UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARUH ALIRAN (GUIDE FANE) PADA TURBIN ANGIN VERTIKAL AXIS SAVANIOS DENGAN VARIASI KECEPATAN ANGIN TERHADAP DAYA DAN PUTARAN.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH
ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN
SAVONIUS
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
YASIR DENHAS
NIM. I 0408072
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH
ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN
SAVONIUS
Yasir Denhas
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Email: yasirdenhas21@gmail.com
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah dan
sudut kemiringan dari guide vane pada turbin angin Savonius. Guide vane
ditempatkan di sekitar turbin Savonius untuk mengurangi torsi negatif yang
dihasilkan sudu cembung dan mengarahkan angin ke sudu cekung turbin.
Pemodelan dibuat skala laboratorium dengan diameter turbin 200 mm dan tinggi
180 mm. Variasi jumlah dan sudut kemiringan guide vane diuji pada penelitian ini.
Hasil penelitian menunjukkan turbin Savonius dengan guide vane menghasilkan
daya yang lebih besar dibanding turbin Savonius tanpa guide vane. Peningkatan
daya maksimal terjadi pada variasi 6 jumlah guide vane dengan kemiringan 60o.
Turbin tanpa pengarah menghasilkan kecepatan putaran 346,2 rpm dengan daya
303,6 x10-3 watt sedangkan pada variasi ini turbin menghasilkan kecepatan putaran
538,4 rpm dengan daya 746,5 x10-3 watt, peningkatan daya yang dihasilkan oleh
guide vane pada variasi ini mencapai 146%. Performa dari turbin Savonius dapat
ditingkatkan dengan mengaplikasikan guide vane pada jumlah dan sudut
kemiringan tertentu.
Kata kunci: Savonius, guide vane, daya
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
EXPERIMENTAL STUDY ON EFFECT OF GUIDE VANE
TOWARD PERFORMANCE OF SAVONIUS WIND TURBINE
Yasir Denhas
Mechanical Engineering Department
Sebelas Maret University
yasirdenhas21@gmail.com
The purpose of this experiment is to know the effect of numbers and angle
of attack of guide vane when applied on Savonius wind turbine. Guide vane was
placed around Savonius turbine to preventing negative torque generated by convex
blade and led up the wind to the concave blade. The model of turbine is made on
scale down with 200 mm diameter and 180 mm height. Variation of numbers and
angle of attack of guide vane was tested on this experiment. The result shows that
Savonius wind turbine with guide vane attached has higher power than Savonius
turbine without guide vane. The maximum power increase happen on 6 vanes and
60° angle variation. Turbine without guide vane produced 346,2 rpm rotation speed
and 303,6 x10-3 watt in power, turbine with guide vane in this variation produced 538,4
rpm rotation speed and 746,5 x10-3 watt in power, the power increased is about 146%.
Performance of Savonius wind turbine could be improved with a suitable guide
vane arrangement.
Keywords: Savonius, guide vane, power
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan
menyelesaikan Skripsi “Uji Ekseprimental Pengaruh Sudu Pengarah Aliran
(Guide Vane) Terhadap Daya pada Turbin Savonius” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa
bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh
karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih
yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam
menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada :
1.
Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD selaku Pembimbing I yang senantiasa
memberikan nasehat, arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini
2.
Bapak Eko Prasetya Budiana, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah
turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.
3.
Bapak Purwadi Joko Widodo, ST, M.Kom selaku pembimbing akademik
yang telah berperan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di
Universitas Sebelas Maret ini.
4.
Bapak Agung Tri Wijayanta, ST, M.Eng, Ph.D. dan bapak Dr. Budi Santoso,
ST, MT selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi saran
yang membangun.
5.
Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST. MT., selaku koordinator Tugas Akhir.
6.
Bapak Dr. Dwi Aries, ST, MT, selaku Kepala Laboratorium Perpindahan
Panas dan Termodinamika UNS yang telah memberikan izin serta fasilitas
yang sangat berguna bagi penulis.
7.
Seluruh Dosen serta Staff di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut
mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
8.
digilib.uns.ac.id
Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu,
motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian
Tugas Akhir.
9.
Teman-teman Cosinus 08 beserta kakak dan adik angkatan di teknik mesin
UNS.
10.
Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun
laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi
ini.
Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.
Surakarta, Januari 2015
Penulis
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul ......................................................................................................... i
Surat Penugasan ..................................................................................................... ii
Halaman Pengesahan ............................................................................................ iii
Abstrak ................................................................................................................... iv
Kata Pengantar ....................................................................................................... vi
Daftar Isi............................................................................................................... viii
Daftar Gambar .........................................................................................................x
Daftar Tabel ......................................................................................................... xii
Daftar Notasi ........................................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1
1.1. Latar belakang .......................................................................................1
1.2. Permusan Masalah ................................................................................3
1.3. Batasan Masalah....................................................................................3
1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................3
1.5. Sistematika Penulisan ...........................................................................4
BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................................5
2.1. Tinjauan Pustaka ...................................................................................5
2.2. Dasar Teori ............................................................................................6
2.2.1. Definisi dan Pengelompokan Turbin Angin ...............................6
2.2.2. Sudu Pengarah Aliran ...............................................................10
2.2.3. Prinsip Konversi Energi Angin.................................................11
2.2.4. Teori Momentum Elemen Betz ................................................11
2.2.5. Bilangan Reynold .....................................................................14
2.2.7. Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ...................................15
BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................18
3.1. Tempat Penelitian................................................................................18
3.2. Alat dan Bahan ....................................................................................18
3.2.1. Alat ...........................................................................................18
3.2.2. Bahan ........................................................................................22
commit to user
3.3. Prosedur Penelitian..............................................................................22
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.3.1. Tahap Persiapan ........................................................................22
3.3.2. Tahap Pengambilan Data ..........................................................24
3.3.3. Tahap Analisis Data..................................................................26
3.3.4. Diagram Alir Penelitian ............................................................27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................28
4.1. Data Hasil Pengujian ..........................................................................28
4.1.1. Data Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah
Aliran ........................................................................................30
4.1.2. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 Sudu
Pengarah Aliran .........................................................................30
4.1.3. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 Sudu
Pengarah Aliran .........................................................................31
4.1.4. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 Sudu
Pengarah Aliran .........................................................................32
4.2. Analisis Performa Turbin Savonius dengan Pengarah Aliran
Dibandingkan dengan Turbin Tanpa Pengarah aliran ........................33
4.2.1. Turbin Savonius Dengan 4 Sudu Pengarah ..............................33
4.2.2. Turbin Savonius Dengan 5 Sudu Pengarah ..............................34
4.2.3. Turbin Savonius Dengan 6 Sudu Pengarah ..............................35
4.3. Analisis Pengaruh Jumlah dan Sudut Kemiringan Sudu pada
Pengarah Aliran ........................................................................... 36
4.4. Analisis Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ...............................39
4.4.1 Power Coefficient .....................................................................39
4.4.2 Tip Speed Ratio .........................................................................41
4.4.3 Perbandingan Power Coefficient dengan Tip Speed Ratio ......43
4.5. Analisis Permodelan............................................................................44
4.6. Validasi Penelitian ..............................................................................45
BAB V PENUTUP .................................................................................................47
5.1. Kesimpulan ........................................................................................47
5.2. Saran ...................................................................................................47
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................48
LAMPIRAN ..........................................................................................................
50
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Jenis Turbin Angin Berdasarkan Jumlah Sudu .................
7
Gambar 2.2. Jenis-Jenis Turbin Angin Vertikal Axis Daerrius .............
9
Gambar 2.3. Prinsip Rotor Savonius ......................................................
9
Sudu Pengarah Dengan Rotor Turbin Angin Savonius….
10
Gambar 2.4.
Gambar 2.5. Kondisi Aliran Udara Akibat Ekstraksi Energi Mekanik
Aliran Bebas ......................................................................
13
Gambar 2.6. Koefisien Daya Terhadap Rasio Kecepatan Aliran Udara
16
Gambar 2.7. Nilai Koefisien Daya Dan Tip Speed Ratio Untuk
Berbagai Turbin Angin ......................................................
17
Gambar 3.1. Model Turbin Angin Vertikal Axis Savonius ...................
18
Gambar 3.2. Variasi Jumlah Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) Pada
Turbin Savonious...............................................................
29
Gambar 3.3. Variasi Sudut Pada Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) .
20
Gambar 3.4. Propeler Fan.......................................................................
20
Gambar 3.5. Permanent Magnet Generator (PMG) Dc .........................
21
Gambar 3.6. Digital Multimeter ............................................................
21
Gambar 3.7. Anemometer Digital ..........................................................
21
Gambar 3.8. Tachometer ........................................................................
22
Gambar 3.9. Resistor ..............................................................................
22
Gambar 3.10. Rangkaian Generator .........................................................
23
Gambar 3.11. Skema Pengambilan Data Percobaan ................................
23
Gambar 3.12. Instalasi Alat Penelitian .....................................................
24
Gambar 3.13. Titik-Titik Pengukuran Kecepatan Angin .........................
24
Gambar 3.14. Diagram Alir Eksperimen ................................................
27
Gambar 4.1
Inverter yang terhubung pada fan......................................
28
Gambar 4.2
Grafik hubungan frekuensi inverter dengan kecepatan
angin ..................................................................................
Gambar 4.3
Gambar 4.4
29
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada
Variasi 4 Sudu Pengarah ...................................................
34
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada
commit to user
Variasi 5 Sudu Pengarah ...................................................
35
x
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.5
digilib.uns.ac.id
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada
Variasi 6 Sudu Pengarah ...................................................
36
Gambar 4.6 Visualisasi aliran angin pada pengaruh jumlah sudu
pengarah ............................................................................
37
Gambar 4.7 Visualisasi aliran angin pada pengaruh sudut kemiringan
sudu pengarah ....................................................................
Gambar 4.8
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien
Daya pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran ...........
Gambar 4.9
38
40
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien
Daya pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran ...........
40
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien
Daya pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran ...........
41
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed
Ratio pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran...........
42
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed
Ratio pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran ..........
42
Gambar 4.13 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed
Ratio pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran ..........
43
Gambar 4.14 Grafik Hubungan Coefficient Performance (cp) dengan
Tip Speed Ratio (λ) pada Turbin savonius pada tiap
variasi pengujian ................................................................
43
Gambar 4.15 Grafik Perbandingan data hasil eksperimen dengan data
pada kondisi ideal ..............................................................
commit to user
xi
46
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1.
Hubungan Frekuensi Inverter dengan Kecepatan Angin ... ............29
Tabel 4.2.
Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah ............................30
Tabel 4.3.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah
kemiringan 20o ...............................................................................30
Tabel 4.4.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah
kemiringan 40o................................................................................30
Tabel 4.5.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah
kemiringan 60o ...............................................................................31
Tabel 4.6.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 sudu pengarah
kemiringan 20o ...............................................................................31
Tabel 4.7.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 sudu pengarah
kemiringan 40o ...............................................................................32
Tabel 4.8.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 sudu pengarah
kemiringan 60o ...............................................................................32
Tabel 4.9.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 sudu pengarah
kemiringan 20o ...............................................................................32
Tabel 4.10.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 sudu pengarah
kemiringan 40o ...............................................................................33
Tabel 4.11.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 sudu pengarah
kemiringan 60o ...............................................................................33
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
A
= Luas area sapuan rotor
(m2)
C
= Kecepatan absolute aliran fluida
(m/s)
CP
= Koefisien daya
(non-dimensional)
D
= Diameter
(m)
Dh
= Diameter hidraulik
(m)
E
= Energi kinetik benda bergerak
(Joule)
F
= Gaya
(N)
I
= Arus
(ampere)
Ma
= Mach number
(non-dimensional)
m
= Massa
(kg)
n
= Kecepatan Putar
(rpm)
P
= Daya mekanik ideal
(watt)
P0
= Daya mekanik aktual
(watt)
Re
= Bilangan Reynolds
(non-dimensional)
T
= Torsi
(Nm)
u
= Kecepatan sudu
(m/s).
V
= Laju volume udara
(m3/s)
V
= Tegangan
(volt)
v
= Kecepatan angin
(m/s)
ṁ
= Laju aliran massa
(kg/s)
ρ
= Massa jenis udara
(kg/m3)
�′
= Kecepatan aliran udara pada rotor
(m/s)
= Kekentalan mutlak
(Pa.s)
λ
= Rasio kecepatan ujung (Tip Speed Ratio) (non-dimensional)
µ
commit to user
xiii
digilib.uns.ac.id
UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH
ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN
SAVONIUS
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
YASIR DENHAS
NIM. I 0408072
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH
ALIRAN (GUIDE VANE) TERHADAP DAYA PADA TURBIN
SAVONIUS
Yasir Denhas
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Email: yasirdenhas21@gmail.com
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jumlah dan
sudut kemiringan dari guide vane pada turbin angin Savonius. Guide vane
ditempatkan di sekitar turbin Savonius untuk mengurangi torsi negatif yang
dihasilkan sudu cembung dan mengarahkan angin ke sudu cekung turbin.
Pemodelan dibuat skala laboratorium dengan diameter turbin 200 mm dan tinggi
180 mm. Variasi jumlah dan sudut kemiringan guide vane diuji pada penelitian ini.
Hasil penelitian menunjukkan turbin Savonius dengan guide vane menghasilkan
daya yang lebih besar dibanding turbin Savonius tanpa guide vane. Peningkatan
daya maksimal terjadi pada variasi 6 jumlah guide vane dengan kemiringan 60o.
Turbin tanpa pengarah menghasilkan kecepatan putaran 346,2 rpm dengan daya
303,6 x10-3 watt sedangkan pada variasi ini turbin menghasilkan kecepatan putaran
538,4 rpm dengan daya 746,5 x10-3 watt, peningkatan daya yang dihasilkan oleh
guide vane pada variasi ini mencapai 146%. Performa dari turbin Savonius dapat
ditingkatkan dengan mengaplikasikan guide vane pada jumlah dan sudut
kemiringan tertentu.
Kata kunci: Savonius, guide vane, daya
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
EXPERIMENTAL STUDY ON EFFECT OF GUIDE VANE
TOWARD PERFORMANCE OF SAVONIUS WIND TURBINE
Yasir Denhas
Mechanical Engineering Department
Sebelas Maret University
yasirdenhas21@gmail.com
The purpose of this experiment is to know the effect of numbers and angle
of attack of guide vane when applied on Savonius wind turbine. Guide vane was
placed around Savonius turbine to preventing negative torque generated by convex
blade and led up the wind to the concave blade. The model of turbine is made on
scale down with 200 mm diameter and 180 mm height. Variation of numbers and
angle of attack of guide vane was tested on this experiment. The result shows that
Savonius wind turbine with guide vane attached has higher power than Savonius
turbine without guide vane. The maximum power increase happen on 6 vanes and
60° angle variation. Turbine without guide vane produced 346,2 rpm rotation speed
and 303,6 x10-3 watt in power, turbine with guide vane in this variation produced 538,4
rpm rotation speed and 746,5 x10-3 watt in power, the power increased is about 146%.
Performance of Savonius wind turbine could be improved with a suitable guide
vane arrangement.
Keywords: Savonius, guide vane, power
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan
menyelesaikan Skripsi “Uji Ekseprimental Pengaruh Sudu Pengarah Aliran
(Guide Vane) Terhadap Daya pada Turbin Savonius” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa
bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh
karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih
yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam
menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada :
1.
Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD selaku Pembimbing I yang senantiasa
memberikan nasehat, arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini
2.
Bapak Eko Prasetya Budiana, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah
turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.
3.
Bapak Purwadi Joko Widodo, ST, M.Kom selaku pembimbing akademik
yang telah berperan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di
Universitas Sebelas Maret ini.
4.
Bapak Agung Tri Wijayanta, ST, M.Eng, Ph.D. dan bapak Dr. Budi Santoso,
ST, MT selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi saran
yang membangun.
5.
Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST. MT., selaku koordinator Tugas Akhir.
6.
Bapak Dr. Dwi Aries, ST, MT, selaku Kepala Laboratorium Perpindahan
Panas dan Termodinamika UNS yang telah memberikan izin serta fasilitas
yang sangat berguna bagi penulis.
7.
Seluruh Dosen serta Staff di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut
mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
8.
digilib.uns.ac.id
Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu,
motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian
Tugas Akhir.
9.
Teman-teman Cosinus 08 beserta kakak dan adik angkatan di teknik mesin
UNS.
10.
Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun
laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi
ini.
Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.
Surakarta, Januari 2015
Penulis
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul ......................................................................................................... i
Surat Penugasan ..................................................................................................... ii
Halaman Pengesahan ............................................................................................ iii
Abstrak ................................................................................................................... iv
Kata Pengantar ....................................................................................................... vi
Daftar Isi............................................................................................................... viii
Daftar Gambar .........................................................................................................x
Daftar Tabel ......................................................................................................... xii
Daftar Notasi ........................................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1
1.1. Latar belakang .......................................................................................1
1.2. Permusan Masalah ................................................................................3
1.3. Batasan Masalah....................................................................................3
1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................3
1.5. Sistematika Penulisan ...........................................................................4
BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................................5
2.1. Tinjauan Pustaka ...................................................................................5
2.2. Dasar Teori ............................................................................................6
2.2.1. Definisi dan Pengelompokan Turbin Angin ...............................6
2.2.2. Sudu Pengarah Aliran ...............................................................10
2.2.3. Prinsip Konversi Energi Angin.................................................11
2.2.4. Teori Momentum Elemen Betz ................................................11
2.2.5. Bilangan Reynold .....................................................................14
2.2.7. Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ...................................15
BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................18
3.1. Tempat Penelitian................................................................................18
3.2. Alat dan Bahan ....................................................................................18
3.2.1. Alat ...........................................................................................18
3.2.2. Bahan ........................................................................................22
commit to user
3.3. Prosedur Penelitian..............................................................................22
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.3.1. Tahap Persiapan ........................................................................22
3.3.2. Tahap Pengambilan Data ..........................................................24
3.3.3. Tahap Analisis Data..................................................................26
3.3.4. Diagram Alir Penelitian ............................................................27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................28
4.1. Data Hasil Pengujian ..........................................................................28
4.1.1. Data Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah
Aliran ........................................................................................30
4.1.2. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 Sudu
Pengarah Aliran .........................................................................30
4.1.3. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 Sudu
Pengarah Aliran .........................................................................31
4.1.4. Data Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 Sudu
Pengarah Aliran .........................................................................32
4.2. Analisis Performa Turbin Savonius dengan Pengarah Aliran
Dibandingkan dengan Turbin Tanpa Pengarah aliran ........................33
4.2.1. Turbin Savonius Dengan 4 Sudu Pengarah ..............................33
4.2.2. Turbin Savonius Dengan 5 Sudu Pengarah ..............................34
4.2.3. Turbin Savonius Dengan 6 Sudu Pengarah ..............................35
4.3. Analisis Pengaruh Jumlah dan Sudut Kemiringan Sudu pada
Pengarah Aliran ........................................................................... 36
4.4. Analisis Power Coefficient dan Tip Speed Ratio ...............................39
4.4.1 Power Coefficient .....................................................................39
4.4.2 Tip Speed Ratio .........................................................................41
4.4.3 Perbandingan Power Coefficient dengan Tip Speed Ratio ......43
4.5. Analisis Permodelan............................................................................44
4.6. Validasi Penelitian ..............................................................................45
BAB V PENUTUP .................................................................................................47
5.1. Kesimpulan ........................................................................................47
5.2. Saran ...................................................................................................47
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................48
LAMPIRAN ..........................................................................................................
50
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Jenis Turbin Angin Berdasarkan Jumlah Sudu .................
7
Gambar 2.2. Jenis-Jenis Turbin Angin Vertikal Axis Daerrius .............
9
Gambar 2.3. Prinsip Rotor Savonius ......................................................
9
Sudu Pengarah Dengan Rotor Turbin Angin Savonius….
10
Gambar 2.4.
Gambar 2.5. Kondisi Aliran Udara Akibat Ekstraksi Energi Mekanik
Aliran Bebas ......................................................................
13
Gambar 2.6. Koefisien Daya Terhadap Rasio Kecepatan Aliran Udara
16
Gambar 2.7. Nilai Koefisien Daya Dan Tip Speed Ratio Untuk
Berbagai Turbin Angin ......................................................
17
Gambar 3.1. Model Turbin Angin Vertikal Axis Savonius ...................
18
Gambar 3.2. Variasi Jumlah Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) Pada
Turbin Savonious...............................................................
29
Gambar 3.3. Variasi Sudut Pada Sudu Pengarah Aliran (Guide Vane) .
20
Gambar 3.4. Propeler Fan.......................................................................
20
Gambar 3.5. Permanent Magnet Generator (PMG) Dc .........................
21
Gambar 3.6. Digital Multimeter ............................................................
21
Gambar 3.7. Anemometer Digital ..........................................................
21
Gambar 3.8. Tachometer ........................................................................
22
Gambar 3.9. Resistor ..............................................................................
22
Gambar 3.10. Rangkaian Generator .........................................................
23
Gambar 3.11. Skema Pengambilan Data Percobaan ................................
23
Gambar 3.12. Instalasi Alat Penelitian .....................................................
24
Gambar 3.13. Titik-Titik Pengukuran Kecepatan Angin .........................
24
Gambar 3.14. Diagram Alir Eksperimen ................................................
27
Gambar 4.1
Inverter yang terhubung pada fan......................................
28
Gambar 4.2
Grafik hubungan frekuensi inverter dengan kecepatan
angin ..................................................................................
Gambar 4.3
Gambar 4.4
29
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada
Variasi 4 Sudu Pengarah ...................................................
34
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada
commit to user
Variasi 5 Sudu Pengarah ...................................................
35
x
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.5
digilib.uns.ac.id
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya pada
Variasi 6 Sudu Pengarah ...................................................
36
Gambar 4.6 Visualisasi aliran angin pada pengaruh jumlah sudu
pengarah ............................................................................
37
Gambar 4.7 Visualisasi aliran angin pada pengaruh sudut kemiringan
sudu pengarah ....................................................................
Gambar 4.8
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien
Daya pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran ...........
Gambar 4.9
38
40
Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien
Daya pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran ...........
40
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Koefisien
Daya pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran ...........
41
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed
Ratio pada Turbin dengan 4 Sudu Pengarah Aliran...........
42
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed
Ratio pada Turbin dengan 5 Sudu Pengarah Aliran ..........
42
Gambar 4.13 Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Tip Speed
Ratio pada Turbin dengan 6 Sudu Pengarah Aliran ..........
43
Gambar 4.14 Grafik Hubungan Coefficient Performance (cp) dengan
Tip Speed Ratio (λ) pada Turbin savonius pada tiap
variasi pengujian ................................................................
43
Gambar 4.15 Grafik Perbandingan data hasil eksperimen dengan data
pada kondisi ideal ..............................................................
commit to user
xi
46
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1.
Hubungan Frekuensi Inverter dengan Kecepatan Angin ... ............29
Tabel 4.2.
Hasil Pengujian Turbin Angin Tanpa Pengarah ............................30
Tabel 4.3.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah
kemiringan 20o ...............................................................................30
Tabel 4.4.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah
kemiringan 40o................................................................................30
Tabel 4.5.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 4 sudu pengarah
kemiringan 60o ...............................................................................31
Tabel 4.6.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 sudu pengarah
kemiringan 20o ...............................................................................31
Tabel 4.7.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 sudu pengarah
kemiringan 40o ...............................................................................32
Tabel 4.8.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 5 sudu pengarah
kemiringan 60o ...............................................................................32
Tabel 4.9.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 sudu pengarah
kemiringan 20o ...............................................................................32
Tabel 4.10.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 sudu pengarah
kemiringan 40o ...............................................................................33
Tabel 4.11.
Hasil Pengujian Turbin Angin dengan 6 sudu pengarah
kemiringan 60o ...............................................................................33
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
A
= Luas area sapuan rotor
(m2)
C
= Kecepatan absolute aliran fluida
(m/s)
CP
= Koefisien daya
(non-dimensional)
D
= Diameter
(m)
Dh
= Diameter hidraulik
(m)
E
= Energi kinetik benda bergerak
(Joule)
F
= Gaya
(N)
I
= Arus
(ampere)
Ma
= Mach number
(non-dimensional)
m
= Massa
(kg)
n
= Kecepatan Putar
(rpm)
P
= Daya mekanik ideal
(watt)
P0
= Daya mekanik aktual
(watt)
Re
= Bilangan Reynolds
(non-dimensional)
T
= Torsi
(Nm)
u
= Kecepatan sudu
(m/s).
V
= Laju volume udara
(m3/s)
V
= Tegangan
(volt)
v
= Kecepatan angin
(m/s)
ṁ
= Laju aliran massa
(kg/s)
ρ
= Massa jenis udara
(kg/m3)
�′
= Kecepatan aliran udara pada rotor
(m/s)
= Kekentalan mutlak
(Pa.s)
λ
= Rasio kecepatan ujung (Tip Speed Ratio) (non-dimensional)
µ
commit to user
xiii