unjuk kerja model kincir angin sumbu horisontal … · tipe petani garam rembang dengan tiga...

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SUMBU HORISONTAL

TIPE PETANI GARAM REMBANG

DENGAN TIGA VARIASI JUMLAH SUDU

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan

Mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

ANDREAS YOGA AGUNG SUGIARTA

NIM : 135214036

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE MODEL OF HORIZONTAL

AXIS WINDMILL OF REMBANG SALT FARMERS

TYPE WITH THREE VARIATIONS OF TOTAL BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain SarjanaTeknik degree

in Mechanical Engineering

By:


Student Number : 135214036

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iii




Disusun oleh :


NIM : 135214036

Telah disetujui oleh :

Dosen Pembimbing Skripsi

Ir. Rines, M. T.


iv




Dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA : Andreas Yoga Agung Sugiarta

NIM : 135214036

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 22 Januari 2018

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. …....................

Sekretaris : Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si .......................

Anggota : Ir. Rines, M.T. .......................

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 22 Januari 2018

Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D.


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah digunakan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara

tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.


Andreas Yoga Agung Sugiarta


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Andreas Yoga Agung Sugiarta

Nomor Mahasiswa : 135214036

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :




Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya namun memberikan

royalty kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.


Yang menyatakan,

Andreas Yoga Agung Sugiarta


vii

ABSTRAK

Kebutuhan manusia akan pasokan energi semakin lama semakin

meningkat dan manusia masih sangat tergantung sekali dengan energi

konvensional. Namun ketersediaan bahan bakar konvensional yang ada di alam

jumlahnya semakin menipis, yang membuat setiap negara berlomba untuk

menemukan sumber energi terbarukan sebagai pengganti sumber energi

konvensional tersebut. Energi terbarukan yaitu energi yang dapat diperoleh

berulang – ulang dan bersifat berkelanjutan. Salah satu energi terbarukan yaitu

energi yang diperoleh dari angin. Karena dari itu dibuat penelitian dengan tujuan

untuk mengetahui unjuk kerja kincir angin dari variasi jumlah sudu.

Kincir angin yang diuji dalam penelitian ini adalah kincir angin horisontal

tipe petani garam Rembang dengan tiga variasi jumlah sudu yaitu 2, 3 dan 4 sudu.

Sudu kincir terbuat dari triplek dengan tebal 8 mm berdiameter 1 m, sudut

tangkapan angin 160°. Penelitian dilakukan dengan menggunakan fan blower

yang diatur pada kecepatan rata – rata 7 m/s. Data yang diambil dalam penelitian

ini adalah kecepatan angin, putaran kincir dan gaya pembebanan. Dari data

tersebut dapat dihitung nilai daya kincir, torsi, koefisien daya dan tip speed ratio

untuk model kincir angin yang diteliti.

Hasil penelitian menunjukan bahwa kincir angin dua sudu menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 14,91 % pada tip speed ratio optimal 2,98.

Kincir angin tiga sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 15,20 %

pada tip speed ratio optimal 2,46. Kincir angin empat sudu menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 15 % pada tip speed ratio optimal 1,94. Dengan

demikian ketiga kincir angin menunjukan nilai koefisien daya maksimal hampir

sama besar yaitu mencapai 15 %, dan untuk tip speed ratio optimal yang paling

besar dihasilkan pada variasi kincir dua sudu yaitu 2,98 lebih besar dibandingkan

dengan variasi tiga dan empat sudu.

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


viii

ABSTRACT

Human needs on energy supplies are progressively increasing and human are

still very dependent with conventional energy. But the availability of conventional

energy in nature is dwindling, which makes each country competing to find

renewable energy sourcesto replace the conventional energy sources. Renewable

energy is energy that can be obtained repeatedly and is sustainable. One of the

renewable energy is the energy that is obtained from the wind. Therefore, the aim

of this study is to know the performance of the windmill from the variation of the

number of blades.

The windmill tested in this study is a horizontal windmill of Rembang salt

farmers’ typewith three variants of the blades amount of two, three, and four

blades. The angle of the windmill is made of plywood with 8 millimeters thick

and 1 meter in diameter with the wind catchment angle is 160°. The study was

conducted using fan blower that is set at an average speed of 7 m/s. The data taken

in this study are wind speed, wheel rotation, and loading forces. From these data it

can be calculated the value of windmill power, torque, power coefficient and the

tip speed ratio for a model windmill studied.

The results showed that two-blade windmill generates maximum power

coefficient of 14.91% at the optimum tip speed ratio of 2.98.Three-blade windmill

generates maximum power coefficient of 15.20% at the optimum tip speed ratio of

2.46. Four-blade windmill generates maximum power coefficient of 15% in the

optimum tip speed ratio of 1.94.Thus, the three windmills show the maximum

power coefficient value is almost as large as reaching 15%, and for tip the

maximum optimal speed ratio is generated on the variation of the two-pin blade is

2.98 larger than the variation of three and four blades.

Keywords: horizontal windmill, power coefficient, tip speed ratio


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat

dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi yang merupakan salah satu syarat

untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta ini dapat terselesaikan

dengan baik dan lancar.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi

berjudul “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Sumbu Horisontal Tipe Petani Garam

Rembang dengan Tiga Variasi Jumlah Sudu” ini melibatkan banyak pihak, oleh

sebab itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

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

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

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

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

3. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T.,M.Si., selaku Dosen Pembimbing

Akademik

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

5. Seluruh staf dan pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan

memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam

penyusunan skripsi ini

6. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan dan motivasi kepada

penulis, baik secara materi maupun spiritual

7. Selamet Waluyo, Filipus Arken Siregar dan Aji Mahardika selaku rekan

kelompok dan rekan penulis, yang telah membantu dalam perancangan,

perakitan dan pengambilan data penelitian

8. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak

dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan

Skripsi ini.


x

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini

masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan

masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya.

Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima

kasih.


Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

TITTLE PAGE ....................................................................................................... ii

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH ................................................ v

LEMBAR PERNYATAAN PUBLLIKASI KARYA ILMIAH ........................... vi

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

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

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

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

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

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

BAB I PENDAHULUAN

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

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

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 2

1.4 Batasan Masalah.............................................................................................. 2

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI

2.1 Angin ............................................................................................................... 4

2.2 Kincir Angin ................................................................................................... 4

2.3 Kincir Angin Sumbu Horisontal .................................................................... 5

2.3.1 Kelebihan Kincir Angin Sumbu Horisontal ......................................... 5

2.3.2 Kekurangan Kincir Angin Sumbu Horisontal ....................................... 6

2.4 Kincir Angin Sumbu Vertikal ......................................................................... 6

2.4.1 Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal ............................................. 8

2.4.2 Kekurangan Kincir Angin Sumbu Vertikal .......................................... 8

2.5 Hubungan antara Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio ............................ 9

2.6 Kincir Angin Petani Garam Indonesia ............................................................ 9

2.7 Rumus Perhitungan ......................................................................................... 12

2.7.1 Energi Kinetik....................................................................................... 12

2.7.2 Daya Angin ........................................................................................... 13

2.7.3 Koefisien Daya Angin ......................................................................... 13

2.7.4 Tip Speed Ratio .................................................................................... 14

2.7.5 Torsi ..................................................................................................... 14

2.7.6 Daya yang Dihasilkan Kincir Angin (𝑃𝑜𝑢𝑡 ) ......................................... 14

2.8 Tinjauan Pustaka ............................................................................................ 15

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian ......................................................................................... 16

3.2 Desain Kincir .................................................................................................. 17

3.3 Alat dan Bahan ................................................................................................ 17

3.3.1 Dudukan Sudu ...................................................................................... 17


xii

3.3.2 Lengan Sudu ........................................................................................ 18

3.3.3 Sudu Kincir Angin ............................................................................... 19

3.4 Alat Pendukung ............................................................................................... 20

3.4.1 Fan Blower ............................................................................................ 20

3.4.2 Poros Kincir .......................................................................................... 20

3.4.3 Anemometer .......................................................................................... 21

3.4.4 Takometer ............................................................................................. 22

3.4.5 Neraca Pegas ......................................................................................... 22

3.4.6 Sistem Pengereman ............................................................................... 23

3.5 Pembuatan Sudu .............................................................................................. 23

3.5.1 Alat dan Bahan ..................................................................................... 23

3.5.2 Langkah Pembuatan Sudu .................................................................... 24

3.6 Langkah Kerja Penelitian ................................................................................ 25

3.7 Langkah Pengolahan Data............................................................................... 26

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................................................... 28

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan .................................................................. 31

4.2.1 Perhitungan Torsi .................................................................................. 31

4.2.2 Perhitungan Daya Angin ....................................................................... 32

4.2.3 Perhitungan Daya Kinci Angin ............................................................. 32

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio ................................................................ 33

4.2.5 Perhitungan Koefisiean Daya ............................................................... 33

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

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

4.4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin

Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu ................ 38


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu................. 39


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu ............. 40

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Horisontal

Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu .................................. 41


Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu ................................. 42


Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu .............................. 43

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (𝐶𝑝) dengan Tip Speed

Ratio (λ) Untuk Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam

Rembang Variasi Dua Sudu ................................................................. 44



Rembang Variasi Tiga Sudu ................................................................. 46


xiii



Rembang Variasi Empat Sudu .............................................................. 49

4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang

Variasi Dua Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu ................................. 49

4.5.1 Grafik Perbandingan Antara Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi

Untuk Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi

Dua Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu .................................... 49

4.5.2 Grafik Perbandingan Koefisien Daya 𝐶𝑝 dengan Tip Speed Ratio

(λ) Untuk Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang

Variasi Dua Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu ....................... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 53

5.2 Saran ................................................................................................................ 54

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 55


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Horisontal ................................................................... 5

Gambar 2.2 Kincir Angin Savonius ..................................................................... 7 8

Gambar 2.3 Kincir Angin Darrieus ...................................................................... 8

Gambar 2.4 Grafik Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio dari Berbagai

Jenis Kincir.......................................................................................9

Gambar 2.5 Model Kincir Angin Petani Garam Cirebon ................................... 11

Gambar 2.6 Kincir Angin Petani Garam Rembang ............................................ 11

Gambar 2.7 Model Kincir Angin Petani Garam Sumenep ................................. 12

Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah Penelitian Kincir Angin ............................ 16

Gambar 3.2 Desain Kincir .................................................................................. 17

Gambar 3.3 Desain Pemasangan Sudu . .............................................................17

Gambar 3.4 Dudukan Sudu ................................................................................ 18 17

Gambar 3.5 Lengan Sudu ................................................................................... 19

Gambar 3.6 Sudu Kincir ..................................................................................... 19

Gambar 3.7 (1) Kincir angin 2 sudu, (2) kincir angin 3 sudu dan (3) kincir

angin 4 sudu................................................................................... 20

Gambar 3.8 Fan Blower ..................................................................................... 21 20

Gambar 3.9 Poros Kincir .................................................................................... 21 25

Gambar 3.10 Anemometer ................................................................................... 22 41 41

Gambar 3.11 Takometer ....... .............................................................................. 23

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

Gambar 3.13 Sistem Pengereman ....................................................................... 24

Gambar 3.14 Kerangka Sudu .............................................................................. 25

Gambar 3.15 Empat Buah Sudu ........................................................................... 26

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir Dengan Torsi Kincir Angin

Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu ........... 38


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu.......... 39


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu ....... 40


xv

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Daya Pout Dengan Torsi Kincir Angin



Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu .......... 42


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu. ...... 43

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Koefisien Daya (𝐶𝑝) Dengan λ Kincir Angin



Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu .......... 46


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu ....... 48

Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Antara Putaran Kincir (rpm) Dengan Torsi

Untuk Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang

Variasi Dua Sudu Dengan Tiga Sudu Dan Empat Sudu........ ....... 50

Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Koefisien Daya 𝐶𝑝 Dengan Tip Speed


Rembang Variasi Dua Sudu Dengan Tiga Sudu Dan Empat

Sudu .................................................... ........................................... 51


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ........................................................ 24

Tabel 4.1 Data Penelitian Kincir Angin Sumbu Horisontal Tipe Petani Garam

Rembang dengan Jumlah 2 Sudu, Kecepatan Angin Rata-Rata 7

m/s ..................... ................................................................................. 28



m/s ............................ .......................................................................... 29



m/s ............................ .......................................................................... 30

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Dua Sudu. ...................................................... 34

Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Tiga Sudu ...................................................... 35

Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Empat Sudu ................................................... 36


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin meningkat. Krisis listrik ini

sudah sejak lama menjadi persoalan dan telah diprediksi oleh banyak ahli energi

di Indonesia sejak sepuluh tahun yang lalu. Kebutuhan energi dapat meningkat

secara bertahap, baik ditinjau dari kapasitasnya, kualitasnya maupun ditinjau dari

tuntutan distribusinya. Konsumsi listrik di Indonesia setiap tahunnya terus

meningkat sejalan dengan peningkatan pertumbuhan ekonomi nasional.

Konsumsi listrik Indonesia yang begitu besar akan menjadi masalah bila

dalam penyediaannya tidak sejalan dengan kebutuhan. Pemanfaatan sumber-

sumber daya energi baru dan terbarukan, seperti angin masih sangat kurang dalam

pemanfaatannya sebagai energi alternatif pembangkit listrik. Kecenderungan ini

tentu akan terus bertahan seiring dengan makin berkurangnya cadangan minyak

bumi serta batubara, yang merupakan penyuplai bahan bakar bagi pembangkit

listrik di Indonesia.

Untuk mengatasi pemenuhan kebutuhan listrik ini, maka diperlukan sebuah

sumber energi baru yang mampu memenuhi kebutuhan listrik nasional yang

semakin besar. Angin, sebagai salah satu sumber yang tersedia di alam dapat

dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi listrik. Angin merupakan sumber

energi yang tidak ada habisnya sehingga pemanfaatan sistem perubahan energi

angin akan berdampak positif terhadap lingkungan. Sebagai mahasiswa teknik


2

mesin yang mengambil tugas akhir pengembangan kincir angin sebagai energi

terbarukan dan konversi energi khususnya energi angin. Penulis ingin

mengembangkan desain kincir dari model kincir angin petani garam di Indonesia

khususnya dari model petani garam dari daerah Rembang untuk mencari unjuk

kerja kincir angin yang sesuai dengan kondisi angin yang berada di Indonesia.

1.2.Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

a. Diperlukan bentuk kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin secara

maksimal sehingga dapat memberikan efisiensi yang tinggi.

b. Memaksimalkan potensi energi angin yang ada di Indonesia dengan kincir

angin yang dapat mengubah energi angin menjadi energi mekanis.

1.3. Tujuan Penelitian

a. Membuat kincir angin model petani garam Rembang dengan tiga variasi

jumlah sudu.

b. Mengetahui hubungan torsi dan kecepatan putar kincir yang diuji.

c. Mengetahui nilai tip speed ratio (tsr) dan koefisien daya (Cp) dari kincir angin

yang diuji.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Model kincir angin yang dibuat adalah tipe sumbu horisontal yang digunakan

oleh petani garam Rembang dengan diameter kincir 1 m lebar kincir 12 cm.

b. Kincir angin berbahan dasar dari triplek tebal 8 mm


3

c. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah 2, 3 dan 4.

d. Penelitian dilaksanakan dengan cara meletakkan sistem kincir angin di depan

blower 15 HP 1450 rpm dengan kecepatan angin yang dihembuskan rata – rata

7 m/s diatur dengan inverter.

e. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

1.5. Manfaat Penelitian:

a. Dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi pemanfaatan energi terbarukan

di Indonesia sebagai energi alternatif.

b. Dapat digunakan sebagai pembanding model kincir petani garam yang ada di

Indonesia

c. Dapat menjadi referensi bagi masyarakat yang daerahnya berpotensi dengan

energi angin agar bisa mengembangkan energi terbarukan dengan

menggunakan bantuan angin.


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Angin

Angin merupakan udara bergerak yang disebabkan oleh rotasi bumi serta

juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari

tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Tekanan udara yang

telah memuai massa jenisnya oleh pemanasan matahari maka masa jenisnya

menjadi lebih ringan sehingga menjadi naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara

turun. Udara sekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah. Uadara

menyusut menjadi lebih berat dan turun ketanah. Di atas tanah udara menjadi

panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara

dingin dikarenakan konveksi.

Angin merupakan sumber daya yang berlimpah dan terbarukan. Dunia

tidak akan kehabisan angin untuk kebutuhan – kebutuhan di masa – masa yang

akan datang, tidak seperti minyak dan gas alam. Angin juga dapat mengurangi

kebergantungan suatu negara pada tenaga nuklir.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah mesin yang digunakan untuk mengkonversikan energi

angin ke dalam bentuk energi lain, yang kebanyakan dalam bentuk energi

mekanis. Kincir angin ini dibedakan menjadi dua yaitu kincir angin sumbu

horisontal dan kincir angin sumbu vertikal


5

2.3 Kincir Angin Sumbu Horisontal

Kincir angin sumbu horisontal adalah kincir angin yang mempunyai poros

yang sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah datangnya

angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan kincir yangberada pada puncak

menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360° terhadap sumbu vertikal untuk

menyesuaikan arah angin. Terdapat beberapa jenis kincir angin poros horizontal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Kincir angin horisontal

(Sumber : http://mit.ilearning.me/)

2.3.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Horisontal

Kelebihan dari kincir angin horisontal sebagai berikut :

a. Sudu kincir angin sumbu horisontal berada disamping pusat grafitasi

turbin maka dapat menyetabilkan turbin.


http://mit.ilearning.me/wp-content/uploads/sites/853/2014/10/turbin.gif

6

b. Menara yang tinggi memungkinkan penempatan turbin pada landasan

yang tidak datar atau di lokasi – lokasi garis pantai.

c. Kincir angin sumbu horisontal dapat dibuat dengan kemampuan picth

control untuk sudu – sudunya, sehingga dapat menghindari kerusakan bila

terserang badai.

2.3.2 Kekurangan Kincir Angin Sumbu Horisontal

Kincir angin sumbu horisontal memiliki kekurangan sebagai berikut :

a. Untuk kincir angin jenis ini sulit dioperasikan dekat dengan permukaan

tanah yang merupakan tempat berdaya angin – angin turbulen, karena yaw

control dan blande controlnya memerlukan aliran – aliran angin laminer.

b. Untuk kincir angin sumbu horisontal yang tinggi sulit untuk dipasang

karena memerlukan crane yang tinggi dan mahal

2.4 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir angin sumbu vertikal merupakan kincir angin yang sumbu rotasinya

vertikal terhadap permukaan tanah. Kincir angin sumbu vertikal ini dibagi

menjadi dua jenis yaitu Savonius dan Darrieus.

a. Kincir angin Savonius

Kincir angin ini pertama kali diciptakan di negara Finlandia dan berbentuk

S apabila dilihat dari posisi atas. Secara umum kincir ini bergerak lebih

perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horisontal, namun dapat

menghasilkan torsi yang lebih besar.


7

Gambar 2.2 Kincir Angin Savonius.

(Sumber : http://2.bp.blogspot.com/)

b. Kincir Angin Darrieus

Kincir angin darrieus ini mula – mula diperkenalkan di Perancis sekitar

tahun 1920. Kincir angin darreus ini memiliki ciri bersudu yang tegak.

Kincir angin ini berputar kedalam dan keluar dari arah angin.

Gambar 2.3 Kincir Angin Darrieus

(Sumber : http://1.bp.blogspot.com/)


8

2.4.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kelebihan kincir angin sumbu vertikal sebagai berikut :

a. Dapat menerima angin dari segala arah

b. Komponen – komponennya dapat dipasang dekat permukaan tanah

c. Mudah dirawat / diperbaiki dan menara lebih ringan

2.4.2. Kekurangan Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kekurangan kincir angin sumbu vertikal sebagai berikut:

a. Karena umumnya dipasang dekat dengan permukaan tanah, kualitas

angin yang diterima kurang bagus.

b. Kurang mampu mengawali putaran sendiri (tipe Darrieus)

c. Gaya sentrifugal membuat sudu – sudu mengalami tegangan.

2.5 Hubungan antara Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio

Tip speed ratio mempengaruhi besarnya koefisien daya. Hubungan ini

digambarkan sebagai berikut :

1. Koefisien daya bergantung pada ujung sudu

2. Ditandai dengan kurva koefisien daya berbanding dengan

perbandingan kurva tip speed ratio.


9

Berikut ini grafik koefisien daya dengan tip speed ratio dari berbagai jenis kincir

yang dapat dilihat pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 Grafik Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio dari Berbagai

Jenis Kincir (Sumber : http://1.bp.blogspot.com/)

2.6 Kincir Angin Petani Garam Indonesia

Sebelum ditemukannya teknologi tepat guna yaitu kincir angin. Pengrajin

garam di Indonesia masih menggunakan tenaga manusia untuk menaikkan air ke

lahan-lahan pengeringan air laut. Sehingga untuk membuat garam petani

membutuhkan tenaga ekstra. Dengan menggunakan bor yang digerakkan tenaga

manusia untuk menaikkan air ke lahan pembuatan garam. Namun setelah kincir

angin beroperasi pekerjaan lebih ringan karena angin membantu menaikkan air ke

lahan mereka.

Alat tepat guna yang juga ramah lingkungan ini terbuat dari pipa paralon

kayu dan besi, papan kayu dibuat baling-baling yang berfungsi membuat putaran.

Dengan bantuan alat mirip tuas putaran itupun disambungkan dengan tongkat

kayu atau besi yang dibagian bawahnya dibuatkan klep dari ban bekas mobil.


10

Klep yang berfungsi untuk menaikkan air dimasukkan dalam pipa paralon

tergantung dari kebutuhan air yang akan dinaikkan, semakin besar pipa pralon air

yang naikkan debitnya banyak begitu pula sebaliknya.

Dengan alat kincir angin ini petani garam bekerja lebih ringan, karena

teknik membuat garam hanya memindahkan air dari lahan satu ke lahan yang

lainnya. Menurut Budin, si pengrajin kincir angin yang berada di pesisir pantai

utara pulau Jawa, untuk menaikkan air ke lahan pengrajin garam yang ukuran

besar jika dibandingkan 1 tenaga manusia kekuatannya lebih besar , apalagi jika

angin yang berhembus cukup kencang satu jam saja bisa memenuhi lahan

pengeringan air. Sedangkan kincir yang kecil dengan diameter kincir 1 meter

biasanya digunakan untuk mengisi air pada lahan-lahan pemanenan garam,

sehingga debit yang dibutuhkan tidak begitu besar. Dengan mengunakan kincir

angiin ini tenaga yang dikeluarkan oleh pengrajin garam lebih efisien. Jika air laut

telah tua para pengrajin garam bisa panen garam setiap 3 -4 hari sekali. Jika sudah

tiba panen raya mereka bisa memanen garamnya setiap hari sekali , tenaga yang

dikeluarkan pengrajin hanyalah memungut garam dari lahan untuk dimasukkan ke

dalam gudang saja atau langsung dijual pada pengepul.

Untuk urusan pengairan lahan pengeringan air ataupun pemanenan sudah

dicukupi oleh kincir angin yang setiap hari berputar tiada henti dengan bantuan

angin. Oleh karena itu jika musim pembuatan garam terlihat ratusan kincir angin

di lahan garam. Berikut merupakan model kincir angin yang sering digunakan

oleh petani garam Indonesia ditunjukkan pada Gambar (2.5, 2.6 dan 2.7).


11

Gambar 2.5 Model Kincir Angin Petani Garam Cirebon (Sumber : http://farm2.static.flickr.com)

Gambar 2.6 Model Kincir Angin Petani Garam Rembang (Sumber :

https://2.bp.blogspot.com/)

Gambar 2.7 Model Kincir Angin Petani Garam Sumenep (Sumber :

http://2.bp.blogspot.com/)


http://farm2.static.flickr.com/

https://2.bp.blogspot.com/

http://2.bp.blogspot.com/

12

2.7 Rumus Perhitungan

Berikut adalah rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan

kincir angin yang diteliti :

2.7.1 Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya.

Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya, maka rumus

dapat ditulis sebagai berikut :

𝐸𝑘 = 1

2.𝑚 . 𝑣2 (1)

dengan 𝐸𝑘 adalah energi kinetik, m adalah massa, dan v adalah kecepatan angin.

Pada dasarnya daya adalah energi persatuan wakru, sehingga daya dapat

ditulis secara matematik

P = 𝐸𝑘

𝑡 (2)

dengan P adalah daya, dan t adalah waktu

Mengingat massa persatuan waktu sebagai berikut :

m = A. v. 𝜌 (3)

dengan m adalah massa persatuan waktu, A adalah luas penampang sudu, dan 𝜌

adalah massa jenis.


13

2.7.2 Daya Angin

Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu.

Dengan demikian daya angin dapat diperoleh menggunakan Persamaan (1) dan

(3), maka rumus daya angin dapat diperoleh sebagai berikut :

𝑃𝑚 = 1

2.𝑚 . 𝑣2

=1

2. (𝐴. 𝑣.𝜌) . 𝑣2

=1

2.𝐴.𝜌. 𝑣3 (4)

dengan 𝑃𝑚 adalah daya yang disediakan oleh angin, A adalah luas penampang

sudu, 𝜌 adalah massa jenis, dan v adalah kecepatan angin.

2.7.3 Koefisen Daya Kincir Angin

Koefisen daya adalah perbandingan dari daya yang disediakan oleh kincir

angin (𝑃𝑜𝑢𝑡 ) dengan daya yang disediakan oleh angin. Koefisien daya dapat

diperhitungkan menggunakan rumus :

𝐶𝑝 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 (5)

dengan 𝐶𝑝 adalah koefisien daya, 𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan oleh kincir

angin, dan 𝑃𝑖𝑛 daya yang disediakan angin.


14

2.7.4 Tips Speed Ratio

Tips speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan linier lingkaran

terluar kincir dengan kecepatan angin yang dapat dituliskan sebagai berikut :

𝜆 = 𝜔 .r

𝑣 (6)

dengan ω adalah putaran poros kincir angin, r adalah jari – jari kincir angin, dan v

adalah kecepatan angin.

2.7.5 Torsi

Torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T = F.l (7)

dengan T adalah Torsi, F adalah gaya pembebenan, dan l adalah panjang lengan

torsi ke poros.

2.7.6 Daya yang Dihasilkan Kincir Angin

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

angin berdasarkan adanya angin yang melintas pada sudu kincir angin, sehingga

daya yang dihasilkan dapat dihitung sebagai berikut:

(𝑃𝑜𝑢𝑡 ) = T. 𝜔 (8)

dengan (𝑃𝑜𝑢𝑡 ) adalah daya yang dihasikan kincir, T adalah torsi, dan 𝜔 adalah

putaran poros kincir angin.


15

2.8 Tinjauan Pustaka

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)

2013 di Bandar Lampung (Doddy Purwadianto dan Trio Pordomuan) dengan

judul “Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik Kincir Angin Petani

Garam di Pantai Utara Jawa” dengan model kincir angin sudu plat datar bersirip,

diameter 80 cm, ukuran sirip 3 cm x 7 cm, jumlah sudu 2 dengan 4 variasi posisi

sirip sudu ( 10o,20

o,30

o,40

o) didepan wind tunnel menghasilkan koefisien daya

maksimum sebesar 21% dengan posisi sirip 10o pada kecepatan angin sekitar 7

m/detik.

Proceeding Seminar Nasional Teknik Mesin 8 2013, Surabaya, Indonesia

(Wihadi D. , Iswanjono, Rines), “Kincir Angin Propeler Berbahan Kayu Untuk

Kecepatan Angin Tinggi”, Model kincir angin Rembang bersudu 4. Sudu

dibentuk dari dua bilah papan membentuk sudut kurang lebih 150 o

- 160 o

dengan

panjang jari – jari antara 1,3 – 1,6 meter, dan lebar 0,35 meter. Hasil pengukuran

di tambak belakang SPBU Tambakagung, pada kecepatan angin rata – rata 30

km/jam (sekitar 8 m/s), kecepatan putar poros kincir 120 rpm dengan beban

pompa air yang tidak terukur.


16

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah yang digunakan dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir

hingga analisis data. Diagram alir langkah penelitian ini ditunjukkan pada Gambar

3.1.

Mulai

Perancangan kincir angin tipe petani garam Rembang

Pembuatan kincir angin dengan bahan dasar triplek

Perakitan kincir angin

Pengambilan data berupa kecepatan angin, putaran poros kincir dan gaya

pembebanan

Pengolahan data, menghitung torsi, kecepatan sudut, daya angin, daya kincir,

koefisien daya (𝐶𝑝), tip speed ratio (trs). Kemudian membuat grafik hubungan

antara torsi dengan putaran poros danhubungan koefisien daya (𝐶𝑝) dengantip

speed ratio (tsr) dari setiap variasi.

Analisa serta pembahasan data

Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah Penelitian Kincir Angin


17

3.2 Desain Kincir Angin

Desain kincir yang dibuat untuk penelitian ini adalah seperti yang

ditunjukkan Gambar 3.2. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa kincir yang

dibuat berdiameter 100 cm dengan permukaan yang menerima angin membentuk

sudut 160°. Pemasangan sudu ditunjukkan pada Gambar 3.3 dengan putaran kincir

berputar searah jarum jam

Gambar 3.2 Desain kincir

Gambar 3.3 Desain Pemasangan Sudu


18

3.3 Alat dan Bahan

Model kincir yang dibuat ini berbahan triplek, yang diambil dari tipe

kincir petani garam Rembang dengan dimensi lebih kecil dari bentuk aslinya.

Berikut alat dan bahan yang digunakan :

3.3.1 Dudukan Sudu

Dudukan sudu yang dibuat ditunjukan pada Gambar 3.4 merupakan

komponen yang penting dalam sebuah kincir angin karena berfungsi sebagai

tempat pemasangan sudu. Dudukan sudu ini dibuat sehingga dapat digunakan

untuk jumlah sudu 2, 3 dan 4. Dudukan sudu ini berbahan pelat aluminium

dengan tebal 3 mm berdiameter 15 cm.

Gambar 3.4 Dudukan Sudu


19

3.3.2 Lengan Sudu

Lengan sudu dengan panjang 14 cm tebal 4 mm yang ditunjukkan pada

Gambar 3. ini berbahan pelat besi, yang berfungsi sebagai penguat dan

penyambung antara dudukan sudu dengan sudu.

Gambar 3.5 Lengan sudu

3.3.3 Sudu Kincir Angin

Sudu kincir angin yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 3.6. Gambar

ini merupakan bagian tampak depan kincir angin tipe petani garam Rembang

yang sudah disertai dengan dudukan sudu. Variasi yang digunakan adalah

jumlah sudu yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.6 Sudu Kincir


20

Gambar 3.7 (1) Kincir angin 2 sudu, (2) kincir angin 3 sudu dan (3)

kincir angin 4 sudu.

3.4 Alat Pendukung

Peralatan pendukung ini merupakan hal yang penting dalam suatu

pengujian atau penelitian, karena dapat membantu dalam menentukan hasil dari

penelitian, peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian kincir angin

propeler sebagai berikut :

3.4.1 Fan blower

Fan blower yang ditunjukan pada Gambar 3.8 berfungsi untuk

menghasilkan udara bergerak yang akan disalurkan langsung ke arah kincir

dengan daya penggerak fan blower motor 5,5 kW.


21

Gambar 3.8 Fan blower

3.4.2 Poros Kincir

Poros kincir yang ditunjukkan pada Gambar 3.8 berfungsi sebagai

penopang dudukan sudu dan berhubangan langsung dengan proses

pengereman.

Gambar 3.9 Poros kincir


22

3.4.3 Anemometer

Anemometer yang ditunjukkan pada Gambar 3.10 berfungsi untuk

mengukur kecepatan angin. Alat ini diletakkan di depan kincir angin.

Gambar 3.10 Anemometer

3.4.4 Takometer

Takometer yang ditunjukkan pada Gambar 3.11 adalah alat yang

digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan

dalam satuan rpm. Jenis takometer yang digunakan adalah digital light

takometer. Alat ukur ini meliputi 3 bagian yaitu : sensor, pengolah data dan

penampil.


23

Gambar 3.11 Takometer

3.4.5 Neraca Pegas

Neraca pegas yang ditunjukkan pada Gambar 3.12 digunakan untuk

mengetahui beban pengreman pada kincir pada saat kincir berputar. Neraca

pegas ini diletakkan pada bagian sistem pengereman dan hubungkan dengan

kopling dengan jarak yang telah disesuaikan.

Gambar 3.12 Neraca Pegas


24

3.4.6 Sistem pengereman

Sistem pengereman yang ditunjukkan pada Gambar 3.13 ini

berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir, yang dimana kincir diberi

beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran

kincir angin.

Gambar 3.13 Sistem pengereman

3.5 Pembuatan Sudu

3.5.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sebuah sudu merupakan proses yang dilakukan secara bertahap

serta membutuhkan alat dan bahan, yang ditunjukkan oleh Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu

Alat Bahan

Mesin gerindra

tangan

Triplek 8 mm

Mesin gerinda duduk Lem kayu


25

Mesin bur Paku triplek

Amplas Kertas Karton

Penggaris

Penggaris siku

Busur

Palu

Gunting

3.5.2 Langkah Pembuatan Sudu

a. Membuat mal kerangka sudu yang ditunjukkan pada Gambar 3.14 dengan

kertas karton

Gambar 3.14 Kerangka Sudu

b. Menempelkan mal ke triplek dan membentuk triplek seperti Gambar 3.13

buat sebanyak 12 buah.

c. Memotong triplek berbentuk persegi penjang ukuran 40 cm x 6.4 cm

sebanyak 8 buah.

d. Menggabungkan kerangka dengan potongan triplek menjadi seperti

Gambar 3.15 menggunakan lem kayu dan memperkuat dengan paku

triplek menjadi 4 buah sudu.


26

Gambar 3.15 Empat buah sudu

3.6 Langkah Kerja Penilitian

Berikut langkah – langkah kerja penilitian uji kincir angin :

a. Menyiapkan rangkain shaft.

b. Menyambungkan shaft dengan cakram yang sudah dirangakai dengan

sistem pengereman.

c. Menggunakan benang untuk menghubungkan alat pengukur beban dengan

cakram beserta sistem pengereman.

d. Memasangkan kincir angin yang akan diuji ke shaft penggerak.

e. Memastikan kincir angin sudah terpasang ke shaft penggerak dengan

benar.

f. Menyalakan blower dengan kecepatan angin rata – rata 7 m/s.

g. Menghitung putaran shaft.

h. Jika sudah, memberi beban pada shaft dengan cara melingkarkan karet

pada tuas pada sistem pengereman.

i. Mencatat nilai beban yang tertera pada alat pengukur beban.

j. Mengulangi langkah h hingga data dirasa cukup

k. Jika sudah, mematikan blower.


27

3.7 Langkah Pengolahan Data

Kincir nantinya akan diuji dengan pembebanan gaya pengimbang pada

kopling yang terletak diujung poros hingga benar-benar berhenti. Adapun

langkah-langkah pengolahan data yang akan dilakukan sebagai berikut :

a. Setelah diketahui kecepatan angin (v) dan luasan kincir (A), maka akan

diperoleh daya angin (Pin).

b. Dengan pembebanan didapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan

untuk mencari nilai torsi (T).

c. Kecepatan putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk

mencari daya output kincir (Pout).

d. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu (𝜔) dan

kecepatan angin (𝑣), maka tip speed ratio dapat dicari.

e. Koefisien daya kincir angin dapat dicari dari perbandingan daya kincir

angin (Pout) dan daya angin (Pin).

Pengolahan data yang dilakukan setelah pengamatan ditujukan untuk

melihat karakteristik masing-masing dengan tiga variasi jumlah sudu melalui

grafik-grafik hubungan koefisien daya dengan tsr maupun grafik hubungan

rpm dengan beban. Sedangkan efisiensi masing-masing kincir diperoleh dari

nilai Cp untuk kemudian dibandingkan dan diperoleh kincir mana yang

menghasilkan efisiensi yang lebih baik.


28

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Berikut ini adalah hasil data dari penelitian kincir angin sumbu horisontal tipe

petani garam Rembang dengan variasi jumlah sudu yaitu 2, 3 dan 4 sudu dengan

diameter 1 meter. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1 , Tabel 4.2 dan

Tabel 4.3.


Rembang dengan Jumlah 2 Sudu, Kecepatan Angin Rata-Rata 7 m/s

No Penelitian

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran kincir

(n)

(N) (rpm)

1

1

0 604

2 0 610

3 0 614

4

2

0,5 584

5 0,5 583

6 0,5 587

7

3

1,0 545

8 1,0 542

9 1,0 557

10

4

1,5 512

11 1,5 516

12 1,5 517

13

5

2,0 498

14 2,0 490

15 2,0 489

16

6

2,5 436

17 2,5 448

18 2,5 439

19

7

2,8 383

20 2,8 381

21 2,8 379


29

Tabel 4.1 Lanjutan

No Penelitian

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran kincir

(n)

(N) (rpm)

22

8

3,0 329

23 3,0 329

24 3,0 315

25

9

3,1 300

26 3,1 301

27 3,1 305



No Penelitian

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran kincir

(n)

(N) (rpm)

1

1

0 484

2 0 480

3 0 484

4

2

0,5 475

5 0,5 473

6 0,5 470

7

3

1,0 453

8 1,0 458

9 1,0 453

10

4

1,5 436

11 1,5 440

12 1,5 433

13

5

2,0 419

14 2,0 422

15 2,0 414

16

6

2,5 383

17 2,5 384

18 2,5 385

19

7

3,0 367

20 3,0 364

21 3,0 369

22

8

3,2 340

23 3,2 337

24 3,2 345


30

Tabel 4.2 Lanjutan

No Penelitian

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran kincir

(n)

(N) (rpm)

25

9

3,5 320

26 3,5 322

27 3,5 321

28

10

3,9 299

29 3,9 298

30 3,9 294



No Penelitian

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran kincir

(n)

(N) (rpm)

1

1

0 404

2 0 402

3 0 407

4

2

0,5 386

5 0,5 394

6 0,5 399

7

3

1,0 372

8 1,0 381

9 1,0 384

10

4

1,5 361

11 1,5 374

12 1,5 374

13

5

2,0 349

14 2,0 358

15 2,0 359

16

6

2,5 334

17 2,5 340

18 2,5 346

19 7

3,0 310

20 3,0 314

21 3,0 311

22

8

3,5 289

23 3,5 295

24 3,5 303


31

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam

proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m

/s2

b. Massa jenis udara = 1,18 kg/m3

c. Panjang lengan torsi = 0,2 m

4.2.1 Perhitungan Torsi

Dalam perhitungan torsi ini, data hasil percobaan yang dijadikan contoh

diambil dari hasil percobaan kincir angin 2 sudu Tabel 4.1 pada pengujian

pertama dan pada pembebanan yang ke dua. Dari data yang diperoleh gaya

pengimbang (𝐹) sebesar 0,5 N dan jarak lengan torsi 0,2 m. Untuk mendapatkan

nilai torsi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Tabel 4.3 Lanjutan

No Penelitian

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran kincir

(n)

(N) (rpm)

25

9

4,0 272

26 4,0 280

27 4,0 286

28

10

4,5 252

29 4,5 254

30 4,5 260

31

11

4,7 235

32 4,7 231

33 4,7 238

34

12

4,9 215

35 4,9 208

36 4,9 211


32

𝑇 = 𝐹 . ℓ

= 0,5 . 0,2

= 0,10 N.m

Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,10 N.m

4.2.2 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh, perhitungan diambil dari hasil percobaan kincir angin dua

sudu pada pengujian pertama dan pada pembebanan yang kedua. Pada percobaan

ini diketahui densitas udara (𝜌) sebesar 1,18 kg/m3

, luas penampang (𝐴) 0,785

m2 dan kecepatan angin (𝑣) 7 m/s. Untuk mendapatkan nilai daya angin dapat

dihitung dengan rumus sebagai berikut :

𝑃𝑖𝑛 =

1

2𝜌. 𝐴 . 𝑣3

= 1

21,18 . 0,785. (7)3

= 158,94 watt

Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 158,94 watt

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin

Pada perhitungan daya kincir angin ini , data hasil percobaan yang

dijadikan contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin 2 sudu pada pengujian

pertama dan pada pembebanan yang ke-2. Dari data yang diperoleh, kecepatan

angin (𝑣) sebesar 7 m/s, putaran poros (𝑛) 584 rpm dan torsi 0,10 N.m. Daya

kincir angin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 .𝜔


33

= 𝑇 .𝜋 . 𝑛

30

= 0,10 . 𝜋 . 584

30

= 6,12 watt

Jadi daya kincir yang dihasikan sebesar 6,12 watt

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio

Contoh perhitungan untuk tsr, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian

pertama dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin dalam

rad/s adalah sebesar 61,2 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan

kecepatan angin sebesar 7 m/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung menggunakan

rumus sebagai berikut :

𝜆 = 𝜔 . 𝑟

𝑣

= 61,2 .0,5

7

= 4,37

Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 4,37

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya

Pada perhitungan koefisien daya, data hasil percobaan yang dijadikan

contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin 2 sudu pengujian pertama dan

pada pembebanan ke-2. Dari data hasil percobaan, daya angin (𝑃𝑖𝑛 ) yang

diperoleh sebesar 158,94 watt dan daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡 ) 6,12 watt. Untuk


34

mendapatkan nilai koefisien daya (𝐶𝑝) dapat dihitung dengan rumus sebagi

berikut :

𝐶𝑝 =

𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 . 100%

= (6,12/ 158,94) . 100 %

= 3,85 %

Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 3,85 %

4.3 Data Hasil Perhitungan

Hasil perhitungan pengujian kincir angin sumbu horisontal tipe petani garam

Rembang dengan variasi jumlah sudu yaitu 2, 3 dan 4 sudu dengan diameter 1

meter. Diperoleh hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel 4.4 , Tabel 4.5 dan

Tabel 4.6.

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Dua Sudu.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Kincir

(n)

Kecepatan

Sudut (ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Angin

𝑃𝑖𝑛

Daya

Output

𝑃𝑜𝑢𝑡

Tip

Speed

Ratio

(λ)

Koefisien

Daya Cp

(N) (rpm) (rad/s) N.m watt Watt %

0 604 63,3 0,00 158,94 0,00 4,52 0,00

0 610 63,9 0,00 158,94 0,00 4,56 0,00

0 614 64,3 0,00 158,94 0,00 4,59 0,00

0,50 584 61,2 0,10 158,94 6,12 4,37 3,85

0,50 583 61,1 0,10 158,94 6,11 4,36 3,84

0,50 587 61,5 0,10 158,94 6,15 4,39 3,87

1,00 545 57,1 0,20 158,94 11,41 4,08 7,18

1,00 542 56,8 0,20 158,94 11,35 4,05 7,14

1,00 557 58,3 0,20 158,94 11,67 4,17 7,34

1,50 512 53,6 0,30 158,94 16,08 3,83 10,12

1,50 516 54,0 0,30 158,94 16,21 3,86 10,20

1,50 517 54,1 0,30 158,94 16,24 3,87 10,22

2,00 498 52,2 0,40 158,94 20,86 3,73 13,12

2,00 490 51,3 0,40 158,94 20,53 3,67 12,91


35

Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Tiga Sudu.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Kincir

(n)

Kecepatan

Sudut (ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Angin

𝑃𝑖𝑛

Daya

Output

𝑃𝑜𝑢𝑡

Tip

Speed

Ratio

(λ)

Koefisien

Daya Cp

(N) (rpm) (rad/s) N.m Watt Watt

%

0 484 50,7 0,00 158,94 0,00 3,62 0,00

0 480 50,3 0,00 158,94 0,00 3,59 0,00

0 484 50,7 0,00 158,94 0,00 3,62 0,00

0,50 475 49,7 0,10 158,94 4,97 3,55 3,13

0,50 473 49,5 0,10 158,94 4,95 3,54 3,12

0,50 470 49,2 0,10 158,94 4,92 3,52 3,10

1,00 453 47,4 0,20 158,94 9,49 3,39 5,97

1,00 458 48,0 0,20 158,94 9,59 3,43 6,04

1,00 453 47,4 0,20 158,94 9,49 3,39 5,97

1,50 436 45,7 0,30 158,94 13,70 3,26 8,62

1,50 440 46,1 0,30 158,94 13,82 3,29 8,70

1,50 433 45,3 0,30 158,94 13,60 3,24 8,56

2,00 419 43,9 0,40 158,94 17,55 3,13 11,04

2,00 422 44,2 0,40 158,94 17,68 3,16 11,12

2,00 414 43,4 0,40 158,94 17,34 3,10 10,91

2,50 383 40,1 0,50 158,94 20,05 2,86 12,62

2,50 384 40,2 0,50 158,94 20,11 2,87 12,65

2,50 385 40,3 0,50 158,94 20,16 2,88 12,68

Tabel 4.4 Lanjutan

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Kincir

(n)

Kecepatan

Sudut (ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Angin

𝑃𝑖𝑛

Daya

Output

𝑃𝑜𝑢𝑡

Tip

Speed

Ratio

(λ)

Koefisien

Daya Cp


2,00 489 51,2 0,40 158,94 20,48 3,66 12,89

2,50 436 45,7 0,50 158,94 22,83 3,26 14,36

2,50 448 46,9 0,50 158,94 23,46 3,35 14,76

2,50 439 46,0 0,50 158,94 22,99 3,28 14,46

2,80 383 40,1 0,56 158,94 22,46 2,86 14,13

2,80 381 39,9 0,56 158,94 22,34 2,85 14,06

2,80 379 39,7 0,56 158,94 22,23 2,83 13,98

3,00 329 34,5 0,60 158,94 20,67 2,46 13,01

3,00 329 34,5 0,60 158,94 20,67 2,46 13,01

3,00 315 33,0 0,60 158,94 19,79 2,36 12,45

3,10 300 31,4 0,62 158,94 19,48 2,24 12,25

3,10 301 31,5 0,62 158,94 19,54 2,25 12,30

3,10 305 31,9 0,62 158,94 19,80 2,28 12,46


36

Tabel 4.5 Lanjutan

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Kincir

(n)

Kecepatan

Sudut (ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Angin

𝑃𝑖𝑛

Daya

Output

𝑃𝑜𝑢𝑡

Tip

Speed

Ratio

(λ)

Koefisien

Daya Cp


3,00 367 38,4 0,60 158,94 23,06 2,75 14,51

3,00 364 38,1 0,60 158,94 22,87 2,72 14,39

3,00 369 38,6 0,60 158,94 23,18 2,76 14,59

3,20 340 35,6 0,64 158,94 22,79 2,54 14,34

3,20 337 35,3 0,64 158,94 22,59 2,52 14,21

3,20 345 36,1 0,64 158,94 23,12 2,58 14,55

3,50 320 33,5 0,70 158,94 23,46 2,39 14,76

3,50 322 33,7 0,70 158,94 23,60 2,41 14,85

3,50 321 33,6 0,70 158,94 23,53 2,40 14,80

3,90 299 31,3 0,78 158,94 24,42 2,24 15,37

3,90 298 31,2 0,78 158,94 24,34 2,23 15,31

3,90 294 30,8 0,78 158,94 24,01 2,20 15,11

Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Empat Sudu.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Kincir

(n)

Kecepatan

Sudut (ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Angin

𝑃𝑖𝑛

Daya

Output

𝑃𝑜𝑢𝑡

Tip

Speed

Ratio

(λ)

Koefisien

Daya Cp

(N) (rpm) (rad/s) N.m watt watt %

0 404 42,3 0,00 158,94 0,00 3,02 0,00

0 402 42,1 0,00 158,94 0,00 3,01 0,00

0 407 42,6 0,00 158,94 0,00 3,04 0,00

0,50 386 40,4 0,10 158,94 4,04 2,89 2,54

0,50 394 41,3 0,10 158,94 4,13 2,95 2,60

0,50 399 41,8 0,10 158,94 4,18 2,98 2,63

1,00 372 39,0 0,20 158,94 7,79 2,78 4,90

1,00 381 39,9 0,20 158,94 7,98 2,85 5,02

1,00 384 40,2 0,20 158,94 8,04 2,87 5,06

1,50 361 37,8 0,30 158,94 11,34 2,70 7,14

1,50 374 39,2 0,30 158,94 11,75 2,80 7,39

1,50 374 39,2 0,30 158,94 11,75 2,80 7,39

2,00 349 36,5 0,40 158,94 14,62 2,61 9,20

2,00 358 37,5 0,40 158,94 15,00 2,68 9,43

2,00 359 37,6 0,40 158,94 15,04 2,69 9,46

2,50 334 35,0 0,50 158,94 17,49 2,50 11,00

2,50 340 35,6 0,50 158,94 17,80 2,54 11,20

2,50 346 36,2 0,50 158,94 18,12 2,59 11,40


37

Tabel 4.6 Lanjutan

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Kincir

(n)

Kecepatan

Sudut (ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Angin

𝑃𝑖𝑛

Daya

Output

𝑃𝑜𝑢𝑡

Tip

Speed

Ratio

(λ)

Koefisien

Daya Cp


3,00 310 32,5 0,60 158,94 19,48 2,32 12,25

3,00 314 32,9 0,60 158,94 19,73 2,35 12,41

3,00 311 32,6 0,60 158,94 19,54 2,33 12,29

3,50 289 30,3 0,70 158,94 21,18 2,16 13,33

3,50 295 30,9 0,70 158,94 21,62 2,21 13,61

3,50 303 31,7 0,70 158,94 22,21 2,27 13,97

4,00 272 28,5 0,80 158,94 22,79 2,03 14,34

4,00 280 29,3 0,80 158,94 23,46 2,09 14,76

4,00 286 29,9 0,80 158,94 23,96 2,14 15,07

4,50 252 26,4 0,90 158,94 23,75 1,88 14,94

4,50 254 26,6 0,90 158,94 23,94 1,90 15,06

4,50 260 27,2 0,90 158,94 24,50 1,94 15,42

4,70 235 24,6 0,94 158,94 23,13 1,76 14,55

4,70 231 24,2 0,94 158,94 22,74 1,73 14,31

4,70 238 24,9 0,94 158,94 23,43 1,78 14,74

4,90 215 22,5 0,98 158,94 22,06 1,61 13,88

4,90 208 21,8 0,98 158,94 21,35 1,56 13,43

4,90 211 22,1 0,98 158,94 21,65 1,58 13,62

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan

hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya

dan torsi, grafik hubungan antara putaran poros dan torsi, dan grafik hubungan

antara koefisien daya dengan tip speed ratio (λ) . Penjelasan untuk grafik

hubungan diatas, lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :


38


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran kincir yang

dihasilkan oleh kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang, yang

ditunjukan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin


Dari Gambar 4.1, dapat disimpulkan bahwa semakin besar beban yang

diberikan pada kincir angin maka semakin besar nilai torsi dan semakin besar nilai

torsi maka kecepatan putar kincir angin akan semakin pelan atau dengan kata lain

hubungan antara torsi dengan putaran kincir adalah berbanding terbalik. Pada

percobaan ini, kecepatan angin (𝑣) yang digunakan adalah 7 m/s, dengan

kecepatan tersebut dapat menghasilkan kecepatan putaran kincir maksimal 614

0

100

200

300

400

500

600

700

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

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n (

rpm)

Torsi ,T(N.m)


39

rpm pada saat tanpa pembebanan dan torsi maksimal adalah 0,62 N.m pada saat

kecepatan putaran kincir 305 rpm.


Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu



dihasilkan oleh kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang variasi tiga

sudu, seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.2









0

100

200

300

400

500

600

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

epat

an p

uta

r kin

cir,

n (

rpm

)

Torsi, T (N.m)


40




Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu



dihasilkan oleh kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang variasi empat

sudu, seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.3








0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

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

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n (

rpm

)

Torsi, T (N.m)


41





Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu


dapat dibuat grafik hubungan antara daya dengan torsi kincir angin yang

dihasilkan kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang variasi dua sudu,

seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Daya Pout dengan Torsi Kincir Angin Horisontal

Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu


diberikan pada kincir angin maka semakin besar nilai torsi. Semakin besar nilai

torsi maka daya output yang dihasilkan juga semakin besar sampai dengan daya

output maksimal kemudian perlahan kembali menurun sesuai beban torsi terahkir

0

5

10

15

20

25

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

Day

a O

utp

ut,

P o

ut

(wat

t)

Torsi, T (N.m)


42

yang diberikan. Pada percobaan ini torsi yang dihasikan adalah 0,62 N.m dan

daya output yang dihasilkan adalah 23,46 watt.


Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu



dihasilkan kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang variasi tiga sudu,



Tipe Petani Garam Rembang Variasi Tiga Sudu




0

5

10

15

20

25

30

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

Day

a outp

ut,

P o

ut

(wat

t)

Torsi, T (N.m)

𝑃𝑜𝑢𝑡


43





Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu






Tipe Petani Garam Rembang Variasi Empat Sudu.




0

5

10

15

20

25

30

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

Day

a outp

ut,

P o

ut

(wat

t)

Torsi, T (N.m)


44




4.4.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (𝑪𝒑) dengan tip speed ratio (λ)


Dua Sudu


dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio yang

dihasilkan kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang variasi dua sudu,

seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.7



Cp = -5,877 λ 2 + 35,05 λ - 37,35

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5

Koef

isie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%)

Tip Speed Ratio, λ


45

Dari Gambar 4.7 diperoleh persamaan Cp = -5,877 λ 2 + 35,05 λ - 37,35,

dan persamaan tersebut dapat diperoleh nilai koefisien daya maksimum dan tip

speed ratio optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dengan persamaan berikut

𝐶𝑝 = -5,877 λ 2 + 35,05 λ - 37,35

𝑑𝐶𝑝

𝑑(λ) = 0

0 = 2 (-5,877)λ + 35,05

0 = - 11,754 λ + 35,05

11,754 λ = 35,05

λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 =35,05

11,754

λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 = 2,98

Dari hasil perhitungan menunjukan nilai tip speed ratio optimal sebesar 2,98.

Adapun nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 yang

dimasukkan ke dalam persamaan sebagai berikut :

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = - 5,877 λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙

2 + 35,05 λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 – 37,35

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = - 5,877 (2,98)

2 + 35,05(2,98) – 37,35

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = 14,91 %

Dari hasil perhitungan persamaan diatas menunjukan koefisien daya

maksimal (𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 ) sebesar 14,91 %.


46

4.4.8 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (𝑪𝒑) dengan Tip Speed Ratio


Variasi Tiga Sudu





Gambar 4.8 Grafik Hubungan Koefisien Daya (𝐶𝑝) dengan λ Kincir Angin


Dari Gambar 4.8 diperoleh persamaan Cp = -10,62λ2 + 52,18λ - 48,89,

dari persamaan tersebut dapat diperoleh nilai koefisien daya maksimum dan tip


𝐶𝑝 = -10,62λ2 + 52,18λ - 48,89

𝑑𝐶𝑝

𝑑(λ) = 0

Cp= -10,62λ2 + 52,18λ - 48,89

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Koef

isie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%)

Tip Speed Ratio, λ


47

0 = 2 (-10,62)λ + 52,18

0 = -21,24 λ + 52,18

21,24 λ = 52,18

λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 =52,18

21,24

λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 = 2,46




𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = -10,62λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙

2 + 52,18λ𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 – 48,89

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = -10,62(2,46)

2 + 52,18 (2,46) – 48,89

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = 15,20 %

Dari hasil perhitungan persamaan diatas menunjukan koefisien daya

maksimal (𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 ) sebesar 15,20 %

4.4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (𝑪𝒑) dengan Tip Speed Ratio


Variasi Empat Sudu



dihasilkan kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang variasi empat sudu,



48

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Koefisien Daya (𝐶𝑝) dengan λ Kincir Angin


Dari Gambar 4.9 diperoleh persamaan Cp = -12,07λ2 + 46,74λ - 30,25,

dari persamaan tersebut dapat diperoleh nilai koefisien daya maksimum dan tip


𝐶𝑝 = -12,07λ2 + 46,74λ - 30,25

𝑑𝐶𝑝

𝑑(𝜆) = 0

0 = 2 (-12,07)λ + 46,74

0 = -24,14λ + 46,74

24,14λ = 46,74

𝜆𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 =46,74

24,14

𝜆𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 = 1,94

Cp = -12,07λ2 + 46,74λ - 30,25

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Koef

isie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%)

Tip Speed Ratio, λ


49




𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = -12,07𝜆𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙

2 + 46,74𝜆𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 – 30,25

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = -12,07 (1,94)

2 + 46,74 (1,94) – 30,25

𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 = 14,999 % = 15 %

Dari hasil perhitungan persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal

(𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥 ) sebesar 15 %

4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam

Rembang Variasi Dua Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu

Berikut ini adalah grafik perbandingan dari kincir angin horisontal tipe petani

garam Rembang variasi dua sudu dengan tiga sudu dan empat sudu, grafik

perbandingan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin dan grafik

perbandingan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (λ).

4.5.1 Grafik Perbandingan Antara Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Untuk

Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua

Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu

Berikut ini adalah grafik perbandingan antara kecepatan putaran kincir

dengan torsi kincir di tunjukan pada Gambar 4.10 antara ketiga variasi sudu.


50

Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Antara Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi

Untuk Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi Dua Sudu

dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu

Dari data yang sudah diperoleh (Gambar 4.1, 4.2, 4.3) dapat dibandingan

ketiga variasi jumlah sudu yang diteliti. Perbandingan kecepatan putaran kincir

dengan torsi dapat dilihat pada Gambar 4.10. Dapat dilihat bahwa kincir angin

variasi empat sudu menghasilkan torsi yang paling besar diantara dua variasi

yakni 0,98 N.m, pada kecepatan putaran kincir 215 rpm. Hal ini disebabkan

karena kincir angin empat sudu ini mampu menangkap angin lebih banyak

dibandingkan dua sudu dan tiga sudu membuat nilai torsi menjadi lebih tinggi

dibandingkan dengan variasi lain dan kincir angin yang menggunakan variasi dua

sudu menghasilkan torsi yang paling rendah, hal ini disebabkan karena tangkapan

angin yang paling sedikit dibandingkan tiga sudu dan empat sudu.

0

100

200

300

400

500

600

700

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

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n (

rpm

)

Torsi ,T(N.m)

2 sudu

3 sudu

4 sudu


51

4.5.2 Grafik Perbandingan Koefisien Daya 𝑪𝒑 dengan Tip Speed Ratio (𝜆)


Dua Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu

Berikut ini adalah grafik perbandingan hubungan koefisien daya 𝐶𝑝 dengan

tip speed ratio (λ) antara ketiga variasi sudu di tunjukan pada Gambar 4.11.

Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Koefisien Daya 𝐶𝑝 dengan Tip Speed Ratio

(λ) Untuk Kincir Angin Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Variasi

Dua Sudu dengan Tiga Sudu dan Empat Sudu

Dari data yang sudah diperoleh (Gambar 4.7, 4.8 dan 4.9) dapat dibandingan

ketiga variasi jumlah sudu yang diteliti. Perbandingan hubungan koefisien daya

𝐶𝑝 dengan tip speed ratio (𝜆) dapat dilihat pada Gambar 4.11. Bahwa ketiga

kincir angin menunjukan dari grafik trendline nilai koefisien daya maksimal

hampir sama besar yaitu mencapai 15 %, dan untuk tip speed ratio optimal yang

paling besar dihasilkan pada variasi kincir dua sudu yaitu 2,98 lebih besar

dibandingkan dengan variasi tiga dan empat sudu. Menurut Tabel 4.4, Tabel

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 4 5

Koef

isie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%)

Tip Speed Ratio, λ

2 sudu

3 sudu

4 sudu


52

4.5 dan Tabel 4.6 kincir angin dua sudu menghasilkan koefisien daya maksimal

sebesar 14,76 % pada tip speed ratio optimal 3,45. Kincir angin tiga sudu

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 15,37 % pada tip speed ratio

optimal 2,24. Kincir angin empat sudu menghasilkan koefisien daya maksimal

sebesar 15,42 % pada tip speed ratio optimal 1,94.


53

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan pengujian sudu, pengambilan data dan analisis data dapat

disimpulkan bahwa sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin horisontal tipe petani garam Rembang

dengan variasi jumlah sudu yaitu dua tiga dan empat sudu. Dengan

diameter ketiga sudu sama yaitu 1 meter.

2. Pada kecepatan angin rata – rata 7 m/s kincir angin dua sudu menghasilkan

kecepatan putaran kincir maksimal 614 rpm pada saat tanpa pembebanan

dan torsi maksimal adalah 0,62 N.m pada saat kecepatan putaran kincir

305 rpm. Pada kecepatan angin rata – rata 7 m/s kincir angin tiga sudu

menghasilkan kecepatan putaran kincir maksimal 484 rpm pada saat tanpa

pembebanan dan torsi maksimal adalah 0,78 N.m pada saat kecepatan

putaran kincir 299 rpm. Pada kecepatan angin rata – rata 7 m/s kincir

angin empat sudu menghasilkan kecepatan putaran kincir maksimal 404

rpm pada saat tanpa pembebanan dan torsi maksimal adalah 0,98 N.m

pada saat kecepatan putaran kincir 215 rpm.

3. Kincir angin dua sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar

14,76 % pada tip speed ratio optimal 3,45. Kincir angin tiga sudu

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 15,37 % pada tip speed


54

ratio optimal 2,24. Kincir angin empat sudu menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 15,42 % pada tip speed ratio optimal 1,94.

5.2 Saran

1. Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja kincir angin tipe petani garam

Rembang perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang variasi sudut

tangkapan angin.

2. Menggunakan material lain dalam pembuatan sudu sebagai pembanding

kincir angin yang diteliti.


55

DAFTAR PUSTAKA

Doddy Purwadianto, Trio Pordomuan, 2013, Pengaruh Posisi Sirip Sudu

Terhadap Karakteristik Kincir Angin Petani Garam di Pantai Utara Jawa,

Bandar Lampung.

International Energy Agency. (2008). World Outlook Energy 2008. Paris.

International Energy Agency.

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

Technology Bandung, Bandung.

Rines, 2015, “Investigasi Pengaruh Pitch Angle terhadap Unjuk Kerja Pada

Model Kincir Angin Bersudu Datar Persegi Panjang”, Proceeding

Seminar Nasional Teknik Mesin 8 2013, Surabaya, Indonesia.

https://www.merdeka.com/ireporters/peristiwa/ada-ratusan-kincir-angin-di-

lahanpembuatan-garam.html diakses pada tanggal 20 April 2017

http://rubik.okezone.com/read/2967/ada-kincir-angin-di-lahan-pembuatan-garam

diakses pada tanggal 20 April 2017


https://www.merdeka.com/ireporters/peristiwa/ada-ratusan-kincir-angin-di-lahan-pembuatan-garam.html

https://www.merdeka.com/ireporters/peristiwa/ada-ratusan-kincir-angin-di-lahan-pembuatan-garam.html

http://rubik.okezone.com/read/2967/ada-kincir-angin-di-lahan-pembuatan-garam

unjuk kerja model kincir angin sumbu horisontal … · tipe petani garam rembang dengan tiga...

Documents