pengaruh penambahan magnet pada poros kincir …1].pdf · by using a pvc pipe material with angle...
Post on 02-Nov-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
PENGARUH PENAMBAHAN MAGNET PADA POROS KINCIR
TERHADAP KARAKTERISTIK DAN EFISIENSI KINCIR ANGIN
PROPELER UNTUK TIGA VARIASI KECEPATAN ANGIN
SKRIPSI
Untuk memenuhi salah satu persyaratan
Memperoleh gelar Sarjana Teknik
Di Jurusan Teknik Mesin
Oleh
Adhi Brahmantya Herdhani
135214067
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
i
ADDITIONAL MAGNETS ON SHAFT EFFECT FOR
CHARACTERISTIC AND EFFICIENCY OF PROPELLER WIND
TURBINE IN THREE VARIATIONS OF WIND SPEED
FINAL PROJECT
To fulfill one of the requirements
to obtain The Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering Study Program
By
Adhi Brahmantya Herdhani
135214067
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
SKRIPSI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
SKRIPSI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
ABSTRAK
Energi angin merupakan salah satu energi terbarukan yang menjanjikan.
Kenyataannya fakta menunjukkan bahwa penerapan energi ini sebagai alternatif
penghasil listrik di dunia masih belum dimaksimalkan. Sebagai salah satu negara
yang berpotensi untuk memanfaatkan energi ini, Indonesia cukup berpeluang besar
untuk menerapkan penginstalan alat rekayasa angin di masa mendatang.
Penginstalan yang dilakukan di Indonesia sendiri pada tahun 2013 baru mencapai
kapasitas 1,6 MW diikuti dengan proyek penginstalan lainnya. Namun faktanya
dengan keadaan geografis yang dimiliki Indonesia, tidak setiap tempat di Indonesia
memiliki margin potensi kecepatan angin yang sama.
Penelitian tentang penambahan magnet dilakukan untuk melihat pengaruhnya
dalam mengoptimalkan efisiensi kincir dengan beberapa variasi angin. Kincir yang
dibuat sendiri menggunakan bahan pipa PVC dengan sudut sudu 73,35°. Penelitian
ini menggunakan piringan magnet neodymium pada poros kincir dan magnet
neodymium kubus sebagai magnet stator yang akan memberikan gaya tolak
mengikuti arah perputaran kincir. Dengan variasi kecepatan angin 5 m/s, 6 m/s, dan
7 m/s yang diatur dari blower, masing-masing kincir A (tanpa magnet) dan kincir
B (dengan magnet) akan diambil datanya untuk kemudian dibandingkan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan piringan magnet membantu
mengoptimalkan Cp kincir pada kecepatan angin 5 m/s dan 6 m/s. Pada variasi
kecepatan 5 m/s, Cp yang dihasilkan kincir dengan piringan magnet memiliki selisih
0,83 % lebih baik dibanding kincir konvensional pada nilai tsr 3,5. Sedangkan pada
kecepatan angin 6 m/s sendiri hasil pengamatan menunjukkan perbedaan yang
signifikan, dimana kincir dengan piringan magnet dan tanpa piringan magnet
mampu menghasilkan Cp maksimal 13,18 % dan 9,43 %. Namun pada variasi
kecepatan angin 7 m/s magnet yang digunakan tidak mampu mengoptimalkan Cp
kincir.
Kata kunci: kincir propeler, piringan magnet, magnet neodymium, pengotimalan
Cp kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTRACT
Wind energy is one of promising renewable energy. The facts show that the
application of this energy as an alternative electric power in the world still not
maximized. As one of the potential countries to utilize this energy, Indonesia have
an opportunity to implement the installation of wind turbine system in the future.
Some of installation that already done in Indonesia on 2013 only reached 1.6 MW
capacity followed by other installation projects. However with the geographical
situation that Indonesia has, not every place in Indonesia has the same potential of
wind speed.
Research on magnetic addition carry out to see its effect in optimizing the
efficiency of the wind turbine with several variations of the wind. The blade made
by using a PVC pipe material with angle of 73.35°. The experiment using
neodymium magnet disks on the shaft of wind turbine and square neodymium
magnet as stator magnet to give repulsive force following the rotation of the wind
turbine. With wind speed variations of 5 m/s, 6 m/s, and 7 m/s set from the blower,
each of the wind turbine A (without magnet) and wind turbine B (with magnet) data
going to compared.
The results showed that the addition of magnetic disk helps optimize the Cp of
wind turbine at wind speed 5 m/s and 6 m/s. On wind speed 5 m/s, Cp from the
wind turbine with magnetic disk has a difference of 0.83% better than the
conventional wind turbine at 3.5 tsr. However at wind speed 6 m/s result of
observation showed significant difference, where with magnetic disk and without
magnetic disk are able to produce maximum Cp 13,18% and 9,43%. But magnet
that used on experiment is not capable to optimize Cp of wind turbine at wind
speed of 7 m/s.
Keywords: propeller wind turbine, magnetic disk, neodymium magnet, optimizing
Cp of wind turbine
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat karunia dan kebaikan
yang dilimpahkanNya kepada penulis, sehingga penulis senantiasa diberi
pengharapan dalam menyelesaikan penyusunan naskah karya ilmiah ini di
Universitas Sanata Dharma.
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu persyaratan yang harus ditempuh
untuk memperoleh gelar S-1 di Universitas Sanata Dharma. Adapun
penyusunannya mengikuti pedoman akademik yang telah dipersiapkan sebelumnya
oleh Fakultas Sains dan Teknologi.
Berkat bimbingan, support dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya karya
ilmiah ini dapat diselesaikan dengan baik sebagaimana mestinya. Dengan segenap
kerendahan hati, penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar – besarnya
kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. Rines, M.T. sebagai Dosen Pembimbing skripsi penulis, yang senantiasa
memberikan masukan, membimbing, dan saran selama penelitian.
4. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi
dan Dosen Pembimbing Akademik yang telah memfasilitasi dan memberi
dukungan selama pengerjaan skripsi.
5. Intan Widianarko dan Martono D. N. selaku Laboran Teknologi Mekanik dan
Konversi Energi yang selalu memberikan pelayanan dan bantuan yang ramah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
6. Heru Gendroyono dan Kuswardhani Ariyati selaku orang tua kandung tercinta
yang terus mendukung dan membiayai anggaran selama kuliah hingga
pembuatan skripsi.
7. Daniel Adisaptra, Ekapoetra Wahab, dan Yohanes Wahyu, selaku kerabat
dekat penulis yang selalu menemani selama pengerjaan skripsi.
8. Keluarga Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma baik dosen dan kariawan,
dan teman – teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis
berterimakasih atas segala bantuan dan motifasinya.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan karya ilmiah yang dibuat ini
belumlah sempurna. Oleh karena itu saran dan kritikan sangat diharapkan penulis
kepada pembaca demi perbaikan karya ini dan sumbangan pengetahuan
kedepannya.
Yogyakarta, 13 Juli 2017
Penulis
Adhi Brahmantya H
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN I ............................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN II ............................................................................ iii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................... iv
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................................... v
ABSTRAK ........................................................................................................... vi
ABSTRACT ........................................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................ 3
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................. 4
1.4. Batasan Masalah ................................................................................... 4
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................... 5
BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 6
2.1. Energi Angin dan Potensi Angin di Indonesia ..................................... 6
2.2. Kincir Angin ........................................................................................ 8
2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal ......................................................... 8
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal ............................................................. 9
2.2.3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kincir Angin .......................... 11
2.3. Magnet ................................................................................................ 14
2.3.1. Magnet Neodymium ........................................................................ 15
2.3.2. Karakterisitik Magnet Neodymium ................................................. 16
2.3.3. Magnet Neodymium Sebagai Penggerak dan Unit Penghasil
Akselerasi ........................................................................................ 17
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 21
3.1. Diagram Penelitian ............................................................................. 21
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
3.2. Alat dan Bahan ................................................................................... 23
3.2.1. Sudu Kincir ..................................................................................... 23
3.2.2. Naf Kincir ........................................................................................ 24
3.2.3. Shaft/poros ...................................................................................... 24
3.2.4. Piringan Magnetik ........................................................................... 25
3.2.5. Blower ............................................................................................. 26
3.2.6. Takometer ....................................................................................... 26
3.2.7. Neraca pegas ................................................................................... 27
3.2.8. Anemometer .................................................................................... 27
3.2.9. Alat Pengereman ............................................................................. 28
3.3. Set Up Eksperimen ............................................................................. 29
BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN ............................... 34
4.1. Data Hasil Pengamatan ...................................................................... 34
4.1.1. Data Pengamatan Variasi Kecepatan Angin 5 m/s ......................... 34
4.1.2. Data Pengamatan Variasi Kecepatan Angin 6 m/s ......................... 36
4.1.3. Data Pengamatan Variasi Kecepatan Angin 7 m/s ......................... 38
4.2. Pengolahan Data ................................................................................. 40
4.3. Hasil Perhitungan ............................................................................... 41
4.4. Pengaruh Penambahan Magnet .......................................................... 46
4.4.1. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir ..... 46
dengan Variasi Kecepatan Angin 5 m/s
4.4.2. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir ...... 49
dengan Variasi Kecepatan Angin 6 m/s
4.4.3. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir ...... 51
dengan Variasi Kecepatan Angin 7 m/s
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 53
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 53
5.2. Saran ................................................................................................... 54
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 55
LAMPIRAN ........................................................................................................ 57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik kapasitas kincir angin yang terpasang di seluruh dunia .......... 2
hingga tahun 2015 menurut world wind energy association dalam
MW
Gambar 2.1 Potensi angin di Indonesia ................................................................. 7
Gambar 2.2 Contoh kincir angin poros horizontal (kincir propeler) ..................... 9
Gambar 2.3 Kincir vertikal tipe Darrieus ............................................................. 10
Gambar 2.4 Kincir vertikal tipe Savonius ............................................................ 10
Gambar 2.5 Hubungan antara koefisien daya (𝑪𝒑) dengan tip speed ratio ......... 14
(tsr) dari berbagai jenis kincir angin
Gambar 2.6 Magnet neodymium bentuk kubus ................................................... 15
Gambar 2.7 Desain permanent magnet motor Robert Tracy ............................... 18
Gambar 2.8 Piringan magnetik dan alternator [Ranalkar et all., 2013] ............... 19
Gambar 2.9 Susunan turbin angin uji [Ranalkar et all., 2013] ............................. 20
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian .................................................................... 22
Gambar 3.2 Konstruksi kincir angin .................................................................... 23
Gambar 3.3 Desain sudu kincir ............................................................................ 24
Gambar 3.4 Naf kincir .......................................................................................... 24
Gambar 3.5 Poros kincir ...................................................................................... 25
Gambar 3.6 Piringan magnetik ............................................................................ 26
Gambar 3.7 Blower .............................................................................................. 27
Gambar 3.8 Tachometer ....................................................................................... 27
Gambar 3.9 Neraca pegas .................................................................................... 28
Gambar 3.10 Penempatan anemometer ................................................................ 28
Gambar 3.11 Alat pengereman ............................................................................ 29
Gambar 3.12 Setting eksperimen ......................................................................... 30
Gambar 3.13 Skema set up piringan magnet ....................................................... 30
Gambar 3.14 Ilustrasi gaya dorong picu dari magnet stator ................................ 31
Gambar 3.15 Resultan gaya dorong pada piringan .............................................. 32
Gambar 4.1 Grafik hubungan koefisien daya, 𝑪𝒑, dan tsr untuk variasi ............. 47
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
kecepatan angin 5 m/s
Gambar 4.2 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan .................. 48
angin 5 m/s
Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya, 𝑪𝒑, dan tsr untuk variasi ............. 50
kecepatan angin 6 m/s
Gambar 4.4 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan .................. 50
angin 6 m/s
Gambar 4.5 Grafik hubungan koefisien daya, 𝑪𝒑, dan tsr untuk variasi ............. 51
kecepatan angin 7 m/s
Gambar 4.6 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan .................. 52
angin 7 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Potensi angin di beberapa titik Indonesia ............................................... 7
Tabel 2.2 Karakteristik Magnet Neodymium........................................................ 17
Tabel 4.1 Data pengamatan kincir A dengan kecepatan angin 5 m/s, dan............ 34
frekuensi blower 21,0 Hz
Tabel 4.2 Data pengamatan kincir B dengan kecepatan angin 5 m/s, dan ............ 35
frekuensi blower 21,0 Hz
Tabel 4.3 Data pengamatan kincir A dengan kecepatan angin 6 m/s, dan............ 36
frekuensi blower 27,4 Hz
Tabel 4.4 Data pengamatan kincir B dengan kecepatan angin 6 m/s, dan ............ 37
frekuensi blower 27,4 Hz
Tabel 4.5 Data pengamatan kincir A dengan kecepatan angin 7 m/s, dan............ 38
frekuensi blower 40,0 Hz
Tabel 4.6 Data pengamatan kincir B dengan kecepatan angin 7 m/s, dan ............ 39
frekuensi blower 40,0 Hz
Tabel 4.7 Perhitungan data kincir A variasi kecepatan angin 5 m/s ..................... 41
Tabel 4.8 Perhitungan data kincir B variasi kecepatan angin 5 m/s ..................... 42
Tabel 4.9 Perhitungan data kincir A variasi kecepatan angin 6 m/s ..................... 43
Tabel 4.10 Perhitungan data kincir B variasi kecepatan angin 6 m/s ................... 44
Tabel 4.11 Perhitungan data kincir A variasi kecepatan angin 7 m/s ................... 45
Tabel 4.12 Perhitungan data kincir B variasi kecepatan angin 7 m/s ................... 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Energi merupakan salah satu kebutuhan yang teramat penting di dunia. Salah
satu bentuk energi yang tingkat konsumsinya tinggi adalah listrik. Kenyataannya
jumlah penduduk suatu negara yang meningkat dari hari ke hari berbanding lurus
dengan tingkat konsumsi energi di negara tersebut. Proyeksi masa depan
menunjukkan bahwa Total Primary Energy Supply (TPES) dunia diperkirakan akan
mencapai 17010 Mtoe di tahun 2030 [International Energy Agency, 2008]. Jelas
bahwa segala aspek dalam kehidupan manusia bertumpu kepada pasokan energi
untuk mengakomodasi dan menunjang aktivitas mereka sehari-hari. Hingga
sekarang pemakaian bahan bakar fosil masih mendominasi pemenuhan kebutuhan
energi dunia. Sumber energi ini berasal dari sumber daya fosil di alam yang
jumlahnya terbatas dan terancam akan habis di masa mendatang. Pengolahan energi
ini sendiri terhitung tidak ramah lingkungan mengingat pembangkit-pembangkit
daya berbasis bahan bakar fosil terbukti menghasilkan polusi berupa gas-gas
maupun partikel-partikel yang menyebabkan global warming. Bila hal ini terus
ditingkatkan, maka polusi di atmosfir akan semakin parah di masa-masa
mendatang.
Energi terbarukan merupakan solusi pemecahan masalah energi dunia dan efek
buruk dari sumber energi konvensional pada lingkungan. Salah satu energi
terbarukan yang ramah lingkungan adalah energi angin. Hingga saat ini, energi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
angin merupakan energi terbarukan yang mulai banyak digunakan diseluruh
dunia. Menurut data dari World Wind Energy Association (WWEA), sampai pada
10 Februari 2016 tercatat bahwa rekor pengaplikasian kincir angin di dunia
bertambah 63,690 MW terhitung sejak 2015 lalu. Total kapasitas energi angin yang
telah diinstal mencapai 435 GW [http://www.wwindea.org/the-world-sets-new-
wind-installations-record-637-gw-new-capacity-in-2015/, diakses pada 28
November 2016]
Gambar 1.1 Grafik kapasitas kincir angin yang terpasang di seluruh dunia hingga
tahun 2015 menurut world wind energy association dalam MW
(sumber : http://www.wwindea.org/the-world-sets-new-wind-installations-record-
637-gw-new-capacity-in-2015/)
Pengamatan mendapati bahwa pertumbuhan rata-rata penginstalannya berkisar
17,2% lebih tinggi dibanding tahun 2014 (16,4%). Jelas bahwa energi angin
merupakan energi terbarukan yang layak untuk diterapkan secara massal. Di
Indonesia sendiri penginstalan energi angin masih rendah, sekitar 1.6 MW yang
sudah terinstal, diikuti dengan beberapa proyek yang baru selesai 735 kW di Nusa
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
Penida-Bali dan 540 kW di Sulawesi [Soeripno Martosaputro, 2013]. Dilihat dari
letak geografisnya, Indonesia juga mempunyai potensi untuk menerapkan
penginstalan energi angin sebagai pemecahan masalah energi di waktu mendatang.
Hal ini menunjukkan bahwa masih banyak daerah di Indonesia yang memiliki
potensi untuk mengembangkan teknologi turbin angin sehingga dibutuhkan suatu
kincir yang mampu mengolahnya menjadi energi secara efisien.
Salah satu tipe kincir bersumbu horizontal modern yang telah dikenal luas yaitu
kincir propeller. Kincir ini sendiri dirancang untuk menghasilkan performa yang
baik dan efisiensi yang tinggi dibanding tipe kincir bersumbu vertikal. Pada
dasarnya performa kincir/turbin angin sangat dipengaruhi oleh gaya yang
dihasilkan oleh angin. Tentu kenyataannya angin memiliki kecepatan yang tidak
konstan sehingga energi listrik yang dihasilkan kincir terus berubah-ubah. Hal ini
menunjukkan bahwa diperlukan pengembangkan lebih lanjut terhadap turbin angin
guna mendapatkan daya output yang maksimal dan efisiensi yang lebik baik. Untuk
itu, penulis merancang sebuah turbin angin propeler yang diberi magnet pada rotor
kincir dengan harapan rpm kincir lebih besar dan membuat efisiensi kincir lebih
tinggi serta konstan dibanding kincir konvensional
1.2. Rumusan Masalah
Masalah yang dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
1. Angin merupakan energi terbarukan yang jumlahnya tidak terbatas dan
tidak akan habis seperti bahan bakar fosil. Hingga saat ini di Indonesia
belum dimanfaatkan dengan maksimal meski memiliki potensi yang baik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
2. Dalam rangka mengembangkan kincir (turbin) angin yang ideal dengan
efisiensi yang tinggi, tentunya diperlukan proses penelitian.
3. Untuk memaksimalkan pemanfaatan energi angin, diperlukan alat rekayasa
energi angin yang cocok dan efisien. Alat ini nantinya akan mengubah
energi angin menjadi energi listrik dan dapat diaplikasikan sebagai suatu
sistem pembangkit listrik.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat kincir tipe propeler yang mampu menghasilkan efisiensi yang
lebih besar dibanding kincir konvensional. Dalam hal ini kincir diberikan
tambahan magnet permanen pada poros untuk meningkatkan akleserasi.
2. Mengetahui dan membandingkan karakteristik kincir angin tipe propeler
bermagnet dan kincir propeler konvensional dengan variasi kecepatan angin
(5 m/s, 6 m/s, dan 7 m/s).
3. Membandingkan efisiensi dari kincir angin tipe propeler bermagnet yang
didesain dengan kincir propeler konvensional
1.4. Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
1. Model kincir angin yang dibuat adalah kincir angin tipe propeler dengan
tiga sudu berbahan PVC.
2. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata
Dharma.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
3. Kemiringan sudut sudu yang digunakan adalah 73,35°
4. Variasi yang digunakan adalah kecepatan angin yang diatur dari blower
yaitu 5 m/s, 6 m/s, dan 7 m/s.
5. Diameter kincir yang dibuat tidak melebihi daerah tangkapan angin dari
blower, yaitu 1,15 m.
6. Magnet yang digunakan pada piringan magnet berupa magnet berbentuk
logam berdimensi 22 mm × 5 mm.
7. Magnet stator yang digunakan untuk memicu gaya tolakan berupa magnet
berbentuk persegi berdimensi 50 mm × 40 mm × 15 mm.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari pengadaan penelitian ini adalah :
1. Sebagai wadah bagi penulis untuk mengaplikasikan ilmu yang didapat
selama perkuliahan.
2. Sebagai wujud kontribusi penulis bagi pengembangan energi terbarukan,
khususnya energi angin dalam rangka mewujudnyatakan energi yang ramah
lingkungan, berdaya guna bagi masyarakat, dan mudah diproduksi secara
massal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Energi Angin dan Potensi Angin di Indonesia
Energi angin merupakan sumber energi terbarukan yang berarti tidak dapat
habis seperti bahan bakar fosil. Energi angin yang tersedia di atmosfer dalam
jumlah yang besar dan berlimpah. Energi ini banyak digunakan untuk menghasilkan
listrik karena angin memiliki energi kinetik yang dapat diubah menjadi energi listrik
dan merupakan salah satu sektor energi terbarukan paling maju dengan potensi di
tahun-tahun mendatang.
Kecepatan angin dipengaruhi oleh tiga hal, yaitu topografi, letak geografis, dan
faktor penghambat. Berdasarkan letak tempat atau topografinya, jika angin berada
pada topografi berupa gunung, angin akan cenderung naik. Sebaliknya, angin akan
cenderung lurus jika topografinya berupa daratan. Selain itu jika dikaitkan dengan
letak geografisnya, setiap tempat dipenjuru dunia memiliki potensi kecepatan angin
yang berbeda-beda (Gambar 2.1). Dalam hal ini tentunya daerah tropis, sub tropis,
dan kutub mempunyai perbedaan potensi angin. Pepohonan dan bangunan
merupakan contoh faktor penghambat laju angin. Ketika terdapat pepohonan atau
bangunan, aliran angin yang melewati objek-objek tersebut cenderung mengalami
turbulensi.
Indonesia merupakan salah satu negara yang mempunyai potensi angin yang
baik untuk mengimplementasikan teknologi rekayasa tenaga angin. Berdasarkan
pengamatan pada 166 titik di seluruh provinsi, terdapat 35 titik yang berpotensi.
Hingga saat ini, sudah terinstal sekitar 1,6 MW yang sudah bisa dipakai diikuti
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
dengan proyek-proyek lainnya yang menyusul [http://www.wwindea.org/the-
world-sets-new-wind-installations-record-637-gw-new-capacity-in-2015/, diakses
pada 28 November 2016]. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan di 166 titik,
didapati potensi angin di Indonesia seperti pada Tabel 2.1
Gambar 2.1 Potensi angin di Indonesia
(Sumber : www.energy-indonesia.com)
Tabel 2.1 Potensi angin di beberapa titik Indonesia
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
2.2. Kincir Angin
Kincir angin merupakan sebuah alat atau mesin yang digerkan oleh tenaga
angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Berdasarkan posisi
porosnya, kincir angin dikelompokan menjadi kincir angin poros horizontal dan
kincir angin poros vertikal. Pada penelitian ini yang akan dikembangkan adalah
kincir tipe poros horizontal.
2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir angin sumbu horizontal merupakan kincir angin yang memiliki poros
utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah datangnya
angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan sebuah kincir yang dipasang
dipuncak menaranya.Poros kincir dapat berputar 360° terhadap sumbu vertikal
untuk menyesuaikan arah angina seperti pada Gambar 2.2
Kelebihan kincir angin sumbu horizontal adalah :
1. Dasar menara yang tinggi membuat akses ke angin yang lebih kuat di
tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan
arah angin) antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfir
bumi.
2. Mampu menkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
3. Material yang digunakan lebih sedikit.
4. Memiliki faktor keamanan yang baik dikarenakan posisi sudu yang
berada diatas menara.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Gambar 2.2 Contoh kincir angin poros horizontal (kincir propeler)
(Sumber : www.poweredbymothernature.com)
Selain itu, kekurangan kincir angin sumbu horizontal adalah :
1. Konstruksi yang tinggi menyulitkan dalam proses pembuatan dan
pemasangan kincir bersumbu horizontal.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan agar poros dapat menyesuaikan
dengan arah datangnya angin.
3. Biaya pemasangannya lebih mahal bila dibandingkan dengan kincir
angin bersumbu vertikal.
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal
Salah satu kendala penggunaan kincir angin adalah kecepatan angin dan
arah angin yang berubah-ubah sepanjang waktu. Oleh karena itu, kincir angin yang
baik adalah kincir yang dapat menerima angin dari segala arah selain itu juga
mampu bekerja pada angin dalam kecepatan yang rendah salah satunya Turbin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Angin Sumbu Vertikal (TASV). Turbin ini memiliki efisiensi yang lebih kecil
dibandingkan dengan turbin angin sumbu horizontal. Ada berbagai type TASV
yang sering digunakan diantaranya adalah tipe Savonius, dan tipe Darrieus seperti
pada Gambar 2.3 dan 2.4.
Gambar 2.3 Kincir vertikal tipe Darrieus
(Sumber : www.getsttpln.net)
Gambar 2.4 Kincir vertikal tipe Savonius
(Sumber : www.getsttpln.net)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Kelebihan kincir angin sumbu vertikal adalah sebagai berikut :
1. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
2. Sebuah kincir angin berporos vertikal bisa diletakkan lebih dekat ke
tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi
lebih mudah.
3. Memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat
secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan
yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan
tinggi.
4. Kincir angin bersumbu vertikal tidak harus diubah posisinya jika arah
angin berubah.
Selain itu, kekurangan kincir angin sumbu vertikal adalah sebagai berikut :
1. Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi
TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
2. TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih
kencang di elevasi yang lebih tinggi.
3. Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan
membutuhkan energi untuk mulai berputar.
2.2.3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kincir Angin
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja dari suatu kincir angin adalah :
1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
pergerakan benda tersebut yang dapat dirumuskan :
𝐸𝑘 =
1
2 𝑚. 𝑣2 (1)
dengan m adalah massa udara (kg), dengan v adalah kecepatan angin
(m/s).
2. Daya Angin
Daya angin adalah daya yang tersedia oleh angin dimana daya ini
berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya dan dapat
dirumuskan sebagai berikut :
𝑃𝑖𝑛 =
1
2 𝜌. 𝐴. 𝑣3 (2)
dengan Pin adalah daya yang tersedia pada angin (watt), A adalah luas
penampang sudu (m2), ρ adalah massa jenis udara (kg/m3), v adalah
kecepatan angin (m/s).
3. Torsi
Torsi (T) adalah hasil perkalian besarnya gaya pembebanan dengan
panjang lengan torsinya sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
𝑇 = 𝐹. ℓ (3)
dengan T adalah torsi (N.m), F adalah gaya pembebanan (N), ℓ adalah
panjang lengan torsi (m).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
4. Daya Kincir
Daya kincir adalah daya yang dihasilkan oleh kicir sebagai akibat
adanya angin yang menghantam sudu kincir sehingga sudu kincir
bergerak melingkar. Daya yang dihasilkan oleh sudu kincir yang
berputar adalah :
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇(2. 𝜋. 𝑛/60) (4)
dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), T adalah torsi
(N.m), n adalah putaran poros kincir (rpm).
5. Koefisien Daya
Koefisien daya adalah perbandingan antara daya yang dihsilkan oleh
kincir angin dengan daya yang tersedia oleh angin sehingga bisa
dirumuskan sebagai berikut :
𝐶𝑝 =
𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 (5)
dengan 𝐶𝑝 adalah koefisien daya, 𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan oleh
kincir angin (watt), 𝑃𝑖𝑛 adalah daya yang tersedia oleh angin (watt).
6. Tip Speed Ratio
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan di ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan anginnya sehingga dapat dirumuskan
sebagai berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
𝑡𝑠𝑟 =
𝜔𝑅
𝑣 (6)
dengan tsr adalah tip speed ratio, n adalah kecepatan putar poros kincir
angin (rpm), 𝜔 adalah kecepatan sudut sudu kincir angin (rad/s), 𝑅
adalah jari-jari kincir (m), dan v adalah kecepatan angin (m/s).
Menurut ilmuwan asal Jerman, Albert Betz, efisiensi atau koefisien daya maksimal
sebuah kincir angin adalah sebsar 59 % .Teorinya tersebut kemudian dinamakan
dengan Betz limit yang grafiknya dapat dilihat pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Hubungan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (tsr) dari
berbagai jenis kincir angin
2.3. Magnet
Magnet merupakan suatu material yang mempu memberikan gaya dorong
maupun gaya tarik terhadap benda konduktor/magnet lain disekitar medan
magnetiknya. Umumnya magnet yang dapat dijumpai digolongkan menjadi dua
yaitu magnet permanen dan magnet belitan/lilitan yang terdiri dari suatu kumparan.
American Multi blade
Cp
Savonius
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Dalam pengembangan aplikasi magnet sendiri, ditemukan bahwa magnet dapat
dimanfaatkan untuk membangkitkan suatu gerakan linier, rotasi, hingga
menghasilkan akselerasi. Hal inilah yang kemudian dimanfaatkan pada generator
maupun suatu motor untuk mengkonversi energi kinetik dari gerakan yang
dihasilkan magnet tersebut, dalam hal ini magnet yang digunakan berupa magnet
lilitan.
2.3.1. Magnet Neodymium
Ada beberapa macam magnet permanent yang telah dijual secara komersial
dipasaran, salah satunya yaitu magnet neodymium seperti pada Gambar 2.6.
Magnet neodymium merupakan salah satu magnet permanen terkuat di dunia.
Magnet ini terbuat dari Neodymium (Nd), besi (Fe), dan Boron (B). Magnet
neodymium memiliki induksi magnet yang besar sekitar 1,3 tesla. Adapun yang
tersedia di pasaran dalam bentuk kubus, cincin, dan trapesium dalam berbagai
ukuran dan dimensi.
Gambar 2.6 Magnet neodymium bentuk kubus
(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium_magnet)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Magnet neodymium dijual di pasaran dengan berbagai tingkatan/grade.
Magnet ini digolongkan kedalam beberapa tingkatan berdasarkan energi
maksimumnya yang berkaitan erat dengan flux magnetiknya per satuan volume.
Semakin besar tingkatannya, semakin kuat kekuatan magnetnya. Beberapa grade
magnet yang dijual dan dapat dijumpai diantaranya N35, N38, N40, N42, N45,
N48, N50, dan N52.
2.3.2. Karakterisitik Magnet Neodymium
Penting untuk diketahui, beberapa karakteristik penting magnet permanen
yang dapat digunakan untuk membandingkan 1 magnet dengan magnet lainnya
diantaranya :
1. Remanence (𝐵𝑟)
Satuan ukur untuk kekuatan medan magnet.
2. Coercivity (𝐻𝑐𝑖)
Tolak ukur suatu magnet sifat kemagnetannya.
3. Energy Product (𝐵𝐻𝑚𝑎𝑥)
Densitas dari energi magnet.
4. Curie Temperature (𝑇𝑐)
Batas temperature magnet kehilangan sifat kemagnetannya.
Dalam hal ini, magnet neodymium mempunyai karakteristik seperti pada tabel 2.2
Magnet neodymium tidak rentan terhadap korosi karena telah dilapisi nikel
dan tembaga dalam proses produksi beberapa perusahaan, bahkan dalam hal ini ada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
yang menambahkan pelapis polimer maupun pelapis logam lain. Tidak hanya itu,
dalam pengaplikasian magnet ini juga dianjurkan untuk sangat berhati-hati.
Tabel 2.2 Karakteristik Magnet Neodymium
Properti nilai
Remanence (T) 1-1.3
Coercivity (MA/m) 0.875-1.99
Relative Permeability 1.05
Curie Temperature (°C) 320
Density (𝑔/𝑐𝑚3) 7.3-7.5
Tensile Strength (𝑁/𝑚𝑚2) 75
Magnet neodymium berukuran kecil bahkan mampu membuat luka pada tubuh,
menghancurkan material yang rapuh, hingga menyebabkan tulang patah jika
digunakan pada jarak antar kutub yang cukup dekat.
2.3.3. Magnet Neodymium Sebagai Penggerak dan Unit Penghasil Akselerasi
Magnet neodymium saat ini mampu menggantikan magnet alnico maupun
magnet ferit yang sudah banyak dijumpai di pasaran. beberapa pengaplikasiannya
antara lain untuk mainan, pengunci pintu, loudspeaker, dsb. Dalam ranah yang lebih
ilmiah, didapati banyak pengembangan dari magnet neodymium sebagai motor
servo, motor sinkron, driver motor kendaraan mobil listrik hybrid, dsb. Tidak hanya
itu, dalam dunia medis khususnya radiologi, MRI (Magnetic Resonance Imaging)
yang dikenal dunia sekarang merupakan pengembangan dan pengaplikasian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
kekuatan homogenitas medan magnet pada magnet neodymium yang dianggap
mampu meng-scan tubuh manusia dengan lebih baik.
Selain dikembangkan sebagai rotor dan stator pada motor listrik dan
generator, magnet mempunyai banyak aplikasi dibidang keteknikan. Salah satu
contoh paten yang pernah dibuat yaitu Robert Tracy Magnet Motor (U.S patent
No.3703653, 1972) seperti pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Desain permanent magnet motor Robert Tracy
(Sumber : www.free-energy-info.co.uk)
Magnet ketika didekatkan dengan kutub yang berbeda akan menghasilkan gaya
tarik-menarik. Kejadian ini dapat dimanfaatkan sebagai penghasil energi jika
magnet-magnet tersebut disusun secara berpasangan kutub yang berlainan dan
disusun dengan pola yang memungkinkan menggerakan poros generator mengikuti
pola sekring dari aki yang disusun melingkar agar dengan crankshaft sebagai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
penghubung ke poros generatornya. Hal inilah yang kemudian digunakan Robert
Tracy untuk menggunakan magnet sebagai penggerak poros generator.
Dilain kasus, magnet juga sudah diuji sekelompok peneliti untuk
meningkatkan akselerasi poros turbin angin. Dalam kajian teori yang digunakan
[Ranalkar et all., 2013] telah disebutkan bahwa “terdapat gaya tolak (dorong) dari
magnet dengan permukaan (kutub) yang sama. Gaya dorong ini dihasilkan dari
energi ikatan (atom) mereka. Banyak energi magnet dari sini yang bisa
menghasilkan energi kinetik untuk menambah akselerasi pada rotor turbin angin”.
Dalam hal ini, ranalkar S dan kawan-kawan membuktikan dengan desain turbin
angin mereka (Gambar 2.8 dan 2.9) bahwa energi kinetik merupakan penjumlahan
potensi gaya gravitasi terdistribusi dengan gaya magnetk yang terdistribusi.
Gambar 2.8 Piringan magnetik dan alternator [Ranalkar et all., 2013]
Magnet
neodymium
alternator
Piringan
berbahan
polypropylene
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Gambar 2.9 Susunan turbin angin uji [Ranalkar et all., 2013]
Dengan konsep bahwa turbin angin menghasilkan energi listrik dari konversi energi
kinetik hasil perputaran poros, diyakini bahwa energi dari gaya tolak/dorong
magnet dapat memperbesar energi kinetik yang bisa dikonversi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir hingga analisis
data dengan diagram penelitian terstruktur sebagai berikut
Mulai
Perancangan kincir angin propeller dan
piringan magnetik
Pembuatan kincir menggunakan material PVC dan
piringan magnetik
A = kincir tanpa piringan magnet
B = kincir dengan piringan magnet
A
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian
ya
Pengambilan data kincir A dan B untuk nilai putaran poros,
kecepatan angin, gaya pengimbang pada kincir, dan daya aktual
pada beban yang terhubung generator.
Pengolahan data kincir A dan B untuk
mencari daya angin, daya kincir, dan tsr,
kemudian membandingkan antara daya
kincir, Cp, dan tsr pada masing-masing
pasangan variasi kecepatan angin.
A
Data pengamatan
sesuai dan valid?
Analisis dan kesimpulan
Selesai
tidak
Kincir A :
Pin, Pout, Tsr, Cp
Kincir B :
Pin, Pout, Tsr, Cp
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
3.2. Alat dan Bahan
Model kincir angin dibuat menggunakan pipa PVC berdiameter 8 inchi dengan
kosntruksi rangka yang telah disediakan di Labrotarium Konversi Energi seperti
pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Konstruksi kincir angin
Kincir angin yang didesain memiliki beberapa bagian penting yaitu :
3.2.1. Sudu Kincir
Sudu pada suatu kincir angin berfungsi untuk menangkap angin yang
datang. Material yang digunakan pipa PVC berdiameter 8 inchi dengan ketebalan 5
mm. Sudu yang digunakan sebanyak 3 buah (1 pasang) dan kemiringan sudut sudu
73,35° dengan desain seperti pada gambar 3.3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 3.3 Desain sudu kincir
3.2.2. Naf Kincir
Naf berfungsi sebagai dudukan sudu. Elemen ini dibuat dari piringan triplek
yang dibor dengan ukuran baut untuk mengencangkan sudu dan berdiameter 15 cm
seperti pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Naf kincir
3.2.3. Shaft/poros
Poros pada suatu kincir angin berfungsi untuk menopang naf kincir yang
telah dipasang agar dapat berputar. Poros yang digunakan seperti pada Gambar 3.5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Gambar 3.5 Poros kincir
3.2.4. Piringan Magnetik
Piringan magnetik pada pengujian ini merupakan wadah yang digunakan
untuk magnet yang akan diletakan pada poros kincir. Untuk menginvestigasi
pengaruh flux magnetik, diperlukan konfigurasi menyerupai rotor dan stator,
sehingga wadah yang dibuat berbentuk lingkaran [Kasim et all., 2015]. Piringan ini
sendiri terbuat dari kayu sengon yang dipotong berbentuk lingkaran berdiameter 20
cm yang kemudian ditanam magnet pada sekelilingnya dan dikeraskan dengan resin
seperti pada Gambar 3.6.
Magnet yang digunakan pada piringan berupa magnet neodymium grade
N35 dengan jarak sudut antar magnet 30° dari titik center piringan (12 buah magnet
berdimensi 22 mm × 5 mm). Bahan untuk piringan ini sendiri dipilih menggunakan
kayu sengon agar piringan tidak berat dengan desain seperti pada Lampiran B.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Gambar 3.6 Piringan magnetik
Dalam pengujian yang dilakukan juga menggunakan beberapa alat-alat penunjang,
diantaranya :
3.2.5. Blower
Blower merupakan alat yang digunakan untuk menghembuskan angin
secara konstan dengan kecepatan tertentu. Blower tersebut digerakan oleh motor
listrik berdaya 5,5 kW seperti pada Gambar 3.7
3.2.6. Takometer
Takometer/tachometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur
putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis takometer yang
digunakan adalah digital light tachometer seperti pada Gambar 3.8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Gambar 3.7 Blower
Gambar 3.8 Tachometer
3.2.7. Neraca pegas
Neraca pegas pada Gambar 3.9 digunakan untuk mengukur gaya
pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar. Neraca pegas akan dihubungkan
pada kopling dengan jarak yang telah ditentukan.
3.2.8. Anemometer
Anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan angin disekitar daerah
tangkapan kincir. Dalam hal ini anemometer diletakan didepan kincir menghadap
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
langsung ke blower seperti pada Gambar 3.10
Gambar 3.9 Neraca pegas
Gambar 3.10 Penempatan anemometer
3.2.9. Alat Pengereman
Alat pengereman pada Gambar 3.11 menggunakan mekanisme
pembebanan dengan sistem pengereman menggunakan karet dengan jarak lengan
torsi 20 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Gambar 3.11 Alat pengereman
Alat ini dihubungkan dengan neraca pegas menggunakan benang untuk
memperoleh bacaan pembebanan dalam newton.
3.3. Set Up Eksperimen
Eksperimen akan dilakukan dengan pengambilan data kecepatan angin, beban,
dan kecepatan putar poros kincir secara bersama-sama. Kincir akan dipasang seperti
pada Gambar 3.12 Kincir yang telah terpasang pada poros dan rangka akan
ditempatkan dengan jarak 2,5 m dari blower penguji dengan kecepatan angin 5, 6,
dan 7 m/s. Dalam pengujian ini, tiap variasi kecepatan angin akan diuji pada kincir
dengan piringan magnet dan kincir tanpa piringan magnet.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Gambar 3.12 Setting eksperimen
Magnet dalam pengujian ini ditempatkan ditengah poros kincir dengan posisi
seperti pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Skema set up piringan magnet
10cm
1 cm
Magnet stator
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Piringan magnet berisi magnet dengan pola utara (semua magnet pada sisi kutub
utara menghadap keluar) dengan sisi/kutub utara magnet stator ( magnet N35
persegi berdimensi 50 mm × 40 mm × 15 mm) menghadap piringan magnet pada
posisi ketinggian 10 cm dari pusat center piringan magnet dan berjarak 1 cm dari
piringan magnet. Adapun penempatan jarak magnet stator disetting sesuai dengan
kalkulasi untuk mendapatkan range gaya dorong terbaik terhadap piringan magnet
(Lampiran C).
Dengan konsep bahwa gaya dorong magnet juga merupakan energi kinetik,
maka magnet stator ditempatkan pada posisi tersebut untuk menjadi pemicu gaya
dorong/tolak pada piringan magnetik dengan kutub yang sama seperti pada Gambar
3.14 dan Gambar 3.15.
Gaya dorong pada set up penelitian akan searah dengan arah perputaran
kincir yang didesain agar mampu meningkatkan rpm yang dihasilkan kincir.
Sedangkan magnet statornya sendiri dipilih dengan ukuran yang lebih besar dari
magnet pada piringan agar mampu memberi gaya dorong/tolak yang lebih besar.
Gambar 3.14 Ilustrasi gaya dorong picu dari magnet stator
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar 3.15 Resultan gaya dorong pada piringan
Kincir nantinya akan diuji dengan pembebanan gaya pengimbang pada kopling
yang terletak diujung poros hingga benar-benar berhenti. Adapun langkah-langkah
pengolahan data yang akan dilakukan sebagai berikut :
1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka akan
diperoleh daya anginnya (Pin).
2. Dengan pembebanan didapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan
untuk mencari torsi (T).
3. Daya putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari
daya output kincir (Pout).
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan
angin, maka tip speed ratio dapat dicari.
Pengolahan data yang dilakukan setelah pengamatan ditujukan untuk melihat
karakteristik masing-masing kincir melalui grafik-grafik hubungan koefisien daya
dengan tsr maupun grafik hubungan rpm dengan beban. Sedangkan efisiensi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
masing-masing kincir diperoleh dari nilai Cp untuk kemudian dibandingkan dan
diperoleh kincir mana yang menghasilkan efisiensi yang lebih baik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
BAB IV
PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Pengamatan
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik masing-masing kincir
menggunakan variasi kecepatan angin 5 m/s, 6 m/s, dan 7 m/s yang diatur dari
blower penghasil angin. Dalam hal ini kecepatan blower diatur dengan mengubah
frekuensi listrik dari inverter agar mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan
dengan frekuensi listrik sebagai patokan. Setelah pengambilan data dilakukan,
kemudian data kincir A (tanpa magnet) dan kincir B (dengan magnet) akan
dibandingkan untuk mengetahui kincir mana yang mempunyai karakteristik dan
efisiensi yang lebih baik.
4.1.1. Data Pengamatan Variasi Kecepatan Angin 5 m/s
Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan, diperoleh data untuk
masing-masing kincir A dan kincir B seperti pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
Tabel 4.1 Data pengamatan kincir A dengan kecepatan angin
5 m/s, dan frekuensi blower 21,0 Hz.
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 334 0,00
0,40 292 0,08
0,60 280 0,12
0,80 270 0,16
1,20 255 0,24
1,50 216 0,30
0,00 332 0,00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.1 lanjutan
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,30 306 0,06
0,50 289 0,10
0,80 266 0,16
1,00 259 0,20
1,20 250 0,24
1,40 227 0,28
0,00 334 0,00
0,30 302 0,06
0,50 293 0,10
0,80 270 0,16
1,10 261 0,22
1,30 233 0,26
1,50 215 0,30
Tabel 4.2 Data pengamatan kincir B dengan kecepatan angin
5 m/s, dan frekuensi blower 21,0 Hz.
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 344 0,00
0,30 322 0,06
0,50 294 0,10
0,80 283 0,16
1,00 253 0,20
1,30 241 0,26
1,50 225 0,30
1,70 199 0,34
0,00 343 0,00
0,30 317 0,06
0,50 303 0,10
0,70 287 0,14
1,00 255 0,20
1,30 243 0,26
1,60 212 0,32
1,70 193 0,34
0,00 343 0,00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.2 lanjutan
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,20 325 0,04
0,50 297 0,10
0,80 278 0,16
1,10 250 0,22
1,40 234 0,28
1,60 192 0,32
1,80 160 0,36
4.1.2. Data Pengamatan Variasi Kecepatan Angin 6 m/s
Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan, diperoleh data untuk
masing-masing kincir A dan kincir B seperti pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
Tabel 4.3 Data pengamatan kincir A dengan kecepatan angin
6 m/s, dan frekuensi blower 27,4 Hz.
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 430 0,00
1,30 340 0,26
1,50 334 0,30
1,60 331 0,32
1,80 304 0,36
2,00 276 0,40
2,20 264 0,44
2,50 238 0,50
0,00 433 0,00
1,10 365 0,22
1,50 338 0,30
1,80 323 0,36
2,00 286 0,40
2,20 264 0,44
2,40 257 0,48
2,50 229 0,50
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.3 lanjutan
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 429 0,00
0,90 379 0,18
1,30 348 0,26
1,60 328 0,32
1,90 305 0,38
2,00 292 0,40
2,30 254 0,46
2,50 238 0,50
Tabel 4.4 Data pengamatan kincir B dengan kecepatan angin
6 m/s, dan frekuensi blower 27,4 Hz
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 444 0,00
0,40 430 0,08
0,60 422 0,12
0,90 399 0,18
1,30 383 0,26
1,60 370 0,32
2,00 341 0,40
2,50 316 0,50
3,00 286 0,60
0,00 448 0,00
0,40 438 0,08
0,70 425 0,14
1,70 361 0,34
1,20 383 0,24
2,00 345 0,40
2,50 315 0,50
3,00 278 0,60
0,00 448 0,00
0,50 429 0,10
1,00 402 0,20
1,50 382 0,30
2,00 340 0,40
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Tabel 4.4 lanjutan
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
2,50 311 0,50
3,00 275 0,60
4.1.3. Data Pengamatan Variasi Kecepatan Angin 7 m/s
Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan, diperoleh data untuk
masing-masing kincir A dan kincir B seperti pada Tabel 4.5 dan Tabel 4.6
Tabel 4.5 Data pengamatan kincir A dengan kecepatan angin
7 m/s, dan frekuensi blower 40,0 Hz
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 737 0,00
1,00 708 0,20
2,00 661 0,40
3,00 646 0,60
4,00 596 0,80
4,50 589 0,90
5,00 573 1,00
6,00 534 1,20
0,00 729 0,00
1,00 708 0,20
2,00 664 0,40
3,00 639 0,60
4,00 594 0,80
5,00 578 1,00
6,00 539 1,20
7,00 499 1,40
0,00 732 0,00
1,50 671 0,30
2,50 656 0,50
3,50 597 0,70
4,50 587 0,90
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Tabel 4.5 lanjutan
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
5,50 571 1,10
7,00 505 1,40
8,00 435 1,60
Tabel 4.6 Data pengamatan kincir B dengan kecepatan angin
7 m/s, dan frekuensi blower 40,0 Hz
Gaya pengimbang,
F
Kecepatan putar
poros, n
Torsi
T
(N) (rpm) (N.m)
0,00 722 0,00
1,00 703 0,20
2,00 664 0,40
3,00 618 0,60
4,00 606 0,80
5,00 561 1,00
6,00 517 1,20
7,00 483 1,40
0,00 721 0,00
1,20 687 0,24
2,00 662 0,40
3,00 629 0,60
4,00 590 0,80
5,00 568 1,00
6,50 503 1,30
7,50 445 1,50
0,00 723 0,00
1,50 675 0,30
2,50 654 0,50
3,50 624 0,70
4,50 572 0,90
5,50 545 1,10
6,50 508 1,30
7,50 440 1,50
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
4.2. Pengolahan Data
Dalam penelitian yang dilakukan, data yang diperoleh akan diolah untuk
mengetahui besarnya daya angin (𝑃𝑖𝑛), daya kincir (𝑃𝑜𝑢𝑡), tip speed ratio (tsr), dan
koefisien daya (𝐶𝑝) masing-masing kincir A dan kincir B.
Besarnya daya angin, 𝑃𝑖𝑛, yang diterima kincir dihitung dengan Pers. (2)
seperti contoh berikut :
𝑃𝑖𝑛 =1
2 𝜌. 𝐴. 𝑣3
=1
2 × 1,18 × 1,038 × 53
= 153,2 watt
dengan densitas udara (𝜌) 1,18 kg/m3, luas permukaan kincir yang didesain (𝐴)
1,038 m2, dan kecepatan angin dari blower (𝑣) 5 m/s.
Daya kincir, 𝑃𝑜𝑢𝑡, dapat dicari dengan Pers. (4) dengan terlebih dahulu mencari
torsi menggunakan Pers. (3) seperti contoh perhitungan berikut :
𝑇 = 𝐹. ℓ
= 0,6 × 0,2
= 0,12 N. m
maka didapat nilai 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇(2. 𝜋. 𝑛/60)
= 0,12(2. 𝜋. 433/60)
= 5,44 watt
Sehingga didapatkan daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 5,44 watt.
Besarnya nilai tsr kincir dapat dicari dengan Pers. (6) seperti contoh
perhitungan berikut :
𝑡𝑠𝑟 = 𝜔𝑅
𝑣
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
= 45,34 × 0,575
5
= 4,14
Sehingga didapatkan nilai tsr kincirnya 4,14
Koefisien daya, Cp, dapat dihitung dengan Pers. (5) seperti contoh perhitungan
berikut :
𝐶𝑝 = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛𝑥 100%
= 5,44
153,2
= 3,55 %
dengan demikian, karakteristik masing-masing kincir dapat diketahui dan dapat
dibandingkan.
4.3. Hasil Perhitungan
Dari pengolahan data pengamatan kincir angin yang dilakukan pada masing-
masing variasi kecepatan angin untuk kincir A dan kincir B, diperoleh hasil
perhitungan seperti pada Tabel 4.7 – 4.12
Tabel 4.7 Perhitungan data kincir A variasi kecepatan angin 5 m/s Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,00 334 34,98 0,00 76,60 0,00 4,02 0,00
0,40 292 30,58 0,08 76,60 2,45 3,52 3,20
0,60 280 29,32 0,12 76,60 3,52 3,37 4,60
0,80 270 28,27 0,16 76,60 4,52 3,25 5,91
1,20 255 26,70 0,24 76,60 6,41 3,07 8,37
1,50 216 22,62 0,30 76,60 6,79 2,60 8,86
0,00 332 34,77 0,00 76,60 0,00 4,00 0,00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Tabel 4.7 lanjutan Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,30 306 32,04 0,06 76,60 1,92 3,69 2,51
0,50 289 30,26 0,10 76,60 3,03 3,48 3,95
0,80 266 27,86 0,16 76,60 4,46 3,20 5,82
1,00 259 27,12 0,20 76,60 5,42 3,12 7,08
1,20 250 26,18 0,24 76,60 6,28 3,01 8,21
1,40 227 23,77 0,28 76,60 6,66 2,73 8,69
0,00 334 34,98 0,00 76,60 0,00 4,02 0,00
0,30 302 31,63 0,06 76,60 1,90 3,64 2,48
0,50 293 30,68 0,10 76,60 3,07 3,53 4,01
0,80 270 28,27 0,16 76,60 4,52 3,25 5,91
1,10 261 27,33 0,22 76,60 6,01 3,14 7,85
1,30 233 24,40 0,26 76,60 6,34 2,81 8,29
1,50 215 22,51 0,30 76,60 6,75 2,59 8,82
Tabel 4.8 Perhitungan data kincir B variasi kecepatan angin 5 m/s Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,00 344 36,02 0,00 76,60 0,00 4,14 0,00
0,30 322 33,72 0,06 76,60 2,02 3,88 2,64
0,50 294 30,79 0,10 76,60 3,08 3,54 4,02
0,80 283 29,64 0,16 76,60 4,74 3,41 6,19
1,00 253 26,49 0,20 76,60 5,30 3,05 6,92
1,30 241 25,24 0,26 76,60 6,56 2,90 8,57
1,50 225 23,56 0,30 76,60 7,07 2,71 9,23
1,70 199 20,84 0,34 76,60 7,09 2,40 9,25
0,00 343 35,92 0,00 76,60 0,00 4,13 0,00
0,30 317 33,20 0,06 76,60 1,99 3,82 2,60
0,50 303 31,73 0,10 76,60 3,17 3,65 4,14
0,70 287 30,05 0,14 76,60 4,21 3,46 5,50
1,00 255 26,70 0,20 76,60 5,34 3,07 6,98
1,30 243 25,45 0,26 76,60 6,62 2,93 8,64
1,60 212 22,20 0,32 76,60 7,10 2,55 9,28
1,70 193 20,21 0,34 76,60 6,87 2,32 8,98
0,00 343 35,92 0,00 76,60 0,00 4,13 0,00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Tabel 4.8 lanjutan Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,20 325 34,03 0,04 76,60 1,36 3,91 1,78
0,50 297 31,10 0,10 76,60 3,11 3,58 4,06
0,80 278 29,11 0,16 76,60 4,66 3,35 6,08
1,10 250 26,18 0,22 76,60 5,76 3,01 7,52
1,40 234 24,50 0,28 76,60 6,86 2,82 8,96
1,60 192 20,11 0,32 76,60 6,43 2,31 8,40
1,80 160 16,76 0,36 76,60 6,03 1,93 7,88
Tabel 4.9 Perhitungan data kincir A variasi kecepatan angin 6 m/s Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,00 430 45,03 0,00 132,30 0,00 4,32 0,00
1,30 340 35,60 0,26 132,30 9,26 3,41 7,00
1,50 334 34,98 0,30 132,30 10,49 3,35 7,93
1,60 331 34,66 0,32 132,30 11,09 3,32 8,38
1,80 304 31,83 0,36 132,30 11,46 3,05 8,66
2,00 276 28,90 0,40 132,30 11,56 2,77 8,74
2,20 264 27,65 0,44 132,30 12,16 2,65 9,19
2,50 238 24,92 0,50 132,30 12,46 2,39 9,42
0,00 433 45,34 0,00 132,30 0,00 4,35 0,00
1,10 365 38,22 0,22 132,30 8,41 3,66 6,36
1,50 338 35,40 0,30 132,30 10,62 3,39 8,03
1,80 323 33,82 0,36 132,30 12,18 3,24 9,20
2,00 286 29,95 0,40 132,30 11,98 2,87 9,05
2,20 264 27,65 0,44 132,30 12,16 2,65 9,19
2,40 257 26,91 0,48 132,30 12,92 2,58 9,76
2,50 229 23,98 0,50 132,30 11,99 2,30 9,06
0,00 429 44,92 0,00 132,30 0,00 4,31 0,00
0,90 379 39,69 0,18 132,30 7,14 3,80 5,40
1,30 348 36,44 0,26 132,30 9,48 3,49 7,16
1,60 328 34,35 0,32 132,30 10,99 3,29 8,31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Tabel 4.9 lanjutan Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
1,90 305 31,94 0,38 132,3 12,14 3,06 9,17
2,00 292 30,58 0,40 132,3 12,23 2,93 9,24
2,30 254 26,60 0,46 132,3 12,24 2,55 9,25
2,50 238 24,92 0,50 132,3 12,46 2,39 9,42
Tabel 4.10 Perhitungan data kincir B variasi kecepatan angin 6 m/s Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,00 444 46,50 0,00 132,30 0,00 4,46 0,00
0,40 430 45,03 0,08 132,30 3,60 4,32 2,72
0,60 422 44,19 0,12 132,30 5,30 4,24 4,01
0,90 399 41,78 0,18 132,30 7,52 4,00 5,68
1,30 383 40,11 0,26 132,30 10,43 3,84 7,88
1,60 370 38,75 0,32 132,30 12,40 3,71 9,37
2,00 341 35,71 0,40 132,30 14,28 3,42 10,80
2,50 316 33,09 0,50 132,30 16,55 3,17 12,51
3,00 286 29,95 0,60 132,30 17,97 2,87 13,58
0,00 448 46,91 0,0 132,30 0,00 4,50 0,00
0,40 438 45,87 0,08 132,30 3,67 4,40 2,77
0,70 425 44,51 0,14 132,30 6,23 4,27 4,71
1,70 361 37,80 0,34 132,30 12,85 3,62 9,72
1,20 383 40,11 0,24 132,30 9,63 3,84 7,28
2,00 345 36,13 0,40 132,30 14,45 3,46 10,92
2,50 315 32,99 0,50 132,30 16,49 3,16 12,47
3,00 278 29,11 0,60 132,30 17,47 2,79 13,20
0,00 448 46,91 0,00 132,30 0,00 4,50 0,00
0,50 429 44,92 0,10 132,30 4,49 4,31 3,40
1,00 402 42,10 0,20 132,30 8,42 4,03 6,36
1,50 382 40,00 0,30 132,30 12,00 3,83 9,07
2,00 340 35,60 0,40 132,30 14,24 3,41 10,76
2,50 311 32,57 0,50 132,30 16,28 3,12 12,31
3,00 275 28,80 0,60 132,30 17,28 2,76 13,06
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Tabel 4.11 Perhitungan data kincir A variasi kecepatan angin 7 m/s Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,00 737 77,18 0,00 210,10 0,00 6,34 0,00
1,00 708 74,14 0,20 210,10 14,83 6,09 7,06
2,00 661 69,22 0,40 210,10 27,69 5,69 13,18
3,00 646 67,65 0,60 210,10 40,59 5,56 19,32
4,00 596 62,41 0,80 210,10 49,93 5,13 23,77
4,50 589 61,68 0,90 210,10 55,51 5,07 26,42
5,00 573 60,00 1,00 210,10 60,00 4,93 28,56
6,00 534 55,92 1,20 210,10 67,10 4,59 31,94
0,00 729 76,34 0,00 210,10 0,00 6,27 0,00
1,00 708 74,14 0,20 210,10 14,83 6,09 7,06
2,00 664 69,53 0,40 210,10 27,81 5,71 13,24
3,00 639 66,92 0,60 210,10 40,15 5,50 19,11
4,00 594 62,20 0,80 210,10 49,76 5,11 23,69
5,00 578 60,53 1,00 210,10 60,53 4,97 28,81
6,00 539 56,44 1,20 210,10 67,73 4,64 32,24
7,00 499 52,26 1,40 210,10 73,16 4,29 34,82
0,00 732 76,65 0,00 210,10 0,00 6,30 0,00
1,50 671 70,27 0,30 210,10 21,08 5,77 10,03
2,50 656 68,70 0,50 210,10 34,35 5,64 16,35
3,50 597 62,52 0,70 210,10 43,76 5,14 20,83
4,50 587 61,47 0,90 210,10 55,32 5,05 26,33
5,50 571 59,79 1,10 210,10 65,77 4,91 31,31
7,00 505 52,88 1,40 210,10 74,04 4,34 35,24
8,00 435 45,55 1,60 210,10 72,88 3,74 34,69
Tabel 4.12 Perhitungan data kincir B variasi kecepatan angin 7 m/s Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
0,00 722 75,61 0,00 210,10 0,00 6,21 0,00
1,00 703 73,62 0,20 210,10 14,72 6,05 7,01
2,00 664 69,53 0,40 210,10 27,81 5,71 13,24
3,00 618 64,72 0,60 210,10 38,83 5,32 18,48
4,00 606 63,46 0,80 210,10 50,77 5,21 24,16
5,00 561 58,75 1,00 210,10 58,75 4,83 27,96
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Tabel 4.12 lanjutan Gaya
pengimbang,
F
Kecepatan
putar
poros, n
Kecepatan
sudut,
Torsi,
T
Daya
angin,
Pin
Daya
output,
Pout tsr
Koef.daya,
Cp
(N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%)
6,00 517 54,14 1,20 210,10 64,97 4,45 30,92
7,00 483 50,58 1,40 210,10 70,81 4,15 33,70
0,00 721 75,50 0,00 210,10 0,00 6,20 0,00
1,20 687 71,94 0,24 210,10 17,27 5,91 8,22
2,00 662 69,32 0,40 210,10 27,73 5,69 13,20
3,00 629 65,87 0,60 210,10 39,52 5,41 18,81
4,00 590 61,78 0,80 210,10 49,43 5,08 23,53
5,00 568 59,48 1,00 210,10 59,48 4,89 28,31
6,50 503 52,67 1,30 210,10 68,48 4,33 32,59
7,50 445 46,60 1,50 210,10 69,90 3,83 33,27
0,00 723 75,71 0,00 210,10 0,00 6,22 0,00
1,50 675 70,69 0,30 210,10 21,21 5,81 10,09
2,50 654 68,49 0,50 210,10 34,24 5,63 16,30
3,50 624 65,35 0,70 210,10 45,74 5,37 21,77
4,50 572 59,90 0,90 210,10 53,91 4,92 25,66
5,50 545 57,07 1,10 210,10 62,78 4,69 29,88
6,50 508 53,20 1,30 210,10 69,16 4,37 32,92
7,50 440 46,08 1,50 210,10 69,12 3,78 32,90
4.4. Pengaruh Penambahan Magnet
Pengaruh penambahan magnet dalam penelitian yang dilakukan dilihat dari
perbandingan karakteristik yang dihasilkan antara kincir konvensional dengan
kincir yang diberi tambahan magnet pada rotornya. Indikasi yang baik akan tampak
dari perbedaan torsi yang dihasilkan [Kasim et all., 2015]. Dalam hal ini kincir A
dan kincir B yang telah diolah datanya akan dibandingkan karakteristiknya.
4.4.1. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir dengan
Variasi Kecepatan Angin 5 m/s
Gambar 4.1 menunjukkan bahwa perbedaan karakteristik antara kincir A
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
(tanpa magnet) dan kincir B (dengan magnet). Perbandingan nilai yang tampak
pada grafik cenderung tidak terlalu signifikan. Hal ini terlihat dari hasil persamaan
pendekatan yang tampak pada grafik untuk masing-masing kincir.
Jika diambil sample pada nilai tsr yang sama (3,5), didapati bahwa koefisien
daya, Cp masing-masing kincir yaitu :
Cp = -2,2897tsr2 + 8,3945tsr + 2,8984
Cp = -2,2897(3,5)2 + 8,3945(3,5) + 2,8984
Cp = 4,23 % (kincir A)
Cp = -2,9869tsr2 + 14,24tsr - 8,0348
Cp = -2,9869(3,5)2 + 14,24(3,5) - 8,0348
Cp = 5,21 % (kincir B)
didapati hasil sampling hanya selisih 0,98 %. Artinya bahwa kincir dengan magnet
pada variasi ini memiliki efisiensi lebih baik dibanding kincir tanpa magnet, namun
tidak terlalu signifikan.
Gambar 4.1 Grafik hubungan koefisien daya, 𝐶𝑝, dan tsr untuk variasi kecepatan
angin 5 m/s
Cp = -2,2897tsr2 + 8,3945tsr + 2,8984
Cp = -2,9869tsr2 + 14,24tsr - 8,0348
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
Ko
efis
ien
day
a, C
p(%
)
Tip speed ratio
tanpa magnet dengan magnet Poly. (tanpa magnet) Poly. (dengan magnet)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Pengamatan juga menunjukkan hasil yang berbeda pada rpm kincir. Gambar
4.2 menunjukkan hubungan rpm dan torsi kedua kincir. Dalam hal ini, kincir
dengan magnet mampu menghasilkan pengawalan dengan rpm yang lebih baik
dibanding kincir tanpa magnet. Namun kincir tanpa magnet mampu menghasilkan
rpm yang cenderung sedikit lebih baik dibanding kincir dengan magnet setelah
torsinya diatas 0,25 N.m. Hal ini terlihat dari kecenderungan linear kincir dengan
magnet yang ditunjukan pada grafik dimana linearitas fungsinya tampak cenderung
lebih menurun dibanding kincir tanpa magnet setelah melewati nilai torsi 0,20 N.m
Gambar 4.2 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin 5 m/s
rpm = -359,34torsi + 328,82
rpm = -438,23torsi + 345,26
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Kec
epat
an p
uta
r p
oro
s kin
cir,
n (
rpm
)
Torsi (N.m)
tanpa magnet dengan magnet
Linear (tanpa magnet) Linear (dengan magnet)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
4.4.2. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir dengan
Variasi Kecepatan Angin 6 m/s
Gambar 4.3 menunjukkan hubungan koefisien daya, Cp, dan tip speed ratio
kincir setelah pengolahan data. Dapat dilihat bahwa pengujian pada variasi ini
menunjukkan perbedaan yang lebih signifikan dibanding variasi sebelumnya. Jika
dilakukan sampling pada nilai tsr yang sama (3,5), didapati bahwa koefisien daya,
Cp, tiap kincir yaitu :
Cp = -3,5422tsr2 + 19,089tsr - 16,242
Cp = -3,5422(3,5)2 + 19,089(3,5) - 16,242
Cp = 7,17 % (kincir A)
Cp = -3,9626tsr2 + 21,38tsr – 15,611
Cp = -3,9626(3,5)2 + 21,38(3,5) – 15,611
Cp = 10,67 % (kincir B)
tampak jelas bahwa kincir dengan magnet pada variasi ini menunjukkan
keunggulan karakteristik yang signifikan. Tidak hanya itu, bahkan pada
pembebanan 2,8 N.m pada data pengamatan tetap menunjukkan karakteristik kincir
dengan magnet lebih unggul dibanding tanpa magnet.
Hal yang serupa juga tampak pada data rpm dan torsi untuk variasi
kecepatan angin 6 m/s. Gambar 4.4 menunjukkan hubungan antara rpm dan torsi
masing-masing kincir. Perbedaan yang signifikan tampak dari linearitas fungsinya.
Kincir dengan magnet mampu menghasilkan awalan rpm dengan lebih baik dan
mampu menaham torsi lebih baik dibanding kincir tanpa magnet, dimana kincir
dengan magnet menghasilkan awalan rpm 454,52 sedangkan kincir tanpa magnet
menghasilkan awalan rpm 442,15.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya, 𝐶𝑝, dan tsr untuk variasi kecepatan
angin 6 m/s
Gambar 4.4 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin 6 m/s
Pada variasi penelitian ini ditemukan kecocokan bahwa magnet mampu
mengoptimalkan efisiensi kincir pada kecepatan angin 6 m/s, dimana gaya dorong
Cp = -3,5422tsr2 + 19,089tsr - 16,242
Cp = -3,9626tsr2 + 21,38tsr - 15,611
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
Ko
efis
ien
day
a, C
p(%
)
Tip speed ratio
tanpa magnet dengan magnet Poly. (tanpa magnet) Poly. (dengan magnet)
rpm = -389,02torsi + 442,15
rpm = -282,44torsi + 454,52
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
Kec
epat
an p
uta
r p
oro
s kin
cir,
n (
rpm
)
Torsi (N.m)
tanpa magnet dengan magnet
Linear (tanpa magnet) Linear (dengan magnet)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
magnet memberikan kontribusi pada kecepatan angin rendah [Ranalkar et all.,
2013].
4.4.3. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir dengan
Variasi Kecepatan Angin 7 m/s
Gambar 4.5 menunjukkan grafik hubungan koefisien daya, Cp, dan tip speed
ratio kincir setelah dilakukan pengolahan data. Hasil pengamatan menunjukkan
jelas bahwa pada variasi kecepatan angin 7 m/s, gaya tolak magnet tidak mampu
membantu kincir mengoptimalkan efisiensinya. Kincir A menunjukkan
karakteristik yang cenderung lebih baik dibandingkan kincir B
Gambar 4.5 Grafik hubungan koefisien daya, 𝐶𝑝, dan tsr untuk variasi kecepatan
angin 7 m/s
Sampling koefisien daya menunjukkan untuk nilai tsr 6,0 masing-masing kincir A
dan kincir B didapati hasil sebagai berikut :
Cp = -5,169tsr2 + 37,694tsr - 32,301
Cp = -6,1582tsr2 + 47,971tsr - 59,979
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
Ko
efis
ien
day
a, C
p(%
)
Tip speed ratio
tanpa magnet dengan magnet Poly. (tanpa magnet) Poly. (dengan magnet)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
Cp = -5,169tsr2 + 37,694tsr – 32,301
Cp = -5,169(6,0)2 + 37,694(6,0) – 32,301
Cp = 7,78 % (kincir A)
Cp = -6,1582tsr2 + 47,971tsr – 59,979
Cp = -6,1582(6,0)2 + 47,971(6,0) – 59,979
Cp = 6,15 % (kincir B)
didapati kedua kincir memiliki selisih koefisien daya yang tidak terlalu besar.
Penambahan magnet pada variasi ini tidak menambahkan efisiensi pada kincir,
namun sebaliknya.
Perbandingan pada hubungan rpm dan torsi kedua kincir menunjukkan hasil
yang menyerupai. Gambar 4.6 menunjukkan hubungan rpm dan torsi kedua kincir
yang cenderung hampir sama yang terlihat dari linearitas grafiknya. Namun kincir
tanpa magnet tetap menunjukkan penurunan yang lebih landai dibanding kincir
dengan magnet meskipun tidak signifikan.
Gambar 4.6 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin 7 m/s
rpm = -168,71torsi + 735,41
rpm = -178,46torsi + 732,75
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
kec
epat
an p
uta
r p
oro
s kin
cir,
n (
rpm
)
torsi (n.m)
tanpa magnet dengan magnet
Linear (tanpa magnet) Linear (dengan magnet)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian mengenai pengaruh penambahan magnet terhadap
karakteristik dan efisiensi kincir dari pipa PVC yang dibuat, dapat diambil beberapa
kesimpulan sesuai dengan tujuan penelitian sebagai berikut:
1. Telah berhasil dibuat kincir dengan tambahan magnet yang memiliki efisiensi
yang berbeda dibanding kincir konvensional
2. Karakteristik kincir dengan magnet didapati mempunyai karakteristik yang
lebih baik dibanding kincir konvensional pada variasi kecepatan angin 5 m/s
dan 6 m/s, namun tidak pada variasi kecepatan angin 7 m/s. Hasil juga
menunjukkan pada variasi kecepatan angin 5 m/s, kincir dengan piringan
magnet mampu menghasilkan pengawalan dengan rpm 345,26 sedangkan
kincir konvensional 328,82 rpm. Pada variasi kecepatan angin 6 m/s, kincir
dengan piringan magnet mampu menghasilkan pengawalan rpm 454,52 dan
442,15 rpm untuk kincir tanpa magnet. Namun pada variasi kecepatan angin 7
m/s kincir dengan piringan magnet menghasilkan pengawalan dengan rpm
732,75 dan kincir tanpa magnet menghasilkan pengawalan rpm 735,41.
3. Efisiensi kincir dengan magnet didapati lebih baik dibanding kincir
konvensional pada variasi kecepatan 5 m/s dan 6 m/s, sedangkan pada variasi
kecepatan angin 7 m/s tidak. Koefisien daya kincir, Cp, pada variasi kecepatan
angin 5 m/s dan 6 m/s menunjukkan hasil yang cenderung lebih baik namun
berbeda-beda. Pada variasi kecepatan 5 m/s, Cp yang dihasilkan kincir dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
piringan magnet hanya berselisih 0,83 % lebih baik dibanding kincir
konvensional pada nilai tsr 3,5. Namun pada nilai tsr 2,8 kincir tanpa magnet
mampu menghasilkan Cp 9,57 %, dimana kincir dengan magnet telah mencapai
Cp maksimal 8,89 % untuk nilai tsr yang sama. Pada variasi kecepatan angin 6
m/s, Cp yang dihasilkan signifikan dimana kincir dengan piringan magnet
menghasilkan Cp maksimal 13,18 % sedangkan kincir tanpa magnet
menghasilkan Cp maksimal 9,43 %. Pada variasi kecepatan angin 7 m/s sendiri,
hasil pengamatan menunjukkan nilai Cp kincir tanpa magnet lebih baik
dibanding kincir dengan magnet. Hasil pengamatan menunjukkan hingga nilai
tsr yang sama (6,0), kincir dengan piringan magnet hanya mampu
menghasilkan Cp 6,15 % sedangkan kincir tanpa magnet mampu menghasilkan
Cp 7,78 %.
5.2. Saran
Setelah melakukan penelitian pengaruh penambahan magnet pada kincir
propeler ini, terdapat kelebihan dan kekurangan yang dapat disampaikan untuk
penelitian lebih lanjut. Untuk dapat melihat pengaruh penambahan magnet pada
kincir secara lebih akurat, penelitian lebih lanjut memungkinkan untuk
dikembangkan mengingat penelitian yang dilakukan oleh penulis saat ini
menggunakan batasan masalah untuk jarak magnet, posisi magnet, jumlah magnet,
dan dimensi magnet yang digunakan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
DAFTAR PUSTAKA
Brady., Mike. (2006). Permananent Magnet Machine. (patent), International
Publication Number WO 2006/045333.
Chriras, D. (2010). Wind Power Basics. Canada. New Source Publishers.
Giancoli, D.C. (2001). Fisika Jilid 2. Edisi kelima. (Terjemahan: Dra Yuhilza
Hanum, M.Eng., Ir. Irwan Arifin, M.Eng; Editor: Hilarius Wibi Hardani,
S.T., Sylvester L. Simarta, S.T). Jakarta. Penerbit Erlangga.
https://energypedia.info/wiki/Wind_Energy_Country_Analyses_Indonesia,
diakses pada tanggal 28 November 2016.
http://www.wwindea.org/the-world-sets-new-wind-installations-record-637-gw-
new-capacity-in-2015/, diakses pada tanggal 28 November 2016.
International Energy Agency. (2008). World Outlook Energy 2008. Paris.
International Energy Agency.
Jain, P. (2011). Wind Power Basics. United States of America. McGraw Hill.
Kasim, N.I., Musa, M.A., Ngah, H., Razali, A.R., Ishak, M. (2015): Effect of
Magnetic Flux on Rotor-Stator Arrangement of Neodymium Permanent
Magnet, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10, 7749-
7752.
Martosaputro, S. (2013). Wind Energy Potential and Development in Indonesia,
Seminar Wind Hybrid Power Generation Market Development Initiatives
yang dilaksanankan di Ayodya Resort Bali Hotel, 30 September- 02
Oktober.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Purcell, E.M. (1965). Electricity and Magnetism. United States of America.
McGraw Hill.
Pamungkas, W.C. (2013). Unjuk Kerja Kincir Angin Tipe Propeler Tiga Sudu Dari
Bahan Pipa PVC Berdiameter 6 inchi. Skripsi, Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Ranalkar, S., Subhedar, N., Sawale, D. (2013): Enhancement of Wind Turbine
Using Magnetic Acceleration Unit, International Journal of Mechanical
and Production Engineering, 1, 17-21.
Sitorus, J.A. (2015). Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal Bersudu Tiga
Bahan Komposit Diameter 1 m Lebar Maksimum 13 cm dengan Jarak 12,5
cm dari Pusat Poros. Skripsi, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma, Yogyakarta.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
LAMPIRAN
Lampiran A. Desain Sudu Kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
Lampiran B. Desain Piringan Magnet
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
Lampiran C : Gaya Tolak Magnet Neodymium pada Jarak yang Disetting
Lampiran C.1. Gaya Tolak Magnet Neodymium Koin Diameter 22 mm dan Tebal 5 mm pada Jarak 1 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Lampiran C.2. Gaya Tolak Magnet Neodymium Kubus Berdimensi 50 mm × 40 mm × 15 mm pada Jarak 1 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
top related