Kajian Lintasan Orbit Pada Turbin Angin Savanius Tipe Rotor Helix Dengan Menggunakan Software Matlab 2014
KAJIAN LINTASAN ORBIT PADA TURBIN ANGIN SAVANIUS
TIPE ROTOR HELIX DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE MATLAB 2014
SKRIPSI
Skripsi yang Diajaukan Untuk Melengkapi Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH :
Ali Syahputra Hasibuan
NIM. 110401004
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi eksperimental kajian lintasan orbit
menggunakan matlab 2014, dengan melakukan pengukuran pada poros turbin angin
savanius tipe rotor helix dengan menggunakan Laser Vibrometer. Pengukuran
dilakukan dengan 5 variasi kecepatan angina selama 100 detik, yaitu : 4 m/s, 4,5m/s,
5 m/s, 5,5m/s dan 6 m/s. Nilai dispalacement terendah sebesar -0,3343 mm pada
kecepatan angin 6 m/s dan tertinggi 0,3338 mm pada kecepatan angin 6 m/s. Nilai
velocity terendah sebesar 0,1791 mm/s pada kecepatan angin 4,5 m/s dan nilai
tertinggi 0,5435 mm/s pada kecepatan angin 4,5 m/s. Nilai acceleration tertinggi
sebesar -4,5378 mm/s² pada kecepatan angin 6 m/s dan nilai tertinggi 4,5304 m/s²
pada kecepatan angin 6 m/s. Lintasan orbit displacemant terbesar terjadi pada
kecepatan angin 6 m/s dengan indikasi unbalance karena bentuk lintasan melebar.
Untuk kecepatan angin5,5 m/s mengindikasikan terjadi misaligment dikarekan
bentuk elipsnya pipih.
Kata kunci : Turbin angin savanius, Vibrasi, Displacement, Velocity, Acceleration,
Lintasan Orbit
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This research aims to study the trajectory orbit experimental studies using matlab
2014, by performing measurements on wind turbine shaft savanius helix rotor types
by using Laser Vibrometer. Measurements were made with 5 variations of wind
speed for 100 seconds, ie: 4 m / s, 4.5 m / s, 5 m / s, 5,5m / s and 6 m / s. Lowest
dispalacement value of -0.3343 mm at a wind speed of 6 m / s and the highest
0.3338 mm at a wind speed of 6 m / s. Lowest velocity value of 0.1791 mm / s at a
wind speed of 4.5 m / s and the highest value of 0.5435 mm / s at a wind speed of
4.5 m / s. The highest acceleration value of -4.5378 mm / s² at a wind speed of 6 m
/ s and the highest value of 4.5304 m / s² at a wind speed of 6 m / s. The displacemant
orbit trajectory occurs at a wind speed of 6 m / s with an indication of unbalance
due to the form of the track widened. To speed angin5,5 m / s indicates happen
misaligment dikarekan flattened ellipse shape.
Keywords: Wind Turbine savanius, Vibration, Displacement, Velocity,
Acceleration, Orbit Trails
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulisa ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmad
dan karunia-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapt
menyelesaikan penulisan skripsi ini.
Skripsi adalah salah satu syarat untuk kelulusan menjadi sarjana teknik di
Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini
adalah "Kajian Lintasan Orbit Pada Turbin Angin Savanius Tipe Rotor Helix
Dengan Menggunakan Software Matlab 2014".
Selama penulisan Kripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan banyak terimakasih kepada :
1. Kedua orang tua tercinta Baktiar Hasibuan dan Samsidah Rangkuti, yang
selalu mendukung dalam doa, dukungan moral, materil, dan selalu memberikan
semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
2. Bapak Dr.Ing. Ir. Ikhwansah Isranuri selaku dosen pembimbing dan Ketua
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara, yang
telah meluangkan waktu dalam membimbing penulis hingga skripsi ini dapat
terselesaikan.
3. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan pengetahuan kepada
penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen
Teknik Mesin.
4. Abanganda Ahmad marabdi Siregar yang telah membantu dalam penulisan
skripsi ini.
5. Saudara Panji waskito, M.Reza Zulkarnain, Sakinah Rahmi, Yupen Saputra,
Jefri Pia Nanda, M. Iqbal Hasibuan
dan teman-teman mahasiswa Teknik
Mesin USU khususnya untuk angkatan 2011, yang telah banyak memberikan
support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Adik-adik tercinta Masitoh Hasibuan, Zulpan Syah Hasibuan, Muhammad
Yusuf Hasibuan dan Wahyuni Safitri yang terus mendukung baik doa dan
semangat.
Universitas Sumatera Utara
Akhirnya penulis mengharapkan kritik dan saran dari rekan mahasiswa
serta para pembaca dalam rangka pengembangan Proposal ini dan akhir kata
penulis mengucapkan terima kasih, semoga Allah SWT selalu menyertai kita.
Medan,
Februari 2016
Penuls,
Ali Syahputra Hasibuan
NIM : 110401004
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
DAFTAR ISI ......................................................................................................iii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vi
DAFTAR NOTASI ..........................................................................................viii
BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1.Pendahuluan ................................................................................................. 1
1.2.Perumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3.Batasan Masalah .......................................................................................... 2
1.4.Tujuan Penelitian ......................................................................................... 2
1.5.Manfaat Penelitian ....................................................................................... 2
1.6.Sistematika Penelitian .................................................................................. 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 4
2.1.Turbin Angin ................................................................................................ 4
2.2.Turbin Angin Savanius ................................................................................ 6
2.3. Analisa Getaran ............................................................................................ 7
2.3.1. Konsep Analisa Getaran .................................................................. 7
2.3.2. Karakteristik Getaran ....................................................................... 9
2.3.3. Frekuensi Getaran ............................................................................ 9
2.3.4. Amplitudo (Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan) .................. 10
2.3.5. Fasa (phase).................................................................................... 11
2.4.. Rotor Orbit Trajectories ........................................................................... 13
2.5.Metode Lintasan Orbit (Pola Lissajous) ..................................................... 17
2.6.Fast Fourier Transform (FFT) .................................................................... 19
BAB 3 METODE PENELITIAN...................................................................... 24
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................... 24
3.2.Bahan ......................................................................................................... 24
3.3.Peralatan Penelitian .................................................................................... 29
3.4. Metodologi Penelitian ................................................................................ 32
3.5. Set Up ......................................................................................................... 33
3.5.1. Set Up dan uji wind tunnel................................................................ 33
Universitas Sumatera Utara
3.5.2. Set Up alat ukur penelitian................................................................ 33
3.6.Variabel Penelitian ..................................................................................... 36
3.7. Prosedur Penelitian .................................................................................... 37
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................. 38
4.1. Amplitudo Getaran Pada Turbin Angin Savanius...................................... 38
4.1.1. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 4 m/s ................................... 39
4.1.2. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 4,5 m/s ................................ 42
4.1.3. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 5 m/s ................................... 45
4.1.4. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 5,5 m/s ................................ 48
4.1.5. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 6 m/s ................................... 51
4.2. Hubungan Variasi Punncak Amplitudo Pada 5 Variasi Kecepatan
Angin .......................................................................................................... 54
4.3. Analisis Lintasan Orbit .............................................................................. 55
4.3.1. Lintasan Orbit Displacemen .................................................................... 55
4.3.2. Lintasan Orbit Velocity ........................................................................... 57
4.3.3. Lintasan Orbit Accelaration .................................................................... 59
4.4. Klarifikasi FFT ........................................................................................... 61
4.5. Perubahan Lintasan Orbit ........................................................................... 63
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 66
5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 66
5.2. Saran ........................................................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ ix
Lampiran ............................................................................................................ xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Satuan yang digunakan tiap karakteristik .................................. 13
Tabel 4.1
Data kecepatan angin 4 m/s ....................................................... 39
Tabel 4.2
Data kecepatan angin 4,5 m/s .................................................... 42
Tabel 4.3
Data kecepatan angin 5 m/s ....................................................... 45
Tabel 4.4
Data kecepatan angin 5,5 m/s .................................................... 48
Tabel 4.5
Data kecepatan angin 6 m/s ....................................................... 51
Tabel 4.6
Variasi Puncak Amplitudo ........................................................ 54
Tabel 4.7
Nilai perhitungan rata-rata Amplitudo yang terjadi ................... 55
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.
Konstruksi turbin angin ............................................................. 4
Gambar 2.2
Turbin angin sumbu tegak......................................................... 5
Gambar 2.3
Rotor tipe Helix ......................................................................... 6
Gambar 2.4
Bentuk dorongan angin memutar rotor turbin ........................... 6
Gambar 2.5
Rotor savanius berbentuk heliks ............................................... 7
Gambar 2.6
Getaran pada sistim pegas-Massa sederhana ............................ 8
Gambar 2.7
Karakteristik Getaran ................................................................ 9
Gambar 2.8
Model Amplitudo .................................................................... 10
Gambar 2.9
Displacement dan Frequency .................................................. 11
Gambar 2.10
Beda fasa antara perpindahan, kecepatan dan percepatan ...... 12
Gambar 2.11
Hubungan phasa, perpindahan, kecepatan, dan percepatan
pada gerak harmonik ............................................................... 12
Gambar 2.12
Model LRV sederhana dua derajat kebebasan ........................ 13
Gambar 2.13
Berbagai lintasan orbit dalam sistem getaran yang simultan
pada sumbu yang tegak lurus dimana gerak harmonik
sederhana ................................................................................. 16
Gambar 2.14
Lintasan orbit perpindahan partikel dalam dimensi ruang ...... 16
Gambar 2.15
Pola Lissajous pada rotary machine yang mengalami
Unbalance................................................................................ 17
Gambar 2.16
Pola Lissajous pads rotary machine yang mengalami
oil whirl ................................................................................... 18
Gambar 2.17
Pola Lissajous pads rotary machine yang mengalami
Oil whirl .................................................................................. 19
Gambar 2.18
Pola Lissajous pada rotary machine yang mengalami hit-andbounce rubbing ........................................................................ 19
Gambar 2.19
Pola Lissajous pada rotary machine. yang full rubbing
atau heavy rubbing ......................................................................
Gambar 2.20
Gelombang Frekuensi ............................................................. 20
Gambar 2.21
Time Waveform Turbin .......................................................... 20
Gambar 2.22
Spectrum Data ......................................................................... 21
Gambar 2.23
Transform FFT ........................................................................ 21
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.24
Pola Spectrum Unbalance ....................................................... 21
Gambar 2.25
Posisi Misaligment .................................................................. 23
Gambar 2.26
Pola Spektrum Misaligment .................................................... 23
Gambar 2.27
Pola Spectrum Mechanical Looseness............................................. 24
Gambar 3.1
(1)Perangkat Wind Tunnel, (2)Turbin angin ........................... 21
Gambar 3.2
tipe “Helix ............................................................................... 21
Gambar 3.3
Bentuk dudukan lengan sudu .................................................. 22
Gambar 3.4
Bahan pelat besi ...................................................................... 22
Gambar 3.5
Bahan pelat Alumanium untuk rotor ....................................... 23
Gambar 3,6
Poros........................................................................................ 23
Gambar 3.7
Bantalan................................................................................... 23
Gambar 3.8
(a)Roda gigi pada Poros turbin, (b)pada`poros motor DC ...... 24
Gambar 3.9
Generator listirk ...................................................................... 24
Gambar 3.10
Lampu LED dan wayar kecil .................................................. 24
Gambar 3.11
Perangkat Wind Tunnel ........................................................... 25
Gambar 3.12
Inverter .................................................................................... 26
Gambar 3.13
Alat vibrometer ....................................................................... 26
Gambar 3.14
Alat Tachometer ...................................................................... 27
Gambar 3.15
multi tester digital ................................................................... 27
Gambar 3.16
Alat multi tester digital............................................................ 28
Gambar 3.17
Alat anemometer ..................................................................... 28
Gambar 3.18
Alat labjeck ............................................................................. 29
Gambar 3.19
Probe Hot Wire ....................................................................... 29
Gambar 3.20
turbin angin savonius pada test suction wind tunnel ............... 31
Gambar 3.21
Pemasangan kabel pada generator ke lampu LED .................. 31
Gambar 3.22
Pemasangan kabel multitester ................................................. 32
Gambar 3.23
Posisi anemometer .................................................................. 32
Gambar 3.24
Posisi vibrometer..................................................................... 24
Gambar 3.25
memastikan vibrometer berfungsi ........................................... 32
Gambar 3.26
Posisi tachometer .................................................................... 33
Gambar 3.27
Chanel penyetelan ................................................................... 33
Gambar 3.28
Set-Up alat ............................................................................... 34
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.29
Prosedur Penelitian.................................................................. 37
Gambar 4.1
Vibration source Tipe rotor Helix ........................................... 38
Gambar 4.2
Velocity kecepatan angin 4 m/s ............................................... 40
Gambar 4.3
Displaciment kecepatan angin 4 m/s ....................................... 41
Gambar 4.4
Acceleration kecepatan angin 4 m/s ........................................ 41
Gambar 4.5
Velocity kecepatan angin 4,5 m/s ............................................ 43
Gambar 4.6
Displaciment kecepatan angin 4,5 m/s .................................... 44
Gambar 4.7
Acceleration kecepatan angin 4,5 m/s ..................................... 44
Gambar 4.8
Velocity kecepatan angin 5 m/s ............................................... 46
Gambar 4.9
Displaciment kecepatan angin 5 m/s ....................................... 47
Gambar 4.10
Acceleration kecepatan angin 5 m/s ........................................ 47
Gambar 4.11
Velocity kecepatan angin 5,5 m/s ............................................ 49
Gambar 4.12
Displaciment kecepatan angin 5,5 m/s .................................... 50
Gambar 4.13
Acceleration kecepatan angin 5,5 m/s ..................................... 50
Gambar 4.14
Velocity kecepatan angin 6 m/s ............................................... 52
Gambar 4.15
Displaciment kecepatan angin 6 m/s ....................................... 53
Gambar 4.16
Acceleration kecepatan angin 6 m/s ........................................ 53
Gambar 4.17
Lintasan orbit pada kecepatan angin 4 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 56
Gambar 4.18
Lintasan orbit pada kecepatan angin 4,5 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 56
Gambar 4.19
Lintasan orbit pada kecepatan angin 5 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 56
Gambar 4.20
Lintasan orbit pada kecepatan angin 5,5 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 57
Gambar 4.21
Lintasan orbit pada kecepatan angin 6 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 57
Gambar 4.23
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 4 m/s ..... 58
Gambar 4.24
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 4,5 m/s .. 58
Gambar 4.25
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 5 m/s ..... 59
Gambar 4.26
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 5,5 m/s .. 59
Gambar 4.27
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 6 m/s ..... 59
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.28
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 4 m/s .............................................................................. 60
Gambar 4.29
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 4,5 m/s ........................................................................... 60
Gambar 4.30
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 5 m/s .............................................................................. 60
Gambar 4.31
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 5,5 m/s ........................................................................... 61
Gambar 4.32
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 6 m/s .............................................................................. 61
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 4 m/s .............. 62
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 4,5 m/s ........... 62
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 5 m/s .............. 62
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 5,5 m/s ........... 63
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 6 m/s .............. 63
Gambar 4.33
Lintasan orbit displacement pada kelima kecepatan angin ..... 64
Gambar 4.34
Lintasan orbit Velocity pada kelima kecepatan angin ............. 64
Gambar 4.35
Lintasan orbit Accelaration pada kelima kecepatan angin ..... 65
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Satuan
A
Amplitudo
(m)
c
Redaman / damping
(N/(m/s))
F
Gaya
(N)
f
Frekuensi
(Hz)
k
Kekakuan / stiffness
(N/m)
m
Massa
(kg)
t
Waktu
(s)
�
Perioda
(s)
�
Kecepatan sudut
(rad/s)
w
Berat
(N)
��
Frekuensi natural
(rad/s)
�
Perpindahan / displacement
(m)
�
Kecepatan / velocity
(m/s)
�
Percepatan / acceleration
(m/s2)
Universitas Sumatera Utara
TIPE ROTOR HELIX DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE MATLAB 2014
SKRIPSI
Skripsi yang Diajaukan Untuk Melengkapi Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH :
Ali Syahputra Hasibuan
NIM. 110401004
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi eksperimental kajian lintasan orbit
menggunakan matlab 2014, dengan melakukan pengukuran pada poros turbin angin
savanius tipe rotor helix dengan menggunakan Laser Vibrometer. Pengukuran
dilakukan dengan 5 variasi kecepatan angina selama 100 detik, yaitu : 4 m/s, 4,5m/s,
5 m/s, 5,5m/s dan 6 m/s. Nilai dispalacement terendah sebesar -0,3343 mm pada
kecepatan angin 6 m/s dan tertinggi 0,3338 mm pada kecepatan angin 6 m/s. Nilai
velocity terendah sebesar 0,1791 mm/s pada kecepatan angin 4,5 m/s dan nilai
tertinggi 0,5435 mm/s pada kecepatan angin 4,5 m/s. Nilai acceleration tertinggi
sebesar -4,5378 mm/s² pada kecepatan angin 6 m/s dan nilai tertinggi 4,5304 m/s²
pada kecepatan angin 6 m/s. Lintasan orbit displacemant terbesar terjadi pada
kecepatan angin 6 m/s dengan indikasi unbalance karena bentuk lintasan melebar.
Untuk kecepatan angin5,5 m/s mengindikasikan terjadi misaligment dikarekan
bentuk elipsnya pipih.
Kata kunci : Turbin angin savanius, Vibrasi, Displacement, Velocity, Acceleration,
Lintasan Orbit
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This research aims to study the trajectory orbit experimental studies using matlab
2014, by performing measurements on wind turbine shaft savanius helix rotor types
by using Laser Vibrometer. Measurements were made with 5 variations of wind
speed for 100 seconds, ie: 4 m / s, 4.5 m / s, 5 m / s, 5,5m / s and 6 m / s. Lowest
dispalacement value of -0.3343 mm at a wind speed of 6 m / s and the highest
0.3338 mm at a wind speed of 6 m / s. Lowest velocity value of 0.1791 mm / s at a
wind speed of 4.5 m / s and the highest value of 0.5435 mm / s at a wind speed of
4.5 m / s. The highest acceleration value of -4.5378 mm / s² at a wind speed of 6 m
/ s and the highest value of 4.5304 m / s² at a wind speed of 6 m / s. The displacemant
orbit trajectory occurs at a wind speed of 6 m / s with an indication of unbalance
due to the form of the track widened. To speed angin5,5 m / s indicates happen
misaligment dikarekan flattened ellipse shape.
Keywords: Wind Turbine savanius, Vibration, Displacement, Velocity,
Acceleration, Orbit Trails
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulisa ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmad
dan karunia-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapt
menyelesaikan penulisan skripsi ini.
Skripsi adalah salah satu syarat untuk kelulusan menjadi sarjana teknik di
Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini
adalah "Kajian Lintasan Orbit Pada Turbin Angin Savanius Tipe Rotor Helix
Dengan Menggunakan Software Matlab 2014".
Selama penulisan Kripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan banyak terimakasih kepada :
1. Kedua orang tua tercinta Baktiar Hasibuan dan Samsidah Rangkuti, yang
selalu mendukung dalam doa, dukungan moral, materil, dan selalu memberikan
semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
2. Bapak Dr.Ing. Ir. Ikhwansah Isranuri selaku dosen pembimbing dan Ketua
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara, yang
telah meluangkan waktu dalam membimbing penulis hingga skripsi ini dapat
terselesaikan.
3. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan pengetahuan kepada
penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen
Teknik Mesin.
4. Abanganda Ahmad marabdi Siregar yang telah membantu dalam penulisan
skripsi ini.
5. Saudara Panji waskito, M.Reza Zulkarnain, Sakinah Rahmi, Yupen Saputra,
Jefri Pia Nanda, M. Iqbal Hasibuan
dan teman-teman mahasiswa Teknik
Mesin USU khususnya untuk angkatan 2011, yang telah banyak memberikan
support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Adik-adik tercinta Masitoh Hasibuan, Zulpan Syah Hasibuan, Muhammad
Yusuf Hasibuan dan Wahyuni Safitri yang terus mendukung baik doa dan
semangat.
Universitas Sumatera Utara
Akhirnya penulis mengharapkan kritik dan saran dari rekan mahasiswa
serta para pembaca dalam rangka pengembangan Proposal ini dan akhir kata
penulis mengucapkan terima kasih, semoga Allah SWT selalu menyertai kita.
Medan,
Februari 2016
Penuls,
Ali Syahputra Hasibuan
NIM : 110401004
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
DAFTAR ISI ......................................................................................................iii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vi
DAFTAR NOTASI ..........................................................................................viii
BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1.Pendahuluan ................................................................................................. 1
1.2.Perumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3.Batasan Masalah .......................................................................................... 2
1.4.Tujuan Penelitian ......................................................................................... 2
1.5.Manfaat Penelitian ....................................................................................... 2
1.6.Sistematika Penelitian .................................................................................. 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 4
2.1.Turbin Angin ................................................................................................ 4
2.2.Turbin Angin Savanius ................................................................................ 6
2.3. Analisa Getaran ............................................................................................ 7
2.3.1. Konsep Analisa Getaran .................................................................. 7
2.3.2. Karakteristik Getaran ....................................................................... 9
2.3.3. Frekuensi Getaran ............................................................................ 9
2.3.4. Amplitudo (Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan) .................. 10
2.3.5. Fasa (phase).................................................................................... 11
2.4.. Rotor Orbit Trajectories ........................................................................... 13
2.5.Metode Lintasan Orbit (Pola Lissajous) ..................................................... 17
2.6.Fast Fourier Transform (FFT) .................................................................... 19
BAB 3 METODE PENELITIAN...................................................................... 24
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................... 24
3.2.Bahan ......................................................................................................... 24
3.3.Peralatan Penelitian .................................................................................... 29
3.4. Metodologi Penelitian ................................................................................ 32
3.5. Set Up ......................................................................................................... 33
3.5.1. Set Up dan uji wind tunnel................................................................ 33
Universitas Sumatera Utara
3.5.2. Set Up alat ukur penelitian................................................................ 33
3.6.Variabel Penelitian ..................................................................................... 36
3.7. Prosedur Penelitian .................................................................................... 37
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................. 38
4.1. Amplitudo Getaran Pada Turbin Angin Savanius...................................... 38
4.1.1. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 4 m/s ................................... 39
4.1.2. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 4,5 m/s ................................ 42
4.1.3. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 5 m/s ................................... 45
4.1.4. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 5,5 m/s ................................ 48
4.1.5. Pengambilan Datta Pada Kecepatan Angin 6 m/s ................................... 51
4.2. Hubungan Variasi Punncak Amplitudo Pada 5 Variasi Kecepatan
Angin .......................................................................................................... 54
4.3. Analisis Lintasan Orbit .............................................................................. 55
4.3.1. Lintasan Orbit Displacemen .................................................................... 55
4.3.2. Lintasan Orbit Velocity ........................................................................... 57
4.3.3. Lintasan Orbit Accelaration .................................................................... 59
4.4. Klarifikasi FFT ........................................................................................... 61
4.5. Perubahan Lintasan Orbit ........................................................................... 63
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 66
5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 66
5.2. Saran ........................................................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ ix
Lampiran ............................................................................................................ xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Satuan yang digunakan tiap karakteristik .................................. 13
Tabel 4.1
Data kecepatan angin 4 m/s ....................................................... 39
Tabel 4.2
Data kecepatan angin 4,5 m/s .................................................... 42
Tabel 4.3
Data kecepatan angin 5 m/s ....................................................... 45
Tabel 4.4
Data kecepatan angin 5,5 m/s .................................................... 48
Tabel 4.5
Data kecepatan angin 6 m/s ....................................................... 51
Tabel 4.6
Variasi Puncak Amplitudo ........................................................ 54
Tabel 4.7
Nilai perhitungan rata-rata Amplitudo yang terjadi ................... 55
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.
Konstruksi turbin angin ............................................................. 4
Gambar 2.2
Turbin angin sumbu tegak......................................................... 5
Gambar 2.3
Rotor tipe Helix ......................................................................... 6
Gambar 2.4
Bentuk dorongan angin memutar rotor turbin ........................... 6
Gambar 2.5
Rotor savanius berbentuk heliks ............................................... 7
Gambar 2.6
Getaran pada sistim pegas-Massa sederhana ............................ 8
Gambar 2.7
Karakteristik Getaran ................................................................ 9
Gambar 2.8
Model Amplitudo .................................................................... 10
Gambar 2.9
Displacement dan Frequency .................................................. 11
Gambar 2.10
Beda fasa antara perpindahan, kecepatan dan percepatan ...... 12
Gambar 2.11
Hubungan phasa, perpindahan, kecepatan, dan percepatan
pada gerak harmonik ............................................................... 12
Gambar 2.12
Model LRV sederhana dua derajat kebebasan ........................ 13
Gambar 2.13
Berbagai lintasan orbit dalam sistem getaran yang simultan
pada sumbu yang tegak lurus dimana gerak harmonik
sederhana ................................................................................. 16
Gambar 2.14
Lintasan orbit perpindahan partikel dalam dimensi ruang ...... 16
Gambar 2.15
Pola Lissajous pada rotary machine yang mengalami
Unbalance................................................................................ 17
Gambar 2.16
Pola Lissajous pads rotary machine yang mengalami
oil whirl ................................................................................... 18
Gambar 2.17
Pola Lissajous pads rotary machine yang mengalami
Oil whirl .................................................................................. 19
Gambar 2.18
Pola Lissajous pada rotary machine yang mengalami hit-andbounce rubbing ........................................................................ 19
Gambar 2.19
Pola Lissajous pada rotary machine. yang full rubbing
atau heavy rubbing ......................................................................
Gambar 2.20
Gelombang Frekuensi ............................................................. 20
Gambar 2.21
Time Waveform Turbin .......................................................... 20
Gambar 2.22
Spectrum Data ......................................................................... 21
Gambar 2.23
Transform FFT ........................................................................ 21
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.24
Pola Spectrum Unbalance ....................................................... 21
Gambar 2.25
Posisi Misaligment .................................................................. 23
Gambar 2.26
Pola Spektrum Misaligment .................................................... 23
Gambar 2.27
Pola Spectrum Mechanical Looseness............................................. 24
Gambar 3.1
(1)Perangkat Wind Tunnel, (2)Turbin angin ........................... 21
Gambar 3.2
tipe “Helix ............................................................................... 21
Gambar 3.3
Bentuk dudukan lengan sudu .................................................. 22
Gambar 3.4
Bahan pelat besi ...................................................................... 22
Gambar 3.5
Bahan pelat Alumanium untuk rotor ....................................... 23
Gambar 3,6
Poros........................................................................................ 23
Gambar 3.7
Bantalan................................................................................... 23
Gambar 3.8
(a)Roda gigi pada Poros turbin, (b)pada`poros motor DC ...... 24
Gambar 3.9
Generator listirk ...................................................................... 24
Gambar 3.10
Lampu LED dan wayar kecil .................................................. 24
Gambar 3.11
Perangkat Wind Tunnel ........................................................... 25
Gambar 3.12
Inverter .................................................................................... 26
Gambar 3.13
Alat vibrometer ....................................................................... 26
Gambar 3.14
Alat Tachometer ...................................................................... 27
Gambar 3.15
multi tester digital ................................................................... 27
Gambar 3.16
Alat multi tester digital............................................................ 28
Gambar 3.17
Alat anemometer ..................................................................... 28
Gambar 3.18
Alat labjeck ............................................................................. 29
Gambar 3.19
Probe Hot Wire ....................................................................... 29
Gambar 3.20
turbin angin savonius pada test suction wind tunnel ............... 31
Gambar 3.21
Pemasangan kabel pada generator ke lampu LED .................. 31
Gambar 3.22
Pemasangan kabel multitester ................................................. 32
Gambar 3.23
Posisi anemometer .................................................................. 32
Gambar 3.24
Posisi vibrometer..................................................................... 24
Gambar 3.25
memastikan vibrometer berfungsi ........................................... 32
Gambar 3.26
Posisi tachometer .................................................................... 33
Gambar 3.27
Chanel penyetelan ................................................................... 33
Gambar 3.28
Set-Up alat ............................................................................... 34
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.29
Prosedur Penelitian.................................................................. 37
Gambar 4.1
Vibration source Tipe rotor Helix ........................................... 38
Gambar 4.2
Velocity kecepatan angin 4 m/s ............................................... 40
Gambar 4.3
Displaciment kecepatan angin 4 m/s ....................................... 41
Gambar 4.4
Acceleration kecepatan angin 4 m/s ........................................ 41
Gambar 4.5
Velocity kecepatan angin 4,5 m/s ............................................ 43
Gambar 4.6
Displaciment kecepatan angin 4,5 m/s .................................... 44
Gambar 4.7
Acceleration kecepatan angin 4,5 m/s ..................................... 44
Gambar 4.8
Velocity kecepatan angin 5 m/s ............................................... 46
Gambar 4.9
Displaciment kecepatan angin 5 m/s ....................................... 47
Gambar 4.10
Acceleration kecepatan angin 5 m/s ........................................ 47
Gambar 4.11
Velocity kecepatan angin 5,5 m/s ............................................ 49
Gambar 4.12
Displaciment kecepatan angin 5,5 m/s .................................... 50
Gambar 4.13
Acceleration kecepatan angin 5,5 m/s ..................................... 50
Gambar 4.14
Velocity kecepatan angin 6 m/s ............................................... 52
Gambar 4.15
Displaciment kecepatan angin 6 m/s ....................................... 53
Gambar 4.16
Acceleration kecepatan angin 6 m/s ........................................ 53
Gambar 4.17
Lintasan orbit pada kecepatan angin 4 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 56
Gambar 4.18
Lintasan orbit pada kecepatan angin 4,5 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 56
Gambar 4.19
Lintasan orbit pada kecepatan angin 5 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 56
Gambar 4.20
Lintasan orbit pada kecepatan angin 5,5 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 57
Gambar 4.21
Lintasan orbit pada kecepatan angin 6 m/s karakteristik
Perpindahan ............................................................................. 57
Gambar 4.23
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 4 m/s ..... 58
Gambar 4.24
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 4,5 m/s .. 58
Gambar 4.25
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 5 m/s ..... 59
Gambar 4.26
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 5,5 m/s .. 59
Gambar 4.27
Lintasan orbit radial velocity pada kecepatan angin 6 m/s ..... 59
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.28
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 4 m/s .............................................................................. 60
Gambar 4.29
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 4,5 m/s ........................................................................... 60
Gambar 4.30
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 5 m/s .............................................................................. 60
Gambar 4.31
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 5,5 m/s ........................................................................... 61
Gambar 4.32
Lintasan orbit radial Acceleration pada kecepatan
angin 6 m/s .............................................................................. 61
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 4 m/s .............. 62
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 4,5 m/s ........... 62
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 5 m/s .............. 62
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 5,5 m/s ........... 63
Gambar 4.32
FFT Displacement pad Pada Kecepatan angin 6 m/s .............. 63
Gambar 4.33
Lintasan orbit displacement pada kelima kecepatan angin ..... 64
Gambar 4.34
Lintasan orbit Velocity pada kelima kecepatan angin ............. 64
Gambar 4.35
Lintasan orbit Accelaration pada kelima kecepatan angin ..... 65
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Satuan
A
Amplitudo
(m)
c
Redaman / damping
(N/(m/s))
F
Gaya
(N)
f
Frekuensi
(Hz)
k
Kekakuan / stiffness
(N/m)
m
Massa
(kg)
t
Waktu
(s)
�
Perioda
(s)
�
Kecepatan sudut
(rad/s)
w
Berat
(N)
��
Frekuensi natural
(rad/s)
�
Perpindahan / displacement
(m)
�
Kecepatan / velocity
(m/s)
�
Percepatan / acceleration
(m/s2)
Universitas Sumatera Utara