pengaruh penambahan magnet pada poros kincir …1].pdf · by using a pvc pipe material with angle...

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


ii

SKRIPSI


iii

SKRIPSI


iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR


v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI


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


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


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.


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


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


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



4.2. 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


4.4.3. Pengaruh Penambahan Magnet Terhadap Karakteristik Kincir ...... 51


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 53

5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 53

5.2. Saran ................................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 55

LAMPIRAN ........................................................................................................ 57


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


xiii

kecepatan angin 5 m/s

Gambar 4.2 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan .................. 48

angin 5 m/s




angin 6 m/s




angin 7 m/s


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










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


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


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


http://www.wwindea.org/the-world-sets-new-wind-installations-record-637-gw-new-capacity-in-2015/




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.


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.


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.


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


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




http://www.energy-indonesia.com/

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.


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


http://www.poweredbymothernature.com/

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)


http://www.getsttpln.net/

http://www.getsttpln.net/

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


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).


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 :


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


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)


https://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium_magnet

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


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


https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging

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


http://www.free-energy-info.co.uk/

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


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.


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


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


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


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


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.


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


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


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.


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.


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


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


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


33

masing-masing kincir diperoleh dari nilai Cp untuk kemudian dibandingkan dan

diperoleh kincir mana yang menghasilkan efisiensi yang lebih baik.


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


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


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


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



masing-masing kincir A dan kincir B seperti pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.



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


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


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


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



masing-masing kincir A dan kincir B seperti pada Tabel 4.5 dan Tabel 4.6



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


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



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


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


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


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


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


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


43


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


44


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


45


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


46


pengimbang,

F

Kecepatan

putar

poros, n

Kecepatan

sudut,

Torsi,

T

Daya

angin,

Pin

Daya

output,

Pout tsr

Koef.daya,

Cp


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


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)


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)


49



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 = -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.


50


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


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)




51

magnet memberikan kontribusi pada kecepatan angin rendah [Ranalkar et all.,

2013].



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


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



52

Cp = -5,169tsr2 + 37,694tsr – 32,301

Cp = -5,169(6,0)2 + 37,694(6,0) – 32,301


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.


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)




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


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.


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.


https://energypedia.info/wiki/Wind_Energy_Country_Analyses_Indonesia



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.


57

LAMPIRAN

Lampiran A. Desain Sudu Kincir


58

Lampiran B. Desain Piringan Magnet


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


60

Lampiran C.2. Gaya Tolak Magnet Neodymium Kubus Berdimensi 50 mm × 40 mm × 15 mm pada Jarak 1 cm


pengaruh penambahan magnet pada poros kincir …1].pdf · by using a pvc pipe material with angle...

Documents