UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL … · the characteristics of giromill windmill type...

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL DENGAN

VARIASI BENTUK SUDU NACA 0018, NACA 0021 DAN NACA 0024

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

AJI MAHARDIKA

NIM : 135214025

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF WINDMILL MODEL GIROMILL TYPE

WITH VARIATIONS OF BLADE SHAPE NACA 0018, NACA 0021 AND

NACA 0024

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfillment of the requirement

to obtan Sarjana Teknik degree

in mechanical engineering

By:

AJI MAHARDIKA

Student Number : 135214025

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iii


iv


v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam

skripsi dengan judul:



Yang saya buat untuk melengkapi persyaratan ditempuh untuk menjadi Sarjana

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

Sanata Dharma Yogyakarta. Tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk

memperoleh gelar sarjana di perguruan tinggi manapun dan sejauh yang saya

ketahui tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain, kecuali bagian informasi diacu dan disebutkan dalam daftar

pustaka.

Yogyakarta, 8 Januari 2018

Penulis

Aji Mahardika


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

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

Nama : AJI MAHARDIKA

NIM : 135214025

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :



Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan

mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalitas kepada saya

selama tanpa mencantumkan saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya

Yogyakarta, 8 Januari 2018

Yang menyatakan

Aji Mahardika


vii

ABSTRAK

Indonesia merupakan negara kepulauan dan memiliki garis pantai yang

panjang, sehingga tidak menutup kemungkinan terdapatnya energi angin yang

bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Penelitian ini dilakukan untuk

membuat model kincir angin tipe giromill menggunakan variasi bentuk sudu

airfoil NACA seri 4 digit yang diuji untuk mengetahui hasil koefisien daya dan

tip speed ratio pada setiap variasi.

Kincir angin yang diuji dalam penelitian ini dipilih tipe giromill dengan poros

vertikal dan memiliki 6 sudu yang terbagi dalam 2 tingkatan. Kincir angin yang

dibuat memiliki tinggi 100 cm dan diameter 75 cm dengan variasi bentuk sudu

airfoil NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024. Pengujian dilakukan dengan

mengatur kecepatan angin pada jangkauan 7,0 m/s – 7,5 m/s. Data yang diambil

adalah kecepatan putar poros kincir angin, beban pengimbang dan kecepatan

angin. Selanjutnya dilakukan pengolahan data untuk mengetahui karakteristik

kincir angin tipe giromill yang sudah dibuat.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa model kincir angin tipe giromill dengan

sudu airfoil NACA 0018 menghasilkan unjuk kerja terbaik dengan koefisien daya

maksimal sebesar 13,90% pada tip speed ratio optimal sebesar 1,796. Kincir

angin tipe giromill dengan bentuk sudu airfoil NACA 0021 menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 9,739% pada tip speed ratio optimal sebesar

1,516 dan kincir angin tipe giromill dengan bentuk sudu airfoil NACA 0024

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 7,78% pada tip speed ratio

optimal sebesar 1,348.

Kata kunci : kincir angin giromill, kincir angin poros vertikal, koefisien

daya, tip speed ratio


viii

ABSTRACT

Indonesia is an archipelagic country and has a long coastline, so it does not

close the possibility of wind energy that can be utilized as a power plant. This

research was conducted to make a model of giromill type windmill using variation

a variation of 4-digit NACA airfoil blade series, tested to determine the

coefficient of power and tip speed ratio on each variation.

The windmill tested in this study giromill type was selected with vertical axis

and has 6 blades divided into 2 levels. The windmill that is made has a height of

100 cm and diameter of 75 cm with variations blade shapes of airfoil NACA

0018, NACA 0021 and NACA 0024. For testing done by setting the wind speed

between 7.0 m / s - 7.5 m / s, The data taken is the rotational speed of the wind

turbine shaft, balancer load and wind speed. Then do the processing data to know

the characteristics of giromill windmill type that has been made.

The test results showed that the giromill type windmill model with airfoil

blade NACA 0018 resulted in the best performance with maximum power

coefficient of 13.90% at the optimum tip speed ratio of 1.796. Giromill type

windmill with airfoil blade NACA 0021 resulted maximum power coefficient of

9,739% at the optimum tip speed ratio of 1,516 and giromill windmill type with

airfoil blade NACA 0024 resulted maximum power coefficient of 7,78% at the

optimum tip speed ratio of 1.348.

Keywords: giromill windmill, vertical axis wind turbine, power coefficient,

tip speed ratio


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat serta kasih-Nya,

sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul “Unjuk

Kerja Model Kincir Angin Tipe Giromill dengan Variasi Bentuk Sudu NACA

0018, NACA 0021 dan NACA 0024”.

Penulis menyadari dalam menyelesaikan skripsi tidak lepas dari campur

tangan pihak-pihak yang ikut membantu, sehingga pada kesempatan ini penulis

dengan segala rasa hormat ingin menyampaikan rasa trimakasih sebesar-besarnya

kepada:

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

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T.,M.Si., selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

4. Ir Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma yang telah mendidik dan mendukungan sehingga

pembuatan skripsi dapat terselesaikan.

6. Orang tua yang telah memberikan dukungan dalam hal materi maupun

spiritual.

7. Layung Hindah Suminar selaku saudara kandung yang selalu memberi

dukungan.

8. Kosmas Kelik Cahyadi selaku rekan kelompok tugas akhir.

9. Rekan-rekan mahasiswa Prodi Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak

dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan skripsi

ini.


x

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan sekripsi tidak sempurna dan

masih banyak yang perlu diperbaiki, sehingga penulis sangat mengharapkan

masukan dan kritikan yang dapat menyempurnakannya. Penulis berharap semoga

skripsi ini bermanfaat bagi semua terutama di bidang pendidikan.

Yogyakarta, 8 januari 2018

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

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

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

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

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................. v

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

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

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

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

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

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

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

BAB I PENDAHULUAN

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

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

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

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

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

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

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

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

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal ............................................................... 6

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Horisontal ........................................................... 9

2.3 Airfoil ............................................................................................................. 11

2.4 NACA ............................................................................................................ 13

2.5 Rumus Perhitungan ........................................................................................ 15

2.5.1 Daya Angin ........................................................................................... 15

2.5.2 Torsi Kincir Angin ................................................................................ 16

2.5.3 Daya Kincir Angin ................................................................................ 17

2.5.4 Tip Speed Ratio ..................................................................................... 18

2.5.5 Koefisien Daya ..................................................................................... 19

2.6 Tinjauan Pustaka ............................................................................................ 20


xii

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir .................................................................................................. 22

3.2 Objek Penelitian ............................................................................................. 23

3.3 Perancangan Kincir Angin ............................................................................. 23

3.3.1 Pembuatan Sudu Kincir Angin ............................................................. 24

3.3.2 Pembuatan Penopang Sudu Kincir Angin ............................................ 26

3.3.3 Pembuatan Penopang dan Poros Kincir Angin ..................................... 26

3.4 Alat dan Bahan Untuk Pembuatan ................................................................. 27

3.5 Alat Untuk Pengujian ..................................................................................... 28

3.6 Variabel Penelitian ......................................................................................... 30

3.7 Langkah Pengambilan dan Pengolahan Data ................................................. 31

BAB IV ANALISIS DATADAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian ...................................................................................... 34

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ................................................................. 38

4.2.1 Perhitungan Torsi .................................................................................. 38

4.2.2 Perhitungan Daya Angin ....................................................................... 38

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin ........................................................... 39

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio................................................................. 40

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ................................................................. 40

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

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan .................................................... 45

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir

Angin Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0018 .......... 45





4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Bentuk Sudu ............................................ 52


xiii

4.5.1 Grafik Hubungan Torsi dengan Kecepatan Putar Poros Model

Kincir Angin Tipe Giromill dengan Tiga Variasi Sudu yang

Digunakan ............................................................................................. 52

4.5.2 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Daya Model

Kincir Angin Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil yang

Digunakan ............................................................................................. 53

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 55

5.2 Saran ............................................................................................................... 56

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 57


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir angin giromill dengan tiga sudu ......................................... 7

Gambar 2.2 Kincir angin tipe Darrieus ............................................................. 7

Gambar 2.3 Kincir angin tipe Savonius ............................................................ 8

Gambar 2.4 Kincir angin tipe we-power ........................................................... 8

Gambar 2.5 Kincir angin tipe propeller ............................................................ 10

Gambar 2.6 Kincir angin tipe American multiblade ......................................... 11

Gambar 2.7 Bagian-bagian terdapat pada sudu airfoil...................................... 12

Gambar 2.8 Ukuran airfoil NACA seri 4 digit dengan panjang chord 22 cm. . 14

Gambar 2.9 Gambar grafik hubungan Cp dan tip speed ratio ........................... 17

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin tipe giromill ............ 22

Gambar 3.2 Perancangan kincir angin tipe giromill .......................................... 23

Gambar 3.3 Perancangan model kincir angin tipe giromil dengan sudu airfoil

NACA ............................................................................................ 24

Gambar 3.4 Kayu jati belanda dibentuk pola NACA ........................................ 24

Gambar 3.5 Kerangka sudu kincir angin ........................................................... 25

Gambar 3.6 Sudu kincir angin yang dilapisi plat seng ...................................... 25

Gambar 3.7 Pemasangan penopang pada sudu kincir angin ............................. 26

Gambar 3.8 Penampang kincir angin bagian atas dan bawah (a) dan

penampang bagian tengah (b) ........................................................ 26

Gambar 3.9 Anemometer .................................................................................. 28

Gambar 3.10 Takometer ...................................................................................... 29

Gambar 3.11 Neraca pegas .................................................................................. 29

Gambar 3.12 Mekanisme pengereman tampak luar (a) dan bagian dalam

mekanisme pengereman (b) ........................................................... 30

Gambar 3.13 Fan blower..................................................................................... 30

Gambar 3.14 Skema pengujian kincir angin giromil .......................................... 34


xv

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada

model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil

NACA 0018. .................................................................................. 46

Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio

(λ) pada model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu

airfoil NACA 0018. ....................................................................... 46



NACA 0021. .................................................................................. 48



airfoil NACA 0021. ....................................................................... 49



NACA 0024. .................................................................................. 50



airfoil NACA 0021. ....................................................................... 51

Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir untuk

ketiga variasi dudu yang digunakan. ............................................. 53

Gambar 4.8 Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya untuk

ketiga variasi sudu yang digunakan. .............................................. 53


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi

bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s ...... 34





Tabel 4.4 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan

variasi bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin

7,3 m/s. ................................................................................................. 41



7,2 m/s .................................................................................................. 42



7,2 m/s .................................................................................................. 44


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi adalah suatu persoalan yang tidak dapat

terhindarkan di jaman yang semakin modern, sehingga sebuah teknologi yang di

ciptakan diharuskan memiliki efisiensi dalam segi produksi, unjuk kerja dan

dampak bagi lingkungan. Untuk proses produksi tidak akan lepas dari kebutuhan

akan energi listrik, sedangkan listrik kebanyakan yang dihasilkan menggunakan

sumber energi berbahan bakar fosil dan batu bara. Tetapi kelemahan dari bahan

bakar minyak/fosil adalah energi yang tidak dapat di perbaharui. Pada tahun 2014

di Indonesia, cadangan terbukti minyak bumi sebesar 3,6 milliar barel, gas bumi

sebesar 100,3 TCF dan batu bara sebesar 32,27 milliar ton. Berdasarkan rasio R/P

(Reserve/Production) tahun 2014, maka minyak bumi akan habis 12 tahun, gas

bumi 37 tahun dan batu bara 70 tahun. Cadangan tersebut bahkan bisa lebih cepat

habis jika penggunaan terus meningkat. Dalam proses pengolahan dan

pengambilan bahan bakar minyak juga berdampak buruk bagi lingkungan sekitar.

Jika dilakukan terus menerus bahan bakar minyak akan habis, oleh sebab itu harus

mulai memanfaatkan energi terbarukan yang tidak akan habis dan tidak

berdampak buruk bagi lingkungan sekitar.

Energi terbarukan adalah energi yang tidak akan habis jika di gunakan terus

menerus, sebagai contoh energi angin, air, surya dan panas bumi, dll. Energi

terbarukan juga memiliki kekuarangan, yaitu dalam penggunaannya sebagai

pembangkit listrik energi yang dihasilkan tidak bisa konstan seperti pembangkit

listrik berbahan bakar fosil. Karena energi terbarukan bergantung dengan kondisi


2

alam, sehingga dalam menentukan pembangkit listrik yang akan digunakan harus

sesuai dengan lingkungan di sekitar.

Energi angin adalah salah satu energi terbarukan, sejak dahulu sudah mulai

dimanfaatkan untuk keperluan sehari-hari. Dibutuhkan kincir angin untuk

merubah energi kinetik yang terdapat pada angin menjadi energi mekanik untuk

menggerakkan pompa, penggilingan dan menggerakkan generator sebagai

penghasil litrik. Sekarang sudah banyak negara maju mulai menggembangkan

energi angin untuk menghasilkan energi listrik, karena sangat ramah lingkungan.

Kincir angin dibedakan berdasarkan sumbu putarnya, yaitu kincir angin

sumbu vertikal dan kincir angin sumbu horisontal. Kincir angin giromill

merupakan salah satu kincir angin dalam kategori kincir angin sumbu vertikal.

Kincir angin giromill memiliki sudu yang menyerupai konstruksi pesawat, yang

biasa disebut dengan airfoil. Pada kincir angin tipe giromill pemasangan sudu

harus sejajar dengan posisi poros kincir angin.

Dalam pengujian ini menggunakan model kincir angin tipe giromill, dengan

judul tugas akhir “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Tipe Giromill dengan Variasi

Bentuk Sudu NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024”. Kincir angin tipe

giromill membutuhkan kecepatan yang relatif tinggi pada putaran awalnya. Tetapi

kincir angin tipe giromill juga memiliki torsi yang tinggi dengan kecepatan putar

poros yang relatif rendah.

1.2 Rumusan Masalah

Perumusan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut:

a. Indonesia belum memanfaatkan energi terbarukan secara maksimal.


3

b. Beberapa daerah di Indonesia memiliki potensi energi angin yang bisa

dimanfaatkan untuk memutar kincir angin.

c. Masih sedikitnya informasi mengenai unjuk kerja kincir angin tipe

giromill.

d. Kincir angin tipe giromill memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan

kecepatan angin yang cukup tinggi untuk putaran awalnya.

1.3 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari kincir angin tipe

giromill menggunakan 6 sudu terbagi menjadi 2 tingkat dengan tiga variasi

bentuk sudu.

a. Membuat model kincir angin tipe giromill menggunakan 6 sudu yang

terbagi menjadi 2 tingkat dengan variasi bentuk sudu airfoil NACA 0018,

NACA 0021 dan NACA 0024.

b. Mengetahui hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir angin tipe

giromill menggunakan variasi sudu NACA 0018, NACA 0021 dan NACA

0024.

c. Mengetahui hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin

tipe giromill menggunakan variasi sudu NACA 0018, NACA 0021 dan

NACA 0024.

1.4 Batasan Masalah

Pembuatan model kincir angin tipe giromill dengan memperhatikan batasan-

batasan masalah sebagai berikut :


4

a. Model kincir angin yang dibuat menggunakan sumbu vertikal dengan tipe

giromill, memiliki tinggi 100 cm dan diameter 75 cm.

b. Model kincir angin memiliki 2 bagian, yaitu bagian atas terdapat 3 sudu

dan bagian bawah 3 sudu.

c. Sudu yang digunakan memiliki panjang chord 22 cm dengan bentuk

NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024.

d. Kecepatan angin diatur pada jangkauan 7 m/s hingga 7,5 m/s

e. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui koefisien daya (Cp) dan tip speed

ratio (λ).

1.5 Manfaat

Manfaat yang dapat di terima dalam penelitian kincir angin dengan tipe

giromill adalah sebagai berikut:

a. Menambah informasi mengenai unjuk kerja model kincir angin tipe

giromill dengan variasi bentuk sudu NACA 0018, NACA 0021 dan

NACA 0024.

b. Menjadi bahan pertimbangan untuk beralih dari energi fosil menjadi

energi terbarukan, khususnya pemanfaatan energi angin.


5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Dasar Angin

Angin adalah sumber energi terbarukan yang berlimpah, sehingga dapat

dimanfaatkan untuk menggerakkan kincir angin dan merubahnya menjadi energi

mekanis untuk digunakan dalam memenuhi kebutuhan manusia.

Angin terjadi karena adanya pengaruh rotasi bumi dan juga karena terdapat

perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin akan bergerak dari daerah yang

memiliki tekanan udara tinggi menuju daerah yang memiliki tekanan udara

rendah. Pada saat udara dipanaskan maka udara akan memuai. Udara yang

memuai akan menjadi lebih ringan sehingga bergerak naik dan tekanan udara akan

turun karena berkurangnya udara. Udara dingin disekitarnya akan bergerak

menuju udara bertekanan rendah. Udara akan menyusut menjadi lebih berat dan

turun kembali. Di atas tanah udara akan menjadi panas dan akan naik kembali.

Pergerakan siklus aliran udara tersebut yang menyebabkan terjadinya angin.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin merupakan sebuah alat yang memanfaatkan energi angin dan

merubahnya menjadi gerak mekanis yang dapat digunakan untuk keperluan

seperti menggiling biji-bijian, memompa air dan bisa juga digunakan sebagai alat

pembangkit listrik.

Dalam perkembangannya kincir angin pertama kali di temukan oleh bangsa

Persia pada tahun 200SM. Pada masa tersebut kincir angin yang dinamai


6

panemone dimanfaatkan untuk menggiling gandum. Kincir ini memiliki sumbu

vertikal dengan layar-layar yang terbuat dari buntelan alan-alang dan kayu. Sejak

saat itu kincir angin mulai di kembangkan mulai dari keperluan pengairan bahkan

bisa digunakan untuk pembangkit listrik. Dari sekian banyak kincir angin yang

diciptakan, dapat dibedakan terhadap posisi sumbunya sebagai berikut :

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Vertical Axis Wind Turbin (VAWT) adalah kincir angin yang pemasangan

poros utamanya tegak lurus. Pada tipe ini sangat baik digunakan pada lingkungan

yang arah anginnya tidak menentu, karna sudu yang tegak lurus terhadap arah

angin memungkinkan kincir berputar terhadap sumbu yang vertikal. Berikut ini

adalah kincir angin sumbu vertikal:

a. Kincir Angin Giromill

Kincir angin tipe giromill adalah kincir angin dengan sumbu vertikal.

Konstruksi kincir angin giromill hampir sama dengan kincir angin tipe Darrieus,

yang membedakan hanyalah peletakan sudu-sudunya. Kincir angin giromill

memiliki sudu-sudu yang dipasang sejajar dengan poros utamanya dan di topang

sebuah lengan, sedangkan kincir angin Darrieus pemasangan sudu-sudu dibuat

melengkung. Kincir angin giromill memiliki kelemahan pada putaran awal yang

memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi, sehingga sangat tidak dianjurkan

digunakan pada perkotaan yang padat penduduk karena hambatan angin yang

besar.


7

Gambar. 2.1 Kincir angin giromill dengan tiga sudu

(Sumber : www.universenotes.com/energi/turbin-angin-sumbu-vertikal-vawt)

b. Kincir Angin Darrieus

Kincir angin Darrieus adalah kincir angin sumbu vertikal berbasis lift yang

dipatenkan oleh George Darrieus pada tahun 1931, dengan menggunakan dua atau

tiga bilah melengkung atau lurus bergabung bersama di bagian atas dan bawah

dan membungkuk ke luar di tengah di troposkein. Tipe Darrieus ini umumnya

memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi dari tipe lain untuk start up atau

awalan. Hal tersebut membuat kincir angin Darrieus memerlukan suatu penggerak

mula untuk keperluan start up tersebut.

Gambar 2.2. Kincir angin tipe Darrieus

(Sumber : www.powermag.com/changing-winds-the-evolving-wind-turbine)


http://www.universenotes.com/energi/turbin-angin-sumbu-vertikal-vawt

8

c. Kincir Angin Savonius

Kincir angin Savonius seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3 adalah kincir

angin sumbu vertikal berbasis drag. Diciptakan oleh insinyur Finlandia SJ

Savonius pada tahun 1922 menggunakan dua pisau berbentuk “S” untuk rotor.

Kincir angin ini dapat berputar dengan kecepatan angin yang relatif rendah.

Sebuah penelitian didapatkan sebuah nilai koefisien daya bisa mencapai 0,31

sehingga sangat banyak peneliti yang mengembangkan kincir angin Savonius.

Gambar 2.3. Kincir angin tipe Savonius

(Sumber : www.creative-science.org.uk/sav.html)

Gambar 2.4 Kincir angin tipe we-power

(Sumber : www.apakabardunia.com/2011/07/10-kincir-angin-terbaik-

berdesain.html)


http://www.apakabardunia.com/2011/07/10-kincir-angin-terbaik-berdesain.html

http://www.apakabardunia.com/2011/07/10-kincir-angin-terbaik-berdesain.html

9

d. Kincir Angin We-Power

Kincir angin we-power seperti ditunjukan Gambar 2.4 merupakan kincir

angin vertikal yang mampu bekerja baik di daerah yang kondisi kecepatan

anginnya rendah. Sehingga kincir angin ini baik di gunakan seperti di pemukiman

atau dilahan pertanian.

Kelebihan kincir angin dengan sumbu vertikal adalah:

1. Kincir angin dapat menerima angin dari segala arah.

2. Dapat dipasang dekat dengan permukaan tanah.

3. Mudah dalam perawatan dan perbaikan.

4. Tidak memerlukan mekanisme pengarah angin.

Kekurangan kincir angin dengan sumbu vertikal adalah :

1. Kincir angin jenis ini memerlukan kecepatan angin yang relatif tinggi

untuk mengawali putaran.

2. Memiliki efisiensi yang rendah dibanding dengan sumbu horisontal karena

hambatan angin sangat banyak.

3. Sulit dalam pembuatan sudu.

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Horisontal

Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) atau kincir angin tipe horisontal

adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan arah angin. Kincir angin

ini sangat banyak digunakan karena memiliki efisiensi yang tinggi. Kincir angin


10

tipe ini membutuhkan penggerak untuk merubah posisi kincir agar sesuai dengan

arah datangnya angin. Berikut adalah contoh-contoh kincir angin sumbu

horisontal.

a. Kincir Angin Propeller

Kincir angin tipe propeller Gambar 2.5 memiliki bentuk sudu yang

menyerupai sayap pesawat. Kincir angin inilah yang sampai sekarang masih

digunakan dan layak digunakan untuk keperluan komersil, karena kincir angin

tipe ini memiliki efisiensi yang sangat baik.

Gambar 2.5 Kincir angin tipe propeller

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

b. Kincir Angin American Multiblade

American multiblade dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1854, disain

kincir angin ini memiliki jumlah sudu yang banyak dan sebuah layar untuk

merubah posisi kincir sesuai datangnya arah angin. Kincir angin ini digunakan

untuk memompa air tanah menuju permukaan dan kincir angin yang lebih besar

digunakan sebagai penggiling gandum dan pemotong jerami.


11

Gambar 2.6 Kincir angin tipe American multiblade

(Sumber : www.pinterest.co.uk/pin/539235755362758825)

Kelebihan kincir angin dengan sumbu horisontal adalah:

1. Pemasangan kincir pada dataran tinggi atau tanah lapang memungkinkan

berkurangnya hambatan atau turbulensi pada laju angin.

2. Memiliki kinerja lebih baik dari pada kincir angin tipe vertikal.

Kekurangan kincir angin dengan sumbu horisontal adalah:

1. Membutuhkan tempat yang luas dan jauh dari pemukiman penduduk

2. Membutuhkan mekanisme tambahan untuk membelokan kincir sesuai arah

angin.

3. Menghasilkan suara yang keras pada saat berputar.

2.3 Airfoil

Airfoil adalah bentuk dari suatu sayap pesawat yang dapat menghasilkan gaya

angkat (lift) atau efek aerodinamis ketika melewati suatu aliran udara. Airfoil

merupakan bentuk dari potongan melintang sayap yang dihasilkan oleh


http://www.pinterest.co.uk/pin/539235755362758825

12

perpotongan tegak lurus sayap terhadap pesawat, dengan kata lain airfoil

merupakan bentuk sayap dua dimensi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.7 Bagian-bagian terdapat pada sudu airfoil

(Sumber : aeroengineering.co.id/2016/02/pemilihan-airfoil-pesawat-

aeromodelling)

a. Leading edge adalah ujung depan dari airfoil atau sayap yang secara

umum berbentuk cembung

b. Camber adalah besarnya jarak antara garis rata-rata airfoil atas dan bawah

terhadap garis tengah (Chord line)

c. Thickness adalah ketebalan maksimum dari bentuk airfoil dan

menunjukkan presentasi dari chord.

d. Mean camber line merupakan garis pertengahan yang membagi antara

permukaan atas airfoil dan permukaan bawah pada airfoil.

e. Chord adalah perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge hingga

trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik dimensi

longitudinal dari suatu airfoil.

f. Chord line adalah garis lurus yang menghubungkan leading edge dan

trailing edge.


13

g. Tralling edge adalah bentuk dari bagian paling ujung airfoil atau sayap

yang secara umum berbentuk runcing.

2.4 NACA (National Advisory Committee for Aeronautics)

NACA airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang

berguna untuk dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap suatu bodi lainnya

dan dengan bantuan penyelesaian matematis sangat memungkinkan untuk

memprediksi berapa besarnya gaya angkat yang dihasilkan oleh suatu bodi airfoil.

Geometri airfoil memiliki pengaruh besar terhadap karakteristik aerodinamika

dengan parameter penting berupa CL, dan kemudian akan terkait dengan gaya

angkat yang dihasilkan (Mulyadi, 2010). Sampai saat ini banyak pengajuan airfoil

dilakukan diberbagai negara, namun hasil riset NACA yang paling terkemuka.

Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik dengan membagi pengaruh

efek kelengkungan dan distribusi ketebalan atau thickness serta pengujiannya

dilakukan pada bilangan Reynold yang lebih tinggi dibanding yang lain. NACA

memiliki beberapa bentuk airfoil sesuai dengan NACA seri, sebagai contoh dapat

dilihat sebagai berikut:

a. NACA Seri 4 Digit

Sekitar tahun 1932 NACA melakukan pengujian beberapa bentuk airfoil yang

dikenal dengan NACA seri 4 digit. Distribusi kelengkungan dan ketebalan NACA

seri empat itu diberikan berdasarkan suatu persamaan. Distribusi ini tidak dipilih

berdasarkan teori, tetapi diformulasikan berdasarkan pendekatan bentuk sayap

yang efektif yang digunakan saat itu, seperti yang dikenal adalah airfoil Clark Y.


14

Pada airfoil NACA seri empat, digit pertama menyatakan persen maksimum

camber terhadap chord. Digit kedua menyatakan persepuluh posisi maksimum

camber pada chord dari leading edge, sedangkan dua digit terakhir menyatakan

persen ketebalan airfoil terhadap chord (Mulyadi, 2010). Pada Tabel 2.1

menunjukan contoh bentuk airfoil NACA seri 4 digit dengan panjang chord 22

cm.

Series A (thickness) B (Chord)

NACA 0018 3,96 cm 22 cm

NACA 0021 4,62 cm 22 cm

NACA 0024 5,28 cm 22 cm

Gambar 2.8 Ukuran airfoil NACA seri 4 digit dengan panjang chord 22 cm.

b. NACA Seri 5 Digit

Pengembangan airfoil NACA 5 digit dilakukan sekitar tahun 1935 dengan

menggunakan distribusi ketebalan yang sama dengan seri empat digit. Garis

kelengkungan rata-rata (mean camber line) seri ini berbeda dibanding seri empat

digit. Perubahan ini dilakukan dalam rangka menggeser maksimum camber

kedepan sehingga dapat meningkatkan CL maksimum. Jika dibandingkan

ketebalan (thickness) dan camber, seri ini memiliki nilai CL maksimum 0,1 hingga

0,2 lebih tinggi dibanding seri empat digit. Sistem penomoran seri lima digit ini

berbeda dengan seri empat digit. Pada seri ini, digit pertama dikalikan 3/2

kemudian dibagi sepuluh memberikan nilai desain koefisien lift. Setengah dari dua


15

digit berikutnya merupakan persen posisi maksimum camber terhadap chord. Dua

digit terakhir merupakan persen ketebalan terhadap chord (Mulyadi, 2010).

c. NACA Seri 6 Digit

Airfoil NACA seri 6 didesain untuk mendapatkan kombinasi drag,

kompresibilitas, dan performa CL maksimum yang sesuai keinginan. Beberapa

persyaratan ini saling kontradiktif satu dan lainnya, sehingga tujuan utama desain

airfoil ini adalah mendapatkan drag sekecil mungkin. Geometri seri 6 ini

diturunkan dengan menggunakan metode teoritik yang telah dikembangkan

dengan menggunakan matematika lanjut guna mendapatkan bentuk geometri yang

dapat menghasilkan distribusi tekanan sesuai keinginan. Tujuan pendekatan

desain ini adalah memperoleh kombinasi thickness dan camber yang dapat

memaksimalkan daerah alirah laminer. Dengan demikian maka drag pada daerah

CL rendah dapat dikurangi (Mulyadi, 2010).

2.5 Rumus Perhitungan

2.5.1 Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin merupakan energi kinetik, sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut:

𝐸𝑘 =1

2𝑚 . 𝑣2 (1)

dengan :

𝐸𝑘 adalah Energi kinetik (Joule)

𝑚 adalah massa udara (Kg)


16

𝑣 adalah kecepatan angin (m/s)

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan sebagai

berikut :

𝑃𝑖𝑛 = 0,5 �̇� 𝑣2 (2)

dengan:

𝑃𝑖𝑛 adalah daya angin (watt)

�̇� adalah massa udara persatuan waktu (kg/s)

�̇� = 𝜌𝐴𝑣 (3)

dengan :

𝜌 adalah massa jenis udara (kg/m3)

𝐴 adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2)

Dengan menggunakan Persamaan (3), sehingga daya angin (𝑃𝑖𝑛 ) dapat

dihitung menggunakan rumusan sebagai berikut:

𝑃𝑖𝑛 = 0,5 (𝜌𝐴𝑣)𝑣2

Sehingga dapat disederhanakan sebagai berikut :

𝑃𝑖𝑛 = 0,5 𝜌𝐴𝑣3 (4)

2.5.2 Torsi Kincir Angin

Torsi adalah momen putir yang terdapat pada poros yang di hasilkan oleh

gaya dorong yang terdapat pada poros, dimana gaya dorong ini memiliki jarak

terhadap sumbu putar, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑇 = 𝐹. ℓ (5)


17

dengan :

𝑇 adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m)

𝐹 adalah gaya pada poros akibat puntiran (N)

ℓ adalah jarak lengan torsi dari poros (m)

2.5.3 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir angin akibat

daya angin yang melintasi sudu-sudu pada kincir angin. Berdasarkan penelitian

yang dilakukan pada tahun 1919 oleh seorang fisikawan asal jerman, albert Betz,

menyimpulkan dari semua jenis kincir angin efisiensi maksimum yang dihasilkan

adalah 59,3% dan penemuan ini dinamakan dengan betz limit.

Gambar. 2.9 Gambar grafik hubungan Cp dan tsr

(sumber : http://slideplayer.com/slide/10169610/)


18

Perhitungan daya kincir yang dihasilkan dari gaya gerak melingkar pada

poros kincir angin dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇. 𝜔 (6)

dengan :

𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt)

𝑇 adalah torsi dinamis (N.m)

𝜔 adalah kecepatan sudut kincir angin (rad/s)

Kecepatan sudut kincir angin dapat dihitung sebagai berikut:

𝜔 = 𝑛 𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛

𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

= 𝑛 2𝜋 𝑟𝑎𝑑

60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

=𝑛 𝜋

30 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝑟𝑎𝑑/𝑠

dengan :

𝑛 adalah putaran poros (rpm)

Sehingga daya kincir angin dapat dituliskan dengan persamaan sebagai

berikut :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇. 𝜔

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 𝑛 𝜋

30 𝑤𝑎𝑡𝑡 (7)

2.5.4 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan pada ujung sudu kincir

angin dengan kecepatan angin. Kecepatan ujung sudu dapat dirumuskan sebagai

berikut:


19

𝑣𝑡 = 𝜔. 𝑟

dengan :

𝑣𝑡 adalah kecepatan ujung sudu

ω adalah kecepatan sudut (rad/detik)

𝑟 adalah jari-jari kincir angin (m)

Dengan demikian tip speed ratio dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝜆 =2. 𝜋 𝑟 𝑛

60. 𝑣

Dapat disederhanakan sebagai berikut :

𝜆 =𝜋 𝑟 𝑛

30.𝑣 (8)

dengan :

𝜆 adalah tip speed ratio

𝑟 adalah jari-jari kincir angin (m)

𝑛 adalah kecepatan putaran poros (rpm)

𝑣 adalah kecepatan angin (m/s)

2.5.5 Koefisien Daya Kincir Angin

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

angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (𝑃𝑖𝑛). Sehingga dapat di

rumuskan sebagai berikut :

𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛100% (9)


20

dengan :

Cp adalah koefisien daya (%)

𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)

𝑃𝑖𝑛 adalah daya yang dihasilkan angin (watt)

2.6 Tinjauan Pustaka

Pada tahun 2010 telah dilakukan penelitian mengenai unjuk kerja kincir

angin giromill dengan sudu NACA 0024, NACA 4420 dan NACA 4520.

Penelitian ini dilakukan oleh El-Samanaudy, Ghorab dan Youssef meneliti tentang

pengaruh variasi sudut pemasangan, jumlah sudu dan panjang chord. Dalam

penelitian ini didapatkan koefisien daya maksimal 25% pada tip speed ratio 1,4

dengan menggunakan sudu tipe airfoil simetris NACA 0024 dengan variasi sudut

pemasangan 10˚, panjang chord 15 cm dan menggunakan empat sudu. pada

penggunaan sudu non simetri NACA 4420 menghasilkan koefisien daya

maksimal 16% pada tip speed ratio 1,2 dan pada pengujian sudu airfoil NACA

4520 diperoleh koefisien daya maksimal 13% pada tip speed ratio 1,1.

Untuk membandingkan efek sudu airfoil NACA 4420 dibandingkan dengan

NACA 0024 pada parameter yang sama dengan radius turbin 40 cm, panjang

chord 15 cm, sudut pitch 10 ° dan empat bilah. Koefisien daya maksimum yang

diperoleh adalah 15%, sehingga pengaruh dari jumlah sudu telah diteliti dengan

menggunakan dua, tiga dan empat bilah pada sudut pitch 0 ° dan parameter yang

sama dengan radius turbin 40 cm, panjang chord 15 cm dan tipe airfoil NACA

0024. Daya maksimum yang diperoleh menurun secara signifikan saat

menurunkan jumlah pisau dari empat menjadi dua bilah. Dalam penelitian yang


21

dilakukan oleh El-Samanaudy, Ghorab dan Youssef dapat disimpulkan bahwa,

penggunaan sudu airfoil simetris menghasilkan koefisiensi yang lebih tinggi

dibandingkan dengan sudu airfoil non simetris.


22

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir

Dibawah ini merupakan diagram alir dalam penelitian yang dilakukan.

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian model kincir angin tipe giromill

Perancangan kincir angin model giromill dengan

bentuk sudu NACA 0018, NACA 0021dan NACA

0024 panjang chord 22 cm

Perakitan kincir angin model giromill

Pengujian dan pengambilan data (kecepatan angin,

kecepatan putar kincir angin dan beban pengimbang )

Pengolahan data untuk mengetahui hubungan antara tip

speed ratio dengan koefisien daya.

Pembuatan skripsi

Selesai

Uji coba kincir angin

Mulai

Ulang

Benar


23

3.2 Objek Penelitian

Objek penelitian yang digunakan merupakan model kincir angin tipe giromill.

Perancangan sudu yang dilakukan menggunakan model NACA 0018, NACA

0021 dan NACA 0024 dengan panjang chord 22 cm. Pemilihan model sudu

airfoil NACA tersebut dikarenakan bentuk yang simetris. Menurut penelitian yang

dilakukan M Samanaudy, Ghorab dan Youssef model kincir angin tipe giromill

menggunakan sudu airfoil simetris memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding

yang non simetris. Dibawah merupakan perancangan model kincir angin tipe

giromill yang ditunjukan Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Perancangan kincir angin tipe giromill

3.3 Perancangan Kincir Angin Giromill

Kincir angin tipe giromill yang dibuat dengan ketentuan sebagai berikut :

a. Diameter kincir angin : 75 cm

b. Tinggi kincir angin :100 cm

c. Bentuk sudu : NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024

d. Panjang sudu dan chord : 48 cm dan 22 cm


24

Gambar 3.3 Perancangan model kincir angin tipe giromil dengan sudu airfoil

NACA.

3.3.1 Pembuatan Sudu Kincir Angin

a. Sudu-sudu dibuat menggunakan bahan kayu jati belanda/pinus seperti

ditunjukan Gambar 3.4. Selanjutnya kayu dipotong sesuai pola NACA 0018,

NACA 0021 dan NACA 0024 dengan ketebalan 2 cm dan panjang chord 22

cm.

Gambar 3.4 Kayu jati belanda dibentuk pola NACA


25

b. Cara membentuk kerangka sudu dilakukan dengan pemasangan pipa besi

dengan ukuran 1/8 in dan pipa aluminium ukuran diameter 8 mm. Dibuat

berbeda dimaksudkan untuk mengurangi berat sudu. Pipa dan kayu yang

sudah dibentuk sesuai pola NACA disusun seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Kerangka sudu kincir angin

c. Langkah selanjutnya melapisi kerangka sudu kincir angin menggunakan palat

seng dengan ukuran ketebalan 0,2 mm, untuk penempelan menggunakan paku

setelah itu dilakukan pengeleman agar tidak terdapat rongga pada sudu.

Gambar 3.6 Sudu kincir angin yang dilapisi plat seng


26

3.3.2 Pembuatan Penopang Sudu Kincir Angin

Bahan yang digunakan sebagai penopang sudu kincir angin adalah

aluminium berbentuk seperti plat yang biasa digunakan sebagai bahan pembuat

lemari kaca. Pemasangan terdapat pada bagian atas dan bawah sudu seperti

Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Pemasangan penopang pada sudu kincir angin

3.3.3 Pembuatan Penopang dan Poros Kincir Angin

a. Pembuatan penopang kincir angin menggunakan multiplay wood dengan

ketebalan 8 mm. Pembuatan penopang kincir angin dibuat berbeda antara

bagian atas seperti Gambar 3.8 (a) dan bagian tengah seperti Gambar 3.8 (b).

(a) (b)

Gambar 3.8 Penampang kincir angin bagian atas dan bawah (a)

dan penampang bagian tengah (b)


27

3.4 Alat dan Bahan Untuk Pembuatan

Alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin

a. Mesin bor

b. Gergaji potong

c. Penggaris

d. Palu

Bahan yang digunakan untuk pembuatan kincir angin

a. Kayu jati belanda

Kayu jati belanda bukan kayu yang berasal dari belanda, melainkan kayu

pohon pinus. Pemilihan kayu ini dikarenakan berat kayu lebih ringan dibanding

kayu jati, mudah untuk dibentuk dan harganya lebih murah karena kayu yang

digunakan adalah kayu bekas peti kemas.

b. Plat seng

Palat seng dipilih dengan ukuran ketebalan 0,2 mm sehingga lebih muda

dibentuk, dan pemilihan palat seng yang digunakan harus memiliki motif seperti

kembangan, Spangle/kembang dari permukaan lapisan seng merupakan hasil

pengkristalan zinc secara normal, dengan bentuk yang homogen dan mengkilap.

c. Paku

Paku yang digunakan adalah paku triplek yang berukuran paling kecil, agar

saat digunakan tidak merusak dibagian sebaliknya.

d. Lem

Lem yang digunakan untuk merekatkan sambungan seng yang terdapat pada

bagian ujung sudu agar tidak terdapat rongga untuk masuknya udara.


28

e. Multiplay wood

Multiplay wood atau triplek yang digunakan menggunakan ketebalan 8 mm,

triplek ini digunakan untuk membuat pembatas dan penyangga sudu.

f. Pipa besi

Pipa besi yang digunakan sebagai poros kincir angin memiliki diameter 1 in.

g. Pipa stainless steel

Pipa ini digunakan untuk kerangka utama sudu kincir angin, pipa yang

digunakan memiliki diameter 1/8 in.

h. Pipa aluminium

Pipa ini digunakan sebagai pendukung kerangka utama, sehingga kincir angin

tidak terlalu berat. Pipa aluminium yang digunakan memiliki diameter 8 mm.

3.5 Alat Untuk Pengujian

a. Anemometer

Anemometer digunakan sebagai alat pengukur kecepatan angin, satuan dapat

disesuaikan dengan kebutuhan. Dalam penelitian ini menggunakan satuan m/s.

Gambar 3.9 Anemometer


29

b. Takometer

Takometer digunakan sebagai pengukur kecepatan putar poros kincir angin

dengan satuan yang dapat diatur sesuai kebutuhan , seperti yang ditunjukan

pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Takometer

c. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang saat dilakukan

pembebanan dengan mekanisme pengereman.

Gambar 3.11 Neraca pegas

d. Mekanisme pengereman

Mekanisme pengereman menggunakan piringan yang dibebani menggunakan

karet gelang pada bagian tuasnya. Seperti ditunjukan pada Gambar 3.12


30

(a) (b)

Gambar 3.12 Mekanisme pengereman tampak luar (a) dan bagian

dalam mekanisme pengereman (b)

e. Fan blower

Fan blower berfungsi sebagai penyedia daya angin memberikan hembusan

udara. Dengan menggunakan fan blower kecepatan putar dapat diatur

menggunakan invertor untuk mengatur kecepatan angin.

Gambar 3.13 Fan blower

3.6 Variabel Penelitian

Variabel penelitian yang digunakan adalah :

a. Variasi sudu menggunakan bentuk airfoil simetris NACA 0018, NACA

0021 dan NACA 0024.


31

b. Variasi pembebanan dari tanpa beban sampai beban maksimal yang dapat

diterima kincir angin.

Variabel yang catat adalah :

a. Kecepatan angin (m/s).

b. Kecepatan putar kincir angin (rpm).

c. beban pengimbang (N).

3.7 Langkah Pengambilan dan Pengolahan Data

Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Korversi Energi Kampus III

Universitas Sanata Dharma. Pengambilan data dilakukan secara bergantian sesuai

variasi yang digunakan yaitu kincir angin menggunakan sudu airfoil NACA 0018,

NACA 0021 dan NACA 0024. Kecepatan angin yang digunakan rata-rata 7,2 m/s.

Posisi pemasangan kincir angin dan alat pengujian dilakukan sesuai dengan skema

Gambar 3.13. Sebelum melakukan pengujian pastikan semua terpasang dengan

benar.

Gambar 3.14 Skema pengujian kincir angin giromil


32

Setelah kincir angin terpasang dengan benar, lakukan langkah pengujian

sesuai dengan urutan sebagai berikut:

a. Hubungkan mekanisme pengereman dengan poros kincir angin,

pemasangan dilakukan dibagian atas kincir angin.

b. Memasang neraca pegas sesuai skema Gambar 3.14.

c. Memasang anemometer dan diletakkan didepan kincir angin.

d. Hidupkan fan blower lalu untuk mendapat kecepatan angin rata-rata 7,2

m/s dengan cara mengatur inventor untuk menambah atau mengurangi

kecepatan putar fan blower.

e. Jika kecepatan angin sudah sesuai langkah selanjutnya mengatur

pembebanan.

f. Untuk menambah pembebanan dilakukan dengan cara menahan tuas

pengereman menggunakan penambahan karet gelang.

g. Jika semua sudah sesuai dengan keinginan lakukan pengambilan data.

h. Lakukan pengambilan data kecepatan putar poros kincir angin setiap

dilakukan pembebanan, pengukuran dilakukan pada bagian poros yang

sudah diberi tanda menggunakan takometer.

i. Lakukan pengambilan data pengukuran beban dari beban nol sampai

beban maksimal atau sampai kincir berhenti.

j. Lakukan pengulangan pengujian sampai 3 kali dan setelah itu ambil nilai

rata-rata.

k. Selanjutnya lakukan pengulangan dari langkah (d) sampai (j) dengan

variasi sudu yang berbeda.


33

Setelah semua data sudah terkumpul, langkah selanjutnya adalah pengolahan

data sebagai berikut:

a. Jika gaya pengimbang sudah diketahui dan jarak lengan torsi juga sudah

diketahui maka torsi (𝑇) dapat dicari dengan Persamaan (5).

b. Setelah kecepatan angin (𝑣) sudah didapat dari pengukuran menggunakan

anemometer dan luas penampang kincir angin (𝐴) sudah didapat maka

daya angin (𝑃𝑖𝑛) maka dapat dihitung dengan Persamaan (4).

c. Untuk menggetahui daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) terlebih dahulu harus

menghitung kecepatan sudut (𝜔), selanjutnya dapat dikali dengan beban

torsi (𝑇).

d. Dengan membandingkan kecepatan yang terjadi pada ujung sudu (𝑣𝑡)

dengan kecepatan angin (𝑣) dapat digunakan untuk menghitung tip speed

ratio (λ) sesuai dengan Persamaan (8).

e. Untuk menghitung koefisien daya dapat dilakukan dengan cara

membandingkan daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) dengan daya angin (𝑃𝑖𝑛).

f. Jika perhitungan sudah selesai dilakukan maka dapat dilakukan pembuatan

grafik untuk mengetahui karakteristik dari kincir angin.


34

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Berikut adalah data hasil pengujian model kincir angin tipe giromill dengan

variasi bentuk sudu menggunakan disain airfoil NACA 0018, NACA 0021 dan

NACA 0024. Dalam pengujian ini data yang diambil adalah kecepatan angin (𝑣),

kecepatan putar kincir (𝑛) dan gaya pembebanan (𝐹). Data yang diperoleh dapat

dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2 dan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi bentuk

sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s.

No Gaya Pengimbang (F) putaran kincir (n)

(N) (rpm)

1

0,0 288

0,0 291

0,0 290

2

0,6 276

0,6 276

0,6 278

3

1,2 264

1,2 264

1,2 265

4

1,8 254

1,8 255

1,8 255

5

2,4 245

2,4 246

2,4 246

6

3,0 235

3,0 236

3,0 236

7

3,6 227

3,6 228

3,6 229


35




(N) (rpm)

1

0,0 250

0,0 251

0,0 251

2

0,5 238

0,5 237

0,5 238

3

1,0 229

1,0 230

1,0 229

4

1,5 218

1,5 221

1,5 219


bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s. (Lanjutan)

No Gaya pengimbang (F) Putaran kincir (n)

(N) (rpm)

8

4,2 219

4,2 219

4,2 217

9

4,8 210

4,8 211

4,8 212

10

5,4 198

5,4 200

5,4 199

11

6,2 182

6,2 188

6,2 182

12

6,4 176

6,4 176

6,4 174

13

6,9 161

6,9 152

6,9 143


36

Tabel 4.2 Data pengujiuan model kincir angin tipe giromill dengan variasi



(N) (rpm)

5

2,0 207

2,0 209

2,0 208

6

2,5 198

2,5 202

2,5 199

7

3,0 192

3,0 194

3,0 192

8

3,5 180

3,5 180

3,5 180

9

4,0 171

4,0 171

4,0 173

10

4,5 164

4,5 163

4,5 163

11

5,0 156

5,0 155

5,0 155

12

5,3 149

5,3 145

5,3 143

13

5,5 138

5,5 129

5,5 117




(N) (rpm)

1

0,0 222

0,0 225

0,0 227


37


sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin 7,2 m/s. (Lanjutan)


(N) (rpm)

2

0,6 198

0,6 201

0,6 206

3

1,0 196

1,0 197

1,0 199

4

1,5 193

1,5 193

1,5 192

5

2,0 179

2,0 181

2,0 182

6

2,5 174

2,5 175

2,5 173

7

3,0 163

3,0 165

3,0 166

8

3,5 154

3,5 156

3,5 156

9

4,0 145

4,0 148

4,0 148

10

4,5 133

4,5 135

4,5 137

11

4,7 125

4,7 133

4,7 128

12

4,9 120

4,9 126

4,9 123

13

5,1 110

5,1 102

5,1 98


38

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam perhitungan data diambil dari Tabel 4.1 pada langkah percobaan

pertama dan pembebanan ketiga. Sedangkan untuk pengolah data menggunakan

beberapa asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, sebagai berikut :

a. Panjang lengan torsi : 20 cm

b. Massa jenis udara : 1.18 kg/m3

c. Luas tangkapan angin : 0,735 m2

d. Kecepatan angin : 7,3 m/s

4.2.1 Perhitungan Torsi

Dalam perhitungan torsi sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1

pembebanan ke tiga dan langkah percobaan pertama dalam percobaan kincir angin

dengan variasi sudu NACA 0018. Data yang diperoleh gaya pengimbang (𝐹)

sebesar 0,6 N dan panjang lengan torsi (ℓ) 0,2 m. Torsi dapat dihitung

menggunakan Persamaan (5) sebagai berikut :

𝑇 = 𝐹. ℓ

= (1,2 N). (0,2 m)

= 0,24 N. m

Jadi torsi yang dihasilkan pada percobaan tersebut adalah 0,24 N.m

4.2.2 Perhitungan Daya Angin

Dalam perhitungan daya angin, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel

4.1 langkah percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan kincir

angin dengan variasi sudu NACA 0018. Pada percobaan ini diketahui luas


39

tangkapan angin (𝐴) sebesar 0,735 m2, kecepatan angin (𝑣) 7,3 m/s dan massa

jenis udara (ρ) 1,18 kg/m3. Jika sudah diketahui variabel tersebut maka daya angin

dapat dihitung sesuai Persamaan (4) sebagai berikut :

𝑃𝑖𝑛 = 0,5 𝜌𝐴𝑣3

= (0,5) . (1,18 kg

m3 ) . (0,735 m2). ( 7,3 m

s )3

= 168,7 watt

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 167,7 watt

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin

Untuk menghitung daya kincir angin data yang digunakan diambilkan pada

Tabel 4.1 langkah percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan

kincir angin dengan variasi sudu NACA 0018. Diperoleh kecepatan putar poros

(𝑛) sebesar 264 rpm. Untuk mengetahui besarnya daya kincir angin terlebih

dahulu kita menghitung kecepatan sudut kincir angin (𝜔) dan Torsi (𝑇) sebesar

0,24 N/m, jika sudah diketahui semua variabel dapat dihitung sesuai Persamaan

(7) sebagai berikut :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 𝑛 𝜋

30

= 0,24 𝑛 𝜋

30

= 0,24 264 𝜋

30

= 6,64 watt

Jadi daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 6,64 watt


40

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio

Untuk menghitung tip speed ratio data diambil dari Tabel 4.1 langkah

percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan kincir angin dengan

variasi sudu NACA 0018. Diperoleh jari-jari kincir angin (𝑟) sebesar 0,75 m,

kecepatan putar poros (𝑛) sebesar 264 rpm dan kecepatan angin (𝑣) sebesar 7,3

m/s. Untuk mengetahui nilai tip speed ratio (λ) dapat dihitung sebagai berikut :

𝜆 =𝜋 𝑟 𝑛

30.𝑣

=𝜋 . 0,75 . 264

30 . 7,3

= 2,84

Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 2,84

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya

Dalam perhitungan koefisien daya (Cp) data diambil dari Tabel 4.1 langkah

percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan kincir angin dengan

variasi sudu NACA 0018. Diperoleh nilai daya angin (𝑃𝑖𝑛) sebesar 168,7 watt dan

daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) sebesar 6,64 watt. Untuk menghitung nilai koefisien daya

(Cp) dapat dilakukan sesuai Persamaan (9) sebagai berikut:

𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛100%

=6,64

168,7100%

= 3,93 %

Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 3,93 %.


41

4.3 Hasil Perhitungan

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi

bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s.

No

Gaya

pengimbang

(F)

Putaran

kincir

(n)

Kecepatan

sudut

(ω)

Beban

torsi

(T)

Daya

output

Pout

Tip

speed

ratio

(λ)

Koefisien

daya Cp

(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)

1

0,0 288 30,2 0,00 0,00 3,11 0,00

0,0 291 30,5 0,00 0,00 3,14 0,00

0,0 290 30,4 0,00 0,00 3,12 0,00

2

0,6 276 28,9 0,12 3,47 2,97 2,06

0,6 276 28,9 0,12 3,47 2,97 2,06

0,6 278 29,1 0,12 3,50 2,99 2,07

3

1,2 264 27,6 0,24 6,64 2,84 3,93

1,2 264 27,6 0,24 6,64 2,84 3,94

1,2 265 27,7 0,24 6,67 2,85 3,95

4

1,8 254 26,6 0,36 9,59 2,74 5,68

1,8 255 26,7 0,36 9,64 2,75 5,71

1,8 255 26,7 0,36 9,64 2,75 5,71

5

2,4 245 25,7 0,48 12,35 2,64 7,32

2,4 246 25,8 0,48 12,38 2,65 7,34

2,4 246 25,7 0,48 12,37 2,65 7,33

6

3,0 235 24,6 0,60 14,79 2,53 8,77

3,0 236 24,7 0,60 14,85 2,54 8,80

3,0 236 24,7 0,60 14,87 2,55 8,81

7

3,6 227 23,8 0,72 17,17 2,45 10,18

3,6 228 23,8 0,72 17,19 2,45 10,19

3,6 229 24,0 0,72 17,32 2,47 10,26

8

4,2 219 22,9 0,84 19,26 2,36 11,42

4,2 219 22,9 0,84 19,29 2,36 11,44

4,2 217 22,7 0,84 19,15 2,34 11,35

9

4,8 210 21,9 0,96 21,11 2,26 12,51

4,8 211 22,1 0,96 21,21 2,27 12,57

4,8 212 22,2 0,96 21,35 2,28 12,65

10

5,4 198 20,7 1,08 22,43 2,13 13,30

5,4 200 20,9 1,08 22,62 2,15 13,41

5,4 199 20,8 1,08 22,51 2,14 13,34


42



No

Gaya

pengimbang

(F)

Putaran

kincir

(n)

Kecepatan

sudut

(ω)

Beban

torsi

(T)

Daya

output

P out

Tip

speed

ratio

(λ)

Koefisien

daya Cp


11

6,2 182 19,0 1,24 23,68 1,96 14,03

6,2 188 19,7 1,24 24,46 2,03 14,50

6,2 182 19,0 1,24 23,63 1,96 14,01

12

6,4 176 18,4 1,28 23,59 1,89 13,98

6,4 176 18,4 1,28 23,64 1,90 14,01

6,4 174 18,2 1,28 23,32 1,87 13,83

13

6,9 161 16,8 1,38 23,27 1,73 13,79

6,9 152 15,9 1,38 21,97 1,64 13,02

6,9 143 14,9 1,38 20,67 1,54 12,25



No

Gaya

pengimbang

(F)

Putaran

kincir

(n)

Kecepatan

sudut

(ω)

Beban

torsi

(T)

Daya

output

P out

Tip

speed

ratio

(λ)

Koefisien

daya Cp


1

0,0 250 26,2 0,00 0,00 2,73 0,00

0,0 251 26,2 0,00 0,00 2,74 0,00

0,0 251 26,3 0,00 0,00 2,74 0,00

2

0,5 238 24,9 0,10 2,50 2,60 1,54

0,5 237 24,8 0,10 2,48 2,59 1,53

0,5 238 24,9 0,10 2,49 2,60 1,54

3

1,0 229 23,9 0,20 4,80 2,50 2,96

1,0 230 24,1 0,20 4,82 2,51 2,98

1,0 229 24,0 0,20 4,81 2,51 2,97

4

1,5 218 22,9 0,30 6,87 2,39 4,24

1,5 221 23,2 0,30 6,96 2,42 4,30

1,5 219 22,9 0,30 6,88 2,39 4,25

5

2,0 207 21,7 0,40 8,70 2,27 5,37

2,0 209 21,8 0,40 8,75 2,28 5,41

2,0 208 21,8 0,40 8,74 2,28 5,40


43



No

Gaya

pengimbang

(F)

Putaran

kincir

(n)

Kecepatan

sudut

(ω)

Beban

torsi

(T)

Daya

output

P out

Tip

speed

ratio

(λ)

Koefisien

daya Cp


6

2,5 198 20,7 0,50 10,38 2,16 6,42

2,5 202 21,2 0,50 10,61 2,21 6,56

2,5 199 20,9 0,50 10,45 2,18 6,46

7

3,0 192 20,1 0,60 12,06 2,09 7,45

3,0 194 20,3 0,60 12,19 2,12 7,53

3,0 192 20,1 0,60 12,08 2,10 7,47

8

3,5 180 18,8 0,70 13,22 1,97 8,17

3,5 180 18,9 0,70 13,24 1,97 8,18

3,5 180 18,9 0,70 13,24 1,97 8,18

9

4,0 171 17,9 0,80 14,35 1,87 8,87

4,0 171 17,9 0,80 14,35 1,87 8,87

4,0 173 18,1 0,80 14,49 1,89 8,95

10

4,5 164 17,1 0,90 15,46 1,79 9,55

4,5 163 17,0 0,90 15,36 1,78 9,49

4,5 163 17,0 0,90 15,36 1,78 9,49

11

5,0 156 16,3 1,00 16,37 1,71 10,11

5,0 155 16,2 1,00 16,23 1,69 10,03

5,0 155 16,2 1,00 16,23 1,69 10,03

12

5,3 149 15,6 1,06 16,54 1,63 10,22

5,3 145 15,1 1,06 16,10 1,58 9,94

5,3 143 15,0 1,06 15,95 1,57 9,85

13

5,5 138 14,4 1,10 15,90 1,51 9,82

5,5 129 13,5 1,10 14,86 1,41 9,18

5,5 117 12,3 1,10 13,55 1,28 8,37


44



No

Gaya

pengimbang

(F)

Putaran

kincir

(n)

Kecepatan

sudut

(ω)

Beban

torsi

(T)

Daya

output

Pout

Tip

speed

ratio

(λ)

Koefisien

daya Cp


1

0,0 222 23,3 0,00 0,00 2,43 0,00

0,0 225 23,5 0,00 0,00 3,45 0,00

0,0 227 23,8 0,00 0,00 2,48 0,00

2

0,6 198 20,8 0,12 2,50 2,17 1,54

0,6 201 21,1 0,12 2,53 2,20 1,57

0,6 206 21,6 0,12 2,60 2,25 1,60

3

1,0 196 20,5 0,20 4,11 2,14 2,54

1,0 197 20,7 0,20 4,14 2,16 2,56

1,0 199 20,8 0,20 4,17 2,17 2,58

4

1,5 193 20,2 0,30 6,06 2,11 3,75

1,5 193 20,2 0,30 6,07 2,11 3,75

1,5 192 20,1 0,30 6,04 2,10 3,73

5

2,0 179 18,7 0,40 7,51 1,96 4,64

2,0 181 18,9 0,40 7,60 1,98 4,69

2,0 182 19,0 0,40 7,62 1,99 4,71

6

2,5 174 18,2 0,50 9,11 1,90 5,63

2,5 175 18,3 0,50 9,16 1,91 5,66

2,5 173 18,1 0,50 9,09 1,89 5,62

7

3,0 163 17,1 0,60 10,28 1,79 6,35

3,0 165 17,2 0,60 10,37 1,80 6,41

3,0 166 17,3 0,60 10,43 1,81 6,44

8

3,5 154 16,2 0,70 11,34 1,69 7,00

3,5 156 16,4 0,70 11,48 1,71 7,10

3,5 156 16,3 0,70 11,44 1,70 7,07

9

4,0 145 15,2 0,80 12,18 1,59 7,52

4,0 148 15,5 0,80 12,43 1,62 7,68

4,0 148 15,5 0,80 12,45 1,62 7,69

10

4,5 133 14,0 0,90 12,60 1,46 7,78

4,5 135 14,2 0,90 12,79 1,48 7,90

4,5 137 14,4 0,90 12,98 1,50 8,02

11

4,7 125 13,1 0,94 12,37 1,37 7,64

4,7 133 13,9 0,94 13,09 1,45 8,09

4,7 128 13,4 0,94 12,63 1,40 7,80


45



No

Gaya

pengimbang

(F)

Putaran

kincir

(n)

Kecepatan

sudut

(ω)

Beban

torsi

(T)

Daya

output

Pout

Tip

speed

ratio

(λ)

Koefisien

daya Cp


12

4,9 120 12,6 0,98 12,35 1,31 7,63

4,9 126 13,1 0,98 12,93 1,37 7,99

4,9 123 12,8 0,98 12,62 1,34 7,80

13

5,1 110 11,5 1,02 11,75 1,20 7,26

5,1 102 10,6 1,02 10,90 1,11 6,73

5,1 98 10,2 1,02 10,47 1,07 6,47

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan

Setelah data-data sudah diperoleh maka data tersebut akan diolah kembali

dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara kecepatan putar poros

kincir angin (𝑛) dengan beban torsi (𝑇) dan mengetahui hubungan antara koefisien

daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (λ). Grafik dibuat sesuai dengan variasi sudu

yang digunakan pada model kincir angin tipe giromill.

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir Angin

Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0018.

a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros kincir angin tipe giromill

dengan variasi sudu airfoil NACA 0018

Pada Gambar 4.1 dapat disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang

diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar,

sedangkan kecepatan putar kincir angin akan berkurang seiring bertambahnya

beban. Pada penelitian kincir angin model giromill dengan variasi sudu airfoil


46

NACA 0018 yang dilakukan pada kecepatan angin 7,3 m/s menghasilkan torsi

maksimal sebesar 1,38 N.m pada kecepatan putar kincir sebesar 143 rpm

sedangkan kecepatan putar optimal mencapai 292 rpm pada saat tanpa beban.

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada model

kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018.

Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ) pada

model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018.

0

40

80

120

160

200

240

280

320

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Kec

epata

n p

uta

r k

inci

r, n

(rp

m)

Torsi, T (N.m)

Cp= -8,429tsr2 + 30,28tsr - 13,29

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

Koef

isie

n d

aya , C

p(%

)

Tip speed ratio, λ


47

b. Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir angin tipe

giromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018

Pada Gambar 4.2 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya

(Cp) diperoleh persamaan Cp= -8,429λ 2 + 30,28λ - 13,29. Dari persamaan tersebut

dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien daya

maksimal dengan cara sebagai berikut :

Cp = −8,429𝜆2 + 30,28𝜆 − 13,29

𝑑Cp

𝑑 𝜆 = 2(−8,429𝜆) + 30,28

0 = −16,858𝜆 + 30,28

𝜆 = 30,28

16,858

λ = 1,796

Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 1,796 maka dapat disubstitusikan

kedalam persamaan Cp= -8,429 λ 2 + 30,28 λ - 13,29 untuk mengetahui koefisien

daya maksimal.

Cp = −8,429𝜆2 + 30,28𝜆 − 13,29

Cp = −8,429(1,796)2 + 30,28(1,796) − 13,29

Cp = −27,192 + 54,383 − 13,29

Cp = 13,90

Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 13,90 %

pada saat nilai tip speed ratio optimal sebesar 1,796.


48













kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021.



0

40

80

120

160

200

240

280

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Kec

epata

n p

uta

r k

inci

r, n

(rp

m)

Torsi, T (N.m)


49


model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021


(Cp) diperoleh persamaan Cp = -6,879 λ 2 + 20,86 λ - 6,076. Dari persamaan

tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat

koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :

Cp = −6,879𝜆 2 + 20,86𝜆 − 6,076

𝑑Cp

𝑑 𝜆 = 2(−6,879𝜆 ) + 20,86

0 = −13,758𝜆 + 20,86

λ = 20,86

13,758

λ = 1,516


kedalam persamaan Cp = -6,879 λ 2 + 20,86 λ - 6,076 untuk mengetahui koefisien

daya maksimal.

Cp = -6,879tsr2 + 20,86tsr - 6,076

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Koef

isie

n D

aya , C

p(%

)

Tip speed ratio (λ)


50

Cp = −6,879𝜆 2 + 20,86𝜆 – 6,076

Cp = −6,879(1,516)2 + 20,86(1,516) – 6,076

Cp = −15,809 + 31,624 – 6,076

Cp = 9,739

Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 9,739 %







kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0024




0

40

80

120

160

200

240

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Kec

epata

n p

uta

r k

inci

r, n

(rp

m)

Torsi, T (N.m)


51








kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021


(Cp) diperoleh persamaan Cp= -6,992 λ 2 + 18,86 λ - 5,026. Dari persamaan

tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat

koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :

Cp = −6,992𝜆 2 + 18,86𝜆 – 5,026

𝑑Cp

𝑑 𝜆 = 2(−6,992𝜆 ) + 18,86

0 = −13,984𝜆 + 18,86

Cp= -6,992tsr2 + 18,86tsr - 5,026

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Koef

isie

n d

aya , C

p(%

)

Tip speed ratio (λ)


52

λ = 18,86

13,984

λ = 1,348


kedalam persamaan Cp= -6,992 λ 2 + 18,86 λ - 5,026 untuk mengetahui koefisien

daya maksimal.

Cp = −6,992𝜆 2 + 18,86𝜆 – 5,026

Cp = −6,992(1,348)2 + 18,86(1,348) – 5,026

Cp = −12,614 + 25,423 – 5,026

Cp = 7,78

Dari perhitungan tersebut diperoleh Koefisien daya maksimal sebesar 7,78 %


4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Bentuk Sudu

Berikut merupakan grafik perbandingan antara kecepatan putar poros kincir

angin (𝑛) dengan beban torsi (𝑇) dan mengetahui hubungan antara koefisien daya

(𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (λ). Dengan membandingkan tiga variasi sudu yang

digunakan yaitu sudu bentuk airfoil NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024.

4.5.1 Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Model Kincir Angin

Tipe Giromill dengan Tiga Variasi Sudu Yang Digunakan.

Pada Gambar 4.7 diketahui bahwa torsi maksimal diperoleh pada kincir angin

model giromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018 dengan nilai torsi sebesar

1,38 N.m pada kecepatan putar kincir angin sebesar 143 rpm. Dibandingkan

dengan ketiga variasi sudu yang digunakan pada saat pengujian tanpa beban


53

didapatkan kecepatan putar tertinggi sebesar 292 rpm pada kincir angin model

giromill dengan variasi sudu NACA 0018

.Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir untuk ketiga

variasi dudu yang digunakan.

4.5.2 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Daya Kincir Angin

Model Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil Yang Digunakan

Gambar 4.8 Grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya (Cp) untuk

ketiga variasi sudu yang digunakan

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Koef

isie

n D

aya , C

p(%

)

Tip Speed Ratio (λ)

NACA 0024

NACA 0021

NACA 0018

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Kec

epata

n p

uta

r k

inci

r, n

(rp

m)

Torsi, T (N.m)

NACA 0018

NACA 0021

NACA 0024


54

Pada Gambar 4.8 Diketahui bahwa dari ketiga variasi yang digunakan pada

kincir angin model giromill, koefisien daya maksimal (Cp) terdapat pada variasi

sudu NACA 0018 yaitu sebesar 13,90 % dengan nilai tip speed ratio (λ) optimal

sebesar 1,796. Untuk ketiga variasi sudu yang digunakan semakin besar

presentase ketebalan sudu maka koefisien daya yang dihasilkan akan semakin

menurun dan kecepatan putar kincir juga akan menurun.


55

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang sudah dilakukan pada kincir angin model giromill

dengan variasi sudu yang digunakan NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024,

maka dapat disimpulkan bahwa :

a. Telah dibuat model kincir angin tipe giromill menggunakan 6 sudu yang

terbagi dalam 2 tingkat dengan variasi sudu airfoil NACA 0018, NACA

0021 dan NACA 0024 dengan panjang chord 22 cm.

b. Dari ketiga variasi yang digunakan menunjukkan bahwa, hasil terbaik

diperoleh dari model kincir angin tipe giromill menggunakan sudu airfoil

NACA 0018. Pada kecepatan angin 7,3 m/s torsi optimal yang dapat

diterima sebesar 1,38 N.m dengan kecepatan putar 143 rpm, sedangkan

penggunaan sudu NACA 0021 dan NACA 0024 mengalami penurunan

torsi dan kecepatan putar.

c. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, pada model kincir angin yang

menggunakan sudu airfoil NACA 0018 menghasilkan unjuk kerja terbaik

dengan koefisien daya maksimal sebesar13,90% pada tip speed ratio

optimal 1,796. Pada penggunaan sudu NACA 0021 menghasilkan

Koefisien daya maksimal sebesar 9,739% pada tip speed ratio optimal

sebesar 1,516 dan pada penggunaan sudu NACA 0024 menghasilkan

Koefisien daya maksimal sebesar 7,78% pada tip speed ratio optimal

sebesar 1,348.


56

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian ini ada beberapa saran yang bisa digunakan

untuk penelitian yang akan dilakukan kedepannya, sebagai berikut :

a. Lakukan penelitian dengan menambah atau mengurangi variasi jumlah

sudu, karena pada penggunaan jumlah sudu 6 dan terbagi menjadi 2

tingkat, putaran awal sangat susah untuk dicapai.

b. Perbanyak dalam variasi chord yang digunakan.

c. Perhatikan pada saat pemasangan poros karena jika tidak presisi akan

mengurangi kinerja kincir angin.

d. Lakukan pemilihan material yang sesuai.


57

DAFTAR PUSTAKA

Daryanto, Y. 2007, Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu,

Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengolahahan Energi

Nasional

El-Samanoudy ,M . Ghorab, Youssef, 2010, “Effect Of Some Design Parameters

On The Performance Of A Giromill Vertikal Axis Wind Turbine”, Am

Shams University

Gautama, B. 2016, Unjuk Kerja Model Kincir Angin Giromill Dengan Sudu

NACA 0015 Dan Panjang Chord 15 cm, Tugas Akhir, Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta 2016. Diakses : 25 oktober 2016

Suseno, Michael. 2011, Airfoil, michael-suseno.blogspot.co.id. Diakses tanggal 26

agustus 2017


UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL … · the characteristics of giromill windmill type...

Documents

Transcript of UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL … · the characteristics of giromill windmill type...