PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIrepository.usd.ac.id/407/2/115214017_full.pdf · 2015. 8....

$: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIrepository.usd.ac.id/407/2/115214017_full.pdf · 2015. 8. 10. · tinjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu lengktii\g siln\[dris dari bahan$
i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU

LENGKUNG SILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYU

DENGAN TIGA VARIASI PERLAKUAN PERMUKAAN SUDU

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO

NIM : 115214017

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF THREE CYLINDRICAL CURVE

BLADES PROPELLER WINDMILL FROM WOOD

MATERIAL WITH THREE SURFACE TREATMENT

VARIATIONS

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO

Student Number : 115214017

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015


TINJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU

LENGKTII\G SILN\[DRIS DARI BAHAN DASAR KAYU

DENGAN TIGA VARIASI PERLAKUAN PERMUKAAN ST]DU

Disusun oleh :

k. Rines, M. T.

ilt


TNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SLIDU

LENGKTTNG SILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYUDENGAN TIGA VARIASI PERIAKUA1Y PERMUKAAN SUDU

Yang dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA : FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO

NIM: 115214017

Telah dipertahankan di depan Dewan pengrrji

Pada tanggal 22 Jurn 2015

Ketua

Sekretaris

Anggota

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

: Budi Setyahandana, S. T., M. T.

: RB Dwiseno Wihadi, S. T,, M. Si.

: k. Rines, M. T.

Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratanUntuk mernperoleh gelar Sa{ana Teknik

tv

Yogyakarta, 25 Juni 201 5Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata Dharma

ina Heruningsih Prima Ros4 S.Si.,

rK.-1w=?d-r"-tEr

FHM.Sc.


PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam tugas akhirdengan judul :

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU LENGKUNGSILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI

PERLAKUAN PERMUKAAN SUDU

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi

Sarjana Teknik pada program Strata-1, Jurusan Teknik Mesi, Fakultas Sains san

Teknologi, universitas sanata Dhanna, yogyakarla. Sejauh yang saya ketahui

bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang suclah clipublikasikan di

Perguruan tinggi manapun. Kecuali bagian infonnasi yang dicantumkan dalam

daftar pustaka.

Dibuat di : Yogyakarta

Pada tanggal : 1 April 20i5

Penulis

S Bagus Murbantoro


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

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

Nama : FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO

Nomor Mahasiswa : \15214011

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya rnemberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU LENGKUNG

SILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI

PERLAKUAN PERNIUKAAN SUDU

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama

tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenamya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 1 April 2015

Yang menyatakan

vi

hsiscus Bagus Murbantoro


vii

INTISARI

Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan

oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan

pemborosan sumber daya energi. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya

ide untuk menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya yakni

angin, dengan 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 dengan tiga

variasi perlakuan kekasaran permukaan sudu kincir angin.

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler tiga sudu poros

horizontal berdiameter 80 cm berbahan dasar kayu. Kekasaran permukaan

dilakukan dengan cara melapisi permukaan belakang dan depan sudu kincir angin.

Terdapat tiga varisasi perlakuan pelapisan permukaan yaitu kincir angin pertama

berbahan dasar kayu tanpa pelapisan, kincir angin ke dua berbahan dasar kayu

berlapis seng di permukaan belakang sudu, dan kincir angin ke tiga berbahan

dasar kayu berlapis anyaman bambu di permukaan depan dan berlapis seng di

permukaan belakang sudu. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya

maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke

mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir.

Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin

diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan

anemometer. Kecepatan udara yang ditetapkan berkisar antara 8 m/s hingga 9

m/s.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin sudu tanpa lapisan menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 7,42% pada tip speed ratio 2,19 dengan daya

output sebesar 15,87 watt dan torsi sebesar 0,32 N.m pada kecepatan angin 8,97

m/s. Kincir angin bersudu lapis seng menghasilkan koefisien daya maksimal

sebesar 7,79% pada tip speed ratio 2,51 dengan daya output sebesar 15,38 watt

dan torsi sebesar 0,28 N.m pada kecepatan angin 8,73 m/s. Kincir angin bersudu

lapis anyaman bambu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 4,92% pada

tip speed ratio 1,92 dengan daya output sebesar 8,8 watt dan torsi sebesar 0,16

N.m pada kecepatan angin 8,60 m/s. Dari ketiga kincir angin yang sudah diteliti,

dapat disimpulkan bahwa kincir angin berbahan dasar kayu berlapis seng di

permukaan belakang sudu memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip speed

ratio paling tinggi.

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


viii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih

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

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “UNJUK KERJA KINCIR

ANGIN PROPELER TIGA SUDU LENGKUNG SILINDRIS DARI BAHAN

DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI PERLAKUAN PERMUKAAN

SUDU”.

Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para

mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada

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

Dharma Yogyakarta. Dalam laporan tugas akhir ini membahas mengenai

perancangan, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis propeler, dan

perbandingan daya.

Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih

kepada:

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

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

Mesin.

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

4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.


ix

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

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

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

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

7. Bapak Eliutherius Margiyanto dan Ibu Purwanti sebagai orang tua dari penulis,

serta Aloysius Nawan Kuncoro sebagai saudara dari penulis yang selalu

berdoa, mendukung secara material dan yang lain – lain kepada penulis.

8. Rekan – rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2011 khususnya, yang telah

memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian

laporan tugas akhir.

9. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu yang telah berperan

serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan – kekurangan yang perlu

diperbaiki pada pembuatan laporan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan

saran dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan laporan tugas akhir.

Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini berguna dan bermanfaat

untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa

khususnya, serta bagi para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, 1 April 2015

Penulis


x

DAFTAR ISI

Halaman Sampul ........................................................................................................ i

Halaman Judul ............................................................................................................ ii

Halaman Pernyataan................................................................................................... vi

Intisari ........................................................................................................................ vii

Kata Pengantar ........................................................................................................... viii

Daftar Isi..................................................................................................................... x

Daftar Gambar ............................................................................................................ xii

Daftar Tabel ............................................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN

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

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

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

1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4

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

BAB II DASAR TEORI

2.1 Kincir Angin ............................................................................................. 6

2.2 Jenis – Jenis Kincir Angin ........................................................................ 7

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ............................................... 7

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ................................................... 9

2.3 Kincir Angin Propeler .............................................................................. 12

2.4 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio .......................... 13

2.5 Rumus Perhitungan .................................................................................. 14

2.5.1 Energi Kinetik ........................................................................... 15

2.5.2 Daya Angin ................................................................................ 15

2.5.3 Daya Kincir Angin .................................................................... 16

2.5.4 Koefisien Daya .......................................................................... 16

2.5.5 Tip Speed Ratio.......................................................................... 17

2.5.6 Torsi ........................................................................................... 17


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbin_angin_sumbu_vertikal&action=edit&redlink=1

xi

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian ................................................................................... 18

3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 19

3.3 Desain Kincir ............................................................................................ 25

3.4 Variabel Penelitian ................................................................................... 26

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

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

3.7 Langkah Penelitian ................................................................................... 27

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................ 29

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

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

4.2.2 Perhitungan Torsi ...................................................................... 32

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

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio ........................................................ 33

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

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

4.4 Grafik Hasil Perhitungan .......................................................................... 38

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan .............. 47

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 49

5.2 Saran ......................................................................................................... 50

Daftar Pustaka ............................................................................................................ 52


xii

DAFTAR GAMBAR

hal

1. Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal 8

2. Gambar 2.2 Kincir angin sumbu vertical 10

3. Gambar 2.3 Kincir angin propeler 13

4. Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dengan tsr 14

5. Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin 18

6. Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin 20

7. Gambar 3.3 Dudukan sudu 21

8. Gambar 3.4 Terowongan angin 21

9. Gambar 3.5 Fan blower 22

10. Gambar 3.6 Anemometer 23

11. Gambar 3.7 Tachometer 23

12. Gambar 3.8 Neraca pegas 24

13. Gambar 3.9 Sistem pengereman 24

14. Gambar 3.10 Desain kincir 25

15. Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin 25

16. Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin

sudu polos 38


sudu lapis seng 39


sudu lapis anyaman bambu 40

19. Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin

sudu polos 41


xiii

20. Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu

lapis seng 41

21. Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu

lapis anyaman bambu 42

22. Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk

kincir angin sudu polos 44


kincir angin sudu lapis seng 45


kincir angin sudu lapis anyaman bambu 47

25. Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk

tiga variasi pelapisan permukaan sudu 48


xiv

DAFTAR TABEL

hal

1. Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan 31

2. Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng 32

3. Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu 33

4. Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan 38

5. Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng 38

6. Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis

anyaman bambu 39


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan

oleh setiap warga masyarakat di negara – negara maju dan negara – negara yang

sedang berkembang. Menurut Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral,

Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE),

sumber daya energi yang ada di Indonesia dan di dunia semakin menipis,

dimana energi menjadi semakin langka dan semakin mahal dengan pertumbuhan

konsumsi energi rata – rata 7% setahun. Jumlah pemakaiannya yang sangat besar

dan terus bertambah mengakibatkan adanya pemborosan sumber daya energi.

Penggunakan energi yang terus bertambah disebabkan oleh kebutuhan masyarakat

yang terus meningkat, namun tidak diimbangi dengan pemasokan energi yang

ada. Menyebabkan kebutuhan pasokan dari energi fosil menjadi semakin besar.

Penggunaan dari energi fosil sendiri menimbulkan efek samping terhadap

perubahan iklim global yang disebabkan oleh meningkatnya Gas Rumah Kaca

(GRK) di atmosfir Bumi. (http://ebtke.esdm.go.id/post/2012/05/31/14/, diakses 1

April 2015).

Dalam ilmu Energi Terbarukan muncul adanya ide untuk dapat

menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis. Alam Indonesia memiliki

banyak sumber energi alternatif, salah satu contohnya yakni angin, karena

terdapat dimana – mana, terutama pada pesisir – pesisir pantai dan di daerah


2

pegunungan. Adanya bantuan energi angin ini, masyarakat masih bisa

menggunakan energi listrik tanpa harus mengabiskan pasokan sumber daya energi

yang ada di bumi. Energi listrik tidak dihasilkan langsung dari alam, namun dapat

dihasilkan energi alternatif dari angin yang berasal dari alam dengan bantuan

sebuah alat.

Alat yang digunakan untuk dapat menghasilkan energi alternatif dari alam

terutama angin adalah kincir angin. Penulis mencoba melakukan penelitian

dengan merancang dan membuat kincir angin jenis propeler tiga sudu poros

horizontal dari bahan dasar kayu berjenis triplek. Ukuran jari – jari sudu dari

ketiga kincir angin ini sama yakni 40 cm dengan ketebalan kayu yang digunakan

adalah 8 mm. Bentuk dari sudu kincir angin yang dirancang yakni sudu dengan

sudut patahan lengkung silindris. Artinya, sudu ini diambil potongannya dari

sebuah benda yang mirip tabung silindris, sehingga jika sudu – sudu ini disusun

maka akan membentuk sebuah tabung silindris dengan patahan – patahannya

melengkung. Pada penelitian ini, penulis mencoba memvariasikan pelapisan

kekasaran permukaan sudu kincir angin untuk mengetahui pengaruh atau dampak

dari pelapisan kekasaran permukaan pada sudu kincir angin terhadap unjuk kerja

dari kincir anign. Kincir angin pertama yang diteliti, dibuat dari kayu tanpa

adanya pelapisan pada permukaan sudunya. Penelitian kincir angin yang kedua,

sudu dari bahan dasar kayu dirancang dengan melakuan pelapisan seng di bagian

belakang permukaan sudu. Penelitian kincir angin yang ketiga menggunakan sudu

berbahan dasar kayu dengan pelapisan anyaman bambu di bagian depan

permukaan sudu dan dilapisi seng di bagian belakang permukaan sudu.


3

1.2 Rumusan Masalah

Pada penelitian yang dilakukan, ternyata ada masalah yang didapati yakni

tentang pemilihan kincir angin yang paling cocok dibuat untuk kondisi alam yang

ada di Indonesia. Penelitian ini memfokuskan pada variasi pelapisan kekasaran

permukaan sudu kincir angin. Melalui penelitian ini diharapkan dapat diketahui

apakah pelapisan kekasaran permukaan sudu berpengaruh terhadap unjuk kerja

dari kincir angin.

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, penulis hanya tertuju pada kajian dan analisa tentang

kincir angin jenis propeler poros horizontal. Penelitian ini dibatasi hanya untuk

tiga variasi pelapisan pada sudu kincir angin, yakni sudu dari bahan dasar kayu

tanpa lapisan, sudu berlapis seng di permukaan belakang, dan sudu berlapis

anyaman bambu di permukaan depan dan berlapis seng di permukaan belakang.

Kecepatan angin rata – rata yang digunakan dalam penelitian ini sekitar 9 m/s.

Ukuran kincir angin ini sudah ditetapkan yakni berdiameter 80 cm. Pembuatan

dan penelitian kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Program

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

Yogyakarta.


4

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang dan membuat kincir angin jenis propeler poros horizontal

dengan jumlah tiga sudu dari bahan dasar kayu, kayu lapis seng, dan kayu

lapis anyaman bambu dan seng, dengan panjang diameter sudu kincir 80

cm.

2. Mengetahui besar daya kincir tertinggi dan torsi yang dapat dihasilkan dari

model kincir angin untuk tiga variasi pelapisan permukaan sudu.

3. Mengetahui perbandingan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio

optimal, dari tiga variasi pelapisan permukaan sudu.

4. Mengetahui model kincir angin yang memberikan nilai tertinggi untuk

koefisien daya maksimal diantara ketiga model kincir angin yang diteliti.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian pembuatan kincir angin ini adalah :

1. Bagi masyarakat/Industri

a. Memudahkan masyarakat terpencil mendapat bahan – bahan yang

dibutuhkan untuk pembuatan kincir angin, sehingga semua kalangan

masyarakat dapat membuat kincir angin dan menghasilkan listrik dalam

skala kecil ataupun besar jika kemudian dikembangkan lebih lanjut.

b. Mengatasi masalah kebutuhan listrik yang dialami oleh masyarakat yang

masih belum terjangkau pasokan listrik dari pemerintah.


5

c. Untuk mengurangi pemborosan karena pemakaian sumber daya energi

yang terus menerus meningkat dari tahun ke tahun.

2. Bagi Akademik

a. Menjadikan pustaka atau sumber bacaan tambahan yang digunakan

untuk membantu proses pembelajaran tentang kincir angin.

b. Menjadikan dasar referensi untuk melakukan penelitian yang lebih

mendalam tentang kincir angin pada penelitian selanjutnya.

3. Bagi Penulis

a. Mempelajari pemahaman baru tentang energi terbarukan, khususnya

energi angin yang ada di Indonesia serta pemanfaatan secara maksimal

dari kegunaan energi angin.

b. Mendapat pengetahuan baru tentang pembuatan kincir angin dengan

baik dan benar yang terbuat dari bahan dasar kayu triplek, seng, dan

anyaman bambu.

c. Menemukan desain kincir angin yang dapat memanfaatkan energi angin

menjadi sumber listrik dengan harga terjangkau, mudah di dapat, dan

ramah lingkungan.


6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Kincir Angin

Kincir angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan

para petani dalam melakukan penggilingan gandum, keperluan irigasi, dll. Kincir

angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa

lainnya yang lebih dikenal dengan windmill.

Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi

kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan

menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun

sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat menyaingi

pembangkit listrik konvensional seperti PLTD, PLTU, dll. Kincir angin masih

dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan

dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui

(Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan

listrik. Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah kincir angin hanya

sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk

mendapatkan hasil yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari kincir angin adalah

mengubah energi kinetis dari angin menjadi energi putar atau mekanis pada

kincir. (http://www.alpensteel.com/article/, diakses 1 April 2015)


7

2.2 Jenis – Jenis Kincir Angin

Pada umumnya, kincir angin dikategorikan dalam dua jenis, yakni :

1. Kincir angin sumbu horizontal.

2. Kincir angin sumbu vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine

(HAWT) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara.

Kincir berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling – baling angin yang

sederhana, sedangkan kincir berukuran besar pada umumnya menggunakan

sebuah sensor angin yang digabungkankan ke sebuah servo motor. Sebagian besar

memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi

lebih cepat berputar. Sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya,

kincir biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah – bilah kincir

dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan

tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak

tertentu dan sedikit dimiringkan. Turbulensi menyebabkan kerusakan struktur

menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar HAWT merupakan mesin

upwind. Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind dibuat agar

tidak memerlukan mekanisme tambahan supaya bilah – bilah kincir tetap sejalan

dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya

bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian


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

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

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baling-baling_angin&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Servo_motor&action=edit&redlink=1

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

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbulensi&action=edit&redlink=1

8

juga mengurangi resintensi angin dari bilah – bilah itu. Bentuk dari kincir angin

sumbu horizontal ini dapat dilihat pada pada Gambar 2.1.

Kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal atau HWAT, yakni dasar

menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang hembusannya lebih kuat di

tempat – tempat yang memiliki geseran angin, perbedaan antara laju dan arah

angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di

sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin

meningkat sebesar 20%.

Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal

(http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2015)

Selain memiliki kelebihan, adapun juga kelemahan yang dimilik oleh

kincir angin sumbu horizontal atau HAWT. Menara yang tinggi serta bilah yang

panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya

transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan kincir angin.

Kelemahan dari desain kincir angin sumbu horizontal adalah sebagai berikut :


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Geseran_angin&action=edit&redlink=1

9

a) HAWT yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat

tinggi dan membutuhkan operator yang profesional.

b) Dibutuhkan konstruksi menara yang besar untuk menyangga bilah – bilah

yang berat, transmisi roda gigi, dan generator.

c) HAWT yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.

d) Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu

penampilan landscape.

e) Berbagai varian downwind mengalami kerusakan struktur yang disebabkan

oleh turbulensi.

f) HAWT membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan

kincir ke arah angin.

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

memiliki poros atau sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan

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

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

bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan

sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi

menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan

perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran

yang berdenyut. Drag atau gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat

melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar. Karena


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



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

10

sulit dipasang di atas menara, kincir sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke

dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan.

Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia

adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan obyek yang lain

mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai

permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing

wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur

kincir angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara kincir kira-kira 50%

dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang

maksimal dan turbulensi angin yang minimal. Bentuk dari kincir angin sumbu

vertical dapat dilihat pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Kincir angin sumbu vertikal

(http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2015)


11

Adapun kelebihan dari desain kincir angin sumbu vertikal adalah sebagai

berikut :

a) Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

b) Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.

c) Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan

bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

d) VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat

secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi

sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

e) Desain VAWT berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak

atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk

diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya HAWT.

f) VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada HAWT.

Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik pada 10km/jam (6 m.p.h.)

g) VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan

putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih

rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus

sangat kencang.

h) VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi

dilarang dibangun.

i) VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari

berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin

(seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),


12

j) VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

k) Kincir pada VAWT mudah dilihat dan dihindari burung.

Selain memiliki kelebihan, desain kincir angin ini juga memiliki

kekurangan yaitu sebagai berikut :

a) Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi HAWT

karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

b) VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di

elevasi yang lebih tinggi.

c) Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan

energi untuk mulai berputar.

d) Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi

tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada

bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya

dorong ke bawah saat angin bertiup.

2.3 Kincir Angin Propeler

Kincir angin propeler ini merupakan jenis kincir angin sumbu horisontal.

Kincir angin propeler merupakan kincir angin yang memiliki jumlah sudu yang

lebih sedikit dari jenis kincir angin yang lainnya. Kincir angin jenis propeler

memiliki penampang airfoil, dimana perputaran sudu kincir angin ini disebabkan

oleh adanya gaya aerodinamika yang bekerja pada suatu kincir angin.


13

Agar propeler dapat berputar, maka letak bidang rotasinya harus tegak

lurus dengan arah angin. Maksud dari penjelasan ini adalah kincir angin jenis

propeler dapat digunakan untuk tipe upwind dan downwind. Bentuk dari kincir

angin jenis propeler ini dapat dilihat pada Gambar 2.3. Jenis kincir angin propeler

ini memiliki keunggulan yaitu :

a. Konstruksi kincir angin lebih sederhana.

b. Karakteristik aerodinamis angin tidak terganggu karena arah angin

langsung menuju rotor.

c. Tidak memerlukan sudut orientasi.

Gambar 2.3 Kincir angin propeler

(backupkuliah.blogspot.com, diakses 1 April 2015)

2.4 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.


http://backupkuliah.blogspot.com/2013/06/energi-angin.html

14

2. Ditandai dengan kurva koefisien daya berbanding dengan perbandingan

kurva tip speed ratio.

Berikut ini grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio dari

berbagai jenis kincir dapat di lihat pada grafik batas Betz (betz limit diperkenalkan

oleh ilmuan Jerman, Albert Betz) berikut ini :

Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dengan tsr

(http://gunturcuplezt.blogspot.com/2012/09/, diakses 1 April 2015)

2.5 Rumus Perhitungan

Rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan kincir angin dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut :

American

Multiblade


15

2.5.1 Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya.

Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya. Dapat ditulis

dalam rumus sebagai berikut :

Ek =

m v

2 (1)

yang dalam hal ini :

Ek : Energi kinetik (J)

m : massa benda (kg)

v : kecepatan benda (m

/s)

2.5.2 Daya Angin

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

Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada dasarnya

daya angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat

ditulis dalam rumus sebagai berikut :

Daya = kerja / waktu

= energi kinetik / waktu

P = ½ . m . ν2 /t

= ½ (ρ.A.d).ν2 /t

= ½ . ρ. A . ν2. (d/t) d/t = ν

= ½ . ρ . A . ν3 (2)

dalam hal ini :

Pin : Daya yang disediakan oleh angin (watt)

: massa jenis aliran (kg

/m 3)


16

ν : kecepatan angin (m

/s)

A : Luas penampang sudu (m2)

2.5.3 Daya Kincir Angin

Daya yang dihasilkan kincir (Pout), yakni daya yang dihasilkan kincir

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

daya yang dihasilkan dapat di hitung dengan rumus :

Pout = Tω (3)

dengan :

Pout : Daya yang dihasilkan kincir (watt)

T : Torsi (Nm)

: kecepatan sudut (rad

/s)

2.5.4 Koefisien Daya

Koefisien daya adalah perbandingan dari daya yang dihasilkan oleh kincir

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

diperhitungkan menggunakan rumus :

x 100% (4)

yang dalam hal ini :

Cp : Koefisien Daya (%)

Pin : Daya yang disediakan oleh angin (watt)

Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt)


17

2.5.5 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan linier lingkaran

terluar kincir dengan kecepatan angin, yang dapat dituliskan sebagai :

tsr =

(5)

dengan :

: putaran poros kincir angin (rad

/s)

r : jari jari kincir angin (m)

: kecepatan angin (m

/s)

2.5.6 Torsi

Torsi adalah hasil perkalian dari gaya pembebanan dengan panjang lengan

torsi, yang dapat dihitung dengan memakai rumus :

FlT (6)

dengan :

T : Torsi (Nm)

F : gaya pembebanan (N)

l : panjang lengan torsi ke poros (m)


18

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram

alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin

Mulai

Perancangan kincir angin propeler tiga sudu

Pembuatan kincir angin berbahan dasar kayu dengan tiga variasi perlakuan

pelapisan di permukaan depan dan belakang sudu

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, kecepatan

angin, dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio.

Membandingan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio pada masing –

masing variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


19

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

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur

yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat

dipertanggungjawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeler dilakukan di Laboratorium

Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi

dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk

menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung

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

3.2 Alat dan Bahan

Model kincir angin propeler dengan bahan dasar kayu triplek namun juga

divariasikan dengan lapisan aluminum dan juga lapisan anyaman bambu. Kincir

pertama ini dibuat dari bahan kayu triplek, kincir ke dua dari kayu lapis seng,

dan kincir ke tiga dari kayu lapis anyaman bambu dan lapis seng, dengan

diameter 80 cm.

1. Sudu kincir angin.

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin


20

berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi perlakuan kehalusan

permukaan, yaitu sudu untuk kincir pertama, kayu tanpa lapisan. Sudu untuk

kincir kedua, kayu berlapis seng di bagian belakang permukaan. Sudu untuk kincir

ketiga, kayu dengan lapisan anyaman bambu di permukaan depan dan lapisan seng

di permukaan belakang. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama,

sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

(a) (b) (c)

Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin yang diteliti

a) tanpa lapisan, b) lapis seng di permukaan belakang, c) lapis anyaman

bambu di permukaan depan dan lapis seng di permukaan belakang

2. Dudukan sudu.

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk

pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu

ini memiliki tiga buah lubang untuk pemasangan sudu dan tiga buah klem

untuk menjepit sudu yang dipasang pada dudukan sudu, untuk mengatur sudu

kemiringan cukup membuka mur klem. Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar

3.3.


21

3. Terowongan Angin

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan

tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter. Gambar 3.4 menunjukan

terowongan angin. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin

bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir

angina. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara

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

menarik blower mengunakan troli.

Gambar 3.3 Dudukan sudu

Gambar 3.4 Terowongan angin


22

4. Fan blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke

wind tunnel, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.5 akan

menunjukan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.5 Fan blower

5. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga

digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.6

menunjukan bentuk dari anemometer.

6. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per

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


23

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

penampil. Gambar 3.7 menunjukan bentuk tachometer.

Gambar 3.6 Anemometer

Gambar 3.7 Tachometer

7. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir

pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.8 menunjukan bentuk dari neraca pegas

yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem


24

pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah

disesuaikan.

8. Sistem pengereman

Sistem pengereman ini berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir,

yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi

dan kecepatan putaran kincir angin.

Gambar 3.8 Neraca pegas

Gambar 3.9 Sistem pengereman


25

9. Penopang kincir

Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat

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

pengereman, yang dihubungkan dengan poros penyambung.

3.3 Desain Kincir

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar

3.10. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang

diameternya berukuran 80 cm dengan sudut patahan sudu 10o. Gambar 3.11

menunjukan desain dari sudut patahan sudu kincir angin.

Gambar 3.10 Desain kincir

Permukaan depan

Sudut patahan 10o

Permukaan belakang

Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin

40 cm

7 cm

4,5 cm

30 cm

4,5 cm 7 cm


26

3.4 Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai

kincir dalam posisi diam atau berhenti.

2. Variasi kehalusan permukaan triplek atau tanpa lapisan tambahan, variasi

dengan mengunakan plat seng, dan variasi menggunakan anyaman bambu.

3.5 Variable yang Diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Kecepatan angin (m/s)

2. Gaya pengimbang (N)

3. Putaran kincir (rpm)

3.6 Parameter yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin

adalah :

1. Daya angin (Pin)

2. Daya kincir (Pout)

3. Gaya pengimbang torsi (T)

4. Koefisien Daya (Cp)


27

3.7 Langkah Penelitian

Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian

adalah pasang kincir angin di dalam terowongan angin pasang komponen poros

penghubung kincir angin dengan mekanisme pengereman yang berada di bagian

depan terowongan angin.

Proses pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir angin dilakukan

secara bersamaan di saat pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir, ada

beberapa hal yang perlu dilakukan yaitu:

1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pengereman.

2) Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin

untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin.

3) Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.

4) Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan lengan

pada mekanisme pengereman.

5) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk menghisap angin pada

terowongan angin.

6) Percobaan pertama variasi triplek tanpa lapisan bahan lain, percobaan kedua

triplek dengan lapisan seng bagian belakang sudu, percobaan ketiga triplek

dengan lapisan seng bagian belakang dan lapisan anyaman bambu pada

bagian depan

7) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara

memundurkan jarak fan blower terhadap terowongan angin agar dapat

menentukan variasi kecepatan angin. Dalam percobaan ini kecepatan angin


28

disamakan atau dibuat sama.

8) Memvariasikan beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan

variasi pembebanan, menggunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan

seterusnya sampai kincir angin berhenti.

9) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang

diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa

pengimbang yang terukur pada neraca pegas.

10) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan

kincir angin dengan mengunakan tachometer.

11) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.

12) Mengulang kembali dari langkah ke 6 hingga langkah ke 11 untuk variasi

sudu sudu yang berikutnya.


29

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Berikut ini data hasil dari penelitian kincir angin tiga sudu jenis propeler

dengan tiga variasi pelapisan permukaan sudu. Data yang diperoleh dapat dilihat

pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan

No Penelitian Kec. Angin Gaya pengimbang Putaran kincir

v (m

/s) F (gram) n (rpm)

1

1

9,13 0 833

2 9,2 60 806

3 8,8 100 764

4 8,8 160 690

5 8,9 190 640

6 8,9 220 615

7 9 260 510

8 9,1 300 486

1

2

9 0 831

2 8,6 60 764

3 9,2 120 711

4 9 150 678

5 9 170 595

6 8,9 240 547

7 9 260 505

8 8,9 300 416

1

3

9 0 820

2 8,6 60 742

3 9.2 120 690

4 9 150 654

5 9 170 624

6 8,9 240 564

7 9 260 555

8 8,9 300 503


30

Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng


v (m


1

1

9 0 833

2 8,6 70 709

3 8,6 120 667

4 9 170 630

5 8,9 190 562

6 8,9 210 480

7 8,6 230 461

1

2

8,4 0 833

2 8,7 60 797

3 8,6 100 667

4 8,4 120 650

5 9 160 611

6 8,7 200 487

7 8,7 220 462

1

3

9 0 850

2 8,8 70 797

3 8,8 120 649

4 8,8 150 627

5 8,8 170 607

6 8,8 190 582

7 8,9 220 434


31

Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu


v (m


1

1

8,4 0 751

2 8,5 40 705

3 9,4 50 680

4 8,6 80 644

5 8,5 120 555

6 8,6 140 526

7 8,4 170 447

8 8,6 200 387

1

2

8,5 0 740

2 8,2 40 696

3 8,4 55 687

4 8,5 70 642

5 8,6 120 556

6 8,8 150 533

7 8,8 180 422

8 8,4 200 386

1

3

8,5 0 734

2 8,5 35 690

3 8,6 55 642

4 8,7 80 617

5 8,6 115 551

6 8,4 150 535

7 8,6 170 451

8 8,3 200 388


32

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan beberapa 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

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Contoh perhitungan daya angin, data diambil dari Tabel 4.1 pada

pengujian percobaan pertama dan pembebanan yang ke dua, diperoleh kecepatan

angin adalah sebesar 9,2 m

/s, massa jenis udara (ρ) yang diketahui adalah 1,18

kg/m3, dan luas penampang yang sudah dihitung adalah (A) = 0,50 m

2. Nilai daya

angin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Pin = ½ . ρ . A . v3

= ½ . (1,18) . (0,50) . (9,2)3

= 230 watt

Jadi, nilai daya angin yang dihasilkan adalah sebesar 230 watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari

Tabel 4.1 pada pengujian percobaan pertama dan pembebanan yang ke dua. Dari

data yang diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 0,59 Newton

dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,11 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai

berikut :


33

T = F . l

= (0,59) . (0,11)

= 0,065 N.m

Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,065 N.m

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.1

pada pengujian pertama dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin

sebesar 9,20 m/s, putaran poros (n) sebesar 806 rpm, dan torsi yang telah

diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar = 0,065 N.m. Besar nilai daya

kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Pout = T . ω

= 0,065 .

= 0,065 .

= 5,48 watt

Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 5,48 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 80,71 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,4 m, dan


34

kecepatan angin sebesar 9,20 m

/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung menggunakan

rumus sebagai berikut :

tsr =

=

= 3,5

Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah 3,5

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya

Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas

yakni, besar nilai daya angin pada Sub Bab 4.2.1 adalah 230 watt dan nilai dari

daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub Bab 4.2.3 adalah sebesar 5,48 watt.

Nilai koefisien daya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Cp =

x 100%

=

x 100%

= 2,4%

Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 2,4 %

4.3 Hasil Perhitungan

Pengujian kincir angin sumbu horizontal jenis propeler tiga sudu ini

dilakukan dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu yang berbeda

– beda yakni, triplek polos tanpa lapisan, triplek lapis seng, dan triplek lapis


35

anyaman bambu. Pada pengujian kincir angin jenis propeler tiga sudu yang sudah

diuji ini diperoleh hasil data – data seperti pada Sub Bab 4.2 yang berikut ini

dapat dilihat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6.


35

Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan

Kec. Angin

rata - rata

Gaya

pengimban

g rata - rata

Putaran

kincir

Gaya pengimbang

rerata

Beban

torsi

Kecepatan

sudut Daya angin

Daya

output

kincir

tip

speed

ratio

Koefisien

daya

v (m/s) F (gram) n (rpm) N N.m rad/s Pin (watt) watt tsr Cp (%)

9,04 0 828 0,00 0,00 86,7 219 0,00 3,84 0,00

8,80 60 771 0,59 0,06 80,7 202 5,23 3,67 2,59

9,07 113 722 1,11 0,12 75,6 221 9,24 3,33 4,18

8,93 153 674 1,50 0,17 70,6 211 11,7 3,16 5,52

8,97 183 620 1,80 0,20 64,9 214 12,8 2,90 6,01

8,90 233 575 2,29 0,25 60,2 209 15,2 2,71 7,26

9,00 260 524 2,55 0,28 54,8 216 15,4 2,44 7,12

8,97 300 468 2,94 0,32 49,0 214 15,9 2,19 7,42

Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng

Kec. Angin

rata - rata

Gaya

pengimbang

rata - rata

Putaran

kincir

Gaya pengimbang

rerata

Beban

torsi

Kecepatan

sudut Daya angin

Daya

output

kincir

tip

speed

ratio

Koefisien

daya


8,80 0 828 0,00 0,00 86,7 202 0,00 3,94 0,00

8,70 60 771 0,59 0,06 80,7 195 5,23 3,71 2,68

8,67 113 722 1,11 0,12 75,6 193 9,24 3,49 4,79

8,73 153 674 1,50 0,17 70,6 198 11,7 3,23 5,91

8,90 183 620 1,80 0,20 64,9 209 12,8 2,92 6,14

8,80 233 575 2,29 0,25 60,2 202 15,2 2,74 7,51

8,73 260 524 2,55 0,28 54,8 198 15,4 2,51 7,79


36

Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis anyaman bambu

Kec. Angin

rata - rata

Gaya

pengimbang

rata - rata

Putaran

kincir

Gaya

pengimbang

rerata

Beban

torsi

Kecepatan

sudut Daya angin

Daya

output

kincir

tip

speed

ratio

Koefisien

daya


8,47 0 741 0,00 0,00 77,6 180 0,00 3,67 0,00

8,40 38 697 0,38 0,04 73,0 176 3,02 3,48 1,72

8,80 53 669 0,52 0,06 70,1 202 4,03 3,19 2,00

8,60 77 634 0,75 0,08 66,4 189 5,49 3,09 2,91

8,57 118 554 1,16 0,13 58,0 186 7,41 2,71 3,97

8,60 147 531 1,44 0,16 55,6 189 8,80 2,59 4,67

8,60 173 440 1,70 0,19 46,1 189 8,62 2,14 4,57

8,43 200 387 1,96 0,22 40,5 178 8,74 1,92 4,92


38

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 torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara

koefisien daya dengan tip speed ratio. Penjelasan untuk grafik hubungan diatas,

lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin Sudu

Polos

Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya

dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan

torsi. Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin dengan sudu tanpa lapisan/polos adalah 15,9 watt pada torsi

sebesar 0,32 N.m.

Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin

sudu polos

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Da

ya

, P

ou

t (W

att

)

Torsi, T (Nm)


39


Lapis Seng




dihasilkan kincir angin dengan sudu lapis seng adalah 15,4 watt pada torsi sebesar

0,28 N.m.


sudu lapis seng


Lapis Anyaman Bambu




0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Da

ya

, P

ou

t (W

att

)

Torsi, T (Nm)


40

dihasilkan kincir angin dengan sudu lapis anyaman bambu adalah 8,8 watt pada

torsi sebesar 0,16 N.m.


sudu lapis anyaman bambu

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Untuk Kincir Angin Sudu

Polos


dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm).

Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin

dengan sudu tanpa lapisan/polos adalah 0.32 N.m dan terjadi pada putaran sebesar

468 rpm.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Da

ya

, P

ou

t (W

att

)

Torsi, T (Nm)


41

Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin

sudu polos


Lapis Seng




dengan sudu lapis seng adalah 0.28 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 524 rpm.


sudu lapis seng

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Pu

tara

n, n

(rp

m)

Torsi, T (Nm)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Pu

tara

n, n

(rp

m)

Torsi, T (Nm)


42


Lapis Anyaman Bambu




dengan sudu lapis anyaman bambu adalah 0.22 N.m dan terjadi pada putaran

sebesar 387 rpm.


sudu lapis anyaman bambu

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Maksimal dan tip speed ratio

Untuk Kincir Angin Sudu Polos

Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

Pu

tara

n, n

(rp

m)

Torsi, T (Nm)


43

persamaan y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028 untuk menentukan nilai koefisien

daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan

sebagai berikut :

y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028

0 = 2(-3,1406)x + 14,782

0 = -6,2812x + 14,782

6, 2812x = 14,782

x =

x = 2,35

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai x = tip speed ratio

optimal, yakni sebesar 2,35

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam

persamaan sebagai berikut :

y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028

y = -3,1406(2,35)2 + 14,782(2,35) - 10,028

y = 7,37

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai y = koefisien daya

maksimal (Cpmax), yakni sebesar 7,37%


44

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk

kincir angin sudu polos


Untuk Kincir Angin Sudu Lapis Seng


maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis seng diperoleh

persamaan y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979 untuk menentukan nilai koefisien

daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan

sebagai berikut :

y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979

0 = 2(-3,7479)x + 19,162

0 = -7,4958x + 19,162

7,4958x = 19,162

y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028 0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5

Ko

efis

ien

da

ya

, C

p (

%)

tip speed ratio (tsr)


45

x =

x = 2,57





y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979

y = -3,7479 (2,57)2 + 19,162 (2,57) - 16,979

y = 7,51




kincir angin sudu lapis seng

y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 4 5

ko

efis

ien

da

ya

, C

p (

%)



46


Untuk Kincir Angin Sudu Lapis Anyaman Bambu


maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis anyaman bambu

diperoleh persamaan y = -1,7194x2 + 6,9539x – 2,1897 untuk menentukan nilai

koefisien daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari


y = -1,7194x2 + 6,9539x – 2,1897

0 = 2(-1,7194)x + 6,9539

0 = -3,4388x + 6,9539

3,4388x = 6,9539

x =

x = 2,02





y = -1,7194x2 + 6,9539x – 2,1897

y = -1,7194 (2,02)2 + 6,9539 (2,02) - 2,1897

y = 4,84


47




kincir angin sudu lapis anyaman bambu

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan

Berikut ini adalah grafik perbandingan dari ketiga variasi perlakuan lapisan

sudu permukaan yakni, grafik perbandingan koefisien daya maksimal (Cpmax)

dengan tip speed ratio (tsr).

4.5.1 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Maksimal dengan tip speed ratio

Data yang sudah diperoleh dapat dibandingkan antar ketiga variasi yang

diteliti. Perbandingan koefisien daya maksimal (Cpmax) dapat ditunjukan pada

Gambar 4.10. Dilihat dari Gambar 4.10 dapat diketahui bahwa kincir angin dengan

0

1

2

3

4

5

6

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

Ko

efis

ien

da

ya

(C

p)



48

sudu dengan lapis seng memiliki koefisien daya maksimal (Cpmax) lebih besar dari

pada kedua variasi permukaan sudu yang lainnya. Hal ini disebabkan karena kincir

angin dengan sudu pada bagian belakang berlapis seng memiliki permukaan yang

halus, sehingga tidak terjadi turbulensi yang dapat mengganggu putaran (rpm)

kincir angin.

Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk tiga

variasi pelapisan permukaan sudu

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 4 5

Koef

isie

n d

aya,

Cp (

%)


tanpa lapisan

lapis seng

lapis anyaman bambu


49

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin propeler tiga sudu lengkung silindris dari

bahan dasar triplek dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu yang

sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu dari bahan dasar

kayu dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu. Variasi

yang dilakukan yakni kincir angin dengan sudu tanpa lapisan/polos,

kincir angin dengan kayu lapis seng di permukaan belakang sudu, dan

yang terakhir kincir angin dengan kayu lapis ayaman bambu di bagian

permukaan depan dan lapis seng di bagian belakang permukaan sudu,

dengan panjang diameter kincir angin 80 cm.

2. Kincir angin propeler dengan sudu tanpa lapisan/polos dapat

menghasilkan daya kincir (Pout) maksimal sebesar 15,87 watt pada torsi

optimal yang dihasilkan kincir angin tersebut sebesar 0,32 N.m. Kincir

angin propeler dengan sudu lapis seng dapat menghasilkan daya kincir

(Pout) maksimal sebesar 15,38 watt dan torsi optimal yang dihasilkan

kincir angin tersebut sebesar 0,28 N.m. Kincir angin propeler dengan

sudu lapis anyaman bambu dapat menghasilkan daya kincir (Pout)

maksimal sekitar 8,8 watt dan torsi optimal yang dihasilkan kincir angin

tersebut sebesar 0,16 N.m.


50

3. Kincir angin propeler dengan sudu tanpa lapisan/polos dapat

menghasilkan koefisien daya maksimal (Cpmax) sebesar7,37% pada tip

speed ratio 2,35. Kincir angin propeler dengan sudu lapis seng dapat

menghasilkan koefisien daya maksimal (Cpmax) sebesar 7,51% pada tip

speed ratio 2,57. Kincir angin propeler dengan sudu lapis anyaman

bambu dapat menghasilkan koefisien daya maksimal (Cpmax) sebesar

4,84% pada tip speed ratio 2,02.

4. Setelah mendapatkan hasil perhitungan dari data pada ketiga variasi

pelapisan sudu kincir angin propeler, dinyatakan bahwa, nilai paling

tinggi untuk koefisien daya maksimal (Cpmax) yakni 7,51% dan tip speed

ratio (tsr) 2,57 dihasilkan dari kincir angin dengan sudu triplek lapis

seng.

5.2 Saran

Dalam melaksanakan penelitian ini, penulis merasa bersyukur bahwa ilmu

yang diperoleh pada saat mengikuti perkuliahan selama ini dapat membekali

penulis dalam melaksanakan pembuatan kincir angin propeler tiga sudu lengkung

silindris dari bahan triplek, triplek lapis seng, dan triplek lapis anyaman bambu.

Maka dari itu untuk meningkatkan kualitas serta mutu dari penelitian – penelitian

selanjutnya perkenankanlah penulis untuk memberikan saran yang kiranya

berguna bagi pembaca:


51

1. Persiapkan dengan matang untuk peralatan yang paling menunjang dari

penelitian kincir angin ini yakni wind tunnel, agar kecepatan angin yang

dihasilkan untuk memutar kincir angin menjadi lebih stabil.

2. Dalam pembuatan kincir angin diperlukan ketelitian yang lebih, agar

memperoleh hasil bentuk yang tepat dan sesuai dengan desain kincir

angin yang sudah dibuat sebelumnya.

3. Lebih banyak melakukan variasi pelapisan sudu dan variasi bentuk sudu

agar lebih detail untuk mendapatkan hasil yang baik, sehingga

didapatkan model kincir angin yang cocok untuk dikembangkan yang

sesuai dengan kondisi alam di Indonesia.

4. Usahakan poros penguhubung antara kincir angin dengan wind tunnel

dalam kondisi siap pakai atau tidak melengkung, agar putaran kincir

angin lebih seimbang atau tidak goyah.

5. Gunakan alat – alat pengukur yang kondisinya baik, agar memperoleh

data yang akurat dari hasil penelitian yang dilakukan.


52

DAFTAR PUSTAKA

Culp, Archie W., 1985, “Prinsip-Prinsip Konversi Energi.”, Terjemahan oleh

Darwin Sitompul, Erlangga, Bandung.

Daryanto,Y., 2007, “Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga

Bayu”, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan

Energi Nasional.

Ginting, Soeripno, J., 1993, “Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir

Angin Poros Horisontal.”, Lembaga Fisika Nasional LIPI, Bandung.

Johnson, G.L., 2006,“Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 1

April 2015.

Rines, 2012,“Bahan Ajar Rekayasa Energi Angin.”, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.


PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIrepository.usd.ac.id/407/2/115214017_full.pdf · 2015. 8....

Documents

Transcript of PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIrepository.usd.ac.id/407/2/115214017_full.pdf · 2015. 8....