i

PERANCANGAN KINCIR ANGIN TIPE AXIAL

SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA LISRIK

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Memenuhi Syarat-syarat Untuk

Mencapai Gelar Sarjana Teknik Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Diajukan oleh:

AIRLANGGA GURUH PRATAMA

D 400 080 046

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2012

iv

KATA PENGATAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan,

hidayah serta taufiqnya sehingga sampai saat ini masih diberikan kesempatan

untuk beribadah dan meyembah padaNYA dan telah menjadikanku manusia yang

berakal dan berguna dalam dunia ini. Sholawat serta salam untuk junjunganku,

Nabiku Muhammad S.A.W yang aku nantikan–nantikan syafa’atnya.

Hanya karena Allah SWT akhirnya penulis bisa melewati kendala dan

tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas

akhir ini disusun dan diajukan sebagai syarat untuk kelulusan dan mendapatkan

gelar Sarjana Teknik di jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Surakarta. Adapun judul tugas akhir yang penulis ajukan : “PERANCANGAN

KINCIR ANGIN TIPE AXIAL SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA

LISTRIK”.

Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan, dan saran

serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas dan

kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terima kasih sebesar – besarnya

kepada:

1. Bapak Ir. Agus Ryanto, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiayah Surakarta.

2. Bapak Ir. Jatmiko, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiayah Surakarta dan selaku Pembimbing I Tugas Akhir.

v

3. Bapak Hasyim Asy’ari, S.T. M.T. selaku Pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Aris Budiman, ST, MT. dan Bapak Tindyo Prasetyo, ST selaku

penguji Tugas Akhir.

5. Agus Supardi, ST. MT selaku Pembimbing Akademik yang telah banyak

membimbing selama menempuh studi di Teknik Elektro UMS.

6. Bapak dan Ibu dosen atas kesedianya membimbing dan memberikan

waktunya kepada penulis selama di Teknik Elektro.

7. Kedua orang tuaku tercinta dan seluruh keluarga besar terima kasih atas

semua kasih sayang, do’a, yang tiada hentinya dan tidak pernah surut

sehingga penulis bisa seperti saat ini.

8. Adikku Abimanyu Haryo Yudhanto.

9. Tri Hartati Utami, kebersamaan, ketulusan, kesetiaan, dan doamu menjadikan

diriku percaya diri serta semangat buat aku.

10. Seluruh Staf Tata Usaha, Staf Akademik maupun non Akademik, yang telah

banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama

menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

11. Sahabat-Sahabat Seperjuanganku Teknik Elektro 2008 : Sistem Tenaga

Listrik (Arief Rahman Hakim, Acuk Febri Nuryanto, Andi Pradana, Aziz

Ardiyatmoko, Anang Prasetya, Aji Purnomo, Ginanjar Sukoraharjo, Hendras

vi

Afriatmaja, Muhibur Rohman, Muhammad Yusuf Anshori, Wahyu Setiawan,

Obil Parulian Siregar).

12. Bapak Pramono selaku patnership dalam Tugas Akhir ku, Pembuatan alat

generator magnet permanen yang terintegrasi dengan turbin angin tipe axial,

terima kasih Bapak atas bantuan dan ilmunya.

13. Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro (KMTE) UMS.

14. Teman – temanku yang ada di Kost Pondok Dimas “Agus Sriwiyanto,

Septian Anggono. Jangan jadikan ini akhir dari kebersamaan kita. Semoga

Allah SWT selalu mempertemukan dan melindungi kita. Amien…

15. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari

kesempurnaan. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan.

Semoga karya ini dapat bermanfaat untuk rekan-rekan mahasiswa dan pihak-pihak

yang berkepentingan.

Surakarta, Mei 2012

Penulis

vii

MOTTO

“Maka sesungguhnya disamping kesukaran terdapat kemudahan”

(QS. Al-Insyirah : 5)

“Kegagalan adalah guru dari kesuksesan”

(Penulis)

“Kesempurnaan manusia berada pada kekurangannya”

(Penulis)

“Pengalaman adalah harga mahal untuk kesuksesan”

(Penulis)

“Keep green and clean”

(Penulis)

viii

PERSEMBAHAN

Sedikit karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta dan terkasih :

Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat, karunia dan hidayahNya kepada kita

semua.

Ayahanda dan Ibundaku tercinta. Kasih sayang, pengorbanan, doa, abadi sepanjang

masa, dan yang selalu dan tiada henti-hentinya mengingatkanku. Maafkan anakmu

yang nakal ini.

Adikku Abimanyu Haryo Yudhanto.

Tri Hartati Utami, kebersamaan, ketulusan, kesetiaan, dan doamu menjadikan diriku

percaya diri serta semangat buat aku.

Segenap Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro ( KMTE ).

Teman-teman Teknik Elektro 2008.

Teman-teman Di Kota Tangerang Selatan.

Sahabat-Sahabat Seperjuanganku, Arief Rahman Hakim, Acuk Febri Nuryanto, Andi

Pradana, Aziz Ardiyatmoko, Anang Prasetya, Aji Purnomo, Ginanjar Sukoraharjo,

Hendras Afriatmaja, Muhibur Rohman, Muhammad Yusuf Anshori, Wahyu Setiawan,

Obil Parulian Siregar.

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv

MOTTO ................................................................................................................. vii

PERSEMBAHAN ................................................................................................. viii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xiii

DAFTAR KONTRIBUSI ...................................................................................... xiv

ABSTRAKSI ......................................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah........................................................................ 3

1.3. Batasan Masalah ............................................................................. 3

1.4. Tujuan Penelitian............................................................................ 4

1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 4

1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Telaah Penelitian ........................................................................... 6

2.2. Landasan Teori .............................................................................. 6

x

2.2.1.Kondisi Angin ............................................................................. 7

2.2.2. Desain turbin ............................................................................. 9

2.2.3. Komponen Pembangkit Listrik................................................... 12

2.2.4. Energi Kinetik ........................................................................... 12

2.2.5. Sudu ........................................................................................... 14

2.2.6. Gearbox ...................................................................................... 13

2.2.7. Generator ................................................................................... 14

2.2.8. Transformator ............................................................................ 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat ........................................................................ 20

3.2. Bahan dan Peralatan ..................................................................... 21

3.2.1. Bahan ......................................................................................... 21

3.2.2. Peralatan ................................................................................... 21

3.3. Alur Penelitian................................................................................ 22

3.1.1. Studi Literatur .......................................................................... 22

3.1.2. Perancangan Alat ..................................................................... 22

3.1.3. Pembuatan Alat ........................................................................ 22

3.1.4. Pengujian Sistem ..................................................................... 22

3.4. Flowchart Penelitian ...................................................................... 24

3.5. Skema Turbin angin ..................................................................... 25

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian ............................................................................. 26

4.1.1. Percobaan Pertama .................................................................... 26

xi

4.1.2. Percobaan Kedua ....................................................................... 27

4.2. Analisa Data .................................................................................. 27

4.2.1. Daya Dalam Angin............................................................ ........ 28

4.2.2. Energi Kinetik........................................................................... .. 30

4.2.3. Daya Generator......................................................................... .. 32

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ..................................................................................... 40

5.2. Saran .............................................................................................. 40

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41

LAMPIRAN .......................................................................................................... 42

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Turbin angin Savonius ....................................................................... 11

Gambar 2.2. Turbin angin Darrieus ..................................................................... 11

Gambar 2.3. Bagian-Bagian Transformator ......................................................... 17

Gambar 2.4. Contoh Transformator ..................................................................... 17

Gambar 2.5. Rangkaian Step Up .......................................................................... . 19

Gambar 3.1. Flowchart Penelitian .......................................................................... 24

Gambar 3.3. Skema Turbin Angin ......................................................................... 25

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Kecepatan Angin dengan Kecepatan Putar (RPM)

pada Turbin Angin Axial 4 Bilah ...................................................... 35

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Tegangan dengan Kecepatan Putar (RPM) pada

Turbin Angin Axial 4 Bilah .............................................................. 35

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Arus dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin

Angin Axial 4 Bilah ........................................................................... 36

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kecepatan angin dengan Kecepatan Putar (RPM)

pada Turbin Angin Axial 3 Bilah ...................................................... 37

Gambar 4.5. Grafik hubungan tegangan dengan kecepatan putar (RPM) pada

turbin angin Axial 3 bilah .................................................................. 37

Gambar 4.6. Grafik Hubungan Arus dengan Kecepatan Putar (RPM) pada Turbin

Angin Axial 3 Bilah ........................................................................... 38

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kondisi Angin ....................................................................................... 7

Tabel 3.1. Jadwal penelitian dan pembuatan laporan ............................................ 20

Tabel 4.1. Pengukuran Turbin Angin Axial 4 Bilah .............................................. 26

Tabel 4.2. Pengukuran Turbin Angin Axial 3 Bilah .............................................. 27

Tabel 4.3. Daya Dalam Angin Turbin Axial 4 Bilah ............................................. 29

Tabel 4.4. Daya Dalam Angin Turbin Axial 3 Bilah ............................................. 29

Tabel 4.5. Energi Kinetik Turbin Axial 4 Bilah ..................................................... 31

Tabel 4.6. Energi Kinetik Turbin Angin Axial 3 Bilah .......................................... 31

Tabel 4.5. Perhitungan Daya Generator Turbin Axial 4 Bilah............................... 33

Tabel 4.6. Perhitungan Daya Generator Turbin Axial 3 Bilah.............................. 34

xiv

DAFTAR KONTRIBUSI

Tugas Akhir ini berawal dari ketertarikan penulis terhadap energi alternatif

terbarukan, khususnya energi tersebut mempunyai peran yang sangat penting

dalam memenuhi kebutuhan energi. Penulis melakukan studi literatur baik melalui

jurnal ilmiah maupun melihat video energi alternatif yang ada di jaringan internet.

Setelah mendapatkan inspirasi dan topik yang akan dituang ke dalam

Tugas Akhir, penulis berkonsultasi dengan Bapak Hasyim Asy’ari S.T, M.T,.

Beliau menawarkan untuk merancang turbin angin tipe axial 4 bilah dan 3 bilah

dengan generator magnet permanent. Generator sebagai pembangkit listrik yang

disuplai untuk mengisi/mengecas lampu LED emergency. Penelitian ini terbagi

menjadi dua, penulis membahas fungsi alatnya sebagai turbin angin dan fungsi

sebagai generator dibahas dengan teman saya bernama Acuk Febri Nuryanto.

Setelah berkonsultasi dengan Bapak Hasyim Asyi’ari, S.T, M.T mengenai

judul Tugas Akhir dan beliau bersedia untuk membimbing penulis dalam

menyusun laporan Tugas Akhir ini. Beliau juga menyarankan untuk dosen

pembimbing I Tugas Akhir ini adalah Bapak Ir. jatmiko, M.T. Setelah seminar

Proposal Tugas Akhir ada beberapa saran dan masukkan dari dosen penguji demi

perbaikkan Tugas Akhir ini.

Penelitian ini dilakukan di Waduk Gajah Mungkur Wonogiri, penulis

mencari alat dan bahan yang sesuai dengan rancangan. Setelah alat dan bahan

terkumpul kemudian melakukan perancangan tiang penyangga, merangkai

gearbox dan membuat bilah turbin angin. Dalam perancangan dan perakitan

xvi

ABSTRAKSI

Penelitian ini adalah untuk pemanfaatan turbin angin axial 4 bilah

dan 3 bilah dengan menggunakan generator magnet permanent.

Pemanfaatan Turbin Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu ini

menggunakan turbin angin axial 4 bilah dan 3 bilah dari bahan fiber glass.

Desain bilah dibuat dengan ukuran 70x20 cm, bilah tersebut digunakan

sebagai penggerak generator magnet permanent. Generator magnet

permanent menggunakan 10 buah magnet permanent dengan lilitan 100, 125,

dan 150 berdiameter 28 cm. Sistem pembangkit ini memanfaatkan generator

magnet permanent sebagai pembangkit listrik.

Tegangan dan arus yang dihasilkan generator magnet permanent

tergantung pada kecepatan angin yang memutar rotor generator. Untuk

turbin angin axial 4 bilah dapat menghasilkan tegangan 100 volt dan arus

sebesar 0,50 mA pada kecepatan 758 rpm, dan untuk turbin angin axial 3

bilah dapat menghasilkan tegangan 90 volt dan arus sebesar 0,45 mA pada

kecepatan 807 rpm. Pada sistem pembangkit ini mampu dibebani lampu

emergency dengan nameplate 6 volt 4,5 Ah dan dapat mengisi lampu

emergency pada tegangan 40 volt.

Kata kunci : PLTB, axial 4 dan 3 bilah, generator magnet permanent