UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

81
i UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU DARI BAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 1 METER DENGAN POSISI LEBAR POROS MAKSIMAL 10 SENTIMETER DARI PUSAT POROS TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh : KUKUH WAHYU AJI SUKMA NIM : 125214037 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transcript of UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

Page 1: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU

DARI BAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 1 METER DENGAN POSISI

LEBAR POROS MAKSIMAL 10 SENTIMETER

DARI PUSAT POROS

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

KUKUH WAHYU AJI SUKMA

NIM : 125214037

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 2: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

ii

THE PERFORMANCE OF FOUR BLADES PROPELLER WINDMILL

MADE FROM COMPOSITE 1 METER IN DIAMETER POSITION WITH

MAXIMUM WIDTH 10 CENTIMETER THE CENTRAL

SHAFT FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

KUKUH WAHYU AJI SUKMA

Student Number : 125214037

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 3: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 4: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 5: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 6: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 7: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

vii

INTISARI

Kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat.

Hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan

ekonomi dan pemakaian energi yang terus bertambah. Bahan bakar minyak

(BBM), batubara dan gas menjadi sumber energi utama untuk ketersediaan listrik

di Indonesia. Namun peningkatan kebutuhan energi ini tidak diikuti dengan

ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi

pembangkit listrik di Indonesia. Hal ini dikarenakan ketersedian bahan bakar

tersebut semakin menipis. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide

untuk menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya yakni

angin, dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan

untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin propeler empat sudu poros horizontal

berdiameter 1 meter berbahan komposit yang diteliti seperti besar torsi,

perbandingan daya, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio.

Kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 meter

berbahan komposit. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan angin, variasi

kecepatan angin pertama dengan kecepatan angin 9,5 m/s, variasi kecepatan angin

kedua 8 m/s dan variasi kcepatan angin yang ketiga 7 m/s. Agar mendapatkan

daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka

poros kincir dihubungkan ke mekanisme pemebebanan lampu yang berfungsi

untuk pemberian beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada

timbangan digital. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan

kecepatan angin diukur menggunakan anemometer.

Dari hasil penelitian kincir angin empat sudu dengan tiga variasi kecepatan

angin, maka koefisien daya (cp) tertinggi yang didapat yaitu sebesar 19,30% pada

tsr 3,06 dengan kecepatan angin 8 m/s dan Torsi terbesar yang dihasilkan oleh

kincir angin yaitu 0,93 Nm pada kecepatan putar kincir 462 rpm terjadi pada

kecepatan angin 8 m/s. Selanjutnya untuk daya terbesar yang dapat dihasilkan dari

kincir angin yaitu 53,10watt pada torsi 0,93 Nm dan kecepatan angin 9,5 m/s.

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 8: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

viii

ABSTRACT

The need for electricity in Indonesia has increased year by year. This

occurred due to increase in the number of people, economic growth and the use of

energy continu. Of fuel oil, coal and gas to be a source of primary energy to the

availability of electricity in Indonesia e to grow. But the increase in energy needs

this is not followed by the increased availability of fuel oil, gas and coal as a

source of energy a power plant in Indonesia. It was because the increased

availability of the fuel becomes thin. On the basis of the present state this, appear

the idea to produce alternative energy that cannot be discharged, for example the

wind, with conducted research on windmills. This study attempts to assess

working on windmills in question as large torque, comparison resources, the

maximum resources and tip speed ratio

Windmills the treatment is windmills propeler four blade the shaft

horizontal diameter 1 meter composite made. There are three variation treatment

wind speed, variation wind speed first with wind 9,5 m/s, variation wind speed

second 8 m/s and variation wind speeds are third 7 m/s. To get the power work,

torque, the coefficients power maximum and tip speed ratio in work, so the shaft

work connected to mechanism pemebebanan a lamp that serves to the provision of

a load on work. The size of the burden work can be seen in weight digital Round

windmills measured use a tachometer and wind speed measured use anemometer.

From the results of four studies windmill blade with three variations of

wind speed, the power coefficient (cp) is the highest obtained in the amount of

19.30% on a TSR of 3.06 with wind speeds of 8 m / s and the largest torque

generated by the windmill is 0 , 93 Nm at 462 rpm wheel rotational speed occurs

at a wind speed of 8 m / s. Furthermore, to the greatest power that can be

generated from the windmills that 53,10watt the torque of 0.93 Nm and a wind

speed of 9.5 m / s.

Keywords: windmills propeler, the coefficients power, tipped speed ratio.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 9: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan

berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas

akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan

berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena

itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spirituil antara

lain kepada :

1. Sudi Mungkasi Ph. D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan

selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di

Program Studi Teknik Mesin.

3. Dr. Drs Vet. Asan Damanik, M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik

yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis

belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas

akhir.

5. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan

selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan tugas akhir.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 10: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 11: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

ρ Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

𝑣 Kecepatan angin (m/s)

𝜔 Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar rotor (rpm)

F Gaya pengimbang (N)

T Torsi (Nm)

Pin Daya angin (watt)

Po Daya listrik (watt)

Pout Daya kincir (watt)

TSR Tip Speed Ratio

Cp Koefisien daya (%)

𝑚 massa udara (kg)

Ek Energi kinetic (wH)

𝑉 Volume (m3)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

Panjang (m)

Waktu (s)

𝑣 Kecepatan di ujung sudu

kincir (m/s).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 12: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xii

DAFTAR ISI

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

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

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

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

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

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

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

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

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................... xi

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

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

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

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

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

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

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

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

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 13: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xiii

BAB II DASAR TEORI .......................................................................................... 4

2.1 Dasar Teori ........................................................................................................ 4

2.2 Kincir Angin....................................................................................................... 5

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal .................................................................... 5

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ......................................................................... 7

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp terhadap tsr ......................................................... 9

2.4 Kincir Angin Propeler ..................................................................................... 10

2.5 Komposit ......................................................................................................... 11

2.5.1 Fiberglass ...................................................................................................... 13

2.5.2 Matriks .......................................................................................................... 14

2.6 Rumus Perhitungan ......................................................................................... 19

2.6.1 Rumus Energi Kinetik .................................................................................. 19

2.6.2 Rumus Tip Speed Ratio ................................................................................ 20

2.6.3 Rumus Torsi ................................................................................................. 21

2.6.4 Rumus Daya .................................................................................................. 21

2.6.5 Rumus Koefesien Daya (Cp) ....................................................................... 22

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................ 23

3.1 Diagram Penelitian .......................................................................................... 23

3.2 Alat Dan Bahan Kincir Angin ......................................................................... 24

3.3 Desain Kincir Angin ....................................................................................... 31

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ........................................................................ 35

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 14: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xiv

3.4.1 Alat Dan Bahan Pembuatan Sudu ................................................................ 35

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

3.5 Langkah Pengambilan Data ............................................................................ 37

3.5 Langkah Pengolahan Data ............................................................................... 39

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ............................................ 40

4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................................................... 40

4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan................................................................... 41

4.2.1 Perhitungan Daya Angin .............................................................................. 41

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir .............................................................................. 42

4.2.3 Perhitungan Torsi ......................................................................................... 42

4.2.4 Perhitungan Cp .............................................................................................. 42

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio ........................................................................ 43

4.3 Data Hasil Perhitungan ................................................................................... 43

4.4 Pembahasan ...................................................................................................... 48

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 49

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

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

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 51

LAMPIRAN .......................................................................................................... 52

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 15: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ........................................................... 6

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ................................................................ 8

Gambar 2.3 Grafik hubungan antara koefesien daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio

(tsr) dari beberapa jenis kincir angin ...................................................................... 10

Gambar 2.4 Sketsa fiber dan metriks .................................................................... 12

Gambar 2.5 Fiber dan matriks (resin) ................................................................... 12

Gambar 2.6 Contoh jenis fiberglass ...................................................................... 14

Gambar 2.7 Grafik Stress dan Strain ..................................................................... 17

Gambar 2.8 Kurva tegangan/regangan sistem ideal matriks .................................. 18

Gambar 2.8 Kurva tegangan/regangan kegagalan serat ........................................ 18

Gambar 3.1 Sudu Kincir Angin ............................................................................. 25

Gambar 3.2 Dudukan Kincir Angin ...................................................................... 26

Gambar 3.3 Dinamo Speda Listrik ....................................................................... 27

Gambar 3.4 Fan Blower ......................................................................................... 27

Gambar 3.5 Anomemeter ...................................................................................... 28

Gambar 3.6 Tachometer ........................................................................................ 29

Gambar 3.7 Timbangan Digital.............................................................................. 29

Gambar 3.8 Volt Meter ......................................................................................... 30

Gambar 3.9 Ampere Meter ................................................................................... 31

Gambar 3.10 Lampu Pembebanan ......................................................................... 32

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 16: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xvi

Gambar 3.11 Skema Instalasi Pembebanan ........................................................... 32

Gambar 3.12 Pembebanan Lampu ......................................................................... 33

Gambar 3.13 Desain awal/ molding kincir angin poros horizontal dari bahan ko-

vcccvvvvvvvmposit berdiameter 1 meter dengan posisi poros lebar maksimal 10

cccccccccccccentimeter diatas pusat poros ............................................................ 34

Gambar3.14Desain kincir angin poros horizontal dari bahan komposit

cccccccccccberdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10

czccccccccccentimeter diatas pusat poros ............................................................. 35

Gambar3.15Desain kincir angin poros horizontal dari bahan komposit berdiameter

dssdsdsdsd1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10 centimeter diatas pusat

sdsdsdsdssdporos .................................................................................................. 35

Gambar3.16Skema pembebanan kincir angin poros horizontal dari bahan

sadnfksadn komposit berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10

qqqqqqqqqqcentimeter diatas pusat poros ............................................................. 38

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 17: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin empat sudu dengan variasi kecepatan

vvvvvvvvangin 9,5 m/s ....................................................................................... 40

Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir angin empat sudu dengan variasi kecepatan

ccccccccc angin 8 m/s ........................................................................................... 40

Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir angin empat sudu dengan variasi kecepatan

angin 7 m/s ........................................................................................ 41

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin empat sudu dengan variasi

mmmmmm kecepatan angin 9,5 m/s ................................................................... 44

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin empat sudu dengan variasi

mmmmmm kecepatan angin 8 m/s ...................................................................... 44

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin empat sudu dengan variasi

mnnnnnnnnkecepatan angin 7 m/s ....................................................................... 45

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 18: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xviii

Lampiran

Gambar L.1 Grafik Putaran poros dengan Torsi kecepatan angin 9,5 m/s ............ 52

Gambar L.1 Grafik Putaran poros dengan Torsi kecepatan angin 8 m/s ............... 52

Gambar L.1 Grafik Putaran poros dengan Torsi kecepatan angin 7 m/s ............... 53

Gambar L.1 Grafik Daya Elektris dengan Torsi kecepatan angin 9,5 m/s ............ 53

Gambar L.1 Grafik Daya Elektris dengan Torsi kecepatan angin 8 m/s ............... 54

Gambar L.1 Grafik Daya Elektris dengan Torsi kecepatan angin 7 m/s ............... 54

Gambar L.1 Grafik Daya Mekanis dengan Torsi kecepatan angin 9,5 m/s ........... 54

Gambar L.1 Grafik Daya Mekanis dengan Torsi kecepatan angin 8 m/s .............. 55

Gambar L.1 Grafik Daya Mekanis dengan Torsi kecepatan angin 7 m/s ............. 55

Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR)

Mmmmm Kecepatan angin 9,5 m/s .................................................................... 56

Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR)

Kkkkkkkkk Kecepatan angin 8 m/s ....................................................................... 56

Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR)

Mmmmmm Kecepatan angin 7 m/s ....................................................................... 57

Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) mekanis dengan Tips Speed Ratio (TSR)

Mmmmmm Kecepatan angin 9,5 m/s .................................................................... 57

Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) mekanis dengan Tips Speed Ratio (TSR)

Mmmmmm Kecepatan angin 8 m/s ....................................................................... 58

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 19: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

xix

Gambar 3.0 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR)

Bbbbbbbbb Kecepatan angin 7 m/s........................................................................ 58

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 20: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat mengakibatkan

kebutuhan energi semakin meningkat. Tetapi peningkatan konsumsi ini tidak

diimbangi dengan sumber daya fosil semakin yang menipis, energi alternatif

mulai banyak dikembangkan terutama yang ramah lingkungan dalam

pengolahannya. Indonesia dengan sumber daya alam yang melimpah tentu

menyimpan banyak sekali sumber energi alternatif yang bisa dimanfaatkan seperti

energi air, energi surya, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak energi

yang sudah kita kenal selama ini energi anginlah yang mudah dalam

pengolahanya dan tidak membutuhkan biaya yang cukup besar. Untuk

mengkonversi energi angin menjadi energi listrik dibutuhkan alat berupa kincir

angin. Putaran kincir akan menggerakan generator yang nantinya menghasilkan

energi listrik.

Ada banyak bentuk dan karateristik kincir angin, yang dapat

diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu : Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

dan Vertical Axiswind Turbine (VAWT) perberdaan kedua jenis kincir ini terletak

pada poros yang terpasang secara horisontal dan vertikal. Ada banyak faktor yang

mempengaruhi kecepatan putaran kincir, salah satunya yaitu : kecepatan angin,

banyaknya sudu dan kehalusan permukaan serta jumlah beban. Dengan alasan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 21: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

2

tersebut penulis ingin melihat sejauh mana pengaruh kehalusan permukaan sudu

terhadap kecepatan putaran poros kincir angin.

1.2 Perumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

a. Indonesia adalah Negara kepulauan yang memiliki potensi energi angin

yang cukup besar tetapi belum dimanfaatkan secara maksimal.

b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut

dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Membuat Kincir Angin poros horisontal empat sudu.

b. Mengetahui Koefisien Daya (Cp) yang dihasilkan kincir angin.

c. Tip Speed Ratio (tsr) yang dihasilkan kincir angin.

d. Mencari performa kincir angin yang terbesar.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Model kincir angin berbahan komposit dengan diameter 1 meter

b. Penelitian dilakukan pada terowongan angin atau generator angin di

Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 22: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

3

c. Kincir angin menggunakan tipe horizontal axis wind turbine (HAWT)

dengan empat sudu.

d. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengunakan variasi kecepatan

angin dan dengan jumlah 4 sudu.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Mengetahui kinerja kincir angin empat sudu dengan variasi angin yang

berbeda.

b. Sumber referensi bagi pengembang teknologi untuk mengembangkan

teknologi alternatif, khususnya energi angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 23: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

Energi angin adalah energi yang sudah lama kita kenal dan sudah banyak

dimanfaatkan untuk membantu kehidupan sehari – hari sejak jaman dahulu.

Banyak perahu – perahu layar nelayan yang memanfaatkan energi angin untuk

mencari ikan dilaut. Sebagai mana sudah kita ketahui, Angin adalah udara

bergerak yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan. Perbedaan suhu udara

ini diakibatkan pemanasan atmosfer yang tidak merata oleh sinar matahari.

Kecepatan angin dipengaruhi letak dan ketinggiannya, orang yang tinggal di

daerah khatulistiwa cenderung merasakan hembusan angin yang lebih kencang

dari pada orang yang tinggal jauh dari khatulistiwa hal ini dikarenakan daerah

khatulistiwa lebih dekat dengan matahari. Dilihat dari faktor ketinggian, semakin

tinggi suatu tempat maka semakin kencang pula hembusan anginnya. Hal ini

disebabkan karna, semakin tinggi suatu tempat maka gesekan terhadap benda –

benda yang mempengaruhi laju kecepatan angin dipermukaan bumi kecil, begitu

pula di lautan.

Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau

–pulau memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik

tenaga angin. Dari 120 tempat menurut survei LAPAN (Lembaga Penerbangan

dan Antariksa Nasional) hanya beberapa tempat yang memiliki potensi angin

yang cukup baik diantaranya kepulauan Sumbawa, Sumba, Lombok, Nusa

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 24: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

5

Tenggara timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, Pantai Selatan dan Bali

memiliki kecepatan angin rata-rata tahunan sebesar 4,5 sampai 5,9 m/s.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin

sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak

ditemukan dinegara – negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang pada

waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian,

penggilingan gandum dan pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin

digolongkan menjadi duajenisnya menurut porosnya yaitu : kincir agin poros

horisontal dan kincir angin poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir Angin Poros Horisontal atau propeler adalah kincir angin yang

memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan

arah angin.Kincir angin Poros Horisontal ini memiliki jumlah bilah lebih dari dua,

kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang bekerja

pada suatu kincir.

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 25: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

6

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

(Sumber:http://www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta.html)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 26: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

7

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal.

Kelebihan kincir angin poros horisontal:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada

di atas menara.

3. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju

rotor.

4. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah

yang berat (Gearbox dan Generator).

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah

angin (ekor pengarah atau sensor elektrik).

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

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

adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah

angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari

segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan

torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 27: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

8

a. Kincir angin Darrieus b. Kincir angin Savonius

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

(Sumber:http://www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta.html)

Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal

Kelebihan kincir angin poros vertikal :

1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

3. Dapat bekerja pada putaran rendah.

4. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

5. Tidak perlu mengatur sudut – sudut untuk menggerakan sebuah generator.

Kelemahan kincir angin poros vertikal :

1. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 28: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

9

2. Hanya dapat mengkonfersi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya

drag tambahan.

3. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.

4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari

kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 Batas

maksimal tersebut di namai dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat

p

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips

SpeedRatio (TSR) dari beberapa jenis kincir.

(Sumber :www.gunturcuplezt.com) diakses Mei 2016)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 29: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

10

2.4 Kincir Angin Propeler

Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai kincir angin poros horisontal

atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) jenis propeler. Kincir angin propeler

merupakan kincir angin yang konvensional dimana suatu putaran tegak lurus

dengan arah angin dengan jumlah sudu dua, tiga atau pun lebih yang

berpenampang airfoil.

Kelebihan kincir angin propeler

1. Mampu menghasilkan daya yang besar.

2. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi.

3. Kontruksi kincir lebih sederhana.

4. Penempatannya jauh dari permukaan tanah sehingga memiliki faktor

keamanan yang cukup tinggi.

2.5 Komposit

Dalam tugas akhir ini bahan untuk membuat kincir angin adalah bahan

komposit. Komposit adalah material yang tersusun atas campuran dua atau lebih

material dengan sifat kimia dan fisika berbeda, dan menghasilkan sebuah material

baru yang memiliki sifat-sifat berbeda dengan material-material pengusunnya.

Material komposit tersusun atas dua tipe material penyusun yakni matriks

dan penguat (reinforcement). Keduanya memiliki fungsi yang berbeda, fiber

berfungsi sebagai material rangka yang menyusun komposit, sedangkan matriks

berfungsi untuk merekatkan fiber dan menjaganya agar tidak berubah posisi.

Campuran keduanya akan menghasilkan material yang keras, kuat, namun ringan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 30: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

11

Gambar 2.4 Sketsa fiber dan Matriks

(http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/)

Gambar 2.5 Fiber dan matriks (resin)

(http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/)

Komposit yang diaplikasikan pada kincir angin terbuat dari bahan

fiberglass, serat karbon, dan kayu. Matriks pengikat yang digunakan yaitu

polyester, epoxy, dan vinyl ester. Komposit yang paling umum diterapkan yaitu

jenis GRP (fiberglass reinforced plastic). Pada sistem kincir angin, komposit

biasanya digunakan sebagai bahan pembuat sudu, tetapi pada bagian lain pun

dapat digunakan seperti misalnya pada nacelle cover. Keunggulan utama

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 31: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

12

menggunakan material komposit yaitu : (1) pabrikasi yang mudah walaupun

berbentuk aerodinamika, (2) memiliki kekuatan yang tinggi,(3) memiliki

perbandingan tingkat kekakuan yang tinggi terhadap beratnya. Bahan ini pun

lebih tahan terhadap korosi, merupakan isolator listrik, tahan terhadap degradasi

lingkungan dan fleksibel dalam variasi metode pembuatan.

2.5.1. Fiberglass

Fiberglass dibentuk dengan cara memilin kaca menjadi benang yang

panjang. Jenis fiberglass yang paling umum yaitu E-glass yang terbuat dari

calcium aluminosilicate glass. Material ini memiliki kekuatan tarik yang baik dan

ekonomis. Jenis lain fiberglass yang umum digunakan yaitu S-glass yang terbuat

dari calcium-free aluminosilicate glass. Serat jenis ini memiliki kekuatan tarik 25-

30% lebih tinggi dibanding jenis E-glass, akan tetapi tidak seekonomis jenis E-

glass karena harganya >200% harga E-glass.

Fiberglass terkadang langsung digunakan untuk proses produksi, akan

tetapi lebih umum dikombinasikan terlebih dahulu menjadi bentuk yang lain.

Biasanya fiberglass dianyam atau dirajut menjadi helai kain, dibentuk menjadi

lembaran yang kontinyu atau lembaran yang acak(kusut) atau dipersiapkan

sebagai bentuk yang tercacah. Apabila diinginkan material dengan kekuatan tarik

tinggi, maka jenis yang dipilih yaitu unidirectional atau jenis lembaran yang acak.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 32: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

13

Gambar 2.6 Contoh jenis fiberglass

Komposit serat (fiber-matrik composites) dibedakan menjadi;

1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik.

2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.

4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal

5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.

2.5.2. Matriks

Resin epoksi akan cenderung dibahas dalam tulisan ini. Resin epoksi

mempunyai kegunaan luas dalam industri Teknik Kimia, listrik, mekanik dan sipil

sebagai perekat, cat pelapis, pencetakan cord an benda-benda cetakan.

1. Proses produksi bahan

Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari

bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 33: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

14

Bisfenol A diganti dengan novolak ,atau senyawa tak jenuh,

siklopentadien, dsb. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi

unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi

bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya.

Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen epoksi (banyaknya resin yang

mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram).

2. Sifat-sifat bahan

a) Resin bisfenol A

Kelekatannya terhadap bahan lan banyak sekali. Bahan ini banyak

digunakan dalam cat untuk logam, perekat, pelapis dengan serat gelas,

dsb. Pada pengawetan tak dihasilkan produk tambahan seperti air, dan

penyusutan volume kurang. Kestabilan dimensinya baik. Sangat tahan

terhadap zat kimia dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam

pengoksid yang kuat, dan asam alifatik rendah, alkali dan garam. Karena

tak di serang oleh hampir semua pelarut, bahan ini baik digunakan

sebagai yang non-korosif.

b) Resin sikloalifatik

Bahan ini viskositsanya rendah dan ekivalensi epoksinya kecil.

Bahan berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah

penanganannya. Karena kaku dan rapuh, bahan terutama digunakan

untuk alat isolasi listrik yang diperkuat dengan serat gelas. Ketahanan

busur dan sifat anti alurnya baik.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 34: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

15

3. Pencetakan bahan

a) Pengecoran

Digunakan untuk produksi perkakas dan pembenam komponen listrik.

b) Pencetakan lapisan

Digunakan untuk produksi pelapis resin epoksi-serat gelas. Ada metode

laminasi basah(pengeras diletakkan dalam resin cair dan ditambah

pengecer atau pembasah, viskositasnya menurun), metoda laminasi

kering (resin padat dilarutkan dalam pelarut seperti aseton, dan pengeras

yang tak bereaksi pada suhu rendah, ditambahkan kemudian, dalam

masa serat gelas dijenuhkan dan dikeringkan), dan metoda penggulungan

filamen (serat gelas yang jenuh digulung pada inti dan diawetkan dengan

pemanasan).

4. Penggunaan bahan

a) Perekat

Hampir semua plastik dapat melekat cukup kuat kecuali resin silicon,

fluoresin, polietilen dan polipropilen. Jenis yang lain adalah jenis yang

paling sering dipakai. Paling luas digunakan dalam industry

penerbangan, konstruksi dan listrik.

b) Cat

Bahan cat dapat dipakai terhadap berbagai bahan, dan secara luas

digunakan karena pelapisannya kuat, unggul dalam ketahanan air dan

ketahanan kimia.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 35: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

16

c) Pencetakan coran

Kebanyakan digunakan dalam industri listrik

Pada tahun 1987 matriks adalah bahan yang memberikan rupa bentuk dan

memegang bahan pengukuh dalam komposit secara umum, matriks jenis polimer

terbagi menjadi jenis termoplastik dan termoset. Menurut Schwartz ( 1997)

peranan matriks adalah memegang agen pengukuh, memindahkan tegasan yang

dikenakan kepada pengisi dan sebagai bahan yang akan memberikan rupa bentuk

akhir komposit.

Gambar 2.7 Kekuatan Stress- Strain.

(Sumber: tekim.undip.ac.id/staf/ratnawati/files/2011/.../COMPOSITE-21.pptx)

Pada Gambar 2.8 memperlihatkan kurva tegangan/regangan untuk suatu

sistem matriks ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi,

kekakuan tinggi (ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi

terhadap kegagalan. Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada

waktu yang sama tidak akan mengalami kegagalan getas.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 36: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

17

Gambar 2.17 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal.

(Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5-

0I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg)

Gambar 2.18 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat.

(Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b3OLg-

_7I/AAAAAAAAACc/zT2_cKYQ5lU/s1600-h/images.jpg)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 37: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

18

2.6 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.6.1 Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang

bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat

dirumuskan :

(1)

dengan :

Eк : energi kinetik

m : massa udara

v : kecepatan angin

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan

rumus sebagai berikut :

(2)

dengan :

Pin : daya angin (watt).

m : massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s).

dimana :

m = 𝝆 A v (3)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 38: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

19

dengan :

𝝆 : massa jenis udara (kg/m³)

A : luas penampang sudu (m²)

Dengan mengunakan persamaan (3), maka daya angin dapat dirumuskan

menjadi :

,

yang dapat disederhanakan menjadi :

Pin =

(4)

2.6.2 Rumus Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan diujung sudu (Vt)dapat dirumuskan sebagai :

Vt = ω r (5)

dengan :

Vt : kecepatan ujung sudu.

ω : kecepatan sudut (rad/s).

r :jari – jari kincir (m).

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

(6)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 39: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

20

dengan :

r : jari – jari kincir (m).

n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v : kecepatan angin (m/s).

2.6.3 Rumus Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan

torsi (l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T = F l (7)

dengan :

F : gaya pembebanan (N).

l : panjang lengan torsi ke poros (m).

2.6.4 Rumus Daya

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

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang

dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout = T ω (8)

dengan :

T : torsi dinamis (N.m).

ω : kecepatan sudut didapatkan dari

ω =

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 40: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

21

=

=

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan

persamaan (7), yaitu :

Pout= T ω

(9)

dengan :

Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n : Putaran poros (rpm)

Untuk menentukan daya output elektris digunakan persamaan :

V I (10)

dengan keterangan V sebagai tegangan output generator, I sebagai arus output

generator.

2.6.5 Koefisien Daya (Cp )

Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan

perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang

disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :

(11)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 41: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

22

dengan :

Cp : Koefisien Daya, %

Pout : daya yang dihasilkan kincir.

Pin : daya yang disediakan oleh angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 42: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah- langkah kerja di dalam diagram penelitian ini merupakan salah

satu untuk menganalisis sebuah penelitian untuk mendapatkan data yang kita

inginkan. Di bawah ini merupakan langkah kerja dalam suatu penelitian :

Mulai

Perancangan kincir angin empat sudu.

Pembuatan kincir angin berbahan komposit dengan panjang sudu

berdiameter 1m dengan lebar poros maksimal 10 cm dari pusat poros.

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, kecepatan

angin dan data pembebanan dengan lampu pada kincir angin.

Pengolahan data untuk mencari :

1. koefisien daya (Cp)

2. Tip speed ratio (tsr)

3. Membandingan koefisien daya dan tip speed ratio pada masing –

masing variasi kecepatan angin

A

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 43: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

24

Ada 3 macam jenis metode untuk melakukan sebuah penelitian :

1. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeler dilakukan di Laboratorium

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

dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk

memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir

2. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung

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

3. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur

yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung

jawabkan kebenarannya.

3.2 Alat dan Bahan kincir angin.

Model kincir angin propeler dengan bahan komposit. Kincir ini dibuat

dengan diameter 100 cm dan lebar maksimal 12 cm.

Analisa dan pembahasan data dan pembuatan laporan

selesai

A

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 44: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

25

1. Sudu kincir angin.

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin

berputar. Serta lekukan sudu kincir angin juga menentukan stat kincir angin

saat berputarnya kincir tersebut. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran

yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Sudu Kincir Angin.

2. Dudukan sudu( hub)

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi

untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu.

Dudukan sudu ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan

sudu,untuk mengatur sudu kemiringan cukup memutar kemiringan plat

dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan

yang diperlukan Dudukan sudu . Dudukan sudu ini juga berfungsi sebagai

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 45: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

26

alat penyambung kincir angin dengan dinamo. Untuk menyambungkan

dinamo dengan dudukan kincir angin perlu poros kincir dengan diameter

kurang lebih ¾” dan dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Dudukan Sudu Kincir Angin

3. Dinamo sepeda listrik

Merupakan alat yang kita butuhkan sebagai alat untuk

mengeluarkan aliran listrik saat kincir angin berputar. Kita menggunakan

dinamo sepeda dengan arus DC . Tipe generator yang dipakai adalah

generator DC Permanent Magnet dengan tegangan kerja 48 volt dan 18

Ampere .Dapat dilihat pada Gambar 3.3.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 46: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

27

Gambar 3.3 Dinamo sepeda listrik

4. Fan blower.

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir

angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp. Gambar 3.4 akan

menunjukan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.4 Fan blower

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 47: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

28

5. Anemometer.

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan

juga digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan.

Gambar 3.5 menunjukan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.5 Anemometer

6. Tachometer.

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation

per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light,

cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor,

pengolah data dan penampil. Gambar 3.6 menunjukan bentuk

tachometer.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 48: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

29

Gambar 3.6 Tachometer

7. Timbangan Digital.

Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator

pada saat kincir angin berputar dan diberi beban lampu. Gambar 3.7

menunjukan bentuk dari timbangan digital yang digunakan dalam

penelitian. timbangan digital ini diletakan pada bagian lengan

generator serta kita perlu mengetahui jarak peletakan timbangan

dengan poros generator pada lengan beban/generator.

Gambar 3.7 Timbangan digital

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 49: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

30

8. Voltmeter.

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan beban lampu yang

dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar voltmeter seperti

ditunjukan oleh Gambar 3.8

Gambar 3.8 Voltmeter

9. Amperemeter.

Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh

Kincir Angin dengan setiap variasinya. Gambar ampermeter seperti

ditunjukan oleh Gambar 3.9.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 50: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

31

Gambar 3.9 Ampermeter

10. Pembebanan.

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu

bermaksud untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi jumlah

lampu yang diberikan berjumlah 12 biji bermaksud supaya data yang

dihasilkan lebih bervariasi sehingga kita memperoleh 12 data variasi

beban dapat dilihat pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 Lampu pembebanan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 51: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

32

Merupakan skema instalasi beban lampu dari generator serta

penetapan voltmeter dan amperemeter.

Gambar 3.11 Skema intalasi beban

Gambar 3.12 Pembebanan lampu

3.3 Desain kincir angin

Desain kincir angin yang dibuat dari pipa PVC 8’’ seperti yang ditunjukan

pada Gambar 3.13 dan Gambar 3.14. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir

angin yang dibuat panjang diameternya berukuran 1 m dengan lebar maksimum

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 52: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

33

Gambar 3.13 Desain awal / molding sudu Kincir Angin Poros horisontal empat

sudu dari bahan komposit berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros

maksimal 10 cm dari pusat poros terbuat dari PVC 8’’

Gambar 3.14 Desain Kincir Angin poros horisontal empat sudu dengan bahan

komposit, berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10 centimeter

dari pusat poros.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 53: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

34

Gambar 3.15 Desain Kincir Angin poros horisontal empat sudu dari bahan

komposit, berdiameter 1 meter denggan posisi lebar poros maksimal 10 cm diatas

pusat poros.

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara

bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh tabel 1

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu / Blade

Alat Bahan

Gergaji besi Pipa peralon PVC 8’’

Gerindra Resin

Amplas Serat Kaca

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 54: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

35

Timbangan Dempul

Bor Plat besi 7 cm

Kuas Cat

Hardener

Alumunium foil

Baut

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade

Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.

tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut:

A. Pembuatan Cetakan Pipa:

1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan

sudu blade kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah

komposit. Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang

pipa yang diinginkan adalah 50 cm. Setelah pipa dipotong, kemudian

pipa di belah dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan pipa

dengan membuat pola langsung di pipa tersebut.

2. Menghaluskan pipa.

Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mall

yang kita buat di pipa sesuai ukuran yang kita perlukan, kemudian

pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah

presisi ukuran dan estetika dari pipa.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 55: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

36

B. Mencetak blade/ sudu

a) Menyiapkan semua alat dan bahan

b) Potong lembaran serat glas kaca sesuai ukuran sudu atau balde,

c) Sebeleum melalukan pencetakan perlu terlebih dahulu melapisi balde

dengan alumunium oil berserta oli/ pelumas. Fungsi dari alumunium

foil berserta oli supaya komposit tidak menyatu dengan cetakan.

d) Siapakan cairan komposit beserta katalis/hardaner, aduk merata dan

dilakukan dengan cepat . serta penpaduan dua cairan tersebut harus

tepat supaya tidak cepat kering, contoh misalkan hadaner terlalu

banyak akan mudah kering.

e) Lakukan pencetakan sebanyak 5 lapisan serat.

3.5. Langkah Pengambilan Data

Langkah langkah pengambilan data yang akan dilakukan yaitu dengan

memasangkan sistem kincir angin yang dapat beroperasi sebagai pembangkit

listrik di depan blower yang sudah ditentukan range kecepatan anginnya. Lalu

melakukan variasi kecepatan angin untuk mendapatkan karakteristik kincir

angin propeller empat sudu yang akan diteliti. Sebagai langkah penelitian

untuk pengambilan data, dilakukan dengan cara sebagai berikut

a) Langkah awal dari percobaan yaitu mempersiapkan alat-alat penunjang

pengambilan data seperti timbangan, takometer, multitester,

anemometer, beban lampu, obeng, terminal, dan sudu kincir angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 56: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

37

b) Memasang anemometer di depan blower lalu menentukan jarak antara

kincir angin dan blower yang arahnya tegak lurus agar berada pada

range kecepatan angin yang diinginkan untuk pengambilan data. Jika

ingin mengatur kecepatan angin silahkan geser kerangka kincir lebih

mundur.

c) Memasang timbangan yang dihubungkan dengan lengan generator

yang posisinya tegak lurus.

d) Memasang sudu kincir angin.

e) Memasang multitester untuk mengukur tegangan dan arus keluaran

generator, kemudian dihubungkan dengan beban lampu.

Gambar 3.16 Skema pembebanan Kincir angin poros horizontal empat sudu

dengan bahan komposit,berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal

10 cm dari pusat poros

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 57: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

38

f) Setelah semua terpasang dan sudah siap, maka blower dinyalakan.

g) Posisi kincir dikalibrasi kembali dan apabila telah memenuhi range

kecepatan angin yang ditentukan, maka pengambilan data dapat

dilakukan.

h) Awal pengambilan data dilakukan dari beban lampu nol atau tanpa

beban. Dilakukan 12 variasi beban lampu dan dimulai dengan

pencatatan data kecepatan angin, putaran rotor yaitu dengan

mengarahkan takometer tegak lurus dengan casing generator, gaya

pengimbang, tegangan keluaran generator, dan arus keluaran

generator.

i) Langkah tersebut diulangi sampai mendapatkan beban maksimum

pada setiap variasi kecepatan angin dan pengambilan data dilakukan

pada 3 variasi kecepatan angina yang berbeda.

3.6. Pengolahan Data

Setelah dilakukan pengambilan data, akan diolah lebih lanjut mengenai

daya kincir, daya listrik, koefisien performansi / Coeficient of Performance

(CP) dan juga pengolahan data putaran kincir yang akan dikalkulasi menjadi

data Tip Speed Ratio( TSR) sehingga didapat grafik perbandingan antara CP

dan TSR. Selanjutnya membandingkan grafik-grafik yang dihasilkan dari

penelitian dan akan diperoleh karakteristik kincir angin yang telah didesain

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 58: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

39

dan akan mengetahui unjuk kerja yang paling optimal apabila kincir ini akan

diterapkembangkan menjadi sistem pembangkit skala lapangan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 59: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

40

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Di bawah ini merupakan data hasil penelitian kincir angin poros horizontal

dengan variasi kecepatan angin 9,5 m/s , 8 m/s dan 7 m/s.

Tabel 4.1 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata-rata 9,5 m/s.

Tabel 4.2 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata-rata 8 m/s.

No Beban Putaran rotor Timbangan Tegangan I

gram Volt ampere

1 0 714 70 45,7 0

2 1 686 100 43,8 0,11

3 2 670 130 43,3 0,22

4 3 645 160 41,5 0,33

5 4 616 180 40,5 0,43

6 5 607 200 38,8 0,53

7 6 591 220 34,4 0,6

8 7 573 240 36,6 0,72

9 8 564 270 35,5 0,84

10 9 540 290 33,7 0,91

11 10 523 300 30,6 0,97

12 11 494 330 31,1 1,06

13 12 462 350 29,4 1,15

Timbangan Tegangan I

gram Volt ampere

1 0 773 60 50 0

2 1 751 90 49,5 0,08

3 2 736 110 47,8 0,19

4 3 728 160 46,2 0,31

5 4 711 170 45,9 0,42

6 5 701 180 46,3 0,47

7 6 690 200 43,6 0,57

8 7 666 230 43,1 0,68

9 8 644 250 41,1 0,78

10 9 621 290 39,9 0,89

11 10 617 320 37,9 0,97

12 11 592 340 37,5 1,05

13 12 547 350 34,9 1,15

No Beban Putaran rotor

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 60: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

41

Tabel 4.3 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata-rata 6,9 m/s

No Beban Putaran rotor Timbangan Tegangan I

gram Volt ampere

1 0 608 60 36,8 0

2 1 580 100 36,7 0,11

3 2 570 120 35,4 0,21

4 3 551 150 34,3 0,3

5 4 534 180 31,8 0,4

6 5 521 190 32,7 0,46

7 6 503 200 32,7 0,53

8 7 478 220 30,2 0,62

9 8 461 250 28,2 0,71

10 9 446 260 28,3 0,79

11 10 444 270 23,3 0,83

12 11 404 290 22,5 0,9

13 12 330 290 20,5 0,9

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam proses pengolahan data dan penghitungan data ini ada beberapa

angkah-langkah perhitungan dan dapat dilihat pada sampel data yang diambil dari

Tabel diatas dan akan dirinci sebagai berikut

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomor 7. Dalam

perhitungan ini dapat mengetahui berapa Daya angin pada saat proses

pengambilan data :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 61: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

42

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam

perhitungan ini kita dapat mengetahui daya yang dikeluarkan oleh kincir angin

saat melakukan proses pengambilan data :

4.2.3 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam

perhitungan ini kita dapat mengetahui Torsi yang dikeluarkan oleh kincir angin

saat melakukan proses pengambilan data :

4.2.4 Perhitungan CP

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam

perhitungan ini kita dapat mengetahui koefesien daya (Cp) yang dikeluarkan oleh

kincir angin saat melakukan proses pengambilan data :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 62: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

43

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam

perhitungan ini kita dapat mengetahui Tip Speed Ratio (TSR) yang dikeluarkan

oleh kincir angin saat melakukan proses pengambilan data :

4.3 Data Hasil Perhitungan

Hasil yang kita dapatkan dari penelitian diolah menggunakan software

Microsoft Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara RPM dengan torsi

yang dihasilkan, grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan Tip Speed

Ratio (TSR), dan grafik hubungan antara daya dengan torsi yang dihasilkan untuk

tiga variasi kecepatan angin dan 4 sudu kincir angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 63: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

44

Tabel 4.4 hasil data penghitungan kincir angin dengan variasi kecepatan angin (v)= 9,5 m/s

Timbangan Tegangan I v w Torsi Pin Po mekanis Pout v rotor CPl

gram Volt ampere m/s rad/s Nm watt watt watt m/s

1 0 773 60 50 0 9,5 80,9 0,16 4,26 404,03 12,86 0,00 3,18 40,47 0,00

2 1 751 90 49,5 0,08 9,5 78,6 0,24 4,14 404,03 18,75 3,96 4,64 39,32 0,98

3 2 736 110 47,8 0,19 9,5 77,1 0,29 4,06 404,03 22,46 9,08 5,56 38,54 2,25

4 3 728 160 46,2 0,31 9,5 76,2 0,42 4,01 404,03 32,31 14,32 8,00 38,12 3,54

5 4 711 170 45,9 0,42 9,5 74,5 0,45 3,92 404,03 33,53 19,28 8,30 37,23 4,77

6 5 701 180 46,3 0,47 9,5 73,4 0,48 3,86 404,03 35,00 21,76 8,66 36,70 5,39

7 6 690 200 43,6 0,57 9,5 72,3 0,53 3,80 404,03 38,28 24,85 9,47 36,13 6,15

8 7 666 230 43,1 0,68 9,5 69,7 0,61 3,67 404,03 42,49 29,31 10,52 34,87 7,25

9 8 644 250 41,1 0,78 9,5 67,4 0,66 3,55 404,03 44,66 32,06 11,05 33,72 7,93

10 9 621 290 39,9 0,89 9,5 65 0,77 3,42 404,03 49,95 35,51 12,36 32,52 8,79

11 10 617 320 37,9 0,97 9,5 64,6 0,85 3,40 404,03 54,76 36,76 13,55 32,31 9,10

12 11 592 340 37,5 1,05 9,5 62 0,90 3,26 404,03 55,83 39,38 13,82 31,00 9,75

13 12 547 350 34,9 1,15 9,5 57,3 0,93 3,01 404,03 53,10 40,14 13,14 28,64 9,93

No Beban Putaran rotor TSR CPm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 64: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

45

Tabel 4.5 hasil data penghitungan kincir angin dengan variasi kecepatan angin (v)= 8 m/s

Timbangan Tegangan I v w Torsi Pin Po mekanis Pout v rotor CPl

gram Volt ampere m/s rad/s Nm watt watt watt m/s

1 0 714 70 45,7 0 8 74,8 0,19 4,67 241,27 13,86 0,00 5,75 37,38 0,00

2 1 686 100 43,8 0,11 8 71,8 0,26 4,49 241,27 19,03 4,82 7,89 35,92 2,00

3 2 670 130 43,3 0,22 8 70,2 0,34 4,39 241,27 24,16 9,53 10,01 35,08 3,95

4 3 645 160 41,5 0,33 8 67,5 0,42 4,22 241,27 28,62 13,70 11,86 33,77 5,68

5 4 616 180 40,5 0,43 8 64,5 0,48 4,03 241,27 30,75 17,42 12,75 32,25 7,22

6 5 607 200 38,8 0,53 8 63,6 0,53 3,97 241,27 33,67 20,56 13,96 31,78 8,52

7 6 591 220 34,4 0,6 8 61,9 0,58 3,87 241,27 36,06 20,64 14,95 30,94 8,55

8 7 573 240 36,6 0,72 8 60 0,64 3,75 241,27 38,14 26,35 15,81 30,00 10,92

9 8 564 270 35,5 0,84 8 59,1 0,72 3,69 241,27 42,24 29,82 17,51 29,53 12,36

10 9 540 290 33,7 0,91 8 56,5 0,77 3,53 241,27 43,44 30,67 18,00 28,27 12,71

11 10 523 300 30,6 0,97 8 54,8 0,79 3,42 241,27 43,52 29,68 18,04 27,38 12,30

12 11 494 330 31,1 1,06 8 51,7 0,87 3,23 241,27 45,22 32,97 18,74 25,87 13,66

13 12 462 350 29,4 1,15 8 48,4 0,93 3,02 241,27 44,85 33,81 18,59 24,19 14,01

No Beban Putaran rotor TSR CPm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 65: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

46

Tabel 4.6 hasil data penghitungan kincir angin dengan variasi kecepatan angin (v)= 7 m/s

Timbangan Tegangan I v w Torsi Pin Po mekanis Pout v rotor CPl

gram Volt ampere m/s rad/s Nm watt watt watt m/s

1 0 608 60 36,8 0 7 63,7 0,16 4,55 161,63 10,12 0,00 6,26 31,83 0,00

2 1 580 100 36,7 0,11 7 60,7 0,26 4,34 161,63 16,09 4,04 9,95 30,37 2,50

3 2 570 120 35,4 0,21 7 59,7 0,32 4,26 161,63 18,97 7,43 11,74 29,85 4,60

4 3 551 150 34,3 0,3 7 57,7 0,40 4,12 161,63 22,92 10,29 14,18 28,85 6,37

5 4 534 180 31,8 0,4 7 55,9 0,48 3,99 161,63 26,66 12,72 16,49 27,96 7,87

6 5 521 190 32,7 0,46 7 54,6 0,50 3,90 161,63 27,46 15,04 16,99 27,28 9,31

7 6 503 200 32,7 0,53 7 52,7 0,53 3,76 161,63 27,90 17,33 17,26 26,34 10,72

8 7 478 220 30,2 0,62 7 50,1 0,58 3,58 161,63 29,17 18,72 18,05 25,03 11,58

9 8 461 250 28,2 0,71 7 48,3 0,66 3,45 161,63 31,97 20,02 19,78 24,14 12,39

10 9 446 260 28,3 0,79 7 46,7 0,69 3,34 161,63 32,16 22,36 19,90 23,35 13,83

11 10 444 270 23,3 0,83 7 46,5 0,72 3,32 161,63 33,25 19,34 20,57 23,25 11,96

12 11 404 290 22,5 0,9 7 42,3 0,77 3,02 161,63 32,50 20,25 20,11 21,15 12,53

13 12 330 290 20,5 0,9 7 34,6 0,77 2,47 161,63 26,54 18,45 16,42 17,28 11,41

No Beban Putaran rotor TSR CPm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 66: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

47

Grafik dari hasil pengolahan data kincir angin poros horizontal emapt sudu dari

bahan komposit berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10

centimeter diatas pusat poros dengan tiga variasi kecepatan kincir angin yaitu 9,8

m/s , 8 m/s dan 7 m/s.

Gambar 4.1 Grafik hubungan atara putaran poros (RPM) dengan Torsi

Gambar 4.1. memperlihatkan bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan

maka kecepatan putar kincir semakin kecil.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

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

rpm

torsi (Nm)

kec angin 9,5

kec angin 8

kec angin 7

Linear (kec angin 9,5)

Linear (kec angin 8)

Linear (kec angin 7)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 67: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

48

Gambar 4.2. Grafik memperlihatkan hubungan daya dengan torsi elektris.

Gambar 4.3. Grafik memperlihatkan hubungan daya dengan torsi mekanis

Gambar 4.2 dan gambar 4.3 memperlihatkan bahwa semakin besar torsi

yang dikeluarkan maka semakin besar daya yang dihasilkan oleh kincir.

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

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

day

a(w

att)

torsi (Nm)

kec angin 9,5

kec angin 8

kec angin 7

Poly. (kec angin 9,5)

Poly. (kec angin 8)

Poly. (kec angin 7)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

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

day

a(w

att)

torsi (Nm)

kec angin 9,5

kec angin 8

kec angin 7

Poly. (kec angin 9,5)

Poly. (kec angin 8)

Poly. (kec angin 7)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 68: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

49

Gambar 4.3. Grafik memperlihatkan hubungan koefesien daya (Cp)

dengan Top Speed Ratio ( TSR) mekanis

Gambar 4.3 dalam grafik diatas bahwa semakin besar tsr kincir maka

semakin besar Cp yang dihasilkan hingga pada keadaan maksmimalnya, koefisien

daya (Cp) mulai mengecil.

4.4 Pembahasan

Dalam pembahasan dalam pengambilan data , selanjutnya kita dapat

mengolah data dengan software Microsoft Excel . jika hasil data yang kita peroleh

dan sudah diolah sudah dinyatakan benar apabila hubungan grafik antara cp

dengan TSR sudah menunjukan angka yg maksimal dan menghasilkan grafik

dengan bentuk parabola/ trenlide parabolik pangakt dua yang tertutup degan

mengarahkan bentuk trendline kebawah dan posisi puncak parabola dibagian atas.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

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

Cp

(%)

TSR

kec angin 9,5

kec angin 8

kec angin 7

Poly. (kec angin 9,5)

Poly. (kec angin 8)

Poly. (kec angin 7)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 69: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

50

Apabila hasil data yang telah dicatat dan sudah menunjukan kurva yang sesuai,

maka analisis data dapat dilanjutkan.

Diperlihatkan juga grafik hubungan antara rpm dengan torsi yang

dihasilkan dan grafik hubungan daya keluaran dengan torsi yang dihasilkan.

Selanjutnya dari ketiga grafik tesebut telah dihasilkan dan telah dinyatakan benar ,

maka kincir angin 4 sudu yang sudah kita buat telah diketahui rpm,torsi dan

koefesien daya ( Cp) pada variasi kecepatan angin.

Pada kincir angin 4 sudu ini kita juga dapat mengetahui berapa beban

setiap variasi kecepatan angin jika akan melakukan penerapan di masyarakat

sebagai pembangkit listrik tenaga angin

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 70: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

49

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan proses pembuatan dan pengambilan data kincir angin

dengan 4 sudu dan pajang maksimal kincir angin 1 m dan lebar sudu 12 cm.

a) Telah menyelesaikan pembuatan dan pengambialan data kincir 4

sudu angin dengan bahan kompsit dan ukuran panjang 1 m dan

lebar sudu maksimal 12 cm.

b) Koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 19,30% pada

tsr 3,06 dengan kecepatan angin 8 m/s.

c) Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,93 Nm

pada kecepatan putar kincir 462 rpm terjadi pada kecepatan angin 8

m/s.

d) Daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin yang dibuat

yaitu 53,10watt pada torsi 0,93 Nm dan kecepatan angina 9,5 m/s.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 71: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

50

5.2 Saran

Dalam proses dan pengambilan data kincir angin 4 sudu ini memberi saran

bahwa :

a) Perlu adanya penambahan variasi pada kincir angin 4 sudu ini,

b) Perlu adanya percobaan dan pengambilan data dengan kecepatan

angin yg lebih tinggi dan rendah untuk menghitung berapa beban

yang dihasilkan.

c) Dalam proses pembuatan perlu ada pengamatan dan pembuatan

secara teliti serta dalam proses pembuatan harus lebih seimbang

supaya putaran setabil.

d) Perlu penambahan ekor pada sudu , supaya bisa mengetahui

karakteristik kincir angin tersebut.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 72: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

Daftar Pustaka

Grogg,Kira., 2005, The Physics of Wind Turbines,Carlenton College.

Menwell,J,F ., J, G. Mcgowan, A,L,Rogers,2009,Wind Energy Explained ;

Theory, Desain and application,Second Edition,John Wiley, USA.

http://www.alpensteel.com/article, 2013

www.fineartamerica.com

http://wikipedia.org/Kincir_angin

http://www.intechopen.com,2013

http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/

Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5

0I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg. Diakses

Juni 2016.

Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b3OLg-

_7I/AAAAAAAAACc/zT2_cKYQ5lU/s1600-h/images.jpg. diakses Juni 2016.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 73: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

49

LAMPIRAN

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 74: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

50

Gambar L. 1 Grafik hubungan antara Putaran Poros ( rpm ) dengan Torsi

pada kecepatan angin 9,5 m/s.

Gambar L.2 Grafik hubungan anatara Putaran Rotasi (rpm) dengan Torsi

pada kecepatan angin 8 m/s.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

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

rpm

torsi (Nm)

9,5

Linear (9,5)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

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

rpm

torsi (Nm)

8

Linear (8)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 75: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

51

Gambar L. 3 Grafik hubungan antara Putaran Poros (rpm) dengan Torsi

Pada kecepatan angin 7 m/s.

Gambar L.4 Grafik hubungan antara Daya elektris dengan Torsi

pada kecepatan angin 9,5 m/s.

0

100

200

300

400

500

600

700

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

rpm

torsi (Nm)

7

Linear (7)

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

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

Day

a el

ektr

is(w

att)

Torsi (Nm)

9,5 elektris

Poly. (9,5 elektris)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 76: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

52

Gambar L. 5 Grafik hubungan antara Daya elektris dengan Torsi

Pada kecepatan angin 8 m/s.

Gambar L. 6 Grafik hubungan antara Daya elektris dengan Torsi

pada kecepatan angin 7 m/s.

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

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

Day

a el

ektr

is(w

att)

Torsi (Nm)

8 elektris

Poly. (8 elektris)

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

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

Day

a el

ektr

is(w

att)

Torsi (Nm)

7 elektris

Poly. (7 elektris)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 77: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

53

Gambar L.7 Grafik hubungan antara Daya mekanis dengan Torsi

pada kecepatan angin 9,5 m/s.

Gambar L.8 Grafik hubungan antara Daya mekanis dengan Torsi

pada kecepatan angin 8 m/s.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

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

Day

a m

ekan

is (

wat

t)

Torsi (Nm)

9,5 mekanis

Poly. (9,5 mekanis)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

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

Day

a m

ekan

is(w

att)

Torsi (Nm)

8 mekanis

Poly. (8 mekanis)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 78: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

54

Gambar L.9 Grafik hubungan antara Daya mekanis dengan Torsi

pada kecepatan angin 7 m/s.

Gambar L.10 Grafik hubungan antara Koefesien daya (Cp) elektris dengan

Tip Speed Ratio (tsr) pada kecepatan angin 9,5 m/s.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

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

Day

a m

ekan

is(w

att)

Torsi

7 mekanis

Poly. (7 mekanis)

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

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

Cp

ele

ktri

s(%

)

TSR

9,5 elektris

Poly. (9,5 elektris)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 79: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

55

Gambar L.11 Grafik hubungan antara koefesien Daya (Cp) elektris dengan

Tip Speed Ratio (tsr) pada kecepatan angin 8 m/s.

Gambar L.12 Grafik hubungan antara Koefesien daya (Cp)elektris

dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada kecepatan angin 7 m/s.

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

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

Cp

ele

ktri

s(%

)

TSR

8 elektris

Poly. (8 elektris)

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

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

Cp

ele

ktri

s(%

)

TSR

7 elektris

Poly. (7 elektris)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 80: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

56

Gambar L.13 Grafik hubungan antara Koefesien Daya (Cp) mekanis

dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada kecepatan angin 9,5 m/s.

Gamabar L.14 Grafik hubungan antara Koefesien Daya (Cp) mekanis

dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada kecepatan angin 8 m/s.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

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

Cp

mek

anis

(%)

TSR

9,5 Mekanis

Poly. (9,5 Mekanis)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

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

Cp

mek

anis

(%

)

TSR

8 mekanis

Poly. (8 mekanis)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 81: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU …

57

Gambar L.15 Grafik hubungan antara Koefesien Daya (Cp) mekanis

dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada kecepatan angin 7 m/s.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

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

Cp

mek

anis

(%

)

TSR

7 mekanis

Poly. (7 mekanis)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI