tugas akhir studi kinerja turbin angin selubung … · coefficien of power pada kecepatan angin 3...
Post on 11-Mar-2019
243 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
TUGAS AKHIR
STUDI KINERJA TURBIN ANGIN SELUBUNG DIFFUSER
SUMBU HORISONTAL NACA 4412 TAPERLESS
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DANANG SETYO PRABOWO
D 200 120 027
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
vi
MOTTO
Apabila kamu sudah memutuskan menekuni suatu bidang, jadilah orang
yang konsisten. Itulah kunci keberhasilan yang sebenarnya.
BJ. Habibie
“ Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila
kamu telah selesai dari urusan, kerjakan dengan sungguh-sungguh
urusan yang lain”
(Al-Insyiroh : 5-7)
Usaha dan keberanian tidak cukup tanpa tujuan dan arah perencanaan
John F. Kennedy
“Hai orang – orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai
penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang – orang yang sabar”
(Al-Baqarah : 153)
vii
PERSEMBAHAN
Puji syukur Alhamdulillah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia
dan keridhaan Allah SWT yang memiliki seluruh jiwa ini. Berkat ilmu yang
ia berikan kepada penulis dan campur tangan-Nyalah karya ini dapat
terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur karya ini penulis
persembahkan untuk :
Ibu Sumiyati dan bapak Slamet tercinta yang telah membesarkan
anak-anakmu dengan kasih sayang, terima kasih atas segala yang
telah kalian berikan.
Adikku tersayang Naufal Septian Mahendra semoga kamu bisa
lebih baik dari kakakmu ini.
Teman-teman yang telah membantu dalam pembuatan dan
pengujian yaitu david, irfan, putut, arifin, kang anta, kang padang,
burhan, fariz, audi, kang wendy, diki, jumali, wahid dan seluruh
teman-teman yang telah membantu pembuatan dan pengujian ini.
Teman-teman Teknik Mesin 2012. Terima kasih atas bantuan dan
dukungannya selama menempuh masa perkuliahan. Yang selalu
memberikan semangat tiada henti dalam mengerjakan Tugas Akhir
ini.
Terima kasih pula kepada teman-teman kontrakan gumpang kang
Toriq, kang Andi, kang Wahid, Kang Abdul, Azis, Alif, dan Nanang
yang telah mengajarkan arti kebersamaan.
Terimakasih pula tim mobil Bayu Surya, Keluarga Mahasiswa
Teknik Mesin yang telah menjadi tempat untuk belajar dan meraih
pengalaman dan ilmu selama perkuliahan
viii
STUDI KINERJA TURBIN ANGIN SELUBUNG DIFFUSER SUMBU
HORISONTAL NACA 4412 TAPERLESS
Danang Setyo Prabowo, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, kartasura E-mail : Dans240295@gmail.com
ABSTRAKSI
Pemanfaatan energi angin di Indonesia masih rendah, hal ini
disebabkan rata-rata kecepatan angin berkisar 2 - 6 m/s. Dengan
menggunakan selubung diffuser dapat meningkatkan kecepatan angin
disekitar rotor turbin angin. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui
pengaruh selubung diffuser pada turbin angin.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen perbandingan
turbin angin biasa dengan turbin angin selubung diffuser. Spesifikasi turbin
angin memiliki rotor berdiameter 2,5 m, menggunakan airfoil NACA 4412
taperless dan spesifikasi diffuser yang digunakan memiliki lebar 0,565 m,
diameter inlet 2,7 m, dan diameter outlet 2,91 m.
Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa turbin angin diffuser
memiliki pengaruh yang cukup signifikan terhadap perolehan daya dan
coefficien of power pada kecepatan angin 3 – 6 m/s. Selisih coefficient of
power turbin angin selubung diffuser mencapai 40 kali dari turbin angin
biasa pada kecepatan angin 3 m/s, dikarenakan perbedaan cut in speed
turbin angin selubung diffuser.
Kata kunci : Airfoil, Cut in Speed, Coefficient of Power, NACA, Taperless
ix
STUDY OF PERFORMANCE WIND TURBINE SHROUDS DIFFUSER
HORIZONTAL AXIS NACA 4412 TAPERLESS
Danang Setyo Prabowo, Nur Aklis Departement of Mechanical Engineering Universitas Muhammadiyah
Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, kartasura
E-mail : Dans240295@gmail.com
ABSTRACT
Utilization of wind energy in Indonesia is still low, this is due to
average of wind speeds between range 2 to 6 m / s. Using a diffuser
shroud can increase the wind speed around the wind turbine rotor. The
purpose of this research is to know the effect of shrouds diffuser on wind
turbine.
This research used the experimental method of comparison
between ordinary wind turbine and shrouds diffuser wind turbine. The
specification of wind turbine has a 2.5 m diameter’s rotor, using NACA
4412 airfoil taperless and diffuser specification used has a width of 0.565
m, a 2.7 m inlet diameter, and has outlet diameter of 2.91 m.
The results of this research represent that diffuser wind turbine has
a significant influence on power acquisition and has coefficient of power at
wind speed 3 - 6 m / s. The deviation coefficient of wind turbine diffuser
shroud reaches 40 times than ordinary wind turbine at a wind speed of 3
m / s, due to the difference in cut in speed on the wind turbine shrouds
diffuser.
Keywords: Airfoil, Cut in Speed, Coefficient of Power, NACA, Taperless
x
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan
karunia-Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis banyak mendapatkan
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh
keikhlasan ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Subroto, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Nur Aklis, ST.,M.Eng. selaku Dosen Pembimbing yang
telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT. selaku Pembimbing Akademik.
5. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Akhir kata, penulis mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan dan
kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya
keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang
xii
DAFTAR ISI
Halaman Judul.............................................................................................i
Pernyataan Keaslian Skripsi........................................................................ii
Halaman Persetujuan.................................................................................iii
Halaman Pengesahan................................................................................iv
Lembar Soal Tugas Akhir............................................................................v
Halaman Motto...........................................................................................vi
Halaman Persembahan.............................................................................vii
Abstraksi...................................................................................................viii
Abstract......................................................................................................ix
Kata Pengantar...........................................................................................x
Daftar Isi....................................................................................................xii
Daftar Gambar...........................................................................................xv
Daftar Tabel.............................................................................................xvii
Daftar Simbol..........................................................................................xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang.............................................................................1
1.2 Perumusan Masalah....................................................................2
1.3 Tujuan Penelitian.........................................................................2
1.4 Manfaat Penelitian.......................................................................2
1.5 Batasan Masalah.........................................................................3
1.6 Sistematika Penulisan..................................................................3
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN TEORI
2.1 Studi Literatur...............................................................................6
2.2 Teori Penunjang...........................................................................7
2.2.1 Energi Angin.....................................................................7
2.2.2 Turbin Angin Selubung Diffuser........................................9
2.2.3 Daya Angin.....................................................................10
2.2.4 Daya Teoritis Turbin Angin.............................................11
xiii
2.2.5 Tekanan dan Kecepatan Diffuser Kosong......................12
2.2.6 Coefficient power dan tip speed ratio.............................13
2.2.7 Airfoil...............................................................................15
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian...............................................................19
3.2 Tahapan Perancangan dan Pengujian Turbin Angin.................20
3.2.1 Menentukan Spesifikasi Awal Turbin Angin.....................20
3.2.2 Menentukan diameter rotor, kecepatan angin nominal, dan
jumlah sudu................................................................................21
3.2.3 Menentukan Tip speed ratio.............................................21
3.2.4 Menghitung daya maksimum keluaran dari rotor..............21
3.2.5 Menentukan diameter diffuser..........................................22
3.2.6 Menentukan airfoil dan sudu turbin angin........................23
3.2.7 Mendesain yaw mechanism.............................................24
3.3 Pembuatan Turbin Angin............................................................25
3.4 Pengujian Turbin Angin..............................................................29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Desain dan Spesifikasi Diffuser................................................33
4.2 Analisa Data.............................................................................33
4.2.1 Uji kinerja turbin angin tanpa pembebanan pada variasi
tanpa diffuser............................................................................33
4.2.2 Uji kinerja turbin angin tanpa pembebanan pada variasi
tanpa diffuser............................................................................34
4.2.3 Perbandingan kinerja turbin angin tanpa pembebanan
pada variasi tanpa selubung diffuser dengan selubung
diffuser......................................................................................34
4.2.4 Uji kinerja turbin angin pembebanan pada variasi tanpa
selubung diffuser......................................................................36
4.2.5 Uji kinerja turbin angin pembebanan pada variasi dengan
selubung diffuser......................................................................36
4.2.6 Perbandingan kinerja turbin angin pembebanan pada
variasi tanpa selubung diffuser dengan selubung diffuser........37
xiv
4.2.7 Coefficient power rata-rata pada variasi tanpa selubung
diffuser dan variasi dengan selubung diffuser..........................38
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan...............................................................................40
5.2 Saran........................................................................................40
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jenis turbin angin...................................................................9
Gambar 2.2 Stream tube turbin angin konvensional dengan DAWT.......10
Gambar 2.3 Nilai tip speed ratio dan rotor torque coefficient berbagai
turbin angin..........................................................................14
Gambar 2.4 Pengaruh jumlah blade terhadap Rotor power coefficient...15
Gambar 2.5 Airfoil, gaya angkat ( lift ) dan gaya hambat ( drag )............15
Gambar 2.6 Geometri airfoil.....................................................................17
Gambar 2.7 Penjelasan NACA empat digit..............................................18
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian........................................................19
Gambar 3.2 Desain diffuser original dan diffuser setelah dimodifikasi....22
Gambar 3.3 Skema Airfoil NACA.............................................................23
Gambar 3.4 Gambar airfoil NACA 4412..................................................23
Gambar 3.5 Desain sudu turbin angin dengan NACA 4412 taperless.....24
Gambar 3.6 Cetakan diffuser mold dari tanah liat yang dibentuk............25
Gambar 3.7 Diffuser mold yang sudah dicetak........................................26
Gambar 3.8 Pemotongan dan perangkaian diffuser................................26
Gambar 3.9 Bilah turbin angin yang sudah diperhalus dan dilubangi.....27
Gambar 3.10 Rangka generator yang sudah dirakit................................28
Gambar 3.11 Perakitan semua komponen................................................28
Gambar 3.12 Skematik pengujian turbin angin..........................................29
Gambar 3.13 Skema Pengujian tanpa pembebanan.................................31
Gambar 3.14 Skema Pengujian dengan pembebanan..............................32
Gambar 4.1 Spesifikasi desain selubung diffuser....................................33
Gambar 4.2 Kecepatan angin rata-rata dengan putaran turbin tanpa
beban pada variasi turbin angin tanpa diffuser....................33
Gambar 4.3 Kecepatan angin rata-rata dengan putaran turbin tanpa
beban pada variasi turbin angin dengan selubung diffuser.34
Gambar 4.4 Perbandingan kinerja turbin angin tanpa pembebanan pada
variasi tanpa selubung diffuser dengan selubung diffuser...35
xvi
Gambar 4.5 Kecepatan angin rata-rata dengan daya turbin dengan beban
pada variasi turbin angin tanpa selubung diffuser...............36
Gambar 4.6 Kecepatan angin rata-rata dengan daya turbin dengan beban
pada variasi turbin angin dengan selubung diffuser............36
Gambar 4.7 Perbandingan kinerja turbin angin dengan pembebanan
pada variasi tanpa selubung diffuser dengan selubung
diffuser.................................................................................37
Gambar 4.8 Coefficient power pada berbagai variasi tanpa selubung
diffuser dan dengan selubung diffuser.................................38
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel. 4.1 Data coefficient power tiap kecepataan angin..........................38
xviii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Satuan A = luas rotor m2
Adiff1 = luas inlet diffuser m2
Adiff2 = luas outlet diffuser m2
cd = coefficient drag ( gaya hambat )
cl = coefficient lift ( gaya angkat )
cp = koefisien daya (coefficient power)
D = diameter m
Ek = Energi Kinetik Joule
m = massa udara Kg
n = putaran rpm
Pin = daya yang dihasilkan angin watt p = tekanan diffuser Pa atau N/m2
v = kecepatan angin m/s
𝜌 = massa jenis udara kg/ m³
top related