kincir angin dengan sudu dari kipas angin berdiameter...

i

KINCIR ANGIN DENGAN SUDU DARI KIPAS ANGIN

BERDIAMETER 18 INCHI

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

Nama : I Kadek Yoga Artana

NIM : 045214085

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

ii

WIND ENERGY CONVERTER WITH FAN BLADE

18 INCH DIAMETER

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering Study Program

By:

Name : I Kadek Yoga Artana

Student ID Number : 045214085

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

vii

INTISARI

Tugas akhir ini adalah pembuatan kincir angin sederhana. Penelitian

bertujuan untuk mengetahui kinerja sebuah kincir angin dengan sudu dari kipas

angin yang berdiameter 18 inchi.

Kincir dibuat dengan posisi poros horizontal dan kincir terbuat dari kipas

angin rumah tangga dengan dudukan yang terbuat dari besi dimana kincir ini

memiliki 3 sudu. Jumlah variasi kecepatan angin digunakan dalam penelitian ini

adalah 6,98 m/s,6,1 m/s,5,2 m/s,4,5 m/s 2,9 m/s. Percobaan dilakukan dalam wind

tunnel agar kecepatan angin dapat diatur.

Dari percobaan tersebut dapat diketahui bahwa efisiensi tertinggi diperoleh

pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 13,13% dan TSR tertinggi diperoleh pada

kecepatan 6,98 m/s sebesar 33,31. Cp dan TSR terendah diperoleh pada kecepatan

2,9 m/s sebesar 0,25% dan 8,88.

Kata kunci : Cp ( power coefficient ),TSR ( tip speed ratio )

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa (“Bhatara Ida

Sang Hyang Widhi Wasa”)atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis akhirnya

dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu

banyak pihak yang telah memberikan bimbingan, dorongan, tenaga, perhatian dan

bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu dengan

segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Yosef Agung Cahyanta S.T,M.T selaku Dekan Fakultas Teknik.

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

3. Ir.Y.B.Lukiyanto, M.T. selaku pembimbing terima kasih telah bersedia

meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya

sangat berguna untuk tugas akhir ini.

4. Seluruh dosen Teknik Mesin atas ilmu yang telah diberikan selama kuliah

di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Segenap karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang

telah membantu dalam hal fasilitas dan administrasi.

6. Kedua orang tua penulis, Bapak I Made P. Antara dan Ibu Ni Wayan

Ratnawati atas semua dukungan yang sudah diberikan baik jasmani

maupun rohani.

7. Abang dan adik penulis, I Gede Mertha dan Ni Luh Renny Antari atas

semua dukungan dan kasihnya.

x

DAFTAR ISI

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

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS ........................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ....... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................... v

INTISARI ............................................................................................................... vii

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

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

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK .................................................................... xiii

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

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

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

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................ 2

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

1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 3

1.6 Langkah Perancangan ............................................................................. 4

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 5

2.1 Dasar teori ............................................................................................... 5

2.2 Tipe Kincir Angin .................................................................................. 5

2.3 Tip Speed Ratio ....................................................................................... 8

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 10

xi

3.1 Sarana Penelitian ..................................................................................... 10

3.2 Peralatan Penelitian ................................................................................. 10

3.3 Analisa Data ............................................................................................ 12

3.4 Langkah Penelitian .................................................................................. 13

3.5 Cara kerja Alat ........................................................................................ 16

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................... 18

4.1 Data Penelitian ........................................................................................ 18

4.1.1 Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan

berbagai kecepatan angin yang berbeda ........................................ 18

4.2 Pengolahan data dan Perhitungan ........................................................... 20

4.2.1 Pehitungan kincir angin dengan kecepatan yang berbeda-beda

untuk Memperoleh Cp dan TSR .............................................. ....... 20

4.3 Tip Speed Ratio (TSR) dan Coefisien Of Power (Cp)........................ 23

4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR .................................................... 26

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan

Angin 6,98 m/s ............................................................................... 26


Angin 6,1 m/s ................................................................................ 27


Angin 5,2 m/s ................................................................................ 27


Angin 4,5 m/s .......................................................................... 28


xii

Angin 2,9 m/s .......................................................................... 28


Keseluruhan .............................................................................. 29

BAB V PENUTUP ................................................................................................... 30

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 30

5.2 Saran ........................................................................................................ 30

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 31

xiii

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK

Gambar 2.1. Contoh Kincir Angin yang digunakan . ....................................... 8

Gambar 3.1. Kincir Angin secara utuh tanpa kelistrikan .................................. 14

Gambar 3.2. Bagian-bagian dari kelistrikan ..................................................... 15

Gambar 3.3. Penampang sudu pada kincir angin...............................................16

Grafik 4.2 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan

Kecepatan angin 6,98 m/s.............................................................26


Kecepatan angin 6,1 m/s...............................................................27


Kecepatan angin 5,2 m/s...............................................................27


Kecepatan angin 4,5 m/s.............................................................. 28


Kecepatan angin 2,9 m/s.............................................................. 28


Kecepatan angin keseluruhan....................................................... 29

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Cp dan TSR berbagai

bentuk sudu terhadap kecepatan angin..........................................29

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data perolehan dari kecepatan angin 6,98 m/s.........................18

Tabel 4.2. Data perolehan dari kecepatan angin 6,1 m/s...........................19




Tabel 4.6. Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin

6,98 m/s....................................................................................21


6,1 m/s.....................................................................................21


5,2 m/s....................................................................................22


4,5 m/s...................................................................................22

Tabel 4.10 Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin

2,9 m/s..................................................................................23

Tabel 4.11 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada

Kecepatan angin 6,98 m/s.......................................................24


Kecepatan angin 6,1 m/s.........................................................25



xv





xvi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejak awal sejarahnya, kincir angin ditemukan awal tahun 5000 SM. Hal

yang pertama kali dilakukan oleh kincir angin adalah memompa air didaerah

Cina. Pada awal abad 20, windmills yang umum digunakan di Great Palins

untuk pompa air dan tenaga listrik. Cara-cara baru untuk menggunakan energi

angin, akhirnya menyebar ke seluruh dunia. Pada abad ke 11, orang-orang

timur Tengah menggunakan windmills secara luas untuk produksi pangan.

Kincir angin juga menjadi inspirasi Belanda untuk mengeringkan danau di

Delta sungai Rhine. Ketika orang-orang mengambil teknologi ini, pada akhir

abad ke-19 mereka mulai menggunakan windmills ke pompa air untuk

kegiatan peternakan. Dan kemudian digunakan juga untuk menghasilkan

listrik. Industrialisasi pertama di Eropa dan Amerika yang kemudian

menyebabkan penurunan penggunaan windmills. Keadaan ini membuat

windmills berubah menjadi mesin uap Eropa yang mampu memompa air.

Namun industrialisasi juga menyulut berbagi macam pengembangan windmills

yang lebih besar untuk menghasilkan energi listrik. Lalu alat ini biasanya

disebut dengan istilah ”Turbin Angin” di Denmark awal tahun 1890. Pada

tahun 1940-an sejarah terbesar dari Turbin Angin yang mulai beroperasi

adalah hilltop Grandpa’s Knop. Turbin Angin ini mempunyai daya output 1,25

megawatts, serta didalamnya kekuatan angin mempunyai kecepatan 30 mph.

xvii

Turbin Angin teknologi R dan D dari tahun 1970-an memperkenalkan cara

baru,yaitu mengkonversikan angin menjadi energi listrik.

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan

tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi

kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi,

dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan

negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi

kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi

dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.

Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat

menyaingi pembangkit listrik konvensonal (Co: PLTD,PLTU,dll), turbin

angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu

dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya

alam tak terbaharui(Co : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk

membangkitkan listrik.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah

sebagai berikut:

1) Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak dan berubah –ubah

kecepatannya

xviii

2) Alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah

mendapatkannya, seperti kincir angin dengan variasi tertentu.

1.3 Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu

adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

1) Kincir angin yang digunakan memiliki diameter 18 inch yang terbuat

dari besi.

2) Pengendalian kecepatan angin menggunakan Wind Tunnel.

3) Jumlah sudu yang digunakan ialah 3 sudu fan.

4) Kecepatan angin yang dihitung adalah bervariasi yaitu :

(6,98m/s),(6,1m/s),(5,2m/s),(4,5m/s),(2,9 m/s).

5) Data energi yang masuk pada alat adalah energi yang disebabkan oleh

adanya angin.

6) Data energi yang keluar dari alat adalah energi listrik dengan

pembebanan yang bervariasi.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian wind energy converter dengan sudu sebesar 18

inch ini adalah untuk mengetahui kinerja sebuah kincir angin yang

mempunyai sudu 18 inchi.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah:

xix

1) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi pada daerah berangin

yang kekurangan sumber tenaga listrik, karena dapat digunakan

membangkitkan tenaga listrik.

2) Dapat menambah literatur (pustaka) tentang turbin angin sebagai

pembangkit listrik.

1.6 Langkah Perancangan

Sebelum memulai perancangan, terlebih dahulu harus diketahui

kecepatan angin yang diperlukan dan daya yang dihasilkan generator. Dalam

perhitungan daya perlu diketahui volt(V) dan amper(A) yang dihasilkan oleh

lampu.Untuk selanjutnya poros kincir disambungkan ke generator sehingga

menghasilkan energi listrik.

xx

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Dasar Teori

Perhitungan daya masuk yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin

dengan diameter kipas r adalah :

(Sumber : Pengerak Mula Turbin, Wiranto Arismunandar, 2004)

dimana ρ adalah massa jenis udara (standar = 1.225 3mKg ) dan v adalah

kecepatan angin pada waktu tertentu. Umumnya daya efektif yang dapat

dihasilkan oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus diatas

dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi kinetik dari angin

menjadi energi putar pada poros kincir, lalu putaran poros kincir digunakan untuk

memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

2.2 Tipe Kincir Angin

Kincir angin poros horizontal adalah kincir dengan poros utama horizontal

dan generator pembangkit listrik pada puncak menara. Sedangkan kincir angin

poros vertikal adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan

mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros.

xxi

Kincir angin modern yang sering dilihat saat ini adalah kincir dengan tiga sudu,

terkadang 2 sudu atau bahkan 1 sudu (dengan counter-balanced), dan tertuju pada

angin dengan motor computer-controlled. Menurut Danish turbin manufaktur,

kincir tiga sudu mempunyai Tip speed ratio yang tinggi, efisiensi tinggi, dan

mempunyai reaksi torsi rendah yangsering dipergunakan. Tipe ini biasanya

diletakkan pada ketinggian 200 sampai 295 kaki. Terkadang tipe ini berputar pada

16.6 rpm dengan dipercepat gearbox, sehingga komponen generator dapat

berputar hingga 2200 rpm.

Untuk daya yang masuk adalah inP dan persamaan untuk inP adalah:

3

2

1VSPin

...........................(2.1)

= 3

6.0 VS

dengan;

inP = Daya yang dihasilkan angin. (watt)

Massa jenis udara (standar = 1.2253mKg )

V Kecepatan angin ( sm )

S Luas sudu terpasang dengan pengaruh angle of attack ( 2m )

Untuk daya yang dihasilkan adalah outP dan persamaan outP

adalah:

IVPout ...........................(2.2)

xxii

dengan

outP Daya yang dihasilkan generator (watt)

V = Tegangan listrik (volt)

I = Arus listrik (ampere)

Untuk kecepatan ujung sudu dihasilkan adalah Vt dan persamaa Vt

adalah:

Vt = ω x r ...........................(2.3)

Dengan;

Vt = kecepatan ujung sudu

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

r = Jari-jari kincir

2.3 Tip Speed Ratio

. Pada umumnya Tip speed ratio yang tinggi lebih baik, tetapi tidak

berarti dimana mesin bertambah berisik dan terlalu tegang. Tip speed ratio

akan menentukan berapa cepat kincir angin yang diinginkan akan berputar

dan juga sebagai implikasi untuk alternator yang dapat digunakan. contoh

tip speed ratio dapat ditunjukan pada Gambar 2.1;

xxiii

Gambar 2.1 Penentuan tip speed ratio pada jumlah 3 sudu.

Kincir angin modern dibuat untuk berputar pada kecepatan bervariasi.

Menggunakan aluminium dan komposit pada sudu – sudunya menghasilkan

putaran inertia rendah, yang mana kincir angin yang baru dapat dengan

mudah mempercepat putaran jika angin dapat mengangkat, dan menjaga tip

speed ratio lebih mendekati konstan. Pengoperasian mendekati pada

optimalnya tip speed ratio saat hembusan keras dari angin mengizinkan

kincir angin untuk meningkatkan energi yang ditangkap dari hembusan

keras yang tiba – tiba adalah merupakan tipe di tempat berpopulasi.

Sebaliknya, bentuk lama kincir angin dibuat dengan sudu besi yang

berat, dimana lebih memiliki inertia yang besar, dan berputar pada kecepatan

tertentu yang berpengaruh atas frekuensi AC (Alterning Current) pada hasil

daya. Inertia yang tinggi menahan perubahan dalam kecepatan putaran dan

itu membuat daya keluaran lebih stabil.

Pada intinya aspek ratiosangat penting dan merupakan indikator dari

liftdan drag pada sudu yang terbentuk. Di sebuah pesawat yang mempunyai

xxiv

aspek rasio tinggi – dengan sayap lebar dan tipis – akan menyebabkan drag

berkurang, dimana keadaannya didominasi dengan angin kecepatan rendah.

Itulah mengapa Para Gliders mempunyai sayap yang panjang.

Tip speed ratio ditentukan sendiri tetapi bila perlu dapat hitungkan

Dengan rumusan :

TSR=V

Vt

........................(2.4)

(Sumber : hasil pembelajaran rekayasa tenaga angin)

Dengan:

TSR = Tip speed ratio

Vt = Kecepatan ujung sudu

V ω= Kecepatan angin

Untuk power coefficient yang dihasilkan adalah Cp dan persamaan Cp

adalah:

Cp =in

out

P

P ...........................(2.5)

Dengan ;

Cp = power koefisien (%)

outP Daya yang dihasilkan generator (watt)

inP = Daya yang dihasilkan angin (watt)

xxv

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Sarana Penelitian

Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah Kincir angin yang terbuat dari

besi,yang diambil dari kipas angin duduk dengan ukuran diameter fan-nya 18 inci.

3.2 Peralatan Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

1. Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC.

Tachometer yang digunakan tachometer jenis digital light

tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar

untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (contoh

alumunium foil) yang dipasang pada poros.

2. Wind Tunnel

Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan

mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang

juga diletakkan didalam Wind Tunnel tersebut, pengaturan

kecepatan angin dilakukan dialat ini.

3. Fan / Blower

Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke Wind

Tunnel.

xxvi

4. Multimeter

Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.

5. Lampu / beban

Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang

akan diukur.

6. Anemometer

Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

7. Generator

Berfungsi sebagai sumber arus listrik saat, kincir berputar sehingga

dapat menghasilkan listrik.

8. Kabel

Berfungsi untuk menyambung antara lampu satu dengan lampu

lain ke

generator

9. Papan rangkaian lampu

Berfungsi sebagai tempat penampang lampu-lampu bohlam supaya

terlihat lebih teratur,

10. Saklar

Berfungsi sebagai tombol on off, sehingga memudahkan

mematikan dan menghidupkan lampu bohlam yang berada pada

penampang triplek.

xxvii

Adapun variabel yang digunakan dalam pengujian yaitu:

a. Variasi kecepatan angin

Variasi kecepatan angin yang diambil sebanyak lima variasi, yaitu:

(6,98m/s), (6,1m/s),(5,2m/s),(4,5m/s),(2,9m/s).Variasi kecepatan ini

merupakan variasi untuk mencari efisiensi

b. Variasi beban

Variasi jumlah beban yang diambil sebanyak 7 kali. Jumlah ini

merupakan variasi kedua dalam mencari efisiensi.

3.3 Analisa Data

Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

a. Putaran poros kincir dan generator yang dihasilkan ( n ).

b. Tegangan ( LV ) dan Arus ( LI ) listrik pada Lampu.

c. Kecepatan angin (V ) yang digunakan didapat dari pengukuran

Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.

d. Untuk mendapatkan inP maka haruslah mendapatkan S yang didapat

dari luasan ( A ) seluruh kincir dan dikalikan dengan besar sudu dan

jumlah sudu.

e. outP diperoleh dari pengkalian tegangan ( LV ) dan Arus ( LI ) listrik

yang dihasilka

f. Kecepatan ujung sudu ( Vt ) didapatkan dari kecepatan putar (ω)

dikalikan dengan jari-jari kincir ( r )

xxviii

g. Untuk mendapatkan Tip speed ratio (TSR) maka kecepatan ujung

sudu (Vt) dan kecepatan angin ( V ) harus dibagi.

h. Untuk mencari koefisien power (Cp) maka daya masuk ( inP ) dan

daya keluar ( outP ) harus dibagi.

3.4 Langkah Penelitian

a. Kincir angin dipasang didalam Wind Tunnel dan dibaut supaya tidak

bergerak sedikitpun.

b. Kincir angin dihubungkan dengan generator, kemudian generator

dihubungkan dengan lampu yang sudah dirangkai secara paralel. Pada

hubungan hubungan lampu diberi saklar, untuk memutus dan

menyambungkan arus listrik.

c. Didepan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar

angin yang ada dalam Wind Tunnel.

d. Setelah semua siap. Blower dihidupkan untuk menghembuskan angin

masuk kedalam Wind Tunnel.

e. Setelah angin dapat memutar kincir pada kecepatan maksimum dan

konstan, maka saklar pada lampu dihidupkan supaya generator

memperoleh magnet dari arus listrik.

f. Setelah lampu menyala maka dapat diukur tegangan dan arus pada

lampu, diukur juga perputaran poros pada puli generator dengan

menggunakan tachometer.

xxix

g. Jalannya percobaan a-f dilakukan berulang dengan variasi kecepatan

angin yaitu (6,98 m/s),(6,1 m/s),(5,2 m/s),(4,5 m/s),(2,9 m/s).

Gambar 3.1 Turbin angin secara utuh tanpa kelistrikan

xxx

Lampu 1

Lampu 2

Lampu 3

Lampu 4

Lampu 5

Lampu 6

Lampu 7

(G)

Generator

A

V

Gambar 3.2 Bagian – bagian dari kelistrikan

Keterangan:

V = Voltmeter

A =Ampermeter

G =Generator

= Lampu/beban

xxxi

Keterangan bagian-bagian pada kincir angin

1. Sudu

Merupakan bagian untuk menangkap angin

Gambar 3.3 Penampang sudu pada kincir angin

3.5 Cara kerja alat

Cara kerja dari Turbin angin adalah sebagai berikut;

1. Turbin dipasang pada wind tunnel.

2. Setelah turbin dipasang pada wind tunnel,maka selanjutnya

memasang kelistrikan seperti pada gambar 3.2

3. Pemasangan Anemometer diletakan pada wind tunnel bagian

depan.

xxxii

4. Pada saat angin berhembus pada wind tunnel, maka akan

mendorong sudu turbin untuk berputar.

5. Setelah kincir berputar dan mencapai putaran yang stabil, maka

saklar diposisikan ON. Untuk mengalirkan listrik dari generator

dihidupkan hingga lampu dapat menyala dengan stabil.

6. Setelah lampu dapat menyala dengan stabil, saklar kembali di-

OFF-kan.

7. Pada saat saklar posisi OFF dan lampu dapat menyala dengan

hanya generator, dilakukanlah pengukuran terhadap Tegangan

listrik, Arus listrik, Putaran pada generator. Setelah selesai

pengukuran, angin berhenti dihembuskan, supaya tidak ada magnet

pada generator.

8. Setelah selesai melakukan pengukuran pada salah satu variasi

kecepatan, maka selanjutnya dilakukan perubahan pada variasi

beban.

9. Setelah kincir angin berputar konstan pada satu variasi

kecepatan,maka dapat dilakukan variasi beban dengan cara

menghidupkan lampu yang sudah dirangkai secara paralel.

10. Setiap lampu yang hidup dilakukan pengukuran dengan

menggunakan multimeter.

11. Percobaan 9 – 10 dilakukan secara terus menerus sampai lampu

yang terakhir ( 7 lampu ,12 watt ).Dan dilakukan pada setiap

variasi kecepatan.

xxxiii

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

4.1.1 Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan

berbagai kecepatan angin yang berbeda adalah sebagai berikut :

Data awal yang diperoleh didapat dari:

Keterangan:

V = kecepatan angin ( sm ) = 6,98 sm , 6,1 sm , 5,2 sm , 4,5 sm ,

2,9 sm

r = Jari - jari kincir = 0,2286 m

a. Data hasil percobaan setelah di rata - rata

Percobaan dilakukan 3 kali supaya diperoleh hasil baik dan dirata-rata

supaya mempermudah perhitungan, pada tiap percobaan disertakan

variasi sudu supaya dapat dilihat secara langsung.

Tabel 4.1 Data perolehan dari kecepatan angin 6,98 sm ;

no V A RPM

1 2,8 1,57 1017

2 2,5 1,62 976,7

3 2,18 1,7 953,2

4 2,04 1,78 943

5 2 1,78 920,7

6 1,8 1,8 908,9

7 1,71 1,82 906,8

xxxiv

Tabel 4.2 Data perolehan dari kecepatan angin 6,1 m/s;

Tabel 4.3 Data perolehan dari kecepatan angin 5,2 m/s

Tabel 4.4 Data perolehan dari kecepatan angin 4,5 m/s

no V A RPM

8 1,9 1,24 788,4

9 1,75 1,28 752,2

10 1,44 1,3 681,8

11 1,34 1,32 673,3

12 1,3 1,32 659,8

13 1,23 1,35 647,7

14 1,18 1,42 641,3

no V A RPM

15 1,18 0,8 549,2

16 1,12 0,8 500,9

17 0,92 0,82 499,1

18 0,88 0,82 488,3

19 0,8 0,84 462,9

20 0,77 0,84 455,6

21 0,72 0,85 426

no V A RPM

22 0,15 0,61 520,2

23 0,14 0,62 511,4

24 0,12 0,67 471,4

25 0,12 0,67 452,5

26 0,11 0,68 435,9

27 0,11 0,68 427,9

28 0,11 0,68 404,2

xxxv

Tabel 4.5 Data yang diperoleh dari kecepatan 2,9 m/s

Pengolahan data dan perhitungan

4.1.2 Perhitungan kincir angin dengan kecepatan yang berbeda untuk

memperoleh Cp dan TSR

Dari tabel data 4.1 diperoleh hasil sebagai berikut:

V = Tegangan listrik yang dihasilkan generator (volt)

= 2,8 volt

I = Arus listrik yang dihasilkan dari generator (Ampere)

= 1,57 ampere

n = Putaran poros generator (rpm)

= 1017 rpm

Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.1, dari tabel juga .

inP diperoleh dengan persamaan sebagai berikut;

3

2

1VSPin

= 3

6.0 VS

no V A RPM

29 0,03 0,2 146

30 0,03 0,2 142,9

31 0,03 0,2 141,6

32 0,03 0,2 131

33 0,03 0,2 129,6

34 0,03 0,2 124,3

35 0,03 0,2 112,7

xxxvi

dan untuk outP dapat menggunakan persamaan 2.2 bab II

IVPout

= 2,8 × 1,57

= 4,39 watt

Tabel 4.6 perolehan inP , dan outP pada kecepatan angin 6,98 m/s

No V A RPM P.Out

1 2,8 1,57 1017 4,40

2 2,5 1,62 976,7 4,05

3 2,18 1,7 953,2 3,71

4 2,04 1,78 943 3,63

5 2 1,78 920,7 3,56

6 1,8 1,8 908,9 3,24

7 1,71 1,82 906,8 3,11

dengan :

398,616409,06,0inP

Pin = 33,4 watt


no V A RPM P.Out

8 1,9 1,24 788,4 2,36

9 1,75 1,28 752,2 2,24

10 1,44 1,3 681,8 1,87

11 1,34 1,32 673,3 1,77

12 1,3 1,32 659,8 1,72

13 1,23 1,35 647,7 1,66

14 1,18 1,42 641,3 1,68

xxxvii

dengan :

31,616409,06,0inP

inP 22,3 Watt


No V A RPM P.Out

15 1,18 0,8 549,2 0,94

16 1,12 0,8 500,9 0,90

17 0,92 0,82 499,1 0,75

18 0,88 0,82 488,3 0,72

19 0,8 0,84 462,9 0,67

20 0,77 0,84 455,6 0,65

21 0,72 0,85 426 0,61

dengan :

32,516409,06,0inP

inP 13,8 Watt


No V A RPM P.Out

22 0,15 0,61 520,2 0,09

23 0,14 0,62 511,4 0,09

24 0,12 0,67 471,4 0,08

25 0,12 0,67 452,5 0,08

26 0,11 0,68 435,9 0,07

27 0,11 0,68 427,9 0,07

28 0,11 0,68 404,2 0,07

xxxviii

dengan :

35,416409,06,0inP

inP 11,9 watt


dengan :

39,20164096,0inP

inP 2,40 Watt

4.3 Cp dan TSR

Dari percobaan yang dilakukan ditemukan beberapa hal yang dapat

mempengaruhi laju putaran kincir angin. Seperti pada bab II, telah

dituliskan persamaan yang mempengaruhi laju putaran angin, yaitu

tentang Tip Speed Ratio dan Coefficient of Power.

Dari persamaan 2.5 dan 2.6 dapat diperoleh hasil seperti berikut;

Vt = ω x r

Vt = 1017 rpm x 0,2286 m

Vt = 232,49 m/s

No V A RPM P.Out

29 0,03 0,2 146 0,01

30 0,03 0,2 142,9 0,01

31 0,03 0,2 141,6 0,01

32 0,03 0,2 131 0,01

33 0,03 0,2 129,6 0,01

34 0,03 0,2 124,3 0,01

35 0,03 0,2 112,7 0,01

xxxix

Setelah mendapatkan Vt dapat ditentukan besar TSR;

TSR = V

Vt

TSR =98,6

49,232

TSR = 33,31

Untuk menentukan Cp diperoleh dari;

Cp =in

out

P

P

Cp =4,33

40,4 = 13,13

Tabel 4.11 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada

kecepatan angin 6,98 m/s

Vt TSR Cp

232,49 33,31 13,13

223,27 31,99 12,10

217,90 31,22 11,07

215,57 30,88 10,85

210,47 30,15 10,63

207,77 29,77 9,68

207,29 29,70 9,30

xl

Tabel4.12 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada




Vt TSR Cp

125,6 24,14 6,82

114,5 22,02 6,47

114,1 21,94 5,45

111,6 21,47 5,21

105,8 20,35 4,85

104,2 20,03 4,67

97,4 18,73 4,42



Vt TSR Cp

118,92 26,43 0,76

116,91 25,98 0,72

107,76 23,95 0,67

103,44 22,99 0,67

99,65 22,14 0,67

97,82 21,74 0,62

92,40 20,53 0,62

Vt TSR Cp

180,2 29,55 10,54

172,0 28,19 10,02

155,9 25,55 8,38

153,9 25,23 7,92

150,8 24,73 7,68

148,1 24,27 7,43

146,6 24,03 7,50

xli



4.2 Grafik Hasil Perhitungan Cp Dan TSR

Gambar 4.1. Grafik Hasil perbandingan Cp dan TSR

Pada gambar 4.1 diperoleh Cp tertinggi 39,58% yang terendah 0,75% dengan

persamaan y = 0,010x² - 0,424x + 31,28 dan menghasilkan R² =0,973

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

29,00 30,00 31,00 32,00 33,00 34,00

Cp

TSR

Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 6,98m/s)

Vt TSR Cp

33,38 11,51 0,25

32,67 11,26 0,25

32,37 11,16 0,25

29,95 10,33 0,25

29,63 10,22 0,25

28,41 9,80 0,25

25,76 8,88 0,25

xlii

4.3 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin

6,1 m/s

Gambar.4.2 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

Pada Gambar 4.2 diperoleh Cp tertinggi 31,78% yang terendah 22,60%

dengan persamaan y = 0,010x² - 0,062x + 18,86 dan menghasilkan R²=0,989


5,2 m/s

Gambar. 4.4 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40

Cp

TSR

Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 6,1m/s)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30

Cp

TSR

Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 5,2 m/s)

xliii

Pada Gambar 4.4 diperoleh Cp tertinggi 20,56% yang terendah 13,33 dengan

persamaan y = 0,056x² + 2,483x – 5,07 dan menghasilkan R² = 0,881


4,5 m/s

Gambar. 4.5 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

Pada Gambar 4.5 diperoleh Cp tertinggi 2,30% yang terendah 1,88% dengan

persamaan y = -11,65x² + 60,33x – 52,11 dan menghasilkan R² = 0,926


2,9 m/s

Gambar 4.6. Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

00,10,20,30,40,50,60,70,8

0 10 20 30

Cp

TSR


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 5 10 15

Cp

TSR


xliv

Pada Gambar 4.6 diperoleh Cp tertinggi 0,75% yang terendah 0,75% dengan

persamaan y = 41,28x – 21,25 dan menghasilkan R² = 4E-14


keseluruhannya

Gambar 4.7 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

Pada Gambar 4.7 diperoleh Cp tertinggi 39,58% yang terendah 0,75%

dengan persamaan y = 0,002x² +0,308x – 15,06 dan menghasilkan R² 0,646

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu

terhadap kecepatan angin, tsr.(Sumber: Wiranto Arismunandar,2004)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00

Cp

TSR

Perbandingan Cp dan TSR

Savonius American

multiblade

High Speed

Propeller

Ideal Propeller

Dutch Four Arm

Darrieus

x1v

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian dan perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa :

a) Variasi kecepatan angin dan variasi beban mempengaruhi CP, TSR.

b) Cp maksimum diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 13,13

dan Cp minimumnya diperoleh pada kecepatan angin 2,9 m/s sebesar

0,25%

c) TSR maksimumnya diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar

33,31 dan TSR minimumnya diperoleh pada kecepatan angin 2,9 m/s

sebesar 8,88

5.2 Saran

Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada

bidang ini adalah :

a) Kecepatan angin pada kincir lebih baik dikembangkan dengan cara

memperbanyak variasi kecepatan angin, sehingga diharapkan

memperoleh efisiensi yang lebih baik.

b) Pada saat percobaan dimulai alangkah baiknya apabila alat-alat yang

digunakan berfungsi sebagaimana mestinya.

x1v

DAFTAR PUSTAKA

Burton, Tony., 2001, Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, New York.

Fox, J.A., 1974, Engineering Fluid Mechanics, MacMillan Press, Hong Kong.

Freris, L.L., 1990, Wind Energy Conversion Systems, Prentice Hall, UnitedKingdom.

Schreck, S.J., 2007, Rotatianally Augmented Flow Structures and Time VaryingLoads on Turbine Blades, www.nrel.org/ Cp-500-40982

x1vi

kincir angin dengan sudu dari kipas angin berdiameter...

Documents