plagiat merupakan tindakan tidak terpuji - core.ac.uk · model kincir angin yang diteliti...

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA

SUDU MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN

TIGA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

BERY WIDONO

NIM : 115214003

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF CONICAL THREE BLADE

PROPELLER WINDMILL MODELS FROM WOOD MATERIAL

WITH THREE SURFACE LAYER VARIATIONS OF THE

BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

BERY WIDONO

Student Number : 115214003

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINERING DEPARTMENT

FACULITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016


r

UNJUK KEzuA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA ST]DU

MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA

VARIASI LAPISAN PERMT]KAAN SUDU

Disusun oleh :

r;qu;rfl

Ad@

1u


UNJUK KERIA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU

MENGERUCUT DARI BAI{AN DASAR KAYU DENGAN TIGA

VARTASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU

Dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA : BERY WIDONO

NIM : 115214003

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 27 J anuai 2016

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

: Wibowo Kusbandono S.T.,M.T.

: A. Prasetyadi, S.Si.,M.Si.

. Ir. Rines, M.T.

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Ketua

Sekretaris

Anggota

1V

6- m*sff a-fiY.rxtr Ia]rry'&!* t

VdLryff,I

Yogyakarta, 27 I arutari 20 16

Fakultas Sains dan Teknologi

lsih Prima Rosa, S.Si.,M.Sc.


PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam tugas akhir dengan

judul:

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA

SUDU MEI{GERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN

TIGA VARIASI LAPISA1Y PERMUKAAN SUDU

Yang dibuat untuk rnelengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi

Sa{ana Teknik pada program Sfrata-l, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains san

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan

merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di Perguruan tinggr

manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat di : Yogyakarta

Pada tanggal : 27 Januari 2016

Penulis


LEMBAR PERI'{YATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : BERY WIDONO

NomorMahasiswa : 115214003

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

UNJUK KERJA MODEL KTITCIR A1YGTN PROPf,LER TIGA

SUDU MENGERUCUT DARI BAIIAN DASAR KAYU DENGAN

TIGA YARIASI LAPISAN PERMUKAAI{ SUDU

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk rnedia lain, mengelolanya

dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikanya di internet atau media lain unttrk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pemyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 27 Januart 2}fi

Yang menyatakan

vl


vii

INTISARI

Pemakaian energi yang senantiasa meningkat dari waktu ke waktu

menyebabkan kelangkaan energi, karena menurut perkiraan dalam waktu dekat

masyarakat dunia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam

tak terbaharui (seperti minyak bumi, batubara, dan gas) sebagai sumber energi untuk

membangkitkan listrik. Salah satu sumber energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan

sebagai alternatif adalah energi angin dengan menggunakan kincir angin. Penelitian

ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin dengan mencari torsi,

daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio.

Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dan berbahan dasar kayu,

dengan tiga variasi lapisan permukaan yakni, tanpa lapisan, lapisan anyaman bambu

dan lapisan seng. Untuk mendapatkan torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed

ratio pada kincir, kincir diuji dengan menggunakan terowongan angin yang

dilengkapi dengan fan blower. Poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman

yang berfungsi sebagai alat untuk memvariasikan beban kincir. Besarnya beban pada

kincir dapat dilihat dari neraca pegas. Putaran kincir diukur dengan mengunakan

takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan tanpa lapisan

menghasilkan koefisien daya lebih besar dari pada kincir angin lapis seng maupun

kincir angin lapisan anyaman bambu. Koefisien daya puncak yang dihasilkan oleh

kincir tanpa lapisan adalah sekitar 5,7% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang

dihasilkan model ini adalah sebesar 0,22 N.m pada putaran sekitar 526 rpm dan

kecepatan angin 9,13 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis

seng adalah sekitar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini

adalah sebesar 0,15 N.m pada putaran sekitar 536 rpm dan kecepatan angin 8,67 m/s.

Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis anyaman bambu adalah

sekitar 3% pada tip speed ratio 2,2. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar

0,13 N.m pada putaran sekitar 385 rpm dan kecepatan angin 8,63 m/s.

Kata kunci: koefisien daya, tip speed ratio, sudu berbahan dasar kayu.


viii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan

anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “UNJUK KERJA MODEL

KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI

BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISAN

PERMUKAAN SUDU”.

Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa

untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam

laporan tugas akhir ini membahas mengenai perancangan, perbandingan efisensi dan

pembuatan kincir angin propeler.

Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih

kepada:

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin.

3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.


5' Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan

ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sarna dan dukungan kepada

penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir.

7. Bapak Kianto dan Ibu Tan Cheng sun sebagai orang tua dari penulis, serta

Budianto, Desi Yeransiska sebagai kakak dan Rico Vernando sebagai adik dmi

penulis yang selalu berdoa dan mendukung secara material dan lain - lain kepada

penulis.

8. Rekan - rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 20lI khususnya, yang telah

memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi.

9. Semua pihak yang tidak murgkin disebut satu per satu yang telah ikut membantu

penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi.

Penulis rnenyadari bahwa masih ada kekurangan - kekurangan yang perlu

diperbaiki pada pembuatan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan saran dan

kritikan yafig membangun untuk menyempurnakan tugas akhir. penulis

mengharapkan semoga tugas akhir ini berguna dan bermanfaat untuk dapat

memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta

para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, 27 I anuari 2A16

tx


x

DAFTAR ISI

Halaman Sampul ........................................................................................................ i

Halaman Judul ............................................................................................................ ii

Halaman Pengesahan ................................................................................................. iv

Halaman Pernyataan................................................................................................... v

Lembar Pernyataan Persetujuan ................................................................................. vi

Intisari ........................................................................................................................ vii

Kata Pengantar ........................................................................................................... viii

Daftar Isi..................................................................................................................... x

Daftar Gambar ............................................................................................................ xiii

Daftar Tabel ............................................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

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

BAB II DASAR TEORI

2.1 Energi Angin ............................................................................................ 5

2.2 Asal Energi Angin .................................................................................... 6


xi

2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin .......................................................................... 6

2.3.1 Kincir Angin Poros Horizontal .................................................. 7

2.3.2 Kincir Angin Poros Vertikal ...................................................... 8

2.4 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio .......................... 9

2.5 Kincir Angin Propeler .............................................................................. 10

2.6 Rumus Perhitungan .................................................................................. 10

2.6.1 Energi Kinetik ........................................................................... 10

2.6.2 Daya Angin ................................................................................ 11

2.6.3 Torsi ........................................................................................... 12

2.6.4 Tip Speed Ratio .......................................................................... 12

2.6.5 Daya Kincir Angin .................................................................... 13

2.6.6 Koefisien Daya .......................................................................... 14

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian ................................................................................... 15

3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 16

3.3 Variabel Penelitian ................................................................................... 22

3.4 Variabel yang Diukur ............................................................................... 22

3.5 Parameter yang Dihitung .......................................................................... 22

3.6 Langkah Penelitian ................................................................................... 23

3.7 Desain Kincir ............................................................................................ 24


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbin_angin_sumbu_vertikal&action=edit&redlink=1

xii

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................ 25

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................ 27

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ........................................................... 27

4.2.2 Perhitungan Torsi ...................................................................... 27

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ........................................................... 28

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio ........................................................ 28

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ...................................................... 29

4.3 Hasil Perhitungan ..................................................................................... 30

4.4 Grafik Hasil Perhitungan .......................................................................... 32

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan .............. 43

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 44

5.2 Saran ......................................................................................................... 45

Daftar Pustaka ............................................................................................................ 46


xiii

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Kincir angin Poros horizontal 7

2. Gambar 2.2 Kincir angin Poros vertical 8

3. Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dengan tsr 9

5. Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin 15

6. Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin 16

7. Gambar 3.3 Dudukan sudu 17

8. Gambar 3.4 Terowongan angin 18

9. Gambar 3.5 Fan blower 18

10. Gambar 3.6 Anemometer 19

11. Gambar 3.7 Sistem Pengereman 20

12. Gambar 3.8 Tachometer 20

13. Gambar 3.9 Neraca pegas 21

14. Gambar 3.10 Desain kincir 24

15. Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin 24

16. Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu

tanpa lapisan 32


lapis seng 33


lapis anyaman bambu 34


xiv

19. Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin

sudu polos 35

20. Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu

lapis seng 36

21. Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu

lapis anyaman bambu 37

22. Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk

kincir angin sudu polos 39


kincir angin sudu lapis seng 40


kincir angin sudu lapis anyaman bambu 42

25. Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk

tiga variasi pelapisan permukaan sudu 43


xv

DAFTAR TABEL

1. Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan 24

2. Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng 25

3. Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu 25

4. Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan 29

5. Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng 30

6. Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis

anyaman bambu 30


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir angin merupakan

sarana pengubah energi kinetik menjadi energi mekanik untuk memutar generator

listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM dan

terbesar di berbagai negara seperti Persia, Babilonia, China dan di benua Eropa

dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros jenis-

jenis kincir angin terbagi menjadi dua kategori, yaitu kincir angin sumbu

horisontal dan kincir angin sumbu vertical. Kincir angin ini pada awalnya dibuat

untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan

gandum, keperluan irigasi dan lain-lain.

Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi

kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi.

Walaupun sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat

menyaingi pembangkit listrik konvensional ( seperti PLTD, PLTU dan lain-lain),

untuk sekarang kincir angin masih dikembangkan oleh para ilmuwan karena

menurut perkiraan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah

kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti batubara, minyak bumi)

sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Kincir angin yang penulis gunakan adalah kincir angin berporos

horisontal. Efisiensi menjadi suatu hal yang utama dalam kincir angin ini, nilai


2

efisiensi yang tinggi dapat meningkatkan nilai koefisien daya yang dihasilkan

yang tentu menghasilkan daya keluaran yang tinggi pula. Permukaan sudu kincir

juga berpengaruh terhadap performa yang dihasilkan oleh kincir angin.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah prinsip kerja kincir

angin yang diuji, penelitian ini juga untuk menghasilkan unjuk kerja yang

dihasilkan oleh kincir angin dari bahan kayu, seng, dan anyaman bambu.

Penelitian ini juga digunakan untuk mengetahui besar torsi dan daya yang biasa

dihasilkan oleh kincir angin

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat model kincir angin jenis propeler tiga sudu poros horizontal

dengan tiga variasi perlakuan permukaan sudu.

2. Mengetahui unjuk kerja dari ketiga variasi kincir angin dengan

mencari torsi, koefisien daya maksimal dan tip speed ratio.

3. Mengetahui model kincir angin yang memberikan nilai koefisien daya

maksimal diantara ketiga model kincir angin yang diteliti.


3

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini meliputi:

1. Kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal tiga

sudu tipe propeler.

2. Bahan dasar sudu kincir angin terbuat dari kayu.

3. Terdapat tiga variasi lapisan permukaan sudu yang digunakan dalam

kincir angin ini seperti kayu tanpa lapisan, kayu lapis anyaman bambu

dan kayu lapis seng.

4. Bahasan yang dilakukan dalam penelitian ini mencakup tentang torsi,

daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian model kincir angin ini adalah :

1. Bagi masyarakat/Industri.

a. Diharapkan dapat mengatasi masalah listrik yang dialami oleh

masyarakat yang tinggal di daerah yang mendapat pasokan listrik

dari pemerintah.

b. Bahan yang murah dan mudah di dapat, diharapkan masyarakat

dapat membuat kincir sendiri dan menghasilkan sumber listrik

sendiri.

2. Bagi Akademik

a. Menjadikan sumber bacaan untuk membantu pembelajaran tentang

penilitian kincir angin.


4

b. Melakukan penelitian yang lebih baik tentang kincir angin.

3. Bagi Penulis

a. Mempelajari tentang energi angin yang dapat dimanfaatkan

sebagai energi terbarukan untuk di kemudian hari.

b. Mendapatkan pengetahuan dari cara pembuatan kincir angin.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat

tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Energi angin yang

jumlahnya sangat tak terbatas dan banyak dimanfaatkan untuk meringankan kerja

manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu mengerakan energi

kincir angin, perahu layar dan bahkan bisa dimanfaatkan untuk pembangkit energi

listrik yang berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di atmosfer

atau lapisan udara bumi yang mengandung banyak partikel udara dan gas.

Kondisi atmosfer atau lapisan udara yang menyelimuti bumi mengandung

berbagai macam molekul gas dan terdiri dari beberapa lapisn. Lapisan atmosfer

yang paling terendah berupa troposfer. Lapisan troposfer sangat tipis bila

dibandingkan dengan diameter bumi. Pada troposfer, semua peristiwa cuaca

seperti angin terjadi.

Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki

jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang

terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi

matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa

jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan

pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi

aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh

aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.


6

2.2 Asal Energi Angin

Hampir semua energi terbarukan, termasuk energi pasang surut, arus dan

gelombang air, bahkan energi fosil berasal dari energi matahari. Matahari

meradiasikan 1,74 x 1017

joule energi ke permukaan bumi pada setiap detikntya.

Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi

bentuk energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak dari

pada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada

dimuka bumi.

Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena perbedaan

temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu

pada busur 0o, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari

matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.

2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakan oleh tenaga angin sehingga

menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan

di negara-negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang waktu itu banyak

digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan

pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua

jenis menurut porosnya: kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros

vertikal.


7

2.3.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal atau propeler adalah kincir angin yang

memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah

angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah blade lebih dari dua,

kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang

bekerja pada suatu kincir.

Beberapa jenis kincir dengan poros horisontal adalah seperti yang

ditunjukan dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

(Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014)

Kelebihan kincir angin poros horisontal diantaranya adalah:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Setiap sepuluh meter keatas, kecepatan angin meningkat 20% keatas.

3. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju

rotor.

4. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.

Disamping memiliki kelebihan, kincir angin poros horizontal juga memiliki

kekurangan diantaranya adalah:


8

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan

gearbox yang berat.

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah

angin.

2.3.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi

porosnya lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat

mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau

bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin

poros horisintal.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal adalah seperti yang ditunjukan

dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kincir Angin Sumbu Vetikal

(Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014)

Kelebihan kincir angin poros vertikal diantaranya adalah:

1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.


9

3. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

4. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator.

Adapun kekurangan Kincir angin poros vertikal diantaranya adalah:

1. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil.

2. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya

drag tambahan.

3. Dipasang ditempat rendah sehingga faktor keselamatan perlu diperhatikan

2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Menurut Albert Betz ilmuwan Jerman koefisien daya maksimal dari kincir

angin adalah 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 :

Gambar 2.3 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan

tips speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir. (Sumber :

www.gunturcuplezt.com, diakses 13 desember 2014)

2.5 Kincir Angin Propeler

Dalam tugas akhir ini saya akan membahas tentang kincir angin sumbu

horisontal jenis propeler. Kincir angin propeler merupakan kincir angin yang


http://www.gunturcuplezt.com/

10

konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudu

tiga.

Kelebihan kincir angin propeler, diantaranya adalah :

1. Mampu menghasilkan daya yang besar.

2. Konstruksi kincir lebih sederhana.

3. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi.

4. Penempatannya jauh dari tanah sehingga memiliki faktor keamanan

yang cukup tinggi.

2.6 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.6.1 Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang di miliki oleh suatu benda yang

bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga

dapat dirumuskan :

Ek = ½ m v2 (1)

dengan :

Ek = energi kinetic (Joule)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan angin (m/s)

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan

rumus sebagai berikut :


11

v2

(2)

dengan :

Pin = daya angin (watt)

= massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s)

dimana :

= ρ A v (3)

dengan :

ρ = massa jenis udara (kg/m3)

A = luas penampang sudu (m2)

Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin Pin dapat

dirumuskan menjadi:

Pin = ½ (ρ A v) v2,

yang dapat disederhanakan menjadi.

Pin = ½ ρ A v

3 (4)

2.6.2 Daya Angin

Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu.

Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada

dasarnya daya angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu

sehingga dapat ditulisa dalam rumus sebagai berikut :

Daya = kerja / waktu

= energi kinetik / waktu

P = ½ . m . ν2 /t

= ½ (ρ.A.d).ν2 /t

= ½ . ρ. A . ν2. (d/t) d/t = ν

= ½ . ρ . A . ν3


12

dalam hal ini :

Pin = Daya yang disediakan oleh angin (watt)

= massa jenis aliran (kg/m3)

ν = kecepatan angin (m/s)

A = Luas penampang sudu (m2)

2.6.3 Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan (F) dengan panjang

lengan torsi(l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T =F l (5)

dengan :

T = Torsi (Nm)

F = gaya pembebanan (N)

l = panjang lengan torsi ke poros (m)

2.6.4 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir dengan kecepatan angin.

Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai :

vt = ω r (6)

dengan :

vt = kecepatan ujung sudu

ω = kecepatan sudut (rad/s)

r = jari jari kincir (m)


13

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut :

(7)

dengan :

r = jari jari kincir (m)

n = putaran poros kincir tiap menit (rpm)

v = kecepatan angin (m/s).

2.6.5 Daya kincir angin

Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang

dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout = T ω (8)

dengan:

T = torsi dinamis (N.m)

ω = kecepatan sudut didapatkan dari

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan:

Pout = T ω

Pout =

(9)

dengan :

Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n = putaran poros (rpm).


14

2.6.6 Koefisien daya

Koefisien daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan

perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang

disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :

(10)

dengan :

Cp = Koefisien Daya,

Pout = daya yang dihasilkan kincir.

Pin = daya yang disediakan oleh angin.


15

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan

dalam Gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram aliran metode penelitian kincir angin

Mulai

Perancangan kincir angin propeler tiga sudu

Pembuatan kincir angin dengan bahan dasar triplek dengan tiga variasi

perlakuan permukaan depan sudu

Pengambilan data. Untuk mengetahui kecepatan putaran poros kincir,

kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio .

Membandingan koefisien daya dan tip speed ratio pada masing –masing

variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


16

6.2.Alat dan Bahan

Kincir ini merupakan jenis kincir angin propeler dengan variasi tanpa

lapisan dan dengan lapisan seng. Kincir ini dibuat dari bahan kayu dengan

ukuran tebal 0,8 cm dan dilapisi dengan lapisan berbahan seng dengan diameter

80 cm. Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini :

1. Sudu kincir angin

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan atau jatuhnya

angin, sebagai tempat yang menerima energi angin sehingga dapat membuat

dudukan sudu atau turbin berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi

kehalusan permukaan pada sudu, yaitu sudu tanpa lapisan, sudu dengan lapisan

seng, dan sudu dengan lapisan anyaman bambu. Dimana semua sudu memiliki

bentuk dan ukuran yang sama seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan sudu kincir yang di teliti,

a). tanpa lapisan, b) lapis anyanman bambu, c) lapis seng


17

2. Dudukan sudu

Dudukan sudu merupakan bagian dari komponen kincir yang berfungsi

sebagai tempat terpasangnya sudu, seperti yang ditunjukan Gambar 3.3. Dudukan

sudu ini memiliki empat buah lubang untuk pemasangan sudu namun pada

penelitian ini, hanya digunakan dua lubang saja karena hanya dua buah sudu yang

akan dipasang.

Gambar 3.3 Dudukan sudu

3. Terowongan Angin (Wind Tunnel)

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan

tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter, seperti yang ditunjukan

pada Gambar 3.4. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin

bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir

angin. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara

mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan

cara menarik blower.


18

Gambar 3.4 Terowongan angin

4. Blower

Blower, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5. Berfungsi sebagai

penggerak gaya angin untuk menghisap udara dan disalurkan ke terowongan

angin (wind tunnel).

Gambar 3.5 Fan blower


19

5. Anemometer

Anemometer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 . Berfungsi untuk

mengukur kecepatan angin yang ditimbulkan di dalam lorong angin.

Gambar 3.6 Anemometer

6. Mekanisme pengereman

Mekanisme pengereman ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir untuk mengetahui besar-nya torsi

dan kecepatan putaran kincir angin. Terdapat sebuah piringan atau disc pada

komponen ini sebagai tempat terjadinya gaya gesek untuk pengereman.


20

Gambar 3.7 Mekanisme pengereman

7. Tachometer

Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran

poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per minute).

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Jenis takometer yang digunakan

adalah jenis digital dengan meletakkan sinar yang dimunculkan oleh takometer ke

piringan poros yang berputar.

Gambar 3.8 Tachometer


21

8. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui nilai beban pengereman pada

kincir disaat kincir angin berputar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Neraca pegas ini diletakan pada bagian mekanisme pengereman dan dihubungkan

dengan kopling sederhana menggunakan benang dan pemberat yang jarak telah

disesuaikan.

Gambar 3.9 Neraca pegas

9. Penopang kincir

Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu pada saat kincir

berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan

mekanisme pengereman.


22

3.3 Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal

sampai kincir dalam posisi diam.

2. Variasi kehalusan permukaan triplek, dengan menggunakan lapisan plat

seng dan variasi tanpa menggunakan lapisan.

3.4 Variabel yang diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Kecepatan angin, (m/s)

2. Beban pengimbang, (N)

3. Putaran kincir, (rpm)

3.5 Parameter yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angina

adalah:

1. Daya angin (Pin)

2. Daya kincir (Pout)

3. Gaya pengimbang torsi (T)

4. Koefisien Daya (Cp)


23

3.6 Langkah Penelitian

Pengambilan data kecepatan angin, beban pengereman, dan putaran poros

dilakukan secara bersamaan melalui langkah-langkah sebagai berikut :

1. Memasang kincir di dalam terowongan angin.

2. Kincir di hubungkan dengan dengan mekanisme pengereman yang

terhubung langsung lewat sebuah poros.

3. Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin

untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin.

4. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.

5. Memasang benang beserta pemberatnya sebagai penghubung antara

neraca pegas dengan lengan poros pada mekanisme pengereman.

6. Jika langkah 1 sampai 5 telah dilakukan, blower di hidupkan untuk

menghembuskan angin pada terowongan angin.

7. Percobaan pertama adalah variasi triplek tanpa lapisan, percobaan kedua

triplek dengan lapisan seng.

8. Variasi beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan variasi

beban di gunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan seterusnya.

9. Ukur kecepatan kincir angin melalui putaran porosnya dengan

menggunakan takometer, beban untuk menghitung torsi yang terbaca pada

neraca pegas secara bersamaan.

10. Jika pengamatan pertama selesai, matikan blower.

11. Melepaskan kincir kemudian ganti sudu dengan variasi yang lain.

12. Memasang kembali kincir dengan variasi selanjutnya tersebut di dalam


24

terowongan angin.

13. Menghidupkan kembali blower untuk melakukan pengamatan berikutnya.

14. Mengulangi langkah 6 hingga 13 untuk variasi sudu- sudu yang

berikutnya

.

6.7. Desain Kincir

Desain kincir yang dibuat seperti pada Gambar 3.1. dari gambar tersebut

dapat kita ketahui bahwa model kincir angin yang dibuat berukuran 80 cm dengan

sudut patahan 10o.

Gambar 3.10 Desain kincir angin

Gambar 3.11 Sudut patahan kincir angin.

2,5 cm

Sudut patahan

10o

8,5 cm

35,5 cm

4,5

cm

6 cm

30 cm

6 cm


25

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Berikut ini data pengujian kincir angin tiga sudu jenis propeler. Dengan

variasi tanpa lapisan (polos), lapis seng lengkung, dan lapis anyaman bambu. Data

yang diperoleh dapat dilihat dari Tabel 4.1,Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu triplek tanpa lapisan (polos)

No Kecepatan angin, v

(m/s)

Gaya pengimbang,F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

1

9,4 0 829

9 60 755

8 100 685

8,2 140 619

8,5 170 597

9,2 200 531

8,7 210 476

2

9,3 0 807

8,8 60 766

9,2 100 654

8,4 150 582

9,2 180 560

8,7 200 530

9,2 220 473

3

9,2 0 817

8,9 60 754

8,8 100 650

9,2 150 578

8,7 170 533

9,1 200 516

8,9 210 484


26

Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis seng


(m/s)

Gaya pengimbang,F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

1

8,8 0 821

8,8 60 713

8,9 100 668

8,7 130 537

9,2 170 440

2

8,7 0 819

8,6 80 683

8,6 120 558

8,8 150 531

8,6 160 430

3 8,6 0 801

8,8 60 706

8,5 110 606

8,5 130 541

8,9 160 429

Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis anyaman

bambu.


(m/s)

Gaya pengimbang,F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

1

8,4 0 689

8,5 40 641

8,3 70 566

9 100 436

8,6 120 390

2

8,5 0 696

8,6 40 656

8,5 70 556

8,6 100 452

8,7 130 379

3

8,6 0 693

8,9 40 644

8,4 70 586

8,5 90 529

8,6 120 387


27

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi utuk mempermudah

pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m

/s2

b. Massa jenis udara 1.18 kg/m3

4.2.1 Perhitugan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian pertama

dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, massa jenis udara (ρ)

= 1,18 kg/m3, dan luas penampang (A) = 0,50 m

2. Dari data ini daya angina yang

disediakan adalah :

Pin = ½ . ρ . A . v3

= ½ . 1,18 . 0,50 . (9,07)3

= 215 watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar

torsi dapat kita hitung. Diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama, dan

pembebanan ke dua. Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 0,5886 Newton dan

jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,11 m. maka torsi dapat dihitung :

T = F . l

= 0,5886 . 0,11

= 0,0647 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,0647 N.m


28

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama

dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, putaran poros (n)

sebesar 758,33 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.2

sebesar = 0,0647 N.m, maka besarnya daya kincir terhitung adalah :

Pout = T . ω

= 0,0647 .

= 0,0647 .

= 5,14 watt

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama

dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 79,4 rad/s,

jari jari (r) kincir angin sebesar 0,4 m, dan kecepatan angin sebesar 9,07 m/s, maka

tip speed ratio terhitung adalah :

tsr =

=

= 3,50

Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,50


29

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin

pada sub bab 4.21 sebesar 221 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada

Sub bab 4.2.3 sebesar 5,14 watt, maka koefisien daya terhitung adalah :

= 5,14 / 221

= 0,02

Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 0,02


30

4.3 Hasil Perhitungan

Dari pengujian kincir angin yang dilakukan dengan variasi lapisan yang berbeda maka dapat diperhitungkan seperti pada Sub

Bab 4.2 “Pengolahan Data dan Perhitungan”. Data - data perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.4 - 4.6

Tabel 4.4 Perhitugan model kincir angin tanpa lapisan/polos

kec. Angin

rata – rata,

v

(m/s)

Gaya pengimbang

rata – rata, F

(gram)

Putaran

kincir,

n (rpm)

Gaya

pengimbang

rerata, F

(N)

Beban

torsi, T

(N.m)

Kecepatan

sudut, ω

(rad/s)

Daya

angin,

Pin

(watt)

Daya

output

kincir, Pout

(watt)

Tip

speed

ratio,

tsr

Koefisien

daya,

Cp (%)

9,30 0 818 0 0 85,6 239 0.00 3,68 0

8,90 60 758 0,59 0,06 79,4 209 5,14 3,57 2,46

8,67 100 663 0,98 0,11 69,4 193 7,49 3,20 3,88

8,60 147 593 1,44 0,16 62,1 189 9,83 2,89 5,21

8,80 173 563 1,70 0,19 59 202 11 2,68 5,46

9,00 200 526 1,96 0,22 55 216 11,9 2,45 5,49

8,93 213 478 2,09 0,23 50 211 11,5 2,24 5,45


31

Tabel 4.5 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan seng

kec. Angin

rata – rata, v

(m/s)

Gaya

pengimbang

rata – rata,

F (gram)

Putaran

kincir,

n (rpm)

Gaya

pengimbang

rerata, F

(N)

Beban

torsi,

T

(N.m)

Kecepatan

sudut, ω

(rad/s)

Daya

angin,

Pin

(watt)

Daya

output

kincir, Pout

(watt)

Tip

speed

ratio,

tsr

Koefisien

daya,

Cp (%)

8,70 0 814 0 0 85,20 195 0 3,92 0

8,73 67 701 0,65 0,07 73,36 198 5,28 3,36 2,67

8,67 110 611 1,08 0,12 63,95 193 7,59 2,95 3,93

8,67 137 536 1,34 0,15 56,14 193 8,28 2,59 4,29

8,90 163 433 1,60 0,18 45,34 209 7,99 2,04 3,82

Tabel 4.6 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan anyaman bambu.

kec. Angin

rata – rata, v

(m/s)

Gaya

pengimbang

rata – rata,

F (gram)

Putaran

kincir,

n (rpm)

Gaya

pengimbang

rerata, F

(N)

Beban

torsi,

T

(N.m)

Kecepatan

sudut, ω

(rad/s)

Daya

angin,

Pin

(watt)

Daya

output

kincir, Pout

(watt)

Tip

speed

ratio,

tsr

Koefisien

daya,

Cp (%)

8,50 0 693 0 0 72,54 182 0 3,41 0

8,67 40 647 0,39 0,04 67,72 193 2,92 3,13 1,51

8,40 70 569 0,69 0,08 59,60 176 4,50 2,84 2,56

8,70 97 472 0,95 0,10 49,46 195 5,16 2,27 2,64

8,63 123 385 1,21 0,13 40,34 191 5,37 1,87 2,81


32

4.4 GRAFIK HASIL PERHITUNGAN

Dari pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 maka

dapat diperoleh grafik. Grafik hubungan tersebut antara lain grafik antara Cp dan

tsr, grafik hubungan torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara daya dengan torsi.

Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut :

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin Tanpa

Lapisan

Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik

hubungan torsi dan daya kincir (Pout).

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk model

kincir angin tanpa lapisan

Dari Gambar 4.1 diatas dapat diketahui daya kincir (Pout) yang dihasilkan

model kincir angin tanpa lapisan sekitar 11,7 watt pada torsi sekitar 0,23 N.m.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Day

a k

inci

r, P

ou

t (

wat

t)

Torsi , T (N.m)


33

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin lapis

Seng



Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan daya untuk model kincir

angin lapis seng lengkung

Dari Gambar 4.2 diatas dapat diketahui, model kincir angin yang dilapis

dengan seng lengkung, menghasilkan daya kincir (Pout) sekitar 8,1 watt pada torsi

sekitar 0,17N.m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Day

a k

inci

r, P

ou

t (w

att)

Torsi , T (N.m)


34

4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi untuk KIncir Angin lapis

Anyaman Bambu



Gambar 4.3 Grafik hubungan antara daya dan torsi untuk model kincir

angin lapis anyaman bambu

Dari Gambar 4.3 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis anyaman

bambu daya kincir (Pout) yang dihasilkan sekitar 5,4 watt pada torsi sekitar 0,14

N.m.

0

1

2

3

4

5

6

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

Day

a kin

cir,

Po

ut (

wat

t)

Torsi , T (N.m)


35

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin

Tanpa Lapisan


hubungan torsi dan putaran (rpm).

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Torsi dan Putaran untuk model

kincir angin tanpa lapisan

Dari Gambar 4.4 diatas dapat diketahui, model kincir angin tanpa lapisan

dapat menghasilkan torsi sekitar 0,23 N.m dan terjadi pada putaran 478 rpm.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Puta

ran ,

n (

Rpm

)

Torsi , T (N.m)


36

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Lapis

Seng



Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan putaran untuk model kicir

angin lapis seng lengkung

Dari Gambar 4.5 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis seng

lengkung dapat menghasilkan torsi sekitar 0,18 N.m pada putaran 433 rpm.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Puta

ran,

n (

Rpm

)

Torsi , T (N.m)


37

4.4.6 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Lapis

Anyaman Bambu



Gambar 4.6 grafik hubungan antara torsi dan putaran untuk model

kincir angin lapis anyaman bambu

Dari Gambar 4.6 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis anyaman

bambu dapat menghasilkan torsi sekitar 0,13 N.m pada putaran 385 rpm.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

Puta

ran,

n (

Rpm

)

Torsi , T (N.m)


38

4.4.7 Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (Cpmax) dan tip speed

ratio (tsr) untuk Kincir Angin Tanpa Lapisan

Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh

persamaan y = -3,8576x2 + 19,639x- 19,34 dimana y adalah koefisien daya dan x

menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan

tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derivatif yang diatur

sama dengan nol.

(-3,8576x

2 + 19,639x- 19,34) = 0

2(-3,8576)x + 19,639 = 0

-7,7152x + 19,639 = 0

7,7152x = 19,639

x =

x = 2,55

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa tip speed ratio

optimal, diperoleh sebesar 2,55

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam

persamaan sebagai berikut :

y = -3,8576x2 + 19,639x- 19,34

y = -3,8576(2,55)2 + 19,639(2,55) – 19,34

y = 5,78


39

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa koefisien daya

maksimal (Cpmax), diperoleh sebesar 5,78%

Gambar 4.7 grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk model kincir

angin tanpa lapisan


ratio (tsr) untuk Kincir Angin Lapis Seng


maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis seng diperoleh

persamaan y = -2,1762x2 + 10,914x – 9,3743 dimana y adalah koefisien daya dan x

menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan

tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derivatif persamaan

diatas yang diatur sama dengan nol.

y = -3,8576x2 + 19,639x - 19,34

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Ko

efis

ien d

aya,

% (

Cp)

Tip speed ratio, tsr


40

(-2.1762x

2 + 10.914x - 9.3743) = 0

2(-2,1762)x + 10,914 = 0

-4,3524x + 10,914 = 0

4,3524x = 10,914

x =

x = 2,5





y = -2,1762x2 + 10.914x - 9.3743

y = -2,1762 (2,5)2 + 10,914 (2,57) – 9,3743

y = 4,3




41

Gambar 4.8 Garfik hubungan antara Cp dan tsr unutk model kincir

angin lapis seng


ratio (tsr) untuk Kincir Angin Lapis Anyaman Bambu


maksimal dan tsr optimal untuk model kincir angin variasi sudu lapis anyaman

bambu diperoleh persamaan y = -2,2306x2 + 10,16x – 8,5503 dimana y adalah

koefisien daya dan x menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien

daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari

derevatif persamaan diatas yang diatur sama dengan nol.

(-2,2306x

2 + 10,16x – 8,5503) = 0

2(-2,2306)x + 10,16 = 0

-4,4612x + 10,16 = 0

4,4612x = 10,16

y = -2.1762x2 + 10.914x - 9.3743

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

Ko

efis

ien d

aya,

% (

Cp)

tip speed ratio, tsr


42

x =

x = 2,2





y = -2,2306x2 + 10,16x – 8,5503

y = -2,2306 (2,2)2 + 10,16 (2,02) – 8,5503

y = 3,00



Gambar 4.9 Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin lapis

anyaman bambu.

y = -2.2306x2 + 10.16x - 8.5503 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 1 2 3 4

Ko

efis

ien d

aya,

% (

CP)

tip speed ratio, tsr


43

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Lapisan Sudu Permukaan

Berikut ini adalah grafik-grafik perbandingan tiga variasi yakni, grafik daya

dengan torsi, grafik torsi dengan putaran/rpm, dan grafik koefisien daya (Cp)

dengan tip speed ratio (tsr).

4.5.1 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Maksimal (Cp) dan tip speed ratio

(tsr)

Data yang sudah diolah, dapat dilihat pada Gambar 4.12, grafik ini

menunjukan perbandingan antar ketiga variasi yang diteliti, yakni perbandingan

antara koefisien daya maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr). Dapat diketahui

bahwa model kincir angin dengan sudu tanpa lapisan memiliki koefisien daya yang

lebih besar dibandingkan dengan variasi yang lainnya, dikarenakan kincir angin

yang tanpa lapisan memiliki permukaan yang halus, sehingga tidak terjadi

hambatan.

Gambar 4.12. Grafik perbandingan koefisien daya maksimal(Cpmax) dan

tip speed ratio (tsr) untuk tiga variasi lapisan permukaan sudu

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6

Ko

efis

ien d

aya,

% (

Cp)

Tip speed ratio, tsr

1. polos

2. lapis seng

3. lapis anyaman

bambu

1

2

3


44

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin propeler tiga sudu dalam bentuk kerucut dari

bahan triplek ukuran 8 mm, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu poros horizontal dengan

tiga variasi, yakni sudu tanpa lapisan, sudu lapis seng, dan sudu lapis anyaman

bambu, dan telah digunakan untuk penelitian.

2. Kincir angin propeler tanpa lapisan dapat menghasilkan daya kincir output

sebesar 11,9 watt, pada kecepatan angin rata-rata 9,0 m/s dan koefisien daya

puncak sebesar 5,7% pada tip speed ratio 2,5.

Kincir angin propeler lapis seng dapat menghasilkan daya kincir output

sebesar 8,28 watt, pada kecepatan angin rata-rata 8,67 m/s dan koefisien daya

puncak sebesar 4,3% pada tip speed ratio 2,5.

Kincir angin propeler lapis anyaman bambu dapat menghasilkan daya kincir

output sebesar 5,37 watt, pada kecepatan angin rata-rata 8,63 m/s dan

koefisien daya puncak sebesar 3% pada tip speed ratio 2,2

3. Dari ketiga variasi sudu kincir angin yang diteliti, kincir angin tanpa lapisan

memiliki koefisien daya paling tinggi, dengan koefisien daya puncak 5,78%

pada tip speed ratio 2,5.


45

5.2. Saran

Setelah selesai melakukan penelitian pada model kincir angin poros

horizontal dengan tiga variasi, maka didapatkan kekurangan dan kelebihan dari

masing – masing variasi kincir angin. Saran-saran berikut ini bisa menjadi

referensi untuk penelitian kincir angin selanjutnya.

a. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai berbagai bentuk sudu

yang mampu meningkatkan unjuk kerja kincir.

b. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal, kehalusan kincir perlu diperhatikan,

karena semakin halus permukaan sudu kincir bagian belakang, maka

hambatannya akan semakin kecil.

c. Kepresisian dalam pemasangan kincir angin perlu diperhatikan untuk

mendapatkan hasil yang akurat.

d. Periksa dengan teliti komponen kincir dan komponen pendukung kincir

sebelum pengambilan data. Hal ini perlu dilakukan untuk meminimalisir rugi-

rugi yang dapat mempengaruhi unjuk kerja kincir.


46

DAFTAR PUSTAKA

Culp, Archie W., 1985, “Prinsip-Prinsip Konversi Energi.”, Terjemahan oleh

Darwin Sitompul, Erlangga, Bandung.

Daryanto,Y., 2007, “Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga

Bayu”, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005.

Pengelolaan Energi Nasional.

Daryanto, T. 2012, Energi Terbarukan, http://www.Kompas.comDiakses :

Tanggal 22April 2012.

Ginting, Soeripno, J., 1993, “Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir

Angin Poros Horisontal.”, Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung

Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 12

April 2015.

Kadir, A., 1995, “ Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial

Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

Sari, Eka. 2012, “Belanda Sang Negeri Kincir Angin”,

http://www.1powerbloger.com, diakses : Tanggal 22 April 2015


http://www.kompas.com/

http://www.1powerbloger.com/

plagiat merupakan tindakan tidak terpuji - core.ac.uk · model kincir angin yang diteliti...

Documents