RANCANG BANGUN ALAT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN SUMBU

VERTIKAL DI DESA KLIRONG KLATEN

Oleh

Bayu Amudra

NIM: 612008032

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Oktober 2015

i

INTISARI

Tugas akhir ini bertujuan untuk merancang sebuah turbin angin sumbu vertical yang

akan dipasang di Desa Klirong Klaten. Bentuk turbin angin yang direalisasikan adalah

twisted savonius, dipilih karena memiliki keunggulan dapat berputar dengan angin yang

kecil sehingga memiliki self-starting yang baik dan tidak tergantung arah angin sehingga

dapat menangkap angin dari berbagai arah.

Dimensi turbin yang direalisasikan 1500 mm dengan diameter 500 mm. Untuk

mengkonversi energi turbin menjadi listrik digunakan generator AC 3 fasa yang kemudian

disearahkan menjadi tegangan DC. Untuk menghasilkan tegangan 5 V keluaran penyearah

dihubungkan ke konverter DC ke DC dengan IC CE8301.

Hasil simulasi dengan kipas angin berkecepatan 2,6 m/s; 3,4 m/s; dan 4,0 m/s

menunjukkan efisiensi sistem turbin mengalami peningkatan dengan kelajuan debit angin

tetap dan kecepatan angin yang di tingkatkan menghasilkan daya 0 mW, 0,09 mW, dan

0,263 mW. Dengan efisiensi masing – masing 0,0000824 %; 5, 804 %; dan 14,398 %.

Pengujian di daerah persawahan pada desa Klirong, Klaten menunjukkan bahwa turbin ini

dapat berputar minimal dengan kecepatan 1,7 m/s dan menghasilkan 0,8 V. Kecepatan

angin terbesar yang didapatkan adalah 4,7 m/s yang dapat menghasilkan 6 V. Sehingga

dapat membuktikan bahwa kecepatan angin dipengaruhi oleh aliran fluida (udara) yang

terjadi antara temperatur dan tekanan udara.

ii

ABSTRACT

This final project aims to design a vertical axis wind turbines that will be installed

in Klirong village of Klaten. The shape of the wind turbines that are realized are twisted

savonius, chosen because it can spin with little wind so having a good self-starting and not

depending on the wind direction so it can capture wind from different directions.

Turbine dimensions are 1500 mm of height with a diameter 500 mm. To convert the

energy into electricity used generator AC 3 phase then rectified to becomes DC voltage. To

generate a voltage of 5 V output, output rectifier connected to a DC to DC converter with

IC CE8301.

The simulation result with fan speed 2,6 m/s; 3,4 m/s; and 4,0 m/s shows the

efficiency of the turbine system has increased with same discharge velocity of wind speed

and increased wind can generate power 0 mW, 0,09 mW, and 0,263 mW. With the

efficiency of 0,0000824 %; 5, 804 %; and 14,398 %. Testing in the area of corn fields in

the village of Klirong, showed effort that it can spin a turbine with a minimum speed of 1,7

m/s and generates 0,5 V. The greatest wind speed obtained is 4,7 m/s that can produce 6 V.

So it can prove that the wind speed is affected by the flow of the fluid ( air ) that took place

between the temperature and air pressure.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Bapa Tuhan Yang Maha Kuasaatas

segala rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan

serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai

pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Tuhan atas kasih karunia yang diberikan sehingga penulis bisa mengerjakan

skripsi dengan baik, penyertaan-Mu sungguh ada dan nyata dalam pengerjaan

skripsi ini.

2. Ayah dan ibu terima kasih untuk segalanya, dukungan kalian membuatku selalu

bersemangat mengerjakan skripsi ini.

3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng dan Bapak Herdiyanto selaku pembimbing I dan

pembimbing II, terima kasih atas bimbingan dan arahan dalam mengerjakan

skripsi ini.

4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK.

5. Teman-teman angkatan 2008 semuanya terimakasih banyak.

6. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan

terima kasih.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena itu

penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi

ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, 30 Oktober 2013

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI . ............................................................................................................... i

ABSTRACT . ................................................................................................................ ii

KATA PENGANTAR .................................................................................................. iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ........................................................................................................ ix

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1

1.1. Tujuan ........................................................................................ 1

1.2. Latar Belakang ........................................................................... 1

1.3. Spesifikasi Sistem ....................................................................... 2

1.4. Sistematika Penulisan ................................................................. 2

BAB II DASAR TEORI ................................................................................. 3

2.1. Twisted Savonius ........................................................................ 3

2.2. Daya Angin ................................................................................ 5

2.3. Daya Turbin ............................................................................... 6

2.4. Tip Speed Ratio ........................................................................... 6

2.5. Aspect Ratio ................................................................................ 7

2.6. Overlap Ratio .............................................................................. 8

2.7. Break Horse Power ..................................................................... 9

2.8. Efisiensi Turbin ......................................................................... 10

2.9. Generator ................................................................................... 11

2.10. Akumulator ............................................................................... 12

2.11. Anemometer .............................................................................. 13

BAB III PERANCANGAN SISTEM ............................................................. 15

3.1. Gambaran Alat .......................................................................... 15

3.2. Sudu Rotor ................................................................................ 16

3.3. Generator ................................................................................... 19

3.4. Rangkaian Penyearah ................................................................ 20

vi

3.5. Kipas Angin .............................................................................. 21

3.6. Battery Charger ........................................................................ 22

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ........................................................ 24

4.1. Pengujian Tip Speed Ratio ........................................................ 24

4.2. Pengujian Turbin dengan Simulasi Kipas Angin ...................... 26

4.3. Pengujian Aktual di Desa Klirong ............................................ 30

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 46

5.1. Kesimpulan ............................................................................... 46

5.2. Saran Pengembangan ................................................................ 46

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 47

LAMPIRAN ............................................................................................................... 49

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Grafik Hubungan TSR (α) terhadap Efisiensi Turbin(%) Konvensional........ 4

Gambar 2.2.a. Turbin Darieus ............................................................................................... 4

Gambar 2.2.b. Turbin Savonius ............................................................................................. 4

Gambar 2.3. Diagram Turbin Tampak Samping ................................................................... 7

Gambar 2.4.Diagram Turbin Tampak Atas ........................................................................... 8

Gambar 2.5.Grafik Hubungan Kecepatan Angin terhadap Daya Poros ................................ 9

Gambar 2.6.Generator .......................................................................................................... 11

Gambar 2.7.Akumulator ...................................................................................................... 12

Gambar 2.8. Anemometer .................................................................................................... 13

Gambar 3.1. Proses Pemanfaatan Angin ............................................................................. 15

Gambar 3.2. Bentuk Blade (Sudu) ....................................................................................... 16

Gambar 3.3. Diagram Mekanik Turbin Savonius ................................................................ 17

Gambar 3.4. Realisasi Turbin Twisted Savonius ................................................................. 18

Gambar 3.5. Generator AC .................................................................................................. 19

Gambar 3.6.a. Rangkaian delta 3 fasa ............................................................................ 20

Gambar 3.6.b. Rangkaian penyearah 3 fasa .................................................................... 20

Gambar 3.7. Kipas Angin .................................................................................................... 21

Gambar 3.8. Rangkaian DC-DC step-up converter ............................................................. 22

Gambar 4.1. Pengujian tip speed ratio ................................................................................ 24

Gambar 4.2. Grafik Hubungan TSR (α) terhadap Efisiensi Turbin(%) Konvensional........ 25

Gambar 4.3. Diagram Pengujian. ......................................................................................... 31

Gambar 4.4. Grafik Kecepatan Angin Setiap Jam. .............................................................. 32

Gambar 4.5. Grafik Temperatur Setiap Jam. .................................................................. 32

Gambar 4.6. Grafik Tekanan Udara Setiap Jam. ................................................................. 33

Gambar 4.7. Grafik Hubungan Temperatur dengan Kecepatan Angin . ............................. 33

Gambar 4.8. Grafik Hubungan Tekanan Udara dengan Kecepatan Angin.......................... 34

Gambar 4.9. Diagram Pengujian Menggunakan Battery Charger. ..................................... 38

Gambar 4.10. Grafik Kecepatan Angin Setiap Jam. ....................................................... 39

viii

Gambar 4.11. Grafik Temperatur Setiap Jam. ..................................................................... 40

Gambar 4.12. Grafik Tekanan Udara Setiap Jam. ............................................................... 40

Gambar 4.13. Grafik Hubungan Temperatur dengan Kecepatan Angin . ........................... 41

Gambar 4.14. Grafik Hubungan Tekanan Udara dengan Kecepatan Angin. ...................... 42

Gambar 4.15. Grafik Pengujian di Daerah Persawahan ...................................................... 45

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Simulasi dengan Resistor 5W1Ω . ....................................................... 26

Tabel 4.2. Hasil Pengujian pada tanggal 29 September 2015 . ...................................... 31

Tabel 4.3. Hasil Pengujian pada tanggal 16 Oktober 2015 ........................................... 38