unjuk kerja kincir angin poros horisontal tiga sudu ... · horizontal axle wind turbine three...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL TIGA SUDU,

BERBAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 100 CM, LEBAR

MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh:

MACCABE LUHUR ISKANDAR

NIM: 125214048

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF WIND TUNEL HORIZONTAL SHAFT

THREE BLADE, WITH COMPOSITE MATERIAL, WITH DIAMETER

100 CM, THE MAXIMUM OF WIDTH 13 CM WITH THE DISTANCE

20 CM FROM THE CENTER OF A SHAFT

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By:

MACCABE LUHUR ISKANDAR

Student Number: 125214048

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


vii

INTISARI

Kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya.

Hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan

ekonomi, dan perkembangan teknologi. Gas bumi, minyak dan batu bara menjadi

sumber energi utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia. Namun peningkatan

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

gas bumi maupun batubara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia.

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 poros horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100

cm, lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros. Terdapat tiga

variasi perlakuan kecepatan angin : kecepatan angin 6,2 m/s, 7,3 m/s, 8,4 m/s.

Untuk mencari karakteristik kincir angin maka poros kincir angin dihubungkan

ke mekanisme pembebanan lampu. Besarnya torsi diperoleh dari mekanisme

timbangan digital, putaran kincir angin diukur menggunakan tachometer,

kecepatan angin diukur mengguanakan anemometer dan ketersediaan angin

dengan menggunakan wind tunnel 15 Hp.

Dari hasil penelitian ini Koefisien daya mekanis tertinggi diperoleh pada

kecepatan angin rata-rata 6,2 m/s sebesar 40,65%. Sedangkan pada kecepatan

angin rata-rata 7,3 m/s sebesar 36,81% dan pada kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s

hanya sebesar 34,13%. Torsi terbesar yang dihasilkan kincir angin adalah sebesar

1,85 Nm pada kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s. Daya mekanis tertinggi yang

dapat dihasilkan oleh kincir angin adalah sebesar 93,73 watt pada kecepatan angin

rata-rata 8,4 m/s. Daya listrik tertinggi yang dapat dihasilkan oleh kincir angin

adalah sebesar 70,20 watt pada kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s.

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


viii

ABSTRACT

Electrical energy demand in Indonesia is increasing every year. This

happens because of the increasing population, economic growth, and

technological developments. Natural gas, oil and coal are the main sources of

energy for the availability of electricity in Indonesia. However, the increasing

demand for electrical energy is not followed by the availability of fuel oil, natural

gas and coal as a source of power generation in Indonesia. This study aims to

examine the performance of windmill studied such as torque, power ratio,

maximum power coefficient, and tip speed ratio.

Horizontal axle wind turbine three blades made of composite diameter 100

cm, maximum width 13 cm with a distance of 20 cm from the center of the shaft.

There are three variations of wind speed treatment: wind speed 6.2 m / s, 7.3 m /

s, 8.4 m / s. To find the characteristics of the windmill, the windmill shaft is

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

the mechanism of digital scales, windmill rotation is measured using a

tachometer, wind speed measured using anemometer and wind availability by

using a 15 Hp wind tunnel.

From the results of this research, the highest mechanical power coefficient

was obtained at an average wind speed of 6.2 m/s of 40.65%. While at an average

wind speed of 7.3 m/s of 36.81% and at an average wind speed of 8.4 m/s is only

34.13%. The largest torque generated windmill is 1.85 Nm at an average wind

speed of 8.4 m/s. The highest mechanical power that windmill can produce is

93.73 watts at an average wind speed of 8.4 m/s. The highest electrical power that

a windmill can generate is 70.20 watts at an average wind speed of 8.4 m/s.

Keywords: windmills propeller, the coefficient power, tip speed ratio


ix

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih

serta anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “Unjuk Kerja Kincir Angin

Poros Horisontal Tiga Sudu Berbahan Komposit, Berdiameter 100 cm,

Lebar Maksimum 13 cm Dengan Jarak 20 cm Dari Pusat Poros”

Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para

mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Dalam laporan tugas akhir ini membahas mengenai

perancangan, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis, dan perbandingan

daya.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:

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

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

dan Dosen Pembimbing Akademik. .

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

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

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

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

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.


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 .......................................................................................... iv

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ........................................................... ..9

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ............................................................... 12


xii

2.3 Rumus-Rumus perhitungan .............................................................................. 14

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

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

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

2.3.4 Torsi Kincir Angin ................................................................................ 17

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.5.1 Serat Alami ........................................................................................... 28

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

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

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

2.6.1 Resin Polyester ...................................................................................... 33

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

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

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

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

3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 42

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ....................................................................... 43

3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 48


xiii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 50

4.1 Data Hasil Penelitian ........................................................................................ 50

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

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

4.2.2 Perhitungan Torsi ................................................................................... 53

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ........................................................................ 54

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ....................................................................... 55

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

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya Mekanis ................................................... 57

4.3 Data Hasil Penelitian ........................................................................................ 58

4.4 Pembahasan Grafik ......................................................................................... 61

4.4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi ............................. 62

4.4.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Mekanis dan TSR ........................... 63

4.3.3 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi ............................................. 64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 70

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 70

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

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 72


xiv

DAFTAR GAMBAR

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

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

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

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

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

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

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Daya dan tip speed ratio Maksimal Beberapa Jenis

Kincir ................................................................................................ 16

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

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

Gambar 2.10 Tipe discountinous fibre .................................................................. 22

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

Gambar 2.13 Jenis-jenis Serat ............................................................................... 28

Gambar 2.14 Jenis-jenis Serat Alami .................................................................... 29

Gambar 2.15 Jenis – Jenis Serat Buatan ................................................................ 30

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

Gambar 3.2 Sudu Kincir Angin ............................................................................. 37

Gambar 3.3 Dudukan Sudu Kincir Angin ............................................................. 37

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

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

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

Gambar 3.7 Anemometer ....................................................................................... 40

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

Gambar 3.9 Amperemeter ..................................................................................... 41

Gambar 3.10 Pembebanan Lampu ........................................................................ 42


xv

Gambar 3.11 Desain Sudu Kincir Angin .............................................................. 42

Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa ................................................................. 43

Gambar 3.13 Cetakan Kertas ................................................................................ 44

Gambar 3.14 Cetakan Pipa .................................................................................... 44

Gambar 3.15 Pelapisan Cetakan Pipa ................................................................... 45

Gambar 3.16 Resin dan herdener .......................................................................... 46

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dan torsi pada kincir

angin poros horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm

lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.. ............... 62

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara koefisien daya mekanis dengan tip speed

ratio pada kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan komposit

berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari

pusat poros.. ............................................................................................. 63

Gambar 4.3 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir angin poros

horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar

maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros, pada kecepatan

angin 6,2 m/s.. .......................................................................................... 65




angin 7,3 m/s. ........................................................................................ 66




angin 8,4 m/s.. .......................................................................................... 67

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya mekanis dengan torsi pada kincir angin poros


maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros. ....................68

Gambar 4.7 Grafik hubungan daya listrik dengan torsi pada kincir angin poros


maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros. ....................69


xvi

DAFTAR TABEL

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

Tabel 2.2 Sifat-sifat Serat ....................................................................................... 31

Tabel 2.3 Karakteristik Serat E-glass .................................................................... 31

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan

komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm

dari pusat poros, dengan kecepatan angin 6,2 m/s. .................................... 50



dari pusat poros, dengan kecepatan angin 7,3 m/s. .................................... 51



dari pusat poros, dengan kecepatan angin 8,4 m/s ..................................... 51

Tabel 4.4 Data perhitungan kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan










xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar poros (rpm)

F Gaya pembebanan (N)

T Torsi (Nm)

Daya angin (Watt)

Daya listrik (Watt)

Daya kincir (Watt)

Tip Speed Ratio

Koefisien daya (%)

Koefisien daya maksimal (%)

m massa (kg)

Energi kinetic (wH)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

Waktu (s)

ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)

Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)

L Panjang lengan torsi (m)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman sekarang ini teknologi berkembang dan semakin moderen,

Kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya. Hal ini

terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan

perkembangan teknologi. Gas bumi, minyak dan batu bara menjadi sumber energi

utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia. Namun peningkatan kebutuhan energi

listrik ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas bumi maupun

batubara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia.

Energi angin adalah sumber energi terbarukan yang telah dimanfaatkan selama

lebih dari seabad. Pemanfaatan energi angin menjadi salah satu pemanfaatan energi

baru terbarukan paling efektif di dunia, karena sumber daya angin tersedia dimana

pun dan bebas polusi. Untuk memanfaatkan energi angin, dibutuhkan sebuah alat

yang disebut turbin angin. Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk

membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk

mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi,

keperluan irigasi, dan lain-lain. Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah


2

energi angin menjadi energi mekanik pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk

memutar generator yang akan menghasilkan listrik.

Dalam pembuatannya, sudu turbin angin dapat dibuat menggunakan berbagai

macam material, salah satunya adalah komposit. Komposit merupakan material yang

tersusun dari kombinasi dua atau lebih unsur yang berbeda di dalam bentuk dan

komposisi material yang pada dasarnya tidak dapat dipisahkan. Penggunaan material

komposit pada sudu turbin angin bertujuan untuk mengurangi bobot kincir angin

dibanding menggunakan material lain, serta memberi kekakuan dan kekuatan pada

sudu turbin angin.

Menurut jenisnya, kincir angin terbagi menjadi dua jenis, yaitu kincir angin

dengan poros horisontal dan kincir angin dengan poros vertikal. Pada penelitian ini,

penulis akan meneliti kincir angin poros horisontal. Oleh karena itu, pada penelitian

ini penulis ingin mengetahui besarnya daya, kecepatan putar poros kincir dan tingkat

efisiensi dari kincir angin poros horisontal dari material komposit.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:

1. Pemanfaatan energi terbarukan khususnya energi angin untuk pemenuhan

konsumsi listrik di masyarakat modern saat ini.

2. Diperlukan adanya desain baru untuk pembangkit listrik tenaga angin,

terutama kincir angin sumbu horisontal.


3

3. Penggunaan bahan komposit dalam pembuatan sudu kincir angin.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat kincir angin poros horisontal tiga sudu, berbahan komposit,

berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat

poros.

2. Mengetahui nilai koefisien daya tertinggi dari ketiga variasi kecepatan angin.

3. Mengetahui unjuk kerja dari kincir angin poros horisontal tiga sudu, berbahan

komposit, berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm

dari pusat poros.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Model kincir angin di desain memiliki tipe horisontal berbahan komposit.

2. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah tiga sudu dan setiap sudu

memiliki berat 200 gram.

3. Menggunakan pipa berdiameter 8 inchi sebagai cetakan.

4. Pembebanan dalam penelitian menggunakan lampu bohlam.


4

5. Menggunakan beberapa alat diantaranya sebagai berikut: Menggunakan fan

blower dengan kekuatan 15 Hp, anemometer, tachometer, timbangan digital,

voltmeter, amperemeter.

6. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dalam penelitian ini adalah:

1. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi pemanfaatan

energi terbarukan.

2. Dapat digunakan untuk masyarakat luas.

3. Turut serta dalam mengurangi pemakaian sumber daya dari fosil yang

digunakan dalam proses pembangkit listrik.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

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

pembangit listrik tenaga angin mengkonversikan energi angin menjadi energi

listrik dengan menggunakan sebuah alat yang disebut kincir angin atau turbin

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

kincir angin dan diteruskan pada rotor pada generator dibagian belakang kincir

angin, sehingga akan menghasilkan listrik yang biasanya akan disimpan kedalam

sebuah baterai terlebih dahulu sebelum di manfaatkan.

Syarat- syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan

energi listrik dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin

Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas Permukaan Tanah

Kelas

Angin

Kecepatan angin

(m/d)

Kondisi Alam di Daratan

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

2 0.3 – 1.5 Angin bertiup, asap lurus keatas.

3 1.6 – 3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin.

4 3.4 – 5.4

Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang

pelan, petunjuk arah angin bergerak.

5 5.5 – 7.9 Debu dijalan, kertas berterbangan, ranting


6

pohon bergoyang.

6 8.0 – 10.7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar.

7 10.8 – 13.8

Ranting pohon besar bergoyang, air kolam

berombak kecil.

8 13.9 – 17.1

Ujung pohon melengkung, hembusan angin

terasa ditelinga.

9 17.2 – 20.7

Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat

melawan arah angin.

10 20.9 – 24.4

Dapat mematahkanranting pohon, rumah

rubuh.

11 24.5 – 28.4

Dapat merubuhkan pohon, dapat menimbulkan

kerusakan.

12 28.5 – 32.5 Dapat menimbulkan kerusakan parah.

13 32.6 – 42.3 Tornado

Sumber : http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf, diakses

November 2016.

Angin kelas 3 adalah batas minimun angin untuk menggerakan sebuah kincir

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

dipergunakan untuk menghasilkan energi listrik.

Jenis – jenis angin antara lain :

1. Angin laut

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

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


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

7

daratan memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan temperatur di

laut seperti yang didapat dilihat pada gambar 2.1 angin laut biasanya

digunakan oleh para nelayan untuk pulang sehabis menangkap ikan.

2. Angin darat

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

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

karena temperatur laut lebih tinggi dari pada temperatur yang ada didaratan

seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2 angin darat ini biasa dimanfaatkan

oleh para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan menggunakan perahu

layar.

Gambar 2.1 Angin Laut. Gambar 2.2 Angin darat.

Sumber : https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-

unsur-iklim-dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/ diakses Februari

2017

3. Angin lembah

Angin lembah adalah angin yang berhembus dari lembah ke puncak

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

angin yang disebabkan karna adanya perbedaan temperature antara puncak


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


8

gunung dan lembah, puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari

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

4. Angin gunung

Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di

kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung

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

pendinginan lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga

tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas

permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.3 Angin Lembah Gambar 2.4 Angin Gunung

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

diakses Februari 2017

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh energi angin yang

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

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

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

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

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


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

9

digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Kini kincir angin lebih banyak

digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat dengan menggunakan

prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang tidak dapat

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

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

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

dikarenakan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah

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

bahan dasar pembangkit listrik.

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibagi menjadi dua kelompok

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

penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horisontal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

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

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

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

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

lain :

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

kincir bisa lebih besar dari pada kecepatan angin.

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

3. Tidak memerlukan sudut orientasi.


10

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

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

diatas menara.

6. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju

rotor.

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

Dari beberapa kelibihan diatas kincir jenis HAWT ini juga mempunyai beberapa

kekurangan antara lain :

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

antara lain penambahan ekor pengarah angin.

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

berat (Gearbox dan Generator).

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

sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk proses pengerjaannya.

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

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

pada gambar 2.5.


11

(a) (b)

(a) Sumber : http://www.awwasc.com diakses November 2016.

(b) Sumber : http://www.dilos.com diakses November 2016.

(c) (d)

(c) Sumber : https://s-media-cache-ak0.pinimg.com diakses November 2016.

(d) Sumber : http://aerotrope.com diakses November 2016.

Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal

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

calzoni


http://www.awwasc.com/

http://www.dilos.com/

https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/

http://aerotrope.com/

12

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

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

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

angin atau dengan pengertian lain jenis kincir seperti ini dapat mengkonversi

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

antara lain :

1. Dapat menerima angin dari arah manapun.

2. Memiliki torsi yang besar walaupun putaran porosnya rendah.

3. Mampu bekerja pada putaran yang rendah.

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

persegi panjang.

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

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

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

2. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko

kecelakaan yang besar bagi manusia.

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

yang menolak angin dinamakan upwind, sudu bagian ini cenderung

menghambat putaran poros.

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

menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir angin poros

vertikal yang ada.


13

(a) (b)

(a) Sumber : http://www.bdonline.co.uk diakses November 2016.

(b) Sumber : http://www.alternativeconsumer.com diakses November 2016.

(c) (d)

(c) Sumber : https://en.wikipedia.org diakses November 2016.

(d) Sumber : www.pinterest.com diakses November 2016.

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal.

(a) Quet Revolution , (b) Wepower, (c) Darrieus wind turbine ,

(d) Savonius wind turbine.


http://www.bdonline.co.uk/

http://www.alternativeconsumer.com/

https://en.wikipedia.org/

http://www.pinterest.com/

14

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan

Dalam penelitian kerja kincir angin sangat diperlukan beberapa rumus

perhitungan, antara lain sebagai berikut.

2.3.1 Energi dan Daya Angin

Energi angin adalah energi yang dimiliki angin karna adanya kecepatan,

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

Maka secara umum energi kinetik angin dapat dirumuskan :

Ek=

m v

2 (1)

yang dalam hal ini :

Ek : Energi kinetik, J (joule)

m : massa udara (kg)

v : kecepatan angin (m/s)

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

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

menjadi :

Pin =

ṁ v

2 (2)


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

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

v

: kecepatan angin (m/s)

Aliran udara yang menggalir per satuan waktu adalah :


15

ṁ = ρ A v (3)


ρ : massa jenis udara (kg/m3)

A : daerah sapuan angin, (m2)


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

dapat diperoleh rumusan daya angin :

Pin =

( ρ A v) v

2

dapat disederhanakan menjadi :

Pin =

ρ A v

3 (4)

2.3.2 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah suatu daya yang dihasilkan oleh kincir angin

akibat adanya kerja yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi energi

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

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

penelitian yang dilakukan oleh seorang insiyur dari Jerman yang bernama Albert

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

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

beberapa kincir.


16

Gambar 2.7 Grafik hubungan Koefisien daya dan tip speed ratio maksimal

beberapa jenis kincir.

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

Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros

kincir angin dapat dirumuskan :

Pout = T ω (5)


Pout : daya yang dihasilkan kincir angin (watt)

T : torsi (Nm)

ω : kecepatan sudut (rad/s)

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

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

(rpm) dan (rad/s) adalah 1 rpm = 2 /60 rad/det, maka persamaan (6) dapat di

konversi menjadi :

Pk = T

(6)


http://mcensustainableenergy.pbworks.com/

17


: putaran poros (rpm)

2.3.3 Daya Listrik

Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator, daya

listrik dapat ditulis dengan persamaan sabagai berikut :

Pout = V I (7)


Pout : daya listrik (watt)

V : tegangan (Volt)

I : arus yang menggalir pada beban (Ampere)

2.3.4 Torsi Kincir Angin

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

horizontal maupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karna adanya gaya

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

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

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

dapat dirumuskan :

T = F l (8)


T : torsi akibat putaran poros (Nm)

l : panjang lengan torsi ke poros (m)


18

F : gaya yang di berikan pada kincir (N)

2.3.5 Tip Speed Ratio (TSR)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya, tsr dapat

dirumuskan :

TSR =

(9)


r : jari-jari kincir (m)

n : putaran poros (rpm)


2.3.6 Koefisien Daya

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

berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir

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

dirumuskan :

Cp =

(10)


Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt)

Pin : daya yang dihasilkan angin (watt)


19

2.4 Komposit

Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai

suatu kombinasi yang menyatu dan mempunyai sifat mekanik dan karakteristik

yang berbeda dari bahan material pembentuknya. Bahan komposit pada umumnya

terdiri dari dua unsur, yaitu :

a. Filler (pengisi)

Filler mempunyai fungsi sebagai pengisi, filler digunakan untuk menahan

gaya yang bekerja pada komposit dan juga berfungsi untuk menentukan

karakteristik dari komposit seperti kekakuan, kekuatan, serta sifat mekanik

lainnya.

b. Matrik

Matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja

dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi.

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

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

yang liat dan tahan terhadap perlakuan kimia.

2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit

Klasifikasi komposit berdasarkan penguat yang digunakannya :

a. Fibrous Composites (Komposit Serat)

Komposit ini merupakan komposit yang terdiri dari satu lapisan atau dua

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

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


20

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

dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman.

b. Laminated Composites (Komposit Laminat)

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

yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristiknya

sendiri.

c. Particulate Composite (Komposit Partikel)

Komposit ini merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk

sebagai bahan penguatnya dan terdistribusikan secara merata dalam

matriknya.

Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya.

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

a. Polymer Matrik Composites (komposit matrik polimer)

Komposit jenis ini adalah komposit yang sering digunakan. Komposit

jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya.

Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah untuk dibentuk mengikuti


21

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

dibandingkan jenis komposit yang lainnya.

b. Metal Matrik Composites (Komposit Matrik Logam)

Komposit jenis ini adalah jenis komposit yang menggunakan suatu logam

seperti alumunium sebagai matriknya. Kelebihan dari jenis komposit model

ini adalah tahan terhadap temperature tinggi, memiliki kekuatan tekan dan

geser yang baik, dan tidak menyerap kelembaban udara.

c. Ceramic Matrik Composites (Komposit Matriks keramik)

Komposit jenis ini merupakan komposit yang menggunakan bahan

keramik sebagai bahan matriknya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki

kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi serta tahan

terhadap temperature yang tinggi.

Gambar 2.9 Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya.

2.4.2 Tipe Komposit Serat

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit,

yaitu :


22

1. Continuous Fibre Composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus serta membentuk

lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antara

lapisan.

2. Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang

tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3. Discontinous Fibre Composite

Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek,

tipe ini dibedakan lagi menjadi 3, yaitu :

a. Aligned discontinous fibre

b. Off-axis aligned discontinous fibre

c. Randomly oriented dicontinous fibre

a) aligned b) off-axis c) randomly

Gambar 2.10 Tipe discontinous fibre.

4. Hybrid Fibre Composite

Hybrid Fibre Composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat

lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti

kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.


23

Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite

Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite

Gambar 2.11 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994).

2.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Komposit

1. Faktor Serat

Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat

memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga

diharapkan mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk

menahan gaya yang terjadi.

2. Letak Serat

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

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

atau pada masing-masing arah orientasi serat.

c. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic yang

kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya. Pada

pencapuran dan arah serat mempunyai beberapa keunggulan, jika orientasi


24

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

melemah, bila arah tiap serat menyebar maka kekuatannya juga akan

menyebar kesegala arah maka kekuatan akan meningkat.

3. Panjang Serat

Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat

berpengaruh terhadap kekuatan. Ada dua pengunaan serat dalam campuran

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

dibandingkan serat pendek. Serat alami dibandingkan serat sintetis

mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya.

Oleh karena itu panjang dan diameter sangat bepengaruh pada kekuatan

maupun modulus komposit. Ditinjau dari teorinya, serat panjang dapat

mengalirkan beban maupun tegangan dari titik tegangan ke arah serat yang

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

mempunyai tegangan yang sama. Selama fabrikasi, beberapa serat akan

menerima tegangan yang tinggi dan yang lain mungkin tidak terkena

tegangan sehingga keadaan di atas tidak dapat tercapai.

4. Bentuk Serat

Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu

mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Pada

umumnya, semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan

komposit yang lebih tinggi. Selain bentuknya kandungan seratnya juga

mempengaruhi.


25

5. Faktor Matrik

Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi

sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik,

sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat

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

matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak

diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk

memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan

terhadap panas, tahan terhadap cuaca yang buruk dan tahan terhadap

goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material

matrik. Bahan yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit

ada dua macam, yaitu thermoplastik dan termoset.

Macam-macam jenis dari thermoplstik dan termoset yaitu :

1) Thermoplastik

a. Polyamide (PI)

b. Polysulfone (PS)

c. Poluetheretherketone (PEEK)

d. Polyhenylene Sulfide (PPS)

e. Polypropylene (PP)

f. Polyethylene (PE)

2) Termoset

a. Epoksi


26

b. Polyester

c. Phenolic

d. Plenol

e. Resin Amino

6. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada

bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan

semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan

bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.

2.4.4 Kelebihan Komposit

Kelebihan-kelebihan menggunakan bahan komposit yaitu :

1. Komposit dapat dirancang dengan kekakuan dan kekuatan yang tinggi

sehingga bahan ini memberi kekakuan dan kekuatan spesifik tinggi yang

dapat melebihi kemampuan baja atau alumunium,

2. Komposit dapat terhindar dari korosi,

3. Komposit memiliki mampu redam yang baik,

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

2.4.5 Kekurangan Komposit

Disamping dari kelebihan yang dipunyai oleh komposit, komposit ini juga

mempunya beberapa kekuranngan yaitu :


27

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

orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya,

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

3. Komposit relatif mahal,

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

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

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

komposit serat yang kuat dan mempunyai berat yang lebih ringa dibandingkan

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

2.5 Serat

Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen

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

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

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

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

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

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


28

Gambar 2.13 Jenis-jenis serat buatan.

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

Serat-Sintetis.bmp. diakses November 2016.

2.5.1 Serat Alami

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

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

mengalami pelapukan. Serat alami dapat digolongkan kedalam :

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

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

katun dan kain ramie. Saat tumbuhan digunakan sebagai bahan pembuat

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

manusia.

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

yang besar dan tumbuhan yang berkayu.


http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Sintetis.bmp.%20diakses%20juni%202016

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Sintetis.bmp.%20diakses%20juni%202016

http://3.bp.blogspot.com/-q0h6e96Vf2A/UZeTNWFODZI/AAAAAAAAAGg/esPDurj74bE/s1600/26082011979.jpg

29

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

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

domba (woll).

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

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

yang panjang.

Gambar 2.14 Jenis-jenis serat alami.

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

Serat-Alam.bmp. Diakses November 2016.

2.5.2 Serat Buatan

Serat buatan atau serat sintesis umumnya berasal dari bahan petrokimia.

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

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

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

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

proses pembuatan serat dilakukan dengan menyemprotkan polimer yang

berbentuk cairan melalui lubang-lubang kecil (spinneret).

Serat buatan mempunyai sifat-sifat umum antara lain:


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

30

1. Sangat kuat dan tahan gesekan,

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

3. Sulit mengisap air karena memberi rasa lembab,

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

5. Peka terhadap panas.

Gambar 2.15 Jenis-jenis serat buatan.

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

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

2.5.3 Serat Kaca

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

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


31

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.3 berisi karakteristik mekanik komposit dari beberapa serat glass.

Tabel 2.2 Sifat-sifat serat.

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

Tabel 2.3 Karakteristik serat E-glass.

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


32

2.6 Polimer

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunkan biasa disebut

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

jenis-jenis polimer berdasarkan ketahanan terhadap perlakuan panas antara lain

sebagai berikut:

a. Polimer Thermosplastic

Polimer thermoplastic adalah polimer yang dapat digunakan berulang kali

dengan menggunakan bantuan panas, karena polimer jenis ini tidak tahan

terhadap perlakuan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan

menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu

panas tertentu dan mengeras seiring perubahan suhu serta mempunyai sifat

dapat kembali ke sifat aslinya yaitu kembali mengeras apabila didinginkan.

Contoh polimer thermoplastic sebagai berikut:

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

saluran, kantong plastik dan jas hujan.

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

sintetis, ubin plastik, dan botol detergen.

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

pembungkus tekstil.

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

b. Polimer thermosetting

Polimer thermosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan

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


33

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

Pemanasan dengan suhu tinggi tidak akan melunakan polimer thermoseting

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

thermoset sering digunakan sebagai penutup ketel. Contoh dari termoset yaitu

fitting lampu listrik, steker listrik, dan asbak.

2.6.1 Resin Polyester

Resin Polyester merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya

sering disebut polyester. Resin ini berupa cairan dengan viskositas yang

relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa

menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya.

(Hendriwan Fahmi, et all., 2011).

Resin polyester terbagi menjadi beberapa jenis antara lain:

1. Polyester (Orthophtalic)

Merupakan salah satu tipe resin yang memiliki daya tahan yang baik

terhadap proses korosi air laut dan reaksi kimia.

2. Polyester (Isophtalic)

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

asam, memiliki kekerasan yang lebih tinggi, serta kemampuan menahan

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

Orthophtalic.


34

2.6.2 Kelebihan dan Kekurangan Resin

Jenis polimer yang sering dipakai adalah resin polyester yang memiliki

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

memiliki kekurangan karena sifat dasarnya kaku dan rapuh sehingga sifat

mekaniknya lemah terutama ketahanan terhadap uji impact.


35

BAB III

METODE PENELITIAN

2.1 Diagram Alir Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis

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

yang ditunjukan dalam gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir yang menggambarkan langkah-langkah penelitian.

Perancangan sudu kincir angin sumbu horisontal 3 sudu

Mulai

Pembuatan kincir angin sumbu horisontal 3 sudu berbahan

komposit dengan diameter sebesar 100 cm, lebar maksimum sudu 13

cm pada jarak 20 cm dari pusat poros

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir,

gaya pengimbang, hambatan, tegangan dan arus

Pengolahan data untuk mencari Koefisien daya mekanis pada TSR

optimal, daya output mekanis dan daya output listrik pada torsi dan

putaran poros

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


36

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

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur

yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung

jawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi

Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi

dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk

memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan secara langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung

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

3.2 Alat Penelitian

Model kincir angin propeler dengan bahan komposit, kincir dibuat dengan

diameter 1 meter.

1. Sudu kincir angin

Ukuran sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima

energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu berputar. Semua sudu


37

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

Gambar 3.2.

gafaf

Gambar 3.2 Sudu kincir angin

2. Dudukan sudu

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi

untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan

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

sudu kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disusaikan

dengan kebutuhan yang diperlukan. Dudukan sudu dapat dilihat pada

Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu kincir angin.


38

3. Fan blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara dan menghembuskannya

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

menunjukkan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.4 Fan Blower.

4. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengatur kecepatan

putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per

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

cara kerjanya cukup sederhana, kita hanya menekan tombol utama dan

mengarahkan cahaya merah ke arah yang sudah ditentukan. Gambar 3.5

bentuk dari menunjukkan tachometer.


39

Gambar 3.5 Tachometer.

5. Timbangan Digital

Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada

saat kincir angin berputar. Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari timbangan

digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakkan

pada bagian lengan generator.

Gambar 3.6 Timbangan Digital.


40

6. Anemometer.

Anemometer berfungsi unutk mengukur kecepatan angin dari fan

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

menunjukkan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.7 Anemometer.

7. Voltmeter

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir

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

disediakan. Gambar 3.8 menunjukkan gambar dari voltmeter.

Gambar 3.8 Voltmeter.


41

8. Amperemeter

Amperemeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh

kincir angin dengan setiap variasinya. Amperemeter juga diletakkan pada

terminal. Gambar 3.9 menunjukkan bentuk dari amperemeter.

Gambar 3.9 Amperemeter.

9. Pembebanan

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu, lampu

bermaksud untuk mengetahui performa dar kincir angin. Variasi voltase

lampu yang diberikan bermaksud supaya yang dihasilkan bervariasi. Lampu

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

Watt. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan pada gambar 3.10


42

Gambar 3.10 Pembebanan lampu

3.3 Desain Sudu Kincir Angin

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

Gambar tersebut menunjukkan bahwa kincir angin yang dibuat diameternya

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

desain dari sudu kincir angin.

Tampak depan Tampak samping

Gambar 3.11 Desain sudu kincir angin


43

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin

Dalam proses pembuatan sududilakukan melalui beberapa tahapan. Adapun

tahapan tersebut sebagai berikut:

A. Pembuatan cetakan pipa

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

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai cetakan dari proses pembuatan sudu

kincir angin yang dimana bahan yang digunakan dalam proses

pembuatannya adalah komposit. Proses pemotogan menggunakan gerinda

dengan panjang pipa yang digunakan adalah 50 cm. setelah dilakukan

proses pemotongan, kemudian pipa dengan panjang 50 cm tersebut

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

inchi, pemotongan pipa seperti ditujukkan pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa.

2. Membentuk cetakan kertas.

Cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa yang akan

dijadikan cetakan sudu. Setelah cetakan kertas dibentuk, kertas tersebut

ditempelkan ke pipa, kemudian pipa ditandai sesuai dengan cetakan


44

menggunakan spidol. Cetakan kertas seperti yang ditunjukkan oleh

gambar 3.13

Gambar 3.13 Cetakan Kertas

3. Membentuk pipa dengan menggunakan cetakan kertas.

Pipa yang telah ditandai dengan cetakan kertas tersebut kemudian

dipotong menggunakan gerinda. Proses ini harus dilakukan secara teliti

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

pembentukan pipa menjadi cetakan tersebut ditunjukkan pada gambar

3.14

Gambar 3.14 Cetakan Pipa

4. Menghaluskan sisi-sisi pipa.


45

Setelah pipa dibentuk sesuai dengan cetakan kertas tahap

selanjutnya adalah menghaluskan pinggir-pinggir pipa tersebut karena

masih kasar karena potongan dari gerinda agar mendapatkan ukuran yang

presisi seperti yang kita inginkan.

B. Proses pencetakan sudu

1. Pelapisan cetakan pipa dengan alumunium foil.

Setelah pipa siap digunakan untuk pencetakan sudu, pipa

sebelumnya dilapisi menggunakan alumunium foil, tujuannya agar pipa

nantinya setelah dipakai pencetakan masih bisa dipakai kembali, karena

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

pelapisan cetakan dapat dilihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.15 Pelapisan cetakan pipa.

2. Pencampuran resin dan hardener.

Pencampuran resin dan herdener dilakukan dengan perbandingan

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

hardener adalah bahan tambahan yang digunakan untuk membuat resin


46

lebih cepat mengeras. Adapun kedua bahan tersebut dapat dilihat pada

gambar 3.16

3.16 Resin dan Harderner.

3. Pembuatan sudu.

Dalam pembuatan sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari

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

berulang dan cepat, karena menghindari resin yang mengeras akibat

terlalu lama dan juga saya melakukan empat kali pelapisan agar mencapai

berat yang ideal. Langkah-langkah pembuatan sudu tersebut adalah

sebagai berikut:

1. Melakukan pelapisan cetakan menggunakan alumunium foil.

2. Mengoleskan campuran resin yang telah dicampur dengan hardener.

3. Melakukan peletakkan serat kaca pada cetakan yang telah dioleskan

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


47

juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan agar tidak ada

udara yang tertinggal didalamnya.

4. Melakukan pengoleskan kembali dengan campuran resin dan

hardener diatas serat kaca yang pertama secara merata.

5. Melakukan peletakkan serat kaca kedua pada cetakan yang telah

dioleskan resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada

cetakan dan juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan

agar tidak ada udara yang tertinggal didalamnya.

6. Melakukan pengolesan kembali campuran resin dan hardener diatas

serat kaca kedua secara merata.

7. Melakukan peletakkan serat kaca ketiga pada cetakan yang telah




8. Melakukan pengolesan kembali campuran resin dan hardener diatas

serat kaca ketiga secara merata.

9. Melakukan peletakkan serat kaca keempat pada cetakan yang telah





48

10. Melakukan kembali pengolesan resin dan hardener pada serat kaca

yang terakhir dan sebisa mungkin meratakannya karena akan

mempermudah nantinya pada saat proses finishing.

4. Pengeringan sudu

Setelah proses pembuatan sudu dilakukan, kemudian sudu

dikeringan dengan dijemur dibawah terik matahari. Proes pengeringan ini

dilakukan selama kurang lebih 2 hari.

5. Finishing sudu

Proses finishing sudu meliputi: Pemotongan sisi samping sudu yang

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

pewarnaan sudu, dan pengurangan berat sudu. Pengurangan berat sudu

dilakukan agar berat sudu semua sama yaitu 200 gram.

6. Pembuatan lubang baut

Pembuatan lubang baut dilakukan menggunakan mesin bor dengan

diameter 10 mm.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

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

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

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

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


49

1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.

2. Dilakukan pemasangan blade/sudu pada dudukan sudu.

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

fan blower untuk mengukur kecepatan angin.

4. Dilakukan pemasangan timbangan digital pada lengan generator.

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

dihubungkan pada terminal.

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

anemometer.

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

percobaan kedua kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 7,3 m/s,

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

8. Dilakukan pengamatan selama waktu yang telah ditentukan.


50

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Setelah sudu kincir angin poros horisontal berbahan komposit diuji, maka data

yang meliputi rpm, kecepatan angin, tegangan, arus dan beban telah didapatkan.

Seperti yang tertera pada tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan komposit

berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros,

dengan kecepatan angin 6,2 m/s


51








52

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data meliputi daya yang dihasilkan oleh angin, daya mekanis yang

dihasilkan kincir, daya listrik yang dihasilkan generator, torsi yang bekerja, tip speed

ratio dan koefisien daya. Untuk menentukan unjuk kerja kincir angin sumbu

horizontal tiga sudu berbahan komposit. Sebagai contoh perhitungannya diambil dari

beban kedua pada kecepatan angin rata-rata 6,2 m/s. Data tersebut meliputi kecepatan

angin rata-rata, kecepatan putar poros, massa yang bekerja, serta tegangan dan arus

yang dihasilkan generator.

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

Untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan

persamaan sebagai berikut:

Pin =

Yang dalam hal ini:

: massa jenis udara, kg/m3


53

: luas daerah sapuan angin (m2)

kecepatan angin, (m/s)

Maka dengan massa jenis udara sebesar 1,18 kg/m3, diameter kincir angin 1

m, dan kecepatan angin rata-rata sebesar 6,2 m/s, diperoleh daya yang dihasilkan

angin sebesar:

Pin =

ρ A

P in =

ρ ( (

Pin =

( ( ( (

P in = 110,43 watt

Jadi, daya angin yang dihasilkan sebesar 110,43 watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

Untuk mengetahui nilai torsi dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut:

T = F l

Yang dalam hal ini:

T : torsi akibat putaran poros (Nm)

l : panjang lengan torsi ke poros (m)

F : gaya yang diberikan pada kincir (N)


54

Maka dengan massa yang bekerja sebesar 140 gram (0,14 kg) dan panjang

lengan torsi ke pusat poros 27 cm (0,27 m), maka torsi dapat dihitung:

T = F l

T = (0,14). (9.81). (0,27)

T = 0,37 Nm

Jadi, torsi yang dihasilkan sebesar 0,37 Nm

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Untuk besar daya kincir dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Pout = T

Yang dalam hal ini:

Pout : daya yang dihasilkan kincir angin (watt)

: kecepatan sudut (rad/s)

T : Torsi (Nm)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian

diperoleh kecepatan angin rata-rata 6,2 m/s, putaran poros (n) sebesar 638 rpm, dan

torsi yang telah dihitung pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,37 Nm.


55

Pout = T

Pout = 0,37 x

Pout = 24,71 watt

Jadi, daya yang dihasilkan sebesar 24,71 watt

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik

Untuk perhitungan daya listrik dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut:

Pout = V. I

Yang dalam hal ini:

Pout : daya listrik (watt)

V : tegangan (Volt)

I : arus yang mengalir pada beban (Ampere)

Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari tabel pengujian 4.1 pada

pengujian kedua. Diperoleh 41,5 Volt dan arus sebesar 0,17 Ampere, maka daya

listrik dapat dihitung:

PL = V. I


56

Pout = 41,5 x 0,17

Pout= 7,06 watt

Jadi, daya listrik yang dihasilkan sebesar 7,06 watt.

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan di ujung sudu dengan

kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari menggunakan persamaan:

TSR =

Yang dalam hal ini:

r : jari-jari kincir (m)

n : putaran poros (rpm)


Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian

kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 638 rpm jari jari kincir angin

sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 6,2 m/s, maka tip speed ratio dapat

dihitung:

TSR =


57

TSR =

TSR = 5,39

Jadi, tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 5,39

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya Mekanis

Untuk mengetahui koefisien daya dari perbandingan daya kincir dengan daya

yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan persamaan:

Cp =

x 100%

Yang dalam hal ini:

Pout : daya kincir (watt)

Pin : daya angin (watt)

Maka dengan diketahui daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 24,71

watt dan daya yang dihasilkan angin sebesar 110,43 watt diperoleh koefisien daya

sebesar:

Cp =

x 100%

Cp =

x 100%


58

Cp = 22,38%

Jadi diketahui koefisien daya mekanis yang dihasilkan adalah sebesar 22,38%.

4.3 Data Hasil Penelitian

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 koefisien 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.


59


komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat

poros, dengan kecepatan angin 6,2 m/s


60





61




4.4 Pembahasan Grafik

Dari data hasil dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik untuk melihat

hubungan yang terjadi. Grafik yang dibuat adalah grafik hubungan kecepatan putar

poros dan torsi, grafik hubungan daya output dan kecepatan putar poros pada variasi

kecepatan angin 6,2 m/s, grafik hubungan daya output dan kecepatan poros pada

variasi kecepatan angin 7,3 m/s, grafik hubungan daya output dan kecepatan putar

poros pada variasi keceparan angin 8,4 m/s, grafik hubungan koefisien daya

(mekanis) dengan tsr.


62

4.4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dibuat grafik hubungan

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

dan torsi.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dan torsi pada kincir angin

poros horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum

13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.

Dari grafik hubungan torsi dan kecepatan putar poros pada ketiga variasi

angin, dapat dilihat kecepatan putar maksimum terjadi pada kecepatan angin 8,4 m/s.

berdasarkan tabel pengujian dan pengolahan data, kecepatan putar maksimum pada

variasi kecepatan angin 8,4 m/s adalah sebesar 875 rpm dan torsi maksimum pada

variasi kecepatan angin 8,4 m/s adalah sebesar 1,85 Nm. Pada grafik dapat dilihat

pula penurunan, dengan hubungan semakin besar torsi yang bekerja maka semakin

rendah kecepatan putar poros. Hal tersebut disebabkan oleh pembebanan beban

lampu yang diterima kincir.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00

Ke

cep

atan

pu

tar

po

ros,

n (

rpm

)

Torsi, T (N.m)

Kecepatan angin 6,2 m/s




63

4.4.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Mekanis dan Tip Speed Ratio (TSR)

Berdasrkan data pengujian dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik

hubungan dari koefisien daya dengan tip speed ratio untuk melihat unjuk kerja dari

kincir angin. Koefisien daya yang digunakan adalah perbandiangan antara daya

mekanis yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan angin.

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio

pada kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm

lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.

Berdasarkan grafik hubungan koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio

di atas, dapat diketahui bahwa kincir angin sumbu horisontal 3 sudu berbahan

komposit dengan lebar maksimal 13 cm dan berdiameter 100 cm dapat bekerja secara

optimal pada variasi kecepatan angin rata-rata 6,2 m/s dibandingkan dengan variasi

kecepatan angin rata-rata 7,3 m/s dan 8,4 m/s. Hal tersebut dikarenakan pengurangan

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Ko

efi

sie

n D

aya

(%

)

Tip Speed Ratio





64

daya dari daya angin menjadi daya mekanis yang terjadi pada variasi kecepatan angin

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

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

dihasilkan oleh angin adalah sebesar 110 watt dan daya keluaran maksimum berupa

daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir angin adalah sebesar 44,89 watt,

pengurangan daya yang terjadi adalah sebesar 65,11 watt. Pada variasi kecepatan

angin 7,3 m/s dan 8,4 m/s pengurangan daya yang terjadi adalah masing-masing

sebesar 113.7 watt dan 181,27 watt.

4.4.3 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dapat dibuat grafik

hubungan daya output dan torsi. Grafik dibuat untuk melihat hubungan dari daya

output dengan torsi yang bekerja. Daya output disini meiputi daya mekanis atau daya

yang dihasilkan kincir daya dan listrik yang dihasilkan oleh generator.


65


horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm

dengan jarak 20 cm dari pusat poros, pada kecepatan angin 6,2 m/s.

Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi

kecepatan angin 6,2 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami peningkatan hingga

titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pada kondisi

torsi tertentu, kincir bekerja secara optimal dan dapat menghasilkan daya keluaran

output maksimum. Berdasarkan Tabel 4.4 daya mekanis maksimum sebesar 44,89

watt pada torsi 0,90 Nm, dan daya listrik maksimum sebesar 30,98 watt pada torsi

1,01 Nm.

Pada grafik dapat dilihat juga bahwa daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir

lebih besar dibandingkan dengan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Hal ini

disebabkan oleh adanya pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Day

a o

utp

ut,

Po

ut

(wat

t)

Torsi, T (Nm)

Daya mekanis

Daya listrik


66







tertentu, kincir bekerja secara secara optimal dan dapat menghasilkan daya keluaran

maksimum. Berdasarkan Tabel 4.5 daya mekanis maksimum sebesar 66,3 watt pada

torsi 1,22 Nm, sedangkan daya listrik maksimum sebesar 48 watt pada torsi 1,24 Nm.


lebih besar dibandingkan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Hal ini

disebabkan oleh pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

Day

a o

utp

ut,

Po

ut

(wat

t)

Torsi, T (Nm)

Daya mekanis

Daya listrik


67







tertentu, kincir bekerja secara optimal dan dapat menghasilkan daya keluaran

maksimum. Berdasarkan Tabel 4.6 daya mekanis maksimum sebesar 93,73 watt pada

torsi 1,62 Nm, sedangkan daya listrik maksimum sebesar 70,2 watt pada torsi 1,54

Nm.


lebih besar dibandingkan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Hal ini

disebabkan oleh pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

Day

a o

utp

ut,

Po

ut

(wat

t)

Torsi, T (Nm)

Daya mekanis

Daya listrik


68

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya mekanis dengan torsi pada kincir angin poros


dengan jarak 20 cm dari pusat poros.

Pada grafik hubungan daya mekanis dengan torsi yang bekerja, dapat dilihat

bahwa daya keluaran berupa daya mekanis tertinggi terjadi pada kecepatan angin

rata-rata 8,4 m/s. Berdasarkan tabel pengujan, daya mekanis terbesar terjadi pada

variasi angin 8,4 m/s yaitu sebesar 93,73 watt pada torsi 1,62 Nm. Perbedaan tersebut

dikarenakan semakin tinggi kecepatan angin, semakin besar pula daya mekanis yang

dihasilkan dan juga dikarenakan peningkatan kecepatan angin berpengaruh pada

peningkatan kecepatan putar poros yang kemudian mempengaruhi daya mekanis yang

dihasilkan.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

Day

a M

eka

nis

(w

att)

Torsi (Nm)





69

Gambar 4.7 Grafik hubungan daya listrik dengan torsi pada kincir angin poros


dengan jarak 20 cm dari pusat poros.

Pada grafik hubungan daya listrik dengan torsi yang bekerja, dapat dilihat

bahwa daya keluaran berupa daya listrik tertinggi terjadi pada kecepatan angin rata-

rata 8,4 m/s. Berdasarkan tabel pengujan, daya listrik terbesar terjadi pada variasi

angin 8,4 m/s yaitu sebesar 69,2 watt pada torsi 1,62 Nm. Perbedaan tersebut

dikarenakan semakin tinggi kecepatan angin, semakin besar pula daya listrik yang

dihasilkan dan juga dikarenakan peningkatan kecepatan angin berpengaruh pada

peningkatan kecepatan putar poros yang kemudian mempengaruhi daya listrik yang

dihasilkan.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

Day

a Li

stri

k (w

att)

Torsi (Nm)


kecepatan angin 7,3 m/s

Kecepatan angin 8.4 m/s


70

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan pengujian sudu dan pengambilan data serta analisis data dapat

disimpulkan bahwa:

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horisontal tiga sudu, berbahan

komposit, berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm

dari pusat poros dengan cetakan yang terbuat dari pipa pvc 8 inchi.

2. Koefisien daya mekanis tertinggi diperoleh pada kecepatan angin rata-rata

6,2 m/s sebesar 40,65%. Sedangkan pada kecepatan angin rata-rata 7,3 m/s

sebesar 36,81% dan pada kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s hanya sebesar

34,13%.

3. Torsi terbesar yang dihasilkan kincir angin adalah sebesar 1,85 Nm pada

kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s. Daya mekanis tertinggi yang dapat

dihasilkan oleh kincir angin adalah sebesar 93,73 watt pada kecepatan angin

rata-rata 8,4 m/s. Daya listrik tertinggi yang dapat dihasilkan oleh kincir angin

adalah sebesar 70,20 watt pada kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s.


71

5.2 Saran

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan maka terdapat beberapa saran, yaitu:

1. Sarana dari Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

sebaiknya merancang agar dapat mempermanenkan tempat pengambilan data,

agar lebih nyaman dan aman pada saat pengambilan data kincir angin.

2. Mempersiapkan alat ukur yang akurat agar nantinya mendapatkan data yang

akurat.


72

DAFTAR PUSTAKA

Aisah, Nuning, Hanedi Darmasetiawan, Sudirman, dan Aloma Karo Karo. 2004.

Pembuatan Komposit Polimer Berpenguat Serat Sintetik Untuk Bahan Genteng.

Jurnal Sains Materi Indonesia, Juni 2004, Vol. 5, No. 3, hlm. 1 - 8 ISSN : 1411

– 1098

Anonim. “Material komposit”. November 2016

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

Anonim. “Sumber Daya Energi Angin”. November 2016

http://www.mataduniakami.id/2016/01/sumber-daya-energi-angin.html

Fahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada

Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik. Jurnal

Teknik Mesin Vol. 1, No. 1 [Oktober 2011] 46 – 52

Fahmi, Hendriwan dan Nur Arifin. 2014. Pengaruh Variasi Komposisi Komposit

Resin Epoxy / Serat Gelas dan Serat Daun Nanas Terhadap Ketangguhan.

Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 2 [Oktober 2014] 84 - 89

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

Februari 2017

https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklim-dan-

cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/

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

Februari 2017


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


Malau, Viktor. 2010. Karakterisasi Sifat Mekanis da Fisis Komposit E-Glass dan

Resin Eternal 2504 Dengan Variasi Kandungan Serat, Temperatur dan Lama

Curing. Jurnal Mekanika, Volume 8, Nomor 2, Maret 2010

Nugroho, A. Bagus Prasetyo. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Jenis “Wepower”

Sudu Pipa PVC Dengan Variasi Kemiringan Sudu. Tugas Akhir, tidak

diterbitkan. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta


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

http://www.mataduniakami.id/2016/01/sumber-daya-energi-angin.html





72


unjuk kerja kincir angin poros horisontal tiga sudu ... · horizontal axle wind turbine three...

Documents