unjuk kerja kincir angin poros horisontal dua sudu …1].pdf · kincir angin propeller berbahan...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DUA SUDU

BAHAN KOMPOSIT DIAMETER 1 M LEBAR MAKSIMUM 13 CM

DENGAN JARAK 12.5 CM DARI PUSAT POROS

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

ARNOLDUS DWI SUNU KOPONG MANGU

NIM : 125214038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF WIND TUNEL HORIZONTAL TWO BLADE

COMPOSITE MATERIAL THE OF DIAMETER 1 M THE MAKSIMUM

13 CM WITH 12.5 CM DISTANCE FROM THE CENTER OF A SHAFT

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

ARNOLDUS DWI SUNU KOPONG MANGU

Student Number : 125214038

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016


vii

INTISARI

Kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Hal

ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi

dan pemakaian energi yang terus bertambah. Bahan bakar minyak (BBM), batubara

dan gas menjadi sumber energi utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia.

Namun peningkatan kebutuhan energi ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan

bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di

Indonesia. Hal ini dikarenakan ketersedian bahan bakar tersebut semakin menipis.

Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan energi

alternatif yang tidak bisa habis, contohnya yakni angin, dengan melakukan

penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk

kerja kincir angin yang diteliti seperti besar torsi, perbandingan daya, koefisien

daya maksimal, dan tip speed ratio.

Kincir angin propeller berbahan komposit dua sudu diameter 1m, Lebar

masksimal sudu 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusat poros. Terdapat tiga variasi

perlakuan kecepatan angin: kecepatan angin 10,3 m/s, 8,4 m/s dan 6,4 m/s.

Karakteristik kincir angin maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme

pemebebanan lampu. Besarnya torsi diperoleh dari mekanisme timbangan digital,

putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer, kecepatan angin diukur

menggunakan anemometer dan ketersediaan angin dengan menggunakan wind

tunnel 15 Hp.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan kecepatan angin 10,3 m/s

menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 14,85 % pada tip speed

ratio 4,02, daya output sebesar 74,12 watt dan torsi sebesar 0,90 N.m. Kincir angin

dengan kecepatan angin 8,4 m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar

20,56 % pada tip speed ratio 4,7, daya output sebesar 56,47 watt dan torsi sebesar

0,72 N.m.Kincir angin dengan kecepatan angin 6,4 m/s menghasilkan koefisien

daya maksimal sebesar 33,73 % pada tip speed ratio 5,66, daya output sebesar

40,02 watt dan torsi sebesar 0,56 N.m pada kecepatan angin 6,4 m/s. Kincir angin

dengan kecepatan angin 6,4 m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip

speed ratio paling tinggi.

Kata kunci: kincir angin propeler, koefisien daya, tip speed ratio.


viii

ABSTRACT

The need for electricity in Indonesia has increased year by year. This

occurred due to increase the number of people, economic growth and the use of

energy that continues to grow. Fuel oil, coal and gas become a major energy source

for the availability of electricity in Indonesia.. But this increase in energy needs is

not followed by the increased availability of fuel oil, gas and coal as a source of

energy a power plant in Indonesia. It was because the increased availability of the

fuel becomes thin. Base on this present state, appear the idea to produce alternative

energy that cannot be discharged, for example the wind, with conducted research

on windmills. This study attempts to assess working on windmills are researched

as large torque, the ratio of power, maximum power coefficient and tip speed ratio.

Windmill propeller made of a composite two-blade diameter of 1 m, a

maximum width of the blade 13 cm with a distance of 12.5 cm from the center of

the shaft. There are three treatment variations of wind speed: wind speed of

10,3 m/s, 8,4 m/s and 6,4 m/s. Characteristics of the windmill so the shaft of wheel

is connected to the loading lamp mechanism. The amount of torque is obtained from

the mechanism of digital scale, round windmills measured using a tachometer, wind

speed was measured using the anemometer and wind availability by using the wind

tunnel 15 Hp.

The results of this research, a windmill with a variation of wind speed of

10.3 m/s generate maximum mechanical power coefficient of 14,85 % on a tip

speed ratio of 4,02, the output power of 74,12 watts and a torque of 0.90 N.m.

Windmill with variations in wind speed of 8.4 m/s to produce maximum power

coefficient of 20,56 % on a tip speed ratio of 4.7, the output power of 56,47 watts

and a torque of 0.72 N.m. Windmill with variations in wind speed of 6.4 m/s to

produce maximum power coefficient of 33,73 % on a tip speed ratio of 5,66, the

output power of 40,02 watts and a torque of 0.56 N.m. at a wind speed of 6.4 m/s.

Windmill with variations in wind speed of 6.4 m/s has the highest maximum power

coefficient and tip speed ratio.

Keywords: windmills propeller, the coefficients power, tipped speed ratio.


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan

berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas akhir.

Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai

pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena itu, pada

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan,

dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spiritual antara lain kepada:

1. Sudi Mungksi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah

diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program

Studi Teknik Mesin.

3. Dr. Drs. Vet Asan Damanik,M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik

yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar

di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas

akhir.

5. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan

selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan tugas akhir.


x

6. Keluarga tercinta, Ruben Kopong Miten, Margareta Nuri Ardiantari, dan

Claudensia Ajeng Deran Bumi atas segala bentuk dukungan, doa, dan

semua yang sudah diberikan sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2012 Universitas Sanata Dharma

dan teman-teman dari penulis lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per

satu.

Yogyakarta, 09 Agustus 2016

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .................................................... v

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

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

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

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

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

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xviii

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................. xix

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

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

Rumusan Masalah ................................................................................................... 4

Tujuan Penelitian ..................................................................................................... 4

Batasan Masalah .................................................................................................... 5

Manfaat Penelitian .................................................................................................. 5

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 6

2.1 Angin ................................................................................................................. 6

2.1.1 Jenis – Jenis Angin ......................................................................................... 7

2.2 Kincir Angin .................................................................................................... 9


xii

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal .................................................................. 10

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ...................................................................... 11

2.3 Grafik Hubungan antara Koefisien daya terhadap tip speed ratio (TSR) ....... 13

2.4 Rumus Perhitungan ......................................................................................... 13

2.4.1 Energi Kinetik .............................................................................................. 13

2.4.2 Tip Speed Ratio (tsr) .................................................................................... 14

2.4.3 Torsi ............................................................................................................. 15

2.4.4 Daya Mekanis .............................................................................................. 15

2.4.5 Daya Listrik .................................................................................................. 16

2.4.6 Koefisien Daya (Cp) .................................................................................... 16

2.5 Komposit ......................................................................................................... 17

2.5.1 Tujuan Pembuatan Material Komposit ........................................................ 18

2.5.2 Properties Komposit ..................................................................................... 18

2.5.3 Klasifikasi Komposit ................................................................................... 18

2.6 Serat ................................................................................................................ 27

2.6.1 Serat Alami .................................................................................................. 27

2.6.2 Serat Sintetis ................................................................................................ 28

2.6.3 Serat Kaca .................................................................................................... 29

2.7 Matriks ............................................................................................................ 31

2.7.1 Resin ............................................................................................................ 33

2.7.2 Jenis – Jenis Resin ....................................................................................... 34

BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................... 38

3.1 Diagram Penelitian .......................................................................................... 38

3.2 Alat Dan Bahan ............................................................................................... 39


xiii

3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 44

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ....................................................................... 45

3.4.1 Alat Dan Bahan Pembuatan Sudu ................................................................ 45

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu ............................................................................... 46

3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 51

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ............................................ 53

4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................................................... 53

4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan .................................................................. 54

4.2.1 Perhitungan Daya Angin .............................................................................. 54

4.2.2 Perhitungan Torsi ......................................................................................... 55

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir .............................................................................. 55

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ............................................................................. 56

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ............................................................... 56

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ................................................................ 57

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

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ................................................................................ 59

4.4.1 Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin

10,3m/s ......................................................................................................... 59

4.4.2 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin

8,3m/s .......................................................................................................... 60

4.4.3 Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin

6,4m/s ........................................................................................................... 61

4.4.4 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Daya Mekanis Untuk Tiga Variasi

Kecepatan Angin .......................................................................................... 62


xiv

4.4.5 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Daya Elektris Untuk Tiga Variasi

Kecepatan Angin .......................................................................................... 63

4.4.6 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Torsi Untuk Tiga variasi Kecepatan Angin

...................................................................................................................... 64

4.4.7 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan

Angin 10,3m/s ............................................................................................. 65

4.4.8 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan

Angin 8,3m/s ............................................................................................... 66

4.4.9 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya pada Variasi Kecepatan

Angin 6,4m/s ............................................................................................... 67

4.4.10 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Mekanis Pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin .......................................................................... 68

4.4.11 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Listrik Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin ....................................................................................... 69

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 71

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 71

5.2 Saran ............................................................................................................... 71

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 73

LAMPIRAN .......................................................................................................... 74


xv

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 Angin Muson ....................................................................................... 9

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horizontal ......................................................... 10

Gambar 2.7 Kincir Angin Poros Vertikal ............................................................. 12

Gambar 2.8 Grafik Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) ........... 13

Gambar 2.9 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriks .......................... 19

Gambar 2.10 Matriks Dari Beberapa Tipe Komposit ........................................... 19

Gambar 2.11 Pembagian Komposit Berdasarkan Penguatnya .............................. 22

Gambar 2.12 Illustrasi Komposit Berdasarkan Penguatnya ................................. 23

Gambar 2.13 Flat Flakes Sebagi Penguat ............................................................. 24

Gambar 2.14 Tipe Serat Pada Komposit ............................................................... 25

Gambar 2.15 Tipe Discontinuous Fiber ................................................................ 26

Gambar 2.16 Jenis Serat Alami ............................................................................ 28

Gambar 2.17 Jenis Serat Buatan ........................................................................... 29

Gambar 2.18 Serat Kaca ....................................................................................... 30

Gambar 2.19 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal ........................... 32

Gambar 2.20 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat ................. 33

Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian Kincir Angin ................................. 38

Gambar 3.2 Sudu Kincir Angin ............................................................................ 40

Gambar 3.3 Dudukan Sudu ................................................................................... 40


xvi

Gambar 3.4 Fan Blower ........................................................................................ 41

Gambar 3.5 Tachometer ........................................................................................ 41

Gambar 3.6 Timbangan Digital ............................................................................ 42

Gambar 3.7 Anemometer ...................................................................................... 42

Gambar 3.8 Voltmeter .......................................................................................... 43

Gambar 3.9 Amperemeter ..................................................................................... 43

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ............................................................ 44

Gambar 3.11 Desain Kincir .................................................................................. 45

Gambar 3.12 Pemotongan Pipa ............................................................................. 46

Gambar 3.13 Cetakan kertas ................................................................................. 47

Gambar 3.14 Pembentukan Sudu Pada Pipa ......................................................... 47

Gambar 3.15 Pelapisan Cetakan Pipa ................................................................... 48

Gambar 3.16 Resin dan Harderner ........................................................................ 48

Gambar 3.17 Pengolesan Cetakan Sudu Yang Dilapisi Alumunium Foil ............ 49

Gambar 3.18 Peletakan Serat Glass Pada Cetakan Sudu ...................................... 50

Gambar 3.19 Peletakan Plat Pada Pangkal Sudu .................................................. 50

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Daya Pada Kecepatan Angin

10,3 m/s, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan

Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros ............................................................... 60








xvii

Gambar 4.4 Grafik Hubungan RPM Dan Daya Mekanis Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm

Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros .................................................. 63

Gambar 4.5 Grafik Hubungan RPM Dan Daya Elektris Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm

Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros .................................................. 64

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Torsi Pada Tiga Variasi Kecepatan

Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak

12.5 cm Dari Pusat Poros ......................................................................... 65

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Pada Kecepatan

Angin 10,3 m/s, Kincir Angin Komposit Tiga Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm

Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros ................................................. 66

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Kecepatan Angin



Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Kecepatan Angin



Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Mekanis Pada

Tiga Variasi Kecepatan Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m,

Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros ............................... 69

Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Elektris Pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax

13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros ....................................... 70


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Ramalan Kebutuhan Energi .................................................................... 3

Tabel 1.2 Penyediaan Energi Listrik di Indonesia .................................................. 4

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin ....................................................................... 6

Tabel 2.2 Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass .................................................... 31

Tabel 2.3 Sifat Serat .............................................................................................. 31

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu .......................................................... 45

Tabel 4.1 Data Pengujian Dua Sudu Pada Kecepatan Angin 10,3 m/s, Kincir Angin

Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat

Poros ........................................................................................................... 53



Poros ........................................................................................................... 53



Poros ........................................................................................................... 54

Tabel 4.4 Data Perhitungan Dua Sudu Pada Variasi Kecepatan Angin 10,3 m/s,

Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm

Dari Pusat Poros ........................................................................................ 58

Tabel 4.5 Data Perhitungan Dua Sudu Pada Variasi Kecepatan Angin 8,4 m/s,

Kincir Angin Komposit Dau Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm

Dari Pusat Poros ......................................................................................... 58

Tabel 4.6 Data Perhitungan Dua Sudu Pada Kecepatan Angin 6,4 m/s, Kincir Angin


Poros ........................................................................................................... 58


xix

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

𝜌 Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

𝑣 Kecepatan angin (m/s)

𝜔 Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar poros (rpm)

F Gaya pembebanan (N)

T Torsi (Nm)

𝑃𝑖𝑛 Daya angin (Watt)

𝑃𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠 Daya listrik (Watt)

𝑃𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 Daya kincir (Watt)

𝑇𝑆𝑅 Tip Speed Ratio

𝐶𝑝 Koefisien daya (%)

𝐶𝑝 𝑚𝑎𝑥 Koefisien daya maksimal (%)

m massa (kg)

𝐸𝑘 Energi kinetic (wH)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

𝑡 Waktu (s)

ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)


xx

𝑉𝑡 Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)

L Panjang lengan torsi (m)

𝐿𝑚𝑎𝑥 Lebar maksimal (m)

ᴓ Diameter


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Merupakan suatu kenyataan bahwa kebutuhan akan energi, khususnya energi

listrik di Indonesia, makin berkembang menjadi bagian tak terpisahkan dari

kebutuhan hidup masyarakat sehari – hari dengan pesatnya peningkatan

pembangunan di bidang teknologi, industri dan informasi. Namun pelaksanaan

penyediaan energi listrik yang dilakukan oleh PT.PLN (PERSERO), selaku

lembaga resmi yang ditunjuk oleh pemerintah untuk mengelola masalah kelistrikan

di Indonesia, sampai saat ini masih belum dapat memenuhi kebutuhan masyrakat

akan energi listrik secara keseluruhan. Kondisi geografis negara Indonesia yang

terdiri atas ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak meratanya pusat – pusat

beban listrik diseluruh daerah di Indonesia ( Ramani, K.V,1992).

Selain itu, makin berkurangnya ketersediaan sumber daya yang tak dapat

diperbaharui yang sampai saat ini merupakan tulang punggung dan komponen

utama penghasil energi listrik di Indonesia, menyebabkan kita harus berpikir untuk

mencari alternatif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter;

1. Dapat mengurangi ketergantungan terhadap pemakain energi yang tak dapat

diperbaharui.

2. Dapat menyediakan energi listrik dalam skala lokal regional.

3. Mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi alternatif.


2

Sistem penyediaan energi listrik yang dapat memenuhi kriteria di atas adalah sistem

konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti:

matahari, angin, air, biomas dan lain sebagainya (Djojonegoro,1992). Tak bisa

dipungkiri bahwa kecenderungan untuk mengembangkan dan memanfaatkan

potensi sumber-sumber daya energi terbarukan dewasa ini telah meningkat dengan

pesat, khususnya di negara-negara sedang berkembang, yang telah menguasai

rekayasa dan teknologinya, serta mempunyai dukungan finansial yang kuat. Oleh

sebab itu, merupakan hal yang menarik untuk disimak lebih lanjut, bagaimana

peluang dan kendala pemanfaatan sumber-sumber daya energi terbarukan ini di

negara-negara sedang berkembang, khususnya di Indonesia.

Kebutuhan dan Ketersediaan Energi Listrik di Indonesia

Dengan memperhatikan pertumbuhan ekonomi dalam sepuluh tahun

terakhir, skenario "export-import" dan pertumbuhan penduduk, pada tahun 1990

diramalkan bahwa tingkat pertumbuhan kebutuhan energi listrik nasional dapat

mencapai 8,2 persen rata-rata per tahun, seperti ditunjukkan dalam tabel-1 berikut.

Tabel 1.1 Kebutuhan Energi Listrik

Sumber: Djojonegoro,1992


3

Kebutuhan energi listrik tersebut diharapkan dapat dipenuhi oleh pusat-pusat

pembangkit listrik, baik yang dibangun oleh pemerintah maupun non-pemerintah.

Sebagai ilustrasi, pada tahun 1990 kebutuhan energi listrik sebesar 51.919 GWh

telah dipenuhi oleh seluruh pusat pembangkit listrik yang ada dengan kapasitas

daya terpasang sekitar 22.000 MW. Sehingga pada tahun 2010 dari kebutuhan

energi listrik, yang diramalkan mencapai 258.747 GWh per tahun, diharapkan dapat

dipenuhi oleh sistem suplai energi listrik dengan kapasitas total sebesar 68.760

MW, yang komposisi sumber daya energinya seperti diperlihatkan dalam tabel-2.

Tabel 1.2 Penyediaan Energi Listrik di Indonesia.

Djojonegoro, 1992 & Wibawa, 1996.


4

Potensi sumber daya energi energi terbarukan, seperti; matahari, angin dan

air, ini secara prinsip memang dapat dierbaharui, karena selalu tersedia di alam.

Namun pada kenyataannya potensi yang dapat dimanfaatkan belum dimafaatkan

secara maksimal. Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi

terbarukan dan konversi energi khususnya energi angin penulis ingin

mengembangkan design kincir yang sudah ada saat ini untuk mencari unjuk kerja

yang sesuai dengan kondisi angin yang berada di Indonesia. Penulis melakukan

penelitian pada kincir angin horizontal dua sudu.

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. Penggunaan bahan komposit dalam pembuatan sudu.

1.3 Tujuan Penelitian

a. Membuat kincir angin poros horizontal dua sudu dengan bahan

komposit.

b. Mengetahui unjuk kerja dari kincir angin poros horizontal dua sudu,

bahan komposit.

c. Mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (TSR)

dari kincir angin poros horizontal dua sudu bahan komposit.


5

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Model kincir angin dibuat tipe propeler dengan bahan komposit dengan

diameter 1m, lebar maksimum 12 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusat

poros.

b. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah dua.

c. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas

Sanata Dharma.

d. Kincir angin propeller dua sudu tipe horizontal axis wind turbine

(HAWT).

1.5 Manfaat Penelitian:

Manfaat peneltitian yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi

pemanfaatan energi terbarukan.

b. Dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan energi listrik dalam

jumlah besar dan dimanfaatkan untuk kebutuhan masyarakat luas.


6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Angin

Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan di

permukaan bumi. Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Perbedaan

tekanan ini disebabkan oleh perbedaan penerimaan dan penyerapan panas matahari

oleh bumi. Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik tenaga

angin (PLTA) dengan memanfaatkan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya

cukup sederhana, angin memutar kincir angin yang kemudian memutar rotor pada

generator. Energi listrik yang dihasilkan bisa dimanfaatkan secara langsung,

ataupun disimpan dengan menggunakan baterei. Kondisi angin yang dapat

digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin.

Sumber : hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php. diakses Mei 2016.

Batas minimum untuk menggerakkan kincir ialah angin kelas 3 dan batas

maksimum adalah angin kelas 8.

Kelas Kecepatan

Angin Angin (m/s)

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 – 5,4 Wajah terasa ada angin, daun bergoyang, petunjuk arah angin bergerak

5 5,5 – 7,9 Debu jalanan dan kertas berterbangan, ranting pohon bergoyang

6 8,0 – 10,7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar

7 10,8 – 13,8 Ranting pohon besar bergoyang, air kolam bergoyang kecil

8 13,9 – 17,1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga

9 17,2 – 20,7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin

10 20,8 – 24,4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh

11 24,5 – 28,4 Dapat merubuhkan pohon dan menimbulkan kerusakan

12 28,5 – 32,5 Dapat menimbulkan kerusakan parah

13 32,6 – 42,3 Angin Topan

Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah

Kondisi Alam di Daratan


7

2.1.1 Jenis Angin

1. Angin Laut

Angin laut adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari, angin ini bergerak

dari laut atau danau menuju daratan. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas

daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan udara di atas permukaan

air, sehingga tekanan udara di atas daratan lebih rendah dibandingkan di atas

permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

2. Angin Darat

Angin darat adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari, angin ini

bergerak dari darat menuju laut. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas daratan

mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan udara di atas permukaan air,

sehingga tekanan udara di atas permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah

dibandingkan di atas daratan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

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 Mei 2016.

3 Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di kawasan

pegunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari lembah menuju gunung. Hal


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

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

8

ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pemanasan lebih cepat

dibandingkan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan gunung menjadi

lebih rendah dibandingkan di atas permukaan lembah seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.3.

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 pendingin 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 Gunung

Sumber : http://softilmu.blogspot.sg/2013/07/pengertian-dan-macam-macam-

angin.html diakses Mei 2016.

5. Angin Muson

Angin muson yang terjadi di Indonesia ada dua, yaitu muson barat dan muson

timur. Angin ini disebabkan adanya perbedaan tekanan udara dua benua yang

mengapit kepulauan Indonesia, yaitu Benua Asia yang kaya perairan dan Australia

yang kering. Angin Musim/Muson Barat adalah angin yang mengalir dari benua

Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengandung curah


http://softilmu.blogspot.sg/2013/07/pengertian-dan-macam-macam-angin.html%20diakses%20Mei%202016

http://softilmu.blogspot.sg/2013/07/pengertian-dan-macam-macam-angin.html%20diakses%20Mei%202016

9

hujan yang banyak di Indonesia bagian barat, hal ini disebabkan karena angin

melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra. Contoh perairan dan

samudra yang dilewati adalah Laut China Selatan dan Samudra Hindia. Angin

Musim Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim hujan. Angin ini terjadi

pada bulan Desember, Januari dan Februari, dan maksimal pada bulan januari

dengan kecepatan minimum 3 m/s. Angin Musim/Muson Timur adalah angin yang

mengalir dari Benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas) sedikit

curah hujan (kemarau) di Indonesia bagian timur karena angin melewati celah-celah

sempit dan berbagai gurun (Gibson, Australia Besar, dan Victoria). Ini yang

menyebabkan Indonesia mengalami musim kemarau. Terjadi pada bulan juni, juli

dan Agustus, dan maksimal pada bulan juli.

Gambar 2.5 Contoh ( ) angin muson barat dan (-----) angin muson timur.

Sumber : http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-

contoh-gambar-dan-penjelasannya.html diakses Mei 2016.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga

menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan

di negara – negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang pada waktu itu


http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html%20diakses%20Mei%202016

http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html%20diakses%20Mei%202016

10

banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum

dan pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua

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

vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir Angin Poros Horisontal atau propeler adalah kincir angin yang

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

arah angin. Kincir angin Poros Horisontal ini memiliki jumlah bilah lebih dari dua,

kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja

pada suatu kincir. Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak

dikenal di antaranya ditunjukkan pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horisontal.


11

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal :

Kelebihan kincir angin poros horizontal :

1. HAWT mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

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

3. HAWT tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung

menuju rotor.

Kekurangan kincir angin poros horizontal :

1. Dibutuhkan konstruksi menara untuk menyangga bilah – bilah, transmisi roda

gigi, dan generator.

2. HAWT yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat

tinggi dan membutuhkan operator yang profesional.

3. HAWT membutuhkan mekanisme control yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT) adalah

salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak 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 horisontal. Beberapa jenis kincir angin

poros vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada gambar 2.7.

Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal dijelaskan seperti berikut :


12

Kelebihan kincir angin poros vertikal :

1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

3. Dapat bekerja pada putaran rendah.

4. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

5. Tidak perlu mengatur sudut – sudut untuk menggerakan sebuah generator.

Kelemahan kincir angin poros vertikal :

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

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

tambahan.

3. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.

4. Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggah nya memberi

tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada

bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya

dorong ke bawah saat angin bertiup.

Darrieus Savonius

Gambar 2.7 Contoh Kincir Angin Poros Vertikal.


13

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp dan tip speed ratio (TSR)

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari

kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.8 Dia

menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit.

Gambar 2.8 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed

Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir.

Sumber : www.gunturcuplezt.com diakses Mei 2016.

2.4 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1 Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak.

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan

menjadi:

𝐸𝑘 = 1

2 𝑚 𝑣2

(1)

dengan:

𝐸𝑘 : Energi kinetik


http://www.gunturcuplezt.com/

14

m : Massa ( kg )

v : Kecepatan angin

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan rumus

sebagai berikut :

𝑃𝑖𝑛 =1

2 ṁ 𝑣2 (2)

dengan :

P : Daya angin (watt)

ṁ : Massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s)

dimana :

ṁ = 𝜌 𝐴 𝑣 (3)

dengan :

𝜌 : Massa jenis udara (kg/m³).

A : Luas penampang sudu (m²).

Dengan mengunakan persamaan (3), daya angin dapat dirumuskan menjadi

𝑃𝑖𝑛 = 1

2 (𝜌 𝐴 𝑣)𝑣2

, yang dapat disederhanakan menjadi :

𝑃𝑖𝑛 = 1

2 𝜌 𝐴 𝑣3 (4)

2.4.2 Rumus Perhitungan TSR (tip speed ratio)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin

dengan kecepatan angin. Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai :

𝑉𝑡 = 𝜔 𝑟 (5)


15

dengan :

𝑉𝑡 : Kecepatan ujung sudu.

𝜔 : Kecepatan sudut (rad/s).

𝑟 : Jari – jari kincir (m).

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝑇𝑆𝑅 = 2 𝜋 𝑟 𝑛

60 𝑣 (6)

dengan :

r : jari – jari kincir (m).

n : Putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v : Kecepatan angin (m/s).

2.4.3 Rumus Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan

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

𝑇 = 𝐹 𝑙 (7)

dengan :

F : Gaya pembebanan (N).

l : Panjang lengan torsi ke poros (m).

2.4.4 Rumus Daya Mekanis

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

adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh

gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :


16

𝑃𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 = 𝑇 𝜔 (8)

dengan :

T : Torsi (N.m).

𝜔 : kecepatan sudut (rad/s).

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan

persamaan (7), yaitu :

𝑃𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 = T 𝜋 𝑛

30 (9)

dengan :

𝑃𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

T : Torsi (N.m).

n : Putaran poros (rpm)

2.4.5 Rumus Daya Listrik

Daya Listik adalah daya yang dihasilkan generator. Sehingga daya kincir

yang dihasilkan oleh generator dapat dirumuskan :

𝑃𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠 = 𝑉 𝐼 (10)

Dengan :

V : Tegangan (watt).

I : Arus (ampere).

2.4.6 Koefisien Daya

Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan

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

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


17

𝐶𝑝 = Pout

Pin 100% (11)

dengan :

𝐶𝑝 : Koefisien Daya, %

𝑃𝑖𝑛 : Daya yang disediakan oleh angin.

𝑃𝑜𝑢𝑡 : Daya yang dihasilkan kincir.

2.5 Komposit

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua

atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik

itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut

(bahan komposit).

Beberapa definisi komposit sebagai berikut

1. Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi kristal, bila material yang disusun

dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa, paduan, polymer

dan keramik)

2. Mikrostruktur : pada kristal, phase dan senyawa, bila material disusun dari dua

phase atau senyawa atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe dan C)

3. Makrostruktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih penyusun

makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak larut satu

dengan yang lain disebut material komposit (definisi secara makro ini yang biasa

dipakai).


18

2.5.1 Tujuan Pembuatan Material Komposit

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yatu sebagai berikut :

Memperbaiki sifat mekanik dan /atau sifat spesifik tertentu.

Mempermudah design yang sulit pada manufaktur.

Menjadikan bahan lebih ringan.

2.5.2 Properties Komposit

Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh:

• Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material

penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.

• Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik

komposit.

• Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

2.5.3 Klasifikasi Komposit

Berdasarkan matriknya, komposit dapat diklasifikasikan ke dalam tiga

kelompok besar yaitu:

a. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik.

b. Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik.

c. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik.


19

Gambar 2.9 Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya.

Gambar 2.10 Matriks dari beberapa tipe komposit.

A. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)

Komposit ini memiliki sifat seperti : ketangguhan yang baik, tahan simpan,

kemampuan memngikuti bentuk, lebih ringan dan lain sebagainya.

Keuntungan dari PMC :

1) Ringan 2) Specific stiffness tinggi

3) Specific strength tinggi 4) Anisotropy

Jenis polimer yang banyak digunakan :

1) Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle)

dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi

keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat

Matriks phase/ reinforcement

phaaseMetal Ceramic Polymer

MetalPowder metallurgy parts -

combining inmiscible metals

cermets ( ceramic-

metal composite) Brake pads

Ceramic

Cermets, TiC,TiCn

Cemented carbides-used in

tools Fiber-reinforced

metals

SiC reinforced AL203

Tool materialsFiberglass

PolymerKevlar fibers in an

epoxy matrix

Elemental ( Carbon,Boron,

etc)

Fiber reinforced metal Auto

parts aerospace

Rubber with carbon

(tires) Boron, Carbon

reinforced plastics


20

mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada

sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh dari thermoplastic

yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter

eterketon (PEEK).

2) Thermoset

Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali

pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan

yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan

terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti

jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur

ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar

10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik.

B. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)

Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki

matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada

mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam

aplikasi aero space.

Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :

1) Transfer tegangan dan regangan baik. 2) Ketahanan temperatur tinggi

3) Tidak menyerap kelembapan. 4) Tidak mudah terbakar.

5) Kekuatan tekan dan geser yang baik.

6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik


21

Kekurangan MMC :

1) Biayanya mahal

2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

Proses pembuatan MMC :

1) Powder metallurgy

2) Casting/liquid ilfiltration

3) Compocasting

4) Squeeze casting

C. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai

reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik.

Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid.

Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses

pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan

matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat). Matrik yang sering digunakan

pada CMC adalah :

1) Gelas anorganik.

2) Keramik gelas

3) Alumina

4) Silikon Nitrida

Keuntungan dari CMC :

1) Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam.

2) Sangat tangguh bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron


22

3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus.

4) Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi.

5) Tahan pada temperatur tinggi (creep).

Kerugian dari CMC

1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar

2) Relatif mahal

3) Hanya untuk aplikasi tertentu

Adapun pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat dari gambar

2.11 Pembagian komposit berdasarkan penguatnya.

.Gambar 2.11 Pembagian komposit berdasarkan penguatnya.

Dari gambar 2.11 komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelasakan sebagai

berikut :

a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel

b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat

c. Structural composite, cara penggabungan material komposit

Adapun Illustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat pada


23

gambar 2. 12 illustrasi komposit berdasarkan penguatnya.

Gambar 2.12 Illustrasi komposit berdasarkan penguatnya.

1. Partikel sebagai penguat (Particulate composites)

Keuntungan komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel:

a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah.

b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan

material.

c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi

pergerakan dislokasi.

Proses produksi pada komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk

partikel:

a) Metalurgi Serbuk b) Stir Casting c) Infiltration Process

d) Spray Deposition e) In-Situ Process

Panjang partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :

1) Large particle

Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana

interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau molekular.

Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata. Contoh dari large

particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel, cemet sebagai matriks


24

dan sand sebagai atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel,

Sphereodite steel (cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat),

Oxide-Base Cermet (oksida logam sebagai partikulat).

Gambar 2.13 a. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites) b. Fillers sebagai

penguat (Filler composites).

2) Dispersion strengthened particle

a) Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%.

b) Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.

2. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit,

sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang

digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh

matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai

beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan

modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit. Fiber

yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :


25

a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya)

namun harus lebih kuat dari bulknya.

b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi.

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

a) Distribusi b) Konsentrasi c) Orientasi

d) Bentuk e) ukuran

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat komposit, yaitu :

Gambar 2.14 Tipe serat pada komposit.

a) Continuous Fiber Composite.

Continuous atau un-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus,

membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak

digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar antar lapisan. Hal

ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional).

Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat


26

memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan

tidak sebaik tipe continuous fiber.

c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite).

Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi 3, seperti

yang ditunjukkan gambar 2.15.

1) Aligned discontinuous fiber

2) Off-axis aligned discontinuous fiber

3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat

pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan

pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih

murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah

dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.

Gambar 2.15 Tipe discontinuous fiber.

d) Hybrid fiber composite

Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat

lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan

sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.


27

2.6 Serat

Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan – potongan komponen yang

membrntuk jaringan memanjang yang utuh. Serat dibagi menjadi dua kategori,

yakni Serat Alam dan Serat Buatan. Serat alam menurut Jumaeri, (1977:5), yaitu

“Serat yang langsung diperoleh di alam. Sedangkan serat buatan menurut Jumaeri,

(1979:35), yaitu “Serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia.

Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan gesekan”.

2.6.1 Serat Alami

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

dan proses geologis seperti yang ditunjukkan gambar 2.16. Serat jenis ini bersifat

dapat mengalami pelapukan. Serat alami dapat digolongkan ke dalam:

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 rami. Serat tumbuhan digunakan

sebagai bahan pembuat kertas dan tekstil. Serat tumbuhan juga penting

bagi nutrisi manusia.

2. Serat kayu, berasal dari tumbuhan berkayu.

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

hewan yang dimanfaatkan oleh manusia adalah sutra dan bulu domba

(Wol).


28

2.6.2 Serat Sintetis

Serat sintetis atau serat buatan manusia umumnya berasal dari bahan

petrokimia. Namun demikian, ada pula serat sintetis yang dibuat dari selulosa alami

seperti rayon. Pada gambar 2.17 menampilkan jenis – jenis serat sintetis.

Gambar 2.16 Jenis –jenis serat alami

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.


http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp.%20Diakses%20Juni%202016

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp.%20Diakses%20Juni%202016

29

Gambar 2.17 Jenis serat buatan

Sumber:http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Sintetis.bmp.Diakses juni 2016.

2.6.3 Serat Kaca

Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi

serat gelas 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


30

menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang

kuat dan tahan korosi. Pada gambar 2.18 menunjukkan gambar dari serat kaca.

Gambar 2.18 Serat Kaca.

Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :

1. Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc).

2. Tensile strength nya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa).

3. Biasanya stiffness nya rendah (70GPa).

4. Stabilitas dimensinya baik.

5. Resisten terhadap panas dan dengin.

6. Tahan korosi.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

1. Biaya murah.

2. Tahan korosi.

3. Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya.

Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

1. Kekuatannya relatif rendah.

2. Elongasi tinggi.


31

3. Kekuatan dan beratnya sedang (moderate).

Jenis-jenisnya antara lain :

1. E-glass

2. C-glass

3. S-glass

Tabel 2.2 Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass.

Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya

Paramita 2005. Diakses Juni 2016.

Tabel 2.3 Sifat Serat

Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya

Paramita 2005. Diakses Juni 2016.

2.7 Matriks

Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi

volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :

Serat Kekuatan

tarik

Perpanjangan

patah

Massa

Jenis

Modulus

Young

Modulus

Jenis

(GN/m²) (%) (g/cm³) (GN/M²) (MJ/Kg)

Karbon (Dasar Rayon viskus) 2 0,6 1,66 350 210

Karbon* (Dasar PAN) 1,8 0,5 1,99 400 200

Gelas (Jenis E) 3,2 2,3 2,54 75 30

Baja 3,5 2 7,8 200 26

Kevlar 3,2 6,5 1,44 57 40

Nilon 66 0,9 14 1,14 7 6

Poliester 1,1 9 1,38 15 11


32

a. Mentrasfer tegangan ke serat.

b. Melindungi serat.

c. Melepaskan ikatan koheren permukaan matrik dan serat.

Matriks juga berperan memberikan rintangan terhadap serangan alam sekitar dan

melindungi permukaan gentian dari pada lelasan atau abrasi secara mekanikal. Pada

gambar 2.19 memperlihatkan kurva tegangan/regangan untuk suatu sistem matriks

ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi, kekakuan tinggi

(ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi terhadap kegagalan.

Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada waktu yang sama tidak

akan mengalami kegagalan getas.

Gambar 2.19 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal.

Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5

0I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg. Diakses

Juni 2016.

Matriks harus mampu berubah panjang paling tidak sama dengan serat. Gambar

2.20 memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki untuk serat kaca-E,


http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5%200I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg

http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5%200I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg

33

serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi (yaitu bukan dalam

bentuk komposit). Disini terlihat, sebagai contoh, serat kaca-S dengan

perpanjangan 5,3%, akan membutuhkan matriks dengan perpanjangan paling tidak

sama dengan nilai tersebut untuk mencapai sifat tarik yang maksimum.

Gambar 2.20 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat.

Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b3OLg-

_7I/AAAAAAAAACc/zT2_cKYQ5lU/s1600-h/images.jpg. Diakses Juni

2016.

2.7.1 Resin

Kata “resin” telah diterapkan di dunia moderen untuk semua hampir

komponen dari cairan yang akan di tetapkan menjadi lacquer keras atau enamel

seperti barang jadi. Contohnya adalah cat kuku, sebuah produk moderen yang berisi

resin yang merupakan senyawa organik, tetapi resin tanaman tidak kalsik.Tentunya

pengecoran resin dan resin sintetis (seperti epoxy resin )juga telah diberi nama resin

karena menekan memperkuat dengan cara yang sama seperti beberapa resin


34

tanaman, tetapi resin sintetis monomer cair thermosetting plastik, tidak berasal dari

tanaman.

2.7.2 Jenis – Jenis Resin

Berdasarkan kebutuhan resin itu sendiri memilki jenis – jenis berbeda

dengan proses pembuatan dan karakteristik yang berbeda. Contoh jenis resin seperti

berikut :

1. Resin Fenol

Fenol-fenol seperti fenol, kresol, klisenol dan lain sebagainya dikondensasikan

dengan formadehida untuk menghasilkan termoset.

Keuntungannya adalah sebagai berikut :

a. Mudah dibentuk dan menguntungkan dalam kesetabilan dimensi. Kurang

penyusutannya dan keretakannya.

b. Unggul dalam sifat isolasi listrik.

c. Relatif tahan panas dan dapat padam sendiri.

d. Unggul dalam ketahanan asam.

Kekurangannya adalah sebagai berikut :

a. Kurang tahan terhadap Alkali.

b. Aslinya agak berwarna, jadi tidak bebas dalam pewarnaan.

2. Resin Urea

Ini adalah resin termoset yang dapat lewat reaksi urea dan formalin, dimana

urea dan formaldehid ( 37 % formalin) beraksi dalam alkali netral dan lunak. Resin

urea sendiri lebih jelek dari pada resin fenol, resin melamin dan lain sebagainya.


35

Dalam hal ketahanan air, kestabilan dimensi dan ketahan terhadap penuaan. Karena

itu, beberapa bahan lain ditambahkan atau diproses menjadi kopolimer dengan

fenol, melamn dan lain sebagainya untuk memperbaiki sifat – sifat tersebut.

a. Pencetakan

Proses yang dipakai yaiut pencetakan tekan, pengaliha dan injeksi. Dalam

pencetakan tekan, bahan diproses pada temperatur cetakan 130 – 150 0C, tekanan

150 – 300 kg/cm2, selama 30 – 40 detik per 1 mm ketebalam dari benda cetakan.

b. Penggunaan

Bila benda cetakan kaku, tahan terhadap pelarut dan busur listrik, jernih dan

dapat diwarnai secara bebas, maka bahan ini banyak digunakan untuk barang –

barang kecil yang diperlukan sehari – hari seperti pelindung cahaya, soket dan lain

– lain.

3. Resin Melamin

Bahan ini lebih unggul dalam berbagai sifat dari pada resin urea.

a. Pencetakan

Seperti halnya resin urea, dilakukan pencetakan : tekanan, pengalihan dan

injeksi. Suhu pencetakan 10 -20 0C lebih tinggi dari pada resin urea. Sebagai kondisi

pencetakan standar, digunakan temperatur pencetakan 150-170 0C, tekanan

pencetakan 150 – 250 kg/m2, waktu pencetakan 1 menit pada 160 0C atau 40 detik

pada 170 0C per 1 mm tebal bahan.


36

b. Penggunaan

Barang – barang cetakan melamin dapat diwarnai secara bebas. Karena

unggul dalam ketahanan air, ketahanan panas, ketahanan terhadap isolasi listrik,

ketahanan busur listrik, bahan ini kegunaannya luas. Pengunaan utama adalah

untuk: alat – alat makan, bagian – bagian komponen listrik dan mekanik.

4. Resin Poliester Tak Jenuh

Dalam kebanyakan hal ini disebut poliester saja. Karena berupa resin cair

dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan

katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset

lainnya, maka tak perlu diberi tekanan untuk pencetakan. Berdasarkan karakteristik

ini, bahan dikembangkan secara luas sebagai plastik penguat serat ( FRP ) dengan

menggunakan serat gelas.

5. Resin Epoksi

a. Proses Produksi Bahan

Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari

bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin. Bisfenol A

diganti dengan novolak atau senyawa tak jenuh, siklopentadien, dsb. Resin epoksi

bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan

ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan

pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen

epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram).


37

b. Penggunaan Resin Epoksi.

Sebagai perekat hampir semua plastik dapat melekat cukup kuat kecuali resin

silicon, fluoresin, polietilen dan polipropilen. Jenis yang lain adalah jenis yang

paling sering dipakai. Paling luas digunakan dalam industry penerbangan,

konstruksi dan listrik. Dan sebagai bahan cat dapat dipakai terhadap berbagai

bahan, dan secara luas digunakan karena pelapisannya kuat, unggul dalam

ketahanan air dan ketahanan kimia.

6. Resin Poliuretan

Resin ini dihasilkan oleh reaksi diisosianat dan senyawa polihidroksi. Resin

ini kuat, baik dalam ketahanan abrasi, ketahanan minyak dan ketahanan pelarut,

maka digunakan untuk plastik busa, bahan elastis, cat perekat, kulit sintetis dan lain

– lain.

a. Sifat – Sifat

Poliuretan dengan berbagai sifat dapat dibuat, bergantung pada bahan mentah

yang dipilih, tetapi mengenai sifat – saifat yang umum, baik dalam elastisitas dan

kekuatan, kekuatan tarik nya tinggi, unggul dalam ketahanan terhadap abrasi,

penuaan, minyak, pelarut, dan sifat temperatur rendahnya yang menguntungkan

namun demikian, mudah dehidrolisa, relatif kurang kuat terhadap asam dan alkali,

dan warnanya mudah luntur oleh panas atau cahaya.

b. Penggunaan

Bahan ini digunakan secara luas untuk kulit sintetis, serat, bahan karet, bahan

busa dan perekat.


38

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram 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 metode penelitian kincir angin.

Mulai

Perancangan kincir angin propeller dua sudu poros horisontal

menggunakan pipa PVC 8 inchi sebagai cetakan sudu

Pembuatan sudu kincir angin bahan komposit komposit diameter 1 m,

lebar maksimum 13 cm dari pusat poros dan panjang sudu 45 cm

Pengambilan data : - 𝑛 (rpm)

- 𝑣 (kecepatan angin)

- 𝐹 (gaya pengimbang)

- 𝑉 (tegangan)

- 𝐼 (arus)

Pengolahan data

Analisis data dan pembuatan laporan

Selesai


39

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 dan Bahan

Model kincir angin propeler dengan bahan komposit Kincir ini dibuat

dengan diameter 1 meter.

1. Sudu kincir angin.

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar.

Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat

dapat dilihat pada Gambar 3.2.


40

Gambar 3.2. Blade / Sudu.

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 buah lubang untuk pemasangan sudu,untuk mengatur sudu

kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan

dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan Dudukan sudu dapat dilihat

pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu.


41

3. Fan blower.

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan

blower dengan power sebesar 15 Hp. Gambar 3.4 akan menunjukan bentuk dari

fan blower.

Gambar 3.4 Fan Blower.

4. Tachometer.

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran

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

tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup

sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan penampil. Gambar

3.5 menunjukan bentuk tachometer.

Gambar 3.5 Tachometer.


42

5. Timbangan Digital.

Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat

kincir angin berputar. Gambar 3.6 menunjukan bentuk dari Timbangan Digital yang

digunakan dalam penelitian. Timbangan Digital ini diletakan pada bagian lengan

generator.

Gambar 3.6 Timbangan Digital.

6. Anemometer.

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, Gambar 3.7

menunjukan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.7 Anemometer.


43

7. Voltmeter.

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin

oleh setiap variasinya. Gambar Voltmeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Voltmeter.

8. Amperemeter.

Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir

Angin dengan setiap variasinya. Gambar Ampermeter seperti ditunjukan oleh

Gambar 3.9 Ampermeter.

Gambar 3.9 Amperemeter.


44

9. Pembebanan.

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk

mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan bermaksud

supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu

60 Watt sebanyak 5 buah, lampu 40 Watt sebanyak 4 buah dan lampu 25 Watt

sebanyak 5 buah. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.0

Pembebanan lampu.

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu.

3.3 Desain Kincir

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.10.

Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameternya

berukuran 1 m dengan lebar maksimum sudu 12 cm. Gambar 4.1 menunjukan

desain dari sudu kincir angin.


45

Gambar 3.11 Desain kincir.

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara

bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel

3.1.

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu.


46

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade

Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.

tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut:

A. Pembuatan Cetakan Pipa:

1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan

sudu blade kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah komposit.

Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang

diinginkan adalah 50 cm. Setelah pipa dipotong, kemudian pipa di belah

dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan pipa dengan mal kertas agar

lebih mudah dilakukan. Pipa yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8 inchi,

Pemotongan pipa seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.12.

Gambar 3.12 Pemotongan Pipa.

2. Membentuk Mal / cetakan kertas.

Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi

sebuah sudu / balde. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai


47

sesuai dengan mal menggunakan spidol. Mal / cetakan kertas seperti yang

ditunjukkan oleh gambar 3.13

Gambar 3.13 Mal / Cetakan Kertas.

3. Membentuk pipa dengan mal kertas.

Pipa yang telah ditandai oleh mal ketas, kemudian dipotong

menggunakan gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap,

pemotongan di mulai dari garis mal yang mudah dipotong. Proses

pembentukan pipa seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.14.

Gambar 3.14 Pembentukan sudu pada pipa.

4. Menghaluskan pipa.

Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal

kertas, kemudian pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk

mencapai sebuah presisi ukuran dan estetika dari pipa.


48

B. Proses pencetakan sudu :

5. Pelapisan cetakan pipa.

Setelah cetakan dari pipa telah siap, kemudian dilanjutkan pada

tahap dua yaitu pembuatan sudu/blade. Sebelum perpaduan dari resin dan

harderner dioleskan dipermukaan cetakan. Mal pipa dilapisi dengan

alumunium foil. Hal ini bertujuan agar cetakan dengan sudu yang telah jadi

tidak menempel, pelapisan cetakan seperti yang terlihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.15 Pelapisan Mal.

6. Pencampuran Resin dan Harderner.

Pencampuran resin dan harderner dilkakukan dengan perbandingan

5:1. Resin berfungsi untuk mengeraskan campuran dan harderner adalah

bahan yang dikeraskan. Pencampuran kedua bahan seperti yang ditunjukkan

pada gambar 3.16.

3.16 Resin dan Harderner.


49

7. Pembuatan Sudu / Blade.

Dalam membuat sebuah sudu dengan bahan komposit yang terdiri

dari Resin, Harderner dan Serat Glass. Proses pembuatan sudu / blade

dilakukan secara berulang dan cepat. Karena saya mengharapkan sebuah

sudu yang jadi nanti nya terdiri dari empat lapis serat glass. Di antara lapisan

kedua dan ketiga serat glass diberikan sebuah plat alumunium pada pangkal

sudu yang berukuran 2 cm x 10 cm. Pemberian sebuah plat pada lapisan

serat glass bertujuan untuk menambah ketahanan pangkal sudu terhadap

gaya tekan yang diberikan oleh baut. Langkah – langkah pembuatan sudu

sebagai berikut:

a. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada permukaan

pipa yang telah dilapisi alumunium foil menggunakan kuas.

Mengoleskan campuran resin dan harderner seperti yang

ditujukkan oleh gambar 3.17.

Gambar 3.17 Pengolesan cetakan sudu yang dilapisi alumunium foil.

b. Menempelkan lapisan pertama serat glass pada cetakan yang

telah dioleskan campuran resin dan harderner. Seperti yang

ditunjukkan oleh gambar 3.18.


50

Gambar 3.18 Peletakan serat glass pada cetakaan sudu.

c. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan serat

glass pertama.

d. Menempelkan lapisan kedua serat glass kedua.

e. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan serat

gelas kedua.

f. Menempelkan plat alumuium diantara lapisan kedua dan ketiga

Serat glass, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.19.

Gambar 3.19 Peletakan plat pada ujung sudu untuk lubang sudu.

g. Menempelkan lapisan ketiga serat glass.

h. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan ketiga

serat glass.

i. Menempelkan lapisan keempat serat glass.

j. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan

keempat serat glass.


51

8. Pengeringan sudu / Blade.

Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu /

blade dikeringkan dengan cara dijemur dibawah matahari. Proses

pengeringan yang dilkukan dibawah matahari memerlukan waktu 2 -3 hari.

9. Finishing sudu / blade.

Proses finishing sudu / blade meliputi: Pemotongan, Penghalusan,

Pengurangan berat sudu, Pendempulan dan pewarnaan sudu / blade.

Pengurangan berat sudu yang dimaksud adalah menyamakan berat sudu

menjadi 214 gram menggunakan timbangan duduk digital.

10. Pembuatan Lubang Baut.

Pembuatan Lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan diameter

lubang baut 10.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

pemaasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan komponen poros

penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di bagian

belakang kincir Angin. Proses pengambilan data Kecepatan Angin, Putaran Poros

(rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal yang

perlu dilakukan yaitu:


52

1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.

2) Memasang Blade / Sudu pada dudukan sudu.

3) Memasang anemometer pada tiang di depan kincir angin untuk mengukur

kecepatan angin.

4) Memasang timbangan digital pada lengan generator.

5) Memasang generator pada poros kincir angin.

6) Merangkai pembebanan lampu pada generator.

7) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kinicr angin.

8) Percobaan pertama kincir Angin dua sudu dengan kecepatan angin 10 m/s,

percobaan kedua kincir angin dua sudu dengan kecepatan 8 m/s, percobaan

ketiga kincir angin dua sudu dengan kecepatan angin 6 m/s.

9) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara

memundurkan jarak gawang Kincir Angin terhadap fan blower agar dapat

menentukan variasi kecepatan angin.

10) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan,

maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang

terukur pada timbangan digital.

11) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan

kincir angin dengan mengunakan Tachometer.

12) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.


53

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Tabel 4.1 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Kecepatan Angin 10,3 m/s.

Kincir Angin Komposit Dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat

Poros.

NO

Putaran

kincir

Gaya

pengimbang

Tegangan Arus

n (rpm) F (gram) Volt Ampere

1 1166 110 79 0

2 1159 140 77,3 0,09

3 1105 160 76,2 0,19

4 1049 190 73,1 0,28

5 985 220 70,4 0,41

6 936 250 67 0,54

7 894 280 64,7 0,66

8 834 310 60,8 0,79

9 786 340 58,1 0,89

10 703 370 54,8 0,99

Tabel 4.2 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Kecepatan Angin 8,4 m/s. Kincir

Angin Komposit Dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.

Putaran kincir Gaya pengimbang Tegangan Arus Kec.Angin

n (rpm) F (gram) Volt Ampere m/s

1 1023 120 69,4 0

2 996 150 66,7 0,08

3 960 160 64,6 0,17

4 922 180 61,9 0,26

5 890 210 58,4 0,37 8,4

6 773 240 52,9 0,49

7 754 270 49 0,59

8 709 280 45,1 0,7

9 610 300 39,2 0,77

10 580 310 34 0,84

NO


54

Tabel 4.3 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Kecepatan Angin 6,4 m/s Kincir

Angin Komposit Dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.

NO

Putaran

kincir

Gaya

pengimbang

Tegangan Arus

n (rpm) F (gram) Volt Ampere

1 808 110 56,6 0

2 791 140 53,5 0,08

3 776 150 52,3 0,15

4 727 180 48,5 0,26

5 687 210 44,9 0,36

6 609 230 40,7 0,47

7 545 250 37,8 0,59

8 496 270 33,5 0,73

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk

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 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan daya angin diambil dari tabel pengujian 4.1

pada pengujian ketujuh diperoleh kecepatan angin 10,3 m/s, massa jenis udara (ρ)

sebesar 1,18 kg/m3 dan luas penampang (A) adalah 0,785 m2. Maka dapat dihitung

daya angin sebesar :

𝑃𝑖𝑛 =1

2 𝜌 𝐴 𝑣3

Pin = ½ 𝑥 1.18 𝑥 0,785 𝑥 10,3 3

Pin = 499 watt


55

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 499 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan nilai torsi diambil, dari tabel 4.1 pada pengujian

ketujuh. Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 2,75 N dan jarak lengan torsi ke

poros sebesar 0,27 m, maka torsi dapat dihitung :

T = F x l

T = 2,75 x 0.27

T = 0.74 N.m

Jadi Torsi yang dihasilkan sebesar 0,74 N.m

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian

diperoleh kecepatan angin 10,3 m/s, putaran poros (n) sebesar 894 rpm, dan torsi

yang telah dihitung pada sub bab 4.2.2 sebesar 0.74 N.m, maka besarnya daya kincir

dapat dihitung :

Pout = T x ω

Pout = 0.74 x 𝜋 .894

30

Pout = 69,43 watt

Jadi Daya yang dihasilkan sebesar 69,43 watt.


56

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik

Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari tabel pengujian 4.1 pada

pengujian ketujuh. Diperoleh tegangan sebesar 64,7 Volt dan Arus sebesar 0,66

Ampere, maka daya listrik dapat dihitung :

Plistrik = V . I

Plistrik = 64,7 x 0,66

Plistrik = 42,7 Watt

Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 42,7 Watt.

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian

ketujuh dan pembebanan ketujuh diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 894

jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 10.3 m/s, maka

tip speed ratio dapat dihitung :

𝑡𝑠𝑟 = 2 π r n

60 v

𝑡𝑠𝑟 = 2 𝑥 3,14 𝑥 0,5 𝑥 894

60 𝑥 10,3

𝑡𝑠𝑟 = 4,57

Jadi TSR yang dihasilkan sebesar 4.57.


57

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin

pada sub bab 4.2.1 sebesar 499 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada sub

bab 4.2.3 sebesar 69,4 watt, maka koefisien daya dapat dihitung :

Cp = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 x 100 %

Cp = 69,4

499 x 100 %

Cp = 13,9 %

Jadi Koefisien daya yang dihasilkan sebesar 13.9 %.

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software

Microsoft Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara putaran rotor dengan

torsi yang dihasilkan, grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio,

dan grafik hubungan antara daya dengan torsi 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.


58

Tabel 4.4 Data Perhitungan Dua Sudu Kecepatan Angin 10,3 m/s. Kincir Angin

Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.


Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.


Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros

Gaya

pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut Daya angin

Daya kincir

mekanis

Daya

Listrik

Tip speed

ratio

Koefisien daya

Mekanis

Koefisien

Daya Listrik

N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) Watt tsr Cp % Cp %

1 1,08 0,29 122,10 499,01 35,58 0,00 5,96 7,13 0,00

2 1,37 0,37 121,37 499,01 45,01 6,96 5,92 9,02 1,39

3 1,57 0,42 115,72 499,01 49,04 14,48 5,64 9,83 2,90

4 1,86 0,50 109,85 499,01 55,28 20,47 5,36 11,08 4,10

5 2,16 0,58 103,15 499,01 60,11 28,86 5,03 12,05 5,78

6 2,45 0,66 98,02 499,01 64,90 36,18 4,78 13,01 7,25

7 2,75 0,74 93,62 499,01 69,43 42,70 4,57 13,91 8,56

8 3,04 0,82 87,34 499,01 71,71 48,03 4,26 14,37 9,63

9 3,34 0,90 82,31 499,01 74,12 51,71 4,02 14,85 10,36

10 3,63 0,98 73,62 499,01 72,15 54,25 3,59 14,46 10,87

NO

Gaya

pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut Daya angin

Daya kincir

mekanis

Daya

Listrik

Tip speed

ratio

Koefisien daya

Mekanis

Koefisien

Daya Listrik


1 1,18 0,32 107,13 275 34,05 0,00 6,38 12,40 0,00

2 1,47 0,40 104,30 275 41,44 5,34 6,21 15,09 1,94

3 1,57 0,42 100,53 275 42,60 10,98 5,98 15,51 4,00

4 1,77 0,48 96,55 275 46,03 16,09 5,75 16,76 5,86

5 2,06 0,56 93,20 275 51,84 21,61 5,55 18,88 7,87

6 2,35 0,64 80,95 275 51,46 25,92 4,82 18,74 9,44

7 2,65 0,72 78,96 275 56,47 28,91 4,70 20,56 10,53

8 2,75 0,74 74,25 275 55,06 31,57 4,42 20,05 11,49

9 2,94 0,79 63,88 275 50,76 30,18 3,80 18,48 10,99

10 3,04 0,82 60,74 275 49,87 28,56 3,62 18,16 10,40

NO

Gaya

pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut Daya angin

Daya kincir

mekanis

Daya

Listrik

Tip speed

ratio

Koefisien daya

Mekanis

Koefisien

Daya Listrik


1 1,08 0,29 84,61 119 24,65 0,00 6,66 20,78 0,00

2 1,37 0,37 82,83 119 30,72 4,28 6,52 25,89 3,61

3 1,47 0,40 81,26 119 32,29 7,85 6,40 27,21 6,61

4 1,77 0,48 76,13 119 36,30 12,61 5,99 30,59 10,63

5 2,06 0,56 71,94 119 40,02 16,16 5,66 33,73 13,62

6 2,26 0,61 63,77 119 38,85 19,13 5,02 32,74 16,12

7 2,45 0,66 57,07 119 37,79 22,30 4,49 31,85 18,80

8 2,65 0,72 51,94 119 37,15 24,46 4,09 31,31 20,61

NO


59

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakukan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan

hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut antara lain grafik antara rpm dan

daya,, grafik hubungan antara torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara koefisien

daya dengan tip speed ratio. Penjelasan untuk grafik hubungan diatas, lebih

lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik di halaman selanjutnya.

4.4.1 Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Kecepatan

Angin 10,3 m/s

Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat

digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan daya

(Pout). Pada gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis (Pout mekanis)

puncak yang dihasilkan kincir angin dengan kecepatan 10,3 m/s adalah sekitar

74 watt. Dan nilai daya kincir elektris (Pout elektris) puncak yang dihasilkan kincir

dengan variasi kecepatan 10,3 m/s adalah sekitar 54,2 watt. Daya mekanis puncak

terjadi pada 786 rpm dan untuk daya listrik puncak terjadi pada 703 rpm.


60

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Kecepatan Angin 10,3 m/s

Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat

Poros.


Angin 8,4 m/s





56,4 watt. Dan nilai daya kincir elektris (Pout elektris) puncak yang dihasilkan kincir



0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

DA

YA

( W

AT

T )

RPM

Daya mekanis

Daya listrik


61



Poros.


Angin 6,4 m/s





40 watt. Dan nilai daya kincir elektris (Pout elektris) puncak yang dihasilkan kincir

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0

DA

YA

( W

AT

)

RPM

Daya mekanis

Daya listrik


62





Poros.

4.4.4 Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Untuk Tiga Variasi

Kecepatan Angin

Data dari Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada

perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

putaran poros (rpm) dan daya mekanis. Pada gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai

tertinggi daya kincir mekanis (Pout mekanis) yang dihasilkan kincir angin bahan

komposit bersudu tiga ada pada variasi kecepatan angin 10,3 m/s. Dari grafik

hubungan antara putaran poros dan daya mekanis ini, dapat disimpulkan bahwa

semakin besar nilai dari putaran poros maka semakin besar pula daya yang

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

0 5 0 0 1 0 0 0

DA

YA

( W

AT

T )

RPM

Daya mekanis

Daya Listrik


63

dihasilkan oleh kincir. Daya mekanis maksimal yang dicapai sekitar 74 watt pada

putaran poros 786 rpm.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan RPM dan Daya Mekanis Pada Tiga Variasi Kecepatan

Angin Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari

Pusat Poros.

4.4.5 Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Elektris Untuk Tiga Variasi

Kecepatan Angin


perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

putaran poros (rpm) dan daya listrik. Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai

tertinggi daya kincir elektris (Pout elektris) yang dihasilkan kincir angin bahan

komposit bersudu tiga ada pada variasi kecepatan angin 10,3 m/s. Dari grafik

hubungan antara putaran poros dan daya mekanis ini, dapat disimpulkan bahwa

semakin besar nilai dari putaran poros maka semakin besar pula daya yang

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

DA

YA

ME

KA

NIS

( W

AA

T )

RPM

pout mekaniskec.angin rata -rata 10,3 m/s.

Pout mekaniskec.angin rata -rata 8,4 m/s.

Pout mekaniskec.angin rata -rata 6,4 m/s.


64

dihasilkan oleh kincir. Daya maksimal elektris yang dicapai yaitu sekitar 54,2 watt

pada putaran poros 703 rpm.

Gambar 4.5 Grafik Hubungan RPM dan Daya Elektris Pada Tiga Variasi Kecepatan


Pusat Poros.

4.4.6 Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Untuk Tiga Variasi

Kecepatan Angin


perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

rpm dan torsi. Pada Gambar 4.6 menunjukan nilai torsi yang dihasilkan kincir angin

dengan tiga variasi kecepatan angin. Dapat dilihat bahwa semakin besar torsi yang

dihasilkan maka rpm semakin kecil. Pada variasi kecepatan angin 8,4 m/s, torsi

maksimal yang dihasilkan sebesar 0,82 N.m. Pada variasi kecepatan angin 6,4 m/s

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

DA

YA

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM

Pout listrik kec.Angin rata - rata10,3 m/s.

pout listrikkec.angin rata-rata 8,4 m/s.

Pout listrikkec.angin rata -rata 6,4 m/s.


65

torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 0,72. Dan untuk variasi kecepatan angin

10,3 m/s torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 0,98 N.m.

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Tiga Variasi Kecepatan


Pusat Poros.

4.4.7 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Kecepatan

Angin 10,3 m/s

Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan koefisien

daya untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angina 10,3 m/s. Koefisien daya

mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 14,85 % yang terjadi

pada tsr sebesar 4,02. Sedangkan pada koefisien daya listrik maksimal yang

dihasilkan (Cpmax Listrik) sebesar 10, 87 % yang terjadi pada nilai tsr sebesar 3,59.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

TO

RS

I, T

( N

. M

)

RPM

Kec.Anginrata - rata10,3 m/s.




66

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp (%) Pada Variasi Kecepatan Angin

10,3 m/s Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari

Pusat Poros.

.


Angin 8,4 m/s

Pada Gambar 4.8 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan Koefisien

daya untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,4 m/s. Koefisien daya

mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 20,56 % yang terjadi

pada nilai tsr sebesar 4,70. Sedangkan pada koefisien daya listrik maksimal yang

dihasilkan (Cpmax Listrik) sebesar 11,49 % dan terjadi pada nilai tsr sebesar 4,42 .

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

Cp Listrik


67



Pusat Poros.

.


Angin 6,4 m/s

Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr

untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,4m/s. Koefisien daya mekanis

maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 33,73 % yang terjadi pada nilai

tsr sebesar 5,66. Sedangkan pada koefisien daya listrik maksimal yang dihasilkan

(Cpmax Listrik) sebesar 20,61 % yang terjadi pada nilai tsr sebesar 4,09.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

Cp Listrik


68



Pusat Poros.

4.4.10 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Mekanis Pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin

Pada Gambar 4.10 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

mekanis dan tsr kincir dengan tiga variasi kecepatan angin. Koefisien daya mekanis

maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 33,73 % yang terjadi pada nilai

tsr sebesar 5,66 dengan variasi kecepatan angin 6,4 m/s. Sedangkan pada variasi

kecepatan angin 10,3 m/s nilai koefisien daya mekanis maksimal yang dihasilkan

sebesar 14,85 % pada nilai tsr 4,02. Dan untuk variasi kecepatan angin 8,4 m/s nilai

koefisien daya mekanis maksimal sebesar 20,56 % pada nilai tsr 4,70.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 2 . 0 0 4 . 0 0 6 . 0 0 8 . 0 0

CP

%

TSR

Daya Mekanis

Daya Listrik


69

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp (%) Pada Tiga Variasi Kecepatan

Angin. Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari

Pusat Poros.

4.4.11 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Elektris Pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin

Pada Gambar 4.11 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

listrik dan tsr kincir dengan tiga variasi kecepatan angin. Koefisien daya mekanis

maksimal yang dihasilkan (Cpmax Listrik) sebesar 20,61 % yang terjadi pada nilai

tsr sebesar 4,09 dengan variasi kecepatan angin 6,4 m/s. Sedangkan pada variasi

kecepatan angin 8,4 m/s nilai koefisien daya listrik maksimal sebesar 11,49 %

dengan nilai tsr 4,42. Dan untuk variasi kecepatan angin 10,3 m/s nilai koefisien

daya listrik maksimal sebesar 10,87 % pada nilai tsr sebesar 3,59.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 2 . 0 0 4 . 0 0 6 . 0 0 8 . 0 0

CP

ME

KA

NIS

%

TSR

Kec. Anginrata - rata10,3 m/s.

Kec.Anginrata - rata 8,4m/s.

Kec.Anginrata - rata 6,4m/s.

33,73 %

20,56 %

14,85 %


70

Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp (%) Pada Tiga Variasi Kecepatan

Angin. Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari

Pusat Poros.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 2 . 0 0 4 . 0 0 6 . 0 0 8 . 0 0

CP

LIS

TR

IK %

TSR

Kec.Angin rata -rata 10,3m/s.



20,61 %

11,49 %

10,87 %


71

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan pengambilan data, pengolahan dan analisis data dapat

disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horizontal dua sudu bahan

komposit, diameter 1 m, lebar maksimum 13 cm dengan jarak 12,5 cm dari

pusat poros. Dengan mal terbuat dari potongan pipa pvc 8 inchi.

2. Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,98 Nm pada

kecepatan putar kincir 703 rpm terjadi pada kecepatan angin rata – rata 10,3

m/s. Daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin yang dibuat yaitu

74,12 watt pada torsi 0,90 N.m dan kecepatan angin rata - rata 10,3 m/s.

3. Koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 33,73 % pada tsr 5,66

dengan kecepatan angin rata - rata 6,4 m/s.

5.2 Saran

1. Penelitian kincir angin yang menggunakan kecepatan angin sebagai

variasi pengujian, sebaiknya dilakukan ditempat yang luas.

2. Perlu dilakukan uji coba dengan variasi kecepatan angin yang lebih

rendah (3 m/s - 6 m/s), mengingat karakteristik angin di Indonesia

cenderung rendah.

3. pengambilan data pengujian seperti; rpm, kecepatan angin, beban, arus

dan tegangan sebaiknya dilakukan secara bersamaan.


72

4. sebelum melakukan pengujian sebaiknya alat ukur telah diakurasi ulang

agar data yang didapat lebih presisi.


73

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2012, https://helmidadang.wordpress.com/2012/12/29/cadangan-minyak-

bumi-di-indonesia.

Anonim, 2015, http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-

beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html.

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

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

Energi Nasional.

Dermawan, H., 2012, “Perancangan Turbin Angin Savonius L Sumbu Vertikal.”,

Program Study Teknik Elektro,FT UMRAH.

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

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

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

http://www.1powerbloger.com.

Tata Surdia., 2005, “ Pengetahuan bahan teknik”, cetakan ke-6 PT. Pradnya

Paramita.


https://helmidadang.wordpress.com/2012/12/29/cadangan-minyak-bumi-di-indonesia%20diakses%20Mei%202016

https://helmidadang.wordpress.com/2012/12/29/cadangan-minyak-bumi-di-indonesia%20diakses%20Mei%202016

http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html

http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html

http://www.1powerbloger.com/

74

LAMPIRAN

Lampiran 1. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepetan

Angin 10,3 m/s kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm

dari pusat poros.

Lampiran 2. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan


dari pusat poros.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0

PO

UTM

EK

AN

IS (

WA

TT

)

RPM

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0

PO

UT

LIS

TR

IK (

WA

AT

T )

RPM


75

Lampiran 3. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin

10,3 m/s kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari

pusat poros.

Lampiran 4. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepatan


dari pusat poros.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

Cp Listrik

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

PO

UT

ME

KA

NIS

( W

AT

T )

RPM


75

Lampiran 5. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan


dari pusat poros.

Lampiran 6. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin 8,4

m/s kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusat

poros.

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0

PO

UT

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0

DA

YA

( W

AT

)

RPM

Dayamekanis


75

Lampiran 7. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepetan


dari pusat poros.

Lampiran 8. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kec.Angin

6,4 m/s kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusat

poros.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

PO

UT

M

EK

AN

IS (

WA

TT

)

RPM

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

PO

UT

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM


75

Lampiran 9. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin 6,4


poros.

Lampiran 10. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm

dari pusat poros.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

DA

YA

( W

AT

T )

RPM

Daya mekanis

Daya Listrik

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

DA

YA

ME

KA

NIS

( W

AA

T )

RPM

pout mekaniskec.angin rata - rata10,3 m/s.Pout mekaniskec.angin rata - rata8,4 m/s.Pout mekaniskec.angin rata - rata6,4 m/s.


75

Lampiran 11. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm

dari pusat poros.

Lampiran 12. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin


pusat poros.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

DA

YA

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM

Pout listrik kec. Anginrata - rata 10,3 m/s.

pout listrik kec.anginrata- rata 8,4 m/s.

Pout listrik kec.anginrata - rata 6,4 m/s.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0

TO

RS

I, (

N. M

)

RPM


75



poros.



poros.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0

TO

RS

I, (

N. M

)

RPM

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

TO

RS

I, (

N. M

)

RPM


75

Lampiran 15. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Tiga Variasi Kecepatan

Angin kincir angin komposit dua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusat

poros.

Lampiran 16. Grafik Hubungan Antara TSR dan CPMekanis Pada Variasi Kec. Angin


pusat poros.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

TO

RS

I, T

( N

. M

)

RPM

Kec.Angin rata -rata 10,3 m/s.Kec.Angin rata -rata 8,4 m/s.Kec.Angin rata -rata 6,4 m/s.

y = -1.3681x2 + 10.225x - 4.4243

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

ME

KA

NIS

%

TSR


75

Lampiran 17. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Listrik Pada Variasi Kec. Angin 10,3


poros.

Lampiran 18. Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya (Cp) Pada Variasi Kec.


dari pusat poros.

y = -1.1358x2 + 6.3643x + 2.9075

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

LIS

TR

IK %

TSR

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

Cp Listrik


75

Lampiran 19. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis Pada Variasi Kecepatan Angin


poros.

Lampiran 20. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin


poros.

y = -2.184x2 + 20.043x - 25.968

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

ME

KA

NIS

%

TSR

y = -2.3336x2 + 19.662x - 30.174

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

LIS

TR

IK %

TSR


75



dari pusat poros.

Lampiran 22. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis Pada Variasi Kecepatan Angin


poros.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

Cp Listrik

y = -4.3508x2 + 43.939x - 76.728

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

ME

KA

NIS

%

TSR


75

Lampiran 23. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin


poros.



dari pusat poros.

y = -2.8275x2 + 23.339x - 28.391

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

LIS

TR

IK %

TSR

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 7 . 0 0

CP

%

TSR

Daya Mekanis

Daya Listrik


unjuk kerja kincir angin poros horisontal dua sudu …1].pdf · kincir angin propeller berbahan...

Documents