UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin...

65
i UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN TIGA VARIASI PITCH ANGLE SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Oleh : YULIUS ANGGERIYANTOPO NIM : 115214028 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transcript of UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin...

Page 1: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN

MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN

TIGA VARIASI PITCH ANGLE

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

YULIUS ANGGERIYANTOPO

NIM : 115214028

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 2: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

ii

THE PERFORMANCE OF NINE BLADES

AMERICAN MULTI-BLADE WINDMILL MODEL

WITH THREE PITCH ANGLE VARIATONS

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

YULIUS ANGGERIYANTOPO

Student Number : 115214028

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 3: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

T}NJUK KERJA MODEL KINCIR A}IGIN A]UTERICAN

T{ALTI.B LADE SEMBILAI\I SUDU DENGAI\I

TIGA VARIASI PITCH ANGLE

Disusun Oleh:

111

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 4: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

UNJUK KERJA MODEL KTNCIR ANGIN AMERICAN

MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN

TIGA VARIASI PITCH ANGLE

Yang dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA : YULIUS ANGGERIYANTOPON.I.M z 115214028

Telah dipertahankan di depan Dewan Pengujipada tangg al 24 Juli 201 5

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

Ketua : Doddy Purwadianto, S.T., M.T.

Sekretaris : A. Prasetyadi, S.Si., M.Si.

Anggota : Ir. Rines, M.T.

Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 30 Sulf ZoltrFakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata Dharma

Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.

lv

Dekan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 5: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas

Akhir dengan judul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN

MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN

TIGA VARIASI PITCH ANGLE

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk

menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya

ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di

Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali

bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat di : Yogyakarta

Padatanggal : 24 Juli 2015

Yulius Anggeriyantopo

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 6: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUANPUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

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

Nama : YULIUS ANGGERIYANTOPO

Nomor Mahasiswa : 115214028

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang beriudul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN*u"',ulifu'^!i,Hi;#H'1##NGAN

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikanya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama

tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 24 luli 2015

Yang menyatakan

VI

( Yulius Anggeriyantopo)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 7: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

vii

INTISARI

Kebutuhan energi yang semakin meningkat saat ini membuat energi

terbarukan mulai banyak dikembangkan. Angin merupakan salah satu sumber

energi terbarukan ramah lingkungan yang berlimpah, diperoleh gratis dari alam

dan dapat dikembangkan di Indonesia. Kincir angin adalah suatu alat yang dapat

mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanis ataupun energi listrik.

Desain kincir angin yang baik harus terus diteliti dan dikembangkan untuk

meningkatkan efisiensi pemanfaatan konversi energi angin, untuk itu penelitian

ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan

sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi pitch angle model kincir.

Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dari bahan aluminium

dengan tiga variasi pitch angle 100, 200, dan 300. Penelitian dilakukan dengan

menggunakan terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi

Universitas Sanata Dharma. Data yang diambil pada penelitian ini adalah

kecepatan angin yang dapat diketahui dengan menggunakan anemometer, putaran

poros kincir diukur dengan takometer, dan gaya pengimbang torsi yang diukur

menggunakan neraca pegas. Data yang diperoleh dari penelitian kemudian diolah

untuk mencari hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio

optimal pada setiap variasi pitch angle, kemudian membandingkan dan mencari

unjuk kerja terbaik dari model kincir angin dari ketiga variasi pitch angle tersebut.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa model kincir dengan variasi pitch

angle 100 memiliki koefisien daya maksimal 4,2% pada tip speed ratio 0,86.

Model kincir angin dengan pitch angle 200 memiliki koefisien daya maksimal

11,5% pada tip speed ratio 1,09. Unjuk kerja terbaik diperoleh dari model kincir

dengan pitch angle 300 yang memiliki koefisien daya maksimal sebesar 14,5%

pada tip speed ratio 1,03.

Kata kunci: American multi-blade, koefisien daya, tip sped ratio.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 8: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala

kasih dan karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan

penyusunan laporan Tugas Akhir yang berjudul “UNJUK KERJA KINCIR

ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN TIGA

VARIASI PITCH ANGLE”.

Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan penelitian yang telah kami

lakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Pembuatan laporan Tugas akhir merupakan salah satu syarat wajib yang

harus ditempuh untuk menyelesaikan jenjang pendidikan S-1 pada Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta. Penulis berharap laporan Tugas Akhir ini juga dapat bermanfaat bagi

masyarakat dan sebagai referensi pengembangan teknologi konversi energi angin,

khususnya di Indonesia.

Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan

bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh sebab itu penulis ingin

mengungkapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

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

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. P.K. Purwadi selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah

membimbing, dan memberikan waktunya untuk mendampingi penulis

dalam menyelesaikan pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan

Tugas Akhir ini.

4. Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

5. Ambrosius Santoso dan Theresia Sutrinem sebagai orangtua saya yang

telah memberikan semangat, motivasi, doa, dan dukungan material kepada

saya hingga saat ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 9: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

6. Wahyu Bayu Aji dan Dimas Christian Nugroho sebagai teman satu

kelompok dalam pembuatan Tugas Akhir ini yang telah bekerja sama dan

membantu saya untuk menyelesaikan pembuatan Tugas Akhir dari awal

sampai selesai.

Rekan - rekan mahasiswa teknik mesin yang telah banyak memberikan

nasihat, saran, dan pelajaran yang sangat berharga bagi saya hingga saat

ini.

Segenap dosen dan karyawan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi yang telah membantu untuk menyelesaikan laporan Tugas

Akhir ini.

Penulisan Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh sebab itu

penulis berharap segala kritik dan saran yang membangun derni perbaikan dan

penyempurnaan dikemudian hari.

Akhir kata semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan banyak manfaat

bagi kita semua.

Penulis

7.

1X

Yogyakarta, 5

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 10: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

x

DAFTAR ISI

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

TITLE PAGE ................................................................................................... ii

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

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

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

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

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

KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii

DAFTAR ISI .................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

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

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

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

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

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

1.5 Batasan Masalah........................................................................................ 3

BAB II DASAR TEORI .................................................................................. 5

2.1 Konsep Dasar Angin ................................................................................. 5

2.2 Kincir Angin ............................................................................................. 6

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal............................................................... 6

2.2.2 Kekurangan dan Kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal .................. 8

2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal .................................................................. 9

2.2.4 Kekurangan dan Kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal...................... 11

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr .................................................. 12

2.4 Rumus Perhitungan .................................................................................... 13

2.4.1 Energi Angin ........................................................................................... 13

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya .................................................................... 14

2.3.4 Torsi ........................................................................................................ 14

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 11: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

xi

2.4.4 Daya Kincir ............................................................................................. 15

2.4.5 Tip Speed Ratio ....................................................................................... 16

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

BAB III METODOLOGI PENELITIAN......................................................... 17

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

3.2 Bahan Pembuatan Model Kincir Angin .................................................... 19

3.3 Alat – alat Pembuatan Model Kincir Angin .............................................. 19

3.4 Alat – alat Pengujian dan Alat Bantu Pengukuran .................................... 20

3.5 Prosedur Pembuatan Model Kincir Angin ................................................ 25

3.6 Variabel Penelitian .................................................................................... 26

3.7 Variabel yang diukur ................................................................................. 27

3.8 Parameter yang dihitung ........................................................................... 27

3.9 Langkah Percobaan ................................................................................... 28

3.10 Langkah Pegolahan Data......................................................................... 29

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ......................................... 31

4.1 Data Percobaan.......................................................................................... 32

4.2 Perhitungan ............................................................................................... 34

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ........................................................................ 34

4.2.2 Daya Kincir ............................................................................................ 34

4.2.3 Tip Speed Ratio ...................................................................................... 35

4.2.4 Koefisien Daya ....................................................................................... 35

4.3 Data Hasil Perhitungan ............................................................................. 36

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

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Pitch Angle ......................................... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 49

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

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

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 12: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Upwind dan downwind ................................................................ 7

Gambar 2.2 Kincir angin poros horisontal jenis propeler ............................... 7

Gambar 2.3 Kincir angin poros horisontal jenis American multi-blade ......... 8

Gambar 2.4 Kincir angin poros vertikal jenis Savonius ................................. 10

Gambar 2.5 Kincir angin poros vertikal jenis Darrieus .................................. 10

Gambar 2.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed

ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin .................................. 12

Gambar 3.1 Diagram alir................................................................................. 18

Gambar 3.2 Mesin penekuk plat ..................................................................... 20

Gambar 3.3 Terowongan angin yang dilengkapi blower ................................ 21

Gambar 3.4 Anemometer ................................................................................ 21

Gambar 3.5 Takometer.................................................................................... 22

Gambar 3.6 Mekanisme pengereman .............................................................. 23

Gambar 3.7 Neraca pegas ............................................................................... 24

Gambar 3.8 Kincir angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan

poros utama kincir didalam wind tunnel ..................................... 24

Gambar 3.9 Sudu model kincir angin jenis American multi-blade yang

digunakan dalam penelitian ........................................................ 25

Gambar 3.10 Hub ............................................................................................. 26

Gambar 3.11 Model kincir angin American multi-blade sembilan sudu yang

digunakan dalam penelitian ........................................................ 27

Gambar 3.12 Skema alat pengujian ................................................................. 29

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan Torsi untuk pitch

angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s ......................... 38

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 100

pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s ......................................... 39

Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan Tip speed ratio

(tsr) untuk pitch angle 10˚ .......................................................... 39

Gambar 4.4 Grafik hubungan Putaran kincir dengan torsi untuk pitch

angle 200 pada kecepatan angin rerata 8,47 m/s ......................... 41

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 200

pada kecepatan angin rerata 8,47 m/s ......................................... 42

Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio

(tsr) untuk pitch angle 20˚ .......................................................... 42

Gambar 4.7 Grafik hubungan Putaran kincir dengan torsi untuk pitch

angle 300 pada kecepatan angin rerata 8,77 m/s ......................... 44

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 300

pada kecepatan angin rerata 8,77 m/s ......................................... 45

Gambar 4.9 Grafik hubungan Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed ratio

(tsr) untuk pitch angle 300 .......................................................... 45

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 13: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

xiii

Gambar 4.10Grafik hubungan koefisien daya dan tip speed ratio untuk tiga

variasi pitch angle 100, 200, dan 300 ......................................... 48

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 14: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data percobaan dengan pitch angle 100 ........................................... 31

Tabel 4.2 Data Percobaan dengan pitch angle 200 ........................................... 32

Tabel 4.3 Data Percobaan dengan pitch angle 300 ........................................... 33

Tabel 4.4 Data perhitungan pitch angle 100 ..................................................... 36

Tabel 4.5 Data perhitungan pitch angle 200 ..................................................... 36

Tabel 4.6 Data perhitungan pitch angle 300 ..................................................... 37

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 15: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi yang semakin meningkat saat ini membuat energi

terbarukan mulai banyak dikembangkan. Angin merupakan salah satu sumber

energi terbarukan ramah lingkungan yang berlimpah dan dapat diperoleh gratis

dari alam. Kondisi geografis Indonesia yang spesifik memungkinkan terjadinya

pola angin yang bermacam–macam, diantaranya mempunyai prospek dalam

pengembangan energi angin. Beberapa lokasi di Indonesia memiliki kecepatan

angin rata – rata tahunan > 4,0 m/s, bahkan didaerah Atambua, NTT memiliki

kecepatan angin rata – rata mencapai 7,3 m/s. Dari data tersebut dapat dikatakan

bahwa pengembangan pemanfaatan energi angin di Indonesia sangat menjanjikan.

Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dengan menggunakan kincir angin,

pada prinsipnya energi angin akan memutar kincir angin, kemudian putaran kincir

angin tersebut dapat dimanfaatkan sebagai penggerak mekanis ataupun menjadi

energi listrik.

Sudut pada sudu – sudu turbin (pitch angle) dapat mempengaruhi unjuk kerja

sebuah kincir angin, jika pitch angle ditetapkan pada harga yang paling baik,

kincir angin akan mampu mengkonversi energi angin secara maksimal, maka dari

itu penulis ingin meneliti unjuk kerja terbaik dari kincir angin jenis American

multi-blade dengan tiga variasi pitch angle. Penulis berharap penelitian ini dapat

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 16: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

2

berguna sebagai referensi untuk mengembangkan pengetahuan tentang

pemanfaatan energi angin, dan meningkatkan efisiensi konversi energi angin.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :

a. Merancang dan membuat kincir angin poros horisontal jenis American

multi-blade sembilan sudu yang terbuat dari bahan aluminium dengan

diameter 80 cm dan variasi pitch angle 10o, 20o, 30o.

b. Mengetahui unjuk kerja masing – masing model kincir angin American

multi-blade sembilan sudu dengan diameter 80 cm dari tiga variasi pitch

angle.

c. Mendapatkan unjuk kerja terbaik dari model kincir angin American multi-

blade sembilan sudu dengan tiga variasi pitch angle 100, 200, dan 300.

1.3 Rumusan Masalah

Setiap jenis kincir angin memiliki karakteristik yang berbeda – beda, salah

satunya adalah kincir angin jenis American multi-blade yang memiliki koefisien

daya maksimal sebesar 15%. Karakteristik setiap jenis kincir angin dapat

dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya adalah desain dari kincir angin itu

sendiri, maka dari itu desain kincir angin yang baik harus terus dikembangkan

untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi angin sebagai salah satu energi

alternatif yang ramah lingkungan.

Kincir angin jenis American multi-blade memiliki karakteristik tersendiri,

dengan desain yang terus dikembangkan, nilai Koefisien daya (Cp) dan tip speed

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 17: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

3

ratio (tsr) akan berbeda – beda setiap desainnya. Dalam penelitian ini akan

diketahui unjuk kerja kincir angin jenis American multi-blade yang mencakup

besar koefisien daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio (tsr) optimal.

Unjuk kerja dari sebuah kincir angin dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah

satunya adalah pitch angle. Pengaruh pitch angle terhadap unjuk kerja kincir

angin jenis American multi-blade dapat diketahui dari penelitian ini.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari penelitian kincir angin adalah sebagai berikut :

a. Referensi bagi pengembang teknologi untuk mengembangkan teknologi

alternatif, khususnya energi angin.

b. Sebagai referensi untuk memanfaatkan energi angin dengan bahan yang

murah dan sederhana.

c. Memicu pengembangan pemanfaatan energi angin sebagai pengganti bahan

bakar fosil untuk menjaga dan melestarikan bumi.

1.5 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Model kincir angin American multi-blade dengan sembilan sudu dan

dengan diameter 80 cm.

b. Variasi yang dilakukan adalah dengan menggunakan variasi pitch angle

sudu kincir dengan sudut 10o , 20o, dan 30o.

c. Kincir angin dibuat dari bahan baku plat aluminium dengan tebal 1 mm.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 18: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

4

d. Penelitian dilakukan pada terowongan angin di Laboratorium Konversi

Energi Universitas Sanata Dharma.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 19: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Angin

Angin adalah udara yang bergerak horisontal melintasi permukaan bumi,

pada dasarnya angin terjadi karena adanya perbedaaan tekanan udara diantara dua

kawasan, angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat

bertekanan rendah. Perbedaan tekanan tersebut terjadi karena adanya perbedaan

pemanasan oleh sinar matahari pada permukaan bumi, maka kecepatan angin di

setiap daerah dapat berbeda – beda.

Angin tidak mengalir secara smooth diatas permukaan bumi, selama bergerak

angin mengalami beberapa hambatan yang disebut gesekan. Gesekan ini

memunculkan fenomena yang disebut ground drag. Gesekan adalah gaya yang

menahan gerakan salah satu material terhadap material lainnya. Ground drag yang

disebabkan oleh gesekan ini bervariasi, bergantung pada kekasaran permukaan.

Semakin kasar atau semakin tak beraturan suatu permukaan, maka semakin besar

gesekan yang terjadi. Gesekan terjadi hingga mencapai ketinggian sekitar 500 m,

namun efek – efek paling besar terjadi disekitar daerah yang paling dekat dengan

permukaan bumi. Gesekan memiliki efek yang besar terhadap kecepatan angin

pada ketinggian – ketinggian yang berbeda. Angin bergerak lebih lambat di

permukaan tanah yang disebabkan oleh gesekan. Gesekan akan semakin kecil

pada ketinggian yang semakin tinggi, sehingga kecepatan angin pun meningkat.

Angin memiliki arah dan kecepatan yang berbeda – beda. Untuk mengukur

kecepatan angin kita dapat menggunakan anemometer, sedangkan untuk

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 20: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

6

mengetahui arah angin kita dapat menggunakan windsocks.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin (windmill) adalah mesin yang digunakan untuk mengkonversikan

energi angin kedalam bentuk energi yang lain, yang kebanyakan dalam bentuk

energi mekanis. Pada awalnya kincir angin dirancang untuk menggiling biji –

bijian dan memompa air, namun lambat laun kincir angin didesain untuk

membangkitkan listrik. Kincir angin pembangkit listrik umumnya disebut sebagai

turbin angin (wind turbine) atau generator angin (wind generator). Mesin angin

untuk memompa air pada umumnya disebut sebagai kincir angin (windmill).

Berdasarkan kedudukan poros yang digunakan, turbin angin dibedakan dalam

dua jenis, yaitu : HAWT (horizontal axis wind turbine) yakni turbin angin

bersumbu horisontal dan VAWT (vertical axis wind turbine) yakni turbin angin

bersumbu vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

HAWT (horizontal axis wind turbine) yakni turbin angin bersumbu

horisontal. Turbin angin HAWT memiliki poros utama sejajar dengan

permukaan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Turbin

angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja

pada suatu kincir.

Kincir angin sumbu horisontal dibedakan dalam dua varietas dasar, yakni

upwind dan downwind (Gambar 2.1)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 21: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

7

Gambar 2.1. Upwind dan downwind

(sumber: www.cleanenergybrands.com)

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukan pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.

Gambar 2.2 Kincir angin poros horisontal jenis propeler.

(Sumber http://www.renergyteda.com/windmill.jpg)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 22: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

8

Gambar 2.3 Kincir angin poros horisontal jenis American multi-blade

(Sumber :

https://img.okezone.com/content/2013/12/02/373/906056/NdGjDBZm2n.jpg)

2.2.2 Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal memilki beberapa kelebihan jika dibanding

dengan kincir angin poros vertikal, beberapa kelebihan yang dimiliki oleh kincir

angin poros horisontal adalah sebagai berikut :

1. Sudu – sudu kincir angin sumbu horisontal berada disamping pusat

garvitasi turbin, sehingga membantu stabilitas turbin.

2. Kincir angin sumbu horisontal dapat dibuat dengan kemampuan wing

warp, sehingga sudut serang sudu – sudu turbin dapat diatur atau

ditetapkan pada harga yang paling baik.

3. Menara yang tinggi memungkinkan turbin mendapatkan angin yang

kuat dan smooth.

4. Menara yang tinggi memungkinkan penempatan kincir pada landasan

yang tidak datar atau di lokasi garis pantai.

5. Kincir angin sumbu horisontal dapat didirikan di kawasan hutan diatas

treeline.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 23: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

9

Kincir angin poros horisontal adalah kincir angin yang paling umum

digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga angin, akan tetapi kincir angin poros

horisontal masih memiliki beberapa kekurangan jika dibanding dengan kincir

angin poros vertikal. Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal

adalah :

1. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan juga

memerlukan biaya besar untuk pemasangannya, bisa mencapai 20%

dari seluruh biaya peralatan turbin angin.

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah

angin (sirip penggerak atau sensor elektrik).

3. Varian – varian downwind menderita kelelahan dan kegagalan

struktural yang disebabkan oleh turbulensi.

2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal

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

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

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

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

ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal,

terutama pada kincir angin poros vertikal jenis Savonius yang sering

dimanfaatkan sebagai pengangkat air.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.3.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 25: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

11

2.2.4 Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal

Pada umumnya kincir angin poros vertikal menghasilkan torsi yang lebih

besar dibanding dengan kincir angin poros horisontal, oleh karena itu kincir angin

poros vertikal lebih cocok dimanfaatkan sebagai penggerak mekanis. Kelebihan

lain yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :

1. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar, dan perawatannya lebih

mudah karena sebagian besar komponen – komponennya terletak dekat

dengan permukaan tanah.

2. Tidak memerlukan yaw device atau alat pemutar turbin terhadap sumbu

vertikal sehingga orientasi turbin selalu sesuai dengan arah angin.

3. Memiliki pitch-angle airfoil yang lebih besar, yang berarti memperbaiki

aerodinamika turbin.

4. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

5. Kincir angin sumbu vertikal yang kecil dapat dengan mudah diangkut dan

dipasang.

6. Bisanya memiliki tip-speed-ratio yang lebih rendah sehingga kecil

kemungkinannya untuk rusak dalam kondisi angin kencang.

Dari beberapa kelebihan yang dimiliki, kincir angin poros vertikal masih

memiliki kekurangan. Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal

diantaranya :

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

drag tambahan.

2. Tinggi dan swept area kincir angin sumbu vertikal lebih terbatas

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 26: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

12

dibanding dengan kincir angin sumbu horisontal.

3. Kebanyakan kincir angin sumbu vertikal memerlukan permukaan tanah

ynag relatif datar sehingga tidak cocok didirikan ditempat - tempat yang

terlalu curam.

4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Dari gambar 2.5 dapat dilihat bahwa koefisien daya maksimal yang dapat

dihasilkan oleh kincir angin ideal adalah sebesar 59%, sedangkan kincir angin

American multi-blade memiliki koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 15%.

Gambar 2.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio

(tsr) dari beberapa jenis kincir angin.

(Sumber: www.intechopen.com)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 27: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

13

2.4 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus – rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis unjuk kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1 Energi Angin

Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, maka

dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ek= 0,5m v2 (1)

dengan :

Ek = energi kinetik (joule).

m = massa udara (kg).

v = kecepatan angin (m/s).

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga perhitungan daya angin

dapat dituliskan sebagai berikut:

Pin = 0,5 ṁ v2 (2)

dengan :

Pin = daya angin (watt).

ṁ = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).

dengan :

ṁ =ρAv (3)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 28: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

14

dengan :

ρ = massa jenis udara (kg/m3).

A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).

dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat

dirumuskan menjadi :

Pin = 0,5(ρAv)v2

yang dapat disederhanakan menjadi:

Pin = 0,5 ρ A v3 (4)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya

Untuk mengetahui unjuk kerja dari setiap model kincir angin dengan tiga

variasi pitch angle, maka perlu dicari besarnya torsi dan daya yang dihasilkan oleh

model kincir angin yang diteliti.

2.4.3 Torsi

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar

dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu pusat.

Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut:

T = Fr (5)

dengan:

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 29: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

15

F = gaya pada poros akibat puntiran (N).

r = jarak lengan torsi ke poros (m).

2.4.4 Daya Kincir

Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak

melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:

Pout = T ω (6)

dengan :

T = torsi dinamis (Nm).

ω = kecepatan sudut didapatkan dari

ω = n rpm

= =

ω =

(7)

Dari persamaan diatas, daya yang dihasilkan oleh kincir dapat dinyatakan dengan

persamaan :

Pout =T rad/s (8)

dengan:

Pout = Daya yang dihasilkan kincir angin (watt).

n = Putaran poros (rpm).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 30: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

16

2.4.5 Tip Speed Ratio

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

kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan di ujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai:

vt = ω r (9)

dengan.:

vt = kecepatan ujung sudu

ω = kecepatan sudut (rad/s).

r = Jari-jari kincir (m).

sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:

tsr = (10)

dengan:

r = jari – jari kincir (m).

n = putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v = kecepatan angin (m/s).

2.4.6 Koefisiensi Daya

Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 31: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

17

Cp = 100% (11)

dengan:

Cp = koefisien daya (%).

Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).

Pin = daya yang dihasilkan oleh angin (watt).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 32: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

18

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir hingga

analisis data, pembahasan, serta pembuatan laporan. Langkah kerja tersebut

disajikan dalam bentuk diagram alir yang ditampilkan pada Gambar 3.1.

ya

Gambar 3.1 Diagram alir

Analisis data dan pembahasan serta pembuatan laporan

Selesai

Hasil olah data

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) kemudian

membandingkan antara koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) pada masing – masing

variasi kincir angin

Mulai

Perancangan model kincir angin American multi-blade 9 sudu

Pembuatan model kincir angin American multi-blade berbahan baku plat aluminium,

dengan variasi pitch angle 10o, 20o, dan 30o

Pengambilan data untuk mencari kecepatan angin, kecepatan putaran poros kincir

angin, dan beban pengereman pada kincir angin

tidak

ya

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 33: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

19

3.2 Bahan Pembuatan Model Kincir Angin

Model kincir angin American multi-blade dibuat dari bahan – bahan yang

murah dan sederhana. Bahan – bahan yang digunakan untuk membuat model

kincir angin adalah sebagai berikut :

1. Plat aluminium dengan ketebalan 1 mm untuk membuat sudu kincir angin

dengan diameter 80 cm.

2. Tutup pipa paralon diameter 6 inchi digunakan untuk membuat hub kincir

angin.

3. Aluminium profil U dengan panjang 35 cm digunakan untuk membuat

tulang sudu.

4. Mur dan baut ukuran m5.

3.3 Alat – Alat Pembuatan Model Kincir Angin

Adapun beberapa peralatan yang digunakan dalam pembuatan model kincir

angin adalah sebagai berikut :

1. Busur, jangka, penggaris, dan spidol untuk menggambar pola pada plat

aluminium.

2. Gerinda potong untuk memotong plat aluminium sesuai dengan pola yang

telah digambar.

3. Gerinda duduk dan kikir untuk menghaluskan potongan sudu kincir.

4. Bor digunakan untuk membuat lubang baut pada model kincir angin.

5. Mesin penekuk plat, digunakan untuk menekuk sudu kincir sesuai dengan

sudut yang diinginkan. Gambar 3.2 menunjukkan mesin penekuk plat yang

digunakan dalam penelitian ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 34: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

20

Gambar 3.2 Mesin penekuk plat

6. Obeng dan kunci pas.

3.4 Alat – Alat Pengujian dan Alat Bantu Pengukuran

Penelitian ini menggunakan alat pengujian dan alat bantu pengukuran yang

telah dikalibrasi secara berkala. Alat pengujian dan alat bantu pengukuran yang

digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Terowongan angin yang dilengkapi blower.

Alat ini digunakan untuk pengkondisian angin. Blower akan menyedot

udara luar dan mengalirkannya melalui terowongan angin, kemudian angin

yang dihasilkan oleh blower akan memutar kincir angin. Gambar dari

terowongan angin yang dilengkapi blower ditunjukkan pada Gambar 3.3.

2. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk pengukuran kecepatan

angin yang dihasilkan blower. Anemometer dipasang di bagian depan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 35: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

21

blower dan ditempatkan sejajar dengan arah angin. Anemometer dapat

dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.3 Terowongan angin yang dilengkapi blower

3. Takometer

Takometer digunakan untuk mengukur kecepatan putar poros kincir angin.

Pengukuran dilakukan dengan mengarahkan takometer tegak lurus dengan

piringan mekanisme pengereman yang dihubungkan dengan poros utama

kincir angin. Gambar 3.5 menunjukan takometer yang digunakan dalam

penelitian ini.

Gambar 3.4 Anemometer

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 36: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

22

Gambar 3.5 Takometer

4. Mekanisme pengereman

Mekanisme pengereman atau alat ukur gaya tangensial terdiri dari piringan

yang terhubung dengan poros utama kincir angin, penjepit karet yang

digunakan untuk pengereman, dan tali yang terhubung ke neraca pegas.

Alat ini berfungsi sebagai pengerem atau penghambat putaran kincir yang

dilakukan untuk pengambilan data putaran kincir (rpm) dan pembebanan

(gram/N). Mekanisme pengereman ditunjukkan pada Gambar 3.6.

5. Neraca pegas

Neraca pegas adalah alat yang digunakan untuk pengukuran pembebanan

yang diberikan pada saat pengereman. Alat ini dapat membaca beban

dalam satuan gram dan Newton serta memiliki range 0 – 1.000 gram

dengan subdivision 10. Neraca pegas dihubungkan dengan mekanisme

pengereman menggunakan tali dan diasumsikan sebagai pengimbang torsi

dinamis. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.7.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 37: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

23

6. Tiang penahan kincir

Tiang penahan kincir terpasang didalam terowongan angin, alat ini

digunakan untuk menopang kincir angin yang berputar didalam blower.

Kincir angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan poros utama

kincir dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.6 Mekanisme pengereman

7. Poros utama kincir

Poros utama kincir berfungsi sebagai penghubung kincir angin dengan

mekanisme pengereman. Alat ini terpasang pada pusat kincir dan akan

berputar mengikuti putaran kincir angin. Gambar 3.8 menunjukkan kincir

angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan poros utama kincir

didalam terowongan angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 38: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

24

Gambar 3.7 Neraca pegas

Gambar 3.8 Kincir angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan

poros utama kincir didalam wind tunnel

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 39: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

25

3.5 Prosedur Pembuatan Model Kincir Angin

Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan model kincir angin

tipe American multi-blade sembilan sudu adalah:

1. Menyiapkan plat alumunium sebagai bahan dasar pembuatan sudu kincir.

2. Menggambar pola pada plat aluminium sesuai dengan ukuran yang sudah

ditentukan. Pola berupa lingkaran berdiameter 80 cm yang dibagi menjadi 8

bagian.

3. Memotong pola dengan gerinda potong. Salah satu pola yang telah

dipotong digunakan sebagai mal untuk membuat satu sudu lagi. Sudu

model kincir angin yang sudah dipotong dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Sudu model kincir angin jenis American multi-blade yang

digunakan dalam penelitian

4. Memotong aluminium profil U sepanjang sudu kincir (35 cm) yang akan

digunakan sebagai tulang sudu.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 40: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

26

5. Mengebor sudu kincir, hub, dan tulang sudu dengan diameter 5 mm sesuai

dengan ukuran baut yang digunakan.

6. Menyatukan tulang kincir dengan sudu kincir dengan membautnya.

7. Memasang sudu – sudu kincir angin pada hub yang sudah dibor. Hub yang

terbuat dari tutup pipa paralon dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Hub

8. Model kincir angin siap diuji. Model kincir angin American multi-blade

sembilan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.11.

3.6 Variabel Penelitian

Variabel penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut:

1. Variasi pembebanan turbin yaitu dari posisi berputar maksimal sampai

turbin dalam posisi diam (terhenti).

2. Variasi pitch angle yaitu 10o, 20o, dan 30o.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 41: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

27

Gambar 3.11 Model kincir angin American multi-blade sembilan sudu

yang digunakan dalam penelitian

3.7 Variabel yang diukur

Untuk mencapai tujuan penelitian, parameter yang harus diukur dalam

penelitian unjuk kerja model kincir angin American multi-blade sembilan sudu

adalah :

1. Kecepatan angin, v (m/s).

2. Gaya Pengimbang, F (N).

3. Putaran turbin, n (rpm).

3.8 Parameter yang dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin yang

diuji dalam penelitian ini adalah :

1. Daya angin (Pin)

2. Daya kincir (Pout)

3. Koefisien daya (Cp)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 42: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

28

4. Tip speed ratio (tsr)

3.9 Langkah Percobaan

Pengambilan data dilakukan pada terowongan angin laboratorium konversi

energi Universitas Sanata Dharma. Skema alat pengujian dapat dilihat pada

Gambar 3.12. Pengambilan data yang meliputi kecepatan angin, beban, dan

kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama – sama dan dilakukan sebanyak

tiga kali pada setiap variasi beban yang diberikan. Pertama - tama mengatur pitch

angle model kincir dan memasang model kincir angin pada terowongan angin,

sedangkan untuk pengambilan data memerlukan langkah - langkah sebagai

berikut :

1. Memastikan validitas alat ukur yang digunakan dalam pengujian dan

memastikan alat pengujian sudah dikalibrasi secara berkala.

2. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.

3. Memasang anemometer pada tempat yang sudah disediakan pada bagian

depan terowongan angin.

4. Mempersiapkan takometer.

5. Menyambungkan model kincir angin dengan poros utama kincir agar

kincir angin terhubung ke sistem pengereman.

6. Mengecek semua peralatan yang akan digunakan.

7. Menghidupkan blower.

8. Mengukur kecepatan putar kincir, kecepatan angin, dan beban

pengereman. Pegambilan data dilakukan tiga kali pada setiap variasi

pengambilan beban.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 43: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

29

9. Mengulangi langkah nomor 8 sampai kincir angin berhenti, setelah itu

melakukan pengujian dengan variasi pitch angle sudu turbin lainnya.

10. Pengolahan data dan pembahasan.

Gambar 3.12 Skema alat pengujian

3.10 Langkah Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui beberapa tahapan

berikut :

1. Untuk mengetahui daya angin (Pin) digunakan data kecepatan angin (v)

dan luasan kincir angin (A) dengan menggunakan Persamaan (2).

2. Torsi (T) dapat diperoleh menggunakan data dari beban pegas (gr) dan dari

panjang lengan torsi sepanjang 0,2 m dengan memakai Persamaan (5).

Takometer

Mekanisme pengereman

Anemometer

Blower Kincir

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 44: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

30

3. Data putaran poros (n) dan hasil perhitungan torsi (T) dapat digunakan

untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan menggunakan

Persamaan (8).

4. Tip Speed Ratio (tsr) dapat dicari dengan membandingkan kecepatan

keliling ujung sudu kincir angin (ω) dan kecepatan angin (v), dengan

menggunakan Persamaan (10).

5. Untuk mengetahui koefisien daya kincir angin (Cp) dapat dicari dari

perbandingan daya kincir angin (Pout) dan daya angin (Pin) dengan

menggunakan Persamaan (11).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 45: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

31

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

Data yang diperoleh dari hasil pengujian kincir angin meliputi : kecepatan

angin (m/s), putaran poros (rpm), dan gaya pengimbang (N). Pengambilan data

dilakukan dengan 3 (tiga) variasi pitch angle 10˚, 20˚, dan 30˚ yang disajikan pada

Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

Tabel 4.1 Data percobaan dengan pitch angle 100

Pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa putaran poros maksimal yang dihasilkan

oleh model kincir angin American multi-blade sembilan sudu dengan pitch angle

10o adalah 348 rpm tanpa dilakukan pembebanan pada kecepatan angin 8.67 m/s,

dan model kincir angin ini masih mampu berputar pada putaran poros sebesar 19

rpm dengan beban yang diberikan sebesar 3,43 N.

No. Kec. Angin, v

(m/s)

Putaran Poros, n

(rpm)

Gaya Pengimbang,

F (N)

1 8,67 348 0

2 8,50 301 0,49

3 8,39 268 0,98

4 8,50 237 1,47

5 8,74 187 1,96

6 8,37 134 2,45

7 8,55 103 2,94

8 8,71 19 3,43

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 46: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

32

Tabel 4.2 Data Percobaan dengan pitch angle 200

No. Kec. Angin, v

(m/s)

Putaran Poros, n

(rpm)

Gaya Pengimbang,

F (N)

1 9,02 452 0

2 8,52 416 0,49

3 8,55 394 0,98

4 8,53 379 1,47

5 8,56 346 1,96

6 8,62 328 2,45

7 8,73 297 2,94

8 8,43 267 3,43

9 8,36 253 3,92

10 8,40 219 4,41

11 8,23 192 4,91

12 8,40 153 5,40

13 8,28 135 5,89

14 8,28 101 6,38

15 8,35 70 6,87

16 8,30 34 7,36

Tabel 4.2 menunjukkan putaran poros maksimal yang mampu dihasilkan oleh

kincir angin American multi-blade sembilan sudu dengan pitch angle 20o adalah

452 rpm pada beban nol dan pada kecepatan angin 9,02 m/s, model kincir angin ini

masih dapat berputar pada putaran poros sebesar 34 rpm saat dilakukan

pembebanan sebesar 7,36 N.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 47: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

33

Tabel 4.3 Data Percobaan dengan pitch angle 300

No. Kec. Angin, v

(m/s)

Putaran Poros, n

(rpm)

Gaya Pengimbang, F

(N)

1 9,27 451 0

2 8,99 444 0,49

3 8,68 419 0,98

4 8,99 412 1,47

5 8,76 376 1,96

6 8,94 361 2,45

7 9,12 346 2,94

8 8,87 324 3,43

9 8,94 312 3,92

10 8,85 280 4,41

11 8,85 266 4,91

12 8,77 249 5,40

13 8,78 231 5,89

14 8,90 219 6,38

15 8,64 200 6,87

16 8,60 184 7,36

17 8,69 168 7,85

18 8,56 159 8,34

19 8,47 132 8,83

20 8,54 102 9,32

21 8,69 87 9,81

22 8,23 74 10,3

23 8,66 56 10,8

Data percobaan yang diperoleh dari kincir angin American multiblade sembilan

sudu dengan pitch angle 30o ditunjukkan pada Tabel 4.3. Nilai putaran poros

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 48: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

34

maksimal yang dapat dicapai tanpa pembebanan adalah sebesar 451 rpm pada

kecepatan angin 9,27 m/s dan masih dapat berputar pada putaran poros sebesar 56

rpm pada beban sebesar 10,8 N.

4.2 Perhitungan

Langkah-langkah perhitungan diambil dari contoh sampel yang dapat dilihat

pada Tabel 4.3 dan pada data ke-14.

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Daya yang dihasilkan angin pada model kincir angin American multi-blade

sembilan sudu dengan luas penampang (A) = 0,50265 𝑚2 dapat dicari dengan

menggunakan Persamaan (4).

Pin = 0,5. ⍴ . A .v3

= 0,5 . 1,18 . 0,50265 (8,90 m/s)3

= 209,30 watt

4.2.2 Daya Kincir

Daya yang dihasilkan oleh model kincir angin dapat dicari dengan

menggunakan Persamaan (6), akan tetapi harus diketahui kecepatan sudut dan torsi

terlebih dahulu. Nilai torsi dan kecepatan sudut dapat dicari menggunakan

Persamaan (5) dan (7).

Kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:

ω = nπ

30 detik 𝑟𝑎𝑑/𝑠

= 219 π

30 detik 𝑟𝑎𝑑/𝑠

= 22,97 rad/s

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 49: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

35

T = Fr

= 6,38 . 0,2

= 1,28 Nm

sehingga daya kincir dapat diketahui dengan :

Pout = Tω

= 1,28 Nm. 22,97 rad/s

= 29,29 watt

4.2.3 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (tsr) diperoleh dari perbandingan antara kecepatan ujung

kincir angin dengan kecepatan angin yang dapat dicari dengan menggunakan

Persamaan (10) :

tsr = πrn

30 𝑣

= π 0,40 m . 219 rpm

30.8,9 𝑚/𝑠 𝑟𝑎𝑑/𝑠

= 1,03

4.2.4 Koefisien Daya

Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan model

kincir angin dengan daya angin yang dapat diketahui dengan menggunakan

Persamaan (11) :

Cp = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 100%

= 29,29

209,3 100%

= 14 %

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 50: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

36

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dengan menggunakan

Microsoft Excell untuk mendapatkan nilai torsi (T), daya output (Pout) dan daya

input (Pin), kecepatan sudut (ω), koefisien daya (Cp), serta nilai tip speed ratio (tsr).

Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.4 untuk pitch angle 100 , pitch angle

200 pada Tabel 4.5, dan Tabel 4.6 untuk pitch angle 300.

Tabel 4.4 Data perhitungan pitch angle 100

No

Putaran

Kincir,

n (rpm)

Gaya,

F (N)

Torsi,

T

(Nm)

Kec.Sudut,

ω (rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

tsr Cp

(%)

1 348 0 0 36,4 193,27 0 1,68 0

2 301 0,49 0,10 31,6 182,13 3,10 1,48 1,7

3 268 0,98 0,20 28,1 175,15 5,51 1,34 3,1

4 237 1,47 0,29 24,9 181,91 7,31 1,17 4,0

5 187 1,96 0,39 19,5 197,77 7,67 0,89 3,9

6 134 2,45 0,49 14,0 173,90 6,87 0,67 3,9

7 103 2,94 0,59 10,8 185,58 6,33 0,50 3,4

8 19 3,43 0,69 2,0 195,96 1,37 0,09 0,7

Tabel 4.5 Data perhitungan pitch angle 200

No

Putaran

Kincir,

n (rpm)

Gaya,

F (N)

Torsi,

T

(Nm)

Kec.Sudut,

ω (rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

tsr Cp

(%)

1 452 0 0 47,37 217,64 0 2,10 0

2 416 0,49 0,10 43,56 183,20 4,27 2,05 2,3

3 394 0,98 0,20 41,29 185,58 8,10 1,93 4,4

4 379 1,47 0,29 39,72 184,28 11,69 1,86 6,3

5 346 1,96 0,39 36,23 185,79 14,22 1,69 7,7

6 328 2,45 0,49 34,38 189,95 16,86 1,60 8,9

7 297 2,94 0,59 31,07 197,09 18,29 1,42 9,3

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 51: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

37

Tabel 4.5 Data perhitungan pitch angle 200 (lanjutan)

No

Putaran

Kincir,

n (rpm)

Gaya,

F (N)

Torsi,

T

(Nm)

Kec.Sudut,

ω (rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

tsr Cp

(%)

8 267 3,43 0,69 27,93 177,66 19,18 1,33 10,8

9 253 3,92 0,78 26,49 173,28 20,79 1,27 12

10 219 4,41 0,88 22,93 175,98 20,25 1,09 11,5

11 192 4,91 0,98 20,14 165,52 19,76 0,98 11,9

12 153 5,40 1,08 15,99 175,77 17,25 0,76 9,8

13 135 5,89 1,18 14,17 168.55 16,68 0,68 9,9

14 101 6,38 1,28 10,54 168.15 13,44 0,51 8

15 70 6,87 1,37 7,37 172.86 10,12 0,35 5,9

16 34 7,36 1,47 3,53 169,57 5,19 0,17 3,1

Tabel 4.6 Data perhitungan pitch angle 30o

No

Putaran

Kincir,

n (rpm)

Gaya,

F (N)

Torsi,

T

(Nm)

Kec.Sud-

ut, ω

(rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

tsr Cp

(%)

1 451 0 0 47,23 235,99 0 2,04 0

2 444 0,49 0,10 46,46 215,47 4,56 2,07 2,12

3 419 0,98 0,20 43,88 193,94 8,61 2,02 4,44

4 412 1,47 0,29 43,11 215,47 12,69 1,92 5,89

5 376 1,96 0,39 39,41 199,58 15,46 1,80 7,75

6 361 2,45 0,49 37,80 212,14 18,54 1,69 8,74

7 346 2,94 0,59 36,20 224,96 21,31 1,59 9,47

8 324 3,43 0,69 33,96 206,96 23,32 1,53 11,27

9 312 3,92 0,78 32,71 211,90 25,67 1,46 12,11

10 280 4,41 0,88 29,32 205,33 25,89 1,33 12,61

11 266 4,91 0,98 27,82 205,80 27,29 1,26 13,26

12 249 5,40 1,08 26,08 199,81 28,14 1,19 14,08

13 231 5,89 1,18 24,19 200,50 28,48 1,10 14,20

14 219 6,38 1,28 22,97 209,30 29,29 1,03 13,99

15 200 6,87 1,37 20,91 191,50 28,72 0,97 15,00

16 184 7,36 1,47 19,30 188,85 28,40 0,90 15,04

17 168 7,85 1,57 17,56 194,39 27,56 0,81 14,18

18 159 8,34 1,67 16,62 185,79 27,71 0,78 14,91

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 52: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

38

Tabel 4.6 Data perhitungan pitch angle 300 (lanjutan)

No

Putaran

Kincir,

n (rpm)

Gaya,

F (N)

Torsi,

T

(Nm)

Kec.Sud-

ut, ω

(rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

tsr Cp

(%)

19 132 8,83 1,77 13,82 179,99 24,41 0,65 13,56

20 102 9,32 1,86 10,68 184,93 19,91 0,50 10,77

21 87 9,81 1,96 9,15 194,62 17,94 0,42 9,22

22 74 10,30 2,06 7,75 165,52 15,96 0,38 9,65

23 56 10,79 2,16 5,90 192,38 12,73 0,27 6,62

4.4 Grafik Hasil perhitungan dan Pembahasan

Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk

grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (T) dengan kecepatan putar kincir

(n), daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan torsi (T), dan koefisien daya kincir

(Cp) dengan Tip Speed Ratio (tsr). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi

percobaan dapat dilihat pada Gambar berikut ini :

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi untuk pitch angle 100

pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

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

Puta

ran K

inci

r, n

(rpm

)

Torsi, T (Nm)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 53: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

39

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 100 pada

kecepatan angin rerata 8,55 m/s

Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)

untuk pitch angle 10˚

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa kecepatan

putar kincir berbanding terbalik dengan nilai torsi yang dihasilkan, hal ini dapat

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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

Day

a O

utp

ut,

Po

ut(w

att)

Torsi, T (Nm)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

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

Koef

isie

n D

aya,

Cp

(%)

tip speed ratio, tsr

Cp = -6,1233tsr2 + 10,549tsr - 0,3034

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 54: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

40

diartikan bahwa semakin besar beban (F) yang diberikan nilai torsinya juga akan

semakin besar sementara kecepatan putar poros kincir angin (n) akan semakin kecil.

Dapat dilihat juga bahwa model kincir angin ini masih dapat berputar pada putaran

poros sebesar 19 rpm dan nilai torsi yang dapat dicapai sebesar 0,69 Nm, sementara

putaran poros maksimal tanpa pembebanan yang dapat dihasilkan kincir adalah

sebesar 348 rpm pada kecepatan angin 8,67 m/s.

Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar torsi (T) maka semakin

besar daya (Pout) yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian

daya mengecil. Hubungan daya kincir dengan torsi dapat dilihat pada Persamaan

(6), yang menjelaskan bahwa besarnya daya dipengaruhi oleh besarnya torsi (T) dan

besar kecepatan sudut (ω). Dapat diketahui bahwa kecepatan sudut (ω) dipengaruhi

oleh besarnya kecepatan putar kincir (rpm), sementara kecepatan putar kincir

dipengaruhi oleh besarnya torsi (T) yang diberikan. Semakin besar torsi (T) yang

diberikan, maka kecepatan putar kincir yang dihasilkan akan semakin kecil

(Gambar 4.1) yang akan menyebabkan nilai kecepatan sudut (ω) juga semakin

kecil. Daya kincir angin maksimal diperoleh dari perkalian torsi (T) optimal dan

kecepatan sudut (ω) optimal. Sementara jika torsi (T) yang diberikan terlalu besar

maka akan menyebabkan kecepatan sudut (ω) semakin kecil yang akan membuat

daya dari kincir angin turun. Pada kecepatan angin rerata sebesar 8,55 m/s, daya

maksimal dicapai pada Torsi 0,39 N.m sebesar 7,67 watt.

Gambar 4.3 menunjukkan grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan

tip speed ratio (tsr), dari grafik tersebut diperoleh persamaan kuadrat Cp = -

6,1233tsr2 + 10,549tsr – 0,3034. Persamaan kuadrat tersebut kemudian digunakan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 55: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

41

untuk mencari titik puncak yang kemudian akan diketahui besar koefisien daya

maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) optimal. Gambar 4.3 menunjukkan bahwa

semakin kecil nilai tsr maka semakin besar Cp yang dihasilkan, sampai kondisi

tertentu (maksimal) kemudian Cp menurun. Persamaan (9), menjelaskan bahwa

besarnya tsr dipengaruhi oleh besarnya kecepatan sudut (ω), semakin besar

kecepatan sudut (ω) maka semakin besar pula nilai tsr. Pada Persamaan (11)

menjelaskan bahwa Cp adalah hasil perbandingan dari daya output kincir (Pout) dan

daya input kincir (Pin). Kondisi puncak pada Gambar 4.3 diperoleh dari

perbandingan Pout dan Pin optimal, dan pada tsr optimal yang dapat dicari dari nilai

persamaan kuadratnya. Nilai hubungan Cpmax dan tsr optimal yang dapat dicapai

kincir adalah pada nilai Cpmax 4,2% dan tsr optimal 0,86.

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi untuk pitch angle 200

pada kecepatan angin rerata 8,47 m/s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

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

Puta

ran K

inci

r, n

(rpm

)

Torsi, T (Nm)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 56: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

42

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 200 pada

kecepatan angin rerata 8,47 m/s

Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)

untuk pitch angle 20˚

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2

Day

a O

utp

ut,

Po

ut(w

att)

Torsi, T (Nm)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

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

Koef

isie

n D

aya,

Cp

(%)

tip speed ratio, tsr

Cp = - 0,1035tsr2 + 0,2252tsr – 0,0071

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 57: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

43

Gambar 4.1 menunjukkan bahwa kecepatan putar kincir berbanding terbalik

dengan nilai torsi yang dihasilkan. Kecepatan putar kincir angin (n) akan semakin

melambat seiring dengan bertambahnya beban torsi (T) yang diberikan. Model

kincir angin masih dapat berputar pada putaran poros sebesar 34 rpm dan nilai torsi

yang dapat dicapai oleh model kincir angin dengan pitch angle 200 adalah sebesar

1,47 Nm, dan putaran poros maksimal (tanpa pembebanan) yang dapat dihasilkan

kincir adalah sebesar 452 rpm pada kecepatan angin 9,02 m/s.

Hubungan antara besarnya torsi (T) dan daya kincir (Pout) dapat dilihat pada

Gambar 4.2, semakin besar torsi (T) yang diberikan maka semakin besar daya (Pout)

yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil.

Hubungan daya kincir dengan torsi dapat dilihat pada Persamaan (6), yang

menjelaskan bahwa besarnya daya dipengaruhi oleh besarnya torsi (T) dan besar

kecepatan sudut (ω). Dapat diketahui bahwa kecepatan sudut (ω) dipengaruhi oleh

besarnya kecepatan putar kincir (rpm), sementara kecepatan putar kincir

dipengaruhi oleh besarnya beban torsi yang diberikan (T). Semakin besar torsi (T)

yang diberikan, maka kecepatan putar kincir yang dihasilkan akan semakin kecil

(Gambar 4.1) yang menyebakan kecepatan sudut (ω) akan semakin kecil pula. Daya

kincir angin maksimal diperoleh dari perbandingan torsi (T) dan kecepatan sudut

optimal. Sementara jika beban (T) yang diberikan terlalu besar maka akan

menyebabkan kecepatan sudut (ω) semakin kecil yang akan membuat daya dari

kincir angin turun. Pada kecepatan angin rerata 8,47 m/s, daya maksimal dicapai

pada Torsi 0,78 N.m sebesar 20,79 watt.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 58: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

44

Gambar 4.3 menunjukkan grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan

tip speed ratio (tsr), dari garfik tersebut diperoleh persamaan kuadrat Cp = -

0,1035tsr2 + 0,2252tsr – 0,0071. Persamaan kuadrat tersebut kemudian digunakan

untuk mencari titik puncak yang kemudian akan diketahui besar koefisien daya

maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) optimal. Gambar 4.3 menunjukkan bahwa

semakin besar tsr maka semakin besar Cp yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian Cp mengecil. Persamaan (9), menjelaskan bahwa besarnya

tsr dipengaruhi oleh besarnya kecepatan sudut (ω), semakin besar kecepatan sudut

(ω) maka semakin besar pula nilai tsr. Pada Persamaan (11) menjelaskan bahwa Cp

adalah hasil perbandingan dari daya output kincir (Pout) dan daya input kincir (Pin).

Kondisi puncak pada Gambar 4.3 diperoleh dari perbandingan Pout dan Pin optimal,

dan pada tsr optimal yang dapat dicari dari nilai persamaan kuadratnya. Nilai

hubungan Cpmax dan tsr optimal yang dapat dicapai kincir adalah pada nilai Cpmax

11,5 % dan tsr optimal 1,09.

Gambar 4.7 Grafik hubungan Putaran kincir dengan torsi untuk pitch angle 300

pada kecepatan angin rerata 8,77 m/s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

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

Puta

ran K

inci

r, n

(rpm

)

Torsi, T (Nm)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 59: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

45

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 300 pada

kecepatan angin rerata 8,77 m/s

Gambar 4.9 Grafik hubungan Koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)

untuk pitch angle 300

0

5

10

15

20

25

30

35

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

Day

a O

utp

ut,

Po

ut(w

att)

Torsi, T (Nm)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Koef

isie

n D

aya,

Cp

(%)

tsr

Cp = - 0,1206tsr2 + 0,2489tsr – 0,016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 60: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

46

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa kecepatan

putar kincir berbanding terbalik dengan nilai torsi yang dihasilkan. Hal ini dapat

diartikan bahwa semakin besar beban torsi yang diberikan, kecepatan putar poros

kincir angin (n) akan semakin kecil. Dilihat dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa

nilai torsi yang dapat dicapai model kincir angin adalah sebesar 2,16 Nm pada

putaran poros 56 rpm, sementara putaran poros maksimal yang dapat dihasilkan

kincir adalah sebesar 451 rpm pada beban nol dan pada kecepatan angin 9,27 m/s.

Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar torsi (T) maka semakin

besar daya (Pout) yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian

daya mengecil. Hubungan daya kincir dengan torsi dapat dilihat pada Persamaan

(6), yang menjelaskan bahwa besarnya daya dipengaruhi oleh besarnya torsi (T) dan

besar kecepatan sudut (ω). Dapat diketahui bahwa kecepatan sudut (ω) dipengaruhi

oleh besarnya kecepatan putar kincir (n), sementara kecepatan putar kincir

dipengaruhi oleh besarnya beban torsi (T) yang diberikan. Semakin besar beban

torsi (T) yang diberikan, maka kecepatan putar kincir yang dihasilkan akan semakin

kecil (Gambar 4.1) yang akan menyebabkan kecepatan sudutnya juga semakin

mengecil. Daya kincir angin maksimal diperoleh dari perbandingan torsi (T) dan

kecepatan sudut optimal. Sementara jika beban (T) yang diberikan terlalu besar

maka akan menyebabkan kecepatan sudut (ω) semakin kecil yang akan membuat

daya dari kincir angin turun. Pada kecepatan angin rerata 8,77 m/s, daya maksimal

dicapai pada torsi 1,28 N.m sebesar 29,29 watt.

Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr)

ditunjukkan pada Gambar 4.3, dari grafik tersebut diperoleh persamaan kuadrat Cp

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 61: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

47

= - 0,1206tsr2 + 0,2489tsr – 0,016. Persamaan kuadrat tersebut kemudian digunakan

untuk mencari titik puncak yang akan digunakan untuk mencari besar koefisien

daya maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) optimal. Gambar 4.3 menunjukkan

bahwa semakin kecil tsr maka semakin besar Cp yang dihasilkan, sampai kondisi

tertentu (maksimal) kemudian Cp mengecil. Persamaan (9), menjelaskan bahwa

besarnya tsr dipengaruhi oleh besarnya kecepatan sudut (ω), semakin besar

kecepatan sudut (ω) maka semakin besar pula nilai tsr. Pada Persamaan (11)

menjelaskan bahwa Cp adalah hasil perbandingan dari daya output kincir (Pout) dan

daya input kincir (Pin). Kondisi puncak pada Gambar 4.3 diperoleh dari

perbandingan Pout dan Pin optimal, dan pada tsr optimal yang dapat dicari dari nilai

persamaan kuadratnya. Nilai hubungan Cpmax dan tsr optimal yang dapat dicapai

kincir adalah pada nilai Cpmax 14,5 % dan tsr optimal 1,03.

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Pitch Angle

Gambar 4.10 memperlihatkan grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan

tip speed ratio (tsr) dari tiga variasi pitch angle (100, 200, dan 300). Nilai koefisien

daya maksimal (Cpmax) dan nilai tip speed ratio (tsr) optimal diperoleh dengan

mencari titik puncak dari persamaan kuadrat yang diperoleh dari perhitungan

menggunakan microsoft excel. Unjuk kerja terbaik diperoleh dari model kincir

angin dengan pitch angle 300 dengan nilai koefisien daya maksimal (Cpmax) 14,5 %

pada tip speed ratio 1,03.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 62: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

48

Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya dan tip speed ratio untuk tiga

variasi pitch angle ( β ) 100, 200, dan 300

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

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

Koef

isie

n D

aya,

Cp

(%)

Tip speed ratio, tsr

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 63: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan pengujian model kincir angin poros horisontal jenis American

multi-blade sembilan sudu dengan variasi pitch angle 100, 200, 300 dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat model kincir angin poros horisontal jenis American

multi-blade sembilan sudu berbahan aluminium dengan diameter 80 cm dan

telah digunakan dalam pengujian.

2. Unjuk kerja optimal yang dapat dicapai model kincir angin dengan pitch

angle 100 memliliki koefisien daya maksimal 4,2 % pada tip speed ratio

optimal 0,86. Model kincir angin dengan pitch angle 200 memliliki

koefisien daya maksimal 11,5 % pada tip speed ratio optimal 1,09. Variasi

pitch angle 300 memliliki koefisien daya maksimal 14,5 % pada tip speed

ratio optimal 1,03.

3. Model kincir angin dengan pitch angle 300 memiliki unjuk kerja paling baik

dibanding dengan pitch angle 100 dan 200. Kincir angin dengan pitch angle

300 memiliki koefisien daya maksimal maksimal 14,5 % pada tip speed

ratio optimal sebesar 1,03.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 64: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

50

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk

penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:

1. Memperbanyak variasi pitch angle agar mendapatkan unjuk kerja yang

lebih baik lagi.

2. Memastikan alat ukur yang digunakan dalam penelitian dalam keadaan baik

dan sudah dilakukan kalibrasi agar mendapatkan data yang akurat dan

presisi.

3. Dalam pengambilan data, pastikan poros utama kincir pada wind tunnel

terpasang dengan baik, agar putaran kincir yang diuji sama dengan putaran

piringan pada mekanisme pengereman, sehingga data yang diperoleh akurat

dan presisi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 65: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI … · ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi

51

DAFTAR PUSTAKA

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan.

Mathew, S. Wind Energy Fundamentals, Resource Analysis and Economics.

Faculty of Engineering, KCAET Tavanur Malapuram, Kerala India.

Pakpahan, S. 2003. Pemetaan Energi Angin Untuk Pemanfaatan dan Melengkapi

Peta Potensi SDA Indonesia. Lembaga Penerbangan dan Antariksa

Nasional, Jakarta.

Pudjanarsa, A., dan Nursuhud, D., 2008. Mesin Konversi Energi. Andi Offset,

Yogyakarta.

…….., 2006. Indonesia 2005 – 2025 Buku Putih. Kementrian Riset dan Teknologi

Republik Indonesia, Jakarta.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI