unjuk kerja kincir angin propeler tiga … kecuali saya mengambil atau mengutip data dari buku yang...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DARI BAHAN

TRIPLEK DAN ANYAMAN BAMBU BERDIAMETER 80 CENTIMETER

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

PETRUS DIAN ADI FEBRIANTO

NIM : 095214026

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF THREE BLADES PROPELLER WINDMILL

MADE FROM PLYWOOD AND BAMBOO PLAITED 80 CENTIMETER

IN DIAMETER

FINAL PROJECT

Presented as partitial fullfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

PETRUS DIAN ADI FEBRIANTO

Student Number : 095214026

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015


iii

TUGAS AKHIR



Disusun Oleh :

Petrus Dian Adi Febrianto

095214026

Telah Disetujui Oleh :

Dosen Pembimbing

Ir. Rines, M.T.


iv



Yang dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA : Petrus Dian Adi Febrianto

NIM : 095214026

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

pada tanggal 26 Agustus 2015

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda tangan

Ketua : Budi Setyahandana, ST, MT …………….

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

Anggota : Ir. Rines, M.T. …………….

Yogyakarta, …………………………

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Dekan

Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir yang telah

dipersiapkansebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana, tidak terdapat karya

yang pemah diajukan dan dibuat dengan judul yang sama oleh perguruan tinggi

manapun kecuali saya mengambil atau mengutip data dari buku yang terlera pada

daftar pustaka. Sehingga yang saya buat ini adalah asli karya penulis.

Yogyakarta, 26 Agustus 2015



vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

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

Nama : PETRUS DIAN ADI FEBRIANTO

Nomor Mahasiswa : 095214026

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul


TRIPLEK DAN ANYAMAN BAMBU BERDIAMETER 80 SENTIMETER

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal, 26 Agustus 2015

Yang menyatakan



vii

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mencari dan membandingkan koefisien

dayaantara dua model kincir yaitu kincir permukaan halus dan kincir permukaan

kasar(dilapisi anyaman bambu).Kincir angin ini mengunakan model kincir

anginhorizontal tipe propeler dengan tiga sudu.

Kincir angin ini memiliki diameter 80 cm dengan luas penampang sudu

0,50m² dan berat 420 gram.Kincir angin ini mengunakan variasi kemiringan sudu

10° dan 15°. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya

dan tipsspeed ratio pada kincir, poros kincir dihubungakan ke mekanisme

pengereman yangberfungsi sebagai variasi beban pada kincir. Besarnya beban

pengereman pada kincirdiukur dengan neraca pegas, putaran pada kincir diukur

mengunakan takometer dankecepatan angin diukur dengan menggunakan

anemometer.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan kemiringan sudu 10°

untukkincir angin permukaan halus dapat menghasilkan koefisien daya lebih besar

dari pada kincirpermukaan kasar yaitu8,6%.Sedangkan pada kemiringan sudu 15°

untuk kincir angin permukaan kasar dapatmenghasilkan koefisien daya sebesar

8,2%.

Kata kunci : torsi, daya kincir, koefisien daya, tip speed ratio, sudu

berbahananyaman bambu.


viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat

yangdiberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat

menyelesaikantugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk

setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin.Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam

rangkamemenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan

Teknik Mesin,Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya

TugasAkhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan

segenapkerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-

besarnyakepada :

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

Sainsdan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

MesinUniversitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah

mendampingidan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas

Akhir ini.

4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi

selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.


ix

5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., yang telah

membantumemberikan ijin dalam penggunakan fasilitas laboratorium

untuk keperluanpenelitian ini.

6. Antonius Ngadimin dan Lusia Suteki dengan kebaikan dan kerendahan

hati memberikan semangat tanpa lelah kepada penulis sampai akhirnya

dapat menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Velesia Devi, Theodorus Agung Aji Nugroho, Paulus Winarno, dan

Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-

temanlainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas

segalabantuanya.

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari

sempurna.Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan

demipenyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan

semogatugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 26 Agustus 2015

Penulis


x

DAFTAR ISI

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

LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN DEWAN PENGUJI ............................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....................................................... vi

ABSTRAK ...................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv

DAFTAR GRAFIK .......................................................................................... xvi

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

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

1.2 Tujuan Penelitian ................................................................... 2

1.3 Manfaat penelitian .................................................................. 2

1.4 Perumusan Masalah ............................................................... 2

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

BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 4

2.1 Dasar Teori ............................................................................. 4

2.2 Kincir Angin .......................................................................... 5

2.2.1 Kincir Angin Horosontal ............................................... 5


xi

2.2.2 Kincir Angin Vertikal ................................................... 7

2.3 Grafik Hubungan Cp terhadap Tsr ......................................... 9

2.4 Kincir Propeler ....................................................................... 10

2.5 Rumus Perhitungan ................................................................ 10

2.5.1 Rumus Energi Kinetik ................................................... 10

2.5.2 Rumus Tip Speed Ratio ................................................ 12

2.5.3 Rumus Torsi .................................................................. 12

2.5.4 Rumus Daya .................................................................. 12

2.5.5 Rumus Koefisien daya .................................................. 14

BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................ 15

3.l Diagram Penelitian ................................................................. 15

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

3.3 Kontruksi Kincir .................................................................... 18

3.4 Peralatan Pendukung .............................................................. 19

3.5 Variable Penelitian ................................................................. 24

3.6 Variable yang Diukur ............................................................. 24

3.7 Langkah Percobaan ................................................................ 24

3.8 Pengolahan Data..................................................................... 25

BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................ 27

4.1 Data Hasil Percobaan ............................................................. 27

4.1.1 Data percobaan kincir permukaan kasar ....................... 27

4.2.2 Data percobaan kincir permukaan halus ....................... 29

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ......................................... 32

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ............................................... 32


xii

4.2.2 Perhitungan Torsi .......................................................... 33

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ............................................... 33

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio ........................................ 34

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ......................................... 34

4.3 Hasil Perhitungan ................................................................... 34

4.3.1 Data Perhitungan Kincir pemukaan kasar 10 ................ 35

4.3.2 Data Perhitungan Kincir pemukaan kasar 15° .............. 35

4.3.3 Data Perhitungan Kincir pemukaan halus 10° .............. 36

4.3.4 Data Perhitungan Kincir pemukaan halus 15° .............. 37

4.4 Grafik Hasil Perhitungan........................................................ 37

4.4.1 Grafik Kincir kemiringan 10° kecepatan angin 7,4

m/s ................................................................................ 38


m/s ................................................................................ 40


m/s ................................................................................ 43


m/s ................................................................................ 45

BAB V. PENUTUP .......................................................................................... 48

5.1 Kesimpulan ............................................................................ 48

5.2 Saran ....................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Horisontal ................................................. 6

Gambar 2.2 Kincir angin poros Vertikal ...................................................... 8

Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips

speed ratio (tsr) daribeberapa jenis kincir ................................ 9

Gambar 3.1 Diagram alir langkah – langkah penelitian ............................... 15

Gambar 3.2 Desain kincir angin ................................................................... 16

Gambar 3.3 Sudu kincir angin ...................................................................... 17

Gambar 3.4 Dudukan kincir ......................................................................... 17

Gambar 3.5 Kontruksi kincir dalam terowongan angin ............................... 18

Gambar 3.6 Penopang kincir angin .............................................................. 19

Gambar 3.7 Sistem pengereman ................................................................... 20

Gambar 3.8 Terowongan angin atau wind tunel .......................................... 20

Gambar 3.9 Blower ...................................................................................... 21

Gambar 3.10 Takometer ................................................................................ 22

Gambar 3.11 Anemometer ............................................................................. 22

Gambar 3.12 Neraca Pegas ............................................................................ 23


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian kincir kasar kemiringan 10° kecepatan

angin 7,35 m/s ............................................................................. 27


angin 8,46 m/s ............................................................................. 28


angin 7,56 m/s ............................................................................. 28


angin 8,58 m/s ............................................................................. 29

Tabel 4.5 Data hasil penelitian kincir halus kemiringan 10° kecepatan

angin 7,4 m/s ............................................................................... 30


angin 8,64 m/s ............................................................................. 30


angin 7,39 m/s ............................................................................. 31


angin 8,4 m/s ............................................................................... 31

Tabel 4.9 Data hasil perhitungan kincir kasar kemiringan 10° kec.angin

7,35 m/s ....................................................................................... 35


8,46 m/s ....................................................................................... 35


xv


7,56 m/s ....................................................................................... 35


8,58 m/s ....................................................................................... 36

Tabel 4.13 Data hasil perhitungan kincir halus kemiringan 10° kec.angin

7,4 m/s ......................................................................................... 36


8,64 m/s ....................................................................................... 36


7,39 m/s ....................................................................................... 37


8,4 m/s ......................................................................................... 37


xvi

DAFTAR GRAFIK

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk kincir

Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 10° dan

kec.angin 7,4m/s ....................................................................... 38

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara putaran poros dengan torsi untuk

kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 10° dan

kec.angin 7,4m/s ....................................................................... 39

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Cp poros dengan Tsr untuk kincir

Permukaan halus dengan sudu 10° dan kecepatan angin

7,4m/s ....................................................................................... 39


Permukaan kasar dengan sudu 10° dan kecepatan angin 7,4

m/s ............................................................................................ 40



kec.angin 8,64m/s ..................................................................... 41



kec.angin 8,64m/s ..................................................................... 41


Permukaan halus dengan sudu 10° dan kecepatan angin 8,64

m/s ............................................................................................ 42


xvii



m/s ............................................................................................ 42



kec.angin 7,56m/s ..................................................................... 43



kec.angin 7,56m/s ..................................................................... 44



m/s ............................................................................................ 44



m/s ............................................................................................ 45



kec.angin 8,58m/s ..................................................................... 45



kec.angin 8,58m/s ..................................................................... 46


xviii



m/s ............................................................................................ 46



m/s ............................................................................................ 47


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat

mengakibatkankebutuhan energi semakin meningkat. Tetapi peningkatan

konsumsi ini tidakdiimbangi dengan sumber daya fosil semakin yang menipis,

energi alternatif mulaibanyak dikembangkan terutama yang ramah lingkungan

dalam pengolahannya.Indonesia dengan sumber daya alam yang melimpah tentu

menyimpan banyak sekalisumber energi alternatif yang bisa dimanfaatkan seperti

energi air, energi surya, panasbumi, dan energi angin. Dari sekian banyak energi

yang sudah kita kenal selama ini energi anginlah yang mudah dalam

pengolahannya dan tidak membutuhkan biaya yang cukup besar. Untuk

mengkonversi energi angin menjadi energi listrikdibutuhkan alat berupa kincir

angin. Putaran kincir akan menggerakan generator yang nantinya menghasilkan

energi listrik.

Ada banyak bentuk dan karateristik kincir angin, yang dapat

diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu : Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

dan Vertical Axiswind Turbine (VAWT) perbedaan kedua jenis kincir ini terletak

pada poros yang terpasang secara horisontal dan vertikal.

Ada banyak faktor yang mempengaruhi kecepatan putaran kincir, antara

lain : kecepatan angin, banyaknya sudu dan kehalusan permukaan. Dengan alasan

1


2

tersebut penulis ingin melihat sejauh mana pengaruh kehalusan permukaan

suduterhadap kecepatan putaran poros kincir angin.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Membandingkan koefisien daya yang dihasilkan kincir angin untuk

duavariasi kincir angin permukaan halus dan kincir angin permukaan

kasardengan sudut kemiringan, bentuk, dan ukuran kincir yang sama.

b. Mengetahui Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio (tsr) yang

dihasilkankincir angin.

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Mengetahui kinerja kincir angin propeler tiga sudu permukaan halus

dankincir angin propeler tiga sudu permukaan kasar.

b. Sumber referensi bagi pengembang teknologi untuk

mengembangkanteknologi alternatif, khususnya energi angin.

1.4 Perumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

a. Indonesia adalah negara kepulauan yang memiliki potensi energi angin

yangcukup besar tetapi belum dimanfaatkan secara maksimal.


3

b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin

tersebutdengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Model kincir angin dibuat dengan bahan baku Triplek dengan

diameter80cm.

b. Penelitian dilakukan pada terowongan angin di Laboratorium

KonversiEnergi Universitas Sanata Dharma.

c. Kincir angin menggunakan tipe horizontal axis wind turbine (HAWT)

dengantiga sudu.

d. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengunakan variasi

kehalusanpermukaan sudu (dilapisi gedek dan tanpa dilapisi gedek) dan

variasi jarakwind tunel dengan fan blower ( tanpa jarak dan dengan jarak

5cm) denganjumlah sudu 3.


BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

Energi angin adalah energi yang sudah lama kita kenal dan sudah

banyakdimanfaatkan untuk membantu kehidupan sehari – hari sejak jaman

dahulu. Banyakperahu – perahu layar nelayan yang memanfaatkan energi angin

untuk mencari ikandilaut. Sebagai mana sudah kita ketahui, Angin adalah udara

bergerak yang bergerakakibat adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran

angin dari tempat yangmemiliki tekanan rendah ketempat yang memiliki tekanan

tinggi. Perbedaan suhuudara ini diakibatkan pemanasan atmosfer yang tidak

merata oleh sinar matahari.Kecepatan angin dipengaruhi letak dan ketinggiannya.

Orang yang tinggal didaerah katulistiwa cenderung merasakan hembusan angin

yang lebih kencang dari pada orang yang tinggal jauh dari katulistiwa. Hal ini

dikarenakan daerah katulistiwalebih dekat dengan matahari. Dilihat dari faktor

ketinggian, semakin tinggi suatutempat maka semakin kencang pula hembusan

anginnya. Hal ini disebabkan karna,semakin tinggi suatu tempat maka gesekan

terhadap benda – benda yangmempengaruhi laju kecepatan angin dipermukaan

bumi kecil, begitu pula dilautan.

Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau

–pulau memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit

listriktenaga angin. Dari 120 tempat menurut survei LAPAN (Lembaga

Penerbangan danAntariksa Nasional) hanya beberapa tempat yang memiliki

4


5

potensi angin yang cukupbaik diantaranya kepulauan Sumbawa, Sumba, Lombok,

Nusa Tenggara timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, Pantai Selatan dan

Bali memiliki kecepatan anginsebesar 4,5 sampai 5,9 m/s.

(sumber : http://www.alpensteel.com/article, 2013)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin

sehinggamenghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak

ditemukan di negara–negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang pada

waktu itu banyakdigunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian,

penggilingan gandum danpembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin

digolongkan menjadi duajenisnya menurut porosnya yaitu : kincir agin poros

horisontal dan kincir angin porosvertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir Angin Poros Horisontal atau propeler adalah kincir angin yang

memilikiporos utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan

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

kincir anginini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang

bekerja pada suatukincir.

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak

dikenaldiantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1


6

Kincir Angin Poros Horisontal

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

(sumber : www.fineartamerica.com)


http://www.fineartamerica.com/

7

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal.

Kelebihan kincir angin poros horisontal:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Tidak memerlukan sudut orientasi.

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

4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang

beradadiatas menara.

5. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung

menujurotor.

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

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah –

bilahyang berat (Gearbox dan Generator).

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah

angin(sirip pengarah atau sensor elektrik).

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

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

adalahsalah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah

angin ataudengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari

segala arahkecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan

torsi yanglebih besar dari pada kincir angin poros horisontal.


8

Beberapa jenis kincir angin poros Vertikal yang telah banyak

dikenaldiantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2

Kincir Angin Poros Vertikal

a. Kincir angin Darrieus b. Kincir angin

Savonius

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

(sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin)

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal

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.


9

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

dragtambahan.

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

4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Menurut Albert Betz ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari

kincirangin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 dia

menamai batasmaksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat

dilihat pada Gambar2.3

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips

SpeedRatio (TSR) dari beberapa jenis kincir.

(sumber : http://www.intechopen.com,2013)


http://www.intechopen.com,2013/

10

2.4 Kincir Angin Propeler

Dalam tugas akhir saya buat ini akan membahas mengenai kincir angin

poroshorisontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) jenis propeler. Kincir

anginpropeler merupakan kincir angin yang konvensional dimana suatu putaran

searahdengan arah angin dengan jumlah sudut dua, tiga ataupun lebih yang

berpenampangairfoil.

Kelebihan kincir angin Propeler

1. Mampu menghasilkan daya yang besar.

2. Mampu berputar dengan kecepanan tinggi.

3. Kontruksi kincir lebih sederhana.

4. Penempatannya jauh dari permukaan tanah sehingga memiliki factor

keamanan yang cukup tinggi.

2.5 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungandan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.5.1 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 :

Eк= 1/2 m v 2

(1)


11

dengan :

Eк : energi kinetik

m : massa udara

v : kecepatan angin

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan

rumussebagai berikut :

Pin = 1/2 m v 2

(2)

dengan :

Pin : daya angin (watt).

m : massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s).

dimana :

m = 𝝆 A v

(3)

dengan :

𝝆 : massa jenis udara (kg/m³)

A : luas penampang sudu (m²)

Dengan mengunakan persamaan (3), maka daya angin dapat

dirumuskanmenjadi :

Pin = 1/2 (𝝆 A v ) v 2, yang dapat disederhanakan menjadi :

Pin = 1/2 𝝆 A v³

(4)


12

2.5.2 Rumus Tip Speed Ratio (tsr)

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

kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan diujung sudu (Vt)dapat dirumuskan sebagai :

Vt = ω r

(5)

dengan :

Vt : kecepatan ujung sudu.

ω : kecepatan sudut (rad/s).

r :jari – jari kincir (m).

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

(6)

dengan :

r : jari – jari kincir (m).

n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v : kecepatan angin (m/s).

2.5.3 Rumus Torsi

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

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

T = F l

(7)


13

dengan :

F : gaya pembebanan (N).

l : panjang lengan torsi ke poros (m).

2.5.4 Rumus Daya

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 :

Pout = T ω

(8)

dengan :

T : torsi dinamis (N.m).

ω : kecepatan sudut didapatkan dari

ω =

=

=

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan

persamaan (7), yaitu :

Pout= T ω

(9)


14

dengan :

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

n : Putaran poros (rpm)

2.5.5 Koefisien Daya (Cp )

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 :

(10)

dengan :

Cp : Koefisien Daya, %

Pout : daya yang dihasilkan kincir.

Pin : daya yang disediakan oleh angin.


BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir hingga

analisis data yang diperoleh disajikan dalam bentuk gambar diagram alir yang

dapat dilihat pada Gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir

15

MULAI

Perancangan kincir angin poros horizontal.

Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan baku papan triplek dan

anyaman bambu. Variasi permukaan dan sudu kemiringan 10 dan 15 derajat

dengan bentuk yang sama.

Pengambilan data mencari kecepatan angin, nilai putaran poros

kincir dan gaya pengimbang pada kincir angin.

Pengolahan data mencari daya angin, daya kincir, CP, dan tsr,

kemudian membandikan antara daya kincir, CP, dan tsr pada

masing-masing variasi sudut potong kincir angin.

Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan.

Selesai


16

3.2 Alat dan Bahan

Pada Gambar 3.2 merupakan model kincir angin propeler dengan variasi

tigasudu. Kincir ini dibuat dari bahan kayu triplek yang dilapisi anyaman bamboo

(“gedek”) dengan diameter 80 cm yang memiliki 2 utama yaitu : sudu kincir dan

poros kincir.

Gambar 3.2 Desain Kincir Angin

1. Sudu Kincir

Sudu kincir merupakan daerah sapuan angin yang menerima energi angina

sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. variasi yang saya

gunakan adalah variasi kehalusan permukaan, antara lain : variasi mengunakan

anyaman bambu dan variasi tanpa mengunakan anyaman bambu, dimana masing

40 cm


17

– masing sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, bentuk sudu dapat dilihat

pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Sudu Kincir Angin

2. Dudukan Kincir

Dudukan kincir merupakan bagian dari kincir angin yang berfungsi

sebagai tempat untuk meletakan rangka sudu kincir dan juga untuk mengatur

kemiringan sudu. Dudukan sudu ini terbuat dari alumunium dengan diameter

lingkar luar 7 cm, diameter mur 8 mm dan diameter center 1 cm. Dudukan sudu

ini memiliki tiga lubang dibagian samping yang berguna untuk meletakan rangka

sudu dan memilikidua buah lubang mur untuk mengencangkan rangka sudu agar

rangka tidak mudah terlepas. Bentuk dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 Dudukan Sudu


18

3.3 Kontruksi Kincir

Gambar 3.5 dibawah ini merupakan kontruksi kincir angin dalam

terowonganangin yang saya teliti. Dimana bagian – bagian kincir meliputi Sudu

kincir, penopang kincir dan poros kincir yang merupakan satu kesatuan. Untuk

lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.5 Kontruksi kincir dalam terowongan angin.


19

3.4 Peralatan Pendukung

Peralatan penunjang merupakan hal yang penting dalam penelitian suatu

objek, karena dapat membantu kita mengetahui besaran skala yang mempengaruhi

hasil dari penelitian. Peralatan yang digunakan dalam penunjang pengujian kincir

angin sebagai berikut:

1. Penopang Kincir

Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat

berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan sistem

pengereman, yang dihubungkan dengan poros penyambung. Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat pada Gambar 3.6

Gambar 3.6 Penopang kincir angina

2. Sistem Pengereman

Sistem pengereman ini berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir,

yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk mengetahui besar-nya torsi

dan kecepatan putaran kincir angin. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada

Gambar 3.7


20

Gambar 3.7 Sistem Pengereman

3. Terowongan angin

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan

tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter. Terowongan angin ini

berfungsi sebagai tempat angin bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga

sebagai tempat pengujian kincir angin, dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara mengatur

jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan cara menarik

blower mengunakan troli.

Gambar 3.8 Terowongan Angin atau Wind Tunel


21

4. Blower

Blower (“Pompa udara”) sebagai penghisap udara dari terowongan angina

menuju blower sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu.

Blower ini digerakan oleh motor listrik berdaya 5,5 kw, bentuk blower dapat

dilihat pada Gambar 3.9

Gambar 3.9 Blower

5. Takometer

Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur

kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rovolutions

per minute). Jenis takometer yang digunakan adalah digital light takometer, cara

kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan

penampil. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.10.


22

Gambar 3.10 Takometer

6. Anemometer

Anemometer adalah alat pengukur kecepatan angin, anemometer ini

diletakan pada bagian depan terowongan angin, supaya kita dapat mengetahui

kecepatan angina yang sedang menerpa kincir angin di dalam terowongan angin,

untuk lebih jelasnya anemometer dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Anemometer


23

7. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir

padasaat kincir angin berputar. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem

pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah

disesuaikan. Neraca pegas dapat dilihat pada Gambar 3.12

Gambar 3.12 Neraca Pegas


24

3.5. Variabel Penelitian :

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal

sampai kincir dalam posisi diam (terhenti).

2. Variasi jarak yaitu, mengunakan jarak antara terowongan angin

denganblower dan tanpa mengunakan jarak.

3. Variasi kemiringan sudu yaitu 10˚ dan 15 ˚.

4. Variasi kehalusan permukaan yaitu dengan menggunakan anyaman bambu

dan tanpa menggunakan anyaman.

3.6 Variable yang Diukur :

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Kecepatan angin, (m/s)

2. Gaya pengimbang, (N)

3. Putaran kincir, (rpm)

3.7 Langkah Percobaan

Pengambilan data meliputi : kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar

kincir, pengambilan data ini dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang

dilakukan adalah mengatur kemiringan sudu kincir dan memasang kincir angin

pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses

– proses sebagai berikut :


25

1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.

2. Memasang anemometer di tempat yang sudah disediakan pada bagian

depan terowongan angin.

3. Menempatkan tacometer pada bagian piringan system pengereman.

4. Menyambungkan antara kincir angina dengan system pengereman

dengan pipa penyambung.

5. Setelah siap semua blower siap untuk dihidupkan.

6. Pengaturan kecepatan angin, karna keterbatasan alat, maka variasi

kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser dudukan blower

dengan troli sesuai kecepatan angin yang diingikan.

7. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang di inginkan kemudian

dimulai mengukur kecepatan putaran kincir, kecepatan angin, dan

besarnya torsi.

8. Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan

duavariasi kemiringan sudu dan jarak yang berbeda – beda.

3.8. Pengolahan Data.

Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan

langkah-langkahsebagai berikut :

1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka

dapat dicari daya angin (Pin).

2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan

untuk mencari torsi (T).


26

3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk

mencari daya kincir (Pout).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan

kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari.

5. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya

(Cp) dapat diketahu


BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Percobaan

Berikut ini data hasil percobaan kincir angin permukaan kasar (dilapisi

anyaman bambu) dan permukaan halus, dengan variasi kecepatan angin dan sudu

kemiringan yang berbeda. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1

sampai Tabel 4.8.

4.1.1 Data percobaan kincir angin permukaan kasar Tabel 4.1 sampai

Tabel 4.4

Tabel 4.1. Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10˚

kecepatan angin 7,35 m/s.

Pengujian Beban ke Kecepatan

Angin

(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

7,42

7,40

7,54

7,22

7,25

502,9

493,9

434,4

407,3

369,6

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2

0

1

2

3

4

7,32

7,34

7,33

7,49

7,35

509,9

470,6

450,0

387,5

336,6

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

3

0

1

2

3

4

7,39

7,50

7,36

7,17

7,33

529,1

477.6

435,5

410,7

337,2

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

27


28


dengan angin 8,46 m/s.


Angin

(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

5

8,55

8,52

8,39

8,39

8,48

8,54

556,5

536,7

472,1

470,3

420,9

368,0

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

2

0

1

2

3

4

5

8,53

8,48

8,67

8,26

8,35

8,42

574,9

539,8

488,9

458,5

422,7

364,3

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

3

0

1

2

3

4

5

8,58

8,40

8,64

8,34

8,40

8,46

563,3

554,9

527,7

457,9

427,0

362,9

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601




Angin

(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

7,56

7,51

7,59

7,61

464,5

473,0

404,5

370,6

0

0,1962

0,4905

1,0791

2

0

1

2

3

7,51

7,52

7,71

7,63

479,9

434,6

398,0

364,9

0

0,1962

0,4905

1,0791

3

0

1

2

3

7,61

7,57

7,41

7,60

473,8

439,9

393,8

362,7

0

0,1962

0,4905

1,0791


29




Angin

(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

5

8,57

8,87

8,63

8,46

8,41

8,67

546,5

528,5

498,7

461,9

438,2

387,1

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

2

0

1

2

3

4

5

8,61

8,51

8,79

8,47

8,52

8,60

550.4

528,2

496,4

464,2

426,6

379,4

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

3

0

1

2

3

4

5

8,60

8,49

8,80

8,71

8,62

8,62

551,6

532,9

484,8

465,6

433,2

397,4

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

4.2.2 Data percobaan kincir angin permukaan halus Tabel 4.5 sampai

Tabel 4.8

Tabel 4.5 sampai 4.8 merupakan hasil percobaan kincir angin permukaan

halusdengan variasi kemeringan sudu dan variasi kecepatan angin.


30

Tabel 4.5. Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10˚

kecepatanangin 7,4 m/s.

Pengujian Beban ke Kecepatan Angin

(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

7,33

7,41

7,47

7,37

7,36

499,2

469,0

431,3

402,0

354,5

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2

0

1

2

3

4

7,28

7,50

7,39

7,42

7,40

497,7

462,8

429,5

398,2

355,3

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

3

0

1

2

3

4

7,46

7,50

7,31

7,44

7,38

492,1

455,9

434,2

392,6

355,7

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715




(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

5

8,79

8,57

8,86

8,54

8.52

8,82

612,9

586,3

537,3

471,5

445,9

385,4

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

2

0

1

2

3

4

5

8,80

8,57

8,67

8,63

8,67

8,70

621,8

579,6

537,4

507,6

447,9

397,2

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

3

0

1

2

3

4

5

8,97

8,65

8,79

8,60

8,70

8,66

602,9

575,0

524,9

505,3

445,4

407,0

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601


31




(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

7,36

7,37

7,34

7,37

7,47

489,6

439,9

415,8

371,7

344,9

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2

0

1

2

3

4

7,35

7,50

7,26

7,36

7,37

479,5

437,6

415,9

364,3

335,6

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

3

0

1

2

3

4

7,32

7,41

7,41

7,60

7,45

475,0

440,1

409,9

361,6

328,1

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715


kecepatanangin 8,4 m/s.


Angin

(m/s)

Putaran Poros

(rpm)

Gaya

(newton)

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8,38

8,48

8,34

8,51

8.32

8,40

8,42

8,57

594,8

585,6

552,4

517,8

472,8

445,5

402,0

349,9

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

2,4525

3,0411

2

0

1

2

3

4

5

6

7

8,49

8,46

8,54

8,52

8,57

8,37

8,40

8,27

595,5

593,1

554,5

519,2

475,6

425,7

413,3

344,3

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

2,4525

3,0411


32

3

0

1

2

3

4

5

6

7

8,26

8,43

8,38

8,19

8,45

8,46

8,39

8,51

598,5

591,2

546,0

515,1

475,1

457,7

416,6

322,5

0

0,1962

0,4905

1,0791

1,4715

2,0601

2,4525

3,0411

Contoh perhitungan diambil dari kincir angin permukaan kasar dengan

sudukemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s, seperti yang ditunjukan pada

Sub Bab Tabel 4.1.

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan.

4.2.1 Perhitungan Daya Angin.

Besarnya daya angin (Pin) yang diterima kincir dengan luas penampang

0,5 m dengan kecepatan angin 7,40 m/s. Maka daya angin dapat dicari dengan

Persamaan berikut ini :

Diketahui diameter kincir d= 0,80 meter, maka luas penampang dapat

dihitungdengan rumus :

A = .d²/4

= 3,14 . (0,80²) / 4

= 0,50 m²

Sehingga contoh diambil data dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama pada

pembeban ke-1.


33

Dari data, kecepatan angin (v) sebesar 7,40 m/s, masa jenis udara (𝝆)

sebesar1,16 kg/m³, dan luas penampang A = 0,50 m² maka dapat dihitung

besarnya daya angin sebesar :

Pin= ½ .𝝆 .A .V3

= 0,5 . 1,16 . 0,50 . 7,40 ³

= 117,51 watt

Jadi daya yang tersedia pada angin adalah 117,51 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1, pada pengujian

pertama danpembebanan ke 1. Dari data diperoleh besaran gaya (F) 0,19 Newton

dan jarak lengan torsi ke sumbu poros (l) 0,1 meter maka besar torsi :

T = l . F

= (0,1) . (0,19)

= 0,019 Nm

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir


pertama danpembebanan ke 1 didapat kecepatan angin (v) 7,40 m/s, putaran poros

(n) sebesar 493,9 rpm, dan torsi (T) yang telah diperhitungan pada sub Bab 4.2.2

sebesar 0,019 Nm maka besarnya daya :


34

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)


pertamadan pembebanan ke 1, dari data didapat putaran poros per menit (n) 493,9

rpm, kecepatan angin (v) 7,40 m/s dan jari – jari kincir (r) sebesar 0,40 , maka tip

speed rasionya dapat dihitung mengunakan rumus :

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)


pertama danpembebanan ke 2. Daya kincir Poutdidapat dari sub Bab 4.2.3 sebesar

0,982 watt, dan daya Pindidapat dari sub Bab 4.2.1 sebesar 117,51 watt. Maka

koefisien dayanya sebesar :

100%

4.3. Hasil Perhitungan.

Dari hasil percobaan kincir angin yang telah dilakukan peneliti dengan

memvariasikan kemiringan kincir dan jarak yang berbeda maka data perhitungan.

Pada tabel 4.9 sampai Tabel 4.16 langkah perhitungan dapat dilakukan

menggunakan cara yang sama pada sub Bab. 4.2 “Pengolahan data dan

perhitungan”.


35

4.3.1. Data perhitungan kincir permukaan kasar dengan sudu kemiringan

10°

Tabel 4.9 Data perhitungan kincir angin dengan kecepatan angin 7,35 m/s.

No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 7.44 529.87 0 0 55.46 0 121.04 0 2.98

2 7.37 513.96 0.20 0.02 53.79 1.06 117.65 0.009 2.92

3 7.41 480.7 0.49 0.05 50.31 2.47 119.58 0.021 2.72

4 7.41 439.96 1.08 0.11 46.05 4.97 119.58 0.042 2.49

5 7.29 401.83 1.47 0.15 42.06 6.19 113.86 0.054 2.31

6 7.31 347.8 2.06 0.21 36.40 7.50 114.80 0.065 1.99


No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

Cp tsr

1 8.47 613.5 0 0 64.2130 0 178.589 0 3.03249

2 8.55 561.1 0.1962 0.02 58.7285 1.15 183.698 0.00627 2.74753

3 8.46 543.8 0.4905 0.05 56.9177 2.79 177.958 0.01569 2.69115

4 8.56 479.6 1.0791 0.11 50.1939 5.42 184.343 0.02938 2.34551

5 8.33 462.2 1.4715 0.15 48.3801 7.12 169.879 0.04191 2.32317

6 8.41 423.5 2.0601 0.21 44.3295 9.13 174.821 0.05224 2.10842

7 8.47 365.1 2.4525 0.25 38.2096 9.37 178.589 0.05247 1.80447

4.3.2. Data perhitungan kincir permukaan kasar dengan sudu kemiringan

15°

Tabel 4.11 Data perhitungan kincir angin dengan kecepatan angin 7,56 m/s

No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 7.42 506.33 0 0 52.9959 0 120.065 0 2.8569

2 7.56 472.73 0.1962 0.02 49.4791 0.97 126.990 0.0076 2.6179

3 7.53 437.16 0.4905 0.05 45.7561 2.24 125.485 0.0179 2.4306

4 7.57 398.76 1.0791 0.11 41.7369 4.50 127.495 0.0353 2.2054

5 7.61 366.06 1.4715 0.15 38.3143 5.64 129.527 0.0435 2.0139


36


No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 8.51 581.83 0 0 60.8982 0 181.132 0 2.8624

2 8.59 549.50 0.1962 0.02 57.5143 1.1 186.288 0.0061 2.6782

3 8.52 526.86 0.4905 0.05 55.1447 2.7 181.771 0.0149 2.5890

4 8.74 493.30 1.0791 0.11 51.6321 5.6 196.218 0.0284 2.3630

5 8.54 463.90 1.4715 0.15 48.5549 7.1 183.054 0.0390 2.2742

6 8.51 432.66 2.0601 0.21 45.2851 9.3 181.132 0.0515 2.1286

7 8.63 387.96 2.4525 0.25 40.6065 10.0 188.903 0.0527 1.8821

4.3.3. Data perhitungan kincir permukaan halus dengan sudu kemiringan

10°


No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 7.2 549.10 0 0 57.4725 0 109.699 0 3.19

2 7.35 496.33 0.1962 0.02 51.9492 1.02 116.699 0.009 2.83

3 7.47 462.56 0.4905 0.05 48.4146 2.37 122.509 0.019 2.59

4 7.39 431.66 1.0791 0.11 45.1804 4.88 118.615 0.041 2.45

5 7.41 397.60 1.4715 0.15 41.6155 6.12 119.580 0.051 2.25

6 7.38 355.60 2.0601 0.21 37.2195 7.67 118.134 0.065 2.02


No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 8.7 631.67 0 0 66.1148 0 193.537 0 3.03976

2 8.85 612.53 0.196 0.02 64.1115 1.26 203.721 0.00617 2.89769

3 8.57 580.3 0.491 0.05 60.7381 2.98 184.990 0.01610 2.83492

4 8.77 533.2 1.079 0.11 55.8083 6.02 198.246 0.03038 2.54542

5 8.59 494.8 1.472 0.15 51.7891 7.62 186.288 0.04091 2.41160

6 8.63 446.56 2.060 0.21 46.7399 9.6 188.903 0.05097 2.16639

7 8.72 396.7 2.453 0.25 41.5213 10.2 194.874 0.05225 1.90465


37

4.3.4. Data perhitungan kincir permukaan halus dengan sudu kemiringan

15°


No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 7.5 513.5 0 0 53.7463 0 123.991 0 2.8665

2 7.34 481.36 0.1962 0.02 50.3823 0.99 116.223 0.0085 2.7456

3 7.42 439.2 0.4905 0.05 45.9696 2.25 120.065 0.0188 2.4781

4 7.33 413.86 1.0791 0.11 43.3173 4.67 115.749 0.0404 2.3638

5 7.44 365.86 1.4715 0.15 38.2933 5.63 121.039 0.0466 2.0588

6 7.43 339.53 2.0601 0.21 35.5375 7.32 120.551 0.0607 1.9132


No V

m/s

n

rpm

F

Newton

Torsi

Nm

ω Pout

watt

Pin

watt

cp tsr

1 8.45 634.12 0 0.00 66.3712 0.0 177.327 0.0000 3.1418

2 8.37 596.26 0.1962 0.02 62.4085 1.2 172.338 0.0071 2.9825

3 8.45 589.96 0.4905 0.05 61.7491 3.0 177.327 0.0171 2.9230

4 8.42 550.96 1.0791 0.11 57.6671 6.2 175.445 0.0355 2.7395

5 8.42 517.36 1.4715 0.15 54.1503 8.0 175.445 0.0454 2.5725

6 8.44 474.50 2.0601 0.21 49.6643 10.2 176.698 0.0579 2.3538

7 8.41 442.96 2.4525 0.25 46.3631 11.4 174.821 0.0650 2.2051

8 8.4 410.63 3.0411 0.30 42.9793 13.1 174.198 0.0750 2.0466

9 8.47 338.90 3.4335 0.34 35.4715 12.2 178.589 0.0682 1.6752

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Dari hasil perhitungan kincir yang diperoleh, maka data itu diolah kembali

kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara putaran kincir dengan

torsi kincir, daya kincir dengan torsi, dan koefisien daya (Cp) dengan tip speed

ratio (tsr). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik berikut ini :


38

4.4.1. Grafik permukaan halus dengan permukaan kasar dengan

kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s.

Gambar 4.1 menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan oleh masing–

masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki kehalusan

permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus (warna merah)

dapat dilihat kecepatan angin 7,4 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 7,61

watt dan torsi maksimal 0,21 N.m dan dari grafik permukaan kasar (warna biru)

dapat menghasilkan daya maksimal 7,50 watt dan torsi maksimal 0,21 N.m.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi

Gambar 4.2 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.13 untuk

kincirpermukaan halus (warna merah) menunjukan kecepatan maksimal yaitu

549.10 rpm dan hasil pengolahan data dari Tabel 4.9 untuk kincir permukaan

kasar (warna biru) menunjukan kecepatan maksimal 529.87rpm. masing – masing

kincir memiliki torsi 0 N.m, kecepatan angin 7,4 m/s dan kemiringan sudu 10°.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Day

a (

wat

t)

TORSI (N.m)

kasar

halus

Poly. (kasar)

Poly. (halus)


39

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.

Gambar 4.3. menunjukan hubungan antar antara Koefisien Daya (Cp)

terhadapTips Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan sudu

kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s, menunjukan nilai cp maksimal

0,065.

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara CP dan tsr

0

100

200

300

400

500

600

0.0 0.1 0.2 0.3

PU

TAR

AN

(R

PM

)

TORSI (N.m)

kasar

halus

Linear (kasar)

Linear (halus)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)

Tips Speed Ratio (tsr)


40

Gambar 4.4. menunjukan hubungan antar antara Koefisien Daya (Cp)

terhadapTips Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan sudu

kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s, menunjukan nilai Cp maksimal

0,065.

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara CP dan tsr



Gambar 4.5 dibawah menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan oleh

masing –masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki

kehalusan permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus dapat

dilihat kecepatan angin 8,64 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 10,2 watt

dan torsi maksimal 0,25 N.m dan dari grafik permukaan kasar dapat menghasilkan

daya maksimal 9,37 watt dan torsi maksimal 0,25 N.m.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)



41

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

Grafik 4.6 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.14 permukaan

halus(warna merah) menunjukan kecepatan maksimal yaitu 631,67 rpm dan hasil

pengolahan data dari Tabel 4.10 kincir permukaan kasar (warna biru) menunjukan

kecepatan maksimal 613,5 rpm yang masing – masing kincir memiliki torsi 0 N.m

kecepatan angin 8,64 m/s dan kemiringan sudu 10° yang sama.

Gambar 4.6. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45

Day

a (

wat

t)

TORSI (N.m)

kasar

halus

Poly. (kasar)

Poly. (halus)

0

200

400

600

800

0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3

PU

TAR

AN

(R

PM

)

TORSI (N.m)

KASAR

HALUS

Linear (KASAR)

Linear (HALUS)


42

Gambar 4.7 menunjukan hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan

TipsSpeed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan kemiringan 10° dan

kecepatan angin 8,64 m/s menunjukan nilai Cp maksimal 0,05225.

Grafik 4.7. Grafik hubungan antara CP dan tsr


TipsSpeed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10° dan

kecepatan angin 8,64 m/s menunjukan nilai Cp maksimal 0,05247.

Grafik 4.8. Grafik hubungan antara CP dan tsr

0

0.02

0.04

0.06

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)


0

0.02

0.04

0.06

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)



43



Gambar Grafik 4.9 diatas menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan

olehmasing – masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki


dilihat kecepatan angin 7,56 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 7.32 watt



Gambar 4.9. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

Gambar 4.10 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.15 untuk

kincirpermukaan halus menunjukan kecepatan maksimal yaitu 513,5 rpm. hasil

pengolahan data dari Tabel 4.11 pada kincir permukaan kasar menunjukan

kecepatan maksimal 506,33 rpm yang masing – masing kincir memiliki torsi 0

N.m kecepatan angin 7,56m/s dan kemiringan sudu 15°.

0

2

4

6

8

10

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Day

a (

wat

t)

TORSI (N.m)

kasar

halus

Poly. (kasar)

Poly. (halus)


44

Gambar 4.10. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.


TipsSpeed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan sudu kemiringan 15°

dan kecepatan angin 7,56 m/s dengan nilai Cp maksimal kincir 0,0607.

Gambar 4.11. Grafik hubungan antara CP dan tsr.


TipsSpeed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan sudu kemiringan 15°

dan kecepatan angin 7,56 m/s dengan nilai Cp maksimal kincir 0,0435.

0

100

200

300

400

500

600

0.0 0.1 0.2 0.3

PU

TAR

AN

(R

PM

)

TORSI (N.m)

HALUS

KASAR

Linear (HALUS)

Linear (KASAR)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)



45




Gambar 4.13 diatas menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan oleh

masing– masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki


dilihat kecepatan angin 8,58 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 13,1 watt



Gambar 4.13. grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

0

0.02

0.04

0.06

0 1 2 3

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)


02468

10121416

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45

Day

a (

wat

t)

TORSI (N.m)

kasar

halus

Poly. (kasar)

Poly. (halus)


46

Gambar 4.14 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.16

kincirpermukaan halus (warna merah) menunjukan kecepatan maksimal yaitu

634,12 rpm dan hasil pengolahan data dari Tabel 4.12 kincir permukaan kasar

(warna biru) menunjukan kecepatan maksimal 581,83 rpm yang masing – masing

kincir memiliki torsi 0 N.m, sudu kemiringan 15° dan kecepatan angin 8,58 m/s.

Gambar 4.14. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi


TipsSpeed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan sudu kemiringan 15°

dan kecepatan angin 8,58 m/s dengan nilai Cp maksimal 0,0750.


0

200

400

600

800

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

PU

TAR

AN

(R

PM

)

TORSI (N.m)

KASAR

HALUS

Linear (KASAR)

Linear (HALUS)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)



47


TipsSpeed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan sudu kemiringan 15°

dan kecepatan angin 8,58 m/s dengan nilai Cp maksimal 0,0527.


0

0.02

0.04

0.06

0 1 2 3 4

Ko

efi

sie

n d

aya

(Cp

)



BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin model propeler tiga sudu dalam bentuk

prototipe,maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin model propeler mengunakan dua

variasikincir angin permukaan halus dan kincir angin permukaan kasar.

Kincir yangdibuat mengunakan sudut kemiringan, bentuk, dan ukuran

kincir yang sama.

2. Pada kincir angin permukaan kasar dengan kemiringan sudu 10°

kecepatan7,4 m/s dapat menghasilkan daya 7,50 watt dengan torsi 0,21

N.m. Sedangkan kincir permukaan halus dengan kemiringan dan

kecepatan angin yang sama dapat menghasilkan daya sebesar 7,67 watt

dengan torsi 0,21 N.m. Dari percobaan kincir angin dengan kemiringan

10° dan kecepatanangin 7,4 m/s dapat disimpulkan bahwa kincir

permukaan halus dapatmenghasilkan daya (Pout) yang lebih besar dari

pada kincir permukaan kasar yaitu 7,61 watt.

3. Berdasarkan perhitungan, kincir angin permukaan halus dan

permukaan kasardengan kemiringan 10° dan kecepatan angin 8,64 m/s.

Didapatkan kincir angin permukaan halus menghasilkan daya 10,2

watt dengan torsi 0,25 N.m. Sedangkan kincir angin permukaan kasar

48


49

hanya mampu menghasilkan daya sebesar 9,37 watt dengan torsi 0,25

N.m.

4. Untuk angin dengan kemiringan 15° dengan kecepatan angin 7,56

m/sdidapatkan bahwa kincir permukaan halus menghasilkan daya yaitu

7,32 watt dengan torsi 0,21 N.m, sedangkan kincir permukaan

kasarmenghasilkan daya 5,64 watt dengan torsi 0,15 N.m..

5. Untuk kincir angin kemiringan 15° dengan kecepatan angin 8,58 m/s

didapatkan pada permukaan halus bias menghasilkan daya yaitu 12,2

watt dengan torsi 0,34 N.m, dan kincir permukaan kasar hanya dapat

menghasilkan daya sebesar 10,0 watt dengan torsi sebesar 0,25 N.m.

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian maka didapatkan kelebihan dan

kekuranganyang perlu diperhatikan untuk bahan refrensi peneliti berikutnya

dibidang kincir anginn antara lain :

1. Apabila ingin mendapatkan daya yang maksimal maka penampang

pada permukaan sudu kincir juga harus semakin halus sehingga

hambatannya akan semakin kecil.

2. Disarankan agar untuk pengambilan data lebih banyak agar

meminimalisir kesalahan data sehingga bisa mendapatkan data yang

maksimal dan lebih valid.


DAFTAR PUSTAKA

Calson .C.A. 2013. Wind Turbine Design. http://mcensustainableenergy.

pbworks.com Dikases : tanggal 13 Oktober 2013.

Curvalho,C. 2013. Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Datar Tiga Variasi Lebar

Sududan Lima Variasi Sudu Kemiringan Sudu, Tugas Akhir, Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta.

Kuijen,K.V. 2013. Turbine Topologies. http://www.mstudioblackboard.tudelft.nl.

Diakses : tanggal 15 Oktober 2013.

Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute

TechnologyBandung. Diakses : Tanggal 12 Oktober 2013.

Perdana,P.N. 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Bayu / Angin

(PLTB).http://jendeladenngabei.blogspot.com. Diakses : Tanggal 12

Oktober 2013.

Sihana. 2013. Teknik Perhitungan Energi Angin.

http://sihana.staff.ugm.ac.id/s2/rets. Diakses : tanggal 12 Oktober 2013.

Wijaya, R.I. 2013. Kincir Angin MAGWIND Dengan Jumlah Sudu Tiga, Tugas

AkhirUniversitas Sanata Dharma, Yogyakarta.


http://www.mstudioblackboard.tudelft.nl/

http://jendeladenngabei.blogspot.com/

http://sihana.staff.ugm.ac.id/s2/rets

unjuk kerja kincir angin propeler tiga … kecuali saya mengambil atau mengutip data dari buku yang...

Documents