unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal berbahan...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL BERBAHAN

KOMPOSIT, DIAMETER 100 CM, EMPAT SUDU LEBAR MAKSIMAL

13 CM DENGAN 2 VARIASI UKURAN SIRIP

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

TEODORUS WILSON ULRICO BANAWA

NIM : 125214052

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF HORIZONTAL AXIS WINDMILL MADE

FROM COMPOSITE, 100 CM DIAMETER, FOUR BLADE, 13 CM

MAXIMUM WIDTH, WITH 2 VARIATION OF FIN SIZE

FINAL PROJECT

Presented as partial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

TEODORUS WILSON ULRICO BANAWA

Student Number :125214052

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


vii

INTISARI

Pertumbuhan ekonomi dan pemakaian energi semakin meningkat seiring

dengan bertambahnya jumlah penduduk di Indonesia. Hal ini tidak seimbang

dengan peningkatan penyediaan tenaga listrik. Pembangkit listrik yang beroperasi

di Indonesia secara umum didominasi oleh pembangkit yang energi primernya

diperoleh dari batu bara. Salah satu perhatian yang dilakukan oleh pemerintah yaitu

pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi serta mendorong para praktisi

dan akademisi untuk mengkaji potensi lain yang sifatnya terbarukan, seperti potensi

angin. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk melakukan

penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk

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

daya maksimal, dan tip speed ratio.

Kincir angin propeler berbahan komposit empat sudu berdiameter 100 cm,

lebar maksimal sudu 13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros dengan variasi sirip

lebar 5 cm dan 7 cm dan panjang 10 cm. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan

angin : kecepatan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s, 8,2 m/s. Untuk mencari karakteristik

kincir angin maka poros kincir angin dihubungkan ke mekanisme pembebanan

lampu. Besarnya torsi diperoleh dari mekanisme timbangan digital, putaran kincir

angin diukur menggunakan tachometer, kecepatan angin diukur menggunakan

anemometer dan ketersediaan angin dengan menggunakan wind tunnel 15 Hp.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan kecepatan angin 8,2 m/s

menggunakan variasi lebar sirip 5 cm menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar

33,32% TSR sebesar 3,43 daya output sebesar 84,96 watt dan torsi sebesar 1,51

Nm, untuk variasi lebar sirip 7 cm menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar

32,61% TSR sebesar 3,70 daya output sebesar 83,42 watt dan torsi sebesar 1,38

Nm. Kincir angin dengan kecepatan angin 7,5 m/s menggunakan variasi lebar sirip

5 cm menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar 36,87% TSR sebesar 3,32 daya

output sebesar 72,77 watt dan torsi sebesar 1,46 Nm, untuk variasi lebar sirip 7 cm

menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar 38,30% TSR sebesar 3,40 daya

output sebesar 75,98 watt dan torsi sebesar 1,48 Nm. Kincir angin dengan kecepatan

angin 6,5 m/s menggunakan variasi lebar sirip 5 cm menghasilkan koefisien daya

mekanis sebesar 33,22% TSR sebesar 2,95 daya output sebesar 42,51 watt dan torsi

sebesar 1,11 Nm, untuk variasi lebar sirip 7 cm menghasilkan koefisien daya

mekanis sebesar 35,32% TSR sebesar 3,13 daya output sebesar 45,06 watt dan torsi

sebesar 1,11 Nm.

Kata kunci: kincir angin propeller, koefisien daya, tip speed ratio, torsi, variasi

sirip


viii

ABSTRACT

Economic growth and energy consumption are increasing in line with

increasing population in Indonesia. This is not in balance with the increase of

electricity supply. Power plants in Indonesia are dominated by coal fired power

plants. The government concerns to develop geothermal power plants and

encourages practitioners and academics to examine other potential renewable

energy, such as wind potential. Based on present condition, the idea appears to

conduct research on windmill. This study aims to examine the performance of the

windmill, torque, power ratio, coefficient of performance, and tip speed ratio

(TSR).

Propeller windmill blades are made from composite with a 100 cm

diameter, maximum width of 13 cm blade at a distance of 12,5 cm from the center

of the shaft with a fin variation of 5 cm wide, 7 cm wide, and 10 cm long. There

are three variations of wind speed treatment: 6,5 m/s, 7,5 m/s, and 8,2 m/s wind

speed. The windmill shaft is connected to the lamp loading mechanism in order to

find the characteristics of the windmill. The amount of torque is obtained from the

mechanism of digital scales, the rotation frequency of windmill is measured by

using a tachometer, the wind speed is measured using anemometer and wind

availability by using 15 HP fan blower.

The results of this study: windmill with 8,2 m/s wind speed using a 5 cm

wide fin variation resulted in a coefficient of performance of 33,32% TSR of 3,43,

84,96 watt power output and 1,51 Nm torque, for 7 cm wide fin variation resulted

32,61% TSR coefficient of performance of 3,70, 83,42 watt power output, and 1,38

Nm torque. Windmill with 7,5 m/s wind speed using a 5 cm wide fin variation

resulted 36,87% TSR coefficient of performance of 3,32, 72,77 watt power output,

and 1,46 Nm torque, for 7 cm wide fin variation resulted 38,30% TSR coefficient

of performance of 3,40, 75,98 watt power output, and 1,48 Nm torque. Windmill

with 6,5 m/s wind speed using 5 cm width fin variation resulted 33,22% TSR

coefficient of performance of 2,95, 42,51 watt power output, and 1,11 Nm torque,

for 7 cm width fin variation produced 35,32% TSR coefficient of performance of

3,13, 45,06 watt power output, and 1,11 Nm torque.

Keywords: coefficient of performance, fin variation, propeller windmill, tip speed

ratio, torque


ix

KATA PENGANTAR

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

dan anugrahnya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan skripsi. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi.

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

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

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan,

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

1. Sudi Mungkasih, S.Si., M.Math.,Sc., PhD selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah

diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Fakultas Sains dan Teknologi atas segala yang telah diberikan selama penulis

belajar di Program Studi Teknik Mesin.

3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah

memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan skripsi.

4. Almarhum Prof. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik M.Si., selaku Dosen

Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan

selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Seluruh Tenaga Kependidikan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan

selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan skripsi.


x

7. Henricus Harsa Banawa S.Ag dan Cicilia Herlina sebagai orang tua dari

penulis, serta Cornelia Irvienna Stefie Banawa, S.T., Beatrix Jovita Illona

Banawa sebagai adik yang selalu berdoa, mendukung secara material dan moril

agar studi penulis dapat berhasil sesuai harapan.

8. Ignasius Heru Prasetyo, Francisca Darmawati, dan Theresia Avila Risma

Pangestika, A.Md.Kep. yang selalu berdoa dan mendukung secara material dan

moril agar studi penulis dapat berhasil sesuai harapan.

9. Kepada sahabat dan rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, Angkatan 2012

khususnya yang telah memberi saran, kritik dan dukungan kepada penulis

dalam menyelesaikan laporan skripsi.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang

perlu diperbaiki pada pembuatan skripsi, untuk itu penulis mengharapkan saran dan

kritikan yang membangun untuk menyempurnakan skripsi. Penulis mengharapkan

semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan

ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta bagi para pembaca pada

umumnya.

Yogyakarta, 26 Oktober 2017

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................. v

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Rumusan Masalah ................................................................................................... 3

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

Batasan Masalah ...................................................................................................... 4

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

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

2.1 Komposit ........................................................................................................... 5

2.1.1 Pengertian Komposit ................................................................................ 5

2.1.2 Tujuan Pembuatan Komposit ................................................................... 5

2.1.3 Penyusun Komposit ................................................................................. 6

2.1.4 Kelebihan Komposit .............................................................................. 10


xii

2.1.5 Kekurangan Komposit ........................................................................... 11

2.2 Angin ............................................................................................................. 11

2.3 Kincir Angin .................................................................................................... 13

2.4 Rumus-rumus Perhitungan ............................................................................... 18

2.4.1 Energi Dan Daya Angin ........................................................................ 18

2.4.2 Daya Mekanis ....................................................................................... 20

2.4.3 Daya Listrik .......................................................................................... 21

2.4.4 Koefisien Daya ...................................................................................... 21

2.4.5 Torsi ...................................................................................................... 22

2.4.6 Tip Speed Ratio (tsr) ............................................................................. 23

2.5 Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 24

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 26

3.1 Tahap Penelitian .............................................................................................. 26

3.2 Alat Penelitian ................................................................................................. 27

3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 34

3.3.1 Desain Sirip ........................................................................................... 34

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Serta Sirip ...................................................... 34

3.4.1 Alat dan Bahan ...................................................................................... 34

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu Kincir Angin .................................................. 35

3.4.3 Proses Pembuatan Sirip Kincir Angin .................................................. 43

3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 46

4.1 Data Hasil Penelitian ........................................................................................ 46

4.2 Pengolahan Data............................................................................................... 53

4.3 Pembahasan Grafik ......................................................................................... 63


xiii

4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi ............................. 63

4.3.2 Grafik Hubungan Cp dan TSR .............................................................. 65

4.3.3 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi ............................................. 68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 75

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 75

5.2 Saran ................................................................................................................ 76

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 77


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian Komposit ................................................................................. 5

Gambar 2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriknya .................................... 6

Gambar 2.3 Pembagian Komposit Berdasarkan Penguatnya ................................... 8

Gambar 2.4 Ilustrasi Komposit Dengan Partikel Sebagai Penguat ......................... 8

Gambar 2.5 Ilustrasi Komposit Dengan Fiber sebagai penguat .............................. 9

Gambar 2.6 Ilustrasi Komposit Struktural .............................................................. 9

Gambar 2.7 American Windmill ............................................................................. 15

Gambar 2.8 Cretan Sail Windmill ......................................................................... 15

Gambar 2.9 Dutch Four Arm ................................................................................ 16

Gambar 2.10 Kincir Angin Savonius .................................................................... 17

Gambar 2.11 Kincir Angin Darrius ........................................................................ 17

Gambar 2.12 Grafik Hubungan Cp dan TSR ........................................................ 22

Gambar 3.1 Diagram Alir untuk Langkah-langkah penelitian Turbin Angin ........ 26

Gambar 3.2 Sudu ................................................................................................... 28

Gambar 3.3 Sirip ................................................................................................... 28

Gambar 3.4 Hup Kincir Angin .............................................................................. 29

Gambar 3.5 Fan Blower ........................................................................................ 30

Gambar 3.6 Anemometer ....................................................................................... 30

Gambar 3.7 Tachometer ......................................................................................... 31

Gambar 3.8 Neraca Pegas ...................................................................................... 32

Gambar 3.9 Voltmeter ........................................................................................... 32

Gambar 3.10 Amperemeter ................................................................................... 33

Gambar 3.11 Pembebanan Lampu ........................................................................ 33

Gambar 3.12 Desain Sudu Kincir Angin .............................................................. 34

Gambar 3.13 Desain Sirip Kincir Angin ............................................................... 34


xv

Gambar 3.14 Proses Pemotongan Pipa ................................................................. 36

Gambar 3.15 Cetakan Kertas ................................................................................ 37

Gambar 3.16 Pembentukan Sudu dengan Cetakan Kertas .................................... 37

Gambar 3.17 Sudu yang Sudah dihaluskan ........................................................... 38

Gambar 3.18 Pelapisan Cetakan dengan Alumunium Foil ................................... 39

Gambar 3.19 Resin dan Katalis ............................................................................. 39

Gambar 3.20 Pengolesan Awal diatas Permukaan Alumunium Foil .................... 41

Gambar 3.21 Proses Pelapisan dan Perataan Serat Glass ..................................... 41

Gambar 3.22 Peletakan Plat Alumunium ............................................................. 42

Gambar 3.23 Finishing Sudu ............................................................................... 43

Gambar 3.24 Skema Pembebanan ........................................................................ 45

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Poros dan Torsi

untuk Ketiga Variasi Kecepatan Angin, (a) Lebar Sirip 5 cm

dan (b) Lebar Sirip 7 cm. .................................................................. 63

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Cp dengan Tip Speed Ratio Untuk

Ketiga Variasi Kecepatan Angin, (a) Lebar Sirip 5 cm dan

(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 65

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Output dengan Torsi Pada

Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s, (a) Lebar Sirip 5 cm dan

(b) Lebar Sirip 7 cm ....................................................................... 68



(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 69



(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 71

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Cp dengan Torsi Untuk Ketiga

Variasi Kecepatan Angin, (a) Lebar Sirip 5 cm dan

(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 73


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1Tingkat Kecepatan Angin ....................................................................... 12

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu dan Sirip ........................................... 35

Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 6,5 m/s

dengan Lebar Sirip 5 cm. ....................................................................... 47


dengan Lebar Sirip 7 cm. ....................................................................... 48


dengan Lebar Sirip 5 cm ........................................................................ 49







Tabel 4.7 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s dengan

lebar sirip 5 cm ...................................................................................... 57


lebar sirip 7 cm ...................................................................................... 58


lebar sirip 5 cm ...................................................................................... 59


lebar sirip 7 cm .................................................................................... 60


lebar sirip 5 cm .................................................................................... 61


lebar sirip 7 cm .................................................................................... 62


xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

𝜌 Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

𝑣 Kecepatan angin (m/s)

𝜔 Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar poros (rpm)

F Gaya pembebanan (N)

T Torsi (Nm)

𝑃𝑖𝑛 Daya angin (Watt)

𝑃𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 Daya listrik (Watt)

𝑃𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 Daya kincir (Watt)

𝑇𝑆𝑅 Tip Speed Ratio

𝐶𝑝 Koefisien daya (%)

𝐶𝑝 𝑚𝑎𝑥 Koefisien daya maksimal (%)

m massa (kg)

𝐸𝑘 Energi kinetik (wH)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

𝑡 Waktu (s)

ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)

𝑉𝑡 Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)

L Panjang lengan torsi (m)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara dengan jumlah penduduk terbanyak ke-4 di dunia

dan setiap harinya selalu mengalami penambahan jumlah penduduk. Pertumbuhan

ekonomi dan pemakaian energi semakin meningkat seiring dengan bertambahnya

jumlah penduduk tersebut. Masyarakat Indonesia tidak hanya menggunakan listrik

untuk penerangan, tetapi juga untuk mendukung kegiatan ekonomi yang tergantung

pada pasokan listrik Perusahaan Listrik Negara (PLN). Hal ini tidak seimbang

dengan peningkatan penyediaan tenaga listrik. Kurangnya kapasitas pembangkitan

tenaga listrik dibandingkan dengan permintaan masyarakat menimbulkan

terjadinya pemadaman aliran listrik oleh PLN, terutama pada saat beban puncak.

Pembangkit listrik yang beroperasi di Indonesia secara umum didominasi oleh

pembangkit yang energi primernya diperoleh dari batu bara. Batu bara merupakan

bahan yang tergolong tidak terbarukan, proses untuk mendapatkan batu bara

membutuhkan waktu ratusan tahun. Salah satu perhatian yang dilakukan oleh

pemerintah yaitu pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi dan

mendorong para praktisi dan akademisi untuk mengkaji potensi-potensi lain yang

sifatnya terbarukan, seperti potensi angin dan cahaya matahari.

Ketersedian angin selama ini belum banyak dimanfaatkan secara optimal oleh

kebanyakan masyarakat di Indonesia. Hal ini terlihat pada kesadaran pemanfaatan


2

penggunaan energi angin sebagai sumber energi alternatif yang masih rendah.

Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) atau Pembangkit Listrik

Tenaga Angin sangat cocok untuk daerah pesisir pantai yang mempunyai kecepatan

angin tinggi. PLTB mempunyai keuntungan utama yaitu sifatnya yang dapat

diperbarui, sehingga eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya

angin berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil.

Energi angin merupakan energi yang ramah lingkungan, tidak menimbulkan

polusi dan tersedia dimanapun. Untuk memanfaatkan energi angin tersebut

dibutuhakan sebuah alat yang disebut kincir angin, untuk mengkonversi energi

mekanik dari angin menjadi energi listrik yang dapat digunakan sebagai energi

harian. Salah satu kincir angin yang dapat digunakan adalah kincir angin sumbu

horizontal. Keunggulan utama dari kincir angin jenis ini adalah memiliki efisiensi

lebih tinggi, karena blade atau sudu selalu bergerak tegak lurus terhadap arah angin.

Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi terbarukan dan

konversi energi angin, penulis ingin mengembangkan desain kincir yang sudah ada

saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin yang berada

di Indonesia. Penulis melakukan penelitian pada kincir angin sumbu horizontal

khususnya propeller empat sudu.


3

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

1. Alat untuk mengkonversikan energi angin masih perlu di kembangkan.

2. Angin merupakan sumber energi terbarukan yang murah dan tidak

menimbulkan efek samping pada lingkungan.

3. Perlunya material yang ringan dan kuat untuk kincir angin sumbu

horizontal.

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Membuat kincir angin sumbu horizontal 4 sudu yang berbahan komposit

berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum 13 cm pada jarak 12,5 dari

pusat poros dan menambahkan variasi sirip yang memiliki lebar 5 cm dan 7

cm dengan panjang 10 cm pada setiap ujung sudu.

2. Mengetahui nilai koefisien daya mekanis tertinggi dari ketiga variasi

kecepatan angin dan variasi sirip.

3. Mengetahui nilai unjuk kerja tertinggi dari ketiga variasi kecepatan angin

angin dan variasi sirip.


4

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

1. Model kincir yang di gunakan adalah kincir angin horizontal dengan 4 sudu

memiliki diameter sebesar 100 cm, lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak

12,5 cm dari pusat poros dengan variasi lebar sirip 5 cm dan 7 cm dengan

panjang 10 cm, dan menggunakan bahan komposit.

2. Pengujian kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi

Universitas Sanata Dharma dengan menggunakan wind tunnel.

3. Sistem pembebanan dalam penelitian ini menggunakan lampu bohlam.

4. Desain sudu kincir menggunakan kelengkungan pipa PVC 8 inchi.

1.5 Manfaat

Manfaat dari Penelitian ini adalah :

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

energi terbarukan.

2. Menambah informasi mengenai kincir angin sumbu horizontal bersudu

empat bahan komposit dengan penambahan sirip pada ujung sudu.

3. Menambah informasi mengenai teknologi pembangkit energi yang ramah

lingkungan.

4. Turut serta dalam upaya mengurangi kerusakan lingkungan akibat

penggunaan energi yang berasal dari fosil dan tidak dapat diperbaharui.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Komposit

2.1.1 Pengertian Komposit

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

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

itu sifat kimia maupun sifat fisiknya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan

tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya

maka komposit antar material harus berkaitan dengan kuat, sehingga perlu adanya

penambahan wetting agent.

Gambar 2.1. Bagian Komposit

2.1.2 Tujuan Pembuatan Komposit

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu :

1. Memperbaiki sifat mekanik dan sifat spesifik tertentu

2. Mempermudah desain yang sulit pada manufaktur


6

3. Keleluasaan dalam desain yang dapat menghemat biaya

4. Menjadikan bahan lebih ringan

2.1.3 Penyusun Komposit

2.1.3.1 Matrik

Matrik adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi

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

1. Mentrasfer tegangan ke serat

2. Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat

3. Melindungi serat

4. Memisahkan serat

5. Melepas ikatan

6. Membuat komposit tetap stabil setelah proses manufaktur

Berdasarkan matriknya, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga

kelompok besar yaitu:

Gambar 2.2. Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya


7

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

Komposit matrik polimer merupakan jenis komposit yang sering

digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin

sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah

dibentuk mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang

baik, dan lebih ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.

2. Komposit matrik logam (KML), logam sebagai matrik

Komposit matrik logam adalah salah satu jenis komposit yang

menggunakan matrik berupa logam, seperti aluminium. Kelebihan dari jenis

komposit ini adalah tahan terhadap temperature tinggi, memiliki kekuatan

tekan dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.

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

Komposit Matrik Keramik merupakan material yang matriknya terbuat

dari keramik. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki kekuatan dan

ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadap

temperature tinggi.

2.1.3.2 Penguat

Salah satu bagian utama dari komposit adalah penguat yang berfungsi

sebagai penanggung beban utama pada komposit. Adanya dua penyusun komposit

atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik

(penyusun dengan fraksi volume terbesar); Penguat (penahan beban utama),


8

Interphase (pelekat antar dua penyusun), Interface (permukaan phase yang

berbatasan dengan phase lain). Pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat

dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya

Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang

digunakannya, yaitu :

1. Partikel sebagai penguat (particulate composites)

Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai

penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

Gambar 2.4. Ilustrasi komposit dengan partikel sebagai penguat

2. Fiber sebagai penguat (fiber composites)

Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau

satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber ini bisa


9

disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga

dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman.

Gambar 2.5. Ilustrasi komposit dengan fiber sebagai penguat

3. Komposit struktural (structure composites)

Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang

digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat

sendiri.

Gambar 2.6. Ilustrasi komposit struktural


10

2.1.3.3 Serat

Serat adalah jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang

membentuk jaringan memanjang yang utuh. Serat yang paling banyak digunakan

dalam kehidupan sehari-hari adalah serat pada kain. Manusia sendiri telah

menggunakan serat dalam banyak hal antar lain untuk membuaat benang, kain atau

kertas. Berdasarkan asalnya serat dapat digolongan menjadi dua jenis yaitu :

1. Serat alam

Serat alam adalah serat yang dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan

proses geologis. Serat jenis ini sangat ramah lingkungan karena dapat

mengalami pelapukan.

2. Serat buatan atau sintetis

Serat sintetis terbuat dari bahan petrokimia. Serat buatan terbentuk

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

buatan yang dibuat dengan cara kopolimeran senyawa-senyawa kimia. Cara

pembuatan serat ini menggunakan cairan yang disemprotkan melalui

lubang-lubang kecil. Salah satu yang termasuk serat buatan atau sintetis

adalah fiber glass.

2.1.4 Kelebihan komposit

Kelebihan bahan komposit adalah : (1) Struktur lebih ringan dan kuat, (2)

Tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan yang buruk, (3) Perbaikan struktur

komposit dapat dilakukan dengan mudah, (4) Sifat-sifat bahan komposit dapat


11

dibuat disesuaikan dengan karakteristik beban dan kondisi lingkungan kerja.

(Maryono Ismail, 2009)

2.1.5 Kekurangan Komposit

Disamping kelebihan di atas, komposit mempunyai kekurangan antara

lain: (a) komposit bersifat anisotropik yang memiliki sifat berbeda antara satu

lokasi / orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya, (b) komposit tidak aman

terhadap serangan zat-zat tertentu, (c) komposit relatif mahal dan (d) komposit

memerlukan pembuatan relatif lama. (Viktor Malau, 2010)

2.2 Angin

Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan

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

Perbedaan tekanan ini disebabkan oleh perbedaan penerimaan dan penyerapan

panas matahari oleh bumi. Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit

listrik tenaga bayu (PLTB) dengan memanfaatkan kincir angin. Cara kerjanya

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

generator yang terletak dibagian belakang. Energi listrik yang dihasilkan bisa

dimanfaatkan secara langsung, ataupun disimpan dengan menggunakan battery.

Kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat

pada Tabel 2.1.


12

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin

Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah

Kelas

Angin

Kecepatan

Angin (m/s)

Kondisi Alam di Daratan

1 0,00 – 0,02 ------------------------------------------------------

2 0,3 – 1,5 Angin bertiup, asap lurus keatas

3 1,6 – 3,3 Asap bergerak mengikuti arah angin

4 3,4 – 5,4

Wajah terasa ada angin, daun bergoyang,

petunjuk arah angin bergerak

5 5,5 – 7,9

Debu jalanan dan kertas berterbangan,

ranting pohon bergoyang

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

7 10,8 – 13,8

Ranting pohon besar bergoyang, air kolam

bergoyang kecil

8 13,9 – 17,1

Ujung pohon melengkung, hembusan angin

terasa di telinga

9 17,2 – 20,7

Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat

melawan arah angin

10 20,8 – 24,4

Dapat mematahkan ranting pohon, rumah

rubuh

11 24,5 – 28,4

Dapat merubuhkan pohon dan menimbulkan

kerusakan


13

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

13 32,6 – 42,3 Angin Topan

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

Batas minimum untuk menggerakkan kincir ialah angin kelas 3 dan batas

maksimum adalah angin kelas 8.

2.3 Kincir Angin

Kincir angin adalah alat yang dapat mengkonversi energi angin menjadi energi

mekanik. Pada awalnya kincir angin berfungsi untuk pertanian namun seiring

berkembangnya zaman dan teknologi, kincir angin berkembang menjadi salah satu

alat yang dapat menghasilkan listrik . Prinsip kerja kincir angin adalah

mengkonversi tenaga mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik dengan

induksi magnetik. Putaran kincir dapat terjadi dengan efektif dengan

mengaplikasiakan dasar teori aerodinamika pada desain sudu kincir angin (blade).

Dilihat dari posisi porosnya kincir angin dapat dibedakan menjadi 2 yaitu :

Kincir Angin Sumbu Horizontal dan Kincir Angin Sumbu Vertikal. Kincir Angin

Sumbu Horizontal adalah kincir angin yang mempunyai sumbu putar sejajar dengan

permukaan tanah dan sumbu putar rotor searah dengan arah angin. Sedangkan

kincir angin sumbu vertikal adalah kincir angin yang mempunyai sumbu putar tegak

lurus dengan permukaan tanah dan sumbu putar rotor tegak lurus dengan arah

angin.


14

Beberapa kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu :

1. Dasar menara yang tinggi memberikan akses angin yang lebih kuat.

2. Memiliki efisiensi yang tinggi.

Adapun kekurangaan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu :

1. Memiliki desain yang lebih rumit karena membutuhkan perangkat

tambahan untuk mengatur arah dan penempatan generator di atas tower

dapat menambah beban kincir.

2. Perawatan lebih rumit dikarenakan letak komponen-komponen berada di

atas tower.

Sedangkan kelebihan dari kincir angin sumbu vertikal yaitu :

1. Memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan angin rendah.

2. Kerja kincir tidak dipengaruhi arah angin.

Dan kekurangan dari kincir angin sumbu vertikal yaitu :

1. Kecepatan angin dibagian bawah sangat rendah apabila tidak memakai

tower akan menghasilkan putaran yang rendah juga.

2. Efesiensi lebih rendah dibandingkan kincir angin sumbu horizontal.

Adapun jenis-jenis kincir angin sumbu horizontal yang sering kita jumpai

dibandingakan kincir angin sumbu vertikal, yaitu :

1. American Windmill

American windmill dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1857.

Sebagaian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan


15

untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penambangan dan penggilingan

padi serta memotonng jerami.

Gambar2.7. American Windmill Sumber : (xaharts.org)

2. Cretan Sail Windmill

Dibuat pada tahun 1973, dengan bahan atau material utama yang terbuat

dari kayu dan sebuah kain di sudutnya

Gambar 2.8. Cretan sail windmill (Sumber : pinterest.com)


16

3. Dutch Four Arm

Desain rancangan kincir angin ini bisa dibilang sederhana dan mungkin

pada awalnya dari rancangan kincir angin yang asli, karena bentuk dan bahan

materialnya terbuat dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya. Model

kincir angin ini sangat terkenal di Belanda oleh karena itu kita menyebutnya

sebagai Negara Kincir Angin.

Gambar 2.9. Dutch Four Arm (Sumber : travelwriterstales.com)

Sedangkan kincir angin sumbu vertikal memiliki beberapa jenis yang

sudah umum dikenal dan dikembangkan :

1. Kincir angin savonius

Kincir angin savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J

Savonius yang berasal dari negara Finlandia pada tahun 1922.


http://travelwriterstales.com/15amsterdam.htm

17

Gambar 2.10. Kincir angin savonius (Sumber : www.ecosources.info)

2. Kincir angin darrius

Darrius sama dengan savonius namun desain sudu menggunakan

sistem airfoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Darrius pada tahun

1927.

Gambar 2.11. Kincir angin Darrius. (Sumber : www.wind-works.org)


http://www.ecosources.info/en/topics/Savonius_vertical_axis_wind_turbine

http://www.wind-works.org/cms/index.php?id=64&tx_ttnews%5Btt_news%5D=2194&cHash=d1b21f3bd1f35d9e4804f1598b27bd86

18

2.4 Rumus-rumus Perhitungan

2.4.1 Energi dan Daya Angin

Energi angin merupakan sumber daya alam terbarukan yang memiliki

jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang

terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi

matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa

jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan

pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi

aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran

angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi. Energi yang terdapat di angin

adalah energi kinetik, energi ini dapat dituliskan dalam Peramaan (1) :

Ek= 1/2 m v 2 (1)

yang dalam hal ini :

Ek : Energi kinetik, J (joule)

m : massa udara, kg

v : kecepatan angin, m/s

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

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

menjadi Persamaan (2) :

Pa = 1/2 ṁ v2 (2)


19


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

ṁ : massa udara yang mengalir dalam satuan waktu, kg/s


Aliran udara yang mengalir per satuan waktu dinyatakan dalam Persamaan (3) :

ṁ = ρ A v (3)


ρ : massa jenis udara, kg/m3

A : daerah sapuan angin, m2


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

diperoleh rumusan daya angin :

Pa = 1/2( ρ A v) v2

dapat disederhanakan menjadi Persamaan (4) :

Pa = 1/2 ρ A v3 (4)


20

2.4.2 Daya Mekanis

Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan kincir angin dengan cara

mengkonfersikan energi kinetik menjadi energi mekanik.

Daya mekanis dapat ditulis dengan Persamaan (5) :

𝑃𝑘 = 𝑇𝜔 (5)

dimana :

T adalah torsi (Nm)

ω adalah kecepatan sudut (rad/s)

Sedangkan persamaan dari kecepatan sudut didapat dari Persamaan (6) :

𝜔 =2𝜋.𝑛

60𝑟 (6)

dimana :

ω adalah kecepatan sudut (rad/s)

n adalah putaran poros (rpm)

Dengan demikian daya mekanik dapat dinyatakan dengan Persamaan (7) :

𝑃𝑘 = 𝑇2𝜋.𝑛

60 (7)

dimana :

Pk adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)



21

2.4.3 Daya Listrik

Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator. Daya listrik

dapat ditulis dengan Persamaan (8) :

𝑃𝐿 = 𝑉. 𝐼 (8)

dimana :

PL adalah daya listrik (Watt)

V adalah teganggan (Volt)

I adalah arus yang mengalir pada beban (Ampere)

2.4.4 Koefisien Daya

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

kincir dengan daya yang disediakan oleh angin. Hukum Betz mengatakan bahwa

tidak akan pernah ada kincir angin yang dapat mengkonversi energi kinetik angin

kedalam bentuk energi yang menggerakan rotor lebih dari 16/27 (59,3%). Batasan

tersebut mengacu pada bentuk kincir angin bukan hubungan ketidak efisienan pada

generator.


22

Gambar 2.12. Grafik hubungan Cp dan tsr.

(Sumber : http://www.intechopen.com)

Persamaan dari koefisien daya dinyatakan dalam Persamaan (9) :

𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛100% (9)

dimana :

CP adalah koefisien daya

Pout adalah daya yang dihasilkan kincir (watt)

Pin adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

2.4.5 Torsi

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

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

yang berputar, dengan Persamaan (10) :

𝑇 = 𝐹. 𝑙 (10)


http://www.intechopen.com/

23

dimana :

T adalah torsi yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)

l adalah panjang lengan torsi ke poros (m)

F adalah gaya yang diberikan pada (N)

2.4.6 Tip Speed Ratio

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

angin yang berputar dengan kecepatan angin.

𝑡𝑠𝑟 =𝑉𝑡

𝑣 (11)

dimana :

Vt adalah kecepatan ujung sudu

v adalah kecepatan angin (m/s)

Persamaan dari kecepatan ujung sudu dinyatakan dalam Persamaan (12) :

(𝑉𝑡) = 𝜔. 𝑟 (12)

dimana :

𝑉𝑡 adalah kecepatan ujung sudu

𝜔 adalah kecepatan sudut (rad/s)

r adalah jari-jari kincir (m)

Dari Persamaan (11) dan (12) maka tsr dapat dirumuskan menjadi Persamaan (13) :

𝑡𝑠𝑟 =2 𝜋 𝑛 𝑟

60 𝑣 (13)


24

dimana :

r adalah jari-jari kincir angin (m)


v adalah kecepatan angin (m/s)

2.5 Tinjauan Pustaka

Ada beberapa tinjauan pustaka yang menjadi contoh atau ukuran dalam

penelitian yang akan dilakukan. Tinjauan pustaka yang dipilih sebagai ukuran

dalam penelitian ini dilihat dari unjuk kerja kincir angin yang telah diteliti

sebelumnya.

Penelitian kincir angin jenis propeler bersirip yang dipakai petani garam di

pesisir pantai utara Jawa menunjukkan bahwa sudut sirip pada sudu sangat

berpengaruh terhadap karakteristik kincir. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

nilai Cp maksimum 21% pada kincir plat datar bersirip dengan sudut kemiringan

100. Karakteristik kincir pada variasi sudut sirip antara 100 sampai dengan 400

menunjukkan bahwa prestasi kincir mengalami penurunan seiring bertambahnya

sudut kemiringan sirip sudu baik nilai efisiensi atau koefisien daya, Cp dan putaran

poros yang dihasilkan, 819 rpm (sudut sirip 100, tanpa beban) dan terendah 473

rpm (sudut sirip 400, tanpa beban) pada kecepatan angin sekitar 8,5 m/detik, tetapi

torsi mengalami kenaikan seiring bertambahnya sudut sirip sudu pada kecepatan

angin yang sama. Kincir model propeler plat datar bersirip mempunyai prestasi

sangat baik jika sudut sirip antara 100 – 200. (Doddy Purwadianto, 2013)


25

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. 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 koefisien daya maksimal 30% pada tip speed ratio

2,8. (Yulius hendra F, P., 2015)


26

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahap penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dibuat dalam bentuk diagram alir

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir untuk langkah-langkah penelitian kincir angin

Mulai

Perancangan kincir angin

Pembuatan kincir angin

Selesai

Pengambilan data

Pengolahan data

Pembuatan laporan


27

Terdapat tiga tahap metode yang digunaqkan untuk melakukan penelitian, antara

lain sebagai berikut :

1. Penelitian kepustakaan

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang

berhubungan dengan penulisan tugas akhir serta kebenarannya dapat

dipertanggung jawabkan.

2. Pembuatan alat

Pembuatan alat uji kincir angin sumbu horizontal tipe propeller dilakukan di

Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Kincir angin yang sudah jadi, siap dipasang pada wind tunnel.

3. Pengamatan dan pengambilan data

Metode ini dilakukan dengan cara mengamati secara langsung saat kincir angin

terpasang di wind tunnel dalam kondisi berputar dengan bantuan blower yang

menghembuskan angin. Blower terhubung dengan motor listrik sebagai

penggeraknya dan dalam pengamatan tersebut disertakan pengambilan data

yang diperlukan dalam pengolahan data skripsi.

3.2 Alat Penelitian

Alat yang digunakan sebagai pendukung dalam penelitian tugas akhir adalah

sebagai berikut :

1. Sudu kincir angin

Sudu kincir angin berfungsi untuk menangkap angin yang datang melintasi

kincir. Material yang dipakai adalah komposit. Diameter dari sudu kincir


28

angin menentukan daerah sapuan angin yang diterima dari wind tunnel.

Semua sudu memiliki ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat


Gambar 3.2 Sudu

2. Sirip pada kincir angin

Sirip dibuat dengan 2 variasi lebar yang berbeda dan panjang yang sama. Sirip

dibuat dengan variasi lebar 5 cm dan 7 cm, panjang 10 cm, serta memiliki

ketebalan 1 mm. Penelitian yang dilakukan menggunakan variasi lebar sirip

yang bertujuan untuk mengetahui perbedaan dari dua variasi tersebut. Bentuk

sirip dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Sirip


29

3. Hup

Hup berfungsi sebagai dudukan untuk mengatur letak dan kemiringan sudu

kincir angin. Material yang digunakan adalah besi pejal dengan diameter 15

cm dan memiliki lubang baut di sisi-sisinya yang berfungsi untuk meletakan

sudu. Posisi atau jumlah sudu dapat ditentukan sesuai kebutuhan yang

diperlukan untuk pengambilan data. Gambar 3.4 menunjukkan bentuk dari

hup.

Gambar 3.4 Hup kincir angin

4. Poros

Alat yang berfungsi untuk menopang kincir saat berputar dan juga sebagai

pusat putaran kincir. Selain fungsi di atas, poros juga berfungsi untuk

mentransmisikan putaran kincir ke generator.

5. Fan blower

Fan blower berfungsi sebagai sumber angin. Sumber angin tersebut didapat

dari putaran sudu pada fan blower yang terhubung pada motor listrik dengan


30

tenaga sebesar 15 Hp sebagai penggerak fan blower tersebut. Gambar 3.5

menunjukkan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.5 Fan blower

6. Anemometer

Anemometer adalah alat ukur kecepatan angin dalam pengambilan data.

Anemometer memiliki dua komponen utama, yaitu sensor elektronik yang

diletakan didepan rumah kincir dan modul digital yang berfungsi untuk

menerjemahkan data dari sensor elektronik yang kemudian ditampilkan pada

layar. Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.6 Anemometer


31

7. Tachometer

Tachometer berfungsi untuk mengukur kecepatan putar poros pada kincir

angin yang dinyatakan dalam satuan rpm. Jenis tachometer yang digunakan

dalam pengambilan data tugas akhir adalah digital light tachometer. Prinsip

kerja dari tachometer adalah memantulkan sinar infra merah pada reflector

yang dipasang pada generator kincir angin. Gambar 3.7 menunjukkan bentuk

dari tachometer.

Gambar 3.7 Tachometer

8. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban yang dihasilkan generator

saat kincir angin berputar. Neraca pegas diletakan pada lengan ayun

generator. Neraca pegas yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir

adalah neraca pegas digital. Gambar 3.8 menunjukkan bentuk dari neraca

pegas.


32

Gambar 3.8 Neraca pegas

9. Voltmeter

Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin.

Gambar 3.9 menunjukkan bentuk dari voltmeter.

Gambar 3.8 Voltmeter

10. Ampermeter

Ampermeter berfungsi untuk mengukur besarnya kuat arus atau tegangan

yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar 3.10

menunjukkan bentuk dari Ampermeter.


33

Gambar 3.10 Ampermeter

11. Lampu Pembebanan

Pembebanan dalam pengambilan data tugas akhir menggunakan lampu.

Lampu yang digunakan memiliki daya 75 Watt, 60 Watt, 40 Watt, dan 25

Watt. Jumlah lampu ditentukan sesuai dengan kebutuhan dan dilihat dari rpm

dan torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sumbu horizontal. Pemberian

beban bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir

angin dengan masing masing variasinya. Gambar pembebanan lampu dapat


Gambar 3.11 Pembebanan lampu


34

3.3 Desain Kincir

Desain sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Desain sudu kincir angin

3.3.1 Desain Sirip

Desain sirip pada kincir angin yang dibuat memiliki ukuran yang dapat

dilihat pada gambar 3.13.

Gambar 3.13 Desain sirip kincir angin

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Serta Sirip

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sudu kincir angin serta pembuatan sirip merupakan proses

yang dilakukan secara bertahap serta membutuhkan alat dan bahan. Alat dan

bahan dapat ditunjukakan pada Tabel 3.1.


35

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu dan Sirip

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu Kincir Angin

Dalam proses pembuatan sudu dan sirip dilakukan dengan beberapa

tahapan. Tahapan-tahapan yang dilakukan seperti berikut :

A. Pembuatan cetakan pipa

1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.

ALAT BAHAN

Mesin Bor Pipa 8 inchi

Gerinda Hardener

Amplas Resin

Timbangan Digital Serat Glass

Kertas Karton Alumunium Foil

Kuas Cat Semprot

Skrap Dempul

Gergaji Besi Plat 2 mm

Gunting Plat Alumunium

Cuting Plat


36

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai cetakan awal dari proses pembuatan sudu kincir

angin yang dibuat dengan bahan komposit. Pemotongan pipa dilakukan dengan

alat gerinda dengan panjang pipa yang ingin dibuat yaitu 50 cm. Setelah pipa

dipotong, lalu pipa yang sudah memiliki panjang 50 cm itu di potong menjadi

2 bagian. Hal ini bertujuan untuk mempermudah pipa untuk di cetak dengan

menggunakan kertas karton agar bentuk sudu dapat terlihat. Disini pipa yang

digunakan adalah pvc 8 inchi. Proses pemotongan pipa dapat dilihat pada

Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Proses pemotongan pipa

2. Membentuk cetakan kertas

Cetakan dibuat menggunakan kertas karton yang sedikit tebal. Kertas dibuat

untuk mempermudah dalam pembentukan pipa menjadi sebuah sudu. Cetakan

ditempelkan pada pipa yang sudah dipotong sesuai ukuran kemudian ditandai

sesuai alur cetakan yang sudah dibuat dengan menggunakan spidol. Cetakan

kertas dapat dilihat pada Gambar 3.15.


37

Gambar 3.15 Cetakan kertas

3. Membentuk pipa dengan cetakan kertas

Pipa yang telah di tandai oleh kertas menggunakan spidol, kemudian dipotong

menggunakan gergaji agar potongan yang dihasilkan sesuai cetakan.

Pemotongan dilakukan mengikuti alur yang sudah dibuat. Proses pembentukan

pipa dapat dilihat pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Pembentukan sudu dengan cetakan kertas

4. Menghaluskan pipa

Setelah pipa yang terbentuk sesuai dengan bentuk mal kertas, lalu pipa yang

sudah terbentuk dihaluskan menggunakan gerida agar semua sisi pada pipa

dapat halus. Hal ini bertujuan agar dapat mencapai ukuran yang presisi dan

estetika dari pipa dapat terlihat. Pipa yang sudah terbentuk dapat dilihat pada

Gambar 3.17.


38

Gambar 3.17 Sudu yang sudah dihaluskan

B. Pembuatan sudu

1. Pelapisan cetakan pipa

Setelah proses pembuatan cetakan sudu dari pipa sudah selesai, kemudian

dilanjutkan pada tahap selanjutnya yaitu pembuatan sudu. Sebelum proses

dilanjutkan pada tahap pengolesan resin dan hardener dimulai pada bagian

permukaan cetakan sudu, cetakan sudu sebaiknya dilapisi dengan alumunium

foil. Pelapisan cetakan sudu dengan alumunium foil bertujuan agar cetakan

tidak menempel dengan sudu yang sudah dibuat dan cetakan tidak meleleh

terkena percampuran antara resin dan hardener. Pelapisan cetakan dengan

alumunium foil dapat dilihat pada Gambar 3.18.

2. Percampuran Resin dan katalis

Proses pembuatan matriks komposit, dengan mencampurkan resin dan katalis.

Resin yang digunakan adalah jenis resin polyester. Perbandingan yang

digunakan adalah 95% untuk resin dan 5% katalis Pencampuran kedua bahan

tersebuat dapat dilihat pada Gambar 3.19.


39

Gambar 3.18 Pelapisan cetakan dengan alumunium foil

Gambar 3.19 Resin dan katalis

3. Pembuatan sudu

Dalam pembuatan sudu berbahan komposit meggunakan bahan yang terdiri

dari Resin, Hardener dan Serat Glass. Proses dalam pembuatan sudu dilakukan

dengan cepat. Proses dilakukan dengan cepat dikarenakan disini serat glass

terdiri dari empat lapisan sehingga pelapisan dilakukan dengan cepat agar serat

yang sudah terlapisi oleh resin dan hardener tidak terlalu kering, sehingga

menghasilkan komposisi yang baik. Diantara lapisan kedua dan ketiga

diletakkan sebuah plat alumuniuam berukuran 2 cm x 10 cm. Pemberian plat

alumunium disini bertujuan untuk menambahkan kekuatan atau ketahanan


40

pada pangkal sudu terhadap gaya tekan yang diberikan pada saat pemasangan

sudu ke hup yang diberikan oleh baut.

Langkah-langkah pembuatan sudu sebagai berikut :

a. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan pengolesan campuran

resin dan hardener pada permukaan cetakan pipa yang telah dilapisi oleh

alumunium foil. Proses pengolesan ini dilakukan dengan menggunakan

kuas. Proses pengolesan dapat dilihat pada Gambar 3.20.

b. Langkah kedua yang dilakukan adalah menempelkan serat glass pada

cetakan. Kemudian serat glass diratakan dengan campuran resin dan

hardener yang sudah dioleskan pada proses pertama tadi. Perataan ini

dilakukan agar tidak ada udara yang masuk sehingga tidak menimbulkan

gelembung didalam serat. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 3.21.

c. Lalu proses yang ketiga adalah pengolesan kembali campuran resin dan

hardener pada lapisan serat yang pertama.

d. Proses selanjutnya adalah menempelkan kembali serat glass kedua dan tidak

lupa untuk meratakannya kembali menggunakan skrap sehingga perataan

dapat merata dengan baik.

e. Proses ini hampir sama dengan proses yang ketiga tadi yaitu mengoleskan

campuran resin dan hardener pada lapisan serat kedua.

f. Selanjutnya adalah menempelkan plat alumunium diantara lapisan kedua

dan ketiga serat glass. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 3.22.

g. Lalu proses selanjutnya adalah penempelan kembali serat ketiga dan

diratakan kembali.


41

h. Setelah menempelkan serat ketiga lalu proses pengolesan kembali seperti

pada proses-proses sebelumnya.

i. Terakhir serat ditempelkan kembali diatas lapisan serat ketiga yang sudah

dioleskan oleh campura resin dan hardener tadi. Lalu tidak lupa untuk

meratakannya kembali hingga benar-benar rata.

4. Pengeringan sudu

Setelah proses pembuatan sudu diatas selesai lalu dilakukan proses

pengeringan. Pengeringan sudu dilakukan dengan cara dijemur dibawah sinar

matahari selama kurang lebih 1-2 hari hingga sudu kering maksimal.

Gambar 3.20 Pengolesan awal diatas permukaan alumunium foil

Gambar 3.21 Proses pelapisan dan perataan serat glass


42

Gambar 3.22 Peletakkan plat alumunium

5. Proses finishing sudu

Proses ini meliputi beberapa proses yaitu, proses pemotongan dengan

menggunakan gerinda sehingga bentuk dari sudu terlihat rapi lalu proses

penghalusan. Penghalusan dilakukan karena pada sudu yang sudah dibuat

terdapat bagian-bagian yang tidak rata dan tidak halus sehingga proses

penghalusan ini sangat penting untuk menunjang penampian sudu, lalu yang

terakhir adalah proses pengurangan berat sudu. Proses pengurangan berat sudu

ini sangat penting untuk menyamakan berat sudu yang sudah dibuat agar sudu

dapat berputar dengan baik dan tidak terjadi getar yang berlebih karena bila

ada sudu yang beratnya berbeda akan terjadi getar pada saat kincir berputar.

Sudu dibuat dengan berat 210 gram. Penimbangan berat sudu dilakukan dengan

menggunakan timbangan duduk digital. Gambar 3.23 akan memperlihatkan

bentuk dari sudu yang sudah selesai.


43

Gambar 3.23 Finishing sudu

6. Pembuatan lubang baut

Setelah semua proses pembuatan sudu selesai. Lalu dilanjutkan proses

pembuatan lubang untuk baut. Pembuatan lubang dilakukan dengan

meggunakan mesin bor. Lubang dibuat dengan diameter 8 cm sedangkan

lubang untuk sirip memiliki diameter 4 mm.

3.4.3 Proses Pembuatan Sirip Kincir Angin

Proses pembuatan sirip hanya ada beberapa langkah saja. Sirip dibuat dua

variasi lebar dengan panjang sirip yang sama. Variasi lebar yang pertama adalah 5

cm, dan variasi sirip yang kedua adalah 7 cm dengan panjang 10 cm. Sirip dibuat

dengan menggunakan bahan plat besi dengan ketebalan 1 mm.

Ada beberapa proses yang dilakukan dalam pembuatan sirip, yaitu :

1. Proses awal adalah membuat pola dengan menggunakan spidol pada plat

sehingga membentuk sirip. Pada proses ini pembentukan bagian bawah pada

plat harus sesuai dengan bentuk kincir yang akan ditempati sirip tersebut.


44

2. Setelah proses awal selesai lalu lanjut pada proses pemotongan plat

menggunakan cuting plat, karna bila menggunakan gergaji besi akan memakan

waktu yang lama.

3. Setelah bentuk mulai terlihat lalu diselesaikan menggunakan gerinda agar

ukurannya lebih presisi dan penampilannya terlihat bagus.

4. Setelah bentuk sudah jadi lalu dilakukan proses pengeboran pada plat sesuai

lubang yang sudah dibuat pada sudu.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian dalam pengujian kincir angin ini, antara lain

sebagai berikut :

1. Memasang sirip pada sudu kincir angin yang berukuran 5 cm atau 7 cm pada

sudu.

2. Memasang sudu kincir angin yang akan diuji pada dudukan sudu.

3. Memasang neraca pegas pada lengan besi yang sudah tersambung dengan

generator dan neraca pegas dikaitkan pada rumah kincir menggunakan kawat.

4. Merangkai rangkain listrik yang akan digunakan pada pengujian ini dengan

menghubungkan lampu pembebanan pada sumber tegangan (output generator)

secara seri. Kemudian menghubungkan antara voltmeter dengan sumber

tegangan secara pararel dan ampermeter dengan pembebanan secara seri.


45

Gambar 3.24 Skema pembebanan

5. Menyalakan fan blower dan mencari variasi kecepatan angin yang sudah

ditentukan menggunakan anemometer. Rumah kincir angin dipindahkan pada

posisi bagian depan menempel dengan letak anemometer.

6. Menempatkan anemometer pada tiang penyangga didepan rumah kincir dan

diletakkan dipinggir rotor. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan

angin saat melakukan pengambilan data.

7. Setelah alat uji terpasang dan sudu kincir angin terpasang pada dudukan sudu

maka pengujian siap dilakukan.

8. Pengambilan data kecepatan putar poros menggunakan tachometer.

Tachometer diletakkan tegak lurus dengan generator pada jarak tertentu. Pada

bagian luar generator ditempel lakban hitam agar tachometer dapat membaca

kecepatan putarnya.

9. Untuk pengambilan data kecepatan angin dapat diambil dari hasil yang sudah

tertera pada layar anemometer.

10. Data torsi diambil dari angka yang sudah tertera pada neraca pegas dengan

satuan massa yang tertera pada neraca pegas yaitu kilogram.


46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Pengujian unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan

komposit dilakukan dengan tiga variasi kecepatan angin dan dua variasi sirip.

Kecepatan angin yang didapatkan adalah sebesar 6,5 m/s, 7,5 m/s, dan 8,2 m/s serta

dengan menambahkan variasi sirip pada setiap variasi kecepatan angin. Variasi sirip

menggunakan variasi lebar. Lebar yang digunakan mempunyai ukuran 5 cm dan 7

cm dengan panjang yang sama yaitu 10 cm. Pengujian yang dilakukan meliputi

pengukuran kecepatan angin, kecepatan putar poros, massa yang bekerja, serta

tegangan dan arus yang dihasilkan oleh generator. Pengujian dikatakan selesai

apabila beban yang diberikan kincir angin sudah maksimal, kecepatan putar poros

sudah mengalami penurunan secara drastis dan massa yang bekerja mengalami

penurunan atau tidak mengalami perubahan. Pada variasi kecepatan angin rata-rata

6,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm, pengujian dilakukan dengan menggunakan 14

lampu pembebanan. Dari hasil pengujian pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s

dengan lebar sirip 5 cm, diperoleh data seperti pada Tabel 4.1.


47


dengan Lebar Sirip 5 cm

Beban

Kecepatan

Putar

Poros

Gaya

Pengimbang Tegangan Arus

(rpm) (gram) (V) (A)

0 638 110 43,20 0,00

1 610 140 40,80 0,13

2 582 160 39,20 0,23

3 557 190 38,40 0,35

4 519 230 37,30 0,48

5 497 250 34,60 0,61

6 487 280 32,80 0,72

7 462 310 30,60 0,81

8 440 320 28,10 0,92

9 426 360 26,00 1,01

10 395 370 24,80 1,08

11 374 380 23,90 1,14

12 367 410 22,30 1,20

13 339 420 20,70 1,27

14 291 370 17,60 1,19

Pada kecepatan angin 6,5 m/s dengan menggunakan lebar sirip 7 cm, pengujian

menggunakan beban sebanyak 14 lampu. Data yang diperoleh dapat dilihat pada

Tabel 4.2.


48



Beban

Kecepatan

Putar

Poros

Gaya



0 651 90 42,70 0,00

1 627 120 41,80 0,10

2 609 150 40,90 0,24

3 575 180 39,20 0,36

4 551 210 37,90 0,49

5 542 240 36,30 0,62

6 522 270 35,20 0,74

7 483 290 32,50 0,85

8 469 310 31,50 0,96

9 450 330 39,80 1,01

10 430 360 27,60 1,09

11 402 390 26,40 1,16

12 389 410 25,10 1,35

13 330 420 23,20 1,30

14 288 430 18,90 1,29


menggunakan 19 lampu pembebanan. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel

4.3.


49



Beban

Kecepatan

Putar

Poros

Gaya



0 790 100 53,3 0,00

1 757 130 51,9 0,14

2 743 170 50 0,28

3 739 200 49,2 0,44

4 696 240 47,3 0,57

5 679 270 46,8 0,71

6 650 300 44,6 0,84

7 638 330 43,4 0,96

8 624 360 40,1 1,08

9 616 400 39,7 1,21

10 597 430 38,5 1,32

11 564 450 37,1 1,40

12 531 470 35,7 1,54

13 505 500 34 1,62

14 494 520 32,8 1,72

15 477 540 31,6 1,79

16 459 560 30,8 1,89

17 401 580 27,3 1,92

18 393 590 26,1 1,99

19 379 570 25,8 1,90



Tabel 4.4.


50



Beban

Kecepatan

Putar

Poros

Gaya



0 742 90 51,90 0,00

1 735 150 50,60 0,15

2 708 180 48,70 0,29

3 695 220 46,80 0,43

4 681 250 44,50 0,56

5 668 290 43,40 0,70

6 649 310 41,70 0,80

7 628 340 39,80 0,92

8 598 360 37,10 1,03

9 579 400 36,80 1,16

10 563 430 35,20 1,24

11 556 450 34,60 1,37

12 536 470 33,40 1,44

13 509 500 31,70 1,53

14 493 520 30,10 1,70

15 489 550 29,60 1,76

16 469 570 27,20 1,87

17 436 580 26,90 1,94

18 424 610 24,30 2,03

19 403 620 22,90 2,08

20 321 590 20,30 2,06



Tabel 4.5.


51





Tabel 4.6

Beban

Kecepatan

Putar

Poros

Gaya



0 830 80 54,30 0,00

1 793 120 52,40 0,15

2 762 170 52,80 0,30

3 749 190 51,80 0,45

4 736 220 49,30 0,59

5 720 260 47,80 0,70

6 699 290 46,50 0,89

7 682 330 45,00 1,06

8 677 360 44,40 1,13

9 662 390 43,70 1,23

10 659 430 41,90 1,45

11 638 450 40,90 1,51

12 578 470 38,70 1,54

13 568 510 37,40 1,64

14 554 530 36,20 1,73

15 545 550 35,10 1,86

16 537 560 33,20 1,94

17 506 580 31,60 2,03

18 493 590 29,90 2,04

19 479 600 27,50 2,14

20 468 620 28,20 2,19

21 458 650 29,30 2,25


52



Beban

Kecepatan

Putar

Poros

Gaya



0 775 120 52,50 0,00

1 765 150 51,20 0,15

2 728 190 50,30 0,30

3 714 230 48,20 0,44

4 704 250 47,10 0,54

5 689 280 45,60 0,67

6 668 320 43,90 0,82

7 645 340 42,90 0,94

8 638 380 41,90 1,08

9 617 410 40,30 1,19

10 607 440 39,30 1,30

11 593 470 38,50 1,41

12 588 490 37,50 1,54

13 579 510 34,90 1,64

14 525 540 33,56 1,70

15 512 560 32,80 1,80

16 499 580 31,10 1,94

17 480 590 30,20 2,02

18 460 600 28,90 2,09

19 423 620 27,90 2,15

20 413 650 25,40 2,24

21 389 660 23,50 2,36


53

4.2 Pengolahan Data

Pengolahan data meliputi perhitungan daya yang dihasilkan oleh angin,

daya mekanis yang dihasilkan kincir, daya listrik yang dihasilkan generator, torsi

yang bekerja, tip speed ratio dan Cp untuk menentukan unjuk kerja kincir angin

sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit. Sebagai contoh perhitungan, diambil

data dari beban 1 pada kecepatan angin rata-rata 6,5 m/s dengan variasi sirip 5 cm.

Data tersebut meliputi kecepatan angin rata-rata, kecepatan putar poros, massa yang

bekerja, serta tegangan dan arus yang dihasilkan generator.

Untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan

Persamaan (4) pada sub Bab 2.4.1, yaitu :

Pa = 1/2 ρ A v3


ρ : massa jenis udara, kg/m3

A : daerah sapuan angin, m2


maka dengan diketahui densitas udara sebesar 1,18 kg/m3, diameter kincir angin

100 cm, dan kecepatan angin rata-rata sebesar 6,5 m/s diperoleh daya yang

dihasikan oleh angin sebesar :

Pa = 1/2 ρ . A . v3

Pa = 1/2 ρ . (1

4 𝜋 (𝑑)2) .v3

Pa = 1/2 (1,18). (1

4 𝜋 (1)2) . (6,5)3

Pa = 127,257 watt


54

Untuk mengetahui torsi yang bekerja dapat dicari dengan persamaan (10) pada

sub Bab 2.4.5, yaitu :

T = F l


T : torsi akibat putaran poros, Nm

l : panjang lengan torsi ke poros, m

F : gaya yang di berikan pada kincir, N

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

ayun yang tegak lurus dengan pusat poros 27,5 cm, diperoleh torsi :

T = F 𝑙

𝑇 = (0,14). (9,81). (0,275)

𝑇 = 0,378 Nm

Dari nilai torsi tersebut, dapat diketahui daya mekanis yang dihasilkan oleh

kincir angin dengan persamaan (7) pada sub Bab 2.4.2, yaitu :

𝑃 = 𝑇 2 𝜋 𝑛

60


P : daya yang dihasilkan kincir angin, watt

T : torsi, Nm

𝑛 : putaran poros, rpm

maka dengan diketahui torsi yang bekerja sebesar 0,378 Nm dan kecepatan putar

poros 610 rpm diperoleh daya mekanis sebesar :


55

𝑃 = 𝑇 2 𝜋 𝑛

60

𝑃 = 0,378 2 𝜋 (610)

60

𝑃 = 24,146 watt

Untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan generator dapat dicari dengan

persamaan (8) pada sub Bab 2.4.3, yaitu :

PL = V . I


PL : daya listrik, watt

V : tegangan, volt

I : arus yang menggalir pada beban, Ampere

maka dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 40,8 volt dan arus yang

mengalir pada beban sebesar 0,13 A diperoleh daya listrik sebesar :

𝑃𝐿 = 𝑉 . 𝐼

𝑃𝐿 = (40,8). (0,13)

𝑃𝐿 = 5,304 watt

Untuk mengetahui koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat

dicari menggunakan persamaan (9) pada sub Bab 2.4.4, yaitu :

𝐶𝑃 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛. 100%


Pout : daya yang dihasilkan kincir, watt

Pin : daya yang dihasilkan angin, watt


56

maka dengan diketahui daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 24,146 watt

dan daya yang dihasilkan angin sebesar 127,977 watt diperoleh koefisien daya

sebesar :

𝐶𝑃 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛. 100%

𝐶𝑃 = (24,146)

(127,977). 100%

𝐶𝑃 = 18,87%

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan di ujung sudu dengan

kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari menggunakan persamaan (13)

pada sub Bab 2.4.6, yaitu :

𝑡𝑠𝑟 = 2 𝜋 𝑛 𝑟

60 𝑣


r : jari-jari kincir, m

n : putaran poros, rpm


maka dengan kecepatan putar poros 610 rpm, kecepatan angin rata-rata 6,5 m/s, dan

jari-jari kincir 50 cm diperoleh tip speed ratio sebesar :

𝑡𝑠𝑟 = 2 𝜋 𝑛 𝑟

60 𝑣

𝑡𝑠𝑟 = 2 𝜋(610).(0,5)

60 (6,5)

𝑡𝑠𝑟 = 4,914


57

Jadi, didapat hasil untuk perhitungan pada beban 1 variasi kecepatan angin 6,5

m/s dengan vaiasi lebar sirip 5 cm seperti, torsi yang dihasilkan sebesar 0,378 Nm,

daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 127,977 watt, daya mekanis yang

dihasilkan oleh kincir sebesar 24,146 watt, daya listrik yang dihasilkan oleh

generator sebesar 5,304 watt, koefisien daya sebesar 18,87%, dan tip speed ratio

sebesar 4,914. Hasil pengolahan data pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s dengan

lebar sirip 5 cm untuk semua beban ditunjukkan pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s dengan Lebar

Sirip 5 cm

Beban Torsi

Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR Cp

[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]

0 0,297 128,0 19,83 0,00 5,13 15,49

1 0,378 128,0 24,15 5,30 4,91 18,87

2 0,432 128,0 26,31 9,02 4,68 20,56

3 0,513 128,0 29,90 13,44 4,48 23,36

4 0,620 128,0 33,72 17,90 4,17 26,35

5 0,674 128,0 35,10 21,11 4,00 27,43

6 0,755 128,0 38,52 23,62 3,91 30,10

7 0,836 128,0 40,46 24,79 3,71 31,62

8 0,863 128,0 39,78 25,85 3,54 31,08

9 0,971 128,0 43,33 26,26 3,42 33,85

10 0,998 128,0 41,29 26,78 3,18 32,26

11 1,025 128,0 40,15 27,25 3,01 31,37

12 1,106 128,0 42,51 26,76 2,95 33,22

13 1,133 128,0 40,22 26,29 2,73 31,43

14 0,998 128,0 30,42 20,94 2,34 23,77


58

Berdasarkan perhitungan data dari beban 1 pada variasi kecepatan angin rata-

rata 6,5 m/s dan variasi sirip 5 cm, didapat pula hasil dari pengolahan data lainnya

pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s dan 8,2 m/s dengan penambahan sirip 5 cm

dan 7 cm yang ditunjukkan pada Tabel 4.8, Tabel 4.9, Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan

Tabel 4.12.


Sirip 7 cm

Beban Torsi

Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR Cp

[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]

0 0,243 127,6 16,55 0,00 5,24 12,97

1 0,324 127,6 21,26 4,18 5,05 16,66

2 0,405 127,6 25,81 9,82 4,90 20,23

3 0,486 127,6 29,24 14,11 4,63 22,92

4 0,567 127,6 32,69 18,57 4,43 25,62

5 0,647 127,6 36,75 22,51 4,36 28,80

6 0,728 127,6 39,82 26,05 4,20 31,21

7 0,782 127,6 39,57 27,63 3,89 31,02

8 0,836 127,6 41,07 30,24 3,77 32,19

9 0,890 127,6 41,95 40,20 3,62 32,88

10 0,971 127,6 43,73 30,08 3,46 34,28

11 1,052 127,6 44,29 30,62 3,23 34,72

12 1,106 127,6 45,06 33,89 3,13 35,32

13 1,133 127,6 39,16 30,16 2,66 30,69

14 1,160 127,6 34,99 24,38 2,32 27,42


59


Sirip 5 cm

Beban Torsi

Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR Cp

[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]

0 0,270 197,4 22,32 0,00 5,50 11,31

1 0,351 197,4 27,80 7,27 5,27 14,09

2 0,459 197,4 35,68 14,00 5,17 18,08

3 0,540 197,4 41,75 21,65 5,14 21,16

4 0,647 197,4 47,19 26,96 4,84 23,91

5 0,728 197,4 51,79 33,23 4,72 26,24

6 0,809 197,4 55,09 37,46 4,52 27,91

7 0,890 197,4 59,48 41,66 4,44 30,14

8 0,971 197,4 63,46 43,31 4,34 32,16

9 1,079 197,4 69,61 48,04 4,29 35,27

10 1,160 197,4 72,52 50,82 4,15 36,75

11 1,214 197,4 71,70 51,94 3,92 36,33

12 1,268 197,4 70,51 54,98 3,69 35,73

13 1,349 197,4 71,33 55,08 3,51 36,15

14 1,403 197,4 72,57 56,42 3,44 36,77

15 1,457 197,4 72,77 56,56 3,32 36,87

16 1,511 197,4 72,62 58,21 3,19 36,80

17 1,565 197,4 65,71 52,42 2,79 33,29

18 1,592 197,4 65,51 51,94 2,73 33,19

19 1,538 197,4 61,03 49,02 2,64 30,92


60


Sirip 7 cm

Beban Torsi

Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR Cp

[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]

0 0,24 198,4 18,87 0,00 5,15 9,51

1 0,40 198,4 31,15 7,59 5,11 15,70

2 0,49 198,4 36,00 14,12 4,92 18,15

3 0,59 198,4 43,20 20,12 4,83 21,77

4 0,67 198,4 48,10 24,92 4,73 24,24

5 0,78 198,4 54,73 30,38 4,64 27,59

6 0,84 198,4 56,84 33,36 4,51 28,65

7 0,92 198,4 60,32 36,62 4,36 30,41

8 0,97 198,4 60,82 38,21 4,15 30,66

9 1,08 198,4 65,43 42,69 4,02 32,98

10 1,16 198,4 68,39 43,65 3,91 34,47

11 1,21 198,4 70,68 47,40 3,86 35,63

12 1,27 198,4 71,17 48,10 3,72 35,87

13 1,35 198,4 71,90 48,50 3,54 36,24

14 1,40 198,4 72,42 51,17 3,42 36,51

15 1,48 198,4 75,98 52,10 3,40 38,30

16 1,54 198,4 75,52 50,86 3,26 38,07

17 1,56 198,4 71,44 52,19 3,03 36,01

18 1,65 198,4 73,07 49,33 2,95 36,83

19 1,67 198,4 70,59 47,63 2,80 35,58

20 1,59 198,4 53,50 41,82 2,23 26,97


61


Sirip 5 cm

Beban Torsi

Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR Cp

[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]

0 0,216 254,9 18,76 0,00 5,30 7,36

1 0,324 254,9 26,88 7,86 5,07 10,54

2 0,459 254,9 36,60 15,84 4,87 14,35

3 0,513 254,9 40,20 23,31 4,79 15,77

4 0,594 254,9 45,74 29,09 4,70 17,94

5 0,701 254,9 52,89 33,46 4,60 20,74

6 0,782 254,9 57,27 41,39 4,47 22,46

7 0,890 254,9 63,58 47,70 4,36 24,94

8 0,971 254,9 68,85 50,17 4,33 27,01

9 1,052 254,9 72,94 53,75 4,23 28,61

10 1,160 254,9 80,05 60,76 4,21 31,40

11 1,214 254,9 81,11 61,76 4,08 31,81

12 1,268 254,9 76,75 59,60 3,69 30,10

13 1,376 254,9 81,84 61,34 3,63 32,10

14 1,430 254,9 82,95 62,63 3,54 32,54

15 1,484 254,9 84,68 65,29 3,48 33,22

16 1,511 254,9 84,96 64,41 3,43 33,32

17 1,565 254,9 82,91 64,15 3,23 32,52

18 1,592 254,9 82,17 61,00 3,15 32,23

19 1,619 254,9 81,19 58,85 3,06 31,85

20 1,673 254,9 81,97 61,76 2,99 32,15

21 1,754 254,9 84,10 65,93 2,93 32,99


62


Sirip 7 cm

Beban Torsi

Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR Cp

[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]

0 0,324 255,8 26,27 0,00 4,95 10,27

1 0,405 255,8 32,42 7,68 4,88 12,67

2 0,513 255,8 39,08 15,09 4,65 15,28

3 0,620 255,8 46,39 21,21 4,56 18,14

4 0,674 255,8 49,72 25,43 4,49 19,44

5 0,755 255,8 54,50 30,55 4,40 21,31

6 0,863 255,8 60,39 36,00 4,26 23,61

7 0,917 255,8 61,95 40,33 4,12 24,22

8 1,025 255,8 68,49 45,25 4,07 26,78

9 1,106 255,8 71,47 47,96 3,94 27,94

10 1,187 255,8 75,45 51,09 3,87 29,50

11 1,268 255,8 78,74 54,29 3,78 30,78

12 1,322 255,8 81,40 57,75 3,75 31,82

13 1,376 255,8 83,42 57,24 3,70 32,61

14 1,457 255,8 80,09 57,05 3,35 31,31

15 1,511 255,8 81,00 59,04 3,27 31,67

16 1,565 255,8 81,76 60,33 3,18 31,96

17 1,592 255,8 80,01 61,00 3,06 31,28

18 1,619 255,8 77,97 60,40 2,94 30,48

19 1,673 255,8 74,09 59,99 2,70 28,97

20 1,754 255,8 75,84 56,90 2,64 29,65

21 1,781 255,8 72,53 55,46 2,48 28,36


63

4.3 Pembahasan Grafik

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

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

poros dengan torsi, grafik hubungan daya output dengan kecepatan putar poros pada

variasi kecepatan angin 6,5 m/s, grafik hubungan daya output dengan kecepatan

poros pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s, grafik hubungan daya output dengan

kecepatan putar poros pada variasi keceparan angin 8,2 m/s, grafik hubungan Cp

dengan tsr, serta grafik hubungan Cp dengan torsi. Semua grafik dibuat dengan

membandingkan antara perbandingan lebar sirip 5 cm dengan semua variasi angin

dan lebar sirip 7 cm dengan semua variasi angin.

4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dibuat grafik

hubungan kecepatan putar poros dan torsi untuk melihat hubungan dari kecepatan

putar poros dengan torsi.

(a) lebar sirip 5 cm

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

kecepatan angin 6,5 m/s

Kecepatan Angin 7,5 m/s


Kec

epat

anp

uta

r p

oro

s (r

pm

)

Torsi (Nm)


64

(b) lebar sirip 7 cm

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dan torsi untuk ketiga

variasi kecepatan angin, (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm

Dari grafik hubungan torsi dan kecepatan putar poros pada ketiga variasi

angin dengan penambahan lebar sirip 5 cm dan 7 cm, dapat dilihat kecepatan putar

maksimum terjadi pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan penambahan lebar

sirip 5 cm dan torsi maksimum terjadi pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan

penambahan lebar sirip 7 cm. Berdasarkan tabel pengujian dan pengolahan data,

kecepatan putar maksimum pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan lebar sirip

5 cm adalah sebesar 830 rpm dan torsi maksimum pada variasi kecepataan angin

8,2 m/s dengan lebar sirip 7 cm adalah sebesar 1,78 Nm. Pada grafik dapat dilihat

pula bahwa grafik mengalami penurunan, dengan hubungan semakin besar torsi

yang bekerja maka semakin rendah kecepatan putar poros. Hal tersebut disebabkan

oleh penambahan beban lampu yang diterima kincir.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0




Kec

epat

an P

uta

r P

oro

s (r

pm

)

Torsi (Nm)


65

4.3.2 Grafik Hubungan Cp dan TSR

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik

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

kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit.



Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Cp dengan tsr untuk ketiga variasi kecepatan

angin, (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm

y = -5,5551x2 + 36,934x - 29,477

y = -6,8614x2 + 48,315x - 48,097

y = -7,3823x2 + 49,364x - 49,407

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6




y = -5,9484x2 + 39,756x - 32,403

y = -7,7307x2 + 52,14x - 50,523

y = -7,6756x2 + 49,704x - 48,435

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6




Cp

(%

)

Tip speed ratio

Cp

(%

)

Tip speed ratio


66

Pada grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio diatas, dapat

dilihat bahwa koefisen daya pada variasi kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s dengan

lebar sirip 7 cm adalah yang paling besar dan koefisien daya pada variasi kecepatan

angin 8,2 m/s dengan lebar sirip 5 cm adalah yang paling kecil diantara variasi

lainnya. Dengan menggunakan persamaan yang tertera pada grafik, dapat diketahui

koefisien daya maksimum pada tip speed ratio optimal pada kincir angin tersebut.

Sebagai contoh, digunakan persamaan dari grafik pada variasi kecepatan angin rata-

rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm.

Persamaan :

𝐶𝑝 = (−6,8614 𝑡𝑠𝑟2) + (48,315 𝑡𝑠𝑟) − 48,097

Digunakan penyelesaian secara matematis untuk menentukan Cp

maksimum dan tip speed ratio optimal dari persamaan di atas.

𝑑𝐶𝑝

𝑑𝑡𝑠𝑟= 0

−13,7228 𝑡𝑠𝑟 + 48,315 = 0

𝑡𝑠𝑟𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 = 3,521

Setelah mendapatkan tip speed ratio yang optimal, disubtitusikan kedalam

persamaan awal untuk mengetahui Cp maksimum pada variasi kecepatan angin

rata-rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm.

𝐶𝑝 = (−6,8614 (3,521)2) + (48,315 (3,521)) − 48,097

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑘𝑠 = 36,956%

Dengan menggunakan penyelesaian secara matematis tersebut, dapat

diketahui bahwa pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm


67

memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 36,956% yang bekerja

pada tip speed ratio optimal sebesar 3,521, pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s

lebar sirip 5 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 31,913%

yang bekerja pada tip speed ratio 3,324, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s lebar

sirip 5 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 33,115% yang

bekerja pada tip speed ratio 3,343 dan pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s lebar

sirip 7 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 34,024% yang

bekerja pada tip speed ratio 3,342, pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s lebar sirip

7 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 37,392% yang

bekerja pada tip speed ratio 3,372, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan

lebar sirip 7 cm memiliki koefisen daya maksimum kincir angin sebesar 32,031%

yang bekerja pada tip speed ratio optimal sebesar 3,238.

Berdasarkan grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio di atas,

dapat diketahui bahwa kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit

dengan penambahan variasi lebar sirip, dapat bekerja secara optimal pada variasi

kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 7 cm dibandingkan pada variasi

angin rata-rata 6,5 m/s, 8,2 m/s dengan lebar sirip 7 cm, dan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s,

8,2 m/s dengan lebar sirip 5 cm.


68

4.3.3 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dapat dibuat grafik

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

daya output dengan torsi yang bekerja. Daya output disini meliputi daya mekanis

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



Gambar 4.3 Grafik hubungan antara daya output dengan torsi pada variasi

kecepatan angin 6,5 m/s (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

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

Daya Mekanis

Daya Listrik

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

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

Daya Mekanis

Daya Listrik

Daya

outp

ut

(watt

)

Torsi (Nm)

Daya

outp

ut

(watt

)

Torsi (Nm)


69

Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi

kecepatan angin rata-rata 6,5 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami

peningkatan hingga titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut

dikarenakan pada kondisi torsi tertentu, kincir bekerja secara optimal dan dapat

menghasilkan daya keluaran maksimum. Berdasrkan Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 daya

mekanis maksimum terjadi pada lebar sirip 5 cm dengan daya sebesar 43,33 watt

pada torsi 0,971 Nm, sedangkan daya mekanis yang terjadi pada variasi sirip 7 cm

adalah sebesar 45,06 watt pada torsi 1,106 Nm. Daya listrik maksimum terjadi pada

lebar sirip 7 cm dengan daya sebesar 33,89 watt pada torsi 1,106 Nm, sedangkan

daya listrik yang terjadi pada lebar sirip 5 cm adalah sebesar 27,25 watt pada torsi

1,025 Nm.

Pada grafik dapat dilihat juga bahwa daya mekanis yang dihasilkan oleh

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

disebabkan oleh pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Daya Mekanis

Daya Listrik

Daya

outp

ut

(watt

)

Torsi (Nm)


70





kecepatan angin 7,5 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami peningkatan hingga

titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pada

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

keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.9 dan Tabel 4.10 daya mekanis

maksimum terjadi pada lebar sirip 5 cm dengan daya sebesar 72,62 watt pada torsi

1,511 Nm, sedangkan daya mekanis yang terjadi pada variasi sirip 7 cm adalah

sebesar 75,98 watt pada torsi 1,48 Nm. Daya listrik maksimum terjadi pada lebar

sirip 7 cm dengan daya sebesar 52,19 watt pada torsi 1,56 Nm, sedangkan daya

listrik yang terjadi pada lebar sirip 5 cm adalah sebesar 58,21 watt pada torsi 1,511

Nm.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Daya Mekanis

Daya Listrik

Daya

outp

ut

(watt

)

Torsi (Nm)


71





(b) lebar sirip 7 cm.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Daya Mekanis

Daya Listrik

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Daya Mekanis

Daya Listrik

Daya

outp

ut

(watt

)

Torsi (Nm)

Daya

outp

ut

(watt

)

Torsi (Nm)


72


kecepatan angin 8,2 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami peningkatan hingga

titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pada

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

keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 daya mekanis

maksimum terjadi pada lebar sirip 5 cm dengan daya sebesar 84,96 watt pada torsi

1,511 Nm, sedangkan daya mekanis yang terjadi pada variasi sirip 7 cm adalah

sebesar 81,76 watt pada torsi 1,565 Nm. Daya listrik maksimum terjadi pada lebar

sirip 7 cm dengan daya sebesar 61,00 watt pada torsi 1,592 Nm, sedangkan daya

listrik yang terjadi pada lebar sirip 5 cm adalah sebesar 65,29 watt pada torsi 1,484

Nm.




4.3.4 Grafik Hubungan Cp dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik

hubungan dari koefisien daya dengan torsi untuk melihat unjuk kerja dari kincir

angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit dengan tambahan variasi sirip.

Koefisien daya merupakan perbandingan antara daya yang dikeluarkan oleh kincir

dengan daya yang disediakan oleh angin.


73



Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Cp dengan torsi pada ketiga variasi kecepatan

angin (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm

Pada grafik hubungan koefisien daya dengan torsi yang bekerja pada

masing-masing variasi kecepatan angin, dapat diketahui bahwa pada variasi

kecepatan angin 6,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm koefisien daya kincir angin terbesar

adalah 33,85% yang bekerja pada torsi sebesar 0,97, pada variasi kecepatan angin

0

5

10

15

20

25

30

35

40

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

Kecepatan Angin 6,5

Kecepatan Angin 7,5

Kecepatan Angin 8,2

Torsi (Nm)

Cp

(%

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

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

Kecepatan Angin 6,5

Kecepatan Angin 7,5

Kecepatan Angin 8,2

Torsi (Nm)

Cp

(%

)


74

7,5 m/s lebar sirip 5 cm koefisien daya kincir angin terbesar adalah 36,87% yang

bekerja pada torsi 1,46, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s lebar sirip 5 cm

koefisien daya kincir angin terbesar adalah 33,32% yang bekerja pada torsi 1,51

dan pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s lebar sirip 7 cm koefisien daya kincir

angin terbesar adalah 35,32% yang bekerja pada torsi 1,11, pada variasi kecepatan

angin 7,5 m/s lebar sirip 7 cm koefisien daya kincir angin terbesar adalah 38,30%

yang bekerja pada torsi 1,48, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan lebar

sirip 7 cm koefisen daya kincir angin terbesar 31,96% yang bekerja pada torsi

sebesar 1,57.

Berdasarkan grafik hubungan koefisien daya dengan torsi di atas, dapat

diketahui bahwa kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit dengan

penambahan variasi lebar sirip, dapat bekerja secara optimal pada variasi kecepatan

angin rata-rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 7 cm dibandingkan pada variasi angin

rata-rata 6,5 m/s, 8,2 m/s dengan lebar sirip 7 cm, dan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s, 8,2

m/s dengan lebar sirip 5 cm.


75

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian “Unjuk Kerja Kincir Angin Sumbu Horisontal 4 Sudu Berbahan

Komposit Berdiameter 100 cm, Dengan Lebar Maksimum Sudu 13 cm Pada Jarak

12,5 cm Dari Pusat Poros Dengan Variasi Lebar Sirip 5 cm dan 7 cm dengan

Panjang 10 cm”. Dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin sumbu horisontal 4 sudu berbahan komposit

berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak 12,5 cm

dari pusat poros dengan variasi lebar sirip 5 cm dan 7 cm dengan panjang 10

cm.

2. Koefisien daya mekanis tertinggi diperoleh pada kecepatan angin 7,5 m/s

sebesar 38,30% dengan menggunakan lebar sirip 7 cm. Sedangkan pada

kecepatan angin 6,5 m/s dan 8,2 m/s dengan menggunakan lebar sirip 7 cm

adalah sebesar 35,32% dan 32,61%. Pada kecepatan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s,

dan 8,2 m/s dengan menggunakan lebar sirip 5 cm mempunyai koefisien daya

mekanis sebesar 33,85%, 36,87% dan 33,32%.

3. Unjuk kerja maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin adalah sebagai

berikut: torsi terbesar 1,78 Nm, daya mekanis terbesar 84,96 watt dan daya

listrik terbesar 65,29 watt.


76

5.2 Saran

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

1. Perlu dilakukan pengujian menggunakan variasi angin lainnya agar dapat

mendapatkan unjuk kerja yang lebih maksimal dan bisa mendapatkan

perbandingannya.

2. Perlu melakukan pengujian kincir angin dengan penambahan variasi panjang

sirip.

3. Perlu pemahaman lebih lanjut mengenai jenis polimer, jenis serat dan cara

pembuatan material komposit untuk menentukan jenis polimer dan jenis serat

yang paling baik dalam pembuatan komposit, serta menggurangi kegagalan

dalam membuat kincir angin berbahan komposit.


77

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2016, http://www.kincirangin.info/plta-gambar.php (diakses Mei 2016)

Anonim, 2016, http://www.xahart.blogspot.com (diakses 15 Mei 2016)

Anonim, 2016, http://www.pinterest.blogspot.com (diakes 15 Mei 2016)

Anonim, 2016, http://www.ecosources.info.com (diakses 15 Mei 2016)

Anonim, 2016, http://www.wind-work.com (diakses 15 Mei 2016)

Anonim, 2016, http://www.intechopen.com (diakses 15 Mei 2016)

Anthonius, Juanda. 2016. Unjuk kerja Kincir Angin Poros Horisontal Bersudu

Tiga Bahan Komposit Diameter 1 M Lebar Maksimum 13 CM Dengan

Jarak 12,5 cm Dari Pusat Poros. Tugas Akhir, Tidak diterbitkan. Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

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

Program Study Teknik Elektro,FT UMRAH.

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

Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik.

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

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

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

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

Hendra, Yulius F, P., 2015,” Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu

berbahan dasar kayu berlapis pelat seng dengan sudu-sudu dari belahan

dinding silinder .“ Program studi teknik mesin Fakultas sains dan teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

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

dan Resin Eternal 2504 Dengan Variasi Kandungan Serat, Temperatur dan

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

Maryono, Ismail. 2009. Desain Arsitektur Struktur Penampang Potong Sepanjang

Bentang Sudu Aerodinamik Turbin Angin 50 kW. Jurnal Teknologi

Dirgantara, Volume 7, No. 1 [Desember 2009] 83 – 92

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

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

diterbitkan. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta

Purwadianto, Doddy. 2013, “Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik

Kincir Angin Petani Garam Di Pantai Utara Jawa”, Proceeding Seminar

Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) & Lomba Rancang

Bangun Mesin


http://www.kincirangin.info/plta-gambar.php

http://www.xahart.blogspot.com/

http://www.pinterest.blogspot.com/

http://www.ecosources.info.com/

http://www.wind-work.com/

http://www.intechopen.com/

unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal berbahan...

Documents