perancangan turbin angin sumbu horisontal … · v fakultas teknik jurusan teknik mesin universitas...

i

PERANCANGAN TURBIN ANGIN

SUMBU HORISONTAL KAPASITAS 18000 WATT UNTUK

PEMBANGKIT LISTRIK DI PULAU GILI KETAPANG

KABUPATEN PROBOLINGGO

TUGAS AKHIR

BIDANG KONVERSI ENERGY

Diajukanuntuk

Memenuhipersyaratanakademikdalammenyelesaikan

Program Studi Strata 1 (S1)

UniversitasMuhammadiyah Malang

YANG YANG HARYONO

09510093

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

ii

POSTER

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

Diajukanuntukmemenuhipersyaratanakademik

dalammenyelesaikan Program Studi Strata 1 (S1)

UniversitasMuhammadiyah Malang

DisusunOleh :

Yang YangHaryono

09510093

Yang telahdisahkanoleh :

DosenPembimbing I

(Ir. Sudarman, MT)

NIP.10889090132

DosenPembimbing II

(Ir. AliSaifullah, MT)

NIP. 195712271987031002

Mengetahui,

KetuaJurusanTeknikMesin

(Ir. Daryono, MT)

NIP. 10889090124

iv

FAKULTAS TEKNIK



Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127Fax. (0341) 460782 Malang 65144

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR

Nama : Yang YangHaryono

Nim : 09510093

BidangKeahlian : Konversi Energy

No. ST. Pem. TA : E.2 / 412 / FT / UMM/ XI / 2014

Judul : PerancanganTurbinAnginSumbu HorisontalKapasitas

18000 Watt UntukPembangkitListrik Di

PulauGiliKetapangKabupatenProbolinggo

Pembimbing I : Ir. Sudarman, MT

No. CatatanAsistensi Paraf

Dosenpembimbing I

1 PersetujuanJudul Dan Konsultasi Bab I

2 Konsultasi Bab I dan ACC Bab I

3 Konsultasi Bab II

4 ACC Bab II

5 Konsultasi Bab III

6 ACC Bab III

7 Konsultasi Bab IV

8 ACC Bab IV dan Seminar Hasil

Malang, 08 April 2015

DosenPembimbing I

Ir. Sudarman, MT

v

FAKULTAS TEKNIK



Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127Fax. (0341) 460782 Malang 65144

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR


Nim : 09510093

BidangKeahlian : Konversi Energy

No. ST. Pem. TA : E.2 / 412 / FT / UMM/ XI / 2014

Judul : PerancanganTurbinAnginSumbu HorisontalKapasitas

18000 Watt UntukPembangkitListrik Di

PulauGiliKetapangKabupatenProbolinggo

Pembimbing II : Ir. Ali Saifullah, MT

No. CatatanAsistensi Paraf

Dosenpembimbing II

1 PersetujuanJudul Dan Konsultasi Bab I

2 Konsultasi Bab I dan ACC Bab I

3 Konsultasi Bab II

4 ACC Bab II

5 Konsultasi Bab III

6 ACC Bab III

7 Konsultasi Bab IV

8 ACC Bab IV dan Seminar Hasil


DosenPembimbing II

Ir. Ali Saifullah, MT

vi

SURAT PERNYATAAN

Yang bertandatangandibawahini :


Nim : 09510093

Tempat/TanggalLahir : Probolinggo, 24 April 1992

Jurusan : TeknikMesin

Fakultas : Teknik

Instansi : UniversitasMuhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :

Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul

“PerancanganTurbinAnginSumbu Horizontal Kapasitas 18000 Watt

untukPembangkitListrik Di PulauGiliKetapangKabupatenProbolinggo”

yang diajukan untuk memperoleh gelar Strata 1 (S1) pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui

bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah

dipublikasikan dan/ atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di

lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun, kecuali

bagian yang sumber informasinya saya kutipkan dan daftar pustaka sebagaimana

mestinya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk

digunakan sebagaimana mestinya.


Yang Menyatakan,

Yang YangHaryono

vii

ABSTRAK

Pulau gili yang berada di tengah laut memiliki potensi tingkat kecepatan

angin yang tinggi. Pulau ini memiliki potensi angin yang besar untuk

pengembangan/ pembangunan sumber Energy alternatif dengan memanfaatkan

Energi Kinetik Angin untuk membangkitkan energy listrik. Oleh karena itu,

pemanfaatan Sistem Konversi Energy Angin ( SKEA ) atau Turbin Angin sangat

cocok diterapkan di pulau tersebut.

Dalam perancanganini,dipilihmenggunakanTurbin Angin Sumbu

Horizontal (TASH). Karena TASH lebih efektif dibandingkan Turbin Angin Sumbu

Vertikal (TASV) yang hanya mampu memproduksi 50% Energi Listrik dari

efisiensi TASH. Keuntungan TASH dapat dilihat dari bentuk sudu - sudu ( blade )

yang pada umumnya seperti baling - baling pesawat terbang. TASH memiliki dua

atau tiga bilah sudu yang mengarah pada arah angin yang palingcepat. Sehingga

TASH memiliki efisiensi lebih tinggi dari pada TASV.

TASH dalamperancanganinibertujuanuntukmembangkitkandayasebesar

18000 Watt padakecepatan angin rata – rata dilokasi 10,14 m/s (

berdasarkanpengamatan ). Dari hasilperhitungandiperolehdiameter rotor turbin

sebesar 5,4 mdengan 3 bilahsudu, jumlahturbin sebanyak 90

buahdandipasangpadaketinggian 25 m diataspermukaanlaut.

Kata kunci :SistemPembangkitEnergiListrik, TurbinAnginSumbu Horizontal.

ABSTRACT

Gili islands in the middle of the sea, has the potential level of high wind

speeds. The island has great potential for wind development / construction of

alternative Energy sources by utilizing the kinetic energy wind energy to generate

electricity. Therefore, the utilization of Wind Energy Conversion Systems (SKEA)

or Wind Turbine is very suitable to be applied on the island.

In this scheme, selected using the Horizontal Axis Wind Turbine

(TASH).Because Tash is more effective than the Vertical Axis Wind Turbine

(TASV) which is only capable of producing 50% of Electricity from Tash

efficiency.Tash advantages can be seen from the shape of the blade - blade

(blade) that in general such as blades - aircraft propellers. Tash has two or three

blades blade which leads to the fastest wind direction. So Tash has a higher

efficiency than the TASV.

Tash in the design is intended to evoke the power of 18000 Watts at

average wind speed - average location 10.14 m / s (based on observation). From

the calculations, the turbine rotor diameter of 5.4 m with a 3-blade impeller,

turbine number as many as 90 pieces and mounted at a height of 25 m above sea

level.

viii

Keywords: Generating System Electrical Energy, Horizontal Axis Wind Turbine.

ix

KATA PENGANTAR

DenganmemanjatkanpujidansyukurkepadaALLOH SWT yang

manahanyaataslimpahanrahmat, taufik,

hidayahsertainayahNyalaporantugasakhirdenganjudul “PERANCANGAN

TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL KAPASITAS 18000 WATT

UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK DI PULAU GILI KETAPANG

KABUPATEN PROBOLINGGO” iniakhirnyadapatterselesaikan.

Seiringpenyusunanskripsiini, terdapathambatandanrintangan yang

dihadapi,

namunberkatbantuandarisemuapihaksegalakesulitantersebutterasaringandandapatt

eratasi.Olehsebabitu,sepatutnyasayamengucapkanterimakasihatasjasabaik yang

selamainitelahdiberikan, baiknasehat, petunjuk, ide, saran,

sertabimbinganberupaapapunsehinggasayasebagaipenyusundapatmenyelesaikansk

ripsiini.Ungkapanterimakasihtersebutsayasampaikankepada:

1. Kedua orang tua yang selalumemberikanbantuanmaterilmaupun non materiil,

mendo’akan, mengingatkanakanpesan-pesannya yang takakanterlupakan.

2. BapakIr. Sudarman, MT selakuDosenPembimbing I yang

telahmemberikanbimbingansertaarahanselamapenyusunansekripsiinidilakuka

n.

3. Bapak Ir. Ali Saifullah. MT selakuDosenPembimbing II yang

telahmemberikanmasukan ide, serta saran dancara-

carapenulisansehinggaterselesaikannyaskripsiini.

4. Bapak Ir. Daryono, MT selakuketuajurusanTeknikMesin Fakultas

TeknikUniversitasMuhammadiyahMalang.

x

5. BapakBudiono, SSi. MTselakusekertarisjurusanTeknikMesin Fakultas

TeknikUniversitasMuhammadiyahMalang.

6. Bapak/IbuDosen yang

telahbersediamemberikanbantuanberupabimbinganteoritissearalangsungmaup

untidaklangsung.

7. Teman - temansebimbingan, rekan - rekanseperjuangandi

lingkunganFakultasTeknik,teman - temanseangkatanTeknikMesin 2009kelas

A, B dan (sin-C) khususnya Syamsul Arifin ST yang selalu mendukung dan

membantu saya untuk menyelesaikan tugas akhir ini, dankepadaseseorang

yang selalumendampingisayadanselalumemberisemangatdalam proses

pengerjaanskripsiini. Taklupajuga, sayaucapkanterimakasihkepadaseorang

yang membuatsayamengertiapaartikehancuran, kebangkitandankehidupanini.

8. Serta semuapihak yang belumtersebutkan, terimakasihbanyakatasbantuan

kalian.

Dalampenyusunansekripsiinitentunyaterdapatkekurangan yang

tidakterbahas.Olehsebabitusegalakritikdan saran yang

bersifatmembangunakansangatdiharapkanuntukpengembanganteknologiterkait.

Semoga ALLOH SWT memberikansifat Rahim-Nyakepadasemuapihak yang

tersebutdiatasdanpenyusunberharapsemogaskripsiinibermanfaatbagisemuapihak.


Penulis,

Yang YangHaryono

xi

DAFTAR ISI

COVER ............................................................................................................ i

POSTER ........................................................................................................... ii

LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI ........................................................ iii

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I ..................... iv

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II ................... v

LEMBARAN PERYATAAN ........................................................................... vi

ABSTRAK ........................................................................................................ vii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii

DAFTAR ISI .................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xv

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi

DAFTAR GRAFIK ...................................................................................... xvii

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

PENDAHULUAN ............................................................................................ 1

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

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................. 4

1.3. Tujuan Perancangan .............................................................................. 4

1.4. Manfaat Perancangan ........................................................................... 4

1.5. Batasan Masalah.................................................................................... 4

1.6. Definisi Istilah ...................................................................................... 5

1.7. Konsep Perancangan ............................................................................. 6

xii

1.8. Gambar Konsep Perancangan ..................................................................... 7

1.9. Keterangan Gambar ............................................................................... 8

BAB II .............................................................................................................. 13

LANDASAN TEORI ...................................................................................... 13

2.1. Definisi Angin ...................................................................................... 13

2.2. Kecepatan Angin ................................................................................. 14

2.3. Kekasaran Permukaan ......................................................................... 15

2.4. Definisi Turbin Angin ......................................................................... 17

2.5. Pemanfaatan Energy Angin ................................................................. 18

2.6. Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) ............................................ 19

2.7. Kelebihan dan Kekurangan TASH ....................................................... 20

2.8. Komponen – Komponen TASH ........................................................... 21

2.9. Jumlah Sudu Blade .............................................................................. 25

2.10. Bahan Sudu Blade ............................................................................. 27

2.11. Hub ................................................................................................... 31

2.12. Ujung ................................................................................................ 31

2.13. Alternator .......................................................................................... 31

2.14. Base dan Mekanisme Gerak .............................................................. 35

2.15 Ekor Pengarah .................................................................................... 36

2.16 Menara ............................................................................................... 36

xiii

BAB III ............................................................................................................. 38

METODOLOGI PERANCANGAN ............................................................... 38

3.1. Prosedur Perancangan ......................................................................... 38

3.2. Diagram Alur Perancangan .................................................................. 39

3.3. Analisa Kebutuhan Energy Listrik ....................................................... 40

3.4. Analisa Potensi Daya Angin ................................................................ 40

3.5. Penggunaan Alternator ........................................................................ 41

3.6. Jumlah Turbin Angin ........................................................................... 42

3.7. Roda Gigi ............................................................................................ 42

3.8. Shaft (poros putaran rendah) ................................................................ 42

3.9. Desain Rotor ....................................................................................... 44

3.9.1. Diameter Rotor ............................................................................ 44

3.9.2. Jumlah Sudu Blade ...................................................................... 44

3.9.3. Geometri Bilah Sudu .................................................................... 46

3.10. Base (rumah turbin) ........................................................................... 47

3.11. Ekor Pengarah ................................................................................... 47

3.12. Menara .............................................................................................. 48

BAB IV ............................................................................................................. 49

PERHITUNGAN ............................................................................................ 49

4.1.Kebutuhan Daya ................................................................................... 49

4.2.Kecepatan Angin Lokasi ...................................................................... 49

4.3. Alternator ............................................................................................ 53

xiv

4.4. Jumlah Turbin Angin ........................................................................... 53

4.5. Roda Gigi ............................................................................................ 54

4.5.1. Dimensi Roda Gigi 7 dan 8 .......................................................... 55

4.5.1.1. Poros roda Gigi 7 dan 8 ........................................................ 58

4.5.1.2. Pasak pada Poros Roda Gigi 7 dan 8 ..................................... 59

4.5.1.3. Volume Roda Gigi 8 ............................................................. 59

4.5.1.4. Berat Roda Gigi 8 ................................................................. 59

4.5.1.5. Volume Roda Gigi 7 ............................................................. 60

4.5.1.6. Berat Roda gigi 7 .................................................................. 60


4.5.2.1. Poros Roda Gigi 5 dan 6 ....................................................... 63


4.5.2.3. Volume Roda Gigi 6 ............................................................. 64

4.5.2.4. Berat Roda Gigi 6 ................................................................. 65

4.5.2.5. Volume roda Gigi 5 .............................................................. 65

4.5.2.6. Berat Roda Gigi 5 ................................................................. 65


4.5.3.1. Poros Roda Gigi 3 da 4 ......................................................... 69

4.5.3.2. Pasak Pada Roda Gigi 3 da 4 ................................................ 69

4.5.3.3. Volume Roda Gigi 4 ............................................................. 69

4.5.3.4. Berat Roda Gigi 4 ................................................................. 70

4.5.3.5. Volume Roda Gigi 3 ............................................................. 70

xv

4.5.3.6. Berat Roda Gigi 3 ................................................................. 70


4.5.4.1. Poros Roda Gigi 1 dan 2 ....................................................... 74


4.5.4.3. Volume Roda Gigi 2 ............................................................. 75

4.5.4.4. Berat Roda Gigi 2 ................................................................. 75

4.5.4.5. Volume Roda Gigi 1 ............................................................. 75

4.5.4.6. Berat Roda Gigi 1 ................................................................. 76

4.6. Desain Rotor ....................................................................................... 76

4.7. Poros Rotor Blade ............................................................................... 92

4.8. Base / Rumah Turbin ........................................................................... 95

4.9. Ekor Pengarah ..................................................................................... 97

4.10. Menara .............................................................................................. 99

BAB V............................................................................................................ 103

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 103

5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 103

5.2. Saran ................................................................................................ 106

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 107

LAMPIRAN .................................................................................................. 108

-oo0oo-

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar1.1 :konsepPerancangan ...................................................................... 7

Gambar2.1 :KonturAliranArusAngin ............................................................... 16

Gambar2.2 :TurbinAnginSumbu Horizontal .................................................... 21

Gambar2.3 :Alternator Ginlong Technologies GL – PMG – 20 K .................... 32

Gambar2.4 :Rotor Alternator .......................................................................... 33

Gambar2.5 :Stator Alternator ........................................................................... 34

Gambar2.6 :Rectifier ........................................................................................ 34

Gambar2.7 :RumahSikat .................................................................................. 35

Gambar3.1 :DistribusiBebanPadaPoros Rotor Blade ........................................ 42

Gambar3.2 :Tata Nama Airfoil ........................................................................ 46

Gambar3.3 :Base TampakSamping .................................................................. 47

Gambar4.1 :PerbandinganPenggunaanRoda Gigi ............................................ 54

Gambar4.2 :Gaya PadaRoda Gigi 7 dan 8 ....................................................... 55

Gambar4.3 :Gaya PadaRoda Gigi 5 dan 6 ....................................................... 60

Gambar4.4 : Gaya PadaRoda Gigi 3 dan 4 ...................................................... 65

Gambar4.5 : Gaya PadaRoda Gigi 1 dan 2 ...................................................... 71

Gambar4.6 :BentukgeometriAliranAnginPadaBilahSudu ................................. 78

Gambar4.4 :LuasPenampangSudu Blade ......................................................... 87

Gambar4.5 :TitikPusatPenampangSudu Blade ................................................ 88

Gambar4.6 :DistribusiBebanpadaSudu Blade .................................................. 91

Gambar4.7 :distribusi Gaya pada Rotor Blade ................................................. 92

Gambar4.8 :Dimensi Base / RumahTurbin ....................................................... 96

Gambar4.9 :TurbinAnginTampakSamping ....................................................... 97

Gambar4.10 :DimensiEkorPengarah ................................................................ 99

xvii

Gambar4.11 :DistribusiBebandanDimensPenampangMenara ........................... 99

Gambar4.12 :TitikPusatPenampangSegitiga .................................................... 100

Gambar4.13 :TitikPusatPenampangPersegi ..................................................... 101

-oo0oo-

DAFTAR TABEL

Tabel2.1 :HubunganKecepatanAnginDenganKondisiAlamDidaratan ...................... 15

Tabel2.2 :HubunganKekasaranPermukaandanFaktorKoreksi .................................. 17

Tabel2.3: Massa JenisKayu ................................................................................ 28

Tabel2.4 :Modulus ElastisitasKayuBerdayarkanKelasKuatnya ............................... 29

Tabel2.5 :TeganganIjinKayuBerdasarkanKelasKuatnya ................................... 30

Tabel2.6 :Specification Alternator Type GL – PMK – 20 K ............................. 33

Table 2.7 :SpesifikasiTieknikTiangPancangBetonSegitiga ............................... 37

Tabel3.1 :HubunganJumlahSudu Blade dengan TSR ....................................... 45

Tabel3.2 :Harga Radius LokalSudu Blade ................................................................... 46

Tabel3.3 :SpesifikasiTieknikTiangPancangBetonSegitiga ................................ 48

Table 4.1 :HubunganKondisiPermukaandenganFaktorKoreksi ......................... 52

Table 4.2 :Specification Alternator Type GL – PMK – 20 K ............................ 53

Tabel4.3 :FaktorBentukRoda Gigi ................................................................... 56

Tabel4.4 :Mechanical Properties of Material S 35 C and FC 30 ..................... 57






xviii

Tabel4.10 :Mechanical Properties of Material S 35 C and FC 30 ................... 73

Tabel4.11 :BentukAirfoildanDeskripsiGeometrikal .......................................... 78

Tabel4.12 :GeometriBilahSudu ........................................................................ 79

Tabel4.13 :Bentuk Airfoil C = 0,35 m ............................................................. 80













Tabel 4.26 : ArahdanBesarDefleksipadaSudu Blade ........................................ 90

-oo0oo-

DAFTAR GRAFIK

Grafik2.1 :HubunganJumlahSuduterhadapCoefisienPrestasidan TSR .............. 26

Grafik2.2 :HubunganKecepatanAnginTerhadap Torsi padaVariasiJumlah Blade

........................................................................................................................ 27

Grafik4.1 :GeometriBilahSudu......................................................................... 80

Grafik4.2 :ArahDefleksiSudu Blade ................................................................ 90

-oo0oo-

107

DAFTAR PUSTAKA

Ali Sailfullah. Ir., MT, Roda Gigi Lurus, Power Point, Malang

Arismunandar W, 2004, “PenggerakMulaTurbin”, ITB, Bandung.

Djojodiharjo H. dan Molly JP., 1983, “Wind Energy System”, Alumni Press

Bandung, Bandung.

I Kade, Made Mara, Arif, Muliadi, 2014, PengaruhVariasiJumlah Blade, Thesis,

UniversitasMataram, Mataram, Indonesia.

I NyomanSutantra.(2010). TeknologiOtomotif 2nd. Surabaya: Gunawidya.

Januari 2008, Wood Density KekerasanKayu.www.tentangkayu.com, maret 2015

PahlAndBeitzt. (1976). Engineering Design Jilid 2.

Robert L. Mott, Elemen – ElemenMesindalamPerancanganMekanis, 2st ed., Andi,

Yogyakarta.

Rudenko N, 1992, “MesinPemindahBahan”, Erlangga, Jakarta.

Sofia W, Alisjahbana., 2013. PrinsipDasarMekanikaStruktur, 1st ed., GrahaIlmu,

Yogyakarta.

SpesifikasiTeknikTiangPancangBeton.www.beton.co.id, BEP Precast

AndPrestress Concrete, Februri 2015

Sudarman. Ir., MT, 2010, TeoridanPerancanganTurbinAngin, Malang.

Syamsir A, 1990 “Pesawat-pesawatPengangkat”, CV. RajawaliPers, Jakarta.

Thimosenko& Young. (1968). Element Of Strength Of Material 5th Edition. New

York: published by Van Nostrnd Reinhold Company.

Wind Turbine Permanent Magnet Generator. Alternator.com, September 2014

ZainudinAchmad. (1999). Element Mesin 1. Bandung: PT. RefikaAditama.

31 Mei 2013, Tabel Massa JenisdanBeratJenisKayu.rumushitung.com, maret

2015.

http://www.tentangkayu.com/

http://www.beton.co.id/

http://www.alternator.com/

rumushitung.com

perancangan turbin angin sumbu horisontal … · v fakultas teknik jurusan teknik mesin universitas...

Documents