UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELERTIGA SUDU … filepembuatan alat dan diskusi. 7. Orang tua...

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELERTIGA

SUDU DARI BELAHAN KERUCUT BERBAHAN KAYU

BERLAPISSENG DENGAN SUDUT KERUCUT 12o

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

DEKY MARTANTO

NIM : 125214098

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE OF THREE WOODENZINC COATED

BLADES WINDMILLPROPELLER MODEL MADE

FROMPART OF CONE WALL WITH ANGLE OF 12o

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

Mechanical Engineering Study Program

by

DEKY MARTANTO

Student Number:125214098

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016


viii

ABSTRACT

Energy demand increases as human population increases. Nonrenewable

energy sources such as fossil fuel will run out in 25 years if we keep exploiting

them. Therefore, we need to find another energy source that is renewable and

environmentally friendly. Indonesia have lots of wind that can be converted into

energy by windmill. The purpose of this research is to know the best performance

of horizontal-axis windmill models made of zinc-coated wood.

Models used in this research were propeller-type windmill; each had three

blades made from parts of cone wall, which d=15 cm, D=22,5 cm, and l=37 cm.

Variation between the models was the angle of cut made in the cone wall, which

were 70o, 80

o and 90

o. Data taken in the research were wind speed, blade’s

rotation per minute, and balancing force. The tests were performed inside a wind

tunnel in Energy Conversion Laboratory of Universitas Sanata Dharma.

Results show that windmill with 80o cut blades have more coefficient of

power (CP) than other windmill tested. Maximum coefficient of power (CPmax) of

the 80ocut windmillare26,41 % at tip speed ratio (λ) 2,45. Meanwhile, windmill

with 90o cut yield have CPmax of 25,72 % at λ 2,48 and windmill with 70

o cut have

CPmax of 24,22 % at λ 2,62.

Keywords: Coefficient of power, tip speed ratio, zinc-coated wooden

propeller


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa ditunjukkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

rahmat yang diberikan dalam penyusunan skripsi ini sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk setiap

mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Skripsi ini dilaksanakan dalam rangka

memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya

skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap

kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada:

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

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah

memberikan kesempatan untuk berkreasi bagi penulis.

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

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen

Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan saran dan ilmu

bagi penulis.

3. Bapak Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah membantu

dan membimbing penulis dalam penulisan skripsi.


x

4. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium

Mekanika Teknik, yang telah memberkan ijin pemakaian laboratorium

dan peralatan untuk pembuatan kincir angin.

5. Seluruh dosen, staff program studi Teknik Mesin yang telah mendidik

dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Rekan sekelompok saya, Heribertus Fembriarto, Julius Pramono, dan

Agustinus Kurniawan yang telah memberikan bantuan, kerjasama dalam

pembuatan alat dan diskusi.

7. Orang tua penulis, yang selalu menjadi inspirasi dan motivasi dalam

pembuatan skripsi.

8. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-

teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih

atas segala bantuannya.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna.

Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi

penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan

semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 2 Januari 2016

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

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

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI............................................................... v

LEMBAR PRNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ............................................. vi

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

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

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

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

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

DAFTAR TABEL .................................................................................................. xvi

DAFTAR SIMBOL ................................................................................................ xvii

BAB IPENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

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

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori ............................................................................................... 5

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


xii

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

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ............................................................ 8

2.3 Kincir Angin Propeler ............................................................................... 9

2.4 Alasan Pemilihan Kincir Angin Propeler…………….…… .................... 10

2.5 Rumus Perhitungan……………………………………… ....................... 10

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alur Penelitian ........................................................................... 14

3.2 Objek Penelitian ........................................................................................ 15

3.3 Bahan-Bahan ............................................................................................. 15

3.3.1 Bahan untuk Sudu Kincir ................................................................ 16

3.3.2 Bahan untuk Pengikat Pangkal Sudu Kincir .................................... 16

3.3.3 Bahan untuk Poros Utama Kincir .................................................... 16

3.3.4 Bahan untuk Pelapis Sudu ............................................................... 16

3.3.5 Bahan untuk Perakat Sudu ............................................................... 16

3.3.6 Bahan untuk Rotor ........................................................................... 17

3.3.7 Bahan Penyambung dan Pengikat.................................................... 17

3.4 Alat Permesinan ........................................................................................ 18

3.5Alat Pendukung.......................................................................................... 18

3.5.1 Terowongan Angin .......................................................................... 18

3.5.2 Blower .............................................................................................. 19

3.5.3 Takometer ........................................................................................ 20

3.5.4 Anemometer..................................................................................... 20

3.5.5 Neraca Pegas .................................................................................... 21


xiii

3.5.6 Mekanisme Pengereman ................................................................. 21

3.6 Pembuatan Sudu Kincir ............................................................................ 22

3.7 Variabel Penelitian .................................................................................... 25

3.8 Parameter yang Diukur ............................................................................. 26

3.9 Parameter yang Dihitung…………………………………… .................. 26

3.10 Langkah Percobaan……………………………………… ..................... 26

3.11 Langkah Pengolahan Data………………………………… .................. 28

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan ......................................................................................... 29

4.2 Pengolahan Data Perhitungan ................................................................... 32

4.3 Data Hasil Perhitungan ............................................................................ 34

4.4 Grafik Hasil Perhitungan.......................................................................... 34

4.4.1 Grafik kincir angin dengan sudut potong 70o .................................. 34

4.4.2 Grafik kincir angin dengan sudut potong 80o .................................. 40

4.4.3 Grafik kincir angin dengan sudut potong 90o ................................. 43

4.5 Grafik Perbandingan Kincir ..................................................................... 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 48

5.2 Saran ......................................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 50

LAMPIRAN GAMBAR KERJA .......................................................................... 51


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ..........................................................7

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal .............................................................9

Gambar 2.3 Grafik Perbandingan antara Koefisien Daya (CP) dengan Tip

SpeedRatio (λ) dari Beberapa Jenis Kincir Angin…........................13

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian………………...........................................14

Gambar 3.2 Rotor Kincir Angin……...................................................................17

Gambar 3.3 Terowongan Angin……………………………..............................19

Gambar 3.4 Blower ……………….....................................................................19

Gambar 3.5 Takometer .......................................................................................20

Gambar 3.6 Anemometer …………....................................................................20

Gambar 3.7 Neraca Pegas……………………………………............................21

Gambar 3.8 Mekanisme Pengereman………………………………..................21

Gambar 3.9 Pemotongan Dinding Kerucut untuk Sudu ......................................22

Gambar 3.10 Sudu dengan Sudut Potong 70o........................................................23



Gambar 3.13 Mal Pembentuk Kelengkungan Sudu ..............................................24

Gambar 3.14 Model Kincir Angin….....................................................................25

Gambar 3.15 Skema Pengujian Kincir ……………………………..………........28

Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir dan Torsi pada


xv

Kincir Angin Sudut Potong 70o…..………………..……………......38

Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Angin (Pout) dan Torsi pada

Kincir Angin Sudut 70o…………..…………….……………….…..38

Gambar4.3 Grafik Hubungan antara CP dan λ pada Kincir Angin Sudut

Potong70o……….......…………………….........................................39

Gambar4.4 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir dan Torsi pada

Kincir Angin Sudut Potong 80o………….……………………….....40

Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Angin (Pout) dan Torsi

pada Kincir Angin Sudut 80o…..…...….……………………………41

Gambar4.6 Grafik Hubungan antara CP dan tsr pada Kincir Angin Sudut

Potong 80o…….…………………………..........................................42

Gambar4.7 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir dan Torsi pada

Kincir Angin Sudut Potong 90o…………….….……..………..........43

Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Angin (Pout) dan Torsi

pada Kincir Angin Sudut 90o…………………………..……............44

Gambar4.9 Grafik Hubungan antara CP dan tsr pada Kincir Angin Sudut

Potong 90o…………………..………….............................................45

Gambar 4.10 Grafik Hubungan antaraKoefisien Daya dan tip speed ratio

pada Kincir Angin Sudut Potong 70o, 80

o dan 90

o………................46


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Percobaan Kincir dengan Sudut Potong 70°…............................29

Tabel 4.2 Data Percobaan Kincir dengan Sudut Potong 80°……………………30

Tabel 4.3 Data Percobaan Kincir dengan Sudut Potong 90°…...……..….…..... 31

Tabel 4.4 Data Perhitungan Kincir Angin dengan Sudut Potong 70°…..……... .35

Tabel 4.6 Data Perhitungan Kincir Angin dengan Sudut Potong 80°....……….. 36

Tabel 4.7 Data Perhitungan Kincir Angin dengan Sudut Potong 90°…...……... 37


xvii

ISTILAH PENTING

Simbol Keterangan

v Kecepatan angin (m/s)

n Kecepatan putar kincir (rpm)

F Gaya pengimbang (N)

A Luas penampang (m2)

T Torsi (Nm)

ω Kecepatan sudut (rad/sec)

Pin Daya angin yang tersedia (Watt)

Pout Daya yang dihasilkan kincir (Watt)

λ tip speed ratio

CP Koefisien daya

r Jarak lengan torsi (m)

d Diameter kincir (m)

R Jari-jari kincir (m)


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Tidak bisa dipungkiri bahwa populasi manusia di dunia saat ini terus

mengalami peningkatan. Seiring dengan hal tersebut, manusia melakukan banyak

cara untuk memenuhi kebutuhannya, termasuk kegiatan eksplorasi dan eksploitasi

sumber daya alam. Namun, beberapa jenis sumber daya alam merupakan jenis

yang tak dapat diperbarui dan menimbulkan polusi, oleh sebab itu perlu adanya

alternatif sumber daya alam yang bersih dan dapat diperbarui. Sumber daya yang

bersih bermakna ramah lingkungan, tidak banyak menimbulkan polusi serta tidak

menimbulkan efek kerusakan bagi lingkungan sekitarnya. Makna dapat diperbarui

berarti energi tersebut dapat terus menerus dapat diperoleh selama kondisinya

memenuhi. Salah satu contoh sumber daya alam baru dan terbarukan yang dapat

digunakan sebagai sumber energi tersebut adalah energi angin.

Angin termasuk energi yang bisa diperoleh gratis dan diperoleh dimanapun

dan kapanpun. Salah satu tempat yang memiliki potensi energi angin yang besar

adalah di pinggir pantai karena adanya angin darat dan angin laut. Didukung

kenyataan bahwa Indonesia memiliki garis pantai terpanjang ke dua di dunia

setelah negara Kanada (Sumber:http://www.dw.com/id/10-negara-dengan-garis-

pantai-terpanjang-di-dunia/g-18951508, 15 Febuari 2016.), namun kurang dari 5%

yang baru dimanfaatkan tenaga anginnya sebagai alternatif sumber energi nasional

(http://ebtke.esdm.go.id/presiden.janjikan.insetif.pengembangan.energi.baru.terbar

1


http://www.dw.com/id/10-negara-dengan-garis-pantai-terpanjang-di-dunia/g-18951508


http://ebtke.esdm.go.id/presiden.janjikan.insetif.pengembangan.energi.%20baru.terbarukan

2

ukan, 15 Febuari 2016). Saat ini sudah dibangun beberapa PLTB (Pembangkit

Listrik Tenaga Bayu) di Indonesia, salah satunya ada di Bantul, Yogyakarta yang

diharapkan kedepannya akan lebih banyak penelitian dan inovasi yang

mendukung adanya sumber daya yang bersih dan terbarukan.

Ada banyak jenis kincir angin yang telah dikembangkan. Secara umum,

kincir angin diklasifikasikan menjadi dua jenis berdasarkan arah porosnya yaitu

kincir angin dengan poros vertikal dan kincir angin dengan poros horisontal, yang

masing-masing jenis mempunyai berbagai macam bentuk kincir angin.

Dari latar belakang tersebut penulis membuat penelitian dengan model

kincir angin poros horisontal dengan tiga sudu. Sudu yang digunakan

menggunakan ukuran dan bentuk yang sama tetapi variasi sudut potongnya

berbeda. Hal ini bertujuan untuk mengetahui sudu mana yang lebih baik

digunakan.

1.2 Perumusan Masalah

Dari uraian latar belakang tersebut maka dapat diperoleh rumusan masalah

dalam penelitian ini berupa:

1. Bagaimana membuat sudu-sudu kincir angin dari belahan kerucut

berbahan dasar kayu berlapis seng?

2. Bagaimana pengaruh sudut potong sudu terhadap unjuk kerja kincir

angin?

3. Seberapa besar koefisien daya yang dapat dihasilkan oleh ketiga varisasi

sudut potong sudu kincir angin?


3

1.3 Batasan Masalah

Karena luasnya cakupan permasalahan di atas, maka penulis membatasi

bahasan permasalahan sebagai berikut:

1. Penelitian menggunakan model kincir angin jenis propeler berbahan

dasar kayu berlapis seng dengan diameter kecil kerucut 15 cm dan

diameter besar kerucut 22,5 cm sepanjang 37 cm.

2. Kincir angin dibuat dari belahan dinding kerucut dengan variasi sudut

potong 70o, 80o, dan 90o.

3. Kincir angin diuji pada terowongan angin dengan tiga kali pengulangan

kemudian diambil nilai terbaik.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Membuat model kincir angin propeler tiga sudu berbahan dasar kayu

berlapis seng dengan tipe belahan kerucut.

2. Mengetahui koefisien daya dan tip speed ratio yang dihasilkan kincir

angin.

3. Membandingkan koefisien daya yang dihasilkan kincir angin untuk tiga

variasi sudut potongkincir dengan bentuk dan ukuran yang sama.


4

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini diataranya adalah:

1. Menjadi salah satu sumber informasi mengenai unjuk kerja model

kincir angin propeler tiga sudu berbahan kayu dengan variasi sudut

potong yang berbeda.

2. Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di

Indonesia, khususnya energi angin.

3. Menjadi salah satu sumber referensi bagi masyarakat di daerah yang

memiliki potensi energi angin yang besar untuk memberdayakan

energi tepat guna.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Angin adalah udara bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan adanya

perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Pada daerah yang memiliki temperatur

tinggi, udara akan memuai dan massa jenis udara akan turun, sehingga tekanan

udara di daerah tersebut akan rendah. Tekanan rendah ini akan diisi oleh udara

yang datang dari tekanan yang lebih tinggi.

Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau

memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga

angin, tentunya dengan bantuan alat yang disebut dengan kincir angin. Kepulauan

yang memiliki potensi tersebut diantaranya kepulauan Sumbawa, Sumba,

Lombok, dan Bali yaitu sebesar 4,5 sampai 5,8 m/s. ( Mulyani, 2008 ).

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga

menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak dipakai di

Belanda, Denmark, dan negara-negara Eropa lainya yang pada waktu itu banyak

digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan penggilingan gandum.

Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu adalah windmill.

(Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin, 22 Januari 2016). Mengacu pada

kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB)

5


http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin

6

ditargetkan mencapai 250 Mega watt (MW) pada tahun 2025

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok

utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.

Penelitian ini akan mengembangkan jenis kincir angin poros horizontal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin poros horisontal atau horizontal axis wind turbin (hawt)

adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah

poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan

kincir yang berada pada puncak menara tersebut.

Poros kincir dapat berputar 360⁰ terhadap sumbu vertikal untuk

menyesuaikan arah angin.(Sumber:http://wikipedia.org/Kincir_angin, 22 Januari

2016). Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1.

1) Kincir angin cretan sail windmill [Gambar2.1 (a)]

2) Kincir angin Dutch four-arm [Gambar2.1 (b)]

3) Kincir angin American windmill [Gambar2.1 (c)]

4) Kincir angin Rival calzoni [Gambar2.1 (d)]



7

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal: (a) Cretan-sail windmill, (b) Dutch four-arm, (c) American windmill, (d) Rival calzoni (Sumber:www.Fineartamerica.com, diunduh 23 Januari 2016).

Beberapa kelebihan kincir angin poros horisontal diantaranya adalah:

1) Mampu mengonversi energi angin pada kecepatan angin yang tinggi.

2) Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

3) Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada

di atas menara.

.


http://www.fineartamerica.com/

8

Adapun beberapa kelemahan yang dimiliki kincir angin poros horisontal

adalah:

1) Konstruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.

2) Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah

angin.

3) Biaya pemasangannya relatif lebih mahal dibanding kincir angin sumbu

vertikal.

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi

porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat

mengonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau

bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang besar daripada kincir angin poros

horisontal.

Beberapa kelebihan kincir angin poros vertikal adalah:

1) Dapat menerima arah angin dari segala arah.

2) Memiliki torsi yang besar pada putaran kincir rendah.

3) Dapat bekerja pada kecepatan angin rendah.

4) Tidak memerlukan mekanisme yaw.

5) Biaya pemasangan relatif lebih murah dibanding kincir angin horisontal.

Sedangkan beberapa kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah

sebagai berikut:


9

1) Memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai

berputar.

2) Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan

kecil.

3) Dari konstruksinya, berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan

merupakan beban tambahan.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal diantaranya seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.2.

(a) (b) Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal (a) Kincir Angin Savonius, (b) Kincir

Angin Darrieus (Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin, diunduh 23 Januari 2016).

2.3 Kincir Angin Propeler

Penelitian ini akan membahas kincir angin poros horisontal tiga sudu

dengan jenis propeler. Kincir angin jenis propeler merupakan salah satu jenis

kincir angin poros horisontal yang biasanya bersudu tiga, empat, atau banyak.

Kincir jenis ini dapat bekerja pada putaran yang tinggi sehingga dapat

menghasilkan daya listrik yang besar.



10

2.4 Alasan Pemilihan Kincir Angin Propeler

Penentuan jenis kincir angin dalam penelitian ini berupa kincir angin

propeler memiliki beberapa alasan, diantaranya:

1. Jenis kincir angin propeler dipilih karena pada umumnya memiliki

kecepatan putar dan tip speed ratio (λ) yang lebih tinggi dibandingkan

dengan jenis-jenis kincir lainnya, sehingga cocok digunakan sebagai

penggerak generator listrik.

2. Kincir propeler dengan jumlah sudu sebanyak tiga buah dipilih karena

memiliki sifat giroskopik yang lebih baik dibandingkan dengan kincir

dua sudu dan lebih efisien dibandingkan dengan kincir empat sudu.

3. Bahan dasar sudu dipilih dari pelat kayu triplek (plywood), karena kayu

dipandang cukup kuat, mudah didapat, harganya terjangkau, dan mudah

dikerjakan dengan tangan. Sedangkan plat seng sebagai pelapis luar sudu

kincir dipilih karena seng dipandang tahan terhadap cuaca, tahan korosi,

mudah didapat, dan cukup murah.

4. Pada umumnya kincir angin jenis propeler memiliki koefisien daya

puncak (CPmax) yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis-jenis kincir

lainnya, yakni diatas harga 0,35.

2.5 Rumus Perhitungan

Nilai karakteristik kincir angin dapat ditelusuri dengan menggunakan

persamaan-persamaan berikut:


11

1. Energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan sudu-sudu

yang terdapat pada kincir angin tersebut.

2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat

gerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan:

(1)

dengan:

m adalah massa (kg)

v adalah kecepatan dari benda yang bergerak (m/s)

3. Daya angin ( ) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap

luasan sudu, yang dapat dirumuskan:

(2)

dengan :

ρ adalah massa jenis udara (kg/m3)

A adalah luas penampang sudu (m2)

v adalah kecepatan aliran angin (m/s)

4. Tip speed ratio (λ) adalah perbandingan kecepatan pada ujung-ujung

sudu yang berputar terhadap kecepatan angin, λ dapat dirumuskan:

(3)

dengan:

r adalah jari-jari lingkaran/penampang sudu kincir (m)

n adalah putaran kincir (rpm)


12

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

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Daya kincir yang

dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan:

(4)

dengan:

T adalah torsi (Nm)

ω adalah kecepatan sudut (rad/detik)

6. Torsi (T) adalah gaya yang bekerja pada poros dihasilkan oleh gaya

dorong pada sudu kincir yang dikurangi dengan gaya hambat (gaya yang

berlawanan arah). Gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros

kincir yang berputar. Untuk perhitungan torsi dapat dihitung dengan

menggunakan rumus:

(5)

dengan:

F adalah gaya (N)

r adalah panjang lengan torsi (m)

7. Kecepatan sudut kincir (ω) adalah kecepatan putar kincir dalam satuan

radian per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan

rumus:

(6)

8. Koefisien daya (CP) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan

perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang

dihasilkan oleh angin. Nilai dari CP dapat dirumuskan:


13

(7)

CP dari suatu kincir angin juga dapat ditentukan dengan grafik

perbandingan antara CP dan λ dari beberapa jenis kincir seperti ditunjukkan

Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Grafik Perbandingan CP dan λ dari Beberapa Jenis Kincir. (Sumber: Jhonson, 2006, halaman 18)

2.6 Tinjauan Pustaka

Beberapa hasil penelitian dalam satu kelompok dapat dijadikan

perbandingan untuk penelitian ini. Dengan menentukan karakteristik yang sama

dalam penelitian berupa persamaan sudut potong, panjang kincir dan lebar ujung

sudu namun berbeda dalam besar diameter kerucut, hasil yang dilakukan oleh

Fembri dalam penelitian model kincir angin propeler tiga sudu berbahan kayu

berlapis seng dengan sudu-sudu dari belahan dinding kerucut dengan diameter


14

kecil 15 cm diameter besar 45 cm sepanjang 36,5 cm, memberikan hasil Cpmax

sebesar 24,9% pada λ optimal 3,25 dengan diketahui nilai dari sudut kerucut 44o.

(Fembri, 2015). Dengan karakteristik yang serupa, penelitian Agus dalam model

kincir angin propeler berbahan kayu berlapis seng dari potongan selimut kerucut

dengan diameter kecil 15 cm diameter besar 30 cm sepanjang 36,5 cm, diperoleh

Cpmax sebesar 31,72% pada λ optimal 3,59 dengan diketahui nilai dari sudut

kerucut 23o (Agus, 2015). Sudut kerucut dalam penelitian merupakan sudut yang

diperoleh dari pangkal belahan selimut kerucut. Besar sudut 12o dalam penelitian

ini diperoleh dari perbandingan diameter kecil kerucut yakni 15 cm, diameter

besar kerucut yakni 22,5 cm dan panjang kerucut yakni 37 cm.

Model kincir angin dengan belahan lain yaitu belahan silinder yang telah

diteliti oleh Yulius dengan judul unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu

berbahan kayu berlapis seng dengan sudu-sudu dari belahan dinding silinder

memiliki Cpmax sebesar 30% pada λ 2,8. (Yulius, 2015).


BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alur Penelitian

Diagram alur penelitian merupakan urutan proses yang dilakukan dalam

penelitian ini. Diagram alur penelitian disajikan sebagai berikut:

Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian

Mulai

Perancangan kincir angin poros horisontal

Pembuatan kincir angin poros horisontal dengan bahan kayu ketebalan 3 mm dilapisi seng. Variasi berupa sudut potong kincir 70o, 80o, 90o dengan bentuk dan ukuran yang sama.

Pengambilan data dengan cara mencari nilai kecepatan angin, putaran poros kincir dan gaya pengimbang kincir.

Pengolahan data berupa besar daya kincir angin, Koefisien Daya (CP) dan tip speed ratio (λ) masing–masing variasi kincir angin.

Analisis, pembahasan data serta pembuatan laporan.

Selesai

15


16

3.2 Objek Penelitian

Objek dalam penelitian ini berupa kincir angin jenis propeler dengan jumlah

sudu 3 buah dan memiliki diameter 80 cm. Bahan yang digunakan berupa kayu,

tepatnya triplek dengan ketebalan 3 mm dan dilapisi seng dengan ketebalan plat

0,25 inci. Kincir angin terbuat dari belahan kerucut dan memiliki variasi sudut

potong kincir angin sebesar 70o, 80o, 90o. Penelitian dilakukan di Laboratorium

Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Perbedaan sudu-sudu yang terbuat dari belahan dinding silinder dan dari

belahan dinding kerucut adalah sudu belahan dinding kerucut menampilkan sudu

dengan puntiran (twist), sedangkan sudu belahan dinding silinder akan

menampilkan sudu tanpa puntiran. Berdasarkan teori aerodinamika, sudu dengan

puntiran memberikan performa yang lebih baik dari pada sudu tanpa puntiran,

karena akan memberikan sudut serang (attack angle) angin yang lebih seragam

sepanjang sudu sebagai penyeimbang (counter balance) dari kecepatan yang

bervariasi sepanjang sudu.

Kesamaan pada ketiga variasi sudu ini adalah:

1. Diameter kerucut kecil 15 cm.

2. Diameter kerucut besar 22,5 cm.

3. Panjang sudu sebesar 37 cm.

4. Lebar ujung sudu 5 cm.

5. Menggunakan cetakan mal yang sama.

3.3 Bahan–Bahan

Bahan–bahan merupakan alat–alat yang digunakan sebagai penyusun dan

pendukung terbentuknya sebuah kincir angin dalam penelitian ini, berupa:


17

3.3.1 Bahan untuk Sudu Kincir

Sudu kincir adalah bagian dari kincir yang digunakan untuk menangkap

angin yang datang. Sudu kincir angin terbuat dari bahan kayu dengan ketebalan 3

mm. Banyak sudu yang digunakan berjumlah tiga buah. Ada tiga macam variasi

sudut potong yaitu sudut potong 70o, 80o, dan 90o.

3.3.2 Bahan untuk Pengikat Pangkal Sudu Kincir

Pengikat pangkal sudu dibuat dari bahan triplek dengan ketebalan 10 mm

kemudian diisi dengan cetakan berbahan resin agar lebih padat dan keras.

3.3.3 Bahan untuk Poros Utama Kincir

Poros utama kincir yang dipasang tetap pada rotor kincir dan ditahan oleh

dua bantalan pengunci. Poros utama kincir berbahan pejal silindris dari

alumunium berdiameter ¾ inci.

3.3.4 Bahan untuk Pelapis Sudu

Sudu dari kayu triplek dilapisi menggunakan seng tipis dengan ketebalan

0.25 inci di seluruh bagian sudu. Pelapisan digunakan dengan tujuan selain untuk

menutupi kelemahan kayu triplek yang mudah lapuk, juga sebagai pelindung dari

cuaca panas dan dingin serta sebagai penahan lengkungan pada triplek agar lebih

kokoh.

3.3.5 Bahan untuk Perekat

Penyambungan bilah triplek menggunakan serbuk kayu halus sebagai

pengisi di setiap celahnya kemudian diberi lem agar penyambungan lebih cepat

kering dan lebih kuat.


18

3.3.6 Bahan untuk Rotor

Rotor adalah tempat dari dudukan sudu. Rotor dibentuk sedemikian rupa

dari bahan triplek berlapis seng tipis untuk menguatkan performa dalam

menopang sudu saat dirakit pada rotor. Rotor dalam penelitian ditunjukkan pada

Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Rotor Kincir Angin

3.3.7 Bahan Penyambung, Pengikat dan Lain-Lain

1) Baut–baut berdiameter 4 mm dan 6 mm dengan pasangan mur yang

sesuai serta ring.

2) Pipa alumunium berdiameter ½ inci sebagai poros penghubung rotor dan

mekanisme pengereman.

3) Paku ½ inci dan 1 inci.

4) Lem dan serbuk kayu.


19

3.4 Alat Permesinan

Pembuatan kincir angin memerlukan mesin untuk mempermudah dan

meningkatkan kualitas dari kincir angin yang akan dibuat. Beberapa mesin dan

alat yang dipakai antara lain:

1. Mesin bubut

2. Mesin bor

3. Gergaji

3.5 Alat Pendukung

Alat pendukung dalam penelitian ini digunakan sebagai alat bantu dalam

pengujian. Beberapa alat pendukung dalam penelitian adalah sebagai berikut:

3.5.1 Terowongan Angin (wind tunnel)

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong berukuran persegi

1,2 m x 1,2 m sepanjang 2,5 m yang digunakan sebagai tempat masuknya angin

buatan dengan kecepatan yang bisa diatur untuk tempat pengujian kincir angin.

Angin buatan ini diperoleh dari blower yang menurunkan tekanan di terowongan,

akibatnya udara di sekitar blower terhisap masuk menggantikan udara di

terowongan tadi. Pengaturan kecepatan angin dalam terowongan angin dilakukan

dengan mengatur jarak terowongan angin dengan blower. Semakin jauh jaraknya,

maka kecepatan angin yang terukur semakin kecil. Terowongan angin yang

dipakai dalam penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.3.


20

Gambar 3.3 Terowongan Angin

3.5.2 Blower

Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam

terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu.

Blower dalam penelitian ini menggunakan transmisi berupa sabuk dan puli.

Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW. Blower yang dipakai dalam

penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Blower


21

3.5.3 Takometer (Tachometer)

Takometer (Tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur

kecepatan putaran (rpm), dalam penelitian ini berupa kecepatan putar poros kincir

angin. Takometer yang dipakai dalam penelitian ini berjenis Digital Light

Tachometer. Cara kerjanya yakni takometer diarahkan pada piringan pengereman

yang telah diberi titik hologram sehingga dapat dibaca oleh takometer. Takometer

yang dipakai dalam penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Takometer

3.5.4 Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan sebagai pengukur kecepatan

angin. Anemometer diletakkan setelah melewati kincir angin. Anemometer yang

dipakai dalam penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Anemometer


22

3.5.5 Neraca Pegas

Neraca pegas merupakan alat untuk mengukur beban, dalam penelitian ini

berupa beban pengereman. Neraca pegas yang dipakai dalam penelitian

ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Neraca Pegas

3.5.6 Mekanisme Pengereman

Mekanisme pengereman dipakai sebagai respon terhadap pemberian beban

pada tuas. Pemberian beban berupa pita karet akan meningkatkan beban pada

neraca karena neraca tertarik sehingga nilai beban yang ditunjukkan semakin

besar. Mekanisme pengereman dalam penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar3.8 Mekanisme Pengereman


23

3.6 Pembuatan Sudu Kincir

1. Sudu-sudu kincir yang dipilih merupakan bagian dari dinding sebuah

kerucut yang dipotong seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Pemotongan Dinding Kerucut untuk Sudu

2. Pangkal sudu (root) berupa tiga variasi sudut busur lengkung (α), yakni

70o, 80o dan 90o pada bagian dari belahan dinding sebuah kerucut seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.10, 3.11, dan 3.12.

3. Dari hasil potongan tersebut maka akan diperoleh lengkungan sudu yang

berupa puntiran.

4. Pelapisan pada permukaan triplek menggunakan pelat seng tipis dengan

cara dilem secara rapat.

5. Pemberian garis acuan sesuai dengan segmen yang sudah ditentukan

sesuai rancangan pada permukaan triplek.


24

Gambar 3.10 Sudu dengan Sudut Potong 70o




25

6. Penyayatan dengan menggunakan paku/scriber marking sesuai garis yang

dibuat pada permukaan triplek sehingga menjadi lengkung.

7. Setelah sudu sudah terpotong sesuai dengan sektor sudut masing-masing

kemudian sudu dimal agar mendapatkan bentuk sesuai dengan sektor

sudut yang dirancang. Mal dalam penelitian ditunjukkan pada gambar

3.13.

Gambar 3.13 Mal Pembentuk Sudut Potong Sudu

8. Pemberian serbuk kayu dan lem pada celah garis irisan sisi cembung

supaya kelengkungan dapat permanen dan menghasilkan kelengkungan

yang keras.

9. Perakitan sudu-sudu membentuk rotor kincir. Rotor kincir yang dibuat

memiliki tiga sudu. Bentuk tipikal dan ukuran garis besar model rotor

kincir yang akan dibuat adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar

3.14.


26

Gambar 3.14 Model Kincir Angin

3.7 Variabel Penelitian

Variabel penelitian adalah hal yang dapat mempengaruhi unjuk kerja kincir

angin, sehingga beberapa variabel penelitian harus ditentukan sebelum melakukan

penelitian berupa:

1. Kecepatan angin rata-rata sebesar 8,5 m/s.

2. Sudu dalam penelitian ini merupakan potongan dari belahan kerucut

sehingga menampilkan sudu dengan puntiran.

3. Variasi sudut potong kincir angin sebesar 70o, 80o, 90o.


27

3.8 Parameter yang Diukur

Parameter adalah hal-hal yang perlu dicatat dalam penelitian ini untuk

memperlancar dalam pengolahan data. Parameter yang diukur dalam penelitian ini

berupa:

1. Kecepatan angin, v (m/s)

2. Gaya pengimbang, F (N)

3. Putaran poros kincir angin, n (rpm)

3.9 Parameter yang Dihitung

Untuk mendapatkan karakteristik yang didapat dalam penelitian,

menggunakan parameter sebagai berikut:

1. Daya angin (Pin)

2. Daya kincir (Pout)

3. Koefisien daya (CP)

4. Tip speed ratio (λ)

3.10 Langkah Percobaan

Pengambilan data untuk penelitian berupa nilai dari kecepatan angin, beban,

dan kecepatan putar kincir angin yang dilakukan secara bersama–sama. Langkah

percobaan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.15. Yang perlu dilakukan pertama

kali adalah memasang kincir angin pada terowongan angin. Langkah selanjutnya

dalam pengambilan data ditunjukkan sebagai berikut:


28

1. Mengatur sudu kincir dengan sudut potong 70o yang dipasangkan dengan

rotor kemudian digabungkan dengan poros utama kincir.

2. Menghubungkan poros utama kincir dengan mekanisme pengereman.

3. Menempatkan anemometer di depan kincir angin untuk mengetahui nilai

kecepatan angin.

4. Memasang neraca pegas pada tempat yang sudah ditentukan.

5. Memasang tali antara neraca pegas dengan mekanisme pengereman.

6. Menghidupkan blower untuk menghembuskan angin dalam terowongan

angin.

7. Mengatur jarak celah antara blower dengan terowongan angin agar

sesuai dengan nilai kecepatan angin yang diinginkan.

8. Variasi pembebanan pada mekanisme pengereman berupa penambahan

karet, dimulai dari tanpa karet, satu karet, dua karet hingga kincir angin

berhenti berputar.

9. Melakukan pembacaan dan mencatat besarnya kecepatan angin pada

anemometer, nilai putaran poros kincir dengan alat ukur takometer serta

besarnya pembebanan dengan neraca pegas.

10. Dalam setiap pengujian dilakukan 3 kali pengulangan untuk

mendapatkan nilai terbaik.

11. Mengulangi langkah 1 sampai 10 untuk variasi sudut potong sudu 80o

dan 90o.


29

Gambar 3.15 Skema Pengujian Kincir Angin 3.11 Langkah Pengolahan Data

Dari data yang telah diperoleh, maka data tersebut dapat diolah dengan

langkah-langkah sebagai berikut:

1. Setelah diketahui nilai dari kecepatan angin (v) dan luasan kincir (A),

maka dapat dicari daya angin (Pin).

2. Dari besar pembebanan yang diketahui, maka bisa diperoleh gaya

pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk mencari torsi (T).

3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk

mencari daya kincir (Pout).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling di ujung sudu dan kecepatan

angin, maka tip speed ratio (λ) dapat dicari.

5. Dari data daya kincir angin (Pout) dan daya angin (Pin) maka nilai dari

koefisien daya (CP) dapat diketahui.


BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

Hasil percobaan berupa nilai dari kecepatan angin (m/s), putaran kincir

(rpm), dan gaya pengimbang (gram). Data hasil percobaan kincir angin untuk

variasi sudut potong dapat dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data Percobaan Kincir Angin dengan Sudut Potong 70o

Nomer Pengujian Kec. angin rata-rata, v

(m/s)

Gaya pengimbang, F (gram)

Putaran kincir, n

(rpm) 1

Pertama 8,5

0 848 2 190 714 3 250 673 4 280 630 5 340 565 6 400 532 7 440 447

1

Kedua 8,5

0 857 2 150 754 3 200 691 4 310 585 5 350 553 6 390 543 7 420 460 8 450 436

1

Ketiga 8,5

0 872 2 130 740 3 200 700 4 250 665 5 290 641 6 340 586 7 370 546 8 410 492 9 440 467

30


31

Tabel 4.2 Data Percobaan Kincir Angin dengan Sudut Potong 80o.

Nomer Pengujian Kec. angin rata-rata, v

(m/s)


Putaran kincir, n (rpm)

1

Pertama 8,5

0 848 2 160 794 3 220 689 4 250 669 5 290 619 6 350 572 7 370 532 8 450 515 9 480 438

1

Kedua 8,5

0 867 2 130 707 3 210 693 4 270 665 5 320 628 6 380 484 7 420 472 8 450 456 9 470 404

1

Ketiga 8,5

0 870 2 130 768 3 200 685 4 230 661 5 290 654 6 360 604 7 430 519 8 450 502 9 490 434 10 500 388


32

Tabel 4.3 Data Percobaan Kincir Angin dengan Sudut Potong 90o.

Nomer Pengujian Kec. Angin rata-rata, v

(m/s)


Putaran kincir, n

(rpm) 1

Pertama 8,5

0 803 2 160 725 3 220 673 4 260 633 5 340 593 6 380 553 7 420 525 8 470 480 9 540 374

1

Kedua 8,5

0 820 2 140 714 3 210 908 4 250 663 5 290 644 6 340 580 7 380 528 8 410 520 9 450 502 10 510 392

1

Ketiga 8,5

0 814 2 130 714 3 200 652 4 240 638 5 310 583 6 370 546 7 410 512 8 450 489 9 500 365


33

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data dilakukan untuk memperoleh nilai unjuk kerja kincir dari

hasil pengujian, kemudian data hasil pengujian dimasukkan ke dalam persamaan-

persamaan yang sudah ditentukan. Sampel data dalam contoh perhitungan

menggunakan data kincir angin sudut potong 80o

percobaan pertama urutan

delapan sebagai berikut:

1. Besarnya daya angin (Pin) yang diterima oleh kincir berdiameter 0,8 m

dengan kecepatan angin rata-rata 8,5 m/s dapat dicari dengan Persamaan 2:

Dengan diketahui:

maka,

Jadi daya yang tersedia pada angin adalah 179,63 watt

2. Besarnya daya kincir angin (Pout) dapat dicari dengan persamaan 4 dengan

terlebih dahulu mencari kecepatan sudut dan torsi, yang dicari dengan

Persamaan 5 dan 6:


34

Maka kecepatan sudut (ω) yang didapatkan adalah 53,93 rad/s.

Dengan diketahui:

Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,88 Nm.

Maka daya yang dihasilkan kincir:

Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 47,45 watt.

3. Besarnya tip speed ratio (λ) dapat dicari dengan Persamaan 3. Besar λ

adalah:

Sehingga λ yang didapatkan 2,54.

4. Besarnya Koefisien daya (CP) dapat dicari dengan Persamaan 7, besarnya

CP adalah:


35

Maka CP yang dihasilkan adalah 26,41%.

4.3 Data Hasil Perhitungan

Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memberikan variasi sudut

potong pada kincir angin, kemudian data diolah menggunakan Microsoft Excel,

maka diperoleh data perhitungan sesuai Tabel 4.4, 4.5, dan 4.6.

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Dari data perhitungan yang diperoleh, kemudian diolah kembali dalam

bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara putaran kincir (n) dengan torsi

(T), daya kincir (Pout) dengan torsi (T), serta grafik hubungan antara koefisien

daya (CP) dengan tip speed ratio (λ).

4.4.1 Grafik Kincir Angin dengan Sudut Potong 70°

1) Grafik hubungan antara putaran poros (n) dengan torsi (T) pada kincir

angin sudut 70o ditunjukkan pada Gambar 4.1.


36

Tabel 4.4 Data Perhitungan Kincir Angin dengan Sudut Potong 70°.

No.

Putaran kincir

angin, n

Gaya pengimbang,

F

Torsi, T

Kecepatan sudut,

ω

Daya kincir,

Pout CP (%) Λ (λ)

Rpm N Nm rad/s watt 1 848 0 0 88,84 0 0 4,18 2 715 1,86 0,37 74,86 27,91 15,45 3,52 3 674 2,45 0,49 70,57 34,61 19,16 3,32 4 630 2,75 0,55 66,04 36,28 20,08 3,11 5 565 3,34 0,67 59,19 39,48 21,86 2,79 6 532 3,92 0,78 55,75 43,76 24,22 2,62 7 447 4,32 0,86 46,87 40,46 22,40 2,21 1 858 0 0 89,86 0 0 4,23 2 755 1,47 0,29 79,08 23,27 12,88 3,72 3 691 1,96 0,39 72,43 28,42 15,73 3,41 4 638 2,55 0,51 66,82 34,08 18,87 3,14 5 585 3,04 0,61 61,32 37,29 20,64 2,89 6 554 3,43 0,69 58,02 39,84 22,05 2,73 7 544 3,83 0,77 56,95 43,58 24,12 2,68 8 461 4,12 0,82 48,27 39,78 22,02 2,27 9 436 4,41 0,88 45,69 40,34 22,33 2,15 1 873 0 0 91,44 0 0 4,30 2 740 1,28 0,26 77,57 19,78 10,95 3,65 3 701 1,96 0,39 73,42 28,81 15,95 3,45 4 665 2,45 0,49 69,70 34,19 18,92 3,28 5 641 2,84 0,57 67,18 38,23 21,16 3,16 6 586 3,34 0,67 61,38 40,95 22,67 2,89 7 547 3,63 0,73 57,26 41,57 23,01 2,69 8 492 4,02 0,80 51,55 41,57 22,96 2,43 9 467 4,32 0,86 48,96 42,26 23,39 2,30


37


No.

Putaran kincir

angin,n

Gaya pengimbang,

F

Torsi, T

KecepatanSudut, ω

Daya kincir,

Pout CP (%) Λ (λ) rpm N Nm rad/s watt

1 849 0 0 88,9 0 0 4,18 2 795 1,57 0,31 83,2 26,13 14,46 3,92 3 689 2,16 0,43 72,2 31,16 17,25 3,40 4 669 2,45 0,49 70,1 34,39 19,03 3,30 5 620 2,84 0,57 64,9 36,93 20,44 3,05 6 572 3,43 0,69 60,0 41,18 22,79 2,82 7 533 3,63 0,73 55,8 40,50 22,42 2,63 8 516 4,41 0,88 54,0 47,72 26,41 2,54 9 438 4,71 0,94 45,9 43,24 23,94 2,16 1 868 0 0 90,9 0 0 4,28 2 707 1,28 0,26 74,1 18,89 10,46 3,49 3 693 2,06 0,41 72,6 29,92 16,56 3,42 4 665 2,65 0,53 69,7 36,92 20,44 3,28 5 629 3,14 0,63 65,9 41,35 22,89 3,10 6 485 3,73 0,75 50,8 37,87 20,96 2,39 7 472 4,12 0,82 49,5 40,76 22,56 2,33 8 457 4,41 0,88 47,8 42,23 23,38 2,25 9 405 4,61 0,92 42,4 39,10 21,64 2,00 1 870 0 0 91,1 0 0 4,29 2 769 1,28 0,26 80,5 20,54 11,37 3,79 3 686 1,96 0,39 71,9 28,20 15,61 3,38 4 662 2,26 0,45 69,3 31,27 17,31 3,26 5 654 2,84 0,57 68,5 38,98 21,58 3,22 6 605 3,53 0,71 63,3 44,73 24,76 2,98 7 520 4,22 0,84 54,5 45,94 25,43 2,56 8 502 4,41 0,88 52,6 46,43 25,70 2,47 9 435 4,81 0,96 45,6 43,79 24,24 2,14 10 388 4,91 0,98 40,6 39,88 22,07 1,91


38


No.

Putaran kincir

angin,n

Gaya pengimbang,

F

Torsi, T

Kecepatansudut, ω

Daya kincir,

Pout CP (%) Λ (λ)

rpm N Nm rad/s watt 1 804 0 0 84,2 0 0 3,96 2 725 1,57 0,31 76,0 23,84 13,20 3,57 3 674 2,16 0,43 70,6 30,47 16,87 3,32 4 633 2,55 0,51 66,3 33,84 18,73 3,12 5 594 3,34 0,67 62,2 41,48 22,96 2,93 6 553 3,73 0,75 58,0 43,21 23,92 2,73 7 525 4,12 0,82 55,0 45,33 25,09 2,59 8 480 4,61 0,92 50,3 46,41 25,69 2,37 9 375 5,30 1,06 39,2 41,58 23,01 1,85 1 820 0 0 85,9 0 0 4,04 2 714 1,37 0,27 74,8 20,55 11,37 3,52 3 909 2,06 0,41 95,2 30,59 16,93 4,48 4 664 2,45 0,49 69,5 34,09 18,87 3,27 5 645 2,84 0,57 67,5 38,43 21,27 3,18 6 580 3,34 0,67 60,8 40,54 22,44 2,86 7 528 3,73 0,75 55,4 41,27 22,58 2,60 8 520 4,02 0,80 54,5 43,85 24,27 2,57 9 502 4,41 0,88 52,6 46,46 25,72 2,48 10 393 5,00 1,00 41,1 41,16 22,78 1,94 1 814 0 0 85,3 0 0 4,01 2 715 1,28 0,26 74,9 19,10 10,57 3,52 3 652 1,96 0,39 68,3 26,81 14,84 3,21 4 638 2,35 0,47 66,8 31,47 17,42 3,15 5 583 3,04 0,61 61,1 31,17 20,57 2,88 6 547 3,63 0,73 57,3 41,56 23,01 2,69 7 513 4,02 0,80 53,7 43,21 23,92 2,53 8 489 4,41 0,88 51,2 45,23 25,04 2,41 9 366 4,91 0,98 38,3 37,58 20,80 1,80


39

Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (T) pada Kincir Angin Sudut Potong 70o

Gambar 4.1 menunjukkan kecepatan putaran poros maksimal pada

848 rpm dengan torsi 0 Nm saat kecepatan angin rata-rata sebesar 8,5 m/s.

Nilai torsi maksimal sebesar 0,86 Nm dicapai ketika nilai putaran poros

sebesar 447,4 rpm. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar putaran

kincir, nilai torsi yang dihasilkan justru semakin kecil.

2) Grafik hubungan antara daya kincir angin (Pout) dan torsi (T) pada kincir

angin sudut 70o seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Daya Kincir (Pout) dan Torsi (T) pada Kincir Angin Sudut Potong 70o.


40

Gambar 4.2 menunjukkan bahwa nilai dari torsi berbanding lurus

dengan nilai daya kincir sampai pada kondisi tertentu, yakni kondisi

optimal. Ketika kondisi optimal telah tercapai maka daya kincir yang

dihasilkan akan semakin menurun. Dari Gambar 4.2 diketahui bahwa nilai

daya kincir optimal pada 43,76 watt ketika torsi sebesar 0,78 Nm dan

kecepatan angin rata-rata sebesar 8,5 m/s.

3) Grafik hubungan antara koefisien daya (CP) dengan tip speed ratio (λ)

kincir angin sudut potong 70o ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya (CP) dan tip speed ratio (λ) pada Kincir Angin Sudut Potong 70o

Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara koefisien daya (CP) dan

tip speed ratio (λ) menunjukkan nilai maksimal CP 24,22 % pada λ 2,62.

Besarnya CP dan λ dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Unjuk kerja

tinggi akan menghasilkan CP sekaligus λ yang tinggi, sampai titik tertentu

hingga akhirnya menunjukkan grafik penurunan.

CP = -8.835λ2 + 45.20λ - 34.38

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5

Koef

isie

n da

ya, C

p (%

)

Tip speed ratio, λ


41

Untuk mendapatkan λ optimal dalam penelitian bisa menggunakan

persamaan yang didapatkan dari Gambar 4.3 kemudian persamaan tersebut

dideferensialkan menjadi:

λ optimal yang didapat kemudian disubtitusikan kedalam persamaan

sebelumnya untuk mendapakan nilai CPmax yaitu:


1) Grafik hubungan antara putaran poros kincir (n) dengan torsi (T) pada

kincir angin sudut 80o ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (T) Kincir Angin Sudut Potong 80o


42

Gambar 4.4 menunjukkan putaran kincir maksimal 848,8 rpm

dengan torsi 0 Nm dengan kecepatan angin rata-rata sebesar 8,5 m/s. Nilai

torsi maksimal sebesar 0,94 Nm dicapai ketika nilai putaran poros sebesar

438,3 rpm. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar putaran kincir, nilai

torsi yang dihasilkan justru semakin kecil.

2) Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi (T) kincir angin sudut

potong 80o ditunjukkan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Daya Kincir (Pout) dan Torsi (T) Kincir Angin Sudut Potong 80o

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa nilai dari torsi berbanding lurus

dengan nilai daya kincir sampai pada kondisi tertentu, yakni kondisi


dihasilkan akan semakin menurun. Dari gambar 4.5 diketahui bahwa nilai

daya kincir optimal pada 40,5 watt ketika torsi sebesar 0,73 Nm saat



43

3) Grafik hubungan koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (λ) kincir angin

sudut potong 80o ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara CP dan λ Kincir Angin Sudut Potong 80o

Gambar 4.6 menunjukkan CP maksimal 26,41 % pada λ 2,54.

Besarnya CP dan λ dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Unjuk kerja

tinggi akan menghasilkan CP sekaligus λ yang tinggi sampai titik tertentu

hingga akhirnya menunjukkan grafik penurunan, begitu juga sebaliknya

jika unjuk kerja kincir angin rendah maka CP dan λ yang diperoleh rendah.




CP = -6.933λ2 + 33.89λ - 17.14

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4

Koef

isie

n da

ya, C

p (%

)

Tip speed ratio, λ


44



+33,89(2,45)-17,14


1) Grafik hubungan antara putaran poros (n) dengan torsi (T) pada kincir

angin sudut 90o ditunjukkan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir dan Torsi pada Kincir Sudut Potong 90o

Gambar 4.7 menunjukkan putaran maksimal 820 rpm dengan torsi 0

Nm. Nilai torsi maksimal sebesar 1,00 Nm dicapai ketika nilai putaran

poros sebesar 392,6 rpm saat kecepatan angin rata-rata sebesar 8,5 m/s.

Semakin rendah kecepatan angin maka akan menurunkan putaran kincir

sehingga torsi yang dihasilkan semakin besar.


45

2) Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi (T) kincir angin sudut

potong 90o

Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Daya Kincir (Pout) dan Torsi (T)

Kincir Angin Sudut Potong 90o

Dalam Gambar 4.8 ditunjukkan bahwa nilai dari torsi berbanding

lurus dengan nilai daya kincir sampai pada kondisi tertentu, yakni kondisi


dihasilkan akan semakin menurun. Dari Gambar 4.8 diketahui bahwa nilai

daya kincir optimal pada 46,46 watt ketika torsi sebesar 0,88 Nm dan


3) Grafik hubungan koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (λ) kincir angin

sudut potong 90o


46

Gambar 4.9 Grafik Hubungan antara CP dan λ Kincir Angin Sudut Potong 90o

Gambar 4.9 menunjukkan CP maksimal 25,72 % pada λ 2,48. Besarnya CP

dan λ sama-sama dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Unjuk kerja tinggi

akan menghasilkan CP sekaligus λ yang tinggi sampai titik tertentu hingga

akhirnya menunjukkan grafik penurunan, begitu juga sebaliknya jika unjuk kerja

kincir angin rendah maka CP dan λ yang diperoleh rendah.




CP = -9.652λ2 + 47.32λ - 33.14

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4

Koef

isie

n da

ya, C

P(%

)

Tip speed ratio, λ


47



+47,32(2,45)-33,14

4.5 Grafik Perbandingan Kincir

Nilai koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (λ) kincir angin dengan

masing-masing sudut potong sudah diketahui. Gambar 4.10 akan menunjukkan

perbandingan nilai masing-masing sudut potong seperti berikut:

Gambar 4.10 Garfik Hubungan Koefisien Daya dan tip speed ratio untuk Tiga Variasi Sudu dari Sudut Potong 70o, 80o dan 90o.

Gambar 4.10 menjelaskan perbandingan antara nilai koefisien daya Cp

dengan tip speed ratio untuk tiga variasi sudut yakni sudut potong 70o, 80o, dan

90o. Dalam penelitian ini, nilai koefisien daya Cp dan tip speed ratio λ

menggunakan nilai hasil pengujian yang telah dilakukan dan ditunjukkan berupa

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4

Koef

isie

n D

aya,

CP

(%)

tip speed ratio, λ

Hasil Pengujian Kincir 70



Poly. (Hasil Pengujian Kincir 70)




48

pola titik pada Gambar 4.10, sedangkan pola garis pada Gambar 4.10 hanya

menunjukan nilai perhitungan menggunakan rumus empirik. Kincir angin dengan

sudu 80o memiliki nilai koefisien daya maksimal (CPmax) paling tinggi yaitu

26,41 % pada nilai λ 2,54 kemudian nilai (CPmax) selanjutnya sebesar 25,72 %

pada λ 2,48 yang dihasilkan oleh kincir dengan sudut potong 90o. Sedangkan nilai

(CPmax) dari kincir angin 70o adalah 24,22 % pada λ 2,62.


BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian model kincir angin poros horisontal tiga sudu dari bahan

kayu berlapis seng dari belahan kerucut dengan diameter kecil kerucut 15 cm dan

diameter besar kerucut 22,5 cm sepanjang 37 cm dengan tiga variasi sudut potong

yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Telah berhasil dibuat model kincir angin poros horisontal tiga sudu dari

bahan kayu berlapis seng terbuat dari belahan kerucut dengan diameter

kecil kerucut 15 cm dan diameter besar kerucut 22,5 cm sepanjang 37 cm

dengan tiga variasi sudut potong (70o,80o dan 90o) dengan nilai sudut

kerucut sebesar 12o dalam bentuk dan ukuran yang sama.

2. Kincir angin dengan sudut potong 70o dapat menghasilkan daya kincir

(Pout) maksimal sebesar 43,76 watt pada torsi optimal sebesar 0,86 Nm.

Kincir angin dengan sudut potong 80o dapat menghasilkan daya kincir

(Pout) maksimal sebesar 47,72 Watt pada torsi optimal sebesar 0,88 Nm.

Kincir angin dengan sudut potong 90o dapat menghasilkan daya kincir

(Pout) maksimal sebesar 46,46 watt pada torsi optimal sebesar 0,88 Nm.

3. Kincir angin dengan sudut potong 70° memiliki koefisien daya (CPmax)

24,22 % pada λ 2,62. Kincir dengan sudut potong 80° memiliki koefisien

49


50

daya (CPmax) 26,41 % pada λ 2,54. Kincir dengan sudut potong 90°

memiliki koefisien daya (CPmax) 25,72 % pada λ 2,48.

4. Dari tiga variasi sudut potong dalam penelitian, variasi kincir angin

dengan sudut potong 80º menghasilkan koefisien daya yang paling

tinggi yaitu sebesar 26,41 % pada tip speed ratio(λ) 2,54.

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian terdapat beberapa kekurangan yang perlu

diperhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan lebih lanjut

tentang kincir angin antara lain:

1. Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja kincir angin perlu dilakukan

penelitian lebih lanjut tentang variasi sudut potong yang lebih bedekatan

dengan nilai sudut potong yang sudah ada, sehingga diharapkan dapat

ditemukan sudut potong yang dapat menghasilkan koefisien daya (CP)

dan tip speed ratio( λ) yang lebih baik.

2. Lebih teliti dalam proses pembuatan kincir agar memperoleh bentuk dan

ukuran yang lebih presisi dan seragam sesuai desain kincir.

3. Mengatur blower dan terowongan angin yang digunakan agar

mendapatkan kecepatan angin yang lebih stabil.


51

DAFTAR PUSTAKA Anonim, http://www.dw.com/id/10-negara-dengan-garis-pantai-terpanjang-di-

dunia/g-18951508, diunduh 15 Febuari 2016. Johnson, G.L., 2006, Wind Energy System, Manhattan. Diakses : Tanggal 1 April

2015. Kementrian Energi dan Sumberdaya Mineral. 2010, Rencana Strategis

Kementrian ESDM 2010-2014, http://www.esdm.go.id., Diakses 16 Febuari 2016.

Maulana, Koko, 2014, Pemanfaatan Energi Angin, Alamat web:

http://kokomaulana-st.blogspot.co.id/search/label/energi%20alternatif. Diakses 16 Febuari 2016.

Rines, 2012, Bahan Ajar Rekayasa Energi Angin, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

Saefullah, Asep. 2015, Setrum Ramah dari Hembusan Angin. Alamat web: http://www.sindoweekly.com/planet/magz/no-38-tahun-iv/setrum-ramah-dari-embusan-angin. Diakses 17 Febuari 2016.

Tri, H. 2014, Pemanfaatan Angin Sebagai Sumber Energi Alternative. Alamat

web : https://www.bersosial.com, Diakses pada 11 Febuari 2016. Wibowo, A, S. 2012 : Makalah Energi Angin Menjadi Energi Listrik, Alamat

web: http://anangsetiyowibowo.blogspot.com., Diakses pada 30 Januari 2016.




http://kokomaulana-st.blogspot.co.id/search/label/energi%20alternatif

http://www.sindoweekly.com/planet/magz/no-38-tahun-iv/setrum-ramah-dari-embusan-angin

http://www.sindoweekly.com/planet/magz/no-38-tahun-iv/setrum-ramah-dari-embusan-angin

52

LAMPIRAN GAMBAR KERJA

Gambar L.1 Kincir Angin dengan Sudut Potong 70o



53


Gambar L.4 Pengujian Kincir Angin di Terowongan Angin


54

Gambar L.5 Kincir Angin Terpasang di Terowongan Angin

Gambar L.6 Mal Pengatur Sudut Potong Sudu Kincir Angin


55

Gambar L.7 Rotor Kincir Angin


UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELERTIGA SUDU … filepembuatan alat dan diskusi. 7. Orang tua...

Documents

Transcript of UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELERTIGA SUDU … filepembuatan alat dan diskusi. 7. Orang tua...