unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu … · unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu ......

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU

BERBAHAN DASAR KAYU BERLAPIS PELAT SENG

DENGAN SUDU-SUDU DARI BELAHAN DINDING SILINDER

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

YULIUS HENDRA FAJAR PRAMONO

NIM : 125214080

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE OF PROPELLER THREE BLADES

WIND MILL WICH IS MAINLY MADE OF ZINC LAYERED

WOOD WITH A BLADE OF CYLINDER WALL CLEAVAGE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain the Sarjana S-1 degree

Student Program in Mechanical Enginering

by

YULIUS HENDRA FAJAR PRAMONO

Student Number : 125214080

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015


vii

INTISARI

Seiring berjalannya waktu, kebutuhan energi manusia akan terus meningkat

seiring meningkatnya populasi manusia. Dengan meningkatnya populasi manusia

maka sumber daya energi akan lebih cepat terkuras dan lambat laun akan menipis

dan akhirnya habis. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan

sebagai pengganti bahan bakar minyak yang semakin terbatas. Keterbatasan

produksi bahan bakar minyak menjadikan harga bahan bakar naik. Salah satu

energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan

energi angin. Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja kincir

angin propeler tiga sudu dengan variasi sudut sektor lingkaran pada pangkal sudu

kincir, yakni 70˚, 80˚, dan 90˚. Dari model tersebut akan dicari koefisian daya

maksimal yang paling baik.

Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin propeler tiga sudu

mengunakan bahan triplek yang dibungkus dengan pelat seng sebagai kulit

luarnya berdiameter 80 cm. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah

terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi Universitas

Sanata Dharma.Variasi yang diambil adalah sudut sektor lingkaran pada pangkal

kincir, yakni 70˚, 80˚ dan 90˚. Data yang diambil saat penelitian adalah kecepatan

angin, putaran poros dan beban torsi.

Hasil penelitian kincir angin poros horizontal dengan variasi kemiringan

sudu menunjukkan bahwa kincir angin dengan sudut potong sudu 70°

menghasilkan koefisien daya maksimal 30% pada tip speed ratio 2,8. Kincir angin

dengan sudut potong sudu 80° menghasilkan koefisien daya maksimal 23% pada

tip speed ratio 2,1. Kincir angin dengan sudut potong sudu 90° menghasilkan

koefisien daya maksimal 27% pada tip speed ratio 2,4. Kincir angin dengan sudut

potong 70˚ menghasilkan koefisien daya dan tip speed ratio paling tinggi

dibandingkan variasi sudut potong sudu 80˚ dan 90˚ yaitu dengan Cp maksimal

30% pada tip speed ratio 2,8.

Kata kunci: koefisien daya, daya kincir, torsi. Tip sped ratio.


viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang

diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas 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

rangka memenuhi 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

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan

segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-

besarnya kepada :

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

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

4. Doddy Purwadianto, M.T. selaku Kepala Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Bapak Yohanes Sukidi dan Ibu Anastasya Ruliyanti, S.Pd. selaku orang tua

yang telah memberikan kasih sayang, dukungan, biaya, serta doa sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat menjadi

kado kecil untuk jasa besar kalian selama ini.

6. Semua sahabat saya dan Teknik Mesin USD yang sudah memotivasi dalam

menulis skripsi ini dengan semangat alunan musik band metal.

7. Teman-teman angkatan 2010, 2011, 2012 dan 2014 Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma atas bantuan dan kebersamaan kita selama ini.

8. Semua pihak lain yang telah membantu dan mendukung penulis baik secara

langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat disebutkan satu persatu.


x

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

A Luas penampang (m2)

Cp Koefisien daya (%)

d Diameter kincir (m)

Ek Energi kinetik (joule)

F Gaya pengimbang (N)

m Massa (kg)

ṁ Massa udara yang

mengalir per satuan waktu

(kg/s)

N Kecepatan putar kincir

(rpm)

Pin Daya angin (watt)

Pout Daya kincir (watt)

r Panjang lengan torsi (m)

R Jari-jari

T Torsi (N.m)

tsr tip speed ratio

V Kecepatan angin(m/s)

ρ Massa jenis udara (kg/m3

ω Kecepatan sudu (rda/s)


xi

DAFTAR ISI

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

TITLE PAGE ....................................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ............................................................................ iv

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

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

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

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

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................... x

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

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

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xv

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

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

1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 2

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

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

1.5 Manfaat penelitian .................................................................................... 4

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

2.1 Konsep Dasar Angin ............................................................................... 5

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

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ................................................................ 6

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal .................................................................... 9

2.3 Rumus Perhitungan ................................................................................ 11

2.3.1 Daya Angin ............................................................................................ 11

2.3.2 Torsi Kincir ............................................................................................ 12

2.3.3 Daya Kincir ............................................................................................ 13


xii

2.3.4 Tip Speed Ratio ...................................................................................... 15

2.3.5 Koefisien Daya ....................................................................................... 15

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 16

3.1 Bahan Untuk Penelitian .......................................................................... 16

3.2 Alat Untuk Penelitian ............................................................................. 18

3.3 Bentuk Sudu Kincir ................................................................................ 19

3.4 Variabel Penelitian ................................................................................. 25

3.5 Variabel yang Diukur ............................................................................. 26

3.6 Parameter yang Dihitung ........................................................................ 26

3.7 Langkah Percobaan ................................................................................ 26

3.8 Langkah Pengolahan Data ...................................................................... 28

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .......................................... 30

4.1 Data Percobaan ...................................................................................... 30

4.2 Perhitungan ............................................................................................. 32

4.2.1 Perhitungan Daya Angin (Pin) ................................................................ 32

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (Pout) ............................................................... 33

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio .................................................................. 34

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Kincir (Cp) ............................................... 34

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

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ............................................ 38

4.5 Grafik dari Hasil Perhitumgan 3 variasi kemiringan sudu ..................... 46

BAB V PENUTUP ............................................................................................ 47

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 47

5.2 Saran ....................................................................................................... 48

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 49

LAMPIRAN ....................................................................................................... 50


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Propeler Tiga Sudu ................................................. 6

Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch four arms ...................................................... 7

Gambar 2.3 Kincir Angin American Multi Blade ............................................ 7

Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius ................................................................. 9

Gambar 2.5 Kincir Angin Darrieus ................................................................ 10

Gambar 2.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) Dengan Tip

Speed Ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir ................................ 13

Gambar 3.1 Bentuk belahan sudu pada permukaan selimut tabung ............... 20

Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir penampang

dinding silinder dengan sudut 70˚ ............................................... 21





Gambar 3.5 Mal pembentukan sektor sudut kelengkungan sudu .................. 24

Gambar 3.6 Model sudu dan rotor yang dirancang untuk penelitian ............. 25

Gambar 3.7 Skema susunan alat untuk pengujian ......................................... 27

Gambar 4.1 Hubungan putaran poros dan torsi pada kincir dengan

sudut sektor lingkaran pangkal sudu 700

.................................... 38

Gambar 4.2 Hubungan daya output dan torsi pada kincir dengan


.................................... 39

Gambar 4.3 Hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr) pada

kincir dengan sudut sektor lingkaran pangkal sudu 70˚ .............. 39



.................................... 41



.................................... 41


xiv





.................................... 43



.................................... 44



Gambar 4.10 Hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr)

untuk variasi sudut sektor lingkaran pada

pangkal sudu kincir 700, 80

0 dan 90

0 ......................................... 46


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan sudut sektor

lingkaran pangkal sudu 700 ......................................................... 30





Tabel 4.4. Data perhitungan kincir sudut sektor

lingkaran pangkal sudu 700 ........................................................ 35






BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring berjalannya waktu, kebutuhan energi manusia akan terus meningkat

seiring meningkatnya populasi manusia. Dengan meningkatnya populasi manusia

maka sumber daya energi fosil akan lebih cepat terkuras dan lambat laun akan

menipis dan akhirnya habis. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat

dibutuhkan sebagai pengganti bahan bakar minyak yang semakin terbatas.

Keterbatasan produksi bahan bakar minyak menjadikan harga bahan bakar minyak

naik.

Pada dasarnya, kebutuhan manusia terhadap energi semakin meningkat.

Setelah dimulainya revolusi industri, orang mulai menggunakan sumber energi

yang tidak dapat diperbaharui, sumber dayanya yaitu bahan bakar fosil, batu bara,

gas alam dan minyak bumi. Bahan bakar fosil ini merupakan sumber daya energi

konvensional dan tidak dapat diperbarui dan jumlahnya terbatas. Dengan hal ini,

timbul kecemasan manusia terhadap sumber daya konvensional yang tidak dapat

diperbarui. Untuk mempertahankan eksistensi manusia di bumi ini, harus dicari

energi alternatif untuk menggantikan energi bahan bakar fosil, salah satu contoh

energi alternatif pengganti fosil yaitu energi angin. (Astu Pudjanarso & Djati

Nursuhud, 2006 )

Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah

pemanfaatan energi angin. Potensi pemanfaatan energi angin di Indonesia masih

terbuka luas karena Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki banyak


2

pantai di setiap pulaunya, demikian juga potensi kecepatan angin yang

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

dan penggunaannya masih belum efektif, maka diperlukan suatu mekanisme yang

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

satunya adalah mengubah energi angin menjadi energi listrik.

1.2 Perumusan Masalah

Masalah yang ingin dipecahkan dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Angin adalah salah satu sumber energi yang berlimpah, gratis, memiliki

potensi untuk dikembangkan dan tidak menimbulkan banyak dampak

negatif bagi lingkungan dan manusia namun belum dimanfaatkan

secara optimal.

2. Bentuk kincir dan material yang baik dengan bantuan generator akan

mampu menghasilkan listrik sehingga efisiensi yang didapat bisa lebih

maksimal.

3. Pengaruh besar sudut kelengkungan pada pangkal sudu kincir angin

propeler tiga sudu terhadap torsi dan koefisien daya.


3

1.3 Batasan Masalah

Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai

berikut :

1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin propeler tiga

sudu mengunakan bahan dasar triplek (plywood) yang dibungkus

dengan pelat seng sebagai kulit luarnya dengan diameter 80 cm.

2. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin

(wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

3. Sudu kincir dibuat dari belahan dinding silinder dengan sudut sektor

lingkaran pada pangkal sudu kincir, yakni 70˚, 80˚ dan 90˚.

4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin,

putaran poros kincir dan gaya pengimbang torsi.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan Tugas Akhir ini adalah :

1. Merancang dan membuat kincir angin propeler tiga sudu yang terbuat

dari bahan dasar triplek (plywood) yang dibungkus dengan pelat seng.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu berdiameter

kincir 80 cm dengan sudu -sudu dibentuk dari belahan dinding silinder

dengan tiga variasi sudut sektor lingkaran pada pangkal sudu kincir,

yakni 70˚, 80˚, dan 90˚.


4

3. Mengetahui model kincir angin yang menghasilkan koefisien daya

maksimal paling tinggi diantara model – model yang diteliti.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat pembuatan kincir angin adalah sebagai berikut :

1. Mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya

energi angin dan pemanfaatannya.

2. Penghematan bahan bakar fosil dan penggantinya adalah kincir angin

untuk menjaga dan melestarikan bumi ini.

3. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir

angin dari bahan triplek dan pelat seng.

4. Memacu pengembangan energi angin dengan bahan yang murah dan

sederhana.


BAB II

DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Angin

Energi angin merupakan energi yang berasal dari alam, angin adalah udara

yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih

rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat

pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari kemudian terjadi suatu

perputaran udara. Dengan demikian bisa kita analisis bahwa energi angin

merupakan energi yang berasal dari perbedaan suhu antara udara panas dan

dingin.

(http://afifharuka.blogspot.com/2012/12/energi-angin-sebagai-sumberdaya.html)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu mengkonversi energi angin

menjadi energi mekanik dalam arti lain bisa digunakan untuk menangkap atau

memperoleh energi angin. Kincir angin dipergunakan tidak hanya sebagai

penumbuk biji – bijian dan memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga

dikonversikan menjadi tenaga listrik.

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok

utama, yaitu: kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertical.


http://afifharuka.blogspot.com/2012/12/energi-angin-sebagai-sumberdaya.html

6

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin ini memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros

utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara sedangkan

kincir berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 3600

terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.

Ada beberapa jenis kincir angin horizontal yang sudah umum dikenal dan

dikembangkan:

1. Kincir Angin Propeler Tiga Sudu

Gambar 2.1 Kincir Angin Propeler Tiga Sudu

(Sumber : http://nenxtyas.files.wordpress.com/2013/01/

Windmill.jpg)


http://nenxtyas.files.wordpress.com/2013/01/

7

2. Kincir Angin Dutch Four Arm

Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch four arm

(Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill)

3. Kincir Angin American Multi Blade

Gambar 2.3 American Multi Blade

(Sumber :http://en.wikipedia.org/wiki/File:

Water_Pumping_Wind_Mill.jpg )


http://en.wiktionary.org/wiki/windmill

http://en.wikipedia.org/wiki/File:

8

Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros horizontal:

1. Kelebihan

a. Dasar menara yang tinggi memberikan akses ke angin yang lebih kuat.

b. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi.

c. Memberikan kinerja yang lebih baik pada produksi energi

dibandingkan dengan turbin angin dengan sumbu vertikal.

2. Kekurangan

a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90

meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa

mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.

b. Kincir yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat

tinggi dan mahal serta dibutuhkan operator yang terampil.

c. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-

bilah yang berat, gearbox, dan generator.

d. Kincir membutuhkan mekanisme kontrol tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.


9

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus.

Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar

menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah

anginnya sangat bervariasi. Kincir ini mampu memanfaatkan angin dari berbagai

arah.

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di

dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses

untuk keperluan perawatan.

Ada beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan

dikembangkan:

1. Kincir Angin Savonius

Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius

(Sumber: http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-

Savonius-wind-turbine-/)


http://cleangreenenergyzone.com/cardboard

10

2. Kincir Angin Darrieus

Gambar 2.5 Kincir Angin Darrieus

(Sumber:http://.wikipedia.org/wiki/

Darrieus_wind_turbine)

Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal

1. Kelebihan

a. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

b. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih

kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara

laju dan arah angin) antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di

dalam atmosfir bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh

meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

c. Kincir ini tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

d. Kincir ini bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan

bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.


http://1.bp.blogspot.com/-EGpUtZnOgiY/UxWcFTHVE7I/AAAAAAAAAPY/PoqgfZ1_xyk/s1600/gambar+6j.png

11

2. Kekurangan

a. Kebanyakan kincir ini memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi

kincir angin poros horisontal karena drag tambahan yang dimilikinya

saat kincir berputar.

b. Kebanyakan kincir ini mempunyai torsi awal yang rendah, dan

membutuhkan energi untuk mulai berputar.

c. Sebuah kincir angin poros vertikal yang menggunakan kabel untuk

menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua

berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak

bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan

2.3.1 Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga secara

umum disampaikan pada Persamaan (1):

Ek =

m v

2 (1)

dengan Ek adalah energi kinetik (J), m adalah massa udara (kg), dan v adalah

kecepatan angin (m/s).

Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari Persamaan di atas

dapat dituliskan:

Pin =

v2

(2)


12

dengan adalah daya yang dihasilkan angin, J/s (watt), adalah massa udara

yang mengalir per satuan waktu, (kg/detik), v adalah kecepatan angin, (m/detik).

Massa udara yan mengalir per satuan waktu adalah:

ṁ = ρ A v (3)

dengan ρ adalah massa jenis udara (1,18 kg/ ) pada suhu sekitar 28˚C, A adalah

luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).

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

dirumuskan menjadi : Pin =

(ρ A v) v

2

disederhanakan menjadi : Pin =

ρ A v

3 (4)

2.3.2 Torsi Kincir Angin

Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yan dihasilkan oleh gaya dorong

pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros

yang berputar . Persamaannya:

T = F.r (5)

Dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), F

adalah gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan r adalah jarak lengan torsi

ke poros (m).


13

2.3.3 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya

angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Pada tahun 1919 seorang fisikawan

Jerman, Albert Betz, menyimpulkan bahwa tidak akan pernah ada turbin angin

yang dapat mengkonversi energi kinetik angin ke dalam bentuk energi yang

menggerakkan rotor (kinetik) lebih dari16/27 (59,3%). Dan hingga hari ini hal

tersebut dikenal dengan Betz Limit atau Hukum Betz. Batasan ini tidak ada

hubungannya dengan ketidakefisienan pada generator, tapi lebih kepada bentuk

turbin angin itu sendiri. (http://donyaenergi.blogspot.com/2013/02/betz-limit-

hukum-betz-pada-energi-angin.html)

Gambar 2.6 menunjukkan karakteristik dari beberapa tipe kincir.

Gambar 2.6 Diagram Cp vs tsr

(Sumber: Johnson, 2006, hal. 18)


http://donyaenergi.blogspot.com/2013/02/betz-limit-hukum-betz-pada-energi-angin.html


14

Umumnya perhitungan daya gerak melingkar dapat dituliskan dengan

Persamaan :

P = T.ω (6)

dengan T adalah torsi dinamis (Nm), ω adalah kecepatan sudut (rad/s).

Kecepatan sudut (ω) didapat dari :

ω = n.rpm =

=

=

rad/detik

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan

persamaan :

Pout = T.ω

Pout = T

watt (7)

dengan Pout adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), n adalah putaran

poros (rpm).


15

2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)

Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin.

Rumus kecepatan diujung sudu ( ) adalah:

( ) = .r

dengan adalah kecepatan ujung sudu, adalah kecepatan sudut (rad/detik), dan

adalah jari-jari kincir (m).

Sehingga tsr nya dapat dirumuskan dengan:

tsr =

(8)

dengan r adalah jari-jari kincir angin (m), n adalah putaran poros (rpm), v adalah

kecepatan angin (m/detik).

2.3.5 Koefisien Daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir ( ) dengan daya yang disediakan oleh angin ( ), sehingga dapat

dirumuskan:

Cp =

(9)

dengan adalah koefisien daya (%), adalah daya yang dihasilkan oleh

kincir (watt), adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt).


BAB III

METODE PENELITIAN

Pembuatan kincir dan penelitian pengambilan data dilakukan di

Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma dengan dua tahap,

yaitu pembuatan kincir pada tanggal 5 Agustus 2014 – 4 Oktober 2014 dan

penelitian pada tanggal 8 Oktober 2014 – 10 Oktober 2014.

3.1 Bahan Untuk Penelitian

Bahan-bahan yang diperlukan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Bahan untuk sudu kincir.

Sudu-sudu kicir angin terbuat dari kayu, tepatnya dari papan triplek (plywood)

dengan ketebalan 3 mm.

b. Bahan untuk pengikat pangkal sudu kincir.

Pengikat pangkal-pangkal sudu sebagian besar menggunakan kayu atau

tripleks dengan ketebalan 10 mm, kemudian dilapisi dengan cairan resin agar

lebih padat dan keras.

c. Bahan untuk poros utama kincir.

Poros utama kincir yang dipasang tetap pada naf kincir dan ditahan oleh dua

bantalan tiang penahan pada tiang penahan kincir, menggunakan pipa pejal

silinder dari alumunium berdiameter ¾ inchi.


17

d. Bahan-bahan untuk tiang penahan kincir.

Tiang penahan kincir dibuat dari pipa baja berdiameter 1 inci. Di tengah-

tengah tiang terdapat rumah bantalan untuk tumpuan poros kincir dengan

desain dari papan baja dengan ketebalan 6 mm.

e. Bahan untuk pelapis sudu.

Sudu-sudu yang dibuat dilapisi dengan papan seng tipis berukuran 0.25 mm,

supaya menahan triplek yang sudah dibentuk lengkungan agar lebih kuat.

f. Bahan untuk perekat dan pembuat sektor sudut lengkungan.

Dalam proses perekatan antara celah potongan pada sektor kelengkungan

papan triplek, digunakan serbuk kayu halus yang ditaburkan pada seluruh

bagian celah potongan sektor kelengkungan. Serbuk kayu pada celah sektor

kelengkungan tersebut ditetes dengan lem G agar menjadi keras serta dapat

merekatkan dan menutup celah pada sektor kelengkungan dengan hasil yang

kokoh.

g. Bahan untuk rotor.

Rotor terbuat dari bahan kayu triplek yang dilapisi dengan seng tipis sehingga

memperkokoh dalam menopang sudu saat dirakit dengan rotor.

h. Bahan untuk penyambung, pengikat dan lain-lain.

1. Baut-baut berdiameter 4 mm, dan 6 mm dengan mur dan ring.

2. Pipa alumunium berdiameter ½ inchi untuk poros penghubung rotor

kincir dan mekanisme pengereman.

3. Paku ½ inchi dan 1 inchi.

4. Lem G dipadu dengan serbuk gergaji.


18

3.2 Alat Untuk Penelitian

Alat-alat yang digunakan untuk penelitian ini meliputi beberapa bagian,

yaitu:

a. Alat kerja utama :

1. Mesin bubut

2. Mesin bor

3. Gergaji

4. Mesin Gerinda

5. Palu

b. Alat kerja tambahan dan alat bantu pengukuran :

1. Terowongan angin yang dilengkapi blower, untuk mengatur kondisi angin;

2. Anemometer untuk pengukuran kecepatan angin yang dihasilkan blower;

3. Tachometer untuk pengukuran putaran kincir;

4. Mekanisme pengereman atau alat ukur gaya tangensial.

5. Neraca pegas untuk pengukuran pembebanan yang diberikan pada saat

pengereman yang diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis.

6. Mekanisme pengereman berfungsi sebagai pemberi beban putaran kincir

untuk mendapatkan data torsi dan daya kincir.

c. Tiang penahan kincir di dalam terowongan angin.

Rangka penahan kincir angin yang akan dibuat dalam penelitian ini adalah

seperti yang ditunjukan dalam gambar 1. Secara garis besar rangka penahan

yang dipasang dalam terowongan angin ini terdiri atas tiga bagian, yakni

tumpuas atas, tumpuan bawah dan rumah bantalan tempat kedudukan poros


19

kincir. Terdapat dua bantalan yang akan dipasang di depan dan belakang

rumah bantalan. Kedua bantalan ini digunakan untuk menumpu poros utama

kincir angin.

d. Naf (hub) penjepit pangkal sudu kincir.

Piringan pada naf dibuat dari tripleks setebal 10 mm. Pada alat ini terdapat

penjepit yang dibuat dari dua pasangan pelat siku alumunium

berukuran 3 cm x 1,5 cm x 8 cm.

e. Poros utama kincir

Poros kincir yang dibuat berbahan dasar baja dengan bentuk dan ukuran yang

sudah disesuaikan dengan kincir. Poros ini dipasang pada naf atau pusat kincir

dan selanjutnya sebagian ujungnya (ujung belakang) dipasang pada tiang

penyangga kincir melalui dua bantalan berdiameter 15 mm.

3.3 Bentuk Sudu Kincir

Sudu-sudu kincir yang dipilih memiliki penampang dinding silinder yang

dibedakan dalam tiga variasi. Pangkal sudu (root) dibuat tiga variasi porsi busur

lengkung atau sudut sektor (α), yakni 70o, 80

o,dan 90

o bagian dari belahan dinding

sebuah tabung.


20

Gambar 3.1. Bentuk belahan sudu pada permukaan dinding silinder.

Kesamaan pada ketiga variasi sudu ini adalah :

1. Diameter silinder 15 cm.

2. Panjang sudu sebesar 37 cm.

3. Lebar ujung sudu 4,5 cm

4. Menggunakan cetakan yang sama.


21

Dalam penelitian ini, dinding silinder tabung dibentuk dari potongan atau

segmen yang diambil setiap 10o dari bagian tabung dengan menggunakan pelat

plywood (triplek) dengan tebal triplek 3 mm, seperti yang ditunjukan pada

Gambar 3.1 untuk pembentukan belahan dinding tabung silinder.

Pada gambar di bawah ini adalah bentuk sudu yang sudah dibentuk dari

potongan dinding silinder.

Gambar 3.2. Bentuk sudu kincir penampang dinding silinder dengan sudut 70˚


22



23


Pelapisan pada permukaan cekung menggunakan pelat seng tipis dengan

cara direkatkan secara rapat dengan papan triplek. Setelah merekat dengan rapat,

sisi permukaan triplek pada bagian cembung diberi garis acuan sesuai dengan

ukuran potongan yang sudah ditentukan sesuai rancangan. Kemudian garis disayat

dengan menggunakan cutter sesuai garis yang dibuat pada bagian sisi cembung

triplek. Setelah semua garis tersayat, sudu akan mudah dibentuk menjadi

lengkung. Sehingga permukaan cekung sudu setelah menempel dengan rapat


24

selanjutnya dapat dilengkungkan dengan menggunakan paku atau scriber marking

yang digoreskan pada garis yang sudah dicetakkan pada sisi cekung pelat seng.

Dalam proses pembentukan kelengkungan sudu supaya mendapatkan bentuk

sesuai dengan sektor sudut yang dirancang maka diperlukan sebuah cetakan atau

mal. Setelah sudu sudah terpotong sesuai dengan sektor sudut masi-masing

kemudian sudu di mal. Pada proses pengeleman pada celah garis sayatan sisi

cembung ditaburi dengan serbuk kayu dan ditetes dengan lem G, supaya

kelengkungan dapat permanen hasilnya dan menghasilkan lengkungan yang keras.

Gambar 3.5. Mal pembentukan sektor sudut kelengkungan.

Setelah pembuatan sudu-sudu, kemudian sudu-sudu dirakit sehingga

membentuk rotor kincir. Rotor-rotor kincir yang dibuat memiliki tiga sudu.

Bentuk tipikal dan ukuran garis besar model rotor kincir yang akan dibuat adalah

seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.6


25

Gambar 3.6. Model sudu dan rotor yang dirancang untuk penelitian.

3.4 Variabel Penelitian

Variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum melakukan penelitian

adalah sebagi berikut :

1. Variasi sektor sudut kelengkungan sudu kincir permukaan silindris

adalah: 700, 80

0, dan 90

0.

2. Variasi sudu dinding tabung yang akan menampilkan sudu dengan

tegak lurus.


26

3.5 Variabel Yang Diukur

Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan angin (v)

2. Gaya pengimbang (F)

3. Putaran poros kincir (n)

3.6 Parameter Yang Dihitung

Untuk mendapatkan karakteristik yang didapat dalam penelitian

menggunakan parameter sebagai berikut:

1. Daya angin ( )

2. Daya kincir ( )

3. Koefisien daya (Cp)

4. Tip Speed Ratio (tsr)

3.7 Langkah Percobaan

Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar poros kincir

dilakukan secara bersama-sama. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium

Konversi Energi Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dengan

memakai sebuah terowongan angin yang dilengkapi dengan sebuah blower

berkapasitas 5,5 kW. Skema susunan alat-alat uji dalam proses penelitian ini

adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.7.


27

Gambar 3.7. Skema susunan alat untuk pengujian.

Blower digunakan untuk menarik udara masuk ke dalam terowongan angin.

Proses pengukuran bisa dilakukan saat kondisi di dalam terowongan sudah siap.

Parameter yang divariasikan (sebagai variabel) adalah beban pengereman yang

diberikan pada mekanisme rem yang setiap kali pengujian gaya tangensial akibat

aksi pengereman diatur besarnya dengan memakai neraca pegas. Dengan

demikian, setiap kali pengujian, beban torsi yang diberikan pada poros kincir

dapat dihitung besarnya.

Parameter-parameter yang diukur dalam setiap kali pengujian adalah

kecepatan angin, putaran poros kincir dan temperature udara, kecepatan angin

diukur dengan menggunakan anemometer yang dipasang sekitar 1 m di depan

rotor kincir. Putaran poros atau rotor kincir diukur dengan menggunakan

takometer (tachometer). Pada neraca pegas dipasangkan tali pengait yang akan

dihubungkan dengan sistem pembebanan. Dalam satu siklus (running) pengujian,

pengambilan data pengukuranselalu diawali dari tanpa beban atau tanpa

pengereman, selanjutnya dengan beban yang secara bertahap ditambah sedikit


28

demi sedikit samapai kincir berhenti berputar. Untuk satu model rotor kincir

dilakukan tiga kali (tiga siklus) pengujian.

3.8 Langkah Pengolahan Data

Data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui beberapa

tahapan. Untuk setiap siklus pengujian, dari kecepatan angin (vw) terukur, daya

yang disediakan angin (Pw) dihitung dengan menggunakan Pers. (1). Gaya

tangensial hasil pengukuran dikalikan dengan panjang lengan torsi (l) yang diatur

sepanjang 10 cm untuk menghasilkan torsi yang membebani poros kincir. Torsi

terhitung selanjutnya dikalikan dengan kecepatan sudut (ω) yang diperoleh dari

hasil pengukuran putaran poros kincir (n) akan menghasilkan outputdaya mekanis

(Po) yang dihasilkan oleh kincir atau mengikuti Pers. (2). Berikutnya koefisien

daya (Cp) dapat dihitung dengan membandingkan output daya (Po) dan daya yang

disediakan angin (Pw) atau seperti yang dinyatakan dalam Pers. (3). Kemudian,

menghitung nilai tip speed ratio (tsr) berdasarkan Pers. (4). Dengan demikian

nilai-nilai Cp dan tsr yang dihasilkan dari satu kali pengujian ini berlaku untuk

sebuah kondisi kecepatan angin dan pembebanan tertentu. Cara analisis yang

sama dilakukan untuk menghitung nilai-nilai Cp dan tsr untuk kondisi yang lain.

Bila nilai Cp dan tsr untuk semua kondisi pembebanan telah dihitung, maka

langkah selanjutnya adalah menggambarkan sebuah grafik yang telah menunjukan

hubungan Cp dan tsr untuk satu model kincr angin tertentu. Grafik yang dihasilkan

secara tipikal akan berbentuk kurva hiperbola, yang memiliki nilai Cp puncak.

Kurva hubungan Cp dan tsr umumnya dapat didekati dengan persamaa kwadratis.


29

Nilai-nilai Cp puncak (Cpmax) inilah yang dijadikan sebagai perbandingan diantara

model-model kincir yang diteliti, karena menunjukan efisiensi maksimum dari

sebuah kincir dalam mengkonversikan daya kinetic angin menjadi daya mekanis

yang dihasilkan kncir. Grafik hubungan Cp dan tsr ini disajikan serupa seperti

yang umum digunakan dalam pustaka-pustaka untuk menunjukan karakteristik

dari tipe-tipe kincir yang telah dikenal, seperti yang ditunjukan dalam Gambar

2.6.

Pengolahan data untuk penelitian ini seluruhnya akan dilakukan dengan

menggunakan spreadsheet Microsoft Excel.


BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

Hasil pengujian kincir angin, yang meliputi : kecepatan angin (m/detik),

putaran poros (rpm), gaya pengimbang (N), dan α (°) disajikan pada Tabel 4.1, 4,2

dan 4,3. Pengambilan data kincir dengan sektor lingkaran pangkal sudu 70˚, 80˚

dan 90˚ dengan kecepatan angin 8,5 m/detik.

Tabel 4.1 Data percobaan kincir dengan sudut sektor lingkaran pangkal sudu 700

No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N)

1 938 0

2 830 2,8

3 795 3,7

4 758 4,3

5 740 4,9

6 721 5,6

7 712 6,2

8 639 7,2

9 629 8,2

10 600 8,8

11 572 9,4

12 518 9,7

13 501 9,8

14 461 10


31



1 710,7 0

2 665,8 2,2

3 648,2 3

4 630,1 4

5 592,7 5

6 547,6 5,8

7 520,1 6,2

8 508,2 7,2

9 473,1 7,8

10 459,4 8,4

11 433 9,4

12 410,7 9,8

13 364 10,6

14 361 11

15 357,7 11,4



1 770 0

2 716,3 2

3 692,5 3

4 668,8 4

5 620,2 4,4

6 617,8 5,6

7 590 6,4

8 580,6 7

9 571,2 7,4

10 533,6 8,2

11 517,2 9

12 488,4 9,8

13 425,5 10,2

14 411,6 10,8

15 380 11


32

4.2 Perhitungan

Langkah-langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang

diambil dari Tabel.

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan A= 0,503 dan

kecepatan angin 8 m/detik, dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (4).

Pin = 0,5 . ⍴ . A .v3

= 0,5 . 1,18 . 0,503 (8,5 m/detik)3

= 182,22 watt


33

4.2.2 Daya Kincir

Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari dengan menggunakan

Persamaan (5), untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut

dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan Persamaan (6) dan

Persamaan (7) :

Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:

ω =

=

= 86,970 rad/detik

T = F.r

= 2,74 . 10/100

= 0,274 Nm

Pout = T.ω

= 0,274 Nm. 86,97 rad/detik

= 23,865 watt


34

4.2.3 Tip Speed Ratio

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan

kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan memakai Persamaan (8) :

tsr =

=

= 4,093 rad/detik

4.2.4 Koefisien Daya Kincir

Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (9) :

Cp =

100 %

=

100%

= 12,9 %

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dengan menggunakan

Microsoft Excell untuk menampilkan hubungan besarnya Torsi yang dihasilkan

oleh kincir angin untuk setiap posisi kemiringan sudu (Grafik 4.1; 4.4; 4.7),

besarnya daya output untuk setiap posisi kemiringan sudu (Grafik 4.2; 4.5; 4.8),

koefisien daya dan tip sped ratio (Grafik 4.3; 4.6; 4.9 pada saat pengambilan

data).


35

Tabel 4.4 Data perhitungan kincir sudut sektor lingkaran pangkal sudu 700 dengan

V = 8,5 m/detik dan Pin = 182 watt.

No.

Gaya

Pengimbang

(gr)

Putaran

Kincir

n (rpm)

Gaya

F

(N)

Torsi

T

(Nm)

Kec.Sudut

ω

(rad/detik)

Daya

Output

Po

(Watt)

TSR Cp

(%)

1 0 938 0,00 0,00 98,2 0,0 4,6 0,0

2 280 831 2,74 0,27 87,0 23,9 4,1 13,1

3 370 794,6 3,63 0,36 83,2 30,2 3,9 16,6

4 430 758 4,21 0,42 79,4 33,5 3,7 18,4

5 490 740 4,80 0,48 77,5 37,2 3,6 20,4

6 560 721 5,49 0,55 75,5 41,5 3,6 22,8

7 620 712 6,08 0,61 74,5 45,3 3,5 24,9

8 720 639 7,06 0,71 66,9 47,2 3,1 25,9

9 820 629 8,04 0,80 65,9 52,9 3,1 29,1

10 880 600 8,62 0,86 62,8 54,2 3,0 29,7

11 940 572 9,21 0,92 59,9 55,2 2,8 30,3

12 970 518 9,51 0,95 54,3 51,6 2,6 28,3

13 980 501 9,60 0,96 52,5 50,4 2,5 27,7

14 1000 461 9,80 0,98 48,3 47,3 2,3 26,0


36


V = 8,5 m/detik dan Pin = 182 watt.

No.

Gaya

Pengimbang

(gr)

Putaran

Kincir

n (rpm)

Gaya

F

(N)

Torsi

T

(Nm)

Kec.Sudut

ω (rad/s)

Daya

Output

Po

(Watt)

TSR

Cp

(%)

1 0 710 0 0 74,4 0 3,50 0,0

2 220 666 2,16 0,22 69,7 15 3,28 8,3

3 300 648 2,94 0,30 67,9 19 3,19 11,0

4 400 630 3,92 0,40 65,9 25,9 3,11 14,2

5 500 593 4,90 0,50 62,1 30, 2,92 16,7

6 580 548 5,68 0,57 57,3 32,5 2,70 17,9

7 620 520 6,08 0,60 54,5 33,1 2,56 18,2

8 720 508 7,06 0,71 53,2 37,5 2,50 20,6

9 780 473 7,64 0,76 49,5 37,8 2,33 20,8

10 840 459 8,23 0,82 48,1 39,6 2,26 21,7

11 940 433 9,21 0,92 45,3 42,0 2,13 22,9

12 980 411 9,60 0,96 43,1 41,3 2,02 22,7

13 1060 364 10,4 1,04 38,1 39,6 1,79 21,7

14 1100 361 10,8 1,08 37,8 40,7 1,78 22,4

15 1140 358 11,2 1,12 37,5 41,8 1,76 23,0


37


V = 8,5 m/detik dan Pin = 182 watt

No.

Gaya

Pengimbang

(gr)

Putaran

Kincir

n (rpm)

Gaya

F

(N)

Torsi

T

(Nm)

Kec.Sudut ω

(rad/detik)

Daya

Output

Po

(Watt)

TSR

Cp

(%)

1 0 770 0 0 80,6 0 3,80 0,0

2 200 716 1,96 0,20 75,0 14,7 3,53 8,1

3 300 692 2,94 0,29 72,5 21,3 3,41 11,7

4 400 669 3,92 0,39 70,0 27,4 3,30 15,1

5 440 620 4,31 0,43 64,9 28,0 3,05 15,4

6 560 618 5,49 0,55 64,7 35,5 3,04 19,5

7 640 590 6,27 0,63 61,8 38,7 2,90 21,3

8 700 581 6,86 0,69 60,8 41,7 2,86 22,9

9 740 571 7,25 0,72 59,8 43,4 2,81 23,8

10 820 5334 8,04 0,80 55,9 44,9 2,63 24,7

11 900 517 8,82 0,89 54,2 47,8 2,54 26,2

12 980 488 9,60 0,96 51,1 49,1 2,40 27,0

13 1020 425 10,0 1,00 44,6 44,5 2,10 24,5

14 1080 412 10,6 1,06 43,1 45,6 2,03 25,0

15 1100 380 10,8 1,08 39,8 42,9 1,90 23,6


38

4.4 Grafik Hasil perhitungan dan Pembahasan

Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk

grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (N.m) dengan kecepatan putar

kincir (rpm), daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan kecepatan putar kincir

(rpm) dan koefisien daya kincir (Cp) dengan tip speed ratio (tsr). Grafik yang

disajikan untuk setiap variasi percobaan dapat dilihat pada grafik berikut ini :



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

pu

tara

n p

oro

s (r

pm

)

torsi (N.m)


39




kincir dengan sudut sektor lingkaran pangkal sudu 70˚

0

10

20

30

40

50

60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

day

a o

utp

ut

( w

att

)

torsi (N.m)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

Cp

( %

)

tsr


40

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, bahwa semakin besar kecepatan

putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin kecil kecepatan

putar kincir maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,5

m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,98 N.m dan kecepatan putar maksimal

yang tercapai adalah 938 rpm.

Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa daya (Pout) berbanding lurus dengan

torsi (T), jika torsi semakin besar maka daya yang dihasilkan juga akan semakin

besar, dan sebaliknya jika daya torsi semakin kecil maka daya yang dihasilkan

juga kecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/detik, daya maksimal dicapai pada Torsi

0,98 N.m sebesar 55,2 watt.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. dapat dilihat bahwa semakin

besar tsr maka semakin beasr Cp yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian Cp mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan

antara Cp dengan tsr menunjukan nilai maksimal Cp 30% pada tsr 2,8.


41





0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

pu

tara

n p

oro

s (r

pm

)

torsi (N.m)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

day

a o

utp

ut

(Watt

)

torsi (N.m)


42


kincir dengan sudut sektor lingkaran pangkal sudu 80˚




m/detik, torsi maksimal yang dihasilkan 11,2 N.m dan kecepatan putar maksimal





juga kecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/detik, daya maksimal dicapai pada Torsi

11,2 N.m sebesar 42 watt.

0

5

10

15

20

25

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Cp

( %

)

tsr


43


besar tsr maka semakin beasr Cp yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian Cp mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/(detik),

hubungan antara Cp dengan tsr menunjukan nilai maksimal Cp 23% pada tsr 2,1.



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

pu

tara

n p

oro

s (r

pm

)

torsi (N.m)


44




kincir dengan sudut sektor lingkaran pangkal sudu 900

0

10

20

30

40

50

60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

day

a o

utp

ut

(watt

)

torsi (N.m)

0

5

10

15

20

25

30

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Cp

( %

)

tsr


45




m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 1,08 N.m dan kecepatan putar maksimal





juga kecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, daya maksimal dicapai pada Torsi 1,08

N.m sebesar 49,1 watt.


besar tsr maka semakin besar Cp yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian Cp mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan

antara Cp dengan tsr menunjukan nilai maksimal Cp 27% pada tsr 2,4.


46

4.5 Grafik dari hasil perhitungan 3 variasi kemiringan sudu.

Gambar 4.10 Hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr) untuk

variasi sudut sektor lingkaran pada pangkal sudu kincir 700, 80

0, dan 90

0

Gambar 4.10 memperlihatkan bahwa koefisien daya (Cp) maksimal

diperoleh dengan kemiringan sudu 700, yaitu 30,3 % pada tip speed ratio (tsr) 2,8.

Kemiringan sudu 700 adalah sudut yang terbaik jika dibandingkan dengan

kemiringan sudu 800, dan 90

0.

30.3

23.0

27.0

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

Cp

( %

)

tsr

70

80

90


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pengujian model kincir angin propeler tiga sudu dengan variasi sektor

lingkaran pada sudu pangkal kincir dengan pembagian sudut 70°, 80°, dan 90°

dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu menggunakan variasi

sudut sektor lingkaran pada pangkal sudu kincir dengan pembagian sudut

70˚, 80˚ dan 90˚ berbahan dasar kayu jenis tripleks (plywood) dengan

diameter sudu kincir yaitu 80 cm.

2. Kincir angin dengan sudut potong sudu 70° menghasilkan koefisien daya

maksimal 30% pada tip speed ratio 2,8. Kincir angin dengan sudut potong

sudu 80° menghasilkan koefisien daya maksimal 23% pada tip speed ratio

2,1. Kincir angin dengan sudut potong sudu 90° menghasilkan koefisien

daya maksimal 27% pada tip speed ratio 2,4.

3. Kincir angin dengan sudut potong 70˚ menghasilkan koefisien daya dan tip

speed ratio paling tinggi dibandingkan variasi sudut potong sudu 80˚ dan

90˚ yaitu dengan koefisien daya maksimal 30% pada tip speed ratio 2,8.


47

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran

untuk penelitian selanjutnya :

1. Perbanyak variasi untuk pembuatan sudu dan pengambilan data.

2. Untuk pembuatan sudu gunakan bahan dan desain yang bervariasi agar

mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi.

3. Memperhatikan semua sudu agar sama beratnya, dan pemasangan sudu

harus presisi (kemiringan sudu satu dengan sudu yang lainnya).

4. Harus benar – benar memperhatikan konstruksi bahan yang akan

digunakan untuk pembuatan kincir angin.


DAFTAR PUSTAKA

Arifudin, Momon, 2010, Model Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Empat Sudu

Datar Empat Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup Secara

Otomatis,Tugas Akhir, Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta,

Betz Limit (Hukum Betz) pada Energi Angin

http://donyaenergi.blogspot.com/2013/02/betz-limit-hukum-betz-pada-

energi-angin.html

Energi Non konvensional “EnergiAngin”

http://afifharuka.blogspot.com/2012/12/energi-angin-sebagai-

sumberdaya.html

Pemanfaatan Energi Angin

http://www.anneahira.com/pemanfaatan-energi-angin.htm

Pudjanarso, A & Nursuhud, D, 2006, Mesin Konversi Energi,

Yogyakarta: Andi offset,

Turbin Angin

http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

Uses of Savonius wind turbines

http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-Savonius-wind-turbine-/

Yesaya, Yudha, 2013, Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal

Berbahan PVC Dengan VariasiI Kemiringan Sudu, Tugas Akhir,

Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta,







http://www.anneahira.com/pemanfaatan-energi-angin.htm

http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-Savonius-wind-turbine-/

LAMPIRAN

Gambar L.1. Skema Alat

Gambar L.2. Terowongan Angin


50

Gambar L.3. Fan Blower

Gambar L.4. Mekanisme Pengereman


51

Gambar L.5. Neraca Pegas

Gambar L.6. Anemometer Gambar L.7. Tachometer


52

Gambar L.8. Skema alat saat pengujian berlangsung


unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu … · unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu ......

Documents