, 0,14, 0,18,
0,22, 0,24, 0,27, dan 0,29. Kinerja turbin paling optimal dapat dilihat dari data
Tegangan, Daya output dan coefisien power yang didapatkan. Turbin paling
optimal pada variasi Depth to width ratio adalah 0,29 dengan nilai tegangan 8,62
[volt], Daya output 3,447 [watt] dan coefisien power 2,73x10-2.
Kata Kunci: Turbin, Depth to Width Ratio, Turbin Air, Pico Hydro
v
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SAW, atas
rahmat, barokah, dan ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
laporan tugas akhir “Studi Eksperimental Pengaruh Depth To Width Ratio
Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) Dengan Tipe Drag Pada Aliran Dalam
Pipa Terhadap Power Generation ” ini dengan baik. Penyusunan tugas akhir ini
selain merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan
pendidikan tingkat Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas
Sebelas Maret juga dimaksudkan untuk menambah wawasan di bidang pembangkit
listrik tenaga air yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi kebutuhan energi yang
sangat besar saat ini.
Pada kesempatan ini ijinkan penulis untuk mengucapkan terima kasih dan
ras hormat atas segala bantuan yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, yaitu kepada:
1. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku ketua progdi dan dosen
pembimbing I Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
yang telah membimbing dan memberikan motifasi selama menyelesaikan
Laporan Tugas Akhir ini.
2. Bapak D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing II dalam
penyusunan laporan Tugas Akhir yang telah membimbing dan memberikan
masukan sehingga penulis dapat menyempurnakan Laporan Tugas Akhir.
3. Seluruh Dosen, Staf, dan karyawan jurusan teknik mesin fakultas teknik
Universitas Sebelas Maret atas jasa – jasanya selama penulis menuntut ilmu.
4. Ibu yang selama ini menjadi seseorang ibu yang selalu memberikan
semangat dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini.
5. Bapak yang memberikan motifasi untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir
ini.
vi
6. Khokok Setya Pambudi sebagai kakak yang selalu mendukung dalam
bidang apapun sehingga penulis dapat menyelesaikan study dan Tugas
Akhir ini.
7. Teman – teman Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret sebagai keluarga
kedua yang selalu memotifasi untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan yang tidak dapat
penulis sebutkan satu persatu sehingga mengantarkan mengatarkan penulis
untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Dalam penyusunan laporan ini tentunya masih banyak terdapat kekurangan,
kesalahan dan kekhilafan karena keterbatasan kemampuan penulis, untuk itu
sebelumnya penulis
mohon maaf
yang sebesar-besarnya. Penulis juga
mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak demi perbaikan yang bersifat
membangun atas laporan ini.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih
dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun kita bersama.
Surakarta,
maret 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
MOTTO .................................................................................................................. ii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ iii
Abstract .................................................................................................................. iv
Abstrak .................................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
DAFTAR PERSAMAAN .................................................................................. xiiiv
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xiv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Latar Belakang Masalah .......................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Perumusan Masalah ................................. Error! Bookmark not defined.
1.3. Batasan masalah ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.4. Tujuan Penelitian ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.5. Manfaat Penelitian ................................... Error! Bookmark not defined.
1.6. Sistematika Penulisan .............................. Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................... Error! Bookmark not defined.
2.1. Tinjauan Pustaka ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Dasar Teori............................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.
Turbin ............................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3.
Jenis-Jenis Turbin Air ...................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4.
Pemilihan Turbin Air ....................... Error! Bookmark not defined.
2.2.5.
Aerodinamika Turbin ....................... Error! Bookmark not defined.
2.2.6.
Tip speed ratio (TSR) ...................... Error! Bookmark not defined.
2.2.7.
Coefficient of Power (Cp) ................ Error! Bookmark not defined.
2.2.8.
Non-dimensioned rpm ...................... Error! Bookmark not defined.
viii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............. Error! Bookmark not defined.
3.1. Alat dan Bahan ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Desain Alat uji ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Apparatus Test ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.5. Pra-Study ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.6. Tujuan Penelitian ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.7. Pelaksanaan Penelitian ............................. Error! Bookmark not defined.
3.8. Diagram Alir Penelitian ........................... Error! Bookmark not defined.
BAB IV ANALISA DATA................................... Error! Bookmark not defined.
4.1. Study Simulasi Countur Tekanan dan Kecepatan variasi Depth to Width
Ratio Sudu Turbin .................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Debit Aliran yang Bekerja pada Variasi Kelengkungan Turbin ...... Error!
Bookmark not defined.
4.3. Kecepatan Fluida dan Daya aliran Fluida Error! Bookmark not defined.
4.4. Tip Speed Ratio (TSR).............................. Error! Bookmark not defined.
4.5. Daya yang Bekerja Pada Rotor Turbin .... Error! Bookmark not defined.
BAB V PENUTUP ................................................ Error! Bookmark not defined.
5.1. Kesimpulan .............................................. Error! Bookmark not defined.
5.2. Saran ........................................................ Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined.
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Hubungan laju aliran terhadap power yang dihasilkan. ............ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 2 Parameter Desain............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 3 Skema turbine hydro electric jenis Pelton (Dixon and Hall 2013)
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 4 [a] Francis rotor hydro electric turbine [b] Skema aliran pada
Francis turbine (Dixon and Hall 2013) .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2. 5 Turbin Crossflow............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 6 Turbin Turgo ..................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 7 Turbin Francis................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 8 Turbin Kaplan Propeler .................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 9 Turbin Pelton ..................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 10 Pengaplikasian berbagai jenis turbin air berdasarkan Head dan laju
aliran volume. (Dixon and Hall 2013) .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2. 11 Solid dan hollow Drag-type Turbine (Chen, et al. 2013) ........ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 12 Variasi power extracted pada Savonius water turbine dan Savonius
wind turbine (Sarma, et al. 2014) ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 13 Variasi rotor rpm dengan berbagai variasi sudut kelengkungan sudu
(Ahmed, et al. 2013) ....................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 1 a.) Menentukan sudut busur,b.) Menentukan kelengkungan profil
sudu................................................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 2 Kedalaman dan lebar sudu turbin. ..... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 3 Rotor variasi depth to width ratio. .... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.4 Aparatus test ....................................... Error! Bookmark not defined.
x
xi
Gambar 3. 5 Simulasi countur tekanan variasi depth to width ratio.............. Error!
Bookmark not defined.
Gambar 3. 6 Simulasi kecepatan depth to width ratio. ........ Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4. 1 Simulasi countur tekanan terhadap variasi depth to width ratio.
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 2 Simulasi kecepatan terhadap variasi depth to width ratio. ........ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 3 Grafik perbandingan torsi pada variasi depth to width ratio. .... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 4 Ilustrasi Aliran Fluida Masuk ............ Error! Bookmark not defined.
xi
Gambar 4. 5 Grafik debit aliran terhadap variasi depth to width ratio. ......... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 6 Turbin variasi depth to width ratio 0,29. ......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4. 7 Luas penampang blocking system..... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 8 Grafik kecepatan aliran fluida (m/s) pada variasi depth to with ratio.
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 9 Grafik daya aliran fluida (Watt) pada variasi depth to with ratio.
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 10 Grafik perbandingan Tip Speed Ratio (TSR) pada variasi depth to
width ratio. ........................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 11 countur tekanan terhadap variasi depth to width ratio. ........... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 12 Simulasi kecepatan terhadap variasi depth to width ratio. ...... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 13 Grafik power output terhadap variasi depth to width ratio. .... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 14 Grafik coefisien power terhadap variasi depth to width ratio. Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 15 Grafik tegangan terhadap variasi depth to width ratio. ........... Error!
Bookmark not defined.
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Hasil simulasi torque variasi depth to width ratio. .... Error! Bookmark
not defined.
Tabel 4. 2 Pengaruh rotor terhadap aliran fluida.... Error! Bookmark not defined.
Tabel 4. 3 Kecepatan putar rotor turbin ................. Error! Bookmark not defined.
xii
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan (2. 1) Tip Speed Ratio .......................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (2. 2) Coefisien Power ......................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (2. 3) Turbin ......................................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (2. 4) Daya Listrik................................ Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 1) Debit ........................................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 2) Kecepatan Aliran Fluida (U) ...... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 3) Daya Fluida (Pi) ......................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 4) Tip Speed Ratio (TSR) ............... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 5) Daya Listrik (Po) ........................ Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 6) Coefisien Daya (Cp) ................... Error! Bookmark not defined.
xiii
DAFTAR NOTASI
Nomenclature
�
= Luas 1/3 diameter lingkaran pada pipa
[m2]
= Diameter rotor
[m]
g
= Percepatan gravitasi
[m/s2]
�f
= Head fluida
[m]
= Electrical current
[Ampere]
i
= Daya input
[Watt]
= Daya output
[Watt]
f
= Aliran fluida masuk
[m3]
= Debit Over flow
[m3/s]
= Debit pada pompa
[m3/s]
= Waktu yang dibutuhkan air mencapai volume 2 liter
[s]
= Kecepatan fluida masuk
[m/s]
= Kecepatan aliran pada Overflow
[m/s]
= Voltage
[Volt]
�
f
um
�
�
f
Parameter tanpa dimensi
�
= Koefisien daya
= Tip Speed Ratio
Greek Symbol
�
= Blade arc angle
[°]
= Kecepatan sudut
[rad/s]
= Massa jenis air
[kg/m3]
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Percobaan ....................... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 2 Perhitungan Hasil Percobaan ........... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 3 Perhitungan Luas Penampang 1/3 Diameter Lingkaran Pipa .. Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 4 Simulasi Kecepatan Turbin Variasi Depth to Width Ratio ...... Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 5 Simulasi Countur Tekanan Variasi Depth to Width Ratio ....... Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 6 Physical Properties of Water (SI Units)Error!
defined.
xv
Bookmark
not
xvi
xvi
1
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT)
DENGAN TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA
TERHADAP POWER GENERATION
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
RIO JEVRI APDILA
NIM: I 1413025
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
i
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT)
DENGAN TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA
TERHADAP POWER GENERATION
Disusun Oleh:
Rio Jevri Apdila
NIM. I 1413025
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002
D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 196905141999031001
Telah dipertahankan dihadapan dosen penguji pada hari …….. , tanggal ….,
1. Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002
……………………….
2. D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 196905141999031001
……………………….
Mengetahui,
Kepada Progdi Teknik Mesin
Koordinator Tugas Akhir
Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002
DR. Nurul Muhayat, S.T., M.T.
NIP. 197003231998021001
i
MOTTO
"Or ang- or ang hebat di bidang apapun bukan bar u beker j a kar ena
mer eka t er inspir asi, namun mer eka menj adi t er inspir asi kar ena
mer eka lebih suka beker j a. Mer eka t idak meny ia- ny iakan w akt u
unt uk menunggu inspir asi." ( Er nest New man)
"Hiduplah seper t i pohon kay u y ang lebat buahny a; hidup di t epi j alan
dan dilempar i or ang dengan bat u, t et api dibalas dengan buah." ( A bu
Bakar Sibli)
"T iadany a key akinanlah y ang membuat or ang t akut menghadapi
t ant angan; dan say a per cay a pada dir i say a sendir i." ( Muhammad
A li)
"Or ang- or ang y ang sukses t elah belaj ar membuat dir i mer eka
melakukan hal y ang har us diker j akan ket ika hal it u memang har us
diker j akan, ent ah mer eka meny ukainy a at au tidak." ( A ldus Hux ley )
"K egagalan hany a t er j adi bila kit a meny er ah." ( L essing)
ii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan segala ker endahan hat i ku per sembahkan tulisan ini unt uk:
1. K epada bapak ibuku t er cint a y ang t elah member ikan doá r estu,
dan dukungany a.
2. K epada
kakaku
K hokok
Set y a
Pambudi
y ang
selalu
member ikan doá dan dukunganny a.
3. K eluar ga besar semua y ang t elah member ikan bany ak doá dan
dukunganny a sehingga dapat meny elesaikan T ugas A khir ini.
4. K epada St af Dosen dan K ar y aw an Univer sit as Sebelas Mar et
y ang t idak bisa say a sebut kan satu per sat u y ang t elah
member ikan ilmuny a dan menunt un say a menj adi sar j ana.
5. K epada t eam r iset Pico Hy dr o A r if Hiday at , A lw an Rosy di,
Moch A ziz, Har i Pr aset y o, dan Whonica y ang selama ini selalu
member ikan masukan dan sar an y ang bany ak membant u dalam
peny elesaian T ugas A khir ini.
6. K epada t eman
t eman NR 13 y ang selama ini menj adi
keluar ga kedua say a di Univer sit as Sebelas Mar et.
7. K epada T eman
t eman y ang t idak dapat say a sebut kan satu
kepada say a.
iii
STUDY EKSPERIMENTAL INFLUENCE DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT) TYPE
DRAG IN THE PIPE LINE TO POWER GENERATION
Rio Jevri Apdila
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Indonesia
Email: Riojevri3@gmail.com
Abstract
High rainfall and building urban areas in indonesia lead to be a
potential aspect to generate electrical energy. In this In this horizontal axis water
turbine (HAWT) was applied in the building pipeline to produce energy. Study
experimental of depth to width ratio of turbine examined in to determine optimum
performance of the turbine. In this experimental study tests were carried out using
test equipment with a head of 2 m and angle of bloking system 30°. Variasi Depth
to width ratio given was 0.06, 0.10, 0.14, 0.18, 0.22, 0.24, 0.27, and 0.29. The most
optimal turbine performance can be seen from the data of volt, power output, and
coefisien power. The most optimal turbine on the variation of the depth to width
ratio is 0.29. The using volt is 8.62 [volt], power output 3.447 [watt] and coefisien
power 2.73x10-2.
Key Word: Turbine, Depth to Width Ratio, Water Turbine, Pico Hydro
iv
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH DEPTH TO WIDTH
RATIO HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE (HAWT)
DENGAN TIPE DRAG PADA ALIRAN DALAM PIPA
TERHADAP POWER GENERATION
Rio Jevri Apdila
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Indonesia
Email : Riojevri3@gmail.com
Abstrak
Curah hujan tinggi di indonesia dan didukung oleh bangunan bertingkat
daerah perkotaan menyebabkan potensi air hujan untuk menghasilkan energi listrik
sangat besar. Sebuah horisontal axis water turbin HWAT diaplikasikan dalam pipa
untuk menghasilkan energi. Studi eksperimental Depth to width ratio diteliti untuk
mengetahui performa optimal sudu turbin. Pada studi eksperimental pengujian
dilakukan dengan menggunakan alat uji dengan ketinggian 2 m dan sudut bloking
sistem 30°. Variasi depth to width ratio yang diberikan adalah 0,06, 0,10, 0,14, 0,18,
0,22, 0,24, 0,27, dan 0,29. Kinerja turbin paling optimal dapat dilihat dari data
Tegangan, Daya output dan coefisien power yang didapatkan. Turbin paling
optimal pada variasi Depth to width ratio adalah 0,29 dengan nilai tegangan 8,62
[volt], Daya output 3,447 [watt] dan coefisien power 2,73x10-2.
Kata Kunci: Turbin, Depth to Width Ratio, Turbin Air, Pico Hydro
v
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SAW, atas
rahmat, barokah, dan ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
laporan tugas akhir “Studi Eksperimental Pengaruh Depth To Width Ratio
Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) Dengan Tipe Drag Pada Aliran Dalam
Pipa Terhadap Power Generation ” ini dengan baik. Penyusunan tugas akhir ini
selain merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan
pendidikan tingkat Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas
Sebelas Maret juga dimaksudkan untuk menambah wawasan di bidang pembangkit
listrik tenaga air yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi kebutuhan energi yang
sangat besar saat ini.
Pada kesempatan ini ijinkan penulis untuk mengucapkan terima kasih dan
ras hormat atas segala bantuan yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, yaitu kepada:
1. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku ketua progdi dan dosen
pembimbing I Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
yang telah membimbing dan memberikan motifasi selama menyelesaikan
Laporan Tugas Akhir ini.
2. Bapak D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D. selaku dosen pembimbing II dalam
penyusunan laporan Tugas Akhir yang telah membimbing dan memberikan
masukan sehingga penulis dapat menyempurnakan Laporan Tugas Akhir.
3. Seluruh Dosen, Staf, dan karyawan jurusan teknik mesin fakultas teknik
Universitas Sebelas Maret atas jasa – jasanya selama penulis menuntut ilmu.
4. Ibu yang selama ini menjadi seseorang ibu yang selalu memberikan
semangat dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini.
5. Bapak yang memberikan motifasi untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir
ini.
vi
6. Khokok Setya Pambudi sebagai kakak yang selalu mendukung dalam
bidang apapun sehingga penulis dapat menyelesaikan study dan Tugas
Akhir ini.
7. Teman – teman Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret sebagai keluarga
kedua yang selalu memotifasi untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan yang tidak dapat
penulis sebutkan satu persatu sehingga mengantarkan mengatarkan penulis
untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Dalam penyusunan laporan ini tentunya masih banyak terdapat kekurangan,
kesalahan dan kekhilafan karena keterbatasan kemampuan penulis, untuk itu
sebelumnya penulis
mohon maaf
yang sebesar-besarnya. Penulis juga
mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak demi perbaikan yang bersifat
membangun atas laporan ini.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih
dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun kita bersama.
Surakarta,
maret 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
MOTTO .................................................................................................................. ii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ iii
Abstract .................................................................................................................. iv
Abstrak .................................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
DAFTAR PERSAMAAN .................................................................................. xiiiv
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xiv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Latar Belakang Masalah .......................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Perumusan Masalah ................................. Error! Bookmark not defined.
1.3. Batasan masalah ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.4. Tujuan Penelitian ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.5. Manfaat Penelitian ................................... Error! Bookmark not defined.
1.6. Sistematika Penulisan .............................. Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................... Error! Bookmark not defined.
2.1. Tinjauan Pustaka ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Dasar Teori............................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.
Turbin ............................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3.
Jenis-Jenis Turbin Air ...................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4.
Pemilihan Turbin Air ....................... Error! Bookmark not defined.
2.2.5.
Aerodinamika Turbin ....................... Error! Bookmark not defined.
2.2.6.
Tip speed ratio (TSR) ...................... Error! Bookmark not defined.
2.2.7.
Coefficient of Power (Cp) ................ Error! Bookmark not defined.
2.2.8.
Non-dimensioned rpm ...................... Error! Bookmark not defined.
viii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............. Error! Bookmark not defined.
3.1. Alat dan Bahan ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Desain Alat uji ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Apparatus Test ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.5. Pra-Study ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.6. Tujuan Penelitian ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.7. Pelaksanaan Penelitian ............................. Error! Bookmark not defined.
3.8. Diagram Alir Penelitian ........................... Error! Bookmark not defined.
BAB IV ANALISA DATA................................... Error! Bookmark not defined.
4.1. Study Simulasi Countur Tekanan dan Kecepatan variasi Depth to Width
Ratio Sudu Turbin .................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Debit Aliran yang Bekerja pada Variasi Kelengkungan Turbin ...... Error!
Bookmark not defined.
4.3. Kecepatan Fluida dan Daya aliran Fluida Error! Bookmark not defined.
4.4. Tip Speed Ratio (TSR).............................. Error! Bookmark not defined.
4.5. Daya yang Bekerja Pada Rotor Turbin .... Error! Bookmark not defined.
BAB V PENUTUP ................................................ Error! Bookmark not defined.
5.1. Kesimpulan .............................................. Error! Bookmark not defined.
5.2. Saran ........................................................ Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined.
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Hubungan laju aliran terhadap power yang dihasilkan. ............ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 2 Parameter Desain............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 3 Skema turbine hydro electric jenis Pelton (Dixon and Hall 2013)
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 4 [a] Francis rotor hydro electric turbine [b] Skema aliran pada
Francis turbine (Dixon and Hall 2013) .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2. 5 Turbin Crossflow............................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 6 Turbin Turgo ..................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 7 Turbin Francis................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 8 Turbin Kaplan Propeler .................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 9 Turbin Pelton ..................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 10 Pengaplikasian berbagai jenis turbin air berdasarkan Head dan laju
aliran volume. (Dixon and Hall 2013) .......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2. 11 Solid dan hollow Drag-type Turbine (Chen, et al. 2013) ........ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2. 12 Variasi power extracted pada Savonius water turbine dan Savonius
wind turbine (Sarma, et al. 2014) ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 13 Variasi rotor rpm dengan berbagai variasi sudut kelengkungan sudu
(Ahmed, et al. 2013) ....................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 1 a.) Menentukan sudut busur,b.) Menentukan kelengkungan profil
sudu................................................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 2 Kedalaman dan lebar sudu turbin. ..... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3. 3 Rotor variasi depth to width ratio. .... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.4 Aparatus test ....................................... Error! Bookmark not defined.
x
xi
Gambar 3. 5 Simulasi countur tekanan variasi depth to width ratio.............. Error!
Bookmark not defined.
Gambar 3. 6 Simulasi kecepatan depth to width ratio. ........ Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4. 1 Simulasi countur tekanan terhadap variasi depth to width ratio.
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 2 Simulasi kecepatan terhadap variasi depth to width ratio. ........ Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 3 Grafik perbandingan torsi pada variasi depth to width ratio. .... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 4 Ilustrasi Aliran Fluida Masuk ............ Error! Bookmark not defined.
xi
Gambar 4. 5 Grafik debit aliran terhadap variasi depth to width ratio. ......... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 6 Turbin variasi depth to width ratio 0,29. ......... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4. 7 Luas penampang blocking system..... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 8 Grafik kecepatan aliran fluida (m/s) pada variasi depth to with ratio.
.......................................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 9 Grafik daya aliran fluida (Watt) pada variasi depth to with ratio.
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 10 Grafik perbandingan Tip Speed Ratio (TSR) pada variasi depth to
width ratio. ........................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 11 countur tekanan terhadap variasi depth to width ratio. ........... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 12 Simulasi kecepatan terhadap variasi depth to width ratio. ...... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 13 Grafik power output terhadap variasi depth to width ratio. .... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 14 Grafik coefisien power terhadap variasi depth to width ratio. Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4. 15 Grafik tegangan terhadap variasi depth to width ratio. ........... Error!
Bookmark not defined.
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Hasil simulasi torque variasi depth to width ratio. .... Error! Bookmark
not defined.
Tabel 4. 2 Pengaruh rotor terhadap aliran fluida.... Error! Bookmark not defined.
Tabel 4. 3 Kecepatan putar rotor turbin ................. Error! Bookmark not defined.
xii
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan (2. 1) Tip Speed Ratio .......................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (2. 2) Coefisien Power ......................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (2. 3) Turbin ......................................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (2. 4) Daya Listrik................................ Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 1) Debit ........................................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 2) Kecepatan Aliran Fluida (U) ...... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 3) Daya Fluida (Pi) ......................... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 4) Tip Speed Ratio (TSR) ............... Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 5) Daya Listrik (Po) ........................ Error! Bookmark not defined.
Persamaan (4. 6) Coefisien Daya (Cp) ................... Error! Bookmark not defined.
xiii
DAFTAR NOTASI
Nomenclature
�
= Luas 1/3 diameter lingkaran pada pipa
[m2]
= Diameter rotor
[m]
g
= Percepatan gravitasi
[m/s2]
�f
= Head fluida
[m]
= Electrical current
[Ampere]
i
= Daya input
[Watt]
= Daya output
[Watt]
f
= Aliran fluida masuk
[m3]
= Debit Over flow
[m3/s]
= Debit pada pompa
[m3/s]
= Waktu yang dibutuhkan air mencapai volume 2 liter
[s]
= Kecepatan fluida masuk
[m/s]
= Kecepatan aliran pada Overflow
[m/s]
= Voltage
[Volt]
�
f
um
�
�
f
Parameter tanpa dimensi
�
= Koefisien daya
= Tip Speed Ratio
Greek Symbol
�
= Blade arc angle
[°]
= Kecepatan sudut
[rad/s]
= Massa jenis air
[kg/m3]
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Percobaan ....................... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 2 Perhitungan Hasil Percobaan ........... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 3 Perhitungan Luas Penampang 1/3 Diameter Lingkaran Pipa .. Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 4 Simulasi Kecepatan Turbin Variasi Depth to Width Ratio ...... Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 5 Simulasi Countur Tekanan Variasi Depth to Width Ratio ....... Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 6 Physical Properties of Water (SI Units)Error!
defined.
xv
Bookmark
not
xvi
xvi
1