TUGAS AKHIR Uji Kinerja Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Darrieus-H Naca 0018 Modifikasi Dengan Variasi Sudut Pitch 35 derajat,40 derajat,45 derajat,50 derajat,55 derajat,60 derajat.
TUGAS AKHIR
UJI KINERJA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
TIPE DARRIEUS-H NACA 0018 MODIFIKASI
DENGAN VARIASI SUDUT PITCH
350,400,450,500,550,600
Disusun :
YUNIKA CAHYO PRASTIKO
NIM : D 200 120 087
PROGRAM STUDITEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
v
MOTTO
Berambisilah.
Sesuatu akan menjadi kebanggaan,
Jika sesuatu itu dikerjakan,
Dan bukan hanya dipikirkan,
Sebuah cita-cita akan menjadi kesuksesan,
Jika kita awali dengan bekerja untuk mencapainya.
Kalau anda malas, Rajinkan diri.
Kalau anda takut, beranikan diri.
Kalau anda tidak tahu, bertanyalah.
Kalau anda gagal, coba lagi
Kalau itu anda teruskan, sukses akan menjadi nyata,
Kalau tidak segera pasti nanti.
(Mario Teguh)
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa senang hati karya sederhana ini dapat terselesaikan
yang saya persembahkan kepada :
1. Kedua orang tua tersayang, yang senantiasa mendoakan yang terbaik
untuk kami putra-putranya, sehingga kami bisa sampai saat ini.
2. Adik tercinta, Jefry Setya Ardianto, yang senantiasa menyemangati
sehingga penulis mampu istiqomah sampai saat ini.
3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Wijianto ST, M.Eng, Sc, selaku dosen
pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini.
4. Teman-teman seperjuangan 2012, yang telah 4 tahun berjuang
bersama baik suka maupun duka.
5. Ana Dwi Fatqitah dan segenap keluarga besar bapak Rohmad yang
telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir.
6. Teman-teman Kost serasi 1 yang telah mengajari arti sebuah
kebersamaan.
7. Teman 1 kelompok tugas akhir, H’mim dan Bhima, yang telah samasama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu,
yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis
hanya bisa mengucapkan terima kasih.
vii
Abstrak
Energi angin merupakan salah satu energi alternatif yang dapat
dengan cepat diproses kembali oleh alam. Energi angin dirubah menjadi
energi listrik menggunakan turbin angin. Turbin angin sumbu vertikal
merupakan jenis turbin angin yang dapat berputar pada kecepatan rendah
dengan biaya pembuatan yang murah. Sudut pitch akan berpengaruh
pada kinerja turbin angin dan penambahan flap pada airfoil NACA dapat
meningkatkan gaya lift. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui
besarnya daya, torsi , efisiensi yang dihasilkan oleh turbin angin serta
mengetahui sudut pitch yang paling efektif mengekstrak energi. Penelitian
ini menggunakan turbin angin sumbu vertikal darrieus-H NACA 0018
modifikasi
dengan
sudut
pitch
yang
di
gunakan
mulai
dari
350,400,450,500,550,600. Kinerja turbin angin ini diukur menggunakan
terowongan angin saluran terbuka. Dengan kecepatan angin 4,8 m/s.
dengan beban seberat 250 gram. Hasil dari penelitian ini di ketahui bahwa
sudut pitch berpengaruh pada daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin
angin, pada penelitian turbin angin sumbu vertikal darrieus-H NACA 0018
modifikasi didapatkan energi terbesar turbin pada sudut pitch 50 0 dengan
daya yang dihasilkan sebesar 0,859 Watt, torsi mencapai 0,154 Nm dan
efisiensinya mencapai 4,90%.
Kata kunci: Flap, NACA 0018 Modifikasi, Turbin, sudut pitch, Turbin Angin
Sumbu Vertikal. Darrieus-H.
viii
Abstracts
Wind energy is the one of alternative energy that could be produced
rapidly through natural processes. Wind energy could be converted into
electrical energy by using wind turbine. Vertical axis wind turbine is a type
of wind turbine that could spined out at low speed and was made with low
costing. The performance of the wind turbine will be affected by the pitch
angle and the additional of the flap on the airfoil NACA could be increase
the lift force. The purpose of this research was to determine the power,
the torque, the efficiency of the wind turbine, and also which one of the
pitch angle most effectively to extracting energy. This research was
conducted by using vertical axis wind turbine Darrieus-H NACA 0018
modified with using pitch angle 350,400,450,500,550,600. The performance
of this wind turbin measured using wind tunnel type open circuit with wind
speed 4,8 m/s and the weight load 250 gram. The result showed that the
number of the pitch angle was affected the power and the efficiency of the
wind turbine. In this research of vertical axis wind turbine darrieus-H NACA
0018 modification capable of generating power 0,859 Watt, With pitch
angle 500, the torque 0,154 Nm and 4,90 % for the maximum efficiency.
Keywords: Flap, NACA 0018 modification, pitch angle, vertical axis wind
turbine Darrieus – H.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang senantiasa
melimpahkan rahmat, hidayah,dan inayahNya kepada kita semua, tak
lupa sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita
Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari jaman jahiliyyah ke
jaman terang benderang seperti saat ini. Alhamdulillahirabbil ‘aalamin
penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana berjudul “UJI KINERJA
TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE DARRIEUS-H NACA 0018
MODIFIKASI DENGAN VARIASI SUDUT PITCH 350,400,450,500,550,600”.
Tugas ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan di Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Banyak hambatan dan rintangan yang penulis hadapi dalam
penulisan tugas sarjana ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin
menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya pada berbagai
pihak yang telah banyak membantu serta memberikan dukungan baik
secara langsung maupun tidak sehingga penulis tetap istiqomah hingga
laporan ini dapat terselesaikan, yaitu kepada :
1. Kedua orang tua tersayang, sutrisno dan Nani Siswati, yang
senantiasa mendoakan yang terbaik untuk kami putra-putranya,
sehingga kami bisa sampai saat ini.
2. Adik tercinta, Jefry Setya Ardianto, yang senantiasa menyemangati
sehingga penulis mampu istiqomah sampai saat ini.
3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Wijianto ST, M.Eng, Sc, selaku dosen
pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini.
4. Tri Widodo Besar, Phd, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
5. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu
serta wawasan untuk mempersiapkan masa depan yang cerah.
x
6. Mas Topo, selaku petugas TU Jurusan Teknik Mesin yang selalu
membantu mengurus masalah administrasi.
7. Keluarga
Mahasiswa
Teknik
Mesin
(KMTM),
yang
telah
memberikan banyak pengalaman sehingga penulis dapat menjadi
saat ini.
8. Teman-teman seperjuangan 2012, yang telah 4 tahun berjuang
bersama baik suka maupun duka.
9. Ana Dwi Fatqitah dan segenap keluarga besar bapak Rohmad
yang telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir.
10. Teman-teman Kost serasi 1 yang telah mengajari arti sebuah
kebersamaan.
11. Teman 1 kelompok tugas akhir, H’mim dan Bhima, yang telah
sama-sama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini.
12. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu
persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
Semoga Allah SWT selalu memberikan rahmat-Nya yang berlimpah
serta membalas amal baik dan segala bantuan yang telah diberikan
kepada penulis.
Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan
kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah
hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat
membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari
penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun
orang lain terutama para pembaca sekalian.
Surakarta, Oktober 2016
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...........................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ....................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...........................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .....................................................
v
MOTTO ...........................................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................
vii
ABSTRAKSI ....................................................................................
viii
KATA PENGANTAR .......................................................................
x
DAFTAR ISI .....................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................
xv
DAFTAR TABEL ..............................................................................
xvii
DAFTAR SIMBOL ...........................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................
4
1.3 Tujuan ............................................................................
4
1.4 Manfaat ..........................................................................
5
1.5 Batasan Masalah ............................................................
6
1.6 Sistematikan Penulisan ..................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................
9
2.1 Studi Literatur .................................................................
9
2.2 Teori Penunjang .............................................................
11
2.2.1 Sejarah pemanfaatan energi angin ........................
11
2.2.2 Jenis Turbin Angin .................................................
12
2.2.3 Konsep Dasar Sistem Konversi Energi Angin
(SKEA)....................................................................
xii
18
2.2.4 Teori Momentum Elementer Betz ...........................
22
2.2.5 Pertimbangan Gaya Aerodinamika .........................
24
2.2.6 Teori NACA ...........................................................
26
2.2.7 Teori Flap ..............................................................
28
BAB III METODE PENELITIAN .......................................................
32
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................
32
3.2 Studi Pustaka dan Literatur .............................................
33
3.3 Perancangan dan desain ................................................
33
3.3.1 Perencanaan terowongan angin (wind tunnel) ......
33
3.3.2 Perancangan turbin angin ......................................
34
3.4 Pembuatan Terowongan Angin danTurbin Angin ..........
38
3.5 Pengujian Turbin Angin ..................................................
39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................
42
4.1 Spesifikasi Turbin Angin .................................................
42
4.2 Analisa Meggunakan Segitiga Kecepatan .....................
43
4.2.1 Kecepatan sudu pada sudut pitch 350 ....................
44
0
4.2.2 Kecepatan sudu pada sudut pitch 40 ....................
44
4.2.3 Kecepatan sudu pada sudut pitch 450 ....................
45
4.2.4 Kecepatan sudu pada sudut pitch 500 ....................
45
4.2.5 Kecepatan sudu pada sudut pitch 550 ....................
46
4.2.6 Kecepatan sudu pada sudut pitch 600 ....................
46
4.3 Data Hasil Pengujian ......................................................
47
4.3.1 Data pengujian tanpa pembebanan ........................
47
4.3.2 Data pengujian dengan pembebanan .....................
47
4.4 Pembahasan ...................................................................
49
4.4.1 Pembahasan data pengujian ..................................
49
4.4.2 Pembahasan segitiga kecepatan ............................
52
xiii
BAB V PENUTUP ...........................................................................
57
5.1 Kesimpulan .....................................................................
57
5.2 Saran ..............................................................................
57
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Berbagai jenis turbin angin horizontal ..........................
13
Gambar 2.2 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu ...............
13
Gambar 2.3 Berbagai jenis turbin angin sumbu vertikal ...................
14
Gambar 2.4 Turbin angin darrieus tipe-H.........................................
16
Gambar 2.5 Turbin angin savonius .................................................
17
Gambar 2.6 Perubahan penampang aliran udara ...........................
22
Gambar 2.7 Gaya – gaya pada setiap posisi sudu .........................
24
Gambar 2.8 Gaya aerodinamis rotor turbin angina ketika dilalui
aliran udara .................................................................
25
Gambar 2.9 Naca airfoil seri “empat angka” ....................................
27
Gambar 2.10 Airfoil NACA simetris .................................................
28
Gambar 2.11 Macam-macam flap....................................................
29
Gambar 2.12 Penggunaan flap dan tanpa menggunakan flap .........
30
Gambar 2.13 Hubungan antara CL dan CD pada penggunaan
flap.............................................................................
30
Gambar 2.14 Maximum coefficient CLmax .......................................
31
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ................................................
32
Gambar 3.2 Dimensi terowongan angin (wind tunnel) ....................
33
Gambar 3.3 Sudut pengarah ..........................................................
34
Gambar 3.4 Profil NACA 0018 yang belum dimodifikasi .................
35
Gambar 3.5 Profil NACA 0018 yang telah dimodifikasi ...................
36
Gambar 3.6 Sudu NACA 0018 modifikasi .......................................
36
Gambar 3.7 Flange .........................................................................
37
Gambar 3.8 Lengan sudu ................................................................
37
Gambar 3.9 Poros............................................................................
38
Gambar 3.10 Instalasi pengujian turbin angin ..................................
39
xv
Gambar 4.1 Turbin angin dengan NACA 0018 modifikasi ..............
42
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan pada beberapa posisi sudu ..........
43
Gambar 4.3 Kecepatan pada sudut pitch 350 .................................
44
Gambar 4.4 Kecepatan pada sudut pitch 400 .................................
44
Gambar 4.5 Kecepatan pada sudut pitch 450 .................................
45
Gambar 4.6 Kecepatan pada sudut pitch 500 .................................
45
Gambar 4.7 Kecepatan pada sudut pitch 550 .................................
46
0
Gambar 4.8 Kecepatan pada sudut pitch 60 .................................
46
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan putaran
tanpa pembebanan .....................................................
50
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan putaran
dengan pembebanan .................................................
50
Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan daya turbin terhadap
sudut pitch .................................................................
51
Gambar 4.12 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan effisiensi
turbin .........................................................................
xvi
51
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Spesifikasi turbin angin ...................................................
42
Tabel 4.2 Data hasil pengujian tanpa pembebanan ........................
47
Tabel 4.3 Data hasil Pengujian dengan pembebanan ....................
47
xvii
DAFTAR SIMBOL
Energi
(Joule)
Massa angin
(kg)
Kecepatan angin
(m/s)
Volume
(m3/s)
Luas sapuan
(m2)
Pa Daya angin
(Watt)
Gaya
(N)
Densitas udara
(kg/m3 )
Daya turbin
(Watt)
F
Gaya
(Newton)
D
Diameter
(m)
n
Putaran
(rpm)
R
Jari-jari rotor
(m)
h
Ketinggian
(m)
g
Percepatan gravitasi
(m/s2)
t
Waktu
(s)
F
xviii
UJI KINERJA TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
TIPE DARRIEUS-H NACA 0018 MODIFIKASI
DENGAN VARIASI SUDUT PITCH
350,400,450,500,550,600
Disusun :
YUNIKA CAHYO PRASTIKO
NIM : D 200 120 087
PROGRAM STUDITEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
v
MOTTO
Berambisilah.
Sesuatu akan menjadi kebanggaan,
Jika sesuatu itu dikerjakan,
Dan bukan hanya dipikirkan,
Sebuah cita-cita akan menjadi kesuksesan,
Jika kita awali dengan bekerja untuk mencapainya.
Kalau anda malas, Rajinkan diri.
Kalau anda takut, beranikan diri.
Kalau anda tidak tahu, bertanyalah.
Kalau anda gagal, coba lagi
Kalau itu anda teruskan, sukses akan menjadi nyata,
Kalau tidak segera pasti nanti.
(Mario Teguh)
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa senang hati karya sederhana ini dapat terselesaikan
yang saya persembahkan kepada :
1. Kedua orang tua tersayang, yang senantiasa mendoakan yang terbaik
untuk kami putra-putranya, sehingga kami bisa sampai saat ini.
2. Adik tercinta, Jefry Setya Ardianto, yang senantiasa menyemangati
sehingga penulis mampu istiqomah sampai saat ini.
3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Wijianto ST, M.Eng, Sc, selaku dosen
pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini.
4. Teman-teman seperjuangan 2012, yang telah 4 tahun berjuang
bersama baik suka maupun duka.
5. Ana Dwi Fatqitah dan segenap keluarga besar bapak Rohmad yang
telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir.
6. Teman-teman Kost serasi 1 yang telah mengajari arti sebuah
kebersamaan.
7. Teman 1 kelompok tugas akhir, H’mim dan Bhima, yang telah samasama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu,
yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis
hanya bisa mengucapkan terima kasih.
vii
Abstrak
Energi angin merupakan salah satu energi alternatif yang dapat
dengan cepat diproses kembali oleh alam. Energi angin dirubah menjadi
energi listrik menggunakan turbin angin. Turbin angin sumbu vertikal
merupakan jenis turbin angin yang dapat berputar pada kecepatan rendah
dengan biaya pembuatan yang murah. Sudut pitch akan berpengaruh
pada kinerja turbin angin dan penambahan flap pada airfoil NACA dapat
meningkatkan gaya lift. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui
besarnya daya, torsi , efisiensi yang dihasilkan oleh turbin angin serta
mengetahui sudut pitch yang paling efektif mengekstrak energi. Penelitian
ini menggunakan turbin angin sumbu vertikal darrieus-H NACA 0018
modifikasi
dengan
sudut
pitch
yang
di
gunakan
mulai
dari
350,400,450,500,550,600. Kinerja turbin angin ini diukur menggunakan
terowongan angin saluran terbuka. Dengan kecepatan angin 4,8 m/s.
dengan beban seberat 250 gram. Hasil dari penelitian ini di ketahui bahwa
sudut pitch berpengaruh pada daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin
angin, pada penelitian turbin angin sumbu vertikal darrieus-H NACA 0018
modifikasi didapatkan energi terbesar turbin pada sudut pitch 50 0 dengan
daya yang dihasilkan sebesar 0,859 Watt, torsi mencapai 0,154 Nm dan
efisiensinya mencapai 4,90%.
Kata kunci: Flap, NACA 0018 Modifikasi, Turbin, sudut pitch, Turbin Angin
Sumbu Vertikal. Darrieus-H.
viii
Abstracts
Wind energy is the one of alternative energy that could be produced
rapidly through natural processes. Wind energy could be converted into
electrical energy by using wind turbine. Vertical axis wind turbine is a type
of wind turbine that could spined out at low speed and was made with low
costing. The performance of the wind turbine will be affected by the pitch
angle and the additional of the flap on the airfoil NACA could be increase
the lift force. The purpose of this research was to determine the power,
the torque, the efficiency of the wind turbine, and also which one of the
pitch angle most effectively to extracting energy. This research was
conducted by using vertical axis wind turbine Darrieus-H NACA 0018
modified with using pitch angle 350,400,450,500,550,600. The performance
of this wind turbin measured using wind tunnel type open circuit with wind
speed 4,8 m/s and the weight load 250 gram. The result showed that the
number of the pitch angle was affected the power and the efficiency of the
wind turbine. In this research of vertical axis wind turbine darrieus-H NACA
0018 modification capable of generating power 0,859 Watt, With pitch
angle 500, the torque 0,154 Nm and 4,90 % for the maximum efficiency.
Keywords: Flap, NACA 0018 modification, pitch angle, vertical axis wind
turbine Darrieus – H.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang senantiasa
melimpahkan rahmat, hidayah,dan inayahNya kepada kita semua, tak
lupa sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita
Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari jaman jahiliyyah ke
jaman terang benderang seperti saat ini. Alhamdulillahirabbil ‘aalamin
penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana berjudul “UJI KINERJA
TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL TIPE DARRIEUS-H NACA 0018
MODIFIKASI DENGAN VARIASI SUDUT PITCH 350,400,450,500,550,600”.
Tugas ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan di Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Banyak hambatan dan rintangan yang penulis hadapi dalam
penulisan tugas sarjana ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin
menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya pada berbagai
pihak yang telah banyak membantu serta memberikan dukungan baik
secara langsung maupun tidak sehingga penulis tetap istiqomah hingga
laporan ini dapat terselesaikan, yaitu kepada :
1. Kedua orang tua tersayang, sutrisno dan Nani Siswati, yang
senantiasa mendoakan yang terbaik untuk kami putra-putranya,
sehingga kami bisa sampai saat ini.
2. Adik tercinta, Jefry Setya Ardianto, yang senantiasa menyemangati
sehingga penulis mampu istiqomah sampai saat ini.
3. Nur Aklis, ST.,M.Eng dan Wijianto ST, M.Eng, Sc, selaku dosen
pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukanmasukan yang sangat bermanfaat bagi terselesaikannya tugas ini.
4. Tri Widodo Besar, Phd, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
5. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu
serta wawasan untuk mempersiapkan masa depan yang cerah.
x
6. Mas Topo, selaku petugas TU Jurusan Teknik Mesin yang selalu
membantu mengurus masalah administrasi.
7. Keluarga
Mahasiswa
Teknik
Mesin
(KMTM),
yang
telah
memberikan banyak pengalaman sehingga penulis dapat menjadi
saat ini.
8. Teman-teman seperjuangan 2012, yang telah 4 tahun berjuang
bersama baik suka maupun duka.
9. Ana Dwi Fatqitah dan segenap keluarga besar bapak Rohmad
yang telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir.
10. Teman-teman Kost serasi 1 yang telah mengajari arti sebuah
kebersamaan.
11. Teman 1 kelompok tugas akhir, H’mim dan Bhima, yang telah
sama-sama berjuang menyelesaikan tugas akhir ini.
12. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu
persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
Semoga Allah SWT selalu memberikan rahmat-Nya yang berlimpah
serta membalas amal baik dan segala bantuan yang telah diberikan
kepada penulis.
Penulis juga menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan
kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Maka dari itu, dengan rendah
hati penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat
membangun guna hasil yang lebih baik kedepannya. Harapan terakhir dari
penulis, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri sendiri maupun
orang lain terutama para pembaca sekalian.
Surakarta, Oktober 2016
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...........................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ....................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...........................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .....................................................
v
MOTTO ...........................................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................
vii
ABSTRAKSI ....................................................................................
viii
KATA PENGANTAR .......................................................................
x
DAFTAR ISI .....................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................
xv
DAFTAR TABEL ..............................................................................
xvii
DAFTAR SIMBOL ...........................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................
4
1.3 Tujuan ............................................................................
4
1.4 Manfaat ..........................................................................
5
1.5 Batasan Masalah ............................................................
6
1.6 Sistematikan Penulisan ..................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................
9
2.1 Studi Literatur .................................................................
9
2.2 Teori Penunjang .............................................................
11
2.2.1 Sejarah pemanfaatan energi angin ........................
11
2.2.2 Jenis Turbin Angin .................................................
12
2.2.3 Konsep Dasar Sistem Konversi Energi Angin
(SKEA)....................................................................
xii
18
2.2.4 Teori Momentum Elementer Betz ...........................
22
2.2.5 Pertimbangan Gaya Aerodinamika .........................
24
2.2.6 Teori NACA ...........................................................
26
2.2.7 Teori Flap ..............................................................
28
BAB III METODE PENELITIAN .......................................................
32
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................
32
3.2 Studi Pustaka dan Literatur .............................................
33
3.3 Perancangan dan desain ................................................
33
3.3.1 Perencanaan terowongan angin (wind tunnel) ......
33
3.3.2 Perancangan turbin angin ......................................
34
3.4 Pembuatan Terowongan Angin danTurbin Angin ..........
38
3.5 Pengujian Turbin Angin ..................................................
39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................
42
4.1 Spesifikasi Turbin Angin .................................................
42
4.2 Analisa Meggunakan Segitiga Kecepatan .....................
43
4.2.1 Kecepatan sudu pada sudut pitch 350 ....................
44
0
4.2.2 Kecepatan sudu pada sudut pitch 40 ....................
44
4.2.3 Kecepatan sudu pada sudut pitch 450 ....................
45
4.2.4 Kecepatan sudu pada sudut pitch 500 ....................
45
4.2.5 Kecepatan sudu pada sudut pitch 550 ....................
46
4.2.6 Kecepatan sudu pada sudut pitch 600 ....................
46
4.3 Data Hasil Pengujian ......................................................
47
4.3.1 Data pengujian tanpa pembebanan ........................
47
4.3.2 Data pengujian dengan pembebanan .....................
47
4.4 Pembahasan ...................................................................
49
4.4.1 Pembahasan data pengujian ..................................
49
4.4.2 Pembahasan segitiga kecepatan ............................
52
xiii
BAB V PENUTUP ...........................................................................
57
5.1 Kesimpulan .....................................................................
57
5.2 Saran ..............................................................................
57
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Berbagai jenis turbin angin horizontal ..........................
13
Gambar 2.2 Jenis turbin angin berdasarkan jumlah sudu ...............
13
Gambar 2.3 Berbagai jenis turbin angin sumbu vertikal ...................
14
Gambar 2.4 Turbin angin darrieus tipe-H.........................................
16
Gambar 2.5 Turbin angin savonius .................................................
17
Gambar 2.6 Perubahan penampang aliran udara ...........................
22
Gambar 2.7 Gaya – gaya pada setiap posisi sudu .........................
24
Gambar 2.8 Gaya aerodinamis rotor turbin angina ketika dilalui
aliran udara .................................................................
25
Gambar 2.9 Naca airfoil seri “empat angka” ....................................
27
Gambar 2.10 Airfoil NACA simetris .................................................
28
Gambar 2.11 Macam-macam flap....................................................
29
Gambar 2.12 Penggunaan flap dan tanpa menggunakan flap .........
30
Gambar 2.13 Hubungan antara CL dan CD pada penggunaan
flap.............................................................................
30
Gambar 2.14 Maximum coefficient CLmax .......................................
31
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ................................................
32
Gambar 3.2 Dimensi terowongan angin (wind tunnel) ....................
33
Gambar 3.3 Sudut pengarah ..........................................................
34
Gambar 3.4 Profil NACA 0018 yang belum dimodifikasi .................
35
Gambar 3.5 Profil NACA 0018 yang telah dimodifikasi ...................
36
Gambar 3.6 Sudu NACA 0018 modifikasi .......................................
36
Gambar 3.7 Flange .........................................................................
37
Gambar 3.8 Lengan sudu ................................................................
37
Gambar 3.9 Poros............................................................................
38
Gambar 3.10 Instalasi pengujian turbin angin ..................................
39
xv
Gambar 4.1 Turbin angin dengan NACA 0018 modifikasi ..............
42
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan pada beberapa posisi sudu ..........
43
Gambar 4.3 Kecepatan pada sudut pitch 350 .................................
44
Gambar 4.4 Kecepatan pada sudut pitch 400 .................................
44
Gambar 4.5 Kecepatan pada sudut pitch 450 .................................
45
Gambar 4.6 Kecepatan pada sudut pitch 500 .................................
45
Gambar 4.7 Kecepatan pada sudut pitch 550 .................................
46
0
Gambar 4.8 Kecepatan pada sudut pitch 60 .................................
46
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan putaran
tanpa pembebanan .....................................................
50
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan putaran
dengan pembebanan .................................................
50
Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan daya turbin terhadap
sudut pitch .................................................................
51
Gambar 4.12 Grafik hubungan antara sudut pitch dengan effisiensi
turbin .........................................................................
xvi
51
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Spesifikasi turbin angin ...................................................
42
Tabel 4.2 Data hasil pengujian tanpa pembebanan ........................
47
Tabel 4.3 Data hasil Pengujian dengan pembebanan ....................
47
xvii
DAFTAR SIMBOL
Energi
(Joule)
Massa angin
(kg)
Kecepatan angin
(m/s)
Volume
(m3/s)
Luas sapuan
(m2)
Pa Daya angin
(Watt)
Gaya
(N)
Densitas udara
(kg/m3 )
Daya turbin
(Watt)
F
Gaya
(Newton)
D
Diameter
(m)
n
Putaran
(rpm)
R
Jari-jari rotor
(m)
h
Ketinggian
(m)
g
Percepatan gravitasi
(m/s2)
t
Waktu
(s)
F
xviii