PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI UNJUK KERJA...

i

UNJUK KERJA TURBIN ANGIN PROPELLER

4 SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM,

DENGAN LEBAR MAKSIMUM SUDU 13 CM PADA JARAK 19 CM

DARI PUSAT SUMBU POROS

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Memperoleh gelar Sarjana Teknik

Di Jurusan Teknik Mesin

Disusunoleh :

DWI ANDIKA KURNIAWAN

125214062

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF FOUR BLADE PROPELLER

WIND TURBINE MADE FROM COMPOSITE IN

DIAMETER OF 100 CM, WITH MAXIMUM BLADE WIDTH OF 13CM

AT LENGTH OF 19 CM FROM AXIAL CENTER

FINAL PROJECT

As a partial fulfillment of the requirements

To obtain the Sarjana Teknik degree

in Department of Mechanical Engineering

Arranged by :

DWI ANDIKA KURNIAWAN

125214062

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016


vii

INTISARI

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan turbin angin berjenispropeller 4 sudu berbahan komposit. Selain itu, penelitian ini juga bertujuanuntuk mengetahui daya keluaran, koefisien daya, dan tip speed ratio dari turbinangin tersebut.

Penelitian ini menggunakan turbin angin berjenis propeller dengan diameterkincir 100 cm, dan lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak 19 cm dari pusatsumbu poros. Bahan yang digunakan dalam pembuatan sudu adalah materialkomposit. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental denganmemvariasikan kecepatan angin pada 7,3 m/s; 8,3 m/s; dan 9,4 m/s denganmenggunakan blower. Variable yang diambil dalam penelitian ini adalahkecepatan angin, kecepatan putar poros, gaya pengimbang, serta tegangan danarus listrik.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada variasi kecepatan angin 7,3 m/sturbin angin dapat bekerja optimal dibanding pada variasi kecepatan angin 8,3 m/sdan 9,4 m/s. Koefisien daya turbin angin pada variasi kecepatan angin 7,3 m/sadalah sebesar 43% yang bekerja pada tip speed ratio sebesar 3,8; koefisien dayaturbin angin pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah sebesar 31% yangbekerja pada tip speed ratio sebesar 3,3; dan koefisien daya turbin angin padavariasi kecepatan angin 9,4 m/s adalah sebesar 22% yang bekerja pada tip speedratio sebesar 2,9.

Kata kunci : turbin angin propeller, komposit, koefisien daya


viii

ABSTRACT

The aim of this study was to develop a four-blade propeller wind turbinemade from composite. Other than that, this study also aimed for knowing theoutput power, the coefficient of power and tip speed ratio of this wind turbine.

This study used a propeller wind turbine with diameter of 100 cm, andmaximum blade width of 13 cm at length of 19 cm from axial center. The materialthat used for making the blade was composite material. This study used anexperimental method with the wind-velocity variations of 7,3 m/s; 8,3 m/s; and9,4 m/s by using blower. The variables taken in this study are the wind-velocity,turbine rotation, the force, the voltage, and electric current.

The result showed that the wind turbine could work optimally at the wind-velocity variation of 7,3 m/s than the other wind-velocity variations. Thecoefficient of power at the wind-velocity variation of 7,3 m/s was about 43% intip speed ratio of 3,8; the coefficient of power at the wind-velocity variation of8,3 m/s was about 31% in tip speed ratio of 3,3; and the coefficient of power atthe wind-velocity variation of 9,4 m/s was about 22% in tip speed ratio of 2,9.

Keywords : wind turbine propeller, composite, coefficient of power


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerah-

Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul

“Unjuk Kerja Turbin Angin Propeller 4 Sudu Berbahan Komposit Berdiameter

100 cm, dengan Lebar Maksimum Sudu 13 cm pada Jarak 19 cm Dari Pusat

Sumbu Poros”. Penyusunan skripsi ini merupakan syarat menyelesaikan jenjang

pendidikan S-1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa selama penelitian dan penyusunan skripsi ini tidak

lepas dari dukungan beberapa pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terimakasih 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 Kepala Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

membimbing penulis selama melakukan pengujian hingga penulisan skripsi

ini, terimakasih atas bimbingan, nasihat, motivasi dan pelajaran yang sangat

berarti.

4. Seluruh dosen yang telah membagi ilmunya kepada penulis selama masa

kuliah.


x

5. Seluruh staff dan Laboran di jurusan Teknik Mesin, terimakasih atas

bantuannya dalam mempelancar penelitian dan penyusunan skripsi.

6. Kedua orangtua penulis tercinta yang telah mendidik penulis dengan sabar,

memberikan kasih sayang, motivasi, dukungan baik moral maupun materiil

serta doa restu yang tak henti – hentinya diberikan kepada penulis.

7. Aditya Indra Pratama selaku kakak penulis yang selalu memberikan

semangat, bantuan dan dukungan dalam penyusunan skripsi.

8. Vincentius Anggi dan Oktafianus Damar selaku rekan kelompok Tugas

Akhir yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, pengujian, dan

penyusunan skripsi.

9. Teman – teman seperjuangan jurusan Teknik Mesin angkatan 2012,

terimakasih atas dukungan dan kebersamaannya selama ini.

10. Semua pihak yang turur membantu dan mendukung dalam penulisan skripsi

ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu – persatu.

Penulis menyadari bahwa baik isi maupun bentuk penyajian skripsi ini

masih jauh dari sempurna, namun penulis tetap berharap skripsi ini dapat

memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis pada khususnya.

Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah

banyak membantu, semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan berkat

dan rahmat-Nya kepada kita semua.

Penulis


xi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................. i

Title Page ......................................................................................................... ii

Halaman Pengesahan ....................................................................................... iii

Daftar Dewan Penguji...................................................................................... iv

Pernyataan Keaslian Karya .............................................................................. v

Lembar Pernyataan Persetujuan Karya Ilmiah................................................. vi

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

Abstract ............................................................................................................ viii

Kata Pengantar ................................................................................................. ix

Daftar Isi .......................................................................................................... xi

Daftar Gambar.................................................................................................. xiii

Daftar Tabel ..................................................................................................... xv

Daftar Lampiran............................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah ............................................................................. 3

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

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

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

BAB II LANDASAN TEORI

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

2.2 Turbin Angin ........................................................................................ 7

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal ......................................................... 9

2.2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal ............................................................. 14

2.3 Komposit .............................................................................................. 16

2.3.1 Polimer ................................................................................................. 20

2.3.2 Serat (Fiber) ......................................................................................... 22

2.4 Perhitungan Koefisien Daya ................................................................ 24


xii

2.4.1 Energi Angin dan Daya Angin ............................................................. 24

2.4.2 Daya Mekanis....................................................................................... 26

2.4.3 Daya Listrik.......................................................................................... 27

2.4.4 Koefisien Daya..................................................................................... 27

2.5 Perhitungan Torsi dan Tip Speed Ratio................................................ 28

2.5.1 Torsi .................................................................................................. 28

2.5.2 Tip Speed Ratio .................................................................................... 29

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 30

3.2 Tahapan Penelitian ............................................................................... 30

3.3 Bahan dan Alat ..................................................................................... 31

3.4 Langkah – Langkah Pembuatan Sudu Kincir Angin............................ 37

3.5 Langkah – Langkah Penelitian............................................................. 42

3.6 Langkah – Langkah Pengolahan Data.................................................. 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengujian ..................................................................................... 46

4.2 Pengolahan Data................................................................................... 48

4.3 Pembahasan Grafik .............................................................................. 54

4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi ............................ 55

4.3.2 Grafik Hubungan Daya Ouput dan Torsi ............................................. 56

4.3.3 Grafik Hubungan Cp (mekanis) dan TSR............................................ 61

4.3.4 Grafik Hubungan Cp (listrik) dan TSR................................................ 64

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 68

5.2 Saran .................................................................................................. 69

Daftar Pustaka .................................................................................................. 71

Lampiran .......................................................................................................... 73


xiii

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 American Windmill............................................................ 12

Gambar 2.2 Cretan Sail......................................................................... 13

Gambar 2.3 Dutch Four Arm ................................................................ 13

Gambar 2.4 Turbin Angin Darrieus ...................................................... 15

Gambar 2.5 Turbin Angin Savonius ..................................................... 16

Gambar 2.6 Grafik hubungan tegangan dan regangan antara

komposit, matriks, dan serat.............................................. 18

Gambar 2.7 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya .................. 19

Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan matriksnya................... 20

Gambar 2.9 Grafik hubungan antara CP dan TSR................................ 28

Gambar 3.1 Diagram alir yang menggambarkan langkah – langkah

penelitian ........................................................................... 30

Gambar 3.2 Sudu turbin angin berjenis propeller berbahan komposit . 31

Gambar 3.3 Hub .................................................................................... 32

Gambar 3.4 Resin polyester .................................................................. 32

Gambar 3.5 Seratgelas / fiberglass........................................................ 33

Gambar 3.6 Mesin Blower .................................................................... 34

Gambar 3.7 Alat uji Anemometer ......................................................... 34

Gambar 3.8 Alat uji Tachometer........................................................... 35

Gambar 3.9 Alat uji neraca pegas ......................................................... 35

Gambar 3.10 Alat uji Multimeter............................................................ 36

Gambar 3.11 Alat uji Voltmeter.............................................................. 37

Gambar 3.12 Lampu pembebanan .......................................................... 37

Gambar 3.13 Desain sudu turbin angin berjenis propeller ..................... 38

Gambar 3.14 Proses menggambar cetakan pada pipa ............................. 38

Gambar 3.15 Proses pemotongan dan penghalusan cetakan................... 38

Gambar 3.16 Proses pencampuran resin dengan katalis ......................... 39

Gambar 3.17 Proses pelapisan sudu dengan aluminium foil .................. 40


xiv

Gambar 3.18 Proses pembuatan sudu kincir berbahan komposit............ 40

Gambar 3.19 Proses pemotonga nsudu ................................................... 41

Gambar 3.20 Proses pengeboran sudu .................................................... 41

Gambar 3.21 Proses pengecatan sudu ..................................................... 41

Gambar 3.22 Sudu kincir angin berbahan komposit ............................... 42

Gambar 3.23 Skema rangkaian listrik ..................................................... 43

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar poros dan torsi untuk

ketiga variasi kecepatan angin........................................... 55

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada variasi

kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s ................................... 56





Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output (mekanis) dengan torsi

untuk ketiga variasi kecepatan angin................................. 59

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya output (listrik) dengan torsi untuk

ketiga variasi kecepatan angin........................................... ` 60

Gambar 4.7 Grafik hubungan CP (mekanis) dengan tip speed ratio


Gambar 4.8 Grafik hubungan CP (listrik) dengan tip speed ratio



xv

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin ..................................................... 6

Tabel 2.2 Kekuatan Serat ...................................................................... 23

Tabel 2.3 Sifat – sifat dari jenis serat gelas ........................................... 24

Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – rata

7,3 m/s .................................................................................... 46


8,3 m/s .................................................................................... 47


9,4 m/s .................................................................................... 48

Tabel 4.4 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – rata

7,3 m/s .................................................................................... 52


8,3 m/s .................................................................................... 53


9,4 m/s .................................................................................... 54


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Hal

Lampiran 1. Grafik hubungan kecepatan putar poros dengan torsi

pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s ............... 73





Lampiran 4. Grafik hubungan koefisien daya (mekanis) dengan tip

speed ratio pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3

m/s ..................................................................................... 74



m/s ..................................................................................... 75



m/s ..................................................................................... 75

Lampiran 7. Grafik hubungan koefisien daya (listrik) dengan tip


m/s ..................................................................................... 76



m/s ..................................................................................... 76



m/s ..................................................................................... 77

Lampiran 10. Grafik hubungan daya output dengan kecepatan putar

poros pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s ..... 77




xvii




1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi di dunia dan khususmya di Indonesia setiap tahun

semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk, perkembangan

ekonomi dan pola konsumsi masyarakat terhadap energi. Menurut Kementrian

Energi dan Sumber Daya Mineral, Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan

dan Konversi Energi (EBTKE), sumber daya energi di Indonesia dan dunia

semakin menipis, dimana energi menjadi langka dan semakin mahal dengan

pertumbuhan konsumsi energi rata-rata 7% setahun (Andri Kusbiantoro, dkk.,

2013). Sedangkan, pertumbuhan kebutuhan energi ini tidak diimbangi dengan

pasokan energi yang cukup, sehingga pasokan kebutuhan energi fosil masih

terlalu besar, penggunaan energi fosil sendiri dapat mengakibatkan perubahan

iklim global yang disebabkan oleh meningkatnya Gas Rumah Kaca (GRK) di

atmosfir bumi. Untuk memenuhi kebutuhan energi dan mengurangi gas rumah

kaca ini perlu ditingkatkan upaya pemanfaatan Energi Baru Terbarukan (EBT)

atau energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang mudah dan dapat

digunakan adalah angin (Andri Kusbiantoro, dkk., 2013).

Energi angin adalah sumber energi terbarukan yang telah dimanfaatkan

selama lebih dari seabad. Pemanfaatan energi angin menjadi salah satu

pemanfaatan energi baru terbarukan paling efektif di dunia, karena sumber daya

angin tersedia dimana pun dan bebas polusi. Untuk memanfaatkan energi angin,


2

dibutuhkan sebuah alat yang disebut turbin angin. Turbin angin adalah kincir

angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada

awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan

penggilingan padi, keperluan irigasi, dan lain-lain. Prinsip dasar kerja dari turbin

angin adalah mengubah energi angin menjadi energi mekanik pada kincir, lalu

putaran kincir digunakan untuk memutar generator yang akan menghasilkan

listrik. Pemanfaatan kincir angin atau turbin lebih menguntungkan dibandingkan

dengan pemanfaatan mesin diesel, photovoltaic atau penambahan jaringan listrik.

Salah satu jenis turbin angin yang dapat digunakan adalah Turbin Angin

Sumbu Horizotnal (TASH). Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) memiliki

poros atau sumbu rotor utama yang disusun sejajar dengan permukaan tanah.

Kelebihan utama dari jenis ini adalah daya listrik yang dihasilkan relatif besar.

Turbin angin sederhana dengan diameter 0.6 m, dapat menghasilkan daya listrik

sebesar 80 W (Ahmet Z. Sahin, et al., 2001). Selain itu, jenis turbin ini dapat

menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibanding dengan jenis turbin angin

sumbu vertikal, karena sudu atau blade pada turbin angin sumbu horizontal selalu

bergerak tegak lurus terhadap arah angin dan menerima daya sepanjang putaran.

Dalam pembuatannya, sudu turbin angin dapat dibuat menggunakan

berbagai macam material, salah satunya adalah komposit. Komposit merupakan

material yang tersusun dari kombinasi dua atau lebih unsur yang secara makro

berbeda di dalam bentuk dan komposisi material yang pada dasarnya tidak dapat

dipisahkan (Schwartz (1984), dalam Daniel Andri Porwanto, 2009). Penggunaan

material komposit pada sudu turbin angin bertujuan untuk mengurangi bobot


3

kincir angin dibanding menggunakan material lain, serta memberi kekakuan dan

kekuatan spesifik pada sudu turbin angin.

Berdasarkan latar belakang tersebut, dilakukan pengujian terhadap unjuk

kerja turbin angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit. Variasi kecepatan

angin yang digunakan bertujuan untuk mengetahui perbandingan unjuk kerja dari

turbin angin tersebut.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dari pengujian turbin angin sumbu horizontal ini adalah

sebagai berikut :

1) Bagaimana desain dan bentuk dari turbin angin jenis propeller ini.

2) Bagaimana nilai koefisien daya dan tip speed ratio dari turbin angin

jenis propeller ini.

3) Bagaimana torsi dan daya output dari turbin angin jenis propeller ini.

4) Bagaimana perngaruh kecepatan angin terhadap kecepatan putar turbin

angin jenis propeller ini.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1) Membuat dan mengembangkan turbin angin propeller 4 sudu berbahan

komposit.

2) Mengetahui koefisien daya dan tip speed ratio dari turbin angin jenis

propeller ini.


4

3) Mengetahui torsi dan daya output dari turbin angin jenis propeller ini.

4) Mengetahui pengaruh kecepatan angin terhadap kecepatan putar turbin

angin jenis propeller ini.

1.4 Batasan Masalah

Permasalahan dalam pengujian ini dibatasi pada :

1) Jenis turbin angin yang digunakan adalah turbin angin sumbu

horizontal berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum sudu 13 cm

pada jarak 19 cm dari pusat sumbu poros.

2) Model turbin angin yang digunakan adalah turbin angin propeller

dengan jumlah sudu sebanyak 4 buah sudu.

3) Bahan material yang digunakan pada sudu kincir menggunakan

material komposit

4) Pengujian dilakukan di dalam laboratorium Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta menggunakan fan blower.

5) Variasi yang digunakan adalah variasi kecepatan angin.

1.5 Manfaat Penelitian

Pengujian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :

1) Memberikan informasi mengenai unjuk kerja, kecepatan putar turbin,

dan daya output turbin angin jenis propeller ini.


5

2) Memberikan informasi mengenai pemanfaatan turbin angin propeller

sebagai pengaplikasian energi terbarukan dan alternatif pembangkit

tenaga listrik yang ramah lingkungan.

3) Menjadikan turbin angin propeller berbahan komposit sebagai salah

satu alternatif pembangkit tenaga listrik yang ramah lingkungan.


6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Angin

Angin merupakan gerakan udara dari daerah yang bertekanan tinggi ke

daerah yang bertekanan rendah (Surya Bagaskara, dkk, 2010). Angin menjadi

salah satu energi alternatif yang dapat dimanfaatkan sebagai penggerak pompa air,

generator, dan sebagainya. Angin terjadi karena perbedaan suhu atau temperatur

antara udara panas dan udara dingin (Sunarwo dan Bambang Sumiyarso, 2011).

Di daerah yang panas, udara mengembang, menjadi panas lebih ringan sehingga

udara naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin.

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin

Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah

Kelas

Angin

Kecepatan Angin

(m/s)

Kondisi Alam di Daratan

1 0.00 – 0.02 -------------------------------------

2 0.3 – 1.5 Angin bertiup, asap lurus ke atas

3 1.6 – 3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin

4 3.4 – 5.4 Wajah terasa ada angin, daun bergoyang,

petunjuk arah angin bergerak

5 5.5 – 7.9 Debu jalan, kertas berterbangan, ranting

pohon bergoyang

6 8.0 – 10.7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar

7 10.8 – 13.8 Ranting pohon besar bergoyang, air

plumpang bergoyang kecil

8 13.9 – 17.1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin

terasa di telinga

9 17.2 – 20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan


7

berat melawan arah angin

10 20.8 – 24.4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah

rubuh

11 24.5 – 28.4 Dapat merubuhkan pohon, menimbulkan

kerusakan

12 28.5 – 32.6 Menimbulkan kerusakan parah

13 32.7 – 36.9 Tornado

(sumber : www.mataduniakami.id/2016/01/sumber-daya-energi-angin.html,

diakses 2 Juni 2016)

Sebagian besar wilayah Sumatera dan Kalimantan memiliki potensi

kecepatan angin yang cukup rendah yaitu antara 1,3 m/s – 2,7 m/s. Pulau Jawa

dan Sulawesi memiliki potensi kecepatan angin antara 2,7 m/s – 5 m/s.

Sebagian besar wilayah Maluku dan Nusa Tenggara memiliki potensi

kecepatan angin 4,5 m/s – 5,5 m/s (Puji S, dkk, 2012).

2.2 Turbin Angin

Turbin angin (wind turbine) pertama kali digunakan oleh bangsa Persia

dalam bentuk kincir angin pada abad ke 5. Kemudian penggunaan kincir angin

menyebar ke seluruh Eropa. Bangsa Belanda mulai menggunakan kincir angin

sekitar abad ke 13. Pada saat itu, bangsa Belanda memanfaatkan kincir angin

sebagai salah satu cara untuk memperluas wilayah daratnya. Pada abad ke 17,

bangsa Belanda mulai memanfaatkan kincir angin dalam bidang industri dan

membantu para petani dalam kegiatan pertanian. Kemudian pada akhir abad ke

19, seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, P. La Cour

dari Denmark mulai memanfaatkan kincir angin sebagai alat pembangkit energi


8

listrik yang disebut turbin angin (wind turbine). Pada periode yang sama, Charles

Brush membangun turbin angin dengan menambahkan gearbox untuk menaikkan

putaran.

Pada tahun 1920, seorang insiyur asal Perancis, Darrieus G.J.M,

menciptakan turbin angin sumbu vertikal pertama dan mematenkannya sebagai

Turbin Angin Darrieus pada tahun 1931. Pada tahun 1922, S.J. Savonius turut

serta dalam perkembangan turbin angin dengan menciptakan Turbin Angin

Savonius di Finlandia. Pada tahun 1931, sebuah turbin angin berdaya output 100

kW dengan menerapkan utility-scale sistem pertama didirikan di Rusia dan

diaplikasikan di sekitar pantai Laut Caspia. Dan pada tahun 1941, Palmer C.

Putman membangun turbin angin berdaya output 1250 kW dengan rotor yang

dapat berputar secara konstan.

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengkonversi energi kinetik

dari angin menjadi energi putar pada kincir, selanjutnya putaran kincir digunakan

untuk memutar generator sehingga dapat menghasilkan listrik. Putaran kincir

tersebut dikarenakan adanya kombinasi dari gaya lift dan gaya drag yang

dihasilkan akibat bentuk aerodinamis dari penampang sudu / bilah turbin angin

(Farid Ridha Muttaqin, dkk, 2015). Perubahan sudut pitch dari sudu / bilah akan

mempengaruhi kecepatan sudut dari rotor karena adanya perubahan jumlah daya

angin yang diterima sudu / bilah yang dikonversi menjadi kecepatan putar rotor

(Harika (2008) dalam Farid Ridha Muttaqin, dkk, 2015).


9

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal

Berdasarkan sumbu putarnya, turbin angin digolongkan menjadi dua macam

tipe, yaitu Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertical Axis Wind

Turbine (VAWT). Turbin angin sumbu horizontal atau HAWT adalah turbin

angin yang memiliki poros atau sumbu rotor utama sejajar dengan permukaan

tanah. Turbin angin sumbu horizontal bekerja berdasarkan prinsip aerodinamis,

dimana rotor turbin mengalami gaya geser (drag force) dan gaya angkat (lift

force).

Turbin Angin Sumbu Horizontal memiliki komponen – komponen sebagai

berikut, yaitu :

a. Rotor

Rotor pada turbin angin berfungsi untuk menerima energi kinetik dari

angin dan mengubahnya ke dalam bentuk energi gerak putar (Puji S, dkk.,

2012). Pada rotor, terdapat blade / sudu / baling – baling. Semakin panjang

blade / sudu / baling – baling, maka semakin luas area yang dapat menerima

hembusan angin.

b. Gearbox

Gearbox berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir

menjadi putaran tinggi (Puji S, dkk., 2012).

c. Generator

Generator merupakan salah satu komponen terpenting dalam

pembuatan turbin angin. Generator berfungsi untuk mengubah energi gerak

dari rotor menjadi energi listrik. Prinsip kerja generator menerapkan teori


10

medan elektromagnetik. Poros pada generator dipasang dengan material

ferromagnetic permanen dan di sekeliling poros terdapat stator yang

terbentuk dari kumparan – kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika

poros tersebut berputar, maka akan terjadi perubahan fluks pada stator.

Perubahan fluks tersebut akan menghasilkan tegangan dan arus listrik yang

berupa AC (alternating current). Tegangan dan arus listrik AC memiliki

bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal (Puji S, dkk., 2012).

d. Brake Sistem

Brake sistem diperlukan saat terjadi hembusan angin yang terlalu

kencang dan menimbulkan putaran berlebih pada generator. Brake sistem

digunakan untuk menjaga putaran poros setelah gearbox agar generator tetap

bekerja pada titik aman. Dampak dari terjadinya putaran berlebih

diantaranya : kerusakan pada generator, kerusakan pada rotor, dan overheat

pada turbin angin.

e. Penyimpanan Energi

Alat penyimpan energi digunakan untuk menyimpan energi listrik

yang dihasilkan oleh generator sebagai cadangan energi listrik. Alat

penyimpan energi memerlukan arus DC (direct current) untuk mengisi

energi. Salah satu alat penyimpanan energi yang dapat digunakan dalam

turbin angin adalah aki mobil.


11

f. Rectifier dan Inverter

Rectifier merupakan penyearah. Rectifier berfungsi untuk

menyearahkan arus AC yang dihasilkan oleh generator menjadi arus DC.

Rectifier digunakan dalam proses penyimpanan energi pada turbin angin.

Inverter merupakan pembalik arah. Inverter berfungsi untuk mengubah

arus DC menjadi arus AC, sehingga energi listrik dapat disalurkan untuk

kebutuhan energi rumah tangga.

g. Tower

Tower atau tiang penyangga adalah bagian struktur dari turbin angin

sumbu horizontal. Tower atau tiang penyangga berfungsi sebagai penopang

dari komponen – komponen turbin angin, seperti rotor, generator, gearbox,

dan poros.

Turbin Angin Sumbu Horizontal memiliki beberapa kelebihan, diantaranya

yaitu : (1) Pengaplikasian pada menara yang tinggi memberikan akses terhadap

angin yang lebih kuat, (2) Turbin angin sumbu horizontal memiliki efisiensi yang

tinggi, karena blade / sudu / baling – baling selalu bergerak tegak lurus dengan

angin, dan (3) Desain permukaan blade ./ sudu / baling – baling yang terkena

angin pada sudut yang konsisten dapat mengurangi getaran dan noise pada

menara.

Disamping itu, Turbin Angin Sumbu Horizontal juga memiliki beberapa

kelemahan, diantaranya yaitu : (1) Pemasangan yang sulit, karena perlu

pengangkutan rotor dan generator ke atas menara, (2) Membutuhkan kontruksi


12

menara yang kuat dan besar untuk menyangga komponen – komponen turbin

angin, (3) Membutuhkan perangkat tambahan untuk mengatur pergerakan turbin

sesuai dengan arah angin, (4) Turbin angin dengan penerapan mesin downwind

lebih sering mengalami kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi, dan

(5) Desain turbin angin yang tinggi dapat mempengaruhi radar pesawat.

Turbin Angin Sumbu Horizontal memiliki beberapa jenis turbin angin,

diantaranya adalah sebagai berikut :

a. American Windmill

American Windmill atau Wind Engine dirancang oleh Daniel Halladay

pada tahun 1854. Turbin angin ini digunakan sebagai kincir angin untuk

mengangkat air dari sumur dan penggilingan gabah, serta memotong jerami.

Gambar 2.1 American Windmill

(sumber : www.neenigeria.com/html/mechanical_windmills.html,


b. Cretan Sail

Cretan Sail dibuat pada tahun 1976 dengan menggunakan material

kayu sebagai material utamanya dan material kain untuk perancangan

sudunya.


13

Gambar 2.2 Cretan Sail

(sumber : www.fieldlines.com/index.phptopic=140886.0,


c. Dutch Four Arm

Desain rancangan kincir angin ini sangat sederhana, dan menjadi awal

dari rancangan kincir angin yang asli. Material yang digunakan dalam

pembuatan kincir angin ini adalah material kayu dan tanah liat. Kincir angin

ini berasal dari negara Belanda.

Gambar 2.3 Dutch Four Arm

(sumber : www.abdolian.com/thoughts/?/p=2806,



14

2.2.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin angin sumbu vertical adalah turbin angin yang memiliki poros atau

sumbu rotor utama tegak lurus dengan permukaan tanah. Kelebihan utama dari

turbin angin ini adalah tidak harus diarahkan ke arah datangnya angin untuk

menghasilkan energi listrik. Kelebihan ini sangat berguna di tempat – tempat yang

arah anginnya sangat bervariasi. Selain itu, torsi yang dihasilkan turbin angin jenis

savonius relatif tinggi (Sargolzei, 2007 dalam Andri Kusbiantoro, 2013).

Kelebihan lain dari turbin angin ini adalah sebagai berikut : (1) Tidak

membutuhkan struktur menara yang besar, (2) Memiliki tip speed ratio yang lebih

rendah, sehingga mengurangi kemungkinan rusak akibat hembusan angin yang

sangat kencang, dan (3) Desain turbin angin sumbu vertical berbilah lurus dengan

luas penampang berbentuk persegi atau persegi panjang, sehingga memiliki luas

tangkapan angin yang lebih besar.

Disamping itu, turbin angin sumbu vertikla juga memiliki kekurangan,

diantaranya : (1) Pengaplikasian pada ketinggian yang rendah membuat turbin ini

mendapat energi angin yang sedikit, (2) Sudu yang mampu mendapatkan energi

angin dinamakan downwind dan sudu yang menolak angin dinamakan upwind,

sudu bagian ini cenderung menghambat putaran poros, dan (3) Berat poros dan

sudu yang bertumpu pada bantalan (bearing) menjadi beban tambahan pada kerja

turbin angin.


15

Turbin Angin Sumbu Vertikal memiliki beberapa jenis turbin angin, yaitu :

a. Turbin Angin Darrieus

Tubrin angin Darrieus diciptakan di Perancis sekitar tahun 1920-an

oleh seorang insiyur asal Perancis, Darrieus G.J.M. Turbin angin ini menjadi

turbin angin sumbu vertical pertama yang diciptakan.

Gambar 2.4 Turbin Angin Darrieus

(sumber : www.brightub.com/environment/renewable-energi articles/92978.aspx,


b. Turbin Angin Savonius

Turbin angin Savonius diciptakan pertama kali di Finlandia pada tahun

1922 oleh S.J. Savonius. Turbin angin Savonius bergerak lebih pelan

dibanding turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang

besar.


16

Gambar 2.5 Turbin Angin Savonius

(sumber : www.kompasiana.com/rudypamungkas/keren-kincir-angin-savonius-

pembangkit-listrik-untuk-pulau-kecil_54f7cda5a33311641e8b4bea, diakses 6 Juni

2016)

2.3 Komposit

Komposit merupakan material yang mempunyai dua atau lebih fasa (Nuning

Aisah, dkk, 2004). Menurut Hendriwan Fahmi, dkk. (2011), komposit merupakan

perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi

suatu material baru yang memiliki karakteristik lebih baik dari keduanya. Bahan

komposit banyak digunakan di berbagai bidang, seperti industri pesawat terbang,

otomotif, komponen elektronik, maupun peralatan rumah tangga. Hal tersebut

dikarenakan sifat bahan komposit yang ringan, kuat, kaku, serta tahan terhadap

korosi (Hendriwan Fahmi, dkk, 2014).

Pada umumnya, komposit dibentuk dari dua unsur utama, yaitu matriks dan

penguat (reinforcement). Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai

bagian atau fraksi volume terbesar (Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Fungsi utama

matriks dalam komposit adalah sebagai pengikat partikel – partikel yang dipakai,

untuk mempertahankan partikel tersebut agar berada pada tempatnya (Hendriwan


17

Fahmi, dkk, 2011). Selain itu, matriks berfungsi sebagai distributor tekanan dan

pelindung serat dari cacat permukaan akibat reaksi kimia dengan lingkungan

(Nuning Aisah, dkk, 2004). Fasa matriks dapat berupa keramik, logam, atau

polimer.

Reinforcement adalah bahan penguat dalam komposit. Fasa reinforcement

dapat berupa laminar, partikel, dan serat / fiber. Serat / fiber adalah suatu jenis

bahan berupa potongan – potongan komponen yang membentuk jaringan

memanjang yang utuh (Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Serat dapat digolongkan

menjadi dua jenis serat, yaitu serat alami dan serat sintetis. Penggunaan serat

dalam komposit berfungsi sebagai penerus beban dari serat yang satu ke serat

lainnya (Viktor Malau, 2010). Jika ada serat yang putus dalam arah pembebanan

aksial, maka beban dari serat yang putus tersebut akan diteruskan melalui matriks

menuju serat selanjutnya.

Menurut Viktor Malau (2010), komposit memiliki beberapa kelebihan

diantaranya : (1) Dapat dirancang dengan kekakuan dan kekuatan tinggi sehingga

bahan ini member kekakuan dan kekuatan spesifik yang tinggi yang dapat

melebihi kemampuan bahan baja atau aluminium, (2) Memiliki sifat fatigue dan

toughness yang baik, (3) Tahan terhadap korosi, (4) Mampu meredam getaran

atau vibrasi, dan (5) Memiliki penampilan dan kehalusan permukaan yang baik.

Disamping kelebihan tersebut, komposit juga memiliki beberapa kelemahan

antara lain : (1) Bersifat anisotropic yang memiliki sifat berbeda antara satu lokasi

/ orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya, (2) Tidak aman terhadap zat – zat

tertentu, dan (3) Pembuatannya membutuhkan waktu yang relatif lama.


18

Gambar 2. 6 Grafik hubungan tegangan dan regangan antara

komposit, matriks, dan serat

(sumber: www.mse.mtu.edu/drjohn/my4150/compositesdesign/cd2/cd1.html,


Berdasarkan bahan penguat / reinforcement yang digunakan, komposit

dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

a. Fibrous Composites (Komposit Serat)

Komposit Serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiro dari satu

lapisan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan berupa fiberglass,

fiber carbon, poly aramide, dan sebagainya.

b. Laminated Composites (Komposit Laminat)

Komposit Laminat merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua atau

lebih lapisan yang digabung menjadi satu, dan setiap lapisannya memiliki

karakteristik bahan sendiri.


19

c. Particulate Composites (Komposit Partikel)

Komposit Partikel merupakan jenis komposit yang menggunakan partikel /

serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam

matriksnya.

Gambar 2.7 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya

Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis,

yaitu:

a. Polymer Matrix Composites (Komposit Matriks Polimer)

Polymer Matrix Composites merupakan jenis komposit yang sering

digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin

sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah

dibentuk mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang baik,

dan lebih ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.

b. Metal Matirx Composites (Komposit Matriks Logam)

Metal Matirx Composites merupakan jenis komposit yang menggunakan

suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya. Kelebihan dari jenis


20

komposit ini adalah tahan terhadap temperatur tinggi, memiliki kekuatan

tekan dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.

c. Ceramic Matrix Composites (Komposit Matriks Keramik)

Ceramic Matrix Composites merupakan jenis komposit yang menggunakan

bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki

kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan

terhadap temperatur tinggi.

Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan matriksnya

2.3.1 Polimer

Polimer atau disebut juga makromolekul merupakan molekul besar yang

dibangun dengan pengulangan oleh molekul sederhana yang disebut monomer.

Polimer berasal dari dua kata, yaitu poly (banyak) dan meros (bagian – bagian).

Polimer memiliki berat molekul lebih dari 10.000 gr/mol (Daniel Andri Porwanto,

2009).

Klasifikasi polimer berdasarkan ketahanan terhadap panas dibagi menjadi

dua, yaitu :


21

a) Polimer Thermoplastic

Polimer Thermoplastic merupakan polimer yang mempunyai sifat

tidak tahan terhadap panas. Polimer jenis ini bersifat reversible, yaitu akan

meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu, dan akan

kembali mengeras bila didinginkan. Contoh dari polimer jenis ini adalah

Nylon 66, Polipropena, Polietilena, dan PVC.

b) Polimer Thermoset

Polimer Thermoset merupakan polimer yang mempunyai sifat tahan

terhadap panas. Polimer jenis ini bersifat irreversible, yaitu tidak dapat

dilunakkan kembali saat dipanaskan. Contoh dari polimer jenis ini adalah

Epoksida, Bismaleimida, dan Poli-imida.

Jenis polimer yang paling banyak digunakan adalah resin polyester. Resin

polyester merupakan jenis resin termoset dengan viskositas yang relatif rendah,

dan dapat mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis atau hardener

tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya

(Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Resin polyester memiliki beberapa kelebihan,

yaitu sifatnya yang ringan dan mudah dibentuk, serta tahan terhadap korosi.

Namun, resin polyester juga memiliki kekurangan, yaitu sifat mekaniknya yang

lemah karena sifat dasarnya yang rapuh.


22

2.3.2 Serat (Fiber)

Serat (fiber) adalah suatu jenis bahan berupa potongan – potongan

komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh (Hendriwan Fahmi,

dkk, 2011). Manusia menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk

membuat tali, kain, atau kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu

serat alami dan serat sintetis (buatan). Serat alami merupakan jenis serat yang

dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan proses geologis. Serat alami dapat

mengalami proses pelapukan. Serat alami dibagi menjadi empat jenis, yaitu serat

tumbuhan, serat kayu, serat hewan, dan serat mineral. Serat alami yang paling

banyak dimanfaatkan manusia adalah serat hewan, yaitu sutera dan bulu domba.

Sedangkan, serat sintetis adalah jenis serat yang umumnya berasal dari

bahan petrokimia. Sifat dari serat sintetis adalah (1) sangat kuat dan tahan

gesekan, (2) elastic dan tahan regangan, (3) sulit menghisap air, dan (4) peka

terhadap panas. Salah satu serat sintetis yang paling banyak digunakan adalah

serat gelas / fiberglass. Serat gelas (fiberglass) mempunyai karakteristik yang

berbeda antara satu dengan yang lain (Hendriwan Fahmi, dkk, 2014). Serat gelas

terbuat dari silica dan paduan lain seperti alumina, magnesia, dan sebagainya.

Serat gelas banyak digunakan di industri – industri otomotif seperti panel body

kendaraan.

Serat gelas memiliki beberapa kelebihan, diantaranya : (1) memiliki

stabilitas dimensi yang baik, (2) tahan terhadap korosi, (3) tahan terhadap panas,

(4) tahan terhadap dingin, serta (5) memiliki sifat isolasi thermal dan elektrikal

yang baik. Disamping itu, serat gelas juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu :


23

(1) kekuatannya yang relatif rendah, (2) densitas yang rendah, dan (3) memiliki

elongasi yang tinggi.

Tabel 2.2 Kekuatan Serat

Fibre Density

(g/cm3)

Elongation

(%)

Tensile

Strength (MPa)

Young’s modulus

(GPa)

Cotton 1.5-1.6 7.0-8.0 287-597 5.5-12.6

Jute 1.3 1.5-1.8 393-773 26.5

Flax 1.5 2.7-3.2 345-1035 27.6

Hemp - 1.6 690 -

Ramie - 3.6-3.8 400-938 61.4-128

Sisal 1.5 2.0-2.5 511-635 9.4-22.0

Coir 1.2 30.0 175 4.0-6.0

Viscose

(cord)

- 11.4 593 11.0

Soft

wood

kraft

1.5 - 1000 40.0

E-glass 2.5 2.5 2000-3500 70.0

S-glass 2.5 2.8 4570 86.0

Aramide

(normal)

1.4 3.3-3.7 3000-3150 63.0-67.0

Carbon

(standard)

1.4 1.4-1.8 4000 230.0-240.0

(sumber : http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-

bahan-komposit.html, diakses 18 Juni 2016)

Serat gelas dibagi menjadi 3 jenis, yaitu E-glass, C-glass, dan S-glass

(Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009). Sifat – sifat dari jenis

serat gelas dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut.


24

Tabel 2.3 Sifat – sifat dari jenis serat gelas

No Jenis Serat

E-glass C-glass S-glass

1 Isolator listrik

yang baik

Tahan terhadap

korosi

Modulus lebih tinggi

2 Kekakuan tinggi Kekuatan lebih

rendah dari E-

glass

Lebih tahan terhadap

suhu tinggi

3 Kekuatan tinggi Harga lebih

mahal dari E-

glass

Harga lebih mahal

dari E-glass

(sumber : Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009)

2.4 Perhitungan Koefisien Daya

2.4.1 Energi Angin dan Daya Angin

Energi angin adalah energi yang terkandung dalam massa udara yang

bergerak (Puji S, dkk., 2012). Energi angin berasal dari energi matahari, sekitar

1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi bentuk

energi angin (Puji S, dkk., 2012). Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu

benda akibat gerakannya. Secara umum, energi kinetik angin dapat dirumuskan

sebagai berikut := (1)

dengan :

Ek : energi kinetik angin (Joule)

m : massa udara (kg)


25

v : kecepatan angin (m/detik)

Sedangkan daya angin adalah energi angin tiap satuan waktu. Dari

Persamaan (1), didapat persamaan sebagai berikut := ̇ (2)

dimana :

PA : daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

ṁ : laju aliran massa udara (kg/detik)


Laju aliran massa udara dapat dirumuskan ke dalam persamaan berikut:̇ = (3)

dengan :

ṁ : laju aliran massa udara (kg/detik)

ρ : kerapatan udara (kg/m3)


Dengan mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), didapat

persamaan untuk daya angin sebagai berikut := (4)

dengan :


ρ : kerapatan udara (kg/m3)

A : luas daerah sapuan angin (m2)



26

2.4.2 Daya Mekanis

Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan turbin angin akibat adanya kerja

dari blade / sudu / baling – baling dengan cara mengkonversi energi kinetik angin

menjadi energi mekanik atau energi putar pada poros. Daya mekanis tidak sama

dengan daya angin, karena daya mekanis dipengaruhi oleh koefisien daya angin

(Cp). Daya mekanis dapat dirumuskan sebagai berikut := (5)

dimana :

PT : daya yang dihasilkan turbin angin (watt)

T : Torsi (Nm)

ω : kecepatan sudut (rad/detik)

Satuan kecepatan sudut adalah radian per detik, satuan lain yang dapat

digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan

radian per detik (rad/detik) dan putaran per menit (rpm) dapat dirumuskan sebagai

berikut := (6)

dengan :

ω : kecepatan sudut (rad/detik)

n : putaran poros (rpm)

Dengan mensubtitusikan Persamaan (6) ke Persamaan (5), persamaan untuk

daya turbin angin dapat dirubah menjadi := (7)


27

dengan :

PT : daya yang dihasilkan turbin angin (watt)

T : Torsi (Nm)


2.4.3 Daya Listrik

Daya listrik adalah daya keluaran yang dihasilkan dari putaran generator.

Daya listrik dapat dirumuskan sebagai berikut := × (8)

dengan

PL : daya listrik yang dihasilkan oleh generator (watt)

V : tegangan yang dihasilkan oleh generator (volt)

I : arus yang mengalir pada beban (ampere)

2.4.4 Koefisien Daya

Koefisien daya merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin

angin dengan daya yang dihasilkan oleh angin. Berdasarkan penelitian yang

dilakukan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan

efisiensi maksimum turbin angin adalah sebesar 59,3%. Angka tersebut disebut

Betz Limit. Secara teori, koefisien daya dapat dirumuskan := × 100% (9)


28

dengan

CP : Coefficient of Power, koefisien daya (%)

PT : daya yang dihasilkan oleh turbin (watt)


Gambar 2.9 Grafik hubungan antara CP dan TSR

(sumber : https://mech.vub.ac.be/thermodynamics/wind brochurePInhoud.html,

diakses 31 Mei 2016)

2.5 Perhitungan Torsi dan Tip Speed Ratio

2.5.1 Torsi

Torsi bisa didefinisikan sebagai ukuran keefektifan gaya yang bekerja dalam

menghasilkan putaran mengelilingi sumbu (Andri Kusbiantoro, dkk., 2013).

Selain itu, torsi dapat diartikan sebagai perkalian antara gaya yang bekerja pada

sudu dengan jarak yang tegak lurus terhadap gaya dari sumbu putar turbin. Secara

teori, Torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :


29

= (10)

dimana :

T : Torsi (Nm)

F : gaya yang bekerja pada sudu (N)

r : jarak yang tegak lurus terhadap gaya dari pusat poros (m)

2.5.2 Tip Speed Ratio

Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu dengan

kecepatan angin. Tip Speed Ratio dapat dirumuskan sebagai berikut := (11)

Kecepatan ujung sudu adalah kecepatan sudut dikalikan dengan jarak dari

pusat poros ke ujung sudu, atau bisa dirumuskan menjadi := (12)

Dari Persamaan (11) dan Persamaan (12), persamaan Tip Speed Ratio dapat

diubah menjadi := (13)

dimana :

r : jari – jari turbin angin (m)




30

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelittian

Proses pembuatan kincir dan pengambilan data dilaksanakan pada bulan

January sampai dengan bulan Mei 2016 di Laboratorium Konveksi Energi Jurusan

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.2 Tahapan Penelitian

Gambar 3.1 Diagram alir yang menggambarkan langkah – langkah penelitian

Mulai

Konsultasi dan StudiPustaka

Perancangan kincir angin jenis propeller

Pembuatan kincir angin jenis propeller

Pengujian kincir angin

Pengambilan data

Pengolahan data

Pembahasan dan Laporan

Selesai

BAIK

TIDAK

BAIK


31

3.3 Bahan dan Alat

Bagian – bagian turbin angin berjenis propeller dalam pengujian ini adalah

sebagai berikut :

a. Sudu / baling – baling / blade

Sudu kincir pada turbin angin berfungsi untuk menangkap angin yang

datang melintasi turbin. Sudu yang dibuat berukuran panjang 46 cm

dan lebar sudu 13 cm, dengan jarak dari ujung bawah sudu 15 cm.

Gambar 3.2 Sudu turbin angin berjenis propeller

berbahan komposit

b. Hub

Hub pada turbin angin berfungsi sebagai dudukan atau penyangga

sudu / bilah / blade turbin angin, sehingga dapat menangkap angin.Hub

yang digunakan dalam pengujian ini memiliki penampang berbentuk

segienam.


32

Gambar 3.3 Hub

Bahan yang digunakan dalam pembuatan sudu turbin angin berjenis

propeller ini adalah komposit, dengan menggunakan polimer dan penguat sebagai

berikut :

a. Resin Polyester

Polimer matriks yang digunakan dalam pembuatan sudu turbin angin

berjenis propeller ini adalah resin berjenis polyester. Resin polyester

menjadi jenis resin yang paling banyak digunakan sebagai polimer

matriks komposit.

Gambar 3.4 Resin polyester


33

b. Serat Gelas / Fiberglass

Penguat atau reinforcement yang digunakan dalam pembuatan sudu

turbin angin berjenis propeller ini adalah serat gelas / fiberglass.

Gambar 3.5 Serat gelas / fiberglass tipe E-glass

Sedangkan, alat yang digunakan dalam pengujian turbin angin ini adalah

sebagai berikut :

a. Blower

Blower adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau

memperbesar tekanan udara atau gas yang akan dialirkan dalam suatu

ruangan tertentu. Selain itu, blower juga berfungsi sebagai penghisap

atau vacuum untuk udara atau gas. Pada percobaan ini, blower yang

digunakan berfungsi untuk menghembuskan angin dengan kecepatan

tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 15 hp, dan

menggunakan belt dan pulley sebagai transmisinya.


34

Gambar 3.6 Mesin Blower

b. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk kecepatan udara

atau gas yang berhembus. Anemometer diletakkan di depanturbin

angin. Anemometer terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor

elektrik yang diletakkan di depanturbin angin dan modul digital yang

berfungsi untuk menerjemahkan data dari sensor yang kemudian

ditampilkan pada layar.

Gambar 3.7 Alat uji Anemometer

c. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah

puataran dari suatu objek dalam satu satuan waktu. Terdapat dua jenis


35

tachometer, yaitu tachometer analog dan tachometer digital. Pada

percobaan ini, digunakan tachometer berjenis tachometer digital,

prinsip kerjanya adalah dengan memantulkan sinar infrared ke

reflector yang dipasang pada generator turbin angin.

Gambar 3.8 Alat uji Tachometer

d. Neraca Pegas

Neraca pegas adalah alat yang digunakan untuk menimbang atau

mengukur massa suatu benda. Neraca pegas digantung dengan

menggunakan kawat dan dihubungkan pada plat besi yang berfungsi

sebagai lengan ayun pada generator. Panjang lengan ayun yang

digunakan adalah 27,5 cm.

Gambar 3.9 Alat uji neraca pegas


36

e. Multimeter dan Voltmeter

Multimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus

listrik, tegangan listrik, dan hambatan listrik atau resistansi pada suatu

benda. Terdapat dua jenis multimeter dalam menampilkan hasil

pengukurannya, yaitu multimeter analog dan multimeter digital. Pada

percobaan ini, multimeter yang digunakan adalah jenis multimeter

digital dan digunakan untuk mengukur arus listrik. Multimeter

dihubungkan secara seri dengan lampu pembebanan dan batas ukur

yang digunakan adalah 10A.

Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besaran

tegangan atau beda potensial listrik antara dua titik pada suatu

rangkaian listrik. Terdapat dua jenis voltmeter, yaitu voltemeter analog

dan voltmeter digital. Dalam percobaan ini, voltmeter dipasang secara

paralel dengan sumber tegangan (output generator) dan batas ukurnya

adalah mV (milivoltmeter).

Gambar 3.10 Alat uji Multimeter


37

Gambar 3.11 Alat uji Voltmeter

f. Lampu Pembebanan

Dalam percobaan ini, lampu digunakan untuk memberikan

variasi pembebanan atau efek pengereman pada generator. Lampu

disusun secara paralel sebanyak jumlah variasi pembebanan yang

digunakan.

Gambar 3.12 Lampu pembebanan

3.4 Langkah – Langkah Pembuatan Sudu Kincir Angin

Langkah – langkah dalam pembuatan sudu turbin angin berjenis propeller

berbahan komposit adalah sebagai berikut :


38

a. Proses pembuatan cetakan dari pipa, dengan membuat cetakan di pipa PVC

AW 8 inch sesuai dengan profil yang ditentukan. Kemudian, memotong

cetakan menggunakan gerinda. Setelah itu, menghaluskan dan membuat

radius profil cetakan yang telah dipotong.

Gambar 3.13 Desain sudu turbin angin berjenis propeller

Gambar 3.14 Proses menggambar cetakan pada pipa

Gambar 3.15 Proses pemotongan dan penghalusan cetakan


39

b. Proses pembuatan polimer sebagai matriks komposit, dengan

mencampurkan resin dan katalis. Resin yang digunakan adalah jenis resin

polyester. Perbandingan yang digunakan adalah 95% untuk resin dan 5%

katalis.

Gambar 3.16 Proses pencampuran resin dengan katalis

c. Proses pembuatan sudu kincir dari komposit. Proses pembuatan sudu

menggunakan teknik hand lay-up. Proses awal pembuatan sudu adalah

dengan menutupi atau melapisi cetakan profil dengan alumunium foil. Hal

ini bertujuan untuk mencegah menempelnya resin ke cetakan selama proses

pembuatan sudu. Proses selanjutnya adalah dengan melapisi cetakan dengan

matriks dan reinforcement. Lapisan pertama dibuat dari resin sebanyak satu

lapis. Kemudian, lapisan pertama tersebut dilapisi dengan serat fiber sebagai

reinforcement sebanyak satu lembar. Selanjutnya, lapisan ketiga dibuat dari

resin sebanyak satu lapis, lapisan keempat menggunakan serat fiber

sebanyak satu lembar, dan seterusnya hingga menjadi 7 lapisan. Proses

selanjutnya adalah proses pengeringansudu selama 15 – 20 menit.

Kemudian, melakukan kembali proses pembuatan sudu hingga menjadi 4

buah sudu.


40

Gambar 3.17 Proses pelapisan sudu dengan aluminium foil

Gambar 3.18 Proses pembuatan sudu kincir berbahan komposit

d. Proses penyelesaian atau finishing pembuatan sudu. Setelah semua sudu

kering dan keras, proses selanjutnya adalah memotong dan mengukir hasil

cetakan komposit tersebut agar terbentuk sudu sesuai dengan cetakan pada

pipa atau profil yang telah ditentukan sebelumnya. Kemudian, sudu yang

telah sesuai dengan profil atau cetakan dihaluskan dan dibentuk radius pada

sudut – sudut sudu dengan menggunakan gerinda. Proses selanjutnya adalah

melubangi sudu pada jarak dan ukuran yang telah ditentukan, yaitu berjarak

5 cm dan 9 cm dari ujung bawah sudu dengan diameter lubang sebesar 4

mm, menggunakan mesin bor. Kemudian, tahap finishing terakhir dari

pembuatan sudu adalah pengecatan sudu dengan cat atau sprayer sesuai


41

warna yang diinginkan. Pada percobaan ini, warna yang dipakai adalah

warna hijau.

Gambar 3.19 Proses pemotongan sudu

Gambar 3.20 Proses pengeboran sudu

Gambar 3.21 Proses pengecatan sudu


42

Gambar 3.22 Sudu kincir angin berbahan komposit

3.5 Langkah – Langkah Penelitian

Langkah – langkah penelitian pada pengujian turbin angin ini adalah sebagai

berikut :

a. Memasang sudu kincir yang akan diuji pada hub.

b. Memasang neraca pegas pada besi yang dijadikan lengan ayun pada

generator. Kemudian, mengaitkan neraca pegas pada arah horizontal

menggunakan kawat.

c. Merangkai rangkaian listrik yang digunakan pada pengujian ini dengan

menghubungkan lampu pembebanan dan sumber tegangan (output

generator) secara seri. Kemudian. menghubungkan voltmeter dengan

sumber tegangan (output generator) secara paralel dan multimeter

dengan lampu pembebanan secara seri. Skema rangkaian listrik pada

pengujian ini diterangkan pada Gambar 3.23


43

Gambar 3.23 Skema rangkaian listrik

d. Menyalakan fan blower dan mencari variasi kecepatan angin yang

ditentukan menggunakan anemometer. Setelah mendapatkan variasi

kecepatan angin yang ditentukan, pindahkan turbin angin sesuai posisi

variasi kecepatan angin tersebut didapatkan menggunakan fork lift.

e. Menempatkan anemometer yang terpasang pada tiang penyangga di

depan turbin angin.

f. Setelah semua alat uji dan sudu kincir terpasang pada tempatnya,

pengujian siap dilakukan.

g. Pengambilan data kecepatan angin dilakukan dengan membaca hasil

yang tertera pada layar digital anemometer. Pengambilan data

kecepatan putar poros dengan meletakkan tachometer tegak lurus

dengan generator yang telah ditempel isolasi hitamagar tachometer

dapat membaca kecepatan putar poros.

h. Pengambilan data gaya torsi yang bekerja dilakukan dengan membaca

hasil yang tertera pada layar digital neraca pegas. Satuan dari hasil

tersebut berupa satuan gaya (kilogram-gaya).

i. Pengambilan data tegangan yang dihasilkan dan arus yang mengalir

pada beban dilakukan dengan mengatur keluaran pada voltmeter

menjadi volt dan keluaran pada multimeter menjadi 10A DC.


44

j. Lakukan pengambilan data untuk setiap beban lampu hingga jumlah

beban lampu yang telah ditentukan.

k. Setelah pengujian pada variasi kecepatan angin tersebut selesai,

matikan fan blower.

l. Ulangi langkah 4 hingga langkah 11 untuk variasi kecepatan angin

lainnya yang telah ditentukan.

3.6 Langkah – Langkah Pengolahan Data

Dari data pengujian yang telah didapat, maka akan diolah untuk mencari

unjuk kerja dari turbin angin tersebut. Langkah – langkah pengolahan data adalah

sebagai berikut :

a. Dari data kecepatan angin (v), dan dengan diketahuinya densitas udara

(ρ) serta luas sapuan turbin (A), maka didapatkan daya angin (PA)

dengan menggunakan persamaan (4).

b. Dari data tegangan yang dihasilkan generator (V) dan arus yang

mengalir pada beban lampu (I), maka didapatkan daya listrik (PL)

sebagai daya keluaran kincir dengan menggunakan persamaan (8).

c. Dari data massa yang bekerja pada turbin (m) dan panjang lengan ayun

(r), maka didapatkan torsi (T) yang bekerja pada kincir angin dengan

menggunakan persamaan (10).

d. Dari data kecepatan putar poros (n) dan torsi (T) yang bekerja pada

turbin, maka didapatkan daya turbin (PT) dengan menggunakan

persamaan (7)


45

e. Dengan membandingkan kecepatan di ujung sudu (vt) dan kecepatan

angin (v), maka akan didapatkan tip speed ratio (TSR) dengan

menggunakan persamaan (11).

f. Dengan membandingkan daya turbin (PT) dan daya angin (PA), maka

akan didapatkan coefficient of power (CP) dengan menggunakan

persamaan (9).


46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengujian

Pengujian unjuk kerja turbin angin propeller 4 sudu berbahan komposit

dilakukan dengan tiga variasi kecepatan angin, yaitu kecepatan angin rata – rata

7,3 m/s, kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s, dan kecepatan angin rata – rata 9,4

m/s. Pengujian yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan angin, kecepatan

putar poros, gaya pengimbang, serta tegangan dan arus listrik. Pengujian selesai

apabila beban yang diberikan kepada turbin sudah maksimal, kecepatan putar

poros mengalami penurunan secara drastis, dan gaya pengimbang mengalami

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

rata 7,3 m/s, pengujian dilakukan dengan menggunakan 16 lampu pembebanan.

Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – rata 7,3

m/s

Beban

Kecepatan

Angin

Rata - rata

Kecepatan

Putar Poros

Gaya

Pengimbang Tegangan Arus

[ m/s ] [ rpm ] [ kg ] [ V ] [ A ]

0

7.3

797 0.1 53.1 0

1 765 0.14 51.4 0.15

2 751 0.18 50.6 0.3

3 746 0.2 49.3 0.44

4 726 0.24 48.3 0.59

5 703 0.27 46 0.72

6 686 0.3 44.3 0.84

7 676 0.32 43.4 0.98

8 639 0.35 40 1.08

9 627 0.38 38.8 1.2

10 604 0.41 37.8 1.31

11 584 0.45 35.9 1.4


47

12 573 0.46 34.3 1.5

13 551 0.48 32.1 1.57

14 544 0.5 31.6 1.67

15 502 0.51 29.8 1.72

16 488 0.53 28.6 1.78

Pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s, pengujian dilakukan dengan

menggunakan 18 lampu pembebanan. Data yang diperoleh pada variasi keepatan

angin rata – rata 8,3 m/s ditunjukkan pada Tabel 4.2.


m/s

Beban

Kecepatan

Angin

Rata - rata

Kecepatan

Putar Poros

Gaya


[ m/s ] [ rpm ] [ kg ] [ V ] [ A ]

0

8.3

814 0.1 54.1 0

1 800 0.14 53.4 0.15

2 790 0.18 52.7 0.31

3 760 0.21 50.3 0.45

4 743 0.24 49.4 0.59

5 726 0.28 48.2 0.75

6 708 0.31 46.3 0.86

7 685 0.33 45.2 0.99

8 662 0.37 43.6 1.12

9 635 0.4 42.5 1.23

10 627 0.43 41.6 1.35

11 608 0.45 40.6 1.45

12 589 0.47 37.7 1.53

13 557 0.49 36.1 1.61

14 535 0.52 35.5 1.71

15 523 0.54 34.2 1.82

16 516 0.56 33.5 1.9

17 505 0.57 31.7 2

18 476 0.59 27.9 2.05


48

Pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s, pengujian dilakukan dengan

menggunakan 19 lampu pembebanan. Data yang diperoleh pada variasi keepatan

angin rata – rata 9,4 m/s ditunjukkan pada Tabel 4.3.


m/s

Beban

Kecepatan

Angin

Rata - rata

Kecepatan

Putar Poros

Gaya


[ m/s ] [ rpm ] [ kg ] [ V ] [ A ]

0

9.4

829 0.1 55.9 0

1 793 0.13 53.1 0.15

2 788 0.17 51.1 0.3

3 748 0.21 49.7 0.44

4 735 0.25 48.8 0.58

5 713 0.28 46.8 0.72

6 699 0.3 45.4 0.85

7 680 0.32 44 0.99

8 675 0.36 42.1 1.1

9 644 0.39 41 1.2

10 632 0.41 39.6 1.28

11 623 0.44 38.7 1.4

12 605 0.46 37.3 1.48

13 590 0.48 36.7 1.57

14 580 0.49 35.5 1.66

15 563 0.51 34.02 1.72

16 547 0.53 33.5 1.8

17 512 0.55 32.23 1.9

18 477 0.55 30.1 1.9

19 466 0.57 29.5 2

4.2 Pengolahan Data

Pengolahan data meliputi perhitungan daya yang dihasilkan oleh angin, daya

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

bekerja, tip speed ratio dan koefisien daya untuk menentukan unjuk kerja turbin


49

angin propeller 4 sudu berbahan komposit. Sebagai contoh perhitungan, diambil

data dari beban 1 pada kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s. Data tersebut meliputi

kecepatan angin rata – rata, kecepatan putar poros, gaya pengimbang, serta

tegangan dan arus yang dihasilkan generator.

Untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan

persamaan (4) pada sub Bab 2.4.1, yaitu :

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

100 cm, dan kecepatan angin rata – rata sebesar 7,3 m/s diperoleh daya yang

dihasilkan oleh angin sebesar :

(

)

( ⁄ ) (

( ) ) ( ⁄ )

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

pada sub Bab 2.5.1, yaitu :

maka dengan gaya pengimbang sebesar 0,14 kg dan panjang lengan ayun yang

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

( ) ( )⁄ ( )


50

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

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

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

poros 765 rpm diperoleh daya mekanis sebesar :

( ) ( ( )

)

Untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan generator dapat dicari dengan

persamaan (8) pada sub Bab 2.4.3, yaitu :

maka dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 51,4 volt dan arus yang

mengalir pada beban sebesar 0,15 A diperoleh daya listrik sebesar:

( ) ( )

Untuk mengetahui koefisien daya dari perbandingan daya mekanis yang

dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari

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


51

maka dengan diketahui daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 30,257 watt

dan daya yang dihasilkan angin sebesar 183,129 watt diperoleh koefisien daya

sebesar :

( )

( )

Untuk mengetahui koefisien daya dari perbandingan daya listrik yang

dihasilkan generator dengan daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan

persamaan di atas, yaitu :

maka dengan diketahui daya listrik yang dihasilkan generator sebesar 7,71 watt

dan daya yang dihasilkan angin sebesar 183,129 watt diperoleh koefisien daya

sebesar :

( )

( )

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan di ujung sudu dengan

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

pada sub Bab 2.5.2, yaitu :


52

maka dengan kecepatan putar poros 765 rpm, kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s,

dan jari – jari kincir 50 cm diperoleh tip speed ratio sebesar :

( ) ( )

( ⁄ )

Hasil pengolahan data pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s untuk

semua beban ditunjukkan pada Tabel 4.4

Tabel 4.4 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – rata 7,3 m/s

Beban Torsi Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR

CP

(mekanis)

CP

(listrik)

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

0 0.270 180.265 22.516 0 5.7166 12.4905 0

1 0.378 180.265 30.257 7.71 5.4870 16.7845 4.2770

2 0.486 180.265 38.189 15.18 5.3866 21.1852 8.4210

3 0.540 180.265 42.150 21.692 5.3507 23.3824 12.0334

4 0.647 180.265 49.224 28.497 5.2073 27.3066 15.8084

5 0.728 180.265 53.623 33.12 5.0423 29.7467 18.3730

6 0.809 180.265 58.140 37.212 4.9204 32.2526 20.6430

7 0.863 180.265 61.112 42.532 4.8487 33.9013 23.5942

8 0.944 180.265 63.183 43.2 4.5833 35.0501 23.9648

9 1.025 180.265 67.310 46.56 4.4972 37.3397 25.8287

10 1.106 180.265 69.960 49.518 4.3322 38.8097 27.4696

11 1.214 180.265 74.243 50.26 4.1888 41.1856 27.8812

12 1.241 180.265 74.463 51.45 4.1099 41.3078 28.5414

13 1.295 180.265 74.718 50.397 3.9521 41.4489 27.9572

14 1.349 180.265 76.842 52.772 3.9019 42.6274 29.2747

15 1.376 180.265 72.328 51.256 3.6006 40.1230 28.4338

16 1.430 180.265 73.068 50.908 3.5002 40.5336 28.2407


53

Berdasarkan perhitungan data dari beban 1 pada variasi kecepatan angin rata

– rata 7,3 m/s, didapat pula hasil pengolahan data lainnya pada variasi kecepatan

angin rata – rata 8,3 m/s dan 9,4 m/s yang ditunjukkan pada Tabel 4.5 dan Tabel

4.6


Beban Torsi Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR

CP

(mekanis)

CP

(listrik)

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

0 0.270 256.406 22.996 0 5.0196 8.9686 0

1 0.378 256.406 31.641 8.01 4.9333 12.3401 3.1239

2 0.486 256.406 40.173 16.337 4.8716 15.6675 6.3715

3 0.567 256.406 45.088 22.635 4.6866 17.5847 8.8278

4 0.647 256.406 50.377 29.146 4.5818 19.6472 11.3671

5 0.755 256.406 57.428 36.15 4.4770 22.3973 14.0987

6 0.836 256.406 62.005 39.818 4.3660 24.1822 15.5293

7 0.890 256.406 63.861 44.748 4.2241 24.9061 17.4520

8 0.998 256.406 69.197 48.832 4.0823 26.9874 19.0448

9 1.079 256.406 71.757 52.275 3.9158 27.9856 20.3876

10 1.160 256.406 76.167 56.16 3.8665 29.7055 21.9027

11 1.214 256.406 77.294 58.87 3.7493 30.1452 22.9596

12 1.268 256.406 78.207 57.681 3.6321 30.5010 22.4959

13 1.322 256.406 77.105 58.121 3.4348 30.0713 22.6675

14 1.403 256.406 78.594 60.705 3.2991 30.6520 23.6753

15 1.457 256.406 79.786 62.244 3.2251 31.1169 24.2755

16 1.511 256.406 81.633 63.65 3.1820 31.8375 24.8239

17 1.538 256.406 81.320 63.4 3.1141 31.7152 24.7264

18 1.592 256.406 79.339 57.195 2.9353 30.9429 22.3064


54


Beban Torsi Daya

Angin

Daya

Mekanis

Daya

Listrik TSR

CP

(mekanis)

CP

(listrik)

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

0 0.270 366.697 23.420 0 4.5374 6.3867 0

1 0.351 366.697 29.124 7.965 4.3404 7.9422 2.1721

2 0.459 366.697 37.845 15.33 4.3130 10.3204 4.1806

3 0.567 366.697 44.376 21.868 4.0941 12.1016 5.9635

4 0.674 366.697 51.911 28.304 4.0229 14.1563 7.7186

5 0.755 366.697 56.400 33.696 3.9025 15.3805 9.1890

6 0.809 366.697 59.242 38.59 3.8259 16.1555 10.5237

7 0.863 366.697 61.474 43.56 3.7219 16.7641 11.8790

8 0.971 366.697 68.649 46.31 3.6945 18.7210 12.6289

9 1.052 366.697 70.955 49.2 3.5248 19.3496 13.4171

10 1.106 366.697 73.203 50.688 3.4592 19.9629 13.8228

11 1.187 366.697 77.441 54.18 3.4099 21.1185 14.7751

12 1.241 366.697 78.622 55.204 3.3114 21.4405 15.0544

13 1.295 366.697 80.006 57.619 3.2293 21.8180 15.7130

14 1.322 366.697 80.289 58.93 3.1745 21.8951 16.0705

15 1.376 366.697 81.116 58.5144 3.0815 22.1208 15.9571

16 1.430 366.697 81.902 60.3 2.9939 22.3350 16.4441

17 1.484 366.697 79.554 61.237 2.8024 21.6948 16.6996

18 1.484 366.697 74.116 57.19 2.6108 20.2117 15.5960

19 1.538 366.697 75.040 59 2.5506 20.4637 16.0896

4.3 Pembahasan Grafik

Dari data hasil penelitian dan pengolahan data, maka dibuat grafik untuk

melihat hubungan yang terjadi. Grafik yang dibuat adalah grafik hubungan

kecepatan putar poros dan torsi, grafik hubungan daya output dan kecepatan putar

poros untuk ketiga variasi kecepatan angin, grafik hubungan CP (mekanis) dengan

TSR, dan grafik hubungan CP (listrik) dengan TSR.


55

4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi

Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dibuat grafik

hubungan kecepatan putar poros dan torsi untuk melihat hubungan dari kecepatan

putar poros dengan torsi.

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar poros dan torsi

untuk ketiga variasi kecepatan angin

Dari grafik hubungan torsi dan kecepatan putar poros, dapat dilihat

kecepatan putar maksimum terjadi pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s

dan torsi maksimum terjadi pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s.

Berdasarkan tabel pengujian dan pengolahan data, kecepatan putar maksimum

pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s adalah sebesar 829 rpm dan torsi

maksimum pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s adalah sebesar 1,592

Nm. Pada grafik tersebut dapat dilihat pula bahwa grafik mengalami penurunan,

dengan hubungan semakin besar torsi yang bekerja maka semakin rendah

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Ke

cep

atan

Pu

tar

Po

ros

(rp

m)

Torsi (Nm)

KecepatanAngin 7,3 m/s




56

kecepatan putar poros. Hal tersebut disebabkan oleh penambahan beban lampu

yang diterima kincir.

4.3.2 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi


hubungan daya ouput dan torsi untuk melihat hubungan dari daya output dengan

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

dihasilkan kincir dan daya listrik yang dihasilkan generator. Grafik hubungan

daya output dengan torsi untuk variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s dapat

dilihat pada Gambar 4.2 berikut

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi

pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s

Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi

kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Day

a O

utp

ut

(wat

t)

Torsi (Nm)

Daya Mekanis

Daya Listrik


57

peningkatan hingga titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut

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

menghasilkan daya keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.4, daya mekanis

maksimum adalah sebesar 76,842 watt pada torsi 1,349 Nm dan daya listrik

maksimum adalah sebesar 52,772 watt pada torsi 1,349 Nm. Hubungan yang

terjadi pada grafik tersebut adalah semakin besar torsi yang bekerja, maka

semakin besar daya output yang dihasilkan. Pada grafik tersebut dapat dilihat juga

bahwa daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir lebih besar dibanding daya listrik

yang dihasilkan oleh generator. Hal tersebut disebabkan oleh pengurangan daya

akibat kerja dari generator.

Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk variasi kecepatan angin

rata – rata 8,3 m/s dapat dilihat pada Gambar 4.3 berikut



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Day

a O

utp

ut

(wat

t)

Torsi (Nm)

Daya Mekanis

Daya Listrik


58

Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi

kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s, juga terjadi peningkatan hingga titik tertentu,

kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut juga dikarenakan kincir bekerja

optimal dan dapat menghasilkan daya keluaran maksimum pada kondisi torsi

tertentu. Berdasarkan Tabel 4.5, daya mekanis maksimum adalah sebesar 81,633

watt pada torsi 1,511 Nm dan daya listrik maksimum adalah sebesar 63,65 watt

pada torsi 1,511 Nm. Pada grafik tersebut, hubungan yang terjadi adalah semakin

besar torsi yang bekerja, maka semakin besar daya output yang dihasilkan. Selain

itu, daya mekanis yang dihasilkan kincir juga lebih besar dibanding daya listrik

yang dihasilkan oleh generator. Hal tersebut juga diakibatkan oleh kerja dari

generator.

Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk variasi kecepatan angin

rata – rata 9,4 m/s dapat dilihat pada Gambar 4.4 berikut.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Day

a O

utp

ut

(wat

t)

Torsi (Nm)

Daya Mekanis

Daya Listrik


59

Seperti pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s dan 8,3 m/s, grafik

hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi kecepatan angin rata

– rata 9,4 m/s, juga terjadi peningkatan hingga titik tertentu, kemudian mengalami

penurunan. Hal tersebut juga dikarenakan kincir bekerja optimal dan dapat

menghasilkan daya keluaran maksimum pada kondisi torsi tertentu. Berdasarkan

Tabel 4.6, daya mekanis maksimum adalah sebesar 81,902 watt pada torsi 1,430

Nm dan daya listrik maksimum adalah sebesar 61,237 watt pada torsi 1,484 Nm.

Hubungan yang terjadi pada grafik tersebut adalah semakin besar torsi yang

bekerja, maka semakin besar daya output yang dihasilkan. Daya mekanis yang

dihasilkan oleh kincir juga lebih besar dibanding daya listrik yang dihasilkan oleh

generator.

Untuk grafik hubungan daya mekanis sebagai daya output dengan torsi

untuk ketiga variasi kecepatan angin dapat dilihat pada Gambar 4.5 berikut.

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output (mekanis) dengan torsi


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Day

a M

eka

nis

(w

att)

Torsi (Nm)





60

Pada grafik hubungan daya output mekanis dengan torsi yang bekerja, dapat

dilihat bahwa daya keluaran berupa daya mekanis tertinggi terjadi pada variasi

kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s. Berdasarkan tabel pengujian, daya mekanis

terbesar terjadi pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s yaitu sebesar

81,902 watt pada torsi 1,430 Nm. Perbedaan tersebut dikarenakan oleh

pendekatan grafik yang digunakan. Pada grafik hubungan daya output mekanis

dengan torsi di atas, dapat dilihat juga bahwa semakin tinggi kecepatan angin,

maka semakin besar daya mekanis yang dihasilkan. Hal tersebut dikarenakan

peningkatan kecepatan angin berpengaruh pada peningkatan kecepatan putar

poros yang kemudian mempengaruhi daya mekanis.

Untuk grafik hubungan daya listrik sebagai daya output dengan torsi untuk

ketiga variasi kecepatan angin dapat dilihat pada Gambar 4.6 berikut.

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya output (listrik) dengan torsi


0

10

20

30

40

50

60

70

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Day

a Li

stri

k (w

att)

Torsi (Nm)

KecepatanAngin 7,3 m/sKecepatanAngin 8,3 m/sKecepatanAngin 9,4 m/s


61

Pada grafik hubungan daya output listrik dengan torsi yang bekerja, dapat

dilihat bahwa daya keluaran berupa daya listrik tertinggi terjadi pada variasi

kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s. Berdasarkan tabel pengujian, daya listrik

terbesar terjadi pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s yaitu sebesar

63,65 watt pada torsi 1,511 Nm. Hal tersebut dipengaruhi oleh kinerja dari

generator. Pada grafik hubungan daya output mekanis dengan torsi di atas, dapat

dilihat juga bahwa semakin tinggi kecepatan angin, maka semakin besar daya

listrik yang dihasilkan. Hal tersebut dikarenakan peningkatan kecepatan angin

berpengaruh terhadap peningkatan daya mekanis yang kemudian akibat kerja dari

generator akan mempengaruhi peningkatan daya listrik yang dihasilkan.

4.3.3 Grafik Hubungan Cp (mekanis) dan TSR


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

kincir angin propeller 4 sudu berbahan komposit. Koefisien daya yang digunakan

adalah perbandingan antara daya mekanis yang dihasilkan kincir dengan daya

yang dihasilkan oleh angin.


62

Gambar 4.7 Grafik hubungan CP (mekanis) dengan tip speed ratio


Pada grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio di atas, dapat

dilihat bahwa koefisien daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s

adalah yang paling besar dan koefisien daya pada variasi kecepatan angin rata –

rata 9,4 m/s adalah yang paling kecil diantara variasi lainnya. Dengan

menggunakan persamaan yang tertera pada grafik, dapat diketahui koefisien daya

maksimum pada tip speed ratio optimal kincir. Sebagai contoh, digunakan

persamaan dari grafik pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s.

Persamaan :

( ) ( )

Cp = (-8,5232 TSR2) + (65,755 TSR) - 85,344 R² = 0,9892

Cp = (-6,4749 TSR2) + (43,544 TSR) - 43,054 R² = 0,9882

Cp = (-6,1073 TSR2) + (36,777 TSR) - 34,424 R² = 0,9807

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

CP

(%

)

TSR

Kecepatan Angin7,3 m/s




63

Digunakan penyelesaian secara matematis untuk menentukan Cp maksimum

dan tip speed ratio optimal dari persamaan di atas.

( )

Setelah mendapat tip speed ratio optimal, disubtitusikan ke dalam

persamaan awal untuk mengetahui Cp maksimum pada variasi kecepatan angin

rata – rata 7,3 m/s.

( ( ) ) ( ( ))

%

Dengan menggunakan penyelesaian secara matematis tersebut, dapat

diketahui bahwa pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s koefisien daya

maksimum kincir adalah sebesar 43,1859% yang bekerja pada tip speed ratio

optimal sebesar 3,7803, pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s koefisien

daya maksimum kincir adalah sebesar 31,4012% pada tip speed ratio optimal

sebesar 3,2953, dan pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s koefisien


sebesar 2,9504.

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

dapat diketahui bahwa kincir angin propeller 4 sudu berbahan komposit dapat

bekerja optimal pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s dibanding pada

variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s dan 9,4 m/s. Hal tersebut dikarenakan

pengurangan daya dari daya angin menjadi daya mekanis yang terjadi pada variasi


64

kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s lebih sedikit dibanding variasi kecepatan angin

lainnya. Pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s, daya masukan berupa

daya yang dihasilkan oleh angin adalah sebesar 180,265 watt dan daya keluaran

maksimum berupa daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir adalah sebesar

76,842 watt. Pengurangan daya yang terjadi adalah sebesar 103,423 watt. Pada

variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s dan 9,4 m/s, pengurangan daya yang

terjadi adalah sebesar 185,346 watt dan 299,915 watt.

4.3.4 Grafik Hubungan Cp (listrik) dan TSR


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

kincir angin propeller 4 sudu berbahan komposit. Koefisien daya yang digunakan

adalah perbandingan antara daya listrik yang dihasilkan generator dengan daya

yang dihasilkan oleh angin.


65

Gambar 4.8 Grafik hubungan CP (listrik) dengan tip speed ratio


Sama seperti grafik koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio pada sub

Bab 4.3.1, pada grafik hubungan koefisien daya listrik dengan tip speed ratio di

atas, koefisien daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s adalah yang

paling besar dan koefisien daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s

adalah yang paling kecil diantara variasi lainnya. Dengan menggunakan

persamaan yang tertera pada grafik, dapat diketahui koefisien daya maksimum

pada tip speed ratio optimal kincir. Sebagai contoh, digunakan persamaan dari

grafik pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s.

Persamaan :

( ) ( )

CpL = (-9,2816 TSR2) + (73,083 TSR) - 114,72 R² = 0,9836

CpL = (-7,1754 TSR2) + (48,393 TSR) - 58,53 R² = 0,9911

CpL = (-5,3751 TSR2) + (30,923 TSR) - 28,668 R² = 0,9914

0

5

10

15

20

25

30

35

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

Cp

(%

)

TSR





66

Digunakan penyelesaian secara matematis untuk menentukan Cp maksimum

dan tip speed ratio optimal dari persamaan di atas.

( )

Setelah mendapat tip speed ratio optimal, disubtitusikan ke dalam

persamaan awal untuk mengetahui Cp maksimum pada variasi kecepatan angin

rata – rata 7,3 m/s.

( ( ) ) ( ( ))

Dengan menggunakan penyelesaian secara matematis tersebut, dapat

diketahui bahwa pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s koefisien daya

maksimum kincir adalah sebesar 30,4004% yang bekerja pada tip speed ratio

optimal sebesar 3,8588, pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s koefisien


sebesar 3,3044, dan pada variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s koefisien


sebesar 2,8187.

Berdasarkan grafik hubungan koefisien daya listrik dengan tip speed ratio di

atas, dapat diketahui bahwa kincir angin propeller 4 sudu berbahan komposit

dapat bekerja optimal pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s dibanding

pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s dan 9,4 m/s. Hal tersebut

dikarenakan pengurangan daya dari daya angin menjadi daya listrik akibat kerja


67

dari generator pada variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s lebih sedikit

dibanding variasi kecepatan angin lainnya. Pada variasi kecepatan angin rata –

rata 7,3 m/s, daya masukan berupa daya yang dihasilkan oleh angin adalah sebesar

180,265 watt dan daya keluaran maksimum berupa daya listrik yang dihasilkan

oleh generator adalah sebesar 52,772 watt. Pengurangan daya yang terjadi adalah

sebesar 127,493 watt. Pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s dan 9,4

m/s, pengurangan daya yang terjadi adalah sebesar 203,329 watt dan 320,58 watt.


68

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian “Unjuk Kerja Turbin Angin Propeller 4 Sudu Berbahan

Komposit Berdiameter 100 cm, dengan Lebar Maksimum Sudu 13 cm pada Jarak

19 cm Dari Pusat Sumbu Poros”, dapat disimpulkan sebagai berikut :

a. Telah berhasil dibuat turbin angin propeller 4 sudu berbahan komposit,

dengan diameter 100 cm dan lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak 19 cm

dari pusat sumbu poros.

b. Turbin angin propeller ini dapat bekerja optimal pada variasi kecepatan

angin rata – rata 7,3 m/s dibanding variasi kecepatan angin rata – rata 8,3

m/s dan 9,4 m/s. Hal tersebut dapat dilihat dari koefisien daya maksimum

yang dapat dicapai turbin angin propeller ini untuk variasi kecepatan angin

rata – rata 7,3 m/s adalah sebesar 43 % pada tip speed ratio sebesar 3,8;

untuk variasi kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s adalah sebesar 31% pada

tip speed ratio sebesar 3,3; dan untuk variasi kecepatan angin rata – rata 9,4

m/s adalah sebesar 22% pada tip speed ratio sebesar 2,9.

c. Daya keluaran berupa daya listrik yang dihasilkan generator turbin angin

propeller ini untuk variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s adalah sebesar

52,8 watt pada torsi sebesar 1,4 Nm, untuk variasi kecepatan angin rata –

rata 8,3 m/s adalah sebesar 63,7 watt pada torsi sebesar 1,5 Nm, dan untuk


69

variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s adalah 61,2 watt pada torsi

sebesar 1,5 Nm.

d. Variasi kecepatan angin mempengaruhi kecepatan putar poros pada turbin

angin propeller ini. Kecepatan putar poros maksimum turbin angin terjadi di

variasi kecepatan angin rata – rata 9,4 m/s yaitu sebesar 829 rpm pada torsi

sebesar 0,3 Nm. Kecepatan putar poros maksimum untuk kecepatan angin

rata – rata 7,3 m/s adalah sebesar 797 rpm pada torsi sebesar 0,3 Nm dan

untuk kecepatan angin rata – rata 8,3 m/s adalah sebesar 814 rpm pada torsi

sebesar 0,3 Nm.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil pengujian yang diperoleh, maka disarankan sebagai

berikut :

a. Perlu penambahan variasi kecepatan angin lainnya untuk mendapatkan

perbandingan unjuk kerja yang paling optimal untuk turbin angin propeller

4 sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum

sudu 13 cm pada jarak 19 cm dari pusat poros.

b. Perlu penambahan variasi lain, seperti sudut pitch sudu, untuk mendapatkan

unjuk kerja yang paling optimal dan pengaruh kecepatan angin terhadap

karakteristik kincir.

c. Perlu penambahan material pembanding untuk mengetahui pengaruh

material komposit terhadap unjuk kerja turbin angin.


70

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

pembuatan material komposit untuk menentukan jenis polimer dan jenis

serat yang paling baik dalam pembuatan komposit, serta mengurangi

kegagalan dalam pembuatan komposit.


71

DAFTAR PUSTAKA

Aisah, Nuning, Hanedi Darmasetiawan, Sudirman, dan Aloma Karo Karo. 2004.Pembuatan Komposit Polimer Berpenguat Serat Sintetik Untuk BahanGenteng. Jurnal Sains Materi Indonesia, Juni 2004, Vol. 5, No. 3, hlm. 1 - 8ISSN : 1411 – 1098

Anonim a. From : https://mech.vub.ac.be/thermodynamics/wind-brochurePInhoud.html (diakses 31 Mei 2016)

Anonim b. Sumber Daya Energi Angin. From :http://www.mataduniakami.id/2016/01/sumber-daya-energi-angin.html(diakses 2 Juni 2016)

Anonim c. From :http://www.mse.mtu.edu/drjohn/my4150/compositesdesign/cd2/cd1.html(diakses 5 Juni 2016)

Anonim d. From : http://www.neenigeria.com/html/mechanical_windmills.html(diakses 6 Juni 2016)

Anonim e. From : http://www.fieldlines.com/index.phptopic=140886.0 (diakses 6Juni 2016)

Anonim f. From : http://www.abdolian.com/thoughts/?/p=2806 (diakses 6 Juni2016)

Anonim g. From : http://www.brightub.com/environment/renewable-energiarticles/92978.aspx (diakses 6 Juni 2016)

Anonim h. From : http://www.kompasiana.com/rudypamungkas/keren-kincir-angin-savonius-pembangkit-listrik-untuk-pulau-kecil_54f7cda5a33311641e8b4bea (diakses 6 Juni 2016)

Bagaskara, Surya. 2010. Analisa Pemanfaatan Turbin Angin Sebagai PenghasilEnergi Listrik Alternatif di Pulau Panggang Kepulauan Seribu.Skripsi.Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan InstitutTeknologi Sepuluh November

Fahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat PadaKomposit Resin Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik.Jurnal Teknik Mesin Vol. 1, No. 1 [Oktober 2011] 46 – 52

Fahmi, Hendriwan dan Nur Arifin. 2014. Pengaruh Variasi Komposisi KompositResin Epoxy / Serat Gelas dan Serat Daun Nanas Terhadap Ketangguhan.Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 2 [Oktober 2014] 84 - 89

Kusbiantoro, Andri, Rudy SoenokodanDjokoSutikno. 2013. Pengaruh PanjangLengkung Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin Poros VertikalSavonius. Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Malau, Viktor. 2010. Karakterisasi Sifat Mekanis da Fisis Komposit E-Glass danResin Eternal 2504 Dengan Variasi Kandungan Serat, Temperatur danLama Curing. Jurnal Mekanika, Volume 8, Nomor 2, Maret 2010

Muttaqin, Farid Ridha, Bambang L. Widjiantoro dan Ali Musyafa. 2015.Pemilihan Sudut Pitch Optimal Untuk Prototipe Turbin Angin Skala KecilDengan Tipe Bilah Non-Uniform Airfoil Nrel S83N. Departemen TeknikFisika Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Surabaya


72

Nugroho, A. Bagus Prasetyo. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Jenis “Wepower”Sudu Pipa PVC Dengan Variasi Kemiringan Sudu. Tugas Akhir, tidakditerbitkan. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi UniversitasSanata Dharma Yogyakarta

Porwanto, Daniel Andri. 2009. Karakterisasi Komposit Berpenguat Serat Bambudan Serat Gelas Sebagai Alternatif Bahan Baku Industri. Skripsi. JurusanTeknik Fisika Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Surabaya

Rohayat, Imam. 2015. Kaji Pengembangan Serat Alam Sebagai PenguatBiokomposit Untuk Aplikasi Otomotif. From :http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-komposit.html (diakses 18 Juni 2016)

S, Puji, Satwiko S dan Taufik. 2012. Studi Awal Pengaruh Jumlah Sudu TerhadapDaya Keluaran Turbin Angin Tipe Horizontal Berdiameter 1,6 MeterSebagai Penyedia Listrik Pada Proyek Rumah DC di FMIPA UNJ. SeminarNasional Fisika, 9 Juni 2012

Sahin, Ahmet Z., Ahmed Z. Al-Garni and Abdulghani Al-Farayedhi. 2001.Analysis of a Small Horizontal Axis Wind Turbine Performance.International Journal of Energy Research. DOI : 10.1002/er.699, Volume25, pp. 501-506

Sumiyarso, Bambang dan Sunarwo.2011. Desain Model Turbin Angin EmpatSudu Berbasis Silinder Sebagai Penggerak Pompa Air. Seminar NasionalSains dan Teknologi, 2011 ISBN : 978-602-99334-0-6

Sutrisna, Kadek Fendy. 2011. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin.pada : http://dokumen.tips/documents/110965305-prinsip-kerja-pembangkit-listrik-tenaga-angin.html (diakses 3 Maret 2016)


73

LAMPIRAN

Lampiran 1. Grafik hubungan kecepatan putar poros dengan torsi pada variasi

kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Ke

cep

atan

Pu

tar

Po

ros

(rp

m)

Torsi (Nm)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80

Ke

cep

atan

Pu

tar

Po

ros

(rp

m)

Torsi (Nm)


74



Lampiran 4. Grafik hubungan koefisien daya (mekanis) dengan tip speed ratio


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,00 0,40 0,80 1,20 1,60

Ke

cep

atan

Pu

tar

Po

ros

(rp

m)

Torsi (Nm)

CP = (-9.240 TSR2) + (69.86 TSR) - 88.86 R² = 0.989

0

10

20

30

40

50

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

CP

(%

)

TSR


75





CP = (-7.019 TSR2)+ (46.26 TSR) - 44.82 R² = 0.988

0

5

10

15

20

25

30

35

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

Cp

(%

)

TSR

CP = (-6.621 TSR2) + (39.07 TSR) - 35.84 R² = 0.980

0

4

8

12

16

20

24

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

CP

(%

)

TSR


76

Lampiran 7. Grafik hubungan koefisien daya (listrik) dengan tip speed ratio pada

variasi kecepatan angin rata – rata 7,3 m/s



CP = (-10.06 TSR2) + (77.64 TSR) - 119.4 R² = 0.983

0

5

10

15

20

25

30

35

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

CP

(%

)

TSR

CP = (-7.779 TSR2) + (51.41 TSR) - 60.94 R² = 0.991

0

5

10

15

20

25

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

CP

(%

)

TSR


77



Lampiran 10. Grafik hubungan daya output dengan kecepatan putar poros pada


CP = (-5.827 TSR2) + (32.85 TSR) - 29.85 R² = 0.991

0

3

6

9

12

15

18

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

CP

(%

)

TSR

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800 1000

Day

a O

utp

ut

(wat

t)

Kecepatan Putar Poros (rpm)

Daya Mekanis

Daya Listrik


78





0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000

Day

a O

utp

ut

(wat

t)


Daya Mekanis

Daya Listrik

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000

Day

a O

utp

ut

(wat

t)


Daya Mekanis

Daya Listrik


PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI UNJUK KERJA...

Documents

Transcript of PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI UNJUK KERJA...