UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL DUA SUDU ... · i unjuk kerja kincir angin sumbu...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL DUA

SUDU BERBAHAN KOMPOSIT, DIAMETER 100 CM,

LEBAR 13 CM PADA JARAK 12,5 CM DARI PUSAT POROS

DENGAN 2 VARIASI SIRIP 5 CM DAN 7 CM

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukanoleh :

YULIUS SETYO BUDI KUNTORO

NIM :125214047

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF WIND TUNEL HORIZONTAL SHAFT TWO

BLADE COMPOSITE MATERIAL,THE OF DIAMETER 1OO CM THE

MAKSIMUM 13 CM WITH 12,5 CM DISTANCE FROM THE CENTER

OF A SHAFT WITH VARIATION OF 5 CM AND 7 CM FIN

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

YULIUS SETYO BUDI KUNTORO

Student Number :125214047

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


vii

INTISARI

Pengembangan energi alternatif baru dan terbarukan sedang digalakkanmelalui kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasipemanfaatan sumber energi terbarukan. Energi terbarukan berasal dari prosesalami dan tidak akan pernah habis, energi terbarukan adalah istilah yangdigunakan untuk menggambarkan energi dari sumber yang alami regenerasi dankarenanya hampir tak terbatas. Ini termasuk energi surya, energi angin, tenaga air,biomassa (berasal dari tumbuhan), energi panas bumi, dan energi gelombang laut.muncul adanya ide untuk menghasilkan energi alternatif yaitu energi terbarukan,contohnya yakni angin. Kincir angin sebagai alat untuk mengubah energi menjadienergi listrik ,dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian inibertujuan untuk meneliti unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal, berbahankomposit, berdiameter 100 cm dengan lebar maksimum 13 cm, pada jarak 12,5cm dari pusat sumbu poros dengan variasi sirip 5 cm dan 7 cm.

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin sumbu horizontal dua suduberbahan komposit berdiameter 100 cm dengan lebar maksimum 12,5 cm padajarak 13 cm dari pusat poros dengan variasi sirip 5 cm dan 7 cm. Penelitian inidiarahkan pada tiga variasi kecepatan angin, yaitu kecepatan angin 6,5 m/s,kecepatan angin 7,5 m/s dan kecepatan angin 8,2 m/s pada variasi sirip 5cm.Untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,4 m/s, 7,8 m/s dan 8,2 m/spada variasi sirip 7 cm, Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas,putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer, kecepatan angin diukurmenggunakan anemometer, tegangan diukur dengan voltmeter ,dan arus yangmengalir diukur menggunakan ampermeter.

Dari hasil penelitian ini, Pada kincir angin dengan variasi sirip 5cmdengan kecepatan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s dan 8,2 m/s, torsi tertinggi yangdihasilkan yaitu sebesar 0,90 N.m pada kecepatan angin 6,5 m/s. Daya mekanisterbersar yang dihasilkan yaitu pada kecepatan angin 8,2 m/s dengan daya sebesar44 watt, dengan daya listrik maksimal sebesar 38,6 watt pada kecepatan angin 8,2m/s. Pada kincir angin dengan variasi sirip 7 cm dengan kecepatan angin 6,4 m/s,7,8 m/s dan 8,2 m/s, torsi tertinggi yang dihasilkan yaitu sebesar 1,09 N.m padakecepatan angin 8,2 m/s. Daya mekanis terbersar yang dihasilkan yaitu padakecepatan angin 8,2 m/s dengan daya sebesar 63,9 watt, dengan daya listrikmaksimal sebesar 46,6 watt pada kecepatan angin 8,2 m/s.

Kata kunci: kincir angin sumbu horizontal, komposit, koefisien daya maksimal,tip speed ratio.


viii

ABSTRACT

The New Alternative Development Energy and Renewable Energy doesthrough the government policies to push and facilitate the renewable energy. Therenewable energy was came from the natural processes and will never run out.The renewable energy is term that used to describe the unlimited energy, such assolar energy, wind energy, hydro power, biomass (this comes from plants),geothermal energy, and the ocean wave energy. From that fact, there is an ideato utilize the renewable energy such as wind energy. The windmill use as a tool tochange an energy becomes an electrical energy so that this research aimed toinvestigate the horizontal wick windmill works, made from composite, 100 cm indiameter with maximum width 13 cm, at a distance of 12.5 cm from the center ofthe wick with variation of 5 cm and 7 cm fin.

The windmill investigated was horizontal windmill with two goose beaksmade from composite 100 cm in diameter with maximum width 12.5 cm, and at adistance of 13 cm from the center of the wick with variation of 5 cm and 7 cm.This research focused on three wind speed variation that is 6.5 m/s wind speed,7.5 m/s wind speed, and 8.2 m/s at variation of 5 cm fin. Whereas the windmillwith 6.4 m/s wind speed variation, 7.8 m/s and 8.2 m/s at 7 cm fin variation. Theload of the mill can be seen on the spring balance, windmill round was measuredby using tachometer, wind speed was measured by using anemometer, voltagewas measured by voltmeter, and influx flowing was measured by usingamperemeter.Based on this research, the highest of power coefficient (Cp) obtained was around31.2% on 7 cm fin variation with 6.4 m/s wind speed. Whereas, on 5 cm finvariation, the highest of power coefficient obtained was 26.9% on 6.5 m/s windspeed. On the windmill of 5 cm fin variation with 6.5 m/s, 7.5 m/s, and 8.2 m/s, thehighest torque obtained was 0.90 N.m on 6.5 m/s wind speed. The highest ofmechanic power obtained was on 8.2 m/s wind speed with 44 watt, with maximumelectrical power 38.6 watt on 8.2 m/s. The windmill with 7 cm fin variation with6.4 m/s, 7.8 m/s, and 8.2 m/s, the highest torque obtained was 1.09 N.m on 8.2m/s. The highest of mechanical power obtained was on 8.2 m/s wind speed with63.9 watt, with maximum electricity power is around 46.6 watt on 8.2 m/s.

Keywords: horizontal windmill, composite, maximum power coefficient, tip speedratio.


ix

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan

anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “UNJUK KERJA KINCIR

ANGIN SUMBU HORIZONTAL DUA SUDU BERBAHAN KOMPOSIT,

DIAMETER 100 CM, LEBAR 13 CM PADA JARAK 12,5 CM DARI

PUSAT POROS DENGAN 2 VARIASI SIRIP 5 CM DAN 7 CM”

Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para

mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada

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

Dharma Yogyakarta. Dalam laporan tugas akhir ini membahas mengenai

perancangan, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis , dan perbandingan

daya.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:

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

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

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

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

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

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

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

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.


x

7. Yohanes Setiyana dan Fransiska Marsini sebagai orang tua dari penulis, serta

Theresia Winda Setya Ningrum sebagai saudara dari penulis yang selalu

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

8. Sahabat dan rekan - rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya

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

penyelesaian laporan tugas akhir.

9. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu yang telah berperan serta

membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan – kekurangan yang

perlu diperbaiki pada pembuatan laporan tugas akhir, untuk itu penulis

mengharapkan saran dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan

laporan tugas akhir.Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini berguna

dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para

mahasiswa khususnya, serta bagi para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta,20 Juli 2017

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

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

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

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

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

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

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

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

BAB I PENDAHULUAN

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

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

1.3 Tujuan penelitian......................................................................................3

1.4 Batasan Masalah.......................................................................................3

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

BAB II DASAR TEORI

2.1 Angin ........................................................................................................5

2.1.1 Proses dan faktor terjadinya angin ........................................................5

2.1.2 Sifat angin .............................................................................................6

2.1.3 Jenis angin .............................................................................................6

2.2 Kincir angin.............................................................................................9

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal .............................................................9

2.2.2 Kincir Angin poros Vertikal..................................................................10

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp dan tip speed ratio (TSR)...........................12


xii

2.4 Rumus Perhitungan ..................................................................................12

2.4.1 Rumus Energi Kinetik ...........................................................................12

2.4.2 Rumus Perhitungan TSR.......................................................................14

2.4.3 Rumus Torsi ..........................................................................................14

2.4.4 Rumus Daya Mekanik ...........................................................................15

2.4.5 Rumus Daya Listrik ..............................................................................16

2.4.6 Koefisien Daya ......................................................................................16

2.5 Komposit ..................................................................................................17

2.5.1 Tujuan Pembuatan Material Komposit .................................................17

2.5.2 Properties Komposit ..............................................................................17

2.5.3 Klasifikasi Komposit.............................................................................18

2.6 Serat..........................................................................................................25

2.6.1 Serat Alami............................................................................................26

2.6.2 Serat Sintetis..........................................................................................26

2.6.3 Serat Kaca .............................................................................................27

2.7 Matriks .....................................................................................................30.

2.7.1 Resin......................................................................................................31

2.7.2 Jenis-jenis Resin....................................................................................32

2.8 Tinjauan Pustaka ......................................................................................36

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ...........................................................................40

3.2 Alat dan Bahan .........................................................................................41

3.3 Desain Kincir............................................................................................46

3.3.1 Desain Sirip ...........................................................................................47

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Serta Sirip...............................................47

3.4.1 Alat Dan Bahan .....................................................................................47


xiii

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu Dan Sirip Kincir Angin..................................48

3.4.3 Proses Pembuatan Sirip Kincir Angin...................................................55

3.5 Langkah Penelitian ...................................................................................56

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................58

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan............................................................61

4.2.1 Perhitungan Daya Angin .......................................................................61

4.2.2 Perhitungan Torsi ..................................................................................62

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir .......................................................................63

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ......................................................................63

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio.................................................................63

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) .........................................................64

4.3 Data Hasil Perhitungan.............................................................................64

4.4 Grafik Hasil Perhitungan..........................................................................68

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis Pada Variasi Sirip5 cm Untuk Tiga Kecepatan Angin ......................................................68

4.4.2Grafik Hubungan Antara Torsi Dan Daya Elektris Pada Variasi Sirip5 cm Untuk Tiga Kecepatan Angin ......................................................69

4.4.3 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Daya Mekanis Pada Variasi Sirip7 cm Untuk Tiga Kecepatan Angin ......................................................70

4.4.4 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Daya Elektris Pada Variasi Sirip7 cm Untuk Kecepatan Angin...............................................................71

4.4.5 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Torsi Pada Variasi Sirip 5 cmUntuk Tiga Kecepatan Angin ...............................................................72

4.4.6 Grafik Hubungan Antara RPM Dan Torsi Pada Variasi Sirip 7 cmUntuk Tiga Kecepatan Angin ...............................................................73

4.4.7 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Sirip5 cm Untuk Tiga Kecepatan Angin ......................................................74


xiv

4.4.8 Grafik Hubungan Antara TSR Dan Koefisien Daya Pada VariasiSirip 7 cm Untuk Tiga Kecepatan Angin..............................................75

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan...............................................................................................77

5.2 Saran.........................................................................................................78

Daftar Pustaka ............................................................................................................79


xv

Daftar Gambar

Hal

Gambar 2.1 Angin Laut Dan Angin Darat .......................................................... 7

Gambar 2.2 Angin Lembah................................................................................. 8

Gambar 2.3 Angin Gunung................................................................................. 8

Gambar 2.4 Angin Fohn...................................................................................... 8

Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horizontal .......................................................10

Gambar 2.6 Contoh Kincir Angin Poros Vertikal...............................................11

Gambar 2.7 Grafik Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio(TSR)Dari Beberapa jenis Kincir.............................................................12

Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Dari Matriks-nya.........18

Gambar 2.9 Matriks Dari Beberapa Tipe Komposit ...........................................21

Gambar 2.10 Pembagian Komposit Berdasarkan Penguatnya............................21

Gambar 2.11 Ilustrasi komposit Berdasarkan Penguatnya ................................22

Gambar 2.12 a. Flat Flakes Sebagai Penguatnya (Flake Composite)

b. Filler Sebagai Penguat (Filler Composite) ...............................23

Gambar 2.13 Tipe Discontinuous Fiber ..............................................................25

Gambar 2.14 Serat Kaca......................................................................................28

Gambar 2.15 Jenis Jenis Serat Alami ..................................................................28

Gambar 2.16 Jenis Serat Buatan..........................................................................29

Gambar 2.17 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal..........................31

Gambar 2.18 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat.................31

Gambar 3.1 Diagram Alir ..................................................................................40

Gambar 3.2 Sudu/Blade ......................................................................................42

Gambar 3.3 Sirip Kincir Angin...........................................................................42


xvi

Gambar 3.4 Hup Turbin Angin ...........................................................................43

Gambar 3.5 Fan Blower ......................................................................................43

Gambar 3.6 Anemometer ....................................................................................44

Gambar 3.7 Tachometer......................................................................................45

Gambar 3.8 Neraca Pegas ...................................................................................45

Gambar 3.10 Amper Meter .................................................................................45

Gambar 3.11 Pembebanan Lampu ......................................................................46

Gambar 3.12 Desain Sudu Kincir Angin ............................................................46

Gambar 3.13 Desain Sirip Kincir Angin.............................................................47

Gambar 3.14 Proses Pemotongan Pipa ...............................................................49

Gambar 3.15 Mal/Cetakan ..................................................................................49

Gambar 3.16 Pembentukan Sudu Dengan Mal Kertas........................................50

Gambar 3.17 Sudu Yang Sudah Di Haluskan.....................................................50

Gambar 3.18 Pelapisan Mal Dengan Aluminium Foil .......................................51

Gambar 3.19 Resin Dan Katalis .........................................................................51

Gambar 3.20 Pengolesan Awal Diatas Permukaan Aluminium Foil ..................53

Gambar 3.22 Peletakan Plat Aluminium.............................................................54

Gambar 3.23 Finishing Sudu ..............................................................................54

Gambar 3.24 Skema Pembebanan.......................................................................56

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Torsi dan daya mekanis padavariasi sirip 5 cm untuk tiga kecepatan angin, kincirangin komposit dua sudu berdiameter 100 cm, lebarmaksimum 13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros................ 69

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan daya listrik pada variasisirip 5 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir anginkomposit dua sudu berdiameter 100 cm, lebar 13 cmpada jarak 12,5 cm dari pusat poros ............................................. 70


xvii

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara torsi dan daya mekanis padavariasi sirip 7 cm untuk tiga kecepatan angin, kincirangin komposit dua sudu berdiameter 100 cm, lebar13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros .................................. 71

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara torsi dan daya mekanis pada variasisirip 7 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir anginkomposit dua sudu berdiameter 100 cm, lebar 13 cmpada jarak 12,5 cm dari pusat poros ............................................. 72

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan RPM variasi sirip 5 cmuntuk tiga kecepatan angin komposit dua suduberdiameter 100 cm, lebar 13 cm pada jarak 12,5 cmdari pusat poros............................................................................. 73

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara torsi dan RPM variasi sirip 7 cmuntuk tiga kecepatan angin, kincir angin komposit duasudu berdiameter 100 cm, lebar 13 cm pada jarak12,5 cm dari pusat poros...............................................................74

Gambar 4.7 Grafik hubungan antaraTSR dan Cp pada variasi sirip5 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir angin kompositdua sudu berdiameter 100 cm, lebar 13 cm pada jarak12,5 cm dari pusat poros............................................................... 75

Gambar 4.8 Grafik hubungan antaraTSR dan Cp pada variasi sirip7 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir angin kompositdua sudu berdiameter 100 cm, lebar 13 cm pada jarak12,5 cm dari pusat poros............................................................... 76


xviii

DAFTAR TABEL

hal

Tabel 1.1 Potensi energi terbarukan di Indonesia ............................................... 2

Tabel 2.2 Sifat – sifat dari jenis – jenis fiberglass ..............................................29

Tabel 2.3 Sifat serat ............................................................................................29

Tabel 3.1 Alat Pembuatan Sudu dan sirip ..........................................................47

Tabel 4.1 Data pengujian dua sudu dengan variasi sirip 5 cm kecepatanangin 6,5 m/s, kincir angin komposit dua sudu berdiameter100 cm, lebar 13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros .................58



Tabel 4.4 Data pengujian dua sudu dengan variasi sirip 7 cm kecepatanangin 6,4 m/s, kincir angin komposit dua sudu berdiameter100 cm, lebar 13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros ................. 60




xix

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

ρ Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar poros (rpm)

F Gaya pembebanan (N)

T Torsi (Nm)

Pin Daya angin (Watt)

Po Daya listrik (Watt)

Pout Daya kincir (Watt)

TSR Tip Speed Ratio

Cp Koefisien daya (%)

Cpmax Koefisien daya maksimal (%)

m massa (kg)

Ek Energi kinetic (wH)

Volume (m3)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

Waktu (s)

ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)

Vt Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)


xx

L Panjang lengan torsi (m)

Lmax Lebar maksimal (m)

ᴓ Diameter


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengembangan energi alternatif baru dan terbarukan sedang digalakkan

melalui kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi

pemanfaatan sumber energi terbarukan juga untuk mengatasi krisis sumber

energi dan pemanasan global yang di akibatkan dari penggunaan sumber

energi fosil. Energi terbarukan berasal dari proses alami dan tidak akan pernah

habis, energi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan

energi dari sumber yang alami regenerasi dan karenanya hampir tak terbatas. Ini

termasuk energi surya, energi angin, tenaga air, biomassa (berasal dari tumbuhan),

energi panas bumi, dan energi gelombang laut.

Peningkatan penggunaan energi terbarukan dapat mengurangi pembakaran

bahan bakar fosil (batubara, minyak bumi, dan gas alam), menghilangkan polusi

udara dan emisi karbon dioksida, serta berkontribusi untuk kemandirian energi

nasional dan keamanan ekonomi dan politik. Masing-masing sumber energi

alternatif memiliki kelebihan dan kekurangan, dan diharapkan bahwa satu atau

lebih dari sumber energi terbarukan suatu hari nanti dapat menjadi sumber energi

jauh lebih baik dibandingkan konvensional. Indonesia, negara kepulauan yang 2/3

wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu

± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit

listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh


2

pemerintah. Ketersedian angin selama ini masih dianggap sebagai fenomena yang

terjadi secara alami oleh kebanyakan masyarakat di Indonesia, hal ini terlihat pada

kesadaran pemanfaatan penggunaan energi angin sebagai sumber energi alternatif

yang masih rendah. Ini dapat kita lihat pada Tabel 1.1, Potensi energi terbarukan

di Indonesia. Pada hal energi angin dapat bila dimanfaatkan secara maksimal

dengan memasang turbin-turbin angin di lokasi yang memiliki potensi angin yang

besar sebagai pembangkit listrik.

Tabel 1.1 Potensi energi terbarukan di Indonesia

Sumber: https://uniquetha.wordpress.com.

Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi terbarukan dan konversi

energi khususnya energi angin penulis ingin mengembangkan model kincir yang

sudah ada saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin

yang berada di Indonesia. Penulis melakukan penelitian pada kincir angin

horisontal khususnya propeller dua sudu.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

1. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin

tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

2. Pengggunaan bahan komposit serat (PMC) dalam pembuatan sudu.


3

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Membuat kincir angin propeller dua sudu berbahan komposit, diameter

100 cm, Lebar maksimal sudu 12,5 cm pada jarak 13 cm dari pusat

poros.

2. Mengetahui nilai koefisien daya (Cp) yang dihasilkan.

3. Mengetahui unjuk kerja dari sudu kincir angin dengan penambahan

sirip 5 cm dan 7 cm.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

1. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah dua.

2. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas

Sanata Dharma.

3. Menggunakan kecepatan angin ; 6,5 m/s, 7,5 m/s dan 8,2 m/s sebagai

variasi kecepatan angin.

4. Menggunakan anemometer untuk mengukur kecepatan angin.

5. Menggunakan tachometer untuk mengukur kecepatan poros (rpm).


4

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebegai berikut :

1. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi

pemanfaatan energi terbarukan.

2. Dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan energi listrik

dalam jumlah besar.

3. Dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan masyarakat luas.

4. Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Angin

Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan

juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari

tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.

2.1.1 Proses dan faktor terjadinya angin

Apabila dipanaskan udara memuai, udara yang telah memuai menjadi

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

udaranya berkurang. Udara dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yang

bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah.

Di atas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara

panas dan turunnya udara dingin ini dinamanakan konveksi. Sebenarnya yang

kita lihat saat angin berhembus adalah partikel-partikel ringan seperti debu yang

terbawa bersama angin. Angin bisa kita rasakan hembusannya karena kita

mempunyai indra perasa, yaitu kulit, sehingga kita bisa merasakannya.


6

2.1.2 Sifat angin

Beberapa sifat angin antara lain:

1. Angin menyebabkan tekanan terhadap permukaan yang menentang

arah angintersebut.

2. Angin mempercepat pendinginan dari benda yang panas.

3. Kecepatan angin sangat beragam dari tempat ke tempat lain dan dari

waktu ke waktu.

2.1.3 Jenis angin

1. Angin Laut

Angin laut adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari,angin ini

bergerak dari laut atau danau menuju daratan. Hal ini terjadi dikarenakan udara

diatas daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan udara diatas

permukaan air, sehingga tekanan udara diatas daratan lebih rendah dibandingkan

di atas permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

2. Angin Darat

Angin darat adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari, angin ini

bergerak dari darat menuju laut. Hal ini terjadi dikarenakan udara diatas daratan

mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air,

sehingga tekanan udara diatas permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah

dibandingkan di atas daratan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1


7

Gambar 2.1 Angin Darat dan Angin Laut.Sumber: http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-

contoh-gambar-dan-penjelasannya.html.

3 Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di kawasan

pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari lembah menuju gunung.

Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pemanasan lebih

cepat dibandingkan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan gunung

menjadi lebih rendah dibandingkan di atas permukaan lembah seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.3.

4. Angin Gunung

Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di

kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung menuju

lembah. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pendingin

lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga tekanan udara di

atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas permukaan gunung seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.


8

Gambar 2.2 Angin Gunung Gambar 2.3 Angin LembahSumber: http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-


5. Angin fohn

Angin Fohn/angin jatuh adalah angin yang terjadi seusai hujan Orografis.

angin yang bertiup pada suatu wilayah dengan temperatur dan kelengasan yang

berbeda. Angin Fohn terjadi karena ada gerakan massa udara yang naik

pegunungan yang tingginya lebih dari 200 meter di satu sisi lalu turun di sisi lain.

Angin Fohn yang jatuh dari puncak gunung bersifat panas dan kering, karena uap

air sudah dibuang pada saat hujan Orografis.

Gambar 2.4 Angin Fohn.Sumber: http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-



9

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 dua jenisnya menurut porosnya yaitu kincir angin poros

horisontal dan kincir angin poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir Angin Poros Horisontal atau propeler adalah kincir angin yang

memilikiporos utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan

arah angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki bilah/sudu, kincir angin ini

dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja pada suatu

kincir. Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.5. Kekurangan dan kelebihan kincir

angin poros horisontal:

Kelebihan kincir angin poros horizontal:

1. HAWT mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan meningkat sebesar 20%.


10

3. HAWT tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin

langsung menujurotor.

Kekurangan kincir angin poros horizontal:

1. Dibutuhkan konstruksi menara untuk menyangga bilah – bilah,

transmisi roda gigi, dan generator.

2. HAWT yang tinggiakan sulit dipasang, membutuhkan derek yang

sangat tinggi dan membutuhkan operator yang profesional.

3. HAWT membutuhkan mekanisme control yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.

Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal.Sumber: hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php.

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (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

arahkecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi

yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal. Beberapa jenis kincir


11

angin poros vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada

Gambar 2.6. Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal dijelaskan

seperti berikut :

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.

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

drag tambahan.

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

4. Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi

tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada

bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya

dorong ke bawah saat angin bertiup.


12

Darrieus SavoniusGambar 2.6 Contoh Kincir Angin Poros Vertikal.

Sumber: hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php.

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp dan tip speed ratio (TSR)

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari

kincirangin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.7. Dia

menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit.

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips SpeedRatio (TSR) dari beberapa jenis kincir.


13

2.4 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1 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 menjadi :

= (1)

dengan :

: Energi kinetic (Joule).

: Massa ( kg ).

: Kecepatan angin (m/s).

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan rumus

sebagai berikut :

= ṁ (2)

dengan :

P : Daya angin (watt).

ṁ : Massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s).


14

dimana :

ṁ = (3)

dengan :

: Massa jenis udara (kg/m³).

A : Luas penampang sudu (m²).

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

= ( ) , yang dapat disederhanakan menjadi :

= (4)

2.4.2 Rumus Perhitungan TSR (tip speed ratio)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin dengan kecepatan angin. Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan

sebagai :

= (5)

dengan :

: Kecepatan u jung sudu.

: Kecepatan sudut (rad/s).

:Jari – jari kincir (m).


15

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

= (6)

dengan :

r : jari – jari kincir (m).

n : Putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v : Kecepatan angin (m/s).

2.4.3 Rumus Torsi

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

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

= (7)

dengan :

F : Gaya pembebanan (N).

l : Panjang lengan torsi ke poros (m).

2.4.4 Rumus Daya Mekanis

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

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

dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

= (8)


16

dengan :

T : Torsi (N.m).

: kecepatan sudut (rad/s).

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan

(7), yaitu :

= T (9)

dengan :

: Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

T : Torsi (N.m).

n : Putaran poros (rpm).

2.4.5 Rumus Daya Listrik

Daya Listikadalah daya yang dihasilkan generator. Sehingga daya kincir

yang dihasilkan oleh generator dapat dirumuskan :

= (10)

Dengan :

V : Tegangan (watt).

I : Arus (ampere).


17

2.4.6 Koefisien Daya

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 :

= 100% (11)

dengan :

: Koefisien Daya, %

: Daya yang disediakan oleh angin.

: Daya yang dihasilkan kincir.

2.5 Komposit

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari

dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama

lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir

bahan tersebut (bahan komposit).

2.5.1 Tujuan Pembuatan Material Komposit

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yatu sebagai berikut :

1. Mempermudah desain yang sulit pada manufaktur.

2. Menjadikan bahan lebih ringan.


18

2.5.2 Properties Komposit

Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh:

1. Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material

penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.

2. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik

komposit.

3. Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

2.5.3 Klasifikasi Komposit

Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga

kelompok besar seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.8.

Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Dari Matriks-nya.


19

A. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)

Komposit ini memiliki sifat seperti : ketangguhan yang baik, tahan simpan,

kemampuan memngikuti bentuk, lebih ringan dan lain sebagainya.

Keuntungan dari PMC :

1) Ringan 2) Specific stiffness tinggi

3) Specific strength tinggi 4) Anisotropy

Jenis polimer yang banyak digunakan :

1) Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali

(recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer

yang akanmenjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada

suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat

dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila

didinginkan. Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP,

PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).

2) Thermoset

Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel).

Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan

kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset

melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang

demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis

melamin. Plastik jenis termoset tidakbegitu menarik dalam proses daur


20

ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit

(sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik.

B. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)

Metal Matrix Composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki

matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada

mulanya yangditeliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam

aplikasi aerospace.

Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :

1) Transfer tegangan dan regangan baik.

2) Ketahanan temperature tinggi

3) Tidak menyerap kelembapan.

4) Tidak mudah terbakar.

5) Kekuatan tekan dan geser yang baik.

Kekurangan MMC :

1) Biayanya mahal

2) Standarisasi material dan proses yang sedikit.

Proses pembuatan MMC :

1) Powder metallurgy . 2) Casting/liquid ilfiltration.

3) Compocasting. 4) Squeeze casting.


21

C. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai

reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari

keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide,

dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX,

yaitu proses pembentukankomposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk

pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).

Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah :

1) Gelas anorganic. 2) Keramik gelas

3) Alumina 4) Silikon Nitrida

Keuntungan dari CMC :

1) Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam.

2) Sangat tangguh bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron.

3) Tahan pada temperatur tinggi (creep).

Kerugian dari CMC

1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar.

2) Relative mahal dan non-cot effective.

3) Hanya untuk aplikasi tertentu.

Adapun pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat dari Gambar

2.10 pembagian komposit berdasarkan penguatnya.


22

Gambar 2.9 Matriks dari beberapa tipe komposit.

.Gambar 2.10 Pembagian Komposit Berdasarkan Penguatnya.

Dari gambar 2.10 komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelasakan

sebagai berikut :

a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel

b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat

c. Structural composite, cara penggabungan material komposit

Adapun Illustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat pada

gambar 2. 11 illustrasi komposit berdasarkan penguatnya.

Matriks phase/ reinforcementphaase

Metal Ceramic Polymer

Metal Powder metallurgy parts -combining inmiscible metals

cermets ( ceramic-metal composite)

Brake pads

Ceramic

Cermets, TiC,TiCnCemented carbides-used in

tools Fiber-reinforcedmetals

SiC reinforced AL203Tool materials

Fiberglass

Polymer Kevlar fibers in anepoxy matrix

Elemental ( Carbon,Boron,etc)

Fiber reinforced metal Autoparts aerospace

Rubber with carbon(tires) Boron, Carbon

reinforced plastics


23

Gambar 2.11 Illustrasi komposit berdasarkan penguatnya.

1. Partikel sebagai penguat (Particulate composites)

Keuntungan komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel:

a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah.

b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan

kekerasan material.

c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan

menghalangi pergerakan dislokasi.

Proses produksi pada komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk

partikel:

a) Metalurgi Serbuk b) Stir Casting

c) Infiltration Process d) Spray Deposition

e) In-Situ Process

Panjang partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :

1) Large particle


24

Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel,

dimana interaksiantara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik

atau molekular.Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata.

Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel,

cemet sebagai matriksdan sand sebagai atau gravel, cemet sebagai matriks

dan sand sebagai partikel,Sphereodite steel (cementite sebagai partikulat),

Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet (oksida logam sebagai

partikulat).

Gambar 2.12 a. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites)b. Fillers sebagaipenguat (Filler composites).

2) Dispersion strengthened particle

a) Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%.

b) Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.

2. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit,

sehinggatinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang

digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima


25

oleh matrik akanditeruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban

sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik

dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun

komposit.Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :

a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya

(matriksnya)namun harus lebih kuat dari bulknya.

b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi.

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

a) Distribusi

b) Konsentrasi

c) Orientasi

d) Bentuk

e) ukuran

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat komposit, yaitu :

a) Continuous Fiber Composite.

Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang

dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling

banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar

antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh

matriksnya.


26

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional).

Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan

karena susunanseratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan

serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan

kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.

c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite).

Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi 3,

seperti yang ditunjukkan Gambar 2.14.

Gambar 2.13 Tipe Discontinuous Fiber.

2.6 Serat

Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan – potongan komponen yang

membrntuk jaringan memanjang yang utuh. Serat dibagi menjadi dua kategori,

yakni Serat Alam dan Serat Buatan. Serat alam menurut Jumaeri, (1977:5), yaitu

“Serat yang langsung diperoleh di alam. Sedangkan Serat Buatan menurut

Jumaeri, (1979:35), yaitu “Serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh

manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan gesekan”.


27

2.6.1 Serat Alami

Serat alami meliputi serat yang diproduksi oleh tumbuh-tumbuhan, hewan,

dan proses geologis seperti yang ditunjukkan Gambar 2.15. Serat alami dapat

digolongkan ke dalam:

1. Serat tumbuhan/serat pangan; biasanya tersusun atas selulosa,

hemiselulosa, dan kadang-kadang mengandung pula lignin. Contoh dari

serat jenis ini yaitu katun dan kain ramie. Serat tumbuhan digunakan

sebagai bahan pembuat kertas dan tekstil. Serat tumbuhan juga penting

bagi nutrisi manusia.

2. Serat hewan, umumnya tersusun atas protein tertentu. Contoh dari serat

hewan yang dimanfaatkan oleh manusia adalah Sutra dan bulu domba

(Wol).

2.6.2 Serat Sintetis

Serat sintetis atau serat buatan manusia umumnya berasal dari bahan

petrokimia. Namun demikian, ada pula serat sintetis yang dibuat dari selulosa

alami seperti rayon. Pada Gambar 2.16 menampilkan jenis –jenis serat sintetis.

2.6.3 Serat Kaca

Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi

serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah

sekitar 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun


28

menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang

kuat dan tahan korosi. Pada gambar 2.16 menunjukkan gambar dari serat kaca.

Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :

1. Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc).

2. Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa).

3. Stabilitas dimensinya baik.

4. Tahan korosi.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

1. Biaya murah.

2. Tahan korosi.

3. Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya.

Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

1. Kekuatannya relatif rendah

2. Elongasi tinggi

3. Kekuatan dan beratnya sedang (moderate).

Jenis-jenisnya antara lain :

1. E-glass 2. C-glass 3. S-glass


29

Gambar 2.14 Serat Kaca.

Gambar 2.15 Jenis –Jenis Serat Alami.

Gambar 2.16 Jenis serat buatan.


30

Tabel 2.2 Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass.Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya

Paramita 2005. Diakses Juni 2016.

Tabel 2.3 Sifat SeratSumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya

Paramita 2005. Diakses Juni 2016.

2.7 Matriks

Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi

volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :

a. Mentrasfer tegangan ke serat.

b. Melindungi serat.

c. Melepaskan ikatan koheren permukaan matrik dan serat.

Serat Kekuatantarik

Perpanjanganpatah

MassaJenis

ModulusYoung

ModulusJenis

(GN/m²) (%) (g/cm³) (GN/M²) (MJ/Kg)Karbon (Dasar Rayon viskus) 2 0,6 1,66 350 210Karbon* (Dasar PAN) 1,8 0,5 1,99 400 200Gelas (Jenis E) 3,2 2,3 2,54 75 30Baja 3,5 2 7,8 200 26Kevlar 3,2 6,5 1,44 57 40Nilon 66 0,9 14 1,14 7 6Poliester 1,1 9 1,38 15 11


31

Matriks juga berperan memberikan rintangan terhadap serangan alam sekitar dan

melindungi permukaan gentian dari pada lelasan atau abrasi secara mekanikal.

Pada Gambar 2.19 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.

Matriks harus mampu berubah panjang paling tidak sama dengan serat.

Gambar 2.20 memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki untuk serat

kaca-E, serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi (yaitu

bukan dalam bentuk komposit). Disini terlihat, sebagai contoh, serat kaca-S

dengan perpanjangan 5,3%, akan membutuhkan matriks dengan perpanjangan

paling tidak sama dengan nilai tersebut untuk mencapai sifat tarik yang

maksimum.

Gambar 2.17 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal.


32

Gambar 2.18 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat.

2.7.1 Resin

Kata “resin” telah diterapkan di dunia moderen untuk semua hampir

komponen dari cairan yang akan di tetapkan menjadi lacquer keras atau enamel

seperti barang jadi. Contohnya adalah cat kuku,sebuah produk moderen yang

berisi resin yang merupakan senyawa organik,tetapi resin tanaman tidak

kalsik.Tentunya pengecoran resin dan resin sintetis (seperti epoxy resin )juga

telah diberi nama resin karena merekan memperkuat dengan cara yang sama

seperti beberapa resin tanaman ,tetapi resin sintetis monomer cair thermosetting

plastik,tidak berasal dari tanaman.

2.7.2 Jenis – Jenis Resin

Berdasarkan kebutuhan resin itu sendiri memilki jenis – jenis berbeda

dengan proses pembuatan dan karakteristik yang berbeda. Contoh jenis resin

seperti berikut :


33

1. Resin Fenol

Fenol-fenol seperti fenol, kresol, klisenol dan lain sebagainya dikondensasikan

dengan formadehida untuk menghasilkan termoset.

Keuntungannya adalah sebagai berikut :

a. Mudah dibentuk dan menguntungkan dalam kesetabilan dimensi. Kurang

penyusutannya dan keretakannya.

b. Unggul dalam sifat isolasi listrik.

c. Relatif tahan panas dan dapat padam sendiri.

d. Unggul dalam ketahanan asam.

Kekurangannya adalah sebagai berikut :

a. Kurang tahan terhadap Alkali.

b. Aslinya agak berwarna, jadi tidak bebas dalam pewarnaan.

2. Resin Urea

Ini adalah resin termoset yang dapat lewat reaksi urea dan formalin, dimana

urea dan formaldehid ( 37 % formalin) beraksi dalam alkali netral dan lunak.

Resin urea sendiri lebih jelek dari pada resin fenol, resin melamin dan lain

sebagainya. Dalam hal ketahanan air, kestabilan dimensi dan ketahan terhadap

penuaan.

a. Pencetakan

Proses yang dipakai yaiut pencetakan tekan, pengaliha dan injeksi. Dalam

pencetakan tekan, bahan diproses pada temperatur cetakan 130 – 150 0C, tekanan

150 – 300 kg/cm2, selama 30 – 40 detik per 1 mm ketebalam dari benda cetakan.


34

b. Penggunaan

Bila benda cetakan kaku, tahan terhadap pelarut dan busur listrik, jernih dan

dapat diwarnai secara bebas, maka bahan ini banyak digunakan untuk barang –

barang kecil yang diperlukan sehari – hari seperti pelindung cahaya, soket dan

lain – lain.

3. Resin Melamin

Bahan ini lebih unggul dalam bebrbagai sifat dari pada resin urea.

a. Pencetakan

Seperti halnya resin urea, dilakukan pencetakan : tekanan, pengalihan dan

injeksi. Suhu pencetakan 10 -20 0C lebih tinggi dari pada resin urea. Sebagai

kondisi pencetakan standar, digunakan temperatur pencetakan 150-170 0C,

tekanan pencetakan 150 – 250 kg/m2, waktu pencetakan 1 menit pada 160 0C atau

40 detik pada 170 0C per 1 mm tebal bahan.

b. Penggunaan

Barang – barang cetakan melamin dapat diwarnai secara bebas. Karena

unggul dalam ketahanan air, ketahanan panas, ketahanan terhadap isolasi listrik,

ketahanan busur listrik, bahan ini kegunaannya luas. Pengunaan utama adalah

untuk: alat – alat makan, bagian – bagian komponen listrik dan mekanik.

4. Resin Poliester Tak Jenuh

Dalam kebanyakan hal ini disebut poliester saja. Karena berupa resin cair

dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan

katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset


35

lainnya, maka tak perlu diberi tekanan untuk pencetakan. Berdasarkan

karakteristik ini, bahan dikembangkan secara luas sebagai plastik penguat serat

( FRP ) dengan menggunakan serat gelas.

5. Resin Epoksi

a. Proses Produksi Bahan

Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari

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

b. Penggunaan Resin Epoksi.

Sebagai 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. Dan sebagai bahan cat dapat dipakai terhadap berbagai

bahan, dan secara luas digunakan karena pelapisannya kuat, unggul dalam

ketahanan air dan ketahanan kimia.

6. Resin Poliuretan

Resin ini dihasilkan oleh reaksi diisosianat dan senyawa polihidroksi.

Resin ini kuat, baik dalam ketahanan abrasi, ketahanan minyak dan ketahanan


36

pelarut, maka digunakan untuk plastik busa, bahan elastis, cat perekat, kulit

sintetis dan lain – lain.

a. Sifat – Sifat

Poliuretan dengan berbagai sifat dapat dibuat, bergantung pada bahan

mentah yang dipilih, tetapi mengenai sifat – saifat yang umum, baik dalam

elastisitas dan kekuatan, kekuatan tarik nya tinggi, unggul dalam ketahanan

terhadap abrasi, penuaan, minyak, pelarut, dan sifat temperatur rendahnya yang

menguntungkan namun demikian, mudah dehidrolisa, relatif kurang kuat

terhadap asam dan alkali, dan warnanya mudah luntur oleh panas atau cahaya.

b. Penggunaan

Bahan ini digunakan secara luas untuk kulit sintetis, serat, bahan karet, bahan

busa dan perekat.

2.8 Tinjauan Pustaka

a. Tentang Komposit

Bahan komposit sendiri tersusun dari matrik (phase pertama) dan penguat

atau reinforcing (phase kedua). Matrik berfungsi sebagai pengikat sedang

penguat berfungsi untuk memberi penguatan pada komposit tersebut. serat

berfungsi juga sebagai penerus beban dari serat / penguat yang satu ke serat

lainnya. Jika ada serat yang putus dalam arah pembebanan aksial, maka

beban dari satu serat yang putus akan diteruskan melalui matrik menuju

serat selanjutnya.


37

Kekuatan komposit dengan bahan penguat berupa serat kontinu dan matrik

dari resin akan tergantung pada: (a) bahan serat dan diameter serat, (b)

bahan resin, (c) daya ikat antara resin dan serat dan sudut orientasi serat di

dalam matrik.

Komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang

memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang berbeda

menjadi suatu material baru yang memiliki propertis lebih baik dari keduanya.

Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau

lebih bahan yang berbeda digabung atau dicampur secara makroskopis

menjadi suatu bahan yang berguna, karena bahan komposit merupakan bahan

gabungan secara makro, maka bahan komposit dapat di definisikan sebagai

suatu sistem material yang tersusun dari campuran/kombinasi dua atau lebih

unsur-unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau

komposit material yang ada pada dasarnya tidak dapat dipisahkan. Pada umumnya

bahan komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) dan bahan

pengikat serat-serat tersebut yang disebut matriks.

Komposit dari bahan serat (fibrous composite) terus diteliti dan

dikembangkan guna menjadi bahan alternatif pengganti bahan logam, hal ini

disebabkan sifat dari bahan komposit serat yang kuat dan mempunyai massa

yang lebih ringan dibandingkan dengan logam. Dalam penelitian ini, susunan

komposit serat terdiri dari serat dan matriks sebagai bahan pengikatnya.


38

Komposit dengan penguat serat (Fibrous Composite) sangat efektif, karena

bahan dalam bentuk serat jauh lebih kuat dan kaku dibanding bahan yang

sama dalam bentuk padat (bulk). (Hendriwan Fahmi, et all., 2014)


40

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

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

alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir yang menggambarkan langkah-langkah penelitian.

Perancangan kincir angin propeller 2 sudu dengan variasi sirip

Mulai

Pembuatan kincir angin sumbu horisontal 2 sudu berbahankomposit dengan dia.100 cm, lebar maksimum sudu 13 cmpada jarak 12,5cm dari pusat poros dengan variasi sirip 5 cmdan 7 cm dengan panjang 10 cm.

Pengambilan data; , , , , I dan

Pengolahan data untuk mencari Cp mekanis pada TSR optimal,daya output mekanis dan daya output listrik pada torsi dan putaran

poros

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


41

Ada tiga jenis perlakuan metode yang dilakukan untuk penelitian ini, yaitu :

1. Penelitan kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan ini dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang

berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung

jawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat untuk menguji kincir angin tipe propeler dilakukan di

Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Kincir yang sudah dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai

sumber tenaga untuk memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin

untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap

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

3.2 Alat Dan Bahan

Model kincir angin ini mempunyai tipe propeler dengan menggunakan bahan

komposit, kincir angin ini dibuat dengan diameter 100 cm.

1. Sudu Kincir Angin

Ukuran panjang sudu kincir angin menentukan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga membuat dudukan sudu atau turbin berputar.

Semua sudu memiliki ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat

dilihat pada Gambar 3.2.


42

Gamabar 3.2 Sudu / Blade.

2. Sirip kincir angin

Sirip dibuat dengan 2 variasi lebar yang berbeda dan panjang yang sama.

Sirip dibuat dengan panjang 10 cm dan lebar 5 cm dan 7 cm dan memiliki tebal

yang sama yaitu 1 mm. Penelitain yang dilakukan menggunakan variasi dari lebar

sirip yang bertujuan untuk mengetahui apa perbedaan dari kedua variasi tersebut.

Bentuk sirip dapat dlihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Sirip Kincir Angin.


43

3. Hup

Dudukan sudu merupakan salah satu bagian komponen kincir yang berfungsi

untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan

sudu ini memiliki dua belas lubang yang berfungsi untuk pemasangan sudu yang

memiliki variasi sudu lebih dari 4. Posisi plat atau posisi penyambung antara sudu

dengan dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan, dudukan

sudu dapat dilihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Hup turbin angin

4. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan untuk

memutar kincir angin, fan blower ini memiliki daya penggerak motor sebesar 15

hp. Gambar 3.5 akan menunjukan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.5 Fan Blower


44

5. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk menggur kecepatan angin.

Anemometer ini diletakkan di depan fan blower. Alat ini terdiri dari dua

komponen utama, yaitu sensor elektrik yang diletakkan pada arah datangnya

angin dari fan blower menuju kincir angin dan modul degital yang berfungsi

untuk menerjemahkan data dari sensor dan kemudian ditampilkan pada layar

digital. Gambar 3.6 akan menunjukan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.6 Anemometer

6. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran

poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolution per minute). Jenis dari

tachometer yang digunakan adalah jenis tachometer digital light, cara kerjanya

cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu : sensor, pengolah data dan penampil.

Gambar 3.7 akan menunjukan bentuk dari tachometer.

7. Timbangan Digital

Timbangan digital ini berfungsi untuk mengetahui beban yang diterima dari

generator pada saat kincir angin berputar. Timbangan digital ini diletakkan pada


45

bagian lengan generator. Gambar 3.8 akan menunjukan bentuk dari Timbangan

digital yang digunakan pada saat penelitian.

Gambar 3.7 Tachometer. Gambar 3.8 Neraca pegas.

8. Voltmeter

Voltmeter berfungsi untuk mengukur besaran tegangan atau beda potensial

listrik yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar 3.9 akan

menunjukan bentuk dari Voltmeter.

9. Ampermeter

Ampermeter berfungsi untuk mengukur besarnya kuat arus atau tegangan

yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar 3.10 akan

menunjukan bentuk dari Ampermeter.

Gambar 3.10 Ampermeter.


46

10. Lampu Pembebanan

Pembebanan yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah

lampu. Lampu yang digunakan dalam pembebanan adalah lampu 75 Watt, 60

Watt, 40 Watt, dan 25 Watt. Jumlah lampu ditentukan sesuai dengan kebutuhan

dan dilihat dari rpm dan torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sumbu horizontal.

Pemberian beban pada kincir angin sumbu horizontal bertujuan untuk mengetahui

perfoma dan daya makimal yang dihasilkan oleh kincir angin sumbu horizontal

dengan masing-masing variasi. Gambar pembebanan lampu bisa dilihat pada

Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Pembebanan lampu.

3.3 Desain Kincir

Desain sudu kincir angin yang dibuat memiliki ukuran panjang yang bisa

dilihat pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 Desain sudu kincir angin.


47

3.3.1 Desain Sirip

Desain sirip pada kincir angin yang dibuat memiliki ukuran yang bisa


Gambar 3.13 Desain sirip kincir angin.

3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Serta Sirip

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sudu kincir angin serta pembuatan sirip merupakan proses

yang dilakukan secara bertahap serta membutuhkan alat dan bahan. Alat dan

bahan bisa ditunjukakan pada tabel 3.1

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu dan Sirip.ALAT BAHAN

Mesin Bor Pipa 8 inchi

Gerinda Hardener

Amplas Resin

Timbangan Digital Serat Glass

Kertas Karton Alumunium Foil

Kuas Cat Semprot

Skrap Dempul

Gergaji Besi Plat 2 mm

Gunting Plat Alumunium


48

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu dan Sirip Kincir Angin

Dalam proses pembuatan sudu dan sirip dilakukan dengan beberapa

tahapan. Tahapan-tahapan yang dilakukan seperti berikut :

A. Pembuatan cetakan pipa

1. Memotong pipa 8 inchi dangan panjang 50 cm.

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai cetakan awal dari proses pembuatan sudu

kincir angin yang dibuat dengan bahan komposit. Pemotongan pipa dilakukan

dengan alat gerinda dengan panjang pipa yang ingin dibuat yaitu 50 cm.

Setelah pipa dipotong, lalu pipa yang sudah memiliki panjang 50 cm itu di

potong menjadi 2 bagian. Hal ini bertujuan untuk mempermudah pipa untuk

di cetak dengan menggunakan kertas karton agar bentuk sudu dapat terlihat.

Disini pipa yang digunakan adalah pipa Wavin D 8 inchi. Proses pemotongan

pipa dapat dilihat pada gambar 3.14.

2. Membentuk Mal / Cetakan Kertas

Mal / cetakan dibuat menggunakan kertas karton yang sedikit tebal. kertas

dibuat untuk mempermudah dalam pembentukan pipa menjadi sebuah sudu.

Cetakan ditempelkan pada pipa yang sudah dipotong sesuai ukuran kemudian

ditandai sesuai alur cetakan yang sudah dibuat dengan menggunakan spidol.

Mal / cetakan kertas dapat dilihat pada gambar 3.15.


49

Gambar 3.14 Proses pemotongan pipa.

Gambar 3.15 Mal / Cetakan.

3. Membentuk pipa dengan mal / cetakan kertas

Pipa yang telah di tandai oleh kertas menggunakan spidol, kemudian

dipotong menggunakan gergaji agar potongan yang dihasilkan sesuai mal,

pemotongan dilakukan mengikuti alur yang sudah dibuat. Proses pembentukan

pipa dapat dilihat pada gambar 3.16.

4. Menghaluskan pipa

Setelah pipa yang terbentuk sesuai dengan bentuk mal kertas, lalu pipa yang

sudah terbentuk dihaluskan menggunakan gerida agar semua sisi pada pipa dapat

halus. Hal ini bertujuan agar untuk mencapai ukuran yang presisi dan estetika dari

pipa dapat terlihat. Pipa yang sudah terbentuk dapat dilihat pada gambar 3.17.


50

Gambar 3.16 Pembentukan sudu dengan mal kertas

Gambar 3.17 Sudu yang sudah dihaluskan

B. Pembuatan sudu / blade

1. Pelapisan cetakan pipa

Setelah proses pembuatan cetakan sudu dari pipa sudah selesai, kemudian

dilanjutkan pada tahap selanjutnya yaitu pembuatan sudu / blade. Sebelum

proses dilanjutkan pada tahap pengolesan resin dan hardener dimulai pada

bagian permukaan cetakan sudu, cetakan sudu sebaiknya dilapisi dengan

alumunium foil. Pelapisan cetakan sudu dengan alumunium foil bertujuan

agar cetakan tidak menempel dengan sudu yang sudah dibuat dan cetakan

tidak meleleh terkena percampuran antara resin dan hardener. Pelapisan

cetakan dengan alumunium foil dapat dilihat pada gambar 3.18.

2. Percampuran Resin dan katalis

Proses pembuatan matriks komposit, dengan mencampurkan resin dan

katalis. Resin yang digunakan adalah jenis resin polyester. Perbandingan

yang digunakan adalah 95% untuk resin dan 5% katalis Pencampuran kedua

bahan tersebuat dapat dilihat pada gambar 3.19.


51

Gambar 3.18 Pelapisan mal dengan alumunium foil.

Gambar 3.19 Resin dan Katalis.

3. Pembuatan sudu / blade

Dalam pembuatan sudu berbahan komposit meggunakan bahan yang

terdiri dari Resin, Hardener dan Serat Glass. Proses dalam pembuatan sudu /

blade dilakukan dengan cepat. Proses dilakukan dengan cepat dikarenakan

disini serat glass terdiri dari empat lapisan sehingga pelapisan dilakukan

dengan cepat agar serat yang sudah terlapisi oleh resin dan hardener tidak

terlalu kering, sehingga menghasilkan komposisi yang baik. Diantara lapisan

kedua dan ketiga disini saya meletakkan sebuah plat alumuniuam berukuran

2 cm x 10 cm. Pemberian plat alumunium disini bertujuan untuk

menambahkan kekuatan atau ketahanan pada pangkal sudu terhadap gaya


52

tekan yang diberikan pada saat pemasangan sudu ke hap yang diberikan oleh

baut.

Langkah-langkah pembuatan sudu sebagai berikut :

a. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan pengolesan

campuran resin dan hardener pada permukaan cetakan pipa yang telah

dilapisi oleh alumunium foil. Proses pengolesan ini dilakukan dengan

menggunakan kuas. Pengolesan campuran resin dan hardener ini dapat


b. Langkah kedua yang dilakukan adalah menempelkan serat glass pada

cetakan. Kemudian serat glass diratakan dengan campuran resin dan

hardener yang sudah dioleskan pada proses pertama tadi. Perataan ini

dilakukan agar tidak udara yang masuk sehingga tidak ada celah udara

didalam serat. Proses ini dapat dilihat pada gambar 3.21.

c. Lalu proses yang ketiga adalah proses pengolesan kembali campuran

resin dan hardener pada lapisan serat yang pertama.

d. Proses selanjutnya adalah menempelkan kembali serat glass kedua dan

tidak lupa untuk meratakannya kembali menggunakan skrap sehingga

perataan dapat merata dengan baik.

e. Proses ini hampir sama dengan proses yang ketiga tadi yaitu

mengoleskan campuran resin dan hardener pada lapisan serat kedua.

f. Proses keenam ini adaalah proses penempelan plat alumunium diantara

lapisan kedua dan ketiga serat glass. Proses ini dapat dilihat pada

gambar 3.22.


53

g. Lalu proses selanjutnya adalah penempelan kembali serat ketiga dan

diratakan kembali.

h. Setelah menempelkan serat ketiga lalu proses pengolesan kembali

seperti pada proses-proses sebelumnya.

i. Ini ada proses terakhir dimana serat ditempelkan kembali diatas

lapisan serat ketiga yang sudah dioleskan oleh campura resin dan

hardener tadi. Lalu tidak lupa untuk meratakannya kembali hingga

benar-benar rata.

j. Lalu proses ini adalah proses dimana campuran resin dan hardener di

oleskan dan diratankan diatas permukaan serat keempat tadi.

4. Pengeringan sudu / blade

Setelah proses pembuatan sudu / blade diatas selesai lalu dilakukan

proses penggeringan. Pengeringan sudu / blade ini dilakukan dengan cara

penjemuran dibawah sinar matahari selama kurang lebih 1-2 hari hingga

sudu / blade kering maksimal.

Gambar 3.20 Pengolesan awal diatas permukaan alumunium foil.

Gambar 3.21 Proses pelapisan dan perataan serat glass.


54

Gambar 3.22 Peletakkan plat alumunium.

5. Proses finishing sudu / blade

Proses ini meliputi beberapa proses yaitu, proses pemotongan dengan

menggunakan gerinda sehingga bentuk dari sudu bisa terlihat rapih lalu

proses penghalusan disini proses penghalusan dilakukan karena pada sudu /

blade yang sudah dibuat terdapat bagian-bagian yang tidak rata dan tidak

halus sehingga proses penghalusan ini sangat penting untuk menunjang

penampian sudu, lalu yang terakhir adalah proses pengurangan berat sudu.

Proses pengurangan berat sudu ini sangat penting untuk menyamakan berat

sudu yang sudah dibuat agar sudu bisa berputar dengan baik dan tidak terjadi

getar yang berlebih karena bila ada sudu yang beratnya berbeda akan terjadi

getar pada saat sudu sudah berputar. Disini saya membuat sudu dengan bobot

210 gram. Penimbangan berat sudu dilakukan dengan menggunakan

timbangan duduk digital. Gambar 3.23 akan memperlihatkan bentuk dari

sudu yang sudah selesai.

.Gambar 3.23 Finishing Sudu.


55

6. Pembuatan lubang baut

Setelah semua proses pembuatan sudu selesai. Lalu dilanjutkan proses

pembuatan lubang untuk baut. Disini pembuatan lubang dilakukan dengan

meggunakan mesin bor. Lubang yang dibuat memiliki ukuran diameter 8 cm.

Dan lubang untuk sirip memiliki ukuran diameter 4 mm.

3.4.3 Proses Pembuatan Sirip Kincir Angin

Pembauatan sirip disini cukup sedikit proses hanya ada beberapa langkah

saja dalam pembuatannya. Disini sirip dibuat dua variasi lebar dengan panjang

sirip yang sama. Variasi lebar yang pertama adalah 5 cm, dan variasi sirip yang

kedua adalah 7 cm dengan panjang 10 cm.. Sirip dibuat dengan menggunakan

bahan plat besi dengan ketebalan 2 mm.

Ada beberapa proses yang dilakukan dalam pembuatan sirip, yaitu :

1. roses awal yang dilakukan adalah memberi ukuran dan membentuk bentuk

sirip pada plat yang akan digunakan sebagai sirip dengan menggunakan

spidol. Pada proses ini pembentukan bagian bawah pada plat harus sesuai

dengn bentuk kincir yang akan ditempati sirip tersebut.

2. Setelah proses awal selesai lalu lanjut pada proses pemotongan plat

menggunakan cuting plat, karna bila menggunakan gergaji besi akan

memakan waktu yang lama.

3. Setelah bentuk mulai terlihat lalu diselesaikan menggunakan gerinda agar

penampilan pada sirip terlihat bagus.


56

4. Setelah bentuk sudah jadi lalu dilakukan proses pengeboran pada plat sesuai

lubang yang sudah dibuat pada sudu.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian dalam pengujian kincir angin ini, antara lain

sebagai berikut :

1. Memasang sirip pada sudu kincir angin yang berukuran 5 cm atau 7 cm pada

sudu / blade.

2. Memasang sudu kincir angin yang akan diuji pada dudukan sudu.

3. Memasang neraca pegas pada besi yang sudah tersambung dengan generator.

Kemudian neraca pegas dikaitkan pada rumah kincir menggunakan kawat.

4. Merangkai rangkain listrik yang akan digunakan pada pengujian ini dengan

menghubungkan lampu pembebanan dan sumber tegangan (output generator)

secara seri. Kemudian menghubungkan antara voltmeter dengan sumber

tegangan secara pararel dan ampermeter dengan pembebanan secara seri.

Gambar 3.24 Skema Pembebanan.

5. Menyalakan fan blower dan mencari variasi kecepatan angin yang sudah

ditentukan menggunakan anemometer. Setelah mendapatkan variasi angin


57

yang diinginkan, selanjutnya memindahkan rumah kincir sesuai dengan posisi

tersebut.

6. Menempatkan anemometer pada tiang penyangga didepan rumah kincir dan

diletakkan dipinggir rotor. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan

angin saat melakukan pengambilan data.

7. Setelah alat uji terpasang dan sudu kincir angin terpasang pada dudukan sudu

maka pengujian siap dilakukan.

8. Untuk pengambilan data kecepatan putar poros alat yang digunakan adalah

tachometer dengan cara meletakkan tachometer tegak lurus dengan generator

yang telah ditempel lakban hitam agar tachometer dapat membaca kecepatan

putaran poros.

9. Untuk pengambilan data kecepatan angin dapat diambil dari hasil yang sudah

tertera pada layar anemometer.

10. Data gaya torsi diambil dari angka yang sudah tertera pada neraca pegas

dengan satuan massa yang tertera pada neraca pegas yaitu kilogram.


58

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Setelah sudu kincir angin poros horisontal dengan variasi sirip 5 cm dan

7 cm berbahan komposit dengan lebar maksimum sudu 13 cm pada pusat poros.

Maka data seperti: rpm, kecepatan angin, tegangan, arus dan beban lampu di

dapat untuk setiap kecepatan angin. Data pengujian kincir angin dengan variasi

sirip 5 cm dan 7 cm seperti yang ditunjukkan oleh tabel 4.1 sampai dengan tabel

4.6.

Tabel 4.1 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Variasi Sirip 5 cm KecepatanAngin 6,5 m/s, Kincir Angin Komposit ᴓ 1 m, Lmax 13 cm DenganJarak 12,5 cm Pada Pusat poros.

NoKecepatan

AnginPutaranPoros

MassaTimbangan Beban

LampuArus Tegangan

m/s rpm gram ampere volt1

6.5

740 90 0 0 50.62 702 130 1 0.14 48.33 649 160 2 0.27 43.94 621 190 3 0.39 39.65 580 210 4 0.51 35.26 558 220 5 0.59 32.37 412 250 6 0.63 30.78 398 280 7 0.68 29.59 345 310 8 0.74 27.6

10 312 340 9 0.77 24.3


59

Tabel 4.2 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Variasi Sirip 5cm KecepatanAngin 7,5 m/s, Kincir Angin Komposit ᴓ 1 m, Lmax 13 cm DenganJarak 12,5 cm Pada Pusat poros.

NoKecepatan

AnginPutaranPoros


LampuArus Tegangan


7,5

925 110 0 0.00 59.42 902 130 1 0.15 58.63 860 150 2 0.32 57.24 785 170 3 0.45 53.45 736 180 4 0.60 49.76 702 200 5 0.73 46.77 686 210 6 0.84 44.28 639 230 7 0.91 40.59 605 240 8 1.02 38.110 585 260 9 1.04 36.411 558 280 11 1.08 32.312 444 300 12 1.11 30.413 392 330 13 1.19 27.9

Tabel 4.3 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Variasi Sirip 5cm KecepatanAngin 8,2 m/s, Kincir Angin Komposit ᴓ 1 m, Lmax 13 cm DenganJarak 12,5 cm Pada Pusat poros.

NoKecepatan

AnginPutaranPoros


LampuArus Tegangan


8,2

1004 100 0 0.00 66.82 953 120 1 0.22 63.23 910 130 2 0.29 58.74 888 150 3 0.35 53.45 830 160 4 0.41 50.26 805 180 5 0.56 48.77 770 200 6 0.78 44.38 711 210 7 0.98 39.49 690 230 8 1.12 33.710 604 250 9 1.21 28.511 515 280 11 1.18 24.312 432 300 12 1.34 20.1


60

Tabel 4.4 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Variasi Sirip 7 cm PadaKecepatan Angin 6.4 m/s, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ1 m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12,5 cm Pada Pusat poros.

NoPutaranPoros

GayaPengimbang Arus Tegangan Kec.Angin Beban

Lampurpm gram ampere volt m/s

1 694 110 0.00 49.20

6.4

12 675 140 0.14 48.40 23 641 180 0.28 46.90 34 629 210 0.41 43.20 45 584 230 0.54 39.40 56 534 250 0.60 33.70 67 499 260 0.61 27.90 78 449 270 0.67 25.30 89 421 280 0.73 23.40 910 405 280 0.65 21.30 10

Tabel 4.5 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Variasi Sirip 7 cm Pada KecepatanAngin 7.8 m/s, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1 m, Lmax 13cm Dengan Jarak 12,5 cm Pada Pusat poros.

NoPutaranPoros



1 919 120 0.00 63.80

7.8

12 902 140 0.16 61.20 23 872 190 0.32 58.40 34 802 220 0.48 54.90 45 783 250 0.59 52.50 56 763 280 0.71 50.60 67 700 310 0.86 48.10 78 661 330 0.94 44.90 89 638 350 1.06 40.00 910 584 370 1.13 38.20 1011 530 390 1.20 32.50 1112 462 390 1.20 28.40 1213 421 400 1.17 21.90 13


61

Tabel 4.6 Data Pengujian Dua Sudu Dengan Variasi Sirip 7 cm PadaKecepatan Angin 8.2 m/s, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ1 m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12,5 cm Pada Pusat poros.

NoPutaranPoros



1 958 120 0.00 63.50

8.2

12 934 160 0.16 60.00 23 906 190 0.32 59.10 34 879 230 0.46 56.50 45 845 260 0.60 53.20 56 802 280 0.75 49.90 67 784 300 0.85 46.90 78 721 330 0.95 45.20 89 684 350 1.07 43.60 9

10 623 370 1.13 40.70 1011 589 390 1.21 36.90 1112 533 410 1.24 34.84 12

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk

mempermudah pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2

b. Massa jenis udara = 1.18 kg/m3

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan daya angin dari tabel pengujian 4.2 pada

pengujian kedua dengan kecepatan angin 7,5 m/s dan, massa jenis udara (ρ)

sebesar 1,18 kg/m3 dan luas penampang (A) adalah 0,785 m2. Maka dapat dihitung

daya angin sebesar :


62

= 12= 12 1,18 0,785 7,5= 195 watt

Jadi daya angin yang dihasilkan pada kincir angin dengan variasi sirip sudu 5 cm

sebesar 195 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan nilai torsi, diambil dari tabel 4.2 pada pengujian

kedua. Dari data diperoleh massa timbangan sebesar 130 gram, untuk menghitung

nilai dari torsi maka nilai dari massa timbangan dikonversi ke Newton dengan

cara:

= 1000 .= 1301000 . 9,81= 1,28 .

Setelah nilai massa timbangan dikonversi kemudian dikalikan dengan panjang

lengan torsi sebesar 0,27 m, seperti dibawah ini:== 1,8 0,27= 0,34 .Jadi Torsi yang dihasilkan sebesar 0,34 N.m


63

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.2 pada pengujian

diperoleh kecepatan angin 7,5 m/s, putaran poros (n) sebesar 902 rpm, dan torsi

yang telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0.34 N.m, maka besarnya

daya kincir dapat dihitung :== 0,34 90230= 32,5

Jadi Daya yang dihasilkan sebesar 32,5 Watt.

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik

Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari tabel pengujian 4.2 pada

pengujian kedua. Diperoleh tegangan sebesar 53,4 Voltdan Arus sebesar 0,15

Ampere, maka daya listrik dapat dihitung :

== 53,4 0,15= 8,7Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 8,7 Watt.

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio

Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.2 pada pengujian

kedua dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar


64

903 rpm jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar

7,5 m/s, maka tip speed ratio dapat dihitung :

= 2 π r n60 v=

, ,,= 5.56

Jadi TSR yang dihasilkan sebesar 6,3.

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin

pada sub bab 4.2.1 sebesar 195 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin padasub

bab 4.2.3 sebesar 32.5 watt, maka koefisien daya dapat dihitung :

= 100 %= 32,5195 100 %= 16,7 %

Jadi Koefisien daya yang dihasilkan sebesar 16,7%.

4.3 Data Hasil Perhitungan

Data yang didapat dari hasil pengujian pada setiap variasi sirip dan

kecepatan angin dihitung dengan menggunakan Microsoft Excel. Data yang di

dapat seperti; rpm, kecepatan angin, beban lampu, massa timbangan, tegangan dan

arus, nantinya akan digunakan untuk menghitung nilai dari; torsi, kecepatan sudut,


65

daya yang disediakan angin, daya kincir, daya listrik, tip speed ratio, gaya

pengimbang dan koefisien daya kincir pada setiap pengujian. Data yang dihitung

ditampilkan dalam bentuk tabel seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 4.7 sampai

dengan Tabel 4.12.

Tabel 4.7 Data Perhitungan Dua Sudu Sirip 5cm Kecepatan Angin 6,5 m/s, KincirAngin Komposit ᴓ 1 m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12,5 cm PadaPusat poros.

GayaPengimban

gTorsi Kecepata

n SudutDayaAngin

DayaMekani

s

DayaListrik

tipspeedratio

Cp

N N.m rad/s watt watt watt tsr %0.88 0.24 77.5 127 18.5 0 6.0 14.61.28 0.34 73.5 127 25.3 6.8 5.7 20.01.57 0.42 68.0 127 28.8 11.9 5.2 22.71.86 0.50 65.0 127 32.7 15.4 5.0 25.82.06 0.56 60.7 127 33.8 18.0 4.7 26.72.16 0.58 58.4 127 34.1 18.1 4.5 26.92.45 0.66 43.1 127 28.6 19.3 3.3 22.62.75 0.74 41.7 127 30.9 20.1 3.2 24.43.04 0.82 36.1 127 29.7 20.4 2.8 23.43.34 0.90 32.7 127 29.4 18.7 2.5 23.2

Tabel 4.8 Data Perhitungan Dua Sudu Sirip 5cm Kecepatan Angin 7,5 m/s, KincirAngin Komposit ᴓ 1 m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12,5 cm PadaPusat poros.

GayaPengimbang Torsi Kecepatan

SudutDayaAngin

DayaMekanis

DayaListrik

tipspeedratio

Cp

N N.m rad/s watt watt watt tsr %1.08 0.29 96.9 195 28.2 0 6.5 14.51.28 0.34 94.5 195 32.5 8.8 6.3 16.71.47 0.40 90.1 195 35.8 18.3 6.0 18.41.67 0.45 82.2 195 37.0 24.0 5.5 19.01.77 0.48 77.1 195 36.7 29.8 5.1 18.91.96 0.53 73.5 195 38.9 31.6 4.9 20.02.06 0.56 71.8 195 40.0 34.0 4.8 20.52.26 0.61 66.9 195 40.8 34.2 4.5 20.9


66

Lanjutan Tabel 4.8

2.35 0.64 63.4 195 40.3 35.8 4.2 20.72.45 0.66 61.3 195 40.6 37.1 4.1 20.82.65 0.72 58.4 195 41.8 36.2 3.9 21.52.94 0.79 46.5 195 36.9 35.3 3.1 19.03.24 0.87 41.1 195 35.9 33.2 2.7 18.4

Tabel 4.9 Data Perhitungan Dua Sudu Sirip 5cm Kecepatan Angin 8,2 m/s, KincirAngin Komposit Dua Sudu ᴓ 1 m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12,5 cmPada Pusat poros.

GayaPengimban

gTorsi Kecepata

n SudutDayaAngin

DayaMekani

s

DayaListrik

tipspeedratio

Cp

N N.m rad/s watt watt watt tsr %0.98 0.26 105.1 256 27.8 0 6.4 10.91.18 0.32 99.8 256 31.7 13.9 6.1 12.41.28 0.34 95.3 256 32.8 17.0 5.8 12.81.47 0.40 93.0 256 36.9 18.7 5.7 14.41.57 0.42 86.9 256 36.8 20.6 5.3 14.41.77 0.48 84.3 256 40.2 27.3 5.1 15.71.96 0.53 80.6 256 42.7 34.6 4.9 16.72.06 0.56 74.5 256 41.4 38.6 4.5 16.22.26 0.61 72.3 256 44.0 37.7 4.4 17.22.45 0.66 63.3 256 41.9 34.5 3.9 16.32.75 0.74 53.9 256 40.0 28.7 3.3 15.6

2.94 0.79 45.2 256 35.9 26.9 2.8 14.0



SudutDayaAngin

DayaMekanis

DayaListrik

tipspeedratio

Cp

N N.m rad/s watt watt watt tsr %1.08 0.29 72.68 119 21.17 0.00 5.71 17.771.37 0.37 70.69 119 26.21 6.78 5.56 22.001.77 0.48 67.13 119 32.00 13.13 5.24 26.862.06 0.56 65.87 119 36.64 17.71 5.15 30.75


67

Lanjutan Tabel 4.10

2.26 0.61 61.16 119 37.26 21.28 4.78 31.272.45 0.66 55.92 119 37.03 20.22 4.37 31.082.55 0.69 52.26 119 35.99 17.02 4.08 30.202.65 0.72 47.02 119 33.63 16.95 3.67 28.222.75 0.74 44.09 119 32.70 17.08 3.44 27.442.75 0.74 42.41 119 31.45 13.85 3.31 26.40



SudutDayaAngin

DayaMekanis

DayaListrik

tipspeedratio

Cp

N N.m rad/s watt watt watt tsr %1.18 0.32 96.24 220 30.59 0.00 6.17 13.921.37 0.37 94.46 220 35.03 9.79 6.05 15.941.86 0.50 91.32 220 45.95 18.69 5.85 20.912.16 0.58 83.99 220 48.94 26.35 5.38 22.272.45 0.66 82.00 220 54.30 30.98 5.26 24.702.75 0.74 79.90 220 59.26 35.93 5.12 26.963.04 0.82 73.30 220 60.19 41.37 4.70 27.393.24 0.87 69.22 220 60.50 42.21 4.44 27.533.43 0.93 66.81 220 61.94 42.40 4.28 28.183.63 0.98 61.16 220 59.93 43.17 3.92 27.273.83 1.03 55.50 220 57.33 39.00 3.56 26.093.83 1.03 48.38 220 49.98 34.08 3.10 22.743.92 1.06 44.09 220 46.71 25.62 2.83 21.25



SudutDayaAngin

DayaMekanis

DayaListrik

tipspeedratio

Cp

N N.m rad/s watt watt watt tsr %1.18 0.32 100.32 255 31.89 0.00 6.12 12.49


68

Lanjutan Tabel 4.12

1.57 0.42 97.81 255 41.45 9.60 5.96 16.231.86 0.50 94.88 255 47.75 18.91 5.79 18.702.26 0.61 92.05 255 56.08 25.99 5.61 21.962.55 0.69 88.49 255 60.94 31.92 5.40 23.862.75 0.74 83.99 255 62.29 37.43 5.12 24.392.94 0.79 82.10 255 65.24 39.87 5.01 25.553.24 0.87 75.50 255 65.99 42.94 4.60 25.843.43 0.93 71.63 255 66.40 46.65 4.37 26.003.63 0.98 65.24 255 63.94 45.99 3.98 25.043.83 1.03 61.68 255 63.71 44.65 3.76 24.954.02 1.09 55.82 255 60.61 43.20 3.40 23.74

4.4 Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakukan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan

hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebutantara lain grafik antara torsi dan

daya, grafik hubungan antara torsi danrpm, dan grafik hubungan antara tip speed

ratio dengan koefisien daya. Penjelasan untuk grafik hubungan diatas, lebih

lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik di halaman selanjutnya.

4.4.1 Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis Pada Variasi Sirip 5 cm

Untuk Tiga Kecepatan Angin

Data dari Tabel 4.7 sampai dengan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada

perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

torsi dan daya mekanis (Pout mekanis). Pada gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya

kincir mekanis puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi sirip 5cm

kecepatan angin 8,2 m/s adalah sekitar 44 watt, pada kecepatan angin 7,5 m/s daya

mekais maksimal yang dihasilkan yaitu sekitar 41,8 watt dan pada kecepatan angin


69

6,5 m/s daya mekanis yang dihasilkan yaitu sekitar 34,1 watt. Dari ketiga

kecepatan angin, dapat disimpulkan bahwa di kecepatan angin 8,2 m/s daya

mekanis maksimal tertinggi didapat dan nilai daya tertinggi terjadi pada torsi

0,61 N.m.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan daya mekanis pada variasi sirip5 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir angin komposit dua suduᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12,5 cm dari pusat poros.

4.4.2 Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris Pada Variasi Sirip 5 cm




torsi dan daya elektris (Pout elektris). Pada gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya

elektris puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi sirip 5 cm pada

kecepatan angin 8,2 m/s adalah sekitar 38,6 watt dan terjadi pada 0,56 N.m. Untuk

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Daya

Mek

anis

(Wat

t)

Torsi (N.m)

kec angin. 6,5 m/s kec angin. 7,5 m/s kec angin. 8,2 m/s


70

kecepatan angin 7,5 m/s daya listrik maksimal yang dihasilkan yaitu sekitar

37,1 watt. Dan untuk kecepatan angin 6,5 m/s daya listrik maksimal yang

dihasikan yaitu sekitar 20,5 watt.

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan daya elektris pada variasi Sirip5 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir angin komposit dua suduᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusat poros.

4.4.3 Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis Pada Variasi Sirip 7 cm




Torsi dan daya mekanis (Pout mekanis). Pada gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai

daya kincir mekanis puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi sirip 5cm

kecepatan angin 8,2 m/s adalah sekitar 66,4 watt, pada kecepatan angin 7,8 m/s

daya mekanis maksimal yang dihasilkan yaitu sekitar 60,5 watt dan pada kecepatan

0

10

20

30

40

50

60

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Daya

Ele

ktris

(wat

t)

Torsi ( N.m)

kec. Angin 6,5 m/s Kec.Angin 7,5 m/s Kec.Angin 8,2 m/s


71

angin 6,4 m/s daya mekanis yang dihasilkan yaitu sekitar 37,3 watt. Dari ketiga

kecepatan angin, dapat disimpulkan bahwa di kecepatan angin 8,2 m/s daya

mekanis maksimal tertinggi didapat dan nilai daya tertinggi terjadi pada 0,93 N.m.

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Torsi dan Daya Mekanis pada variasisirip 7 cm untuk tiga kecepatan angin, kincir angin kompositdua sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm dengan jarak 12.5 cm dari pusatporos.

4.4.4 Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris Pada Variasi Sirip 7 cm



perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

torsi dan daya Elektris. Pada gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai tertinggi daya

elektris yang dihasilkan kincir angin bahan komposit bersudu dua ada pada

kecepatan angin 8,2 m/s yaitu sekitar 46,6 watt. Untuk kecepatan angin 7,5 m/s

0

10

20

30

40

50

60

70

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Daya

Mek

anis

(wat

t)

Torsi (N.m)

kec.angin 6,4 m/s Kec.Angin 7,8 m/s kec. Angin 8,2 m/s


72

daya listrik maksimal yang dihasilkan yaitu sekitar 43,1watt. Dan untuk kecepatan

angin 6,5 m/s daya listrik maksimal yang dihasikan yaitu sekitar 17 watt.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Variasi Sirip 7 cm UntukTiga Kecepatan Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax

13 cm Dengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.

4.4.5 Hubungan Antara Torsi dan Putaran Poros Pada Variasi Sirip 5 cm




torsi dan putaran poros (rpm). Pada Gambar 4.5 menunjukan hubungan torsi dan

rpm pada setiap variasi kecepatan angin. Pada kecepatan angin 6,5 m/s torsi

tertinggi yaitu sebesar 0,90 N.m, untuk variasi kecepatan angin 7,5 m/s nilai torsi

tertinggi sebesar 0,87 N.m dan untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s nilai torsi

tertinggi yang didapatkan yaitu sebesar 0,79 N.m.

05

101520253035404550

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Daya

Ele

ktris

(Wat

t)

Torsi (N.m)

Kec.Angin 6,4 m/s Kec.Angin 7,8 m/s Kec.Angin 8,2 m/s


73

Gambar 4.5 Grafik Hubungan RPM dan Torsi Variasi Sirip 5 cm Untuk TigaKecepatan Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cmDengan Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.

4.4.6 Hubungan Antara Torsi dan Putaran Poros Pada Variasi Sirip 7 cm




putaran poros (rpm) dan Torsi. Pada Gambar 4.5 menunjukan hubungan torsi dan

rpm pada setiap variasi kecepatan angin. Pada kecepatan angin 6,4 m/s torsi

tertinggi yaitu sebesar 0,74 N.m, untuk variasi kecepatan angin 7,5 m/s nilai torsi

tertinggi sebesar 1,06 N.m dan untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s nilai torsi

tertinggi yang didapatkan yaitu sebesar 1,09 N.m.

0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Puta

ran

poro

s (rp

m)

Torsi (N.m)



74

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Torsi dan rpm Variasi Sirip 7 cm Untuk Tiga Kecepatan

Angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan

Jarak 12.5 cm Dari Pusat Poros.

4.4.7 Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Sirip 5 cm


Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan koefisien

daya untuk kincir angin dengan variasi sirip 5 cm pada tiga kecepatan angin. Dari

ketiga kecepatan angin yang diberikan pada variasi sirip 5 cm, Koefisien daya

mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) pada kecepatan angin 8,2 m/s

sekitar 17,2 % . Pada kecepatan angin 7,5 m/s koefisien daya yang dihasilkan yaitu

sekitar 22,2 % dan pada kecepatan angin 6,5 m/s koefisien daya yang dihasilkan

yaitu sekitar 26,9 %. Maka dari ketiga kecepatan angin dapat ditarik kesimpulan

bahwa pada kecepatan angin 6,5 m/s memiliki nilai koefisien daya yang paling

tinggi dan terjadi pada tsr sebesar 4, 5.

0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Puta

ran

poro

s (rp

m)

Torsi (N.m)



75

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada variasi Sirip 5 cmUntuk Tiga kecepatan angin, Kincir Angin Komposit Dua Suduᴓ 1m, Lmax 13 cm Dengan Jarak 12.5 cm dari pusat poros.

4.4.8 Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Sirip 7 cm


Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan koefisien

daya untuk kincir angin dengan variasi sirip 5 cm pada tiga kecepatan angin. Dari

ketiga kecepatan angin yang diberikan pada variasi sirip 5 cm, Koefisien daya

mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) pada kecepatan angin 8,2 m/s

sekitar 26 % . Pada kecepatan angin 7,8 m/s koefisien daya yang dihasilkan yaitu

sekitar 28,2 % dan pada kecepatan angin 6,5 m/s koefisien daya yang dihasilkan

yaitu sekitar 31,2 %. Maka dari ketiga kecepatan angin dapat ditarik kesimpulan

0

5

10

15

20

25

30

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

Cp

%

tsr


Cp = 26,9 %

Cp = 22,2 %

Cp = 17,2 %


76

bahwa pada kecepatan angin 6,4 m/s memiliki nilai koefisien daya yang paling

tinggi dan terjadi pada tsr sebesar 4, 78.

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada variasi Sirip 7 cm Untuk Tigakecepatan angin, Kincir Angin Komposit Dua Sudu ᴓ 1m, Lmax 13 cmDengan Jarak 12.5 cm dari pusat poros.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7

Cp

%

tsr


Cp = 31,2 %

Cp = 28,2 %Cp = 26 %


77

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan pengujian sudu, pengambilan data dan analisis data

dapat disimpulkan bahwa sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horizontal bersudu dua dari bahan

komposit dengan cetakan yang terbuat dari pipa pvc 8 inchi.

2. Koefisien daya (Cp) tertinggi yang didapat yaitu sekitar 31,2 % pada variasi

sirip 7cm dengan kecepatan angin 6,4 m/s. Sedangkan pada variasi sirip 5cm

koefisien daya (Cp) tertinggi yang didapat sebesar 26,9% pada kecepatan

angin 6,5 m/s.

3. Pada kincir angin dengan variasi sirip 5cm dengan kecepatan angin 6,5 m/s,

7,5 m/s dan 8,2 m/s, torsi tertinggi yang dihasilkan yaitu sebesar 0,90 N.m

pada kecepatan angin 6,5 m/s. Daya mekanis terbersar yang dihasilkan yaitu

pada kecepatan angin 8,2 m/s dengan daya sebesar 44 watt, dengan daya

listrik maksimal sebesar 38,6 watt pada kecepatan angin 8,2 m/s. Pada kincir

angin dengan variasi sirip 7 cm dengan kecepatan angin 6,4 m/s, 7,8 m/s dan

8,2 m/s, torsi tertinggi yang dihasilkan yaitu sebesar 1,09 N.m pada

kecepatan angin 8,2 m/s. Daya mekanis terbersar yang dihasilkan yaitu pada

kecepatan angin 8,2 m/s dengan daya sebesar 63,9 watt, dengan daya listrik

maksimal sebesar 46,6 watt pada kecepatan angin 8,2 m/s.


78

5.2 Saran

1. Penelitian kincir angin yang menggunakan kecepatan angin sebagai variasi

pengujian, sebaiknya dilakukan ditempat yang luas.

2. Perlu dilakukan uji coba dengan variasi kecepatan angin yang lebih rendah

(3 m/s - 6 m/s), mengingat karakteristik angin di Indonesia cenderung rendah.

3. pengambilan data pengujian seperti; rpm, kecepatan angin, beban, arus dan

tegangan sebaiknya dilakukan secara bersamaan.

4. sebelum melakukan pengujian sebaiknya alat ukur telah diakurasi ulang agar

data yang didapat lebih presisi.


79

DAFTAR PUSTAKA

Daryanto,Y., 2007, “ Kajian potensi angin untuk pembangkit Listrik Tenaga

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

Pengolahan Energi Nasional.

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

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

Hendriawan Fahmi, 2011, Pengaruh Orientasi Serat Pada Komposit Resin

Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik, Jurnal Teknik

Mesin, Institut Teknologi Padang, Padang. Diakses : Tanggal 23

Agustus 2016.

Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy Sistem”, Manhattan. Diakses : Tanggal 23

Agustus 2016.

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

Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

Sari, Eka. 2012, “ Belanda Sang Negeri Kincir Angin”,

http://www.1powerbloger.com, diakses : Tanggal 22 agustus 2016.

Tata Surdia, “ Pengetahuan Bahan Teknik”, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya Paramita.

2005.

hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php.

http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-

gambar-dan-penjelasannya.html.


UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL DUA SUDU ... · i unjuk kerja kincir angin sumbu...

Documents

Transcript of UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL DUA SUDU ... · i unjuk kerja kincir angin sumbu...