UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU … · dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL

DENGAN SUDU NACA 0015

DAN PANJANG CHORD 18 CM

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

SEPTIAN KURNIAJI

NIM : 125214060

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF GIROMILL WINDMILL

WITH BLADES NACA 0015

AND CHORD LENGTH 18 CM

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By:

SEPTIAN KURNIAJI

Student Number : 125214060

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016


iii

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL

DENGAN SUDU NACA 0015

DAN PANJANG CHORD 18 CM

Disusun oleh:

SEPTIAN KURNIAJI

NIM : 125214060

Telah disetujui oleh:

Dosen Pembimbing

Ir. Rines, M. T. Tanggal: 11 Agustus 2016


t-I

I

I

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILLDENGAII SUDU NACA OO15

DAN PANJATIG CIIORD 18 CM

Disusun oleh:

SEPTIAN IORNIAJII\[IM : 123214M0

Telah disetujui oleh:

Dosen Pembimbing

llr

Tanggal: 11 Agustus 2016


Ketua

Sekretaris

Anggota

UNJUK KERJA KINCIR AI\IGIN GIROMILL

DENGAN SUDU NACA OO15

DAN PANJAI\IG CIIORD 18 CM

Yang dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA : SEPTIAN KT,RIIAJI

NIM: 125214064

Telah dipErtahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 29 Juli 2016

Susunan Dewan Pen i

Nama Lengkap

: Ir. Petrus Kanisius Purwadi. M.T.

: Wibowo Kusbandono, S.T, M.T.

: Ir. Rines, M.T.

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu pe

Yoryakarta ll Agustus 2016Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata f)harma

Yogyakarta

lY

Tanda Tangan

S. Si., M.Math.Sc., Ptr.D.


PER}I"YATAAIY KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengaa iri penulis menyatd<an dongan sesungguhnya bahwa dalam Slaipsi

dengan judul:

Unjuk Kerja Kincir Angrn Giromilt

dengan Sudu NACA 0015

dan Paniang Chord 18 Cm

Yang dibuat unhrk melengkapi persyaratan ytr;;g wajlb ditempuh untuk menjadi

Sarjana Teknik pada program Strata-I, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharmq Yogyakarta Sejauh yang saya ketahui

bukan merupakan tiruan dari Skripsi yang sudah dipublikasikan di Perguruan

tinggi manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftat

pustaka.

Dibuat di : Yoryakarta

Pada tanggal : I I Agustus 2016

Septian Kurniaji


LEMBAR PERI\-YATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAI{ UNTUK

KEPBNTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, sa-va mahasiswa Universitas $auataftrarma :

Nama : SEPTIAN KURNIAII

Nomor Mahasiswa : 12521406A

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yangberyudul :

UnjukKerja Kincir Angin Giromill

dengan Sudu NACA 0015

dan Panjang Chord 18 Cm

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan \Jniversitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam kntuk 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 royalti kepada saya selama

tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Padatanggal 11 Agustus 2016

Yang menyatakan

vt


vii

ABSTRAK

Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu

negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang

maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Atas

dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka muncul ide tentang energi yang bisa

diperoleh secara berkelanjutan tanpa merusak alam yaitu energi terbarukan,

contohnya yakni energi angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk

kerja beberapa model kincir angin seperti torsi, hubungan daya dengan rpm,

hubungan koefisien daya, dan tip speed ratio dengan beberapa variasi penelitian

yang dilakukan.

Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin giromill dengan sudu

NACA 0015 dan panjang chord 18 cm, menggunakan bahan triplek yang

dibungkus pelat seng sebagai kulit luarnya, dan tingginya 80 cm. Terdapat dua

variasi penelitian yakni dengan variasi jumlah sudu dan variasi diameter penopang

sudu, variasi jumlah sudu adalah empat sudu dan tiga sudu sedangkan variasi

diameter penopang sudu adalah 50 cm dan 70 cm penopang sudu berbahan dasar

triplek dengan tebal 12 mm. 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

dan kecepatan udara rata-rata adalah 8,1 m/s . Penelitian dilakukan dengan

menggunakan fan blower di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi

diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 8,90 % pada

tip speed ratio 0,59 dengan daya output maksimal sebesar 15,81 watt pada torsi

0,83 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,07 % dan pada tip speed

ratio 0,75 dengan daya output maksimal sebesar 17,06 watt dan torsi 0,86 N.m.

Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,14 % pada tip speed ratio 0,43

dengan daya output maksimal sebesar 10.30 watt dan torsi 0,53 N.m. Kincir angin

giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien

daya maksimal sebesar 5,05 % pada tip speed ratio 0,64 dengan daya output

maksimal sebesar 5,59 watt dan torsi 0,59 N.m.

Kata kunci : Kincir angin sumbu vertikal, giromill, koefisien daya, tip speed

ratio


viii

ABSTRACT

The need of energy is very important for country’s socio-development. A

developed-country should have been supported by the progressive human

resources to support the society. Through the science and knowledge

development, some sustainable and eco-friendly energy has been invented, for

example the wind energy. This research aims to examine the work method of

wind turbines, such as the torsion, the relation of power and rpm, power

coefficient relation, and tip speed ration in various researches.

The researcher examined giromill wind turbine with NACA blade 0015 and

18 cm-length chord, which was made of plywood covered with zinc-plating with

80 cm-height. There were two research variation, the blade number variation and

the blade crutch diameter variation. The blade number variations were four blades

and three blades, while the blade crutch diameters were 50 cm and 70 cm, which

were made of plywood with 12 mm-thickness. To obtain the turbine power,

torsion, maximum power coefficient, and tip ratio speed on the turbine, the axis

turbine was connected to braking mechanism for giving weight to the turbine. The

weight amount could be seen on spring balance, the turbine rotation was measured

with tachometer and the wind speed was measured with anemometer, and the

average wind speed was 8,1 m/s. The research was performed in the Konversi

Energi Laboratory, Sanata Dharma University, using fan blower.

From the research, four blades giromill wind turbine with 70 cm-diameter

could generate the maximum power coefficient 8,90% on 0.59 tip speed ratio,

with 15,81 watt maximum power output on 0,83 N.m torsion. Three blades

giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power

coefficient 9,07% on 0,75 tip speed ratio, with 17,06 watt maximum power output

on 0,86 N.m torsion. Four blades giromill wind turbine with 50 cm-diameter

could generate the maximum power coefficient 5,14% on 0,43 tip speed ratio,

with 10,30 watt maximum power output on 0,53 N.m torsion. Three blades

giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power

coefficient 5,05% on 0,64 tip speed ratio, with 5,59 watt maximum power output

and 0,83 Nm torsion.

Keywords: vertical axis wind turbine, giromill, power coefficient, tip speed ratio


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kasih, karunia dan rahmat yang berlimpah dari Tuhan Yesus

Kristus dan Bunda Maria sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan

Skripsi dengan judul “ Unjuk Kerja Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA

0015 dan Panjang Chord 18 cm” Skripsi ini 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 penyusunan Skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat

dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati penulis

ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

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

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

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

dan meluangkan waktu untuk membimbing, memberikan saran, dan masukan

serta pengarahan kepada penulis dalam penyusunan laporan tugas akhir ini

sampai dengan selesai.

4. Dr. Drs.Vet. Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.


x

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

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

7. Rubiyanta dan Partini selaku orang tua penulis yang telah memberikan

dukungan material, cinta dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan

Skripsi ini.

8. Kakak-kakakku, Herlina Noviyani Kurnianingsih, Fendika Aji Prawisma dan

adikku Destya Aji Ryananda terima kasih untuk semua dukungan dan cinta.

9. Seseorang yang ada dalam hatiku, Davita Febrielia Kana, terima kasih atas

cinta, doa, motivasi dan kesabaran yang selalu menemani hari-hari indahku.

Semoga keindahan kasih ini selalu bermakna dan terjaga.

10. Teman-teman seperjuangan Bernadus Maswasano, Valentinus Taufan Deca

terima kasih untuk dukungan pembuatan kincir angin ini.

11. Teman-teman sekelas (Dwi, Anggi, Damar, Brian Satria, Andra, Wilson,

Candra, Yerikho, Bowo). Terima kasih atas kebersamaan dan kenangan-

kenangan indah.

12. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang yang

telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian

Skripsi ini.

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

serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini.

Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan

yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang


xi

membangun untuk menyempurkan Skripsi. Akhir kata seperti penulis harapkan

semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta,11 Agustus 2016

Penulis


xii

DAFTAR ISI

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii

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

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 5

1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 5

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 6

1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................... 6

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Airfoil .................................................................................................. 8

2.2 Kincir Angin ........................................................................................ 9

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ............................................... 11

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ................................................... 13

2.3 Rumus Perhitungan ............................................................................. 14

2.3.1 Energi dan Daya Angin ........................................................ 15

2.3.2 Torsi Kincir Angin ............................................................... 16

2.3.3 Daya Kincir Angin ............................................................... 16

2.3.4 Tip Speed Ratio..................................................................... 17

2.3.5 Koefisien Daya ..................................................................... 18

2.4 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 19


xiii

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian .............................................................................. 21

3.2 Bahan Untuk Penelitian ....................................................................... 22

3.3 Alat Untuk Penelitian .......................................................................... 25

3.4 Desain Kincir ....................................................................................... 29

3.5 Variabel Penelitian .............................................................................. 30

3.6 Variabel yang Diukur .......................................................................... 31

3.7 Parameter yang Dihitung ..................................................................... 31

3.8 Langkah Penelitian .............................................................................. 31

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian ........................................................................... 35

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ....................................................... 39

4.2.1 Perhitungan Torsi ................................................................. 39

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ...................................................... 39

4.2.3 Perhitungan tip speed ratio ................................................... 40

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya ................................................. 40

4.3 Hasil Perhitungan ................................................................................ 41

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ..................................................................... 45

4.5 Grafik Perbandingan dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm ....... 59

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 63

5.2 Saran .................................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 66

LAMPIRAN .......................................................................................................... 67


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kincir Angin P. La Cour .................................................................. 3

Gambar 2.1 Bagian-bagian Airfoil ....................................................................... 8

Gambar 2.2 NACA 0015 ................................................................................ 9

Gambar 2.3 Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal ...................... 10

Gambar 2.4 Cretan Sail Windmill ...................................................................... 11

Gambar 2.5 American Windmill ......................................................................... 12

Gambar 2.6 Dutch Four Arm ............................................................................. 12

Gambar 2.7 Skema Kincir Angin Savonius ....................................................... 13

Gambar 2.8 Kincir Angin Darrieus .................................................................... 14

Gambar 2.9 Kincir Angin Giromill .................................................................... 14

Gambar 2.10 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ) ................................................ 16

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin .................................. 21

Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill .................................................. 23

Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu .............................................. 23

Gambar 3.4 Dudukan sudu ukuran 50 cm .......................................................... 24

Gambar 3.5 Fan Blower ..................................................................................... 26

Gambar 3.6 Anemometer ................................................................................... 27

Gambar 3.7 Tachometer ..................................................................................... 28

Gambar 3.8 Sistem Pengereman ........................................................................ 28

Gambar 3.9 Neraca Pegas .................................................................................. 28

Gambar 3.10 Rangka Sudu kincir angin Giromill ................................................ 29

Gambar 3.11 Model Kincir Angin ....................................................................... 30

Gambar 3.12 Skema susunan alat pengujian kecepatan angin ............................. 32


xv

Gambar 3.13 Skema susunan alat untuk pengujian .............................................. 32

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin

giromil empat sudu variasi diameter 70 cm .................................... 46

Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin

giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ....................................... 47


giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ................................... 48


giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ....................................... 49

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill

empat sudu variasi diameter 70 cm ................................................. 50

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga

sudu variasi diameter 70 cm ........................................................... 51




tiga sudu variasi diameter 50 cm..................................................... 53

Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dan λ kincir angin giromill


Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin

giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ...................................... 56


giromill empat sudu variasi diameter 50 cm .................................. 57


giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ...................................... 59

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir

angin giromill empat sudu dan tiga sudu dengan variasi

diameter 50 cm dan 70 cm .............................................................. 60

Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( ) dan tip speed ratio

(λ) pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu

variasi diameter 50 cm dan 70 cm .................................................. 61


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm ..... 35

Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm ......... 36

Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm ..... 37

Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm ......... 38

Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm ............ 41

Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm................ 42

Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm ............ 43

Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm................ 44


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu

negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang

maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Saat

ini sebagian besar negara hanya terpacu untuk memaksimalkan energi mineral

atau energi fosil yang terkandung didalam bumi, contohnya minyak bumi, gas

alam dan batu bara. Setiap saat energi akan berkurang di setiap sisi bumi dan

eskploitasi yang besar-besaran membuat energi mineral semakin menipis. Jika

energi mineral terus diambil maka dalam waktu yang kurang dari 100 tahun lagi

gas alam akan habis sedangkan cadangan batubara akan habis diantara 200 tahun

sampai 300 tahun (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2006). Dalam perkembangannya

ilmu pengetahuan akan terus berkembang untuk menemukan suatu energi baru,

yang masyarakat luas kenal dengan energi alternatif atau energi terbarukan.

Kebutuhan untuk menggunakan energi terbarukan sangat mendesak dan harus

dilakukan dengan cepat dan sungguh-sungguh, energi terbarukan merupakan

sebuah energi yang bisa diperoleh secara berulang ulang, contohnya sinar

matahari dan angin. Energi ini adalah enegi yang ramah lingkungan yang tidak

mencemari lingkungan dan tidak memberikan kontribusi tentang pemanasan

global dan perubahan iklim, sehingga orang-orang berlomba untuk mencari suatu

keutungan dari adanya energi ini, dimulai dari sebuah mobil ramah lingkungan


2

hingga peralatan rumah tangga yang menggunakan energi matahari sebagai

sumber eneginya.

Pengembangan energi terbarukan sedang digalakkan melalui kebijakan-

kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber-

sumber energi terbarukan seperti matahari, angin, panas bumi, dan biomassa.

Energi angin merupakan energi terbarukan yang fleksibel karena pemanfaatan

energi angin dapat dilakukan dimana saja, baik di daerah landau maupun dataran

tinggi, bahkan di laut juga.

Pemanfaatan sumber energi angin di Indonesia masih langka bahkan kurang

popular, jika melihat garis pantai yang ada dari Provinsi paling barat yaitu

Nanggroe Aceh Darussalam sampai Nusa Tenggara Timur akan beberapa ribuan

kilometer yang bisa dijadikan tempat untuk pembangunan sistem pembangkit

listrik tenaga angin, namun sangat disayangkan bahwa hanya beberapa daerah saja

yang mulai mengembangkan energi ini contohnya di Provinsi Daerah Istimewa

Yogyakarta tepatnya di Pantai Baru Kabupaten Bantul, menjadikan daerah ini

sebagai daerah wisata dan tempat belajar mengenai kincir angin, karena di tempat

ini ada ratusan kincir angin yang berdiri.

Kincir angin atau Turbin Angin pertama kali digunakan untuk

membangkitkan listrik dibangun oleh P. La Cour dari Denmark diakhir abad ke-

19. Setelah perang dunia I, layar dengan penampang melintang menyerupai sudut

propeler pesawat sekarang disebut kincir angin type „propeler', kincir angin P La

Cour dapat ditunjukan pada Gambar 1.1 . Eksperimen kincir angin sudut kembar

dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang disebut


3

mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25

MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania. Diameter

propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m).

Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.

Gambar 1.1 Kincir Angin P. La Cour

(Sumber : isaacbrana.wordpress.com)

Kincir angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan sumbu putarnya,

Kincir Angin Sumbu Vertikal dan Kincir Angin Sumbu Horizontal. Pada

penelitian ini kincir angin yang digunakan untuk pengujian adalah kincir angin

sumbu Vertikal dengan tipe giromil. Giromill merupakan modifikasi dari kincir

angin Darrieus yang juga dipantenkan oleh George Darrieus pada tahun 1927.

Giromill sangat terkenal untuk bentuk dan desain sudu yang sederhana

(Mathew, 2006), perbedaan kincir angin giromill dengan Darrieus terletak pada

sudu yang melengkung dari sumbu atas sampai bawah, sedangkan giromill bentuk

sudu yang vertikal dengan penopang atas dan bawah sudu, untuk perbedaan


4

dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama.

Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda dengan kincir angin Darrieus, angin

yang datang akan langsung mendorong sudu, sudu yang aerodinamis akan lebih

berpengaruh terhadap gaya dorong sudu (Richard Smith, 2007).

Pada tahun 1989 di Inggris Raya sebuah kincir angin giromill terbesar di

Eropa dibuat dengan tinggi 45 m dan diameter 38 m, selesai pemasngan pada

tahun 1991, namun setelah beberapa bulan kincir angin giromill mengalami

kerukasan karena salah satu sudunya patah, diduga karena adanya kesalahan pada

pembuatan sudu yang terbuat dari fiberglass. 20 tahun berikutnya pada tahun

2010 di Swedia, kincir angin giromill dibuat dan merupakan kincir angin giromill

yang terbesar dibuat di Swedia, mempunyai sudu tiga dan mampu memperolah

daya sekitar 200 kW, kincir angin giromill ini dibuat dengan material komposit

dari kayu untuk sudunya dan baja digunakan untuk strukturnya.

Beberapa penelitian yang dilakukan dengan kincir angin giromill

menggunakan bentuk sudu airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA

0018, mendapatkan daya output yang besar di tip speed ratio yang rendah

(Prathamesh Despande et al, 2013). Dengan hasil penelitian diatas sebagai salah

satu acuan maka, penelitian ini dimaksudkan untuk memperoleh nilai kentungan

penggunaan kincir angin sumbu vertikal dengan judul penelitian “ Unjuk Kerja

Kincir Angin Giromill Dengan Sudu Naca 0015 Dan Panjang Chord 18cm”.

Kincir angin yang telah dibuat masih kurang berfungsi secara optimal, oleh karena

itu dilakukannya modifikasi diharapkan menghasilkan koefisien daya yang

semakin meningkat.


5

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan untuk penelitian ini adalah sebagai

berikut :

a. Indonesia memiliki garis pantai yang sangat panjang dan negara kepulauan

yang mempunyai sumber energi yang sangat melimpah, namun energi

angin tersebut memiliki kecepatan rendah.

b. Energi fosil adalah energi yang suatu saat akan habis, sedangkan energi

terbarukan selalu tersedia melimpah yang bila dimanfaatkan akan

memberikan energi yang ramah lingkungan.

c. Indonesia harus mulai menggunakan energi yang ramah lingkungan

sebagai alternatif pengganti energi fosil yang ketersediaannya terbatas.

d. Kebutuhan energi terbarukan menjadi sangat mendesak mengingat bumi

yang semakin rusak karena penggunaan energi yang tidak ramah

lingkungan.

e. Sumber energi angin memiliki potensi untuk dikembangkan dan tidak

menimbulkan berbagai dampak negatif bagi lingkungan dan masyarakat.

1.3 Batasan Masalah

Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan-batasan sebagai

berikut :

a. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin giromill dengan

panjang chord sudu 18 cm dan tingginya 80 cm.


6

b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

c. Sudu kincir menggunakan penampang airfoil dengan tipe NACA 0015.

d. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran

poros kincir dan gaya pengimbang torsi.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan Penelitian ini adalah :

a. Membuat model kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015, panjang

chord 18 cm, empat sudu dan tiga sudu, yang terbuat dari triplek

(polywood) dan dibungkus dengan pelat seng, untuk dua variasi diameter :

50 cm dan 70 cm.

b. Mendapatkan hubungan putaran poros dan torsi kincir angin giromill yang

diteliti.

c. Mendapatkan hubungan daya output dan torsi kincir angin giromill yang

diteliti.

d. Mendapatkan hubungan koefisien daya (cp) dan tip speed ratio (tsr) kincir

angin giromill yang diteliti.

1.5 Manfaat penelitian

Manfaat pembuatan kincir angin ini adalah :

a. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat luas agar

bisa dikembangkan sebagai alternatif pembangkit listrik.


7

b. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir angin

berbahan pelat seng dan triplek (polywood)

c. Menambah modifikasi kincir angin, khususnya tipe model giromill.

d. Menambah kepustakaan di bidang energi terbarukan.


8

BAB II

DASAR TEORI DAN

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Airfoil

Airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang berguna

untuk dapat memberikan gaya angkat (lift) tertentu terhadap suatu bodi lainnya.

Bagian-bagian airfoil dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Bagian airfoil meliputi permukaan atas (upper surface), permukaan bawah

(lowerer surface), mean camber line adalah tempat kedudukan titik-titik antara

permukaan atas dan bawah airfoil, leading edge adalah titik paling depan pada

mean camber line, trailing edge adalah titik paling belakang pada mean camber

line, camber adalah jarak maksimum antara mean camber line dan garis chord

yang diukur tegak lurus terhadap garis chord, dan ketebalan (thickness) adalah

jarak antara permukaan atas dan permukaan bawah yang diukur tegak lurus

terhadap garis chord

Gambar 2.1 Bagian-bagian Airfoil

(Sumber : http://michael-suseno.blogspot.co.id)


http://michael-suseno.blogspot.co.id/

9

Gambar 2.2 NACA 0015

(Sumber : www.homebuiltairplanes.com)

NACA 0015 merupakan seri 4 digit dari beberapa macam seri, antara lain :

NACA seri 5 digit, NACA seri 1 (16), NACA seri 6, NACA seri 7, dan NACA

seri 8. Dari tipe 0015 digit pertama menyatakan persen maksimum chamber pada

chord, digit kedua menyatakan sepersepuluh persen maksimum chamber pada

chord dari leading edge, sedangkan kedua digit terakhir menyatakan persen

ketebalan airfoil terhadap chord, jadi NACA 0015 merupakan airfoil simetris

dengan ketebalan maksimum 15% dari panjang chord, bentuk NACA 0015 dapat

dilihat pada Gambar 2.2

2.2 Kincir Angin

Turbin angin atau yang kita kenal dengan kincir angin merupakan sarana

pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar generator


http://www.homebuiltairplanes.com/

10

listrik. Sejarah penggunan kincir angin yang pertama kali digunakan adalah di

Persia pada abad 5. Kemudian kincir angin tersebut menyebar ke seluruh Eropa.

Di Belanda sendiri, kincir angin digunakan pertama kali sekitar abad 13. Kincir

angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan sumbu porosnya,sumbu horisontal

dan sumbu vertikal, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal

(Sumber : ecowatchcanada.wordpress.com)

Sumbu Horisontal atau HAWT (Horisontal Axis Wind Turbin) dan Sumbu

Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbin) memiliki beberapa jenis lagi

dan beberapa karakteristik yang berbeda, Kincir Angin sumbu horizontal memiliki

poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin angin sumbu

vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak

lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin

agar menjadi efektif, kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah

anginnya sangat bervariasi. Sumbu Kincir Angin Vertikal (VAWT) mampu

mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal,


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

11

generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu

menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Karena sulit

dipasang di atas menara, turbin 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

turbin angin.

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Kincir angin sumbu horizontal memiliki contoh – contoh seperti berikut :

1. Cretan Sail

Jenis kincir ini dibuat pada tahun 1976, dengan bahan atau material

utamanya kayu dan sebuah kain di sudunya, kincir ini terletak pada daerah

pesisir pantai, bentuk kincir angin Cretan Sail dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Cretan Sail Windmill

(Sumber : pinterest.com)


12

2. American Windmill

American Windmill atau Wind Engine dirancang oleh Daniel Halladay

pada tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur,

sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penembakan dan

penggilingan gabah serta memotong jerami. Gambar 2.5 menunjukan bentuk

dari kincir angin American Windmill.

Gambar 2.5 American Windmill

Sumber : (xaharts.org)

3. Dutch Four Arm

Desain kincir angin ini tergolong sederhana, dan mungkin awal dari

rancangan kincir angin di Eropa, karena bentuk dan bahan materialnya pun

dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya model ini sangat terkenal di

Belanda. Pada Gambar 2.6 dapat dilihat bentuk kincir angin Ducth Four Arm.

Gambar 2.6 Dutch Four Arm

(Sumber : travelwriterstales.com)


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

13

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir Angin Sumbu Vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang bisa

menangkap atau mengkonversi angin dari segala arah, sudunya yang tegak lurus

arah angin akan memutar kincir dengan orientasi arah kincir horizontal. Berikut

adalah tipe-tipe dari Kincir Angin Sumbu Vertikal :

1. Kincir Angin Savonius

Kincir Angin Savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius

yang berasal dari Negara Finlandia sekitar tahun 1922. Savonius menggunakan

sudu dengan cara memotong silinder Fletter menjadi 2 paruhan sepanjang garis

pusat dan memposisikan 2 pruhan tersebut membentuk seperti huruf ‘S” yang

diletakan pada lingkaran batas sudu seperti yang ditunjukan Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Skema Kincir Angin Savonius

(Sumber : www.ecosources.info)

2. Kincir Angin Darrieus

Darrius sama seperti model Savonius namun desain sudu / blades

menggunakan sistem aerofoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Darrieus,

seorang insinyur aeronautika dari Perancis pada tahun 1927. Bentuk kincir angin

ini dapat dilihat pada Gambar 2.8


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

14

Gambar 2.8 Kincir Angin Darrieus

(Sumber : www.wind-works.org)

3. Kincir Angin Giromill

Kincir angin giromill merupakan modifikasi dari kincir angin darrieus,

diciptakan dan dipatenkan oleh Georges Darrieus pada tahun 1927. Desain kincir

angin giromill mempunyai kemiripan dengan H-Rotor dan Darrieus, di sudu yang

berbentuk aerodinamis serta menggunakan airfoil, seperti yang dapat dilihat pada

Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Kincir Angin Giromill

Sumber : (www.wind-works.org)


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

15

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan unjuk

kerja kincir angin :

2.3.1 Energi dan Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetic yang dirumuskan

berikut ini :

(1)

dengan adalah energi kinetic (joule), adalah massa ( ) , dan adalah

kecepatan angin ( )

Dari persamaan (1) , dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu

(J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :

(2)

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

udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s) , dan adalah kecepatan angin

(m/s).

Dengan :

(3)

dimana adalah massa jenis udara (1.18 kg/ ) , adalah luas frontal kincir

( ).

Dengan substitusi, persamaan (2) dan persamaan (3), daya angin ( ) dapat

dirumuskan menjadi :

( )

Yang dapat disederhanakan menjadi :


16

(4)

2.3.2 Torsi Kincir Angin

Torsi adalah sebuah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan olah

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

terhadap sumbu poros yang berputar. Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung

menggunakan persamaan (Yanus A. Cengel, 2006) :

(5)

dengan adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm) ,

adalah gaya pengimbang atau gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan

adalah jarak lengan torsi ke poros (m).

2.3.3 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat

energi angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitan yang

dilakukan oleh seorang ilmuan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan

efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % angka ini disebut Betz

Limit. Gambar 2.10 menunjukan karakteristik dari beberapa tipe kincir :

Gambar 2.10 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ)

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


17

Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros

kincir angin adalah :

(6)

Dengan adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt) , adalah torsi

dinamis (Nm), dan adalah kecepatan sudut (rad/s).

Kecepatan sudut ( ) dapat didapat dari :

rad / s

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan

persamaan :

=

=

(7)

dengan adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), adalah

putaran poros (rpm).

2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)

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

kincir angin yang berputar melingkar dengn kecepatan angin yang

melewatinya.

Rumus kecepatan di ujung sudu ( ) adalah :

( )


18

dengan adalah kecepatan ujung sudu, adalah kecepatan sudu (rad/s), dan

adalah jari-jari kincir (m).

Sehingga dapat dirumuskan dengan :

Yang dapat disederhanakan menjadi :

(8)

dengan adalah jari-jari kincir (m), adalah putaran poros (rpm) ,dan

adalah kecepatan angin (m/s).

2.3.5. Koefisien Daya (Cp)

Koefisien daya atau power coefficience ( ) adalah perbandingan antara

daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( ) dengan daya yang dihasilkan

oleh angin ( ) . Sehingga dapat dirumuskan:

(9)

dengan adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), adalah daya yang

dihasilkan angin (watt).

2.4 Tinjauan Pustaka

Giromill sangat terkenal untuk bentuk dan desain sudu yang sederhana

(Mathew, 2006), perbedaan kincir angin giromill dengan Darrieus terletak pada

sudu yang melengkung dari sumbu atas sampai bawah, sedangkan giromill bentuk

sudu yang vertikal dengan penopang atas dan bawah sudu, untuk perbedaan


19

dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama.

Beberapa penelitian yang dilakukan dengan kincir angin giromill menggunakan

bentuk sudu airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA 0018,

mendapatkan daya output yang besar di tip speed ratio yang rendah (Prathamesh

Despande et al, 2013). Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda dengan kincir

angin Darrieus, angin yang datang akan langsung mendorong sudu, sudu yang

aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya dorong sudu (Richard Smith,

2007).

Pada tahun 2010, M Samanaudy, Ghorab dan Youssef meneliti tentang kincir

angin giromill dengan variasi sudut pemasangan, jumlah sudu, model airfoil

(NACA 0024 NACA 4420 NACA 4520) dan panjang chord. dalam penelitian

yang dilakukan M Samanaudy, Ghorab dan Youssef koefisien daya maksimum

sebesar 25% menggunakan tipe airfoil simetris NACA 0024 dengan panjang

chord 15 cm , sudut pemasangan 10o

dan menggunakan empat sudu. Untuk airfoil

simetris seperti NACA 0024 dalam pengujian ini diperoleh koefisien daya

maksimum sebesar 25% pada tip speed ratio optimal 1,4 dengan variasi pitch

angle 100

,dan menggunakan empat sudut, sedangkan untuk penelitian variasi

model airfoil non simetris NACA 4420, pada kondisi yang sama diperoleh

koefisien daya maksimum 16 % pada tip speed ratio optimal 1,2 , dan pengujian

NACA 4520 diperoleh koefisien daya maksimal 13 % pada tip speed ratio

optimal 1.1. penelitian yang dilakukan oleh M Samanaudy, Ghorab dan Youssef

menunjukan bahwa airfoil simetris bisa mencapai koefisien daya tertinggi

dibandingkan dengan airfoil non simetris seperti NACA 4420 dan NACA 4520.


20

Pada penelitian yang dilakukan oleh Indra Siregar pada tahun 2012

menggunakann tipe kincir angin H-Rotor dengan model penampang airfoil NACA

0018 variasi penelitian dalam kecepatan angin 3 m/s dan 3,67 % dan sudut pitch

angle 150, 20

0, 25

0 dengan pembebanan 300, 200 dan 50 gram. Pada penelitian ini

diperoleh koefisien daya maksimum 7,8 % pada tip speed ratio 1,25 dengan

variasi kecepatan angin 3 m/s menggunakan tiga sudu dan pada pitch angle 150.


21

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini dimulai dari perencanaan hingga analisis

data. Dapat ditujukan dalam diagram alir seperti dalam Gambar 3.1:

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin

Perencanaan Kincir Angin Giromill dengan

Sudu NACA 0015

Mulai

Pembuatan Kincir Angin berbahan dasar triplek (polywood) dan dibungkus

dengan pelat seng

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan kincir, kecepatan angin dan

beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari hubungan putaran poros dan torsi, daya output

dan torsi serta koefisien daya dan tip speed ratio

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan

laporan

Selesai


22

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 giromill dilakukan di Laboratorium Konversi

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

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 giromill.

3.2 Bahan Untuk Penelitian

Bahan- bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut

a. Bahan untuk sudu kincir angin

Sudu-sudu menggunakan bahan papan triplek (polywood) ukuran 12

mm yang sudah dipotong dengan pola NACA 0015 dan disusun

menggunakan rangka alumunium dan stainless steel dengan ketinggian 80

cm, untuk lebih kuat bagian sela antara triplek (polywood) satu dengan lain


23

diberi potongan triplek (polywood) dengan ketebalan 4 mm. Bentuk sudu

dapat dilihat pada Gambar 3.2.

(a) (b)

Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill

a) rangka sudu, b) rangka sudu yang sudah dilapisi triplek (polywood)

b. Bahan untuk pengikat ujung sudu kincir.

Dimasing- masing ujung sudu terdapat alumunium dengan ketebalan 5

mm dan panjang 20 cm digunakan untuk mengikat sudu dengan dudukan

sudu, seperti yag ditunjukan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu


24

c. Bahan untuk dudukan sudu

Dudukan sudu yang merupakan komponen yang berfungsi sebagai

pengikat dan pemasangan sudu. Dudukan sudu memiliki lubang disetiap

sudutnya, ada enam lubang disetiap satu sudu kemudian dimur untuk

mengikat sudu dengan dudukan sudu, terdapat dua dudukan sudu untuk

atas dan bawah. Bentuk dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.4,

dudukan sudu terbuat dari papan triplek (polywood) dengan ketebalan 12

mm diameter 70 cm dan 50 cm.

Gambar 3.4 Dudukan sudu ukuran 50 cm

d. Bahan untuk poros utama kincir

Poros utama kincir terpasang pada bagian tengah dudukan sudu dari

bawah sampai atas dengan ditahan oleh bantalan atas dan bantalan bawah


25

pada tiang penahan kincir. Bahan poros utama adalah pipa pvc dengan

ukuran 1” dengan panjang 90 cm dan dilapisi dengan potongan pipa pvc

untuk menahan dudukan sudu dibagian antar dudukan atas dan bawah.

3.3 Alat Untuk Penelitian

Alat-alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin dan penelitian

meliputi beberapa bagian, yaitu :

a. Alat kerja utama :

1. Mesin bor

2. Hand bor

3. Mesin Gerinda

4. Gergaji

5. Palu

b. Alat kerja tambahan dan alat bantu pengukuran :

1. Fan Blower

Fan Blower berfungsi untuk menghisap udara masuk kedalam wind

tunnel dan mengeluarkannya dibagian belakang seperti yang

ditunjukan pada Gambar 3.6, Fan Blower ini mempunyai daya

penggerak motor 5.5 kW.


26

Gambar 3.5 Fan Blower

2. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang

dihasilkan fan blower, dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.6 Anemometer


27

3. Tachometer

Tachometer adalah alat yang berfungsi untuk mengukur kecepatan

putaran poros, tachometer mampu membaca tiga bagian yaitu min

yang menyatakan nilai terendah dari pembacaan, max menyatakan nilai

tertinggi yang dibaca dan av atau average yang merupakan rata-rata

dari 3 kali pembacaan dari kecepatan putaran poros. Tachometer dapat

ditunjukan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.7 Tachometer

4. Sistem Pengereman

Sistem pengereman berfungsi sebagi beban pada putaran kincir

yang dimana kincir diberi beban karet, karet memiliki pegas sehingga

mampu memberi tekanan pada tuas pengereman untuk mampu

mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Gambar

3.9 menunjukan sistem pengereman.


28

Gambar 3.8 Sistem Pengereman

5. Neraca Pegas

Neraca Pegas berfungsi untuk mengetahui beban pengereman pada

kincir angin saat berputar, Neraca Pegas diasumsikan sebagai

pengimbang torsi dinamis, dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.9 Neraca Pegas

c. Penopang kincir angin

Penopang kincir angin diletakan dibagian belakang fan blower untuk

tempat kincir angin berputar, terdapat tumpuan atas dan bawah. Bantalan

terdapat di bagian tumpuan atas dan bawah berguna untuk menumpu poros

utama kincir angin.


29

3.4 Desain Kincir

Desain sudu kincir angin giromill dengan penampang airfoil NACA 0015

panjang chord 18 cm, tinggi sudu 80 cm, Gambar 3.12 menunjukan bagian rangka

sudu yang belum ditutup dengan pelat seng, dan sudu yang sudah tertutup pelat

seng.

(a) (b)

Gambar 3.10 Rangka Sudu kincir angin Giromill

a)Rangka sudu , b) Sudu yang sudah terbungkus pelat seng

Sudu kincir angin giromill tersusun dari triplek (polywood) yang sudah

berpola NACA 0015, kemudian diberi lubang untuk rangka yang terbuat dari

stainless steel dan untuk rangka belakang menggunakan almunium, setelah

terpasang bagian sela antara triplek (polywood) satu dengan lain diberi penguat

80

cm

18 cm


30

yaitu papan triplek dengan ketebalan 3 mm diikat menggunakan kawat. Untuk

pengikat antara ujung sudu dan penopang sudu, menggunakan alumunium dengan

panjang 20 cm, di rekatkan bagian atas sudu dan bawah dengan dilubangi lalu

diberi mur. Pelapisan menggunakan pelat seng harus sesuai dengan pola NACA

0015, setelah dilengkuk pelat seng dipasang menggunakan paku sebagai pengikat

dan lem dibagian ekor.

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

membentuk rotor kincir angin, pada penelitian pertama menggunakan empat sudu.

Berikut desain rotor kincir angin sudu empat bisa dilihat pada Gambar 3.14 :

Gambar 3.11 Model kincir angin

3.5 Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi jumlah sudu, menggunakan empat sudu dan tiga sudu

2. Variasi diameter penopang sudu dengan diameter 50 cm dan 70 cm

70 CM70 CM


31

3.6 Variable yang Diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah:

1. Kecepatan angin (m/s)

2. Putaran poros (rpm)

3. Gaya pengimbang (N)

3.7 Parameter yang Dihitung

Untuk mendapat karakteristik yang didapat pada penelitian menggunakan

parameter sebagai berikut :

1. Daya angin (Pin)

2. Daya Kincir (Pout)

3. Gaya Pengimbang Torsi (T)

4. Koefiesien Daya (Cp)

3.8 Langkah Penelitian

Penelitian ini dilasanakan di Laboratorium Konversi Energi Program Studi

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, dengan memakai fan blower

berkapasitas 5.5 kW. Pengambilan data beban dan kecepatan putaran poros kincir

dilakukan bersamaan, sedangkan untuk pengambilan data kecepatan angin

dilakukan sebelum pengambilan data kecepatan putaran poros dan beban. Gambar

3.15 menunjukan skema pengambilan data kecepatan angin dengan menggunakan

anemometer dan Gambar 3.16 menunjukan skema susunan alat untuk pengujian.


32

Gambar 3.12 Skema susunan alat pengujian kecepatan angin

Gambar 3.13 Skema susunan alat untuk pengujian

Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data adalah

pemasangan kincir angin pada tiang penyangga dan memasang mekanisme

pengereman dengan poros kincir atas. Langkah-langkah dalam pengambilan data

adalah sebagai berikut :

1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pengereman


33

2. Proses pengambilan data kecepatan angin dilakukan dengan pemasangan

anemometer didepan fan blower dengan jarak 2 m

3. Pengambilan data kecepatan angin dilakukan sebanyak tiga puluh kali

4. Fan blower dihidupkan untuk pengambilan data kecepatan angin

5. Matikan fan blower setelah tiga puluh kali pengambilan data kecepatan

angin

6. Posisikan kincir angin sejajar dengan sumbu fan blower dengan jarak 2 m

di depan fan blower

7. Pemasangan neraca pegas menggunakan tali nylon dengan

menghubungkan lengan dari mekanisme pengereman

8. Tali nylon dipasang bagian bawah digunakan untuk menarik neraca pegas

9. Jika sudah siap fan blower kembali dihidupkan

10. Pada percobaan pertama dengan empat sudu dan variasi ukuran 70 cm ,

dilanjutkan dengan tiga sudu diameter 70 cm, empat sudu diameter 50 dan

tiga sudu diameter 50

11. Untuk mekanisme pengereman menggunakan karet sebagai pegas untuk

mengurangi kecepatan putaran poros kincir dan untuk mengetahui besar

torsi dinamis yang didapat dari penelitian

12. Mengukur kecepatan putaran poros dibagian bawah kincir dengan

menggunakan tachometer, pengambilan data dilakukan dengan rata-rata

kecepatan putaran poros yag terdapat di tachometer

13. Mengamati selama waktu yang ditentukan


34

14. Mengulang kembali dari langkah ke 2 hingga langkah ke 12 untuk

variasi sudu sudu yang berikutnya.


35

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Berikut ini adalah hasil data dari penelitian kincir angin giromil empat sudu

dan tiga sudu dengan dua variasi diameter. Data yang diperoleh dapat dilihat pada

Tabel 4.1 , Tabel 4.2 , Tabel 4.3, Tabel 4.4 .

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm dengan

kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s

No Penelitian Beban

F (gram)

Putaran Kincir

n (rpm)

1

1

0 269,5

2 0 276,2

3 0 274,4

4

2

120 262,9

5 120 264,1

6 120 245,6

7

3

250 221,7

8 250 224

9 250 223,3

10

4

450 218,8

11 450 212,9

12 450 209,3

13

5

560 208,2

14 560 203,2

15 560 199,9

16

6

600 198,1

17 600 198

18 600 198,8

19

7

640 195,2

20 640 197,3

21 640 197


36

Lanjutan Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70

cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s

No Penelitian Beban

F (gram)

Putaran Kincir

n (rpm)

22

8

710 192,9

23 710 194,3

24 710 189,7

25

9

850 181,1

26 850 174,6

27 850 179,6

28

10

880 155,9

29 880 148,3

30 880 147,1

Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm dengan


No Penelitian Beban

F (gram)

Putaran Kincir

n (rpm)

1

1

0 314,1

2 0 313,5

3 0 310,5

4

2

140 295,3

5 140 308,9

6 140 308,8

7

3

320 276,5

8 320 273,6

9 320 272,6

10

4

440 251,6

11 440 253,4

12 440 263,7

13

5

550 248,6

14 550 248,1

15 550 238

16

6

650 225

17 650 226,3

18 650 223

19

7

700 208,2

20 700 204,1

21 700 203,7


37

Lanjutan Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm

dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s

No Penelitian Beban

F (gram)

Putaran Kincir

n (rpm)

22

8

730 195,9

23 730 197,2

24 730 193,3

25

9

880 185,6

26 880 188,7

27 880 177,6

Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm dengan


No Penelitian Beban

F (gram)

Putaran Kincir

n (rpm)

1

1

0 270,2

2 0 274,6

3 0 268,7

4

2

80 251,8

5 80 257,9

6 80 257,2

7

3

220 230,9

8 220 231,9

9 220 229,7

10

4

340 198,1

11 340 201

12 340 193,8

13

5

430 186,2

14 430 187,2

15 430 189

16

6

530 177,1

17 530 174,6

18 530 180,2

19

7

600 167,1

20 600 154,6

21 600 158,3

22

8

650 139,5

23 650 116,4

24 650 110,4


38

Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm dengan


No Penelitian Beban

F (gram)

Putaran Kincir

n (rpm)

1

1

0 301

2 0 307,8

3 0 302,2

4

2

140 291,8

5 140 288,1

6 140 296,7

7

3

220 282,1

8 220 287,8

9 220 280,7

10

4

250 271,8

11 250 278,3

12 250 270

13

5

300 263,4

14 300 266,1

15 300 259,5

16

6

350 240,9

17 350 242,7

18 350 238,6

19

7

440 201,2

20 440 209,4

21 440 206,3

22

8

540 172,9

23 540 141,6

24 540 136,6


39

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam

proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m

/s2

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

4.2.1 Perhitungan Torsi

Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari

Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Dari data yang

diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 1,18 Newton dan jarak

lengan torsi ke poros sebesar 0,1 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai berikut :

T = F . l

= (1,18) . (0,1)

= 0,12 N.m

Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,12 N.m

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir

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

pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin

sebesar 8,1 m/s, putaran poros (n) sebesar 262,9 rpm, dan torsi yang telah

diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.1 adalah sebesar = 0,12 N.m. Besar nilai daya

kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Pout = T . ω

= 0,12 .


40

= 0,12 .

= 3.24 watt

Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 3.24 watt

4.2.3 Perhitungan tip speed ratio

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

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

rad/s adalah sebesar 27,5 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,35 m, dan

kecepatan angin sebesar 8.19 m

/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung menggunakan

rumus sebagai berikut :

tsr =

=

= 1,23

Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah 1,23

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya

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

yakni, besar nilai daya angin adalah 157,8 watt dan nilai dari daya yang dihasilkan

kincir angin pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar 1,23 watt. Nilai koefisien daya

dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Cp =

x 100%

=

x 100%

= 1,79 %


41

Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 1,79 %

4.3 Hasil Perhitungan

Pengujian kincir angin sumbu vertikal tipe giromill dengan sudu NACA

0015, panjang Chord 18 cm, empat sudu dan tiga sudu, untuk dua variasi diameter

: 50 cm dan 70 cm, yang sudah diuji ini diperoleh hasil data – data seperti berikut

yang dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8.

Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi Kec. Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya

n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)

269,5 0 0,00 0,00 28,2 0,00 1,21 0,00

276,2 0 0,00 0,00 28,9 0,00 1,24 0,00

274,4 0 0,00 0,00 28,7 0,00 1,23 0,00

262,9 120 1,18 0,12 27,5 3,24 1,18 1,79

264,1 120 1,18 0,12 27,7 3,26 1,18 1,79

245,6 120 1,18 0,12 25,7 3,03 1,10 1,67

221,7 250 2,45 0,25 23,2 5,69 0,99 3,14

224 250 2,45 0,25 23,5 5,75 1,00 3,17

223,3 250 2,45 0,25 23,4 5,73 1,00 3,16

218,8 450 4,41 0,44 22,9 10,11 0,98 5,57

212,9 450 4,41 0,44 22,3 9,84 0,95 5,42

209,3 450 4,41 0,44 21,9 9,68 0,94 5,33

208,2 560 5,49 0,55 21,8 11,98 0,93 6,60

203,2 560 5,49 0,55 21,3 11,69 0,91 6,44

199,9 560 5,49 0,55 20,9 11,50 0,89 6,34


42

Lanjutan Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi Kec. Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya

n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt

Cp (%)

198,1 600 5,89 0,59 20,7 12,21 0,89 6,73

198 600 5,89 0,59 20,7 12,20 0,89 6,72

198,8 600 5,89 0,59 20,8 12,25 0,89 6,75

195,2 640 6,28 0,63 20,4 12,83 0,87 7,07

197,3 640 6,28 0,63 20,7 12,97 0,88 7,15

197 640 6,28 0,63 20,6 12,95 0,88 7,14

192,9 710 6,97 0,70 20,2 14,07 0,86 7,75

194,3 710 6,97 0,70 20,3 14,17 0,87 7,81

189,7 710 6,97 0,70 19,9 13,84 0,85 7,62

181,1 850 8,34 0,83 19,0 15,81 0,81 8,71

174,6 850 8,34 0,83 18,3 15,25 0,78 8,40

179,6 850 8,34 0,83 18,8 15,68 0,80 8,64

155,9 880 8,63 0,95 16,3 15,50 0,70 8,54

148,3 880 8,63 0,95 15,5 14,75 0,66 8,12

147,1 880 8,63 0,95 15,4 14,63 0,66 8,06

Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi Kec. Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya


Cp (%)

314,1 0 0,00 0,00 32,9 0,00 1,41 0,00

313,5 0 0,00 0,00 32,8 0,00 1,40 0,00

310,5 0 0,00 0,00 32,5 0,00 1,39 0,00

295,3 140 1,37 0,14 30,9 4,25 1,32 2,34

308,9 140 1,37 0,14 32,3 4,44 1,38 2,45

308,8 140 1,37 0,14 32,3 4,44 1,38 2,45

276,5 320 3,14 0,31 29,0 9,09 1,24 5,01

273,6 320 3,14 0,31 28,7 8,99 1,22 4,96

272,6 320 3,14 0,31 28,5 8,96 1,22 4,94

251,6 440 4,32 0,43 26,3 11,37 1,13 6,27


43

Lanjutan Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya


Cp (%)

253,4 440 4,32 0,43 26,5 11,45 1,13 6,31

263,7 440 4,32 0,43 27,6 11,92 1,18 6,57

248,6 550 5,40 0,54 26,0 14,05 1,11 7,74

248,1 550 5,40 0,54 26,0 14,02 1,11 7,72

238 550 5,40 0,54 24,9 13,45 1,07 7,41

225 650 6,38 0,64 23,6 15,02 1,01 8,28

226,3 650 6,38 0,64 23,7 15,11 1,01 8,33

223 650 6,38 0,64 23,4 14,89 1,00 8,20

208,2 700 6,87 0,69 21,8 14,97 0,93 8,25

204,1 700 6,87 0,69 21,4 14,68 0,91 8,09

203,7 700 6,87 0,69 21,3 14,65 0,91 8,07

195,9 730 7,16 0,72 20,5 14,69 0,88 8,09

197,2 730 7,16 0,72 20,7 14,79 0,88 8,15

193,3 730 7,16 0,72 20,2 14,50 0,87 7,99

185,6 880 8,63 0,86 19,4 16,78 0,83 9,24

188,7 880 8,63 0,86 19,8 17,06 0,84 9,40

177,6 880 8,63 0,86 18,6 16,06 0,79 8,85

Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya


Cp (%)

272,7 0 0,00 0,00 28,6 0,00 0,87 0,00

274,6 0 0,00 0,00 28,8 0,00 0,88 0,00

268,7 0 0,00 0,00 28,1 0,00 0,86 0,00

251,8 90 0,88 0,09 26,4 2,33 0,80 1,28

257,9 90 0,88 0,09 27,0 2,38 0,82 1,31

257,2 90 0,88 0,09 26,9 2,38 0,82 1,31

230,9 220 2,16 0,22 24,2 5,22 0,74 2,88

231,9 220 2,16 0,22 24,3 5,24 0,74 2,89

229,7 220 2,16 0,22 24,1 5,19 0,73 2,86

198,1 340 3,34 0,33 20,7 6,92 0,63 3,81

201 340 3,34 0,33 21,0 7,02 0,64 3,87


44

Lanjutan Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya


Cp (%)

193,8 340 3,34 0,33 20,3 6,77 0,62 3,73

186,2 430 4,22 0,42 19,5 8,23 0,60 4,53

187,2 430 4,22 0,42 19,6 8,27 0,60 4,56

189 430 4,22 0,42 19,8 8,35 0,60 4,60

177,1 530 5,20 0,52 18,5 9,64 0,57 5,31

174,6 530 5,20 0,52 18,3 9,51 0,56 5,24

180,2 530 5,20 0,52 18,9 9,81 0,58 5,41

167,1 600 5,89 0,59 17,5 10,30 0,53 5,67

154,6 600 5,89 0,59 16,2 9,53 0,49 5,25

158,3 600 5,89 0,59 16,6 9,76 0,51 5,38

139,5 650 6,38 0,64 14,6 9,32 0,45 5,13

116,4 650 6,38 0,64 12,2 7,77 0,37 4,28

110,4 650 6,38 0,64 11,6 7,37 0,35 4,06

Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya


Cp (%)

301 0 0,00 0,00 31,5 0,00 0,96 0,00

307,8 0 0,00 0,00 32,2 0,00 0,98 0,00

302,2 0 0,00 0,00 31,6 0,00 0,97 0,00

291,8 140 1,37 0,14 30,6 4,20 0,93 2,31

288,1 140 1,37 0,14 30,2 4,14 0,92 2,28

296,7 140 1,37 0,14 31,1 4,27 0,95 2,35

282,1 220 2,16 0,22 29,5 6,38 0,90 3,51

287,8 220 2,16 0,22 30,1 6,50 0,92 3,58

280,7 220 2,16 0,22 29,4 6,34 0,90 3,50

271,8 250 2,45 0,25 28,5 6,98 0,87 3,85

278,3 250 2,45 0,25 29,1 7,15 0,89 3,94

270 250 2,45 0,25 28,3 6,93 0,86 3,82

263,4 300 2,94 0,29 27,6 8,12 0,84 4,47

266,1 300 2,94 0,29 27,9 8,20 0,85 4,52


45

Lanjutan Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm

Putaran

Poros Beban

Gaya

Pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

Sudu

Daya

Output

Kincir λ

Koefisien

Daya


Cp (%)

259,5 300 2,94 0,29 27,2 8,00 0,83 4,41

240,9 350 3,43 0,34 25,2 8,66 0,77 4,77

242,7 350 3,43 0,34 25,4 8,73 0,78 4,81

238,6 350 3,43 0,34 25,0 8,58 0,76 4,73

201,2 440 4,32 0,43 21,1 9,09 0,64 5,01

209,4 440 4,32 0,43 21,9 9,47 0,67 5,21

206,3 440 4,32 0,43 21,6 9,33 0,66 5,14

172,9 540 5,30 0,53 18,1 9,59 0,55 5,28

141,6 540 5,30 0,53 14,8 7,86 0,45 4,33

136,6 540 5,30 0,53 14,3 7,58 0,44 4,17

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan

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

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

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

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

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

Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm

Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat

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

Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin

giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,95 N.m dan terjadi

pada putaran sebesar 155,9 rpm.


46

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil

empat sudu variasi diameter 70 cm


Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm




giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,86 N.m dan terjadi pada

putaran sebesar 177,6 rpm.

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

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

Pu

tara

n K

inci

r. n

(rp

m)

Torsi. T (N.m)


47


giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm


Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm




giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,64 N.m dan terjadi

pada putaran sebesar 110,4 rpm.

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

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

Pu

tara

n K

inci

r. n

(rp

m)

Torsi. T (N.m)


48


giromill empat sudu variasi diameter 50 cm


Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm




giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,53 N.m dan terjadi pada

putaran sebesar 136,6 rpm.

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

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

Pu

tara

n K

inci

r. n

(rp

m)

Torsi. T (N.m)


49


giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill

Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm

Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya

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

torsi. Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm adalah 15,81

watt pada torsi sebesar 0,83 N.m.

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

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

Pu

atar

an K

inci

r. n

(rp

m)

Torsi. T (N.m)


50

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat

sudu variasi diameter 70 cm


Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm




dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm adalah 17,06 watt

pada torsi sebesar 0,86 N.m.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

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

Day

a O

utp

ut,

Po

ut

(wat

t)

Torsi, T (N.m)


51

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu

variasi diameter 70 cm


Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm




dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm adalah 10,30

watt pada torsi sebesar 0,59 N.m.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

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

Day

a O

utp

ut,

Po

ut (

wat

t)

Torsi, T ( N.m )


52

Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin Giromill empat

sudu variasi diameter 50 cm


Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm




dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm adalah 9,59 watt

pada torsi sebesar 0,59 N.m.

0

2

4

6

8

10

12

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

Day

a O

utp

ut

Po

ut (

wat

t)

Torsi, T (N.m)


53

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu

variasi diameter 50 cm

4.4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya ( ) dan tip speed ratio (λ)

Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm

Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin empat sudu variasi 70cm diperoleh

persamaan = -24,984 2 + 29,839 – 0,0001 untuk menentukan nilai koefisien

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

sebagai berikut :

= -24,984 2 + 29,839 – 0,0001

0 = -49,96 + 29,839

=

= 0,597

0

2

4

6

8

10

12

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

Day

a O

utp

ut

, Po

ut (

wat

t)

Torsi, T (N.m)


54

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio ( optimal,

yakni sebesar 0,597

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai yang dimasukan ke dalam

persamaan sebagai berikut :

= -24,984 2 + 29,839 – 0,0001

= -24,984 2 + 29,839 – 0,0001

= 8,90 %

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal

(Cpmax), yakni sebesar 8,90%

Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dan λ kincir angin giromill


𝐶𝑝 = -24,984λ2 + 29,839λ – 0,0001

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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

Ko

efi

sie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%

)

Tip Speed Ratio, λ


55


Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm


maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin tiga sudu variasi 70 cm diperoleh

persamaan = -19,42 2 + 29,301 – 1,9742 untuk menentukan nilai koefisien

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

sebagai berikut :

= -19,42 2 + 29,301 – 1,9742

0 = -38,84 + 29,301

=

= 0,754


yakni sebesar 0,754



= -19,42 2 + 29,301 – 1,9742

= -19,42 2 + 29,301 – 1,9742

= 9,07 %


(Cpmax), yakni sebesar 9,07 %


56

Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill

tiga sudu variasi diameter 70 cm


Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm


maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin empat sudu variasi 50 cm diperoleh

persamaan = -26,842 2 + 23,513 untuk menentukan nilai koefisien daya

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

berikut :

= -26,842 2 + 23,513

0 = -53,684 + 23,513

𝐶𝑝 = -19,42λ2 + 29,301λ – 1,9742

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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

Ko

efi

esi

en

Day

a, 𝐶𝑝

(%

)

Tip Speed Ratio, λ


57

=

= 0,4379


yakni sebesar 0,4379



= -26,842 2 + 23,513

= -26,842 2 + 23,513

= 5,14 %





𝐶𝑝 = -26,842λ2 + 23,513λ

0

1

2

3

4

5

6

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

Ko

efi

esi

en

Day

a, 𝐶𝑝

(%

)

Tip Speed Ratio, λ


58


Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm

Pada Gambar 4.12 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal

dan tsr optimal untuk kincir angin tiga sudu variasi 50 cm diperoleh persamaan

= -30,285 2 + 39,333 - 7,717 untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal

dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut :

= -30,285 2 + 39,333 - 7,717

0 = -60,57 + 39,33

=

= 0,6493


yakni sebesar 0,6493



= -30,285 2

+ 39,333 - 7,717

= -30,285 2 + 39,333 – 7,717

= 5,05 %




59


tiga sudu variasi diameter 50 cm

4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu

dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm

Berikut ini adalah grafik perbandingan dari kincir angin giromill empat sudu

dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm, grafik perbandingan daya output

dan Torsi, koefisien daya ( ) dan tip speed ratio (

4.5.1 Grafik Perbandingan Daya Output Dengan Torsi Untuk Kincir

Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan

70 cm

Pada Gambar 4.12, memperlihatkan data yang sudah diperoleh dapat

dibandingkan antara empat variasi yang diteliti. Pada penelitian empat variasi ini

diketahui bahwa, yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter

𝐶𝑝 = -30,285λ2 + 39,333λ- 7,717

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

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

Ko

efi

sie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%

)

Tip Speed Ratio, λ


60

70 cm mendapatkan torsi paling tinggi sebesar 0,95 N.m dan menghasilkan daya

output paling tinggi 14,75 watt, untuk daya output ( ) paling tinggi

terjadi pada variasi tiga sudu dengan diameter 70 cm, diperoleh daya output ( )

sebesar 17,06 watt dan torsi sebesar 0,86 N.m. untuk variasi diameter 50 cm, kincir

angin giromill empat sudu menghasilkan daya output ( ) sebesar 10,30 watt

daan torsi sebesar 0,64 N.m, lebih tinggi dibanding kincir angin giromill tiga sudu

yang menghasilkan torsi sebesar 0,53 N.m dan daya output ( ) sebesar 9,59

watt.

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir angin

giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

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

Day

a O

utp

ut

(wat

t)

Torsi ( N.m)

4 Sudu 70 cm

3 Sudu 70 cm

4 Sudu 50 cm

3 Sudu 50 cm


61

4.5.2 Grafik Perbandingan Koefisien Daya ( ) dengan tip speed ratio ( )

Untuk Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi

Diameter 50 cm dan 70 cm

Pada Gambar 4.13, dapat diketahui bahwa kincir angin giromill tiga sudu

dengan variasi diameter 70 cm memiliki koefisien daya maksimal lebih

besar dari kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm, empat

sudu dengan diameter 50 cm, dan tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm. Kincir

angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien

daya maksimal sebesar 9,07 % dan tip speed ratio (λ) sebesar 1,4, data

diperoleh dari perhitungan pada Sub Bab 4.4.10.

Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( ) dan tip speed ratio (λ) pada

kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

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

Ko

efi

sie

n D

aya,

𝐶𝑝

(%

)

Tip Speed Ratio, λ

Poly. (4 Sudu 70 cm)





63

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu NACA 0015

panjang chord 18 cm dengan variasi diameter 50 cm dan 70 cm yang sudah

dilakukan, maka dapat disumpilkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil membuat kincir angin giromill sudu NACA 0015 dan

panjang chord 18 cm. Variasi yang dilakukan yakni kincir angin giromill

empat sudu dan tiga sudu dengan diameter 50 cm dan 70 cm, berbahan

dasar triplek (polywood) yang dibungkus pelat seng dengan tinggi 80 cm.

2. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat

menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 15,81 watt pada torsi

optimal 0,83 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter

70 cm dapat menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 17,06 watt

dan torsi optimal yang dihasilkan sebesar 0,86 N.m. Kincir angin giromill

empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan daya

output (Pout) maksimal sebesar 10,30 watt dengan torsi optimal 0,53 N.m.

Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat

menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 5,59 watt dan torsi

optimal yang dihasilkan sebesar 0,59 N.m.

3. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat

menghasilkan koefisien daya maksimal ( ) sebesar 8,90 % pada tip


64

speed ratio 0,59. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi

diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( )

sebesar 9,07 % dan pada tip speed ratio 0,75. Kincir angin giromill

empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien

daya maksimal ( ) sebesar 5,14 % pada tip speed ratio 0,43.

Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat


speed ratio 0,64.

4. Kincir angin giromill sudu tiga dengan variasi diameter 70 cm

menghasilkan koefisien daya dan tip speed ratio paling tinggi

dibandingkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70

cm, kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm.

kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm


speed ratio 0,75.

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk

penelitian selanjutnya :

1. Persiapkan dengan matang yang menunjang penelitian dari desain dan

model airfoil yang dipakai.

2. Perbanyak variasi untuk model sudu NACA dan sudut pemasangan sudu

(pitch angle)


65

3. Pemilihan pelat seng yang cocok untuk ditekuk dan tidak membekas

sangat perlu diperhatikan untuk efisiensi penggunaan pelat seng.

4. Memperhatikan pemasangan sudu harus presisi untuk penopang bawah

dan atas.

5. Membuat penopang bawah, atas serta poros utama dengan bahan yang

tepat dan kuat untuk menghidari kerusakan pada penelitian.


66

DAFTAR PUSTAKA

Kadir, A., 1995, “ Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial

Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

Desphande , Pratamesh., 2013, “Numerical Study of Giromill-Type Wind Turbines

with Symmetrical and Non-symmetrical Airfoils”, Department of

Mechanical Engineering Lamar University Beaumont , Texas

El Samanoudy , M., 2010, “Effect of some design parameters on the performance

of a Giromill vertical axis wind turbine”, Mesir. Diakses : 25 Mei 2016

Suseno , Michael., 2013, “Airfoil” Jakarta. Diakses : 12 Maret 2016

Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 12

April 2015.

Pudjanarso , A & Nursuhud , D., 2006, “ Mesin Konversi Energi” Andi Offset,

Yogyakarta.

Siregar , Indra., 2012, “Pengaruh Perubahan Sudut Pitch yang Besar Terhadap

Kinerja Low Solidity Turbin Angin Sumbu Vertikal H-Rotor Dengan

NACA 0018” Universitas Negeri Semarang, Diakses : Tanggal 8

Agustus 2016


67

LAMPIRAN

Hasil pengambilan data kecepatan angin

1 2 3 Rata-rata

7,66 5,87 6,08 7,817

7,05 6,49 6,49

8,11 7,98 8,78

7,39 8,37 7,98

8,37 7,03 7,81

7,27 8,91 7,03

8,05 7,8 8,41

8,41 8,99 7,72

7,96 9,23 8,7

7,87 8,1 8,6

1 2 3 Rata-rata

8,93 8,65 8,47 8,578667

8,74 8,66 8,63

9,08 9,08 9,08

8,36 8,87 8,93

8,37 8,92 8,42

8,57 8,99 7,99

8,39 8,42 8,96

7,94 7,94 8,55

8,06 8,86 7,94

8,51 8,35 8,7

1 2 3 Rata-rata

8,17 8,66 8,29 8,332333

8,5 8,32 8,28

8,29 8,31 8,32

8,12 8,14 7,63

7,09 8,36 8,31

8,31 8,3 8,14

8,47 8,69 8,47

8,69 8,18 8,29

8,6 8,91 8,18

8,5 8,67 8,78

1 2 3 Rata-rata

8,43 8,2 7,41 7,376

7,41 8,25 8,13

7,02 8,42 7,53

8,14 8,14 7,69

7,72 7,53 7,3

7,84 7,18 7,17

7,17 7,17 7,75

7,65 7,75 7,83

0,83 7,83 7,45

7,26 7,02 6,06

1 2 3 Rata-rata

7,27 7,41 8,04 7,672067

6,77 7,99 7,4

6,9 7,772 7,4

7,94 8,23 7,99

7,74 7,94 7,78

8,23 7,82 8,23

7,94 7,8 7,26

7,45 7,71 8,04

7,71 8,23 7,45

7,22 7,26 7,24

1 2 3 Rata-rata

8,5 7,88 8,96 8,063226

8,67 8,3 8,73

8 7,87 8,26

7,88 8,29 8,39

8,31 8,66 8,5

8,29 8,15 7,66

8,69 7,16 8,24

8,37 8,38 8,32

8,04 8,47 8,75

8,74 8,19 8,31


68

Dari hasil pengambilan ke 12 data kecepatan angin maka kecepatan angin rata-

rata adalah 8,1 m/s

1 2 3 Rata-rata

8,41 8,13 8,19 8,515667

8,56 8,45 8,01

8,81 8,23 8,59

8,77 8,41 8,62

8,59 7,8 9,23

8,19 8,59 8,77

8,67 8,93 8,38

8,38 9,07 8,59

8,13 9,17 8,41

8,07 8,42 8,9

1 2 3 Rata-rata

8,59 8,65 8,6 8,668333

7,99 8,79 8,14

8,59 8,25 9,49

8,63 9,04 8,36

8,14 8,67 8,52

9,2 9,05 9,7

8,56 9,14 8,54

8,39 9,05 7,87

8,48 8,89 8,49

8,37 9,28 8,59

1 2 3 Rata-rata

7,53 7,17 7,53 7,588333

7,53 7,25 8,99

8,91 6,99 8,13

7,2 8,59 7,17

7,11 8,11 7,22

7,22 7,74 7,29

7,29 7,59 7,05

6,51 8,18 7,09

6,99 7,53 8,23

8,13 8,12 7,26

1 2 3 Rata-rata

8,47 8,56 8,92 8,577667

8,5 8,67 8,16

8,95 7,45 8,6

8,55 7,6 9,01

8,41 8,59 7,74

9,05 8,56 8,41

8,45 9,16 9,05

8,43 8,61 8,3

8,73 9,1 9,13

8,44 9,19 8,54

1 2 3 Rata-rata

8,3 8,34 8,69 8,274

7,94 8,01 8,22

8,24 8,37 8,75

8,01 7,92 7,76

8,38 7,7 8,47

8,09 8,79 8,89

9,2 8,02 8,14

8,13 8,01 8,32

8,24 7,92 9,32

7,71 7,84 8,5


UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU … · dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka...

Documents

Transcript of UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU … · dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka...