plagiat merupakan tindakan tidak terpuji unjuk kerja...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DUA SUDU,

BERBAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 100 CM, LEBAR MAKSIMUM

13 CM, DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

ANDRA ADITYA ARIVANGGA

NIM :125214092

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF WIND TUNEL HORIZONTAL SHAFT TWO

BLADE MADE FROM COMPOSITE, IN DIAMETER 100 CM, THE

MAXIMUM OF WIDE 13 CM, AND THE DISTANCE 20 CM FROM THE

CENTER OF A SHAFT

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

ANDRA ADITYA ARIVANGGA

Student Number :125214092

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


vii

INTISARI

Di Indonesia kebutuhan energi listrik semakin meningkat dari tahun ke tahun.Hal ini di sebabkan karena, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi,dan pemakaian energi listrik yang terus bertambah. Namun peningkatan kebutuhanenergi listrik ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupunbatu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia. Pemanfaatan energiterbarukan saat ini sangat dibutuhkan sebagai pengganti bahan bakar minyak yangsemakin terbatas

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin sumbu horizontal dua suduberbahan komposit berdiameter 100cm, lebar maksimum 13cm dengan jarak daripusat poros 20cm. Terdapat tiga variasi kecepatan angin yaitu kecepatan angin 8,4m/s, variasi kecepatan angin 7,2 m/s, dan kecepataan angin 6,2 m/s. Untuk mencarikarateristik kincir angin maka poros kincir angin dihubungkan pada mekanismepembebanan lampu. Besarnya torsi diperoleh dari mekanisme timbangan digital,putaran kincir angin diukur menggunakan tachometer, kecepatan angin diukurmengguanakan anemometer dan ketersediaan angin dengan menggunakan windtunnel 15 Hp.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan kecepatan angin 8,4 m/s dapatmenghasilkan koefisien daya mekanis maksimum sebesar 18,03% pada tip speedratio 4,45, daya mekanis sebesar 49,51 watt dan daya listrik 23,56 watt pada torsisebesar 0,66 Nm. Kincir angin dengan kecepatan angin 7,2 m/s dapat menghasilkankoefisien daya mekanis maksimum sebesar 19,05% pada tip speed ratio 3,60 dayamekanis sebesar 32,95 watt dan daya listrik 20,6 watt pada torsi sebesar 0,64 Nm.Kincir angin dengan kecepatan angin 6,2 m/s dapat menghasilkan koefisien dayamekanis maksimum sebesar 23,06% pada tip speed ratio 4,07, daya mekanis sebesar25,40 dan daya listrik 12,4 watt pada torsi sebesar 0,48 Nm.

Kata kunci: kincir angin poros horisontal, koefisien daya, tip speed ratio


viii

ABSTRACT

In indonesia demand of electrical power increase from year to year. This

caused the increase of population, economic growth, and the electric energy

consumption continues to grow. But the increase in electric energy demand is not

followed by the availability of fuel oil, gas or coal as a source of energy power plant

in Indonesia. The utilization of renewable energy is currently very needed as a

replacement for oil fuel that is increasingly limited.

The Windmill has been explored is the horizontal axis windmill with two

vanes made from composite with a diameter of 100 cm, maximum width 13 cm, with

the distance from the Center shaft 20 cm. There are three variations of wind speed,

wind speed 8.4 m/s, wind speed variations of 7.2 m/s, and wind speed 6.2 m/s. To

find characteristics windmills so the shaft windmills connected to the mechanism of

imposition lights. The magnitude of torque obtained from the mechanisms of digital

scales , spin the windmill measured using a tachometer , wind speeds measured using

the anemometer and availability of the wind using wind tunnel 15 Hp.

From the results of this research, windmills with wind speed 8.4 m / s can be

produce the coefficients mechanical power maximum of 18,03 % in a tip speed ratio

4,45 , mechanical power of 49,51 watts and electrical power 23,56 watts to torsion of

0,66 nm .Windmills with wind speed 7.2 m / s can be produce the coefficients

mechanical power maximum of 19,05 % in a tip speed ratio 3,60, mechanical power

of 32,95 watts and electrical power 20.6 watts to torsion of 0,64 nm .Windmills with

wind speed 6.2 m / s can be produce the coefficients mechanical power maximum of

23,06 % in a tip speed ratio 4.07 , mechanical power of 25,40 and electrical power

12.4 watts to torsion of 0,48 nm .

Keywords : the horizontal axis windmill, power coefficient, tip speed ratio


ix

KATA PENGANTAR

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

anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros

Horisontal Dua Sudu, Berbahan Komposit, Berdiameter 100 cm, Lebar

Maksimum 13 cm Dengan Jarak 20 cm Dari Pusat Poros”

Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para

mahasiswa/mahasiswi 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, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis dan unjuk kerja kincir

angin terhadap variasi kecepatan angin.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih 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 dan

Dosen Pembimbing Akademik. .

3. Doddy Purwadianto, S.T. M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan

ilmu pengetahuan kepada penulis.

5. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan kepada

penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.


x

6. Ngarjo dan Rubiyem sebagai orang tua dari penulis, serta Betty Novita Utami dan

Celvina Dinda Auliani sebagai saudara dari penulis yang selalu berdoa,

mendukung secara material dan lain-lain kepada penulis.

7. Sahabat dan Rekan–rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya,

yang telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam

penyelesaian laporan tugas akhir.

8. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu yang telah berperan serta

membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu

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

dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan laporan tugas akhir. Penulis

mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini berguna dan bermanfaat untuk dapat

memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta

bagi para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, Februari 2017

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

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

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

PERYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................................... ........ v

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................................................ ........ vi

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

ABSTRACT............................................................................................................... ........ viii

KATA PENGANTAR .............................................................................................. ........ ix

DAFTAR ISI ............................................................................................................. ........ xi

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. ........ xiv

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

DAFTAR SIMBOL.................................................................................................... ........ xvii

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

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

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

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................................. ........ 3

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

1.5 Manfaat Penelitian .............................................................................................. ........ 4

BAB II DASAR TEORI ............................................................................................ ........ 5

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

2.2 Kincir Angin ..................................................................................................... ........ 8

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ................................................................. ........ 9

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ..................................................................... ........ 12


xii

2.3 Rumus - Rumus Perhitungan ............................................................................... ........ 14

2.3.1 Energi Daya Angin ................................................................................... ........ 14

2.3.2 Daya Kincir Angin .................................................................................... ........ 15

2.3.3 Daya Listrik .............................................................................................. ........ 17

2.3.4 Torsi kincir Angin ..................................................................................... ........ 17

2.3.5 Tip Speed Ratio (TSR)............................................................................... ........ 18

2.3.6 Koefisien Daya .......................................................................................... ........ 18

2.4 Komposit ............................................................................................................. ........ 19

2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit ..................................................................... ........ 19

2.4.2 Tipe Komposit Serat ................................................................................. ........ 21

2.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Komposit ......................................... ........ 23

2.4.4 Kelebihan Komposit ................................................................................. ........ 26

2.4.5 Kekurangan Komposit .............................................................................. ........ 26

2.5 Serat ..................................................................................................................... ........ 27

2.5.1 Serat Alami ............................................................................................... ........ 27

2.5.2 Serat Buatan .............................................................................................. ........ 29

2.5.3 Serat Kaca ................................................................................................. ........ 30

2.6 Polimer ................................................................................................................ ........ 32

2.6.1 Resin Polyester .......................................................................................... ........ 34

2.6.2 Kelebihan dan Kekurangan Resin ............................................................. ........ 34

BAB III METODE PENELITIAN............................................................................. ........ 35

3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................................................... ........ 35

3.2 Alat Penelitian ..................................................................................................... ........ 36

3.3 Desain Sudu Kincir Angin .................................................................................. ........ 41

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ........................................................................... ........ 42

3.5 Langkah Penelitian .............................................................................................. ........ 47


xiii

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN................................................. ........ 49

4.1 Data Hasil Penelitian............................................................................................ ........ 49

4.2 Pengolahan Data Perhitungan .............................................................................. ........ 52

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ........................................................................... ........ 52

4.2.2 Perhitungan torsi ........................................................................................ ........ 53

4.2.3 Perhitungan Daya kincir............................................................................. ........ 54

4.2.4 Perhitungan daya Listrik ............................................................................ ........ 54

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr).............................................................. ........ 55

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) Mekanis ............................................... ........ 56

4.3 Data Hasil Perhitungan ....................................................................................... ........ 57

4.4 Pembahasan grafik ............................................................................................... ........ 59

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan putar poros dan Torsi ..................... ........ 59

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Output dan Torsi ..................................... ........ 60

4.4.3 Grafik Hubungan Antara Cp (mekanis) dan TSR...................................... ........ 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................... ........ 65

5.1 Kesimpulan ......................................................................................................... ........ 65

5.2 Saran .................................................................................................................... ........ 66

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... ........ 67


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Angin Laut ............................................................................................. ........ 7

Gambar 2.2 Angin Darat ........................................................................................... ........ 7

Gambar 2.3 Angin Lembah ....................................................................................... ........ 8

Gambar 2.4 Angin Gunung ....................................................................................... ........ 8

Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal .............................................................. ........ 11

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal ................................................................. ........ 13

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Daya dan tip speed ratio............................................ ........ 16

Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya .................................... ........ 20

Gambar 2.9 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriknya ...................................... ........ 21

Gambar 2.10 Tipe discountinus fibre ........................................................................ ........ 22

Gambar 2.11 Tipe Komposit Serat............................................................................. ........ 23

Gambar 2.12 Jenis-jenis Serat Buatan ...................................................................... ........ 28

Gambar 2.13 Jenis-jenis Serat Alami ........................................................................ ........ 29

Gambar 2.14 Jenis – Jenis Serat Buatan .................................................................... ........ 31

Gambar 3.1 Diagram Alir yang Menggambarkan Langkah-langkah penelitian........ ........ 35

Gambar 3.2 Blade / Sudu ........................................................................................... ........ 37

Gambar 3.3 Tampilan Kincir Angin ......................................................................... ........ 37

Gambar 3.4 Fan Blower ............................................................................................ ........ 38

Gambar 3.5 Tachometer ............................................................................................ ........ 39

Gambar 3.6 Timbangan Digital ................................................................................. ........ 39

Gambar 3.7 Anemometer ........................................................................................... ........ 39

Gambar 3.8 Voltmeter................................................................................................ ........ 40

Gambar 3.9 Ampermeter ........................................................................................... ........ 40

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ................................................................ ........ 41


xv

Gambar 3.11 Desain Sudu kincir Angin ................................................................... ........ 41

Gambar 3.12 Pemotongan Pipa PVC ........................................................................ ........ 42

Gambar 3.13 Mal / Cetakan Kertas ........................................................................... ........ 43

Gambar 3.14 Mal / Cetakan Pipa .............................................................................. ........ 43

Gambar 3.15 Pelapisan Cetakan Pipa Dengan Alumunium Foil ............................... ........ 44

Gambar 3.16 Resin Dan Herdener ............................................................................ ........ 45

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Poros dengan Torsi PadaKetiga Variasi Kecepatan Angin ................................................................. ........ 60

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada variasi kecepatan angin8,4 m/s.......................................................................................................... ........ 61

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Output dan Torsi Untuk VariasiKecepatan Angin 7,2 m/s............................................................................. ........ 61

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Daya Output dan Torsi Untuk VariasiKecepatan Angin 6,2 m/s................ ............................................................. ........ 62

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Poros Dan Torsi Untuk KetigaVariasi Kecepatan Angin 8,4 m/s, 7,2 m/s, 6,2 m/s.............................................. 65


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1Tingkat Kecepatan Angin ........................................................................... ........ 5

Tabel 2.2 Sifat-sifat Serat........................................................................................... ........ 32

Tabel 2.3 Karakteristik Serat E-glass ........................................................................ ........ 32

Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin 8,4 m/s. .......................... ........ 50

Tabel 4.2 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s. .......................... ........ 50

Tabel 4.3 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s ........................... ........ 51

Tabel 4.4 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 8,4 m/s ......................... ........ 57

Tabel 4.5 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ......................... ........ 58

Tabel 4.6 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s ........................ ........ 58


xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar poros (rpm)

F Gaya pembebanan (N)

T Torsi (Nm)

Daya angin (Watt)

Daya listrik (Watt)

Daya kincir (Watt)

Tip Speed Ratio

Koefisien daya (%)

Koefisien daya maksimal (%)

m massa (kg)

Energi kinetic (wH)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

Waktu (s)

ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)

Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)

L Panjang lengan torsi (m)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Di Indonesia kebutuhan energi listrik semakin meningkat dari tahun ke

tahun. Hal ini di sebabkan karena, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan

ekonomi, dan pemakaian energi listrik yang terus bertambah. Namun peningkatan

kebutuhan energi listrik ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak,

gas maupun batu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia.

Dengan meningkatnya populasi manusia maka sumber daya energi fosil akan

lebih cepat terkuras dan lambat laun akan menipis dan akhirnya habis.

Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan sebagai pengganti

bahan bakar minyak yang semakin terbatas.

Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah

pemanfaatan energi angin. Potensi pemanfaatan energi angin di Indonesia masih

terbuka luas karena Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki banyak

pantai di setiap pulaunya, demikian juga potensi kecepatan angin yang dimiliki

juga cukup besar. Pemanfaatan energi angin di Indonesia belum optimal dan

penggunaannya masih belum efektif, maka diperlukan suatu mekanisme yang

tepat untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi yang tepat guna, salah

satunya adalah mengubah energi angin menjadi energi listrik.


2

Selama ini kincir angin yang digunakan di berbagai negara menggunakan

sudu yang terbuat dari material logam seperti aluminium, besi dan lain

sebagainya. Kelemahan unsur logam sebagai sudu kincir angin yaitu kecepatan

putaran kincir tidak maksimal karena potensi kecepatan angin di Indonesia tidak

begitu besar sehingga jika kincir angin seperti ini diterapkan di Indonesia

membutuhkan tenaga angin yang besar untuk mendorong sudu berputar (Taselan,

2005). Fibreglass merupakan nama dagang dari campuran resin polyester tidak

jenuh dengan penguatserat. Fibreglass merupakan bahan yang sangat bermanfaat

dalam dunia teknik. Polimer mudah dibuat dan penerapannya pun mencakup

berbagai bidang industri seperti industri serat, karet, plastik, cat dan perekat

(Sofyan, 2000). Resin polyester tidak jenuh berupa resin cair dengan viskositas

relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa

menghasilkan gas sewaktu pengerasan seperti banyak resin lainnya maka resin

polyester tidak jenuh perlu diberi tekanan untuk pencetakkan.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

a. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin

tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

b. Pengggunaan bahan komposit dalam pembuatan sudu.

c. Semakin menipisnya cadangan bahan bakar jenis fosil yaang digunakan

terlalu berlebihan.


3

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Membuat kincir angin sumbu horizontal dua sudu berbahan komposit

berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum 13 cm, dengan jarak

20 cm dari pusat poros.

b. Mengetahui koefisien daya tertinggi dari ketiga kecepatan angin.

c. Mengetahui unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal 2 sudu berbahan

komposit berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum 13 cm, dengan

jarak 20 cm dari pusat poros.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Model kincir angin di desain memiliki tipe horisontal berbahan

komposit.

b. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah dua sudu dan setiap sudu

memiliki berat 200 gram.

c. Menggunakan pipa berdiameter 8 inchi sebagai cetakan.

d. Pembebanan dalam penelitian menggunakan lampu bohlam.

e. Menggunakan beberapa alat diantaranya sebagai berikut: Menggunakan

fan blower dengan kekuatan 15 Hp, anemometer, tachometer,

timbangan digital, voltmeter, amperemeter.

f. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.


4

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dalam penelitian ini adalah:

a. Kincir angin ini dapat di manfaatkan sebagai salah satu alternatif

pemanfaatan energi terbarukan.

b. Dapat digunakan masyarakat luas

c. Kincir angin ini dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan

energi listrik dalam jumlah besar dan dapat dimanfaatkan untuk

kebutuhan masyarakat luas.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Angin adalah suatu energi yang sangat berlimpah yang tersedia di alam,

pembangit listrik tenaga angin mengkonversikan energi angin menjadi energi

listrik dengan menggunakan sebuah alat yang disebut kincir angin atau turbin

angin. Caranya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin atau

kincir angin dan diteruskan pada rotor pada generator dibagian belakang kincir

angin, sehingga akan menghasilkan listrik yang biasanya akan disimpan kedalam

sebuah baterai terlebih dahulu sebelum di manfaatkan.

Syarat- syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan

energi listrik dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin.Sumber :http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf, diakses

November 2016.Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas Permukaan Tanah

Kelas

Angin

Kecepatan

angin

(m/d)

Kondisi Alam di Daratan

1 0.00 – 0.02 ------------------------------------------------

2 0.3 – 1.5 Angin bertiup, asap lurus keatas.

3 1.6 – 3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin.

4 3.4 – 5.4Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang

pelan, petunjuk arah angin bergerak.

5 5.5 – 7.9Debu dijalan, kertas berterbangan, ranting pohon

bergoyang.


6

6 8.0 – 10.7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar.

7 10.8 – 13.8Ranting pohon besar bergoyang, air kolam

berombak kecil.

8 13.9 – 17.1Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa

ditelinga.

9 17.2 – 20.7Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat

melawan arah angin.

10 20.9 – 24.4 Dapat mematahkanranting pohon, rumah rubuh.

11 24.5 – 28.4Dapat merubuhkan pohon, dapat menimbulkan

kerusakan.

12 28.5 – 32.5 Dapat menimbulkan kerusakan parah.

13 32.6 – 42.3 Tornado

Angin kelas 3 adalah batas minimun angin untuk menggerakan sebuah kincir

angin dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat

dipergunakan untuk menghasilkan energi listrik.

Jenis – jenis angin antara lain :

1. Angin laut

Angin laut adalah angin yang berhembus dari dari arah laut ke arah darat

dan biasanya ngain laut ini terjadi pada siang hari. Hal ini disebabkan karena

daratan memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan temperatur di

laut seperti yang didapat dilihat pada gambar 2.1 angin laut biasanya

digunakan oleh para nelayan untuk pulang sehabis menangkap ikan.


7

2. Angin darat

Angin darat adalah angin yang berhembus dari arah daratan ke arah lautan

dan biasanya angin darat ini berlangsung pada malam hari. Hal ini terjadi

karena temperatur laut lebih tinggi dari pada temperatur yang ada didaratan

seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2 angin darat ini biasa dimanfaatkan

oleh para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan menggunakan perahu

layar.

Gambar 2.1 Angin Laut. Gambar 2.2 Angin darat.Sumber : https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-

unsur-iklim-dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/, diakses Februari2017.

3. Angin lembah

Angin lembah adalah angin yang berhembus dari lembah ke puncak

gunung dan biasanya angin jenis ini terjadi pada siang hari. Arah hembusan

angin yang disebabkan karna adanya perbedaan temperature antara puncak

gunung dan lembah, puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari

sehingga tekanan yang ada dipuncak menjadi turun dan terjadi aliran udara.


8

4. Angin gunung

Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di

kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung

menuju lembah. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami

pendinginan lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga

tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas

permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.3 Angin Lembah Gambar 2.4 Angin GunungSumber: https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit

diakses Februari 2017.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh energi angin yang

digunakan untuk mengkonversi energi ke energi yang lain. Kincir angin pada

awalnya dimanfaatkan oleh para petani untuk menumpuk hasil pertanian, irigasi,

memompa air dan penggiling gandum. Kincir angin awalnya banyak dibuat di

Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya yang lebih dikenal dengan

nama windmill. Kincir angin modern adalah kincir angin yang saat ini banyak

digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Kini kincir angin lebih banyak

digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat dengan menggunakan

prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang tidak dapat


9

habis yaitu angin. Walaupun saat ini pembangunan kincir angin belum bisa

mengimbangi pembangkit listrik konvensional (contoh : PLTU, PLTD dan lain –

lain) akan tetapi kincir angin saat ini terus dikembangkan oleh para ilmuwan

dikarenakan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah

kekurangan sumber daya alam tak terbarui ( Batu bara, minyak bumi, gas) sebagai

bahan dasar pembangkit listrik.

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibagi menjadi dua kelompok

utama yaitu : kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam

penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horisontal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

adalah kincir angin yang poros utamnya sejajar dengan arah datangnya angin.

Kincir angin jenis ini banyak digunakan oleh para petani garam di Indonesia

untuk memompa air laut. Adapun kelebihan dari kincir angin jenis HAWT antara

lain :

1. Adanya gaya angkat yang di berikan angin sehingga membuat kecepatan sudu

kincir bisa lebih besar dari pada kecepatan angin.

2. Kincir jenis ini dapat mengkonversi angin pada saat kecepatan angin tinggi.

3. Tidak memerlukan sudut orientasi.

4. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

5. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada

diatas menara.


10

6. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju

rotor.

7. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

Dari beberapa kelibihan diatas kincir jenis HAWT ini juga mempunyai beberapa

kekurangan antara lain :

1. Karna arah datangnya angin yang tidak menentu dibutuhkan mekanisme lain

antara lain penambahan ekor pengarah angin.

2. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah yang

berat (Gearbox dan Generator).

3. Pembuatan dan pemasangan sudu kincir angin poros horisantal yang sulit

sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk proses pengerjaannya.

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal antara lain : American windmill,

cretan sail windmill, Dutch four arm dan Rival calzonil, seperti yang ditunjukan

pada gambar 2.5.


11

(a) (b)

(c) (d)Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal

(a) American windmill, (b) cretan sail windmill, (c) Dutch four arms, (d) Rivalcalzoni

(a) Sumber : http://www.awwasc.com diakses November 2016(b) Sumber : http://www.dilos.com diaakses November 2016(c) Sumber ; http://s-media-cache-ak0.pining.com diakses November 2016(d) Sumber : http://www.awwasc.com diakses November 2016


12

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau vertical axis wind turbine (VAWT) adalah

salah satu kincir angin yang arah posisi porosnya tegak lurus dengan datangnya

angin atau dengan pengertian lain jenis kincir seperti ini dapat mengkonversi

tenaga angin dari segala arah. Adapun kelebihan dari kincir angin jenis VAWT

antara lain :

1. Dapat menerima angin dari arah manapun.

2. Memiliki torsi yang besar walaupun putaran porosnya rendah.

3. Mampu bekerja pada putaran yang rendah.

4. Memiliki luasan frontal yang besar karna dalam perhitungan luasan berbentuk

persegi panjang.

Dari beberapa kelebihan yang terdapat pada kincir angin jenis VAWT di atas

namun kincir angin jenis VAWT ini juga memiliki beberapa kekurangan yaitu :

1. Bekerja pada angin rendah, sehingga energi yang dihasilkan sangat kecil.

2. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko

kecelakaan yang besar bagi manusia.

3. Sudu yang mampu mendapatkan energi angin dinamakan downwind dan sudu

yang menolak angin dinamakan upwind, sudu bagian ini cenderung

menghambat putaran poros.

4. Dari desainnya, berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan (bearing)

menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir angin poros

vertikal yang ada.


13

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal.(a) Quet Revolution , (b) Wepower, (c) Darrieus wind turbine , (d) Savonius windturbine.

(a) Sumber : http://www.bdonline.co.uk diakses November 2016.(b) Sumber : http://www.alternativeconsumer.com diakses November 2016.(c) Sumber : https://en.wikipedia.org diakses November 2016.(d) Sumber : www.pinterest.com diakses November 2016.


14

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan

Dalam penelitian kerja kincir angin sangat diperlukan beberapa rumus

perhitungan, antara lain sebagai berikut.

2.3.1 Energi dan Daya Angin

Energi angin adalah energi yang dimiliki angin karna adanya kecepatan,

karna adanya tenaga yang dimiliki angin maka dinamakan energi kinetik angin.

Maka secara umum energi kinetik angin dapat dirumuskan :

Ek= m v2 (1)

yang dalam hal ini :

Ek : Energi kinetik, J (joule)

m : massa udara (kg)

v : kecepatan angin (m/s)

Dari persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi

kinetik angin tiap satuan waktu ( J/s ) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis

menjadi :

Pin = ṁ v2 (2)


Pin : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)

ṁ : massa udara yang menggalir dalam satuan waktu (kg/s)


Aliran udara yang menggalir per satuan waktu adalah :

ṁ = ρ A v (3)


15


ρ : massa jenis udara (kg/m3)

A : daerah sapuan angin, (m2)


Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka

dapat diperoleh rumusan daya angin :

Pin = ( ρ A v) v2

dapat disederhanakan menjadi :

Pin = ρ A v3 (4)

2.3.2 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah suatu daya yang dihasilkan oleh kincir angin

akibat adanya kerja yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi energi

kinetik menjadi energi potensial. Daya kincir angin tidak sama dengan daya angin,

karna daya kincir angin dipengaruhi oleh koefesien daya angin. Pada suatu

penelitian yang dilakukan oleh seorang insiyur dari Jerman yang bernama Albert

Bets telah ditemukan efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3%.

Angka ini dikatakan Bets Limits, pada gambar 2.7 disajikan koefisien daya

beberapa kincir.


16

Gambar 2.7 Grafik hubungan Koefisien daya dan tip speed ratio maksimalbeberapa jenis kincir.

Sumber : http://mcensustainableenergy.pbworks.com diakses November 2016.

Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros

kincir angin dapat dirumuskan :

Pout = T ω (5)


Pout : daya yang dihasilkan kincir angin (watt).

T : torsi (N.m).

ω : kecepatan sudut (rad/s).

Kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang

digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konvesi satuan yang menghubungkan

putaran dan keepatan sudut adalah 1 rpm = 2 /60 rad/det, maka persamaan (6)

dapat di konversi menjadi :


17

Pk = T (6)


: putaran poros (rpm)

2.3.3 Daya Listrik

Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator, daya

listrik dapat ditulis dengan persamaan sabagai berikut :

Pout = V I (7)


Pout : daya listrik (watt)

V : tegangan (Volt)

I : arus yang menggalir pada beban (Ampere)

2.3.4 Torsi Kincir Angin

Gaya yang bekerja pada poros baik itu pada jenis kincir angin poros

horizontal maupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya

dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran

yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap

smbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi. Secara teori

dapat dirumuskan :

T = F l (8)


T : torsi akibat putaran poros (N.m)


18

l : panjang lengan torsi ke poros (m)

F : gaya yang di berikan pada kincir (N)

2.3.5 Tip Speed Ratio (TSR)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya, tsr dapat

dirumuskan :

TSR = (9)


r : jari-jari kincir (m)

n : putaran poros (rpm)


2.3.6 Koefisien Daya

Koefisien daya atau power coeffisient (Cp) adalah bilangan daya tak

berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir

dengan daya yang dihasilkan angin sesuai teori yang sudah ada, maka dapat

dirumuskan :

Cp = 100% (10)


Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt)

Pin : daya yang dihasilkan angin (watt)


19

2.4 Komposit

Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai

suatu kombinasi yang menyatu dan mempunyai sifat mekanik dan karakteristik

yang berbeda dari bahan material pembentuknya. Bahan komposit pada umumnya

terdiri dari dua unsur, yaitu :

a. Filler (pengisi)

Filler mempunyai fungsi sebagai pengisi, filler digunakan untuk menahan

gaya yang bekerja pada komposit dan juga berfungsi untuk menentukan

karakteristik dari komposit seperti kekakuan, kekuatan, serta sifat mekanik

lainnya.

b. Matrik

Matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja

dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi.

oleh karena itu untuk bahan filler sebaiknya menggunakan bahan yang kuat, kaku

dan getas, sedangkan untuk bahan matrik sebaiknya menggunakan bahan-bahan

yang liat dan tahan terhadap perlakuan kimia.

2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit

Klasifikasi komposit berdasarkan penguat yang digunakannya :

a. Fibrous Composites (Komposit Serat)

Komposit ini merupakan komposit yang terdiri dari satu lapisan atau dua

lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat yang

digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fiber, dan aramid fiber. Serat ini


20

bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu, bahkan bisa juga

dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman.

b. Laminated Composites (Komposit Laminat)

Komposit ini merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih

yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristiknya

sendiri.

c. Particulate Composite (Komposit Partikel)

Komposit ini merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk

sebagai bahan penguatnya dan terdistribusikan secara merata dalam

matriknya.

Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya.

Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

a. Polymer Matrik Composites (komposit matrik polimer)

Komposit jenis ini adalah komposit yang sering digunakan. Komposit

jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya.

Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah untuk dibentuk mengikuti

profil yang digunakan, memiliki kekuatan yang baik, dan lebih ringan

dibandingkan jenis komposit yang lainnya.


21

b. Metal Matrik Composites (Komposit Matrik Logam)

Komposit jenis ini adalah jenis komposit yang menggunakan suatu logam

seperti alumunium sebagai matriknya. Kelebihan dari jenis komposit model

ini adalah tahan terhadap temperature tinggi, memiliki kekuatan tekan dan

geser yang baik, dan tidak menyerap kelembaban udara.

c. Ceramic Matrik Composites (Komposit Matriks keramik)

Komposit jenis ini merupakan komposit yang menggunakan bahan

keramik sebagai bahan matriknya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki

kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi serta tahan

terhadap temperature yang tinggi.

Gambar 2.9 Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya.

2.4.2 Tipe Komposit Serat

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit,

yaitu :

1. Continuous Fibre Composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus serta membentuk

lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antara

lapisan.


22

2. Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang

tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3. Discontinous Fibre Composite

Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek,

tipe ini dibedakan lagi menjadi 3, yaitu :

a. Aligned discontinous fibre

b. Off-axis aligned discontinous fibre

c. Randomly oriented dicontinous fibre

a) aligned b) off-axis c) randomlyGambar 2.10 Tipe discontinous fibre.

4. Hybrid Fibre Composite

Hybrid Fibre Composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat

lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti

kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite


23

Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite

Gambar 2.11 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994).

2.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Komposit

1. Faktor Serat

Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat

memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga

diharapkan mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk

menahan gaya yang terjadi.

2. Letak Serat

a. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.

b. Two dimensional reinforcement (planer), mempunyai kekuatan pada arah

atau pada masing-masing arah orientasi serat.

c. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic yang

kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya. Pada

pencapuran dan arah serat mempunyai beberapa keunggulan, jika orientasi

serat semakin acak (random) maka sifat mekanik pada 1 arahnya akan

melemah, bila arah tiap serat menyebar maka kekuatannya juga akan

menyebar kesegala arah maka kekuatan akan meningkat.


24

3. Panjang Serat

Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat

berpengaruh terhadap kekuatan. Ada dua pengunaan serat dalam campuran

komposit, yaitu serat pendek dan serat panjang. Serat panjang lebih kuat

dibandingkan serat pendek. Serat alami dibandingkan serat sintetis

mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya.

Oleh karena itu panjang dan diameter sangat bepengaruh pada kekuatan

maupun modulus komposit. Ditinjau dari teorinya, serat panjang dapat

mengalirkan beban maupun tegangan dari titik tegangan ke arah serat yang

lain. Pada struktur continous fiber yang ideal, serat akan bebas tegangan atau

mempunyai tegangan yang sama. Selama fabrikasi, beberapa serat akan

menerima tegangan yang tinggi dan yang lain mungkin tidak terkena

tegangan sehingga keadaan di atas tidak dapat tercapai.

4. Bentuk Serat

Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu

mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Pada

umumnya, semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan

komposit yang lebih tinggi. Selain bentuknya kandungan seratnya juga

mempengaruhi.


25

5. Faktor Matrik

Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi

sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik,

sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat

membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu

matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak

diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk

memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan

terhadap panas, tahan terhadap cuaca yang buruk dan tahan terhadap

goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material

matrik. Bahan yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit

ada dua macam, yaitu thermoplastik dan termoset.

Macam-macam jenis dari thermoplstik dan termoset yaitu :

1) Thermoplastik

a. Polyamide (PI)

b. Polysulfone (PS)

c. Poluetheretherketone (PEEK)

d. Polyhenylene Sulfide (PPS)

e. Polypropylene (PP)

2) Termoset

a. Epoksi

b. Polyester


26

c. Phenolic

d. Plenol

e. Resin Amino

6. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada

bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan

semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan

bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.

2.4.4 Kelebihan Komposit

Kelebihan-kelebihan menggunakan bahan komposit yaitu :

1. Komposit dapat dirancang dengan kekakuan dan kekuatan yang tinggi.

2. Komposit dapat terhindar dari korosi,

3. Komposit memiliki mampu redam yang baik,

4. Komposit lebih ringan dan kuat. (Viktor Malau, 2010)

2.4.5 Kekurangan Komposit

Disamping dari kelebihan yang dipunyai oleh komposit, komposit ini juga

mempunya beberapa kekuranngan yaitu :

1. Komposit bersifat anisotropik yang memiliki sifat berbeda antara satu lokasi /

orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya,

2. Komposit tidak aman terhadap serangan zat-zat tertentu,


27

3. Komposit relatif mahal,

4. Komposit memerlukan pembuatan yang relatif lama. (Viktor Malau, 2010)

Komposit dari bahan serat (fibrous composite) terus diteliti dan dikembangkan

guna menjadi bahan alternatif pengganti bahan logam, hal ini disebabkan sifat dari

komposit serat yang kuat dan mempunyai berat yang lebih ringa dibandingkan

logam. (Hendriwan Fahmi, et all., 2011)

2.5 Serat

Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen

yang berbentuk seperti jaringan yang memanjang yang utuh. Serat ini dibagi

menjadi dua kategori, yakni serat alam dan serat buatan. Serat alam menurut

Jumaeri (1997:5) yaitu “Serat yang langsung diproleh dialam”. Sedangkan serat

buatan menurut Jumaeri, (1979:35), yaitu “Serat yang molekulnya disusun secara

sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yakni kuat dan tahan

terhadap gesekan”. Klasifikasi serat dapat dilihat pada Gambar 2.8.

2.5.1 Serat Alami

Serat alami meliputi serat yang diproduksi oleh tumbuh-tumbuhan, hewan,

dan proses giologis. Serat jenis ini memiliki sifat yang dapat lapuk atau dapat

mengalami pelapukan. Serat alami dapat digolongkan kedalam :

1. Serat tumbuhan / serat pangan, biasanya tersusun atas selulosa, hemiselulosa

dan kadang-kadang mengandung pula lignin. Contoh dari serat jenis ini yaitu,

katun dan kain ramie. Saat tumbuhan digunakan sebagai bahan pembuat


28

kertas dan tekstil serta serat tumbuhan itu juga penting bagi nutrisi bagi

manusia.

2. Serat kayu, umumnya serat kayu didapat dari tumbuhan yang memiliki batang

yang besar dan tumbuhan yang berkayu.

3. Serat hewan, umumnya serat ini tersusun atas protein tertentu. Contoh serat

hewan yang di pergunakan oleh manusia adalah serat ulat (sutra) dan bulu

domba (woll).

4. Serat mineral, pada umumnya serat ini dibuat dari asbetos. Saat ini asbestos

adalah satu-satunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat

yang panjang. Jenis – jenis serat alami dapat dilihat pada gambar 2.13

Gambar 2.12 Jenis-jenis serat buatan.Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-

Serat-Sintetis.bmp. diakses November 2016.


29

Gambar 2.13 Jenis-jenis serat alami.Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-

Serat-Alam.bmp. Diakses November 2016.2.5.2 Serat Buatan

Serat buatan atau serat sintesis umumnya berasal dari bahan petrokimia.

Namun, ada pula serat sintetis yang dibuat dari selulosa alami seperti rayon. Serat

sintetis dapat diproduksi secara murah dalam jumlah yang besar. Serat buatan

terbentuk dari polimer-polimer yang berasal dari alam maupun polimer-polimer

buatan yang dibuat dengan cara kepolimeran senyawa-senyawa kimia. Semua

proses pembuatan serat dilakukan dengan menyemprotkan polimer yang

berbentuk cairan melalui lubang-lubang kecil (spinneret).


30

Serat buatan mempunyai sifat-sifat umum antara lain:

1. Sangat kuat dan tahan gesekan,

2. Dalam keadaan kering atau basah kekuatannya tetap sama kecuali asetat,

3. Sulit mengisap air karena memberi rasa lembab,

4. Tahan alkali, tahan ngengat, jamur, serangga, dan lain-lain,

5. Peka terhadap panas.

2.5.3 Serat Kaca

Serat kaca atau yang biasa disebut fiberglass adalah kaca cair yang ditarik

menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Serat ini

dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain, yang kemudian diresapi

dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi. Serat kaca

adalah bahan yang paling sering digunakan sebagai bahan penguat. Sebagai bahan

baku penguat, pada umumnya dipakai gelas-non alkali (gelas jenis E). Serat gelas

ini memiliki kekuatan tarik yang tinggi, kira-kira 1000 kali lebih kuat dari kawat

baja (90 kgf/mm2). Selanjutnya massa jenisnya kira-kira 2,5 lebih rendah

dibandingkan dengan baja 7,9 sedangkan modulus elastikya agak rendah.

Serat gelas terbagi menjadi 3 jenis yaitu serat E-glass, serat C-glass dan

serat S- glass. Sifat - sifat serat gelas dapat dilihat pada tabel 2.2 sedangkan tabel

2.3 berisi karakteristik mekanik komposit dari beberapa serat glass.


31

Gambar 2.14 Jenis-jenis serat buatan.Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Sintetis.bmp. diakses November 2016.


32

Tabel 2.2 Sifat-sifat serat.

Sumber: Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009

Tabel 2.3 Karakteristik serat E-glass.

Sumber: Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009.

2.6 Polimer

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunkan biasa disebut

polimer penguat serat (FRP-Fibre Reinforced Polymers of Plastic). Klasifkasi

jenis-jenis polimer berdasarkan ketahanan terhadap perlakuan panas antara lain

sebagai berikut:

a. Polimer Thermosplastic

Polimer thermoplastic adalah polimer yang dapat digunakan berulang kali

dengan menggunakan bantuan panas, karena polimer jenis ini tidak tahan


33

terhadap perlakuan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan

menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu

panas tertentu dan mengeras seiring perubahan suhu serta mempunyai sifat

dapat kembali ke sifat aslinya yaitu kembali mengeras apabila didinginkan.

Contoh polimer thermoplastic sebagai berikut:

1. Poliestilena(PE) antara lain botol plastic, mainan, ember, drum, pipa

saluran, kantong plastik dan jas hujan.

2. Polivinilklorida (PVC) antara lain pipa air, pipa kabel listrik, kulit

sintetis, ubin plastik, dan botol detergen.

3. Polipropena (PP) antar lain karung, tali, bak air, kursi plastic dan

pembungkus tekstil.

4. Polistirena antar lain penggaris dan gantungan baju (hanger).

b. Polimer thermosetting

Polimer thermosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan

terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan tidak akan meleleh sehigga tidak

dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer jenis ini bersifat permanen.

Pemanasan dengan suhu tinggi tidak akan melunakan polimer thermoseting

melaikan membetuk arang dan terurai karena sifat-sifat yang demikian maka

thermoset sering digunakan sebagai penutup ketel. Contoh dari termoset yaitu

fitting lampu listrik, steker listrik, dan asbak.


34

2.6.1 Resin Polyester

Resin Polyester merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya

sering disebut polyester. Resin ini berupa cairan dengan viskositas yang

relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa

menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya.

(Hendriwan Fahmi, et all., 2011).

Resin polyester terbagi menjadi beberapa jenis antara lain:

1. Polyester (Orthophtalic)

Merupakan salah satu tipe resin yang memiliki daya tahan yang baik

terhadap proses korosi air laut dan reaksi kimia.

2. Polyester (Isophtalic)

Sifat resin ini memiliki daya tahan yang baik terhadap panas dan larutan

asam, memiliki kekerasan yang lebih tinggi, serta kemampuan menahan

resapan air (abesion) yang lebih baik bila dibandingkan dengan resin tipe

Orthophtalic.

2.6.2 Kelebihan dan Kekurangan Resin

Jenis polimer yang sering dipakai adalah resin polyester yang memiliki

kelebihan : ringan, mudah dibentuk, tahan korosi dan murah. Tetapi polyester juga

memiliki kekurangan karena sifat dasarnya kaku dan rapuh sehingga sifat

mekaniknya lemah terutama ketahanan terhadap uji impact.


35

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis

data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram alir seperti

yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir yang menggambarkan langkah-langkah penelitian.

Perancangan sudu kincir angin sumbu horisontal 2 sudu

Mulai

Pembuatan kincir angin sumbu horisontal 2 sudu berbahankomposit dengan diameter sebesar 100 cm, lebar maksimum sudu

13 cm pada jarak 20 cm dari pusat poros

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir,gaya pengimbang, hambatan, tegangan dan arus

Pengolahan data untuk mencari Koefisien daya mekanis pada TSRoptimal, daya output mekanis dan daya output listrik pada torsi dan

putaran poros

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


36

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu:

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur

yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung

jawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi

Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi

dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk

memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan secara langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung

terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada wind tunnel.

3.2 Alat Penelitian

Model kincir angin propeler dengan bahan komposit, kincir dibuat dengan

diameter 1 meter.

1. Sudu kincir angin

Ukuran sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima

energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu berputar. Semua sudu


37

memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu yang dibuat dapat dilihat pada

Gambar 3.2.

gafaf

Gambar 3.2 Sudu kincir angin.

2. Dudukan sudu

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi

untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan

sudu ini memiliki dua belas lubang untuk pemasangan sudu, untuk mengatur

sudu kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disusaikan

dengan kebutuhan yang diperlukan. Dudukan sudu dapat dilihat pada

Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu kincir angin.


38

3. Fan blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara dan menghembuskannya

ke arah kincir angin. Fan blower dengan kekuatan 15 Hp. Gambar 3.4

menunjukkan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.4 Fan Blower.

4. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengatur kecepatan

putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per

minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer,

cara kerjanya cukup sederhana, kita hanya menekan tombol utama dan

mengarahkan cahaya merah ke arah yang sudah ditentukan. Gambar 3.5

bentuk dari menunjukkan tachometer.

5. Timbangan Digital

Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada

saat kincir angin berputar. Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari timbangan


39

digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakkan

pada bagian lengan generator.

Gambar 3.5 Tachometer. Gambar 3.6 Timbangan Digital.

6. Anemometer.

Anemometer berfungsi unutk mengukur kecepatan angin dari fan

blower. Anemometer diletakkan diantara fan blower dan kincir. Gambar 3.7

menunjukkan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.7 Anemometer.


40

7. Voltmeter

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir

angin oleh setiap variasinya. Voltmeter ini dipasang pada terminal yang telah

disediakan. Gambar 3.8 menunjukkan gambar dari voltmeter.

8. Amperemeter

Amperemeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh

kincir angin dengan setiap variasinya. Amperemeter juga diletakkan pada

terminal. Gambar 3.9 menunjukkan bentuk dari amperemeter.

G

Gambar 3.8 Amperemeter Gambar 3.9 Voltmeter

9. Pembebanan

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu, lampu

bermaksud untuk mengetahui performa dar kincir angin. Variasi voltase

lampu yang diberikan bermaksud supaya yang dihasilkan bervariasi. Lampu

yang digunakan adalah lampu 100 Watt, 75 Watt, 60 Watt, 40 Watt, dan 25

Watt. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan pada gambar 3.10


41

Gambar 3.10 Pembebanan lampu

3.3 Desain Sudu Kincir Angin

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar tersebut menunjukkan bahwa kincir angin yang dibuat diameternya

berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 13 cm. Gambar 3.11 menunjukkan

desain dari sudu kincir angin.

Gambar 3.11 Desain sudu kincir angin.


42

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin

Dalam proses pembuatan sududilakukan melalui beberapa tahapan. Adapun

tahapan tersebut sebagai berikut:

A. Pembuatan cetakan pipa

1. Melakukan pemotongan pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai cetakan dari proses pembuatan sudu

kincir angin yang dimana bahan yang digunakan dalam proses

pembuatannya adalah komposit. Proses pemotogan menggunakan gerinda

dengan panjang pipa yang digunakan adalah 50 cm. setelah dilakukan

proses pemotongan, kemudian pipa dengan panjang 50 cm tersebut

dibelah menjadi 2 bagian. Pipa yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8

inchi, pemotongan pipa seperti ditujukkan pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa.

2. Membentuk cetakan kertas.

Cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa yang akan

dijadikan cetakan sudu. Setelah cetakan kertas dibentuk, kertas tersebut

ditempelkan ke pipa, kemudian pipa ditandai sesuai dengan cetakan


43

menggunakan spidol. Cetakan kertas seperti yang ditunjukkan oleh

gambar 3.13

Gambar 3.13 Cetakan Kertas

3. Membentuk pipa dengan menggunakan cetakan kertas.

Pipa yang telah ditandai dengan cetakan kertas tersebut kemudian

dipotong menggunakan gerinda. Proses ini harus dilakukan secara teliti

karena harus benar-benar mengikuti cetakan dari kertas tersebut. Proses

pembentukan pipa menjadi cetakan tersebut ditunjukkan pada gambar

3.14.

Gambar 3.14 Cetakan Pipa


44

4. Menghaluskan sisi-sisi pipa.

Setelah pipa dibentuk sesuai dengan cetakan kertas tahap

selanjutnya adalah menghaluskan pinggir-pinggir pipa tersebut karena

masih kasar karena potongan dari gerinda agar mendapatkan ukuran yang

presisi seperti yang kita inginkan.

B. Proses pencetakan sudu

1. Pelapisan cetakan pipa dengan alumunium foil.

Setelah pipa siap digunakan untuk pencetakan sudu, pipa

sebelumnya dilapisi menggunakan alumunium foil, tujuannya agar pipa

nantinya setelah dipakai pencetakan masih bisa dipakai kembali, karena

bila tidak dilapisi maka resin akan menempel pada pipa dan pipa. Proses

pelapisan cetakan dapat dilihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.15 Pelapisan cetakan pipa.

2. Pencampuran resin dan hardener.

Pencampuran resin dan herdener dilakukan dengan perbandingan

10:1, karena resin adalah bahan utama dari pembuatan sudu ini sedangkan


45

hardener adalah bahan tambahan yang digunakan untuk membuat resin

lebih cepat mengeras. Adapun kedua bahan tersebut dapat dilihat pada

gambar 3.16

3.16 Resin dan Harderner.

3. Pembuatan sudu.

Dalam pembuatan sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari

resin, hardener dan serat kaca. Proses pembuatan sudu dilakukan secara

berulang dan cepat, karena menghindari resin yang mengeras akibat

terlalu lama dan juga saya melakukan empat kali pelapisan agar mencapai

berat yang ideal. Langkah-langkah pembuatan sudu tersebut adalah

sebagai berikut:

1. Melakukan pelapisan cetakan menggunakan alumunium foil.

2. Mengoleskan campuran resin yang telah dicampur dengan hardener.


46

3. Melakukan peletakkan serat kaca pada cetakan yang telah dioleskan

resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada cetakan dan

juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan agar tidak ada

udara yang tertinggal didalamnya.

4. Melakukan pengoleskan kembali dengan campuran resin dan

hardener diatas serat kaca yang pertama secara merata.

5. Melakukan peletakkan serat kaca kedua pada cetakan yang telah

dioleskan resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada

cetakan dan juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan

agar tidak ada udara yang tertinggal didalamnya.

6. Melakukan pengolesan kembali campuran resin dan hardener diatas

serat kaca kedua secara merata.

7. Melakukan peletakkan serat kaca ketiga pada cetakan yang telah




8. Melakukan pengolesan kembali campuran resin dan hardener diatas

serat kaca ketiga secara merata.

9. Melakukan peletakkan serat kaca keempat pada cetakan yang telah





47

10. Melakukan kembali pengolesan resin dan hardener pada serat kaca

yang terakhir dan sebisa mungkin meratakannya karena akan

mempermudah nantinya pada saat proses finishing.

4. Pengeringan sudu

Setelah proses pembuatan sudu dilakukan, kemudian sudu

dikeringan dengan dijemur dibawah terik matahari. Proes pengeringan ini

dilakukan selama kurang lebih 2 hari.

5. Finishing sudu

Proses finishing sudu meliputi: Pemotongan sisi samping sudu yang

masih kurang rapi karena sisa serat kaca, penghalusan permukaan, dan

pewarnaan sudu, dan pengurangan berat sudu. Pengurangan berat sudu

dilakukan agar berat sudu semua sama yaitu 200 gram.

6. Pembuatan lubang baut

Pembuatan lubang baut dilakukan menggunakan mesin bor dengan

diameter 10 mm.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

pemasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan poros penghubung kincir

angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di bagian belakang kincir angin.

Proses pengambilan data kecepatan angin, rpm, tegangan, arus listrik dan

pembebanan kincir angin ada beberapa hal yang perlu dilakukan, yaitu:


48

1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.

2. Dilakukan pemasangan blade/sudu pada dudukan sudu.

3. Dilakukan pemasangan anemometer pada tiang yang berada diantara kincir dan

fan blower untuk mengukur kecepatan angin.

4. Dilakukan pemasangan timbangan digital pada lengan generator.

5. Alat pengukur berupa voltmeter, amperemeter, dan pembebanan lampu

dihubungkan pada terminal.

6. Jika sudah siap, fan blower dihidupkan dan atur kecepatannya dengan melihat

anemometer.

7. Percobaan pertama kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 6,2 m/s,

percobaan kedua kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 7,2 m/s,

percobaan ketiga kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 8,4 m/s.

8. Dilakukan pengamatan selama waktu yang telah ditentukan.


49

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Pada pengujian unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal 2 sudu berbahan

komposit dilakukan dengan tiga variasi angin yaitu angin 8,4 m/s, 7,2 m/s, dan

6,2 m/s. Pengujian yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan angin,

kecepatan putaran poros, masa yang bekerja serta mengetahui arus dan tegangan

yang dihasilkan oleh generator. Pengujian selesai apabila beban yang diberikan

kincir angin sudah mencapai maksimal dan penuruan putaran kincir angin

semakin pelan atau massa yang bekerja tidak mengalami perubahan. Pada

kecepatan angin variasi 8,4 m/s pengujian dilakukan dengan 13 lampu

pembelahan. Dari hasil pengujian kecepatan angin variasi 8,4 m/s diperoleh data

seperti yang ditunjukan pada tabel 4.1.


50

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin poros horisontal dua sudu berbahankomposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm denganjarak 20 cm dari pusat poros, dengan kecepatan angin 8,4 m/s.

Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin poros horisontal dua sudu berbahankomposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm denganjarak 20 cm dari pusat poros, dengan kecepatan angin 7,2 m/s.

NOKecepatan

Angin Putaran Gayapengimbang Tegangan Arus

m/s rpm F (gram) Volt Ampere

1

7.2

676 80 44.62 0

2 633 120 42.82 0.17

3 590 160 39.42 0.33

4 560 190 36.25 0.43

NOKecepatan

Angin Putaran Gayapengimbang Tegangan Arus


1

8.4

804 100 52.4 0

2 766 150 49.9 0.18

3 743 190 48.1 0.35

4 714 250 45.3 0.52

5 664 260 42 0.62

6 650 270 39.2 0.73

7 587 290 36.3 0.8

8 551 310 34.1 0.88

9 532 320 31.4 0.92

10 508 330 30.1 0.98

11 489 340 28.9 1.01

12 446 350 26.3 1.02

13 406 360 24.8 1.04


51

Lanjutan Tabel 4.25

7.2

522 210 34.49 0.5

6 495 240 32.9 0.59

7 468 250 30.56 0.64

8 443 260 28.57 0.67

9 422 280 27.6 0.71

10 392 290 25.12 0.74

11 362 300 24.85 0.76

Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahankomposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm denganjarak 20 cm dari pusat poros, dengan kecepatan angin 6,2 m/s.

NOKecepatan

AnginPutarankincir

Gayapengimbang Tegangan Arus


1

6.2

620 110 41.9 0

2 575 140 39.12 0.16

3 540 160 37.85 0.26

4 510 180 34.95 0.33

5 482 190 32.66 0.36

6 438 200 30.46 0.4

7 411 210 28.5 0.43

8 384 220 27.17 0.48

9 352 230 25.92 0.53

10 333 240 23.7 0.55


52

4.2 Pengolahan Data Perhituaan

Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi variabel untuk

mempermudah untuk pengolahan data dan perhitungan data sebagai berikut

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2

b. Masa jenis udara = 1,18 kg/m3

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Perhitungan daya angin diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian

pertama didapat rata – rata kecepatan angin 8,4 m/s, massa jenis udara (ρ) adalah

1,18 kg/m3 dan luas sapuan angin (A) adalah 0,785 m2. Maka dari data tersebut

dapat dihitung daya angin sebesar:

= 12Dengan :

ρ : massa jenis udara, kg/m3

A : daerah sapuan angin, m2

v : kecepatan angin, m/s

dengan diketahui densitas udara sebesar 1,18 kg/m3, diameter kincir adalah 100 cm,

dan kecepatan angin rata – rata adalah 8,4 m/s dapat diperoleh daya angin sebesar :

= 12 . .= 12 . ( ( )²).


53

= (1,18 / ). ( (0,5 ) ). (8,4 / )Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 275 Watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Perhitungan nilai torsi diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian

pertama. Dari data yang diperoleh besaran gaya (F) = 0,15 N dan untuk jarak

lengan ke pusat poros adalah 0,27 m, maka torsi dapat dihitung :

=Dengan :

T : torsi akibat putran poros, N.m

l : pannjang lengan torsi ke poros, m

F : gaya yang diberikan pada kincir, N

Dengan massa sebesar 0,15 kg ( 150 gram) dan panjang lengan ke pusat poros

adalah 0,27 m dapat diperoleh torsi sebesar :

== (0,15 ). (9,81 / ). ( 0,27 )= 0,398 .

Jadi Torsi yang dihasilkan sebesar 0,398 N.m


54

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Perhitungan daya kincir diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian

pertama yang diperoleh kecepataan angin sebesar 8,4 m/s (n) putaran poros sebesar

776 rpm, dan torsi yang dihasilkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,398 N.m , maka

besarnya kincir dapat dihitung sebagai berikut :

=Dengan :

Pout : daya yang dihasilkan kincir angin, watt

T : torsi, Nm

ω : kecepatan sudut, rad/s

n : putaran poros, rpm

dengan yng diketahui torsi yang bekerja sebesar 0,03 Nm dan kecepatan putar

poros 776 rpm dihasilkan daya mekanis sebesar :

= 260= 0,4 2 (776 )60

Jadi Daya yang dihasilkan sebesar 32,32 watt.

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik

Sebgai contoh perhitungan daya listrik yang diambil dari tabel pengujian

4.1 pada penguian pertama. Diperoleh tegangan sebesar 49,9 volt dan arus sebesar


55

0,18 Ampere, maka daya listrik dapat dihitung :

= .Dengan :

Pout : daya listrik( watt)

V : tegangan( volt)

I : arus yang mengalir pada beban( Ampere)

Dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 49,9 volt dan arus yang

mengalir pada beban adalah 0,18 A dihasilkan daya listrik sebesar :

= .= (49,9). (0,18)

= 8,98Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 8,98 watt.

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian

kedua dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 776

rpm jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 8.4 m/s,

maka tip speed ratio dapat dihitung :

= 2 π r n60 v


56

Dengan :

r : Jari – jari kincir (m)

n : Putaran poros (rpm)

v : Kecepatan angin (m/s)

= , ,,= 4,84

Jadi tsr yang dihasilkan sebesar 4,84

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) Mekanis

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin

pada sub bab 4.2.1 sebesar 265 Watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada

sub bab 4.2.3 sebesar 32.5 Watt, maka koefisien daya dapat dihitung :

= 100 %Dengan :

Pout : Daya kincir (watt)

Pin : Daya angina (watt)

Maka dengan diketahui daya mekanis yang yang dihasilkan kincir sebesar

32,32 watt dan daya yang dihasilkan angina sebesar 275 watt diperoleh koefisien

daya sebesar :


57

= 32,32275 100 %= 11,76 %

Jadi Koefisien daya mekanis yang dihasilkan sebesar 11.76%.

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software

Microsoft Excel untk menampilkan grafik hubungan antara rpm dengan torsi,

grafik hubungan antara tip speed ratio (tsr) dengan koefisian daya (Cp), dan grafik

hubungan antara rpm dengan daya (Pout) yang dihasilkan untuk tiga variasi

kecepatan angin. Pada tabel 4.4, tabel 4.5 dan tabel 4.6 menampilkan data hasil

perhitungan untuk setiap variasi kecepatan angin.

Tabel 4.4 Pengolahan data kincir angin pada variasi kecepatan angin 8,4 m/s,kincir angin berbahan komposit dua sudu, berdiameter 100 cm, lebarmaksimal 13 cm, dengan jarak dari pusat poros 20 cm.

NOKecepatan

sudut Torsi Dayaangin

Dayamekanis

DayaListrik

Tipspeedratio

Koefisiendaya

MekanisN.m Watt Watt Watt tsr %

1 84,2 0,26 275 22,3 0 5,0 8,12 81,3 0,40 275 32,3 9,0 4,8 11,83 77,8 0,50 275 39,2 16,8 4,6 14,34 74,8 0,66 275 49,5 23,6 4,5 18,05 71,6 0,69 275 49,3 26,0 4,3 18,06 68,1 0,72 275 48,7 28,6 4,1 17,77 62,5 0,77 275 48,0 29,0 3,7 17,58 57,7 0,82 275 47,4 30,0 3,4 17,39 55,7 0,85 275 47,2 28,9 3,3 17,210 53,2 0,87 275 46,5 28,3 3,2 16,911 51,2 0,90 275 46,1 27,8 3,0 16,812 46,7 0,93 275 43,3 26,8 2,8 15,813 42,5 0,95 275 40,5 25,8 2,5 14,8


58

Tabel 4.5 pengolahan data kincir angin pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s, kincirangin berbahan komposit dua sudu, berdiameter 100cm, lebar maksimal13 cm, dengan jarak dari pusat poros 20 cm.

NOKecepatan


Dayamekanis

DayaListrik

Tipspeedratio

Koefisiendaya

mekanis

N.m Watt Watt Watt tsr %1 70,8 0,21 173 15,0 0,0 4,9 8,72 66,3 0,32 173 21,1 7,6 4,6 12,23 61,8 0,42 173 26,2 13,7 4,3 15,14 58,6 0,50 173 29,5 16,9 4,1 17,15 54,7 0,56 173 30,4 18,2 3,8 17,66 51,8 0,64 173 33,0 20,6 3,6 19,17 49,0 0,66 173 32,5 21,0 3,4 18,88 46,4 0,69 173 31,9 20,5 3,2 18,59 42,2 0,74 173 31,3 20,4 2,9 18,110 38,0 0,77 173 29,2 20,1 2,6 16,911 34,7 0,79 173 27,5 19,9 2,4 15,9

Tabel 4.6 pengolahan data kincir angin pada variasi kecepatan angin 6,2 m/s,kincir angin berbahan komposit dua sudu, berdiameter 100cm, lebarmaksimal 13 cm, dengan jarak dari pusat poros 20 cm.

NOKecepatan


Dayamekanis

DayaListrik

Tipspeedratio

Koefisiendaya

mekanisN.m Watt Watt Watt tsr %

1 64,9 0,29 110 18,9 0 5,2 17,12 60,2 0,37 110 22,3 6,3 4,9 20,23 56,5 0,42 110 24,0 10,6 4,6 21,74 53,4 0,48 110 25,5 12,4 4,3 23,15 50,5 0,50 110 25,4 13,1 4,1 23,06 45,9 0,53 110 24,3 13,2 3,7 22,07 43,0 0,56 110 23,9 13,6 3,5 21,78 40,2 0,58 110 23,4 14,0 3,2 21,29 36,9 0,61 110 22,5 13,7 3,0 20,310 34,9 0,64 110 22,2 13,0 2,8 20,1


59

4.4 Pembahasan Grafik

Dari data hasil dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik hubungan

yang terjadi. Grafik yang dibuat antara lain grafik hubungan antara kecepatan putar

poros dan torsi, grafik hubungan antara daya output dan kecepatan putar poros

pada kecepatan variasi angin 8,4 m/s, 7,2 m/s dan 6,2 m/s. Grafik hubungan

Cp mekanis dengan tsr.

4.4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka grafik hubungan

kecepatan putar poros dan torsi untuk melihat hubungan dari kecepatan putar poros

dan torsi. Dari Gambar 4.1 menampilkan grafik hubungan kecepatan putar poros

dan torsi pada tiga kecepatan angin. Berdasarkan pada pengujian dan pengolahan

data, kecepatan putar maksimum pada variasi kecepatan angin 8,4 m/s sebesar

804 rpm dan torsi maksimum sebesar 0,26 N.m. Pada grafik dapat dilihat pula

penurunan dengan hubungan semakin besar torsi yang bekerja maka semakin

rendah kecepatan putar poros. Hal tersebut disebabkan oleh pembebanan beban

lampu yang diterima kincir.


60

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dan torsi unjuk kerjakincir angin poros horizontal dua sudu, berbahan komposit,berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm, dengan jarak 20 cmdari pusat poros.

4.4.2 Hubungan Antara Torsi Dan Daya Output

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data antara daya output dan

torsi maka dapat dibuat grafik. Grafik dibuat untung mengetahui hubungan antara

daya output dan torsi yang bekerja. Daya output disini meliputi daya mekanis atau

daya yang dihasilkan kincir dan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Pada

Gambar 4.2 menampilkan grafik hubungan antara daya output dan torsi pada

kecepatan angin 8,4 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami peningkatan

hingga titik tertentu, kincir angin bekerja secara optimal dan dapat menghasilkan

daya keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.4 daya mekanis maksimum

sebesar 49,51 watt pada torsi 0,66 Nm, dan daya listrik maksimum sebesar 30,01

watt pada torsi 0,82 N.m.

0100200300400500600700800900

1,000

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Puta

ran

Poro

s, (r

pm)

Torsi, (N.m)

kecepatan angin 8,4 m/skecepatan angin 7,2 m/skecepatan aangin 6,2 m/s


61

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada variasi kecepatanangin 8,4 m/s. unjuk kerja kincir angin poros horizontal dua sudu,berbahan komposit, berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm,dengan jarak 20 cm dari pusat poros.


0

10

20

30

40

50

60

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Day

a ou

tput

, (W

att)

Torsi, (N.m)

daya mekanis

daya listrik

0

5

10

15

20

25

30

35

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Day

a ou

tput

, (W

att)

Torsi, (N.m)

daya mekannis

daya listrik


62

Pada Gambar 4.3 menampilkan grafik hubungan daya output dan torsi

yang bekerja pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s, dapat dilihat bahwa grafik

mengalami peningkatan hingga titik tertentu, kincir angin bekerja secara optimal

dan dapat menghasilkan daya keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.5 daya

mekanis maksimum sebesar 32,95 watt pada torsi 0,64 Nm, dan daya listrik

maksimum sebesar 21 watt pada torsi 0,66 Nm


Pada Gambar 4.4 menampilkan grafik hubungan daya output dan torsi

yang bekerja pada kecepatan angin 6,2 m/s, dapat dilihat bahwa grafik

mengalami peningkatan hingga titik tertentu, kincir angin bekerja secara optimal

0

5

10

15

20

25

30

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a ou

tput

, (W

att)

Torsi, (N.m)

daya mekanis

daya listrik


63

dan dapat menghasilkan daya keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.6 daya

mekanis maksimum sebesar 25,46 Watt pada torsi 0,48 N.m, dan daya listrik

maksimum sebesar 13,7 Watt pada torsi 0,61 N.m.

4.4.3 Grafik hubungan Cp mekanis dan TSR

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara koefisien daya mekanis dan tip speed ratiounjuk kerja kincir angin poros horizontal dua sudu, berbahankomposit, berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm, denganjarak 20 cm dari pusat poros.

Berdasarkan pengujian dan pengolahan data antara Cp mekanis dan tip

speed ratio (TSR) maka dapat dibuat grafik. Grafik dibuat untuk mengetahui

hubungan kerja antara Cp mekanis dan tip speed ratio (TSR). Koefisien daya yang

digunakan adalah perbandingan antara daya mekanis yang dihasilkan kincir


64

dengan daya dengan daya yang dihasilkan oleh angin. Berdasarkan grafik

hubungan antara koefisien daya mekanis dan tip speed ratio di atas, dapat diketahui

bahwa kincir angin sumbu horisontal 2 sudu berbahan komposit dengan lebar

masimal 13 cm dan berdiameter 100 cm dapat bekerja secara optimal pada variasi

kecepatan angin 8,4 m/s, 7,2 m/s dan 6,2 m/s. Hal tersebut dikarenakan

pengurangan daya dari daya angin menjadi daya mekanis yang terjadi pada variassi

kecepatan angin 6,2 m/s lebih sedikit dibandingkan dengan variasi angin lainnya.

Pada variasi kecepatan angin 6,2 m/s, daya masukan berupa daya yang dihasilkan

oleh sebesar 110 watt dan daya keluaran maksimum atau daya mekanis yang

dihasilkan oleh kincir angin sebesar 25,46 watt, pengurangan daya yang terjadi

sebesar 84,54 watt. Pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s dan 8,4 m/s pengurangan

daya yang terjadi masing – masing sebesar 140,05 watt dan pada kecepatan variasi

angin 8,4 m/s pengurangan daya yang terjadi sebesar 225,49 watt. Grafik

hubungan antara tip speed ratio dengan koefisien daya dapat dilihat pada

Gambar 4.5.


65

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian yang dilakukan terhadap kincir angin sumbu horisontal 2 sudu

berbahan komposit dengan lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak 20 cm dari pusat

pusat poros dapat disimpulkan seperti berikut:

a. Berhasil dibuat kincir angin sumbu horizontal berbahan komposit dengan

diameter 100 cm, dengan lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak 20 cm dari

pusat poros dan berat masing – masing sudu 200 gram dengan cetakan yang

terbuat dari pipa pvc 8 inchi.

b. Koefisien daya mekanis tertinggi diperoleh pada kecepatan angin 8,4 m/s

sebesar 18,03 %. Sedangkan pada kecepatan angin 7,2 m/s sebesar 19,05 %

dan kecepatan angin 6,2 m/s sebesar 23,06 %.

c. Pada kecepatan angin 8,4 m/s nilai torsi tertinggi yang didapatkan sebesar

0,95 N.m, daya listrik 30 Watt, daya mekanis sebesar 49,5 Watt dan tsr 4,45.

Untuk kecepatan angin 7,2 m/s nilai torsi tertinggi yang dihasilkan sebesar

0,79 N.m, daya listrik 21 Watt,daya mekanis 32,95 dan tsr 4,92. Dan

kecepatan angin 6,2 m/s nilai torsi tertinggi yang didapatkan sebesar 0,64

N.m, daya listrik 13,6 Watt, daya mekanis 25,46 Watt dan tsr sebesar 5,24.


66

5.2 Saran

a. Perlu dilakuakan penelitian lanjut dengan desain kincir angin yang berbeda agar

dapat dibandingkan dengan penelitian yang telah dilakuan sebelumnya.

b. Perlu dilakukan pengujian kincir angin dengan variasi kecepataan angin yang

lebih rendah seperti kecepataan angin 3 – 6 m/s, mengingat karatristik kecepatan

angin di Indonesia cenderung rendah.


67

DAFTAR PUSTAKA

Aisah, Nuning, Hanedi Darmasetiawan, Sudirman, dan Aloma Karo Karo. 2004.Pembuatan Komposit Polimer Berpenguat Serat Sintetik Untuk Bahan Genteng.Jurnal Sains Materi Indonesia, Juni 2004, Vol. 5, No. 3, hlm. 1 - 8 ISSN : 1411– 1098

Anonim. “Material komposit”. November 2016

http://www.mse.mtu.edu/drjohn/my4150/compositesdesign/cd2/cd1.html

Anonim. “Sumber Daya Energi Angin”. November 2016

http://www.mataduniakami.id/2016/01/sumber-daya-energi-angin.htmlFahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada

Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik. JurnalTeknik Mesin Vol. 1, No. 1 [Oktober 2011] 46 – 52

Fahmi, Hendriwan dan Nur Arifin. 2014. Pengaruh Variasi Komposisi KompositResin Epoxy / Serat Gelas dan Serat Daun Nanas Terhadap Ketangguhan.Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 2 [Oktober 2014] 84 - 89

Febriarlita, Lucia. “Unsur-unsur iklim dan cuaca angin laut dan angin darat”.Februari 2017

https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklim-dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/

Febriarlita, Lucia. “Unsur-unsur iklim dan cuaca angin lembah dan angin gunung”.Februari 2017

https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit

Hendrawan, AB. “Tabel tingkat kecepatan angin”. November 2016.

http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf

Malau, Viktor. 2010. Karakterisasi Sifat Mekanis da Fisis Komposit E-Glass danResin Eternal 2504 Dengan Variasi Kandungan Serat, Temperatur dan LamaCuring. Jurnal Mekanika, Volume 8, Nomor 2, Maret 2010

Nugroho, A. Bagus Prasetyo. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Jenis “Wepower”Sudu Pipa PVC Dengan Variasi Kemiringan Sudu. Tugas Akhir, tidakditerbitkan. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi UniversitasSanata Dharma Yogyakarta


plagiat merupakan tindakan tidak terpuji unjuk kerja...

Documents