unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu ...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL

EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER

100 CM,SUDUT KEMIRINGAN SUDU 20o DENGAN

VARIASI LEBAR MAKSIMUM SUDU

SRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan

Guna mencapai derajat S-1 Sarjana Teknik (S.T)

Disusun Oleh:

BENIDEKTUS PRIMA SURYAATMAJA

NIM : 145214043

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE OF HORIZONTAL AXIS WINDMILL FOUR

BLADE COMPOSITE MATERIAL, DIAMETER 100 CM,THE

SLOPE ANGLE OF THE BLADE 20OANDMAXIMUM

WIDTH VARIATION OF BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

BENIDEKTUS PRIMA SURYAATMAJA

145214043

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


vii

INTISARI

Penggunaan energi listrik semakin meningkat dari tahun ke tahun seiring

dengan bertambahnya penduduk. Di Indonesia masih memanfaatkan sumber

energi mineral dan fosil yang terkandung di dalam bumi, misalnya minyak bumi,

gas alam, dan batu bara. Energi tersebut merupakan energi yang tidak bisa

diperbaharui atau bersifat sementara. Meningkatnya penggunaan energi listrik dan

menipisnya bahan bakar fosil memberikan tekanan pada negara untuk segera

memproduksi dan beralih ke energi terbarukan. Di Indonesia energi dibutuhkan

untuk mendorong kemajuan aspek sosial dan ekonomi. Selain itu energi

dibutuhkan untuk meningkatkan perkembangan dibidang industri dan pertanian.

Penelitian dilakukan menggunakan turbin angin sumbu horizontal tipe

propeller 4 sudu, dengan sudut kemiringan sudu 20°. Material komposit sebagai

bahan pembuat sudu, dan diameter sudu adalah 100 cm dengan lebar maksimum

sudu 8 cm, 9 cm dan 10 cm. Kincir angin diuji dalam laboratorium konversi

energi dengan blower sebagai sumber angin dan anemometer untuk mengukur

kecepatan angin yang digunakan, yaitu 6,3 m/s dan 8,2 m/s. Menggunakan

timbangan digital untuk mengetahui beban torsi dan tachometer untuk mengetahui

putaran poros kincir angin. Menggunakan voltmeter dan amperemeter untuk

mengetahui tegangan dan arus yang dihasilkan.

Hasil dari penelitian yang dilakukan adalah, pada kecepatan angin 6,3 m/s

daya mekanis tertinggi sebesar 33,05 watt dihasilkan oleh sudu variasi lebar 9 cm,

torsi tertinggi sebesar 0,95 N.m dihasilkan oleh sudu dengan variasi lebar 9 cm,

daya litrik teringgi sebesar 26,57 Watt pada variasi lebar 9 cm, Cptertinggi sebesar

28,53 pada tsr 2,75 dihasilkan oleh sudu lebar 9 cm. Pada kecepatan 8,2 m/s

dihasilkan daya mekanis tertinggi sebesar 47,83 Watt dengan variasi lebar sudu 9

cm, torsi tertinggi sebesar 1,26 N.m dihasilkan oleh variasi lebar sudu 9 cm, daya

listrik tertinggi sebesar 46,06 Watt dihasilkan oleh variasi lebar sudu 9 cm,

Cptertinggi sebesar 18,72 pada tsr 2,75 dihasilkan oleh variasi lebar sudu 9 cm.

Kata kunci penelitian ini : Kincir Angin Propeller, empat sudu, komposit,

koefisien daya dan tip speed ratio.


viii

ABSTRACT

The use of electrical energy is increasing from year to year along with

the increase of population. In Indonesia still utilize mineral energy and fossil

resources contained in the earth as a source of energy, such as petroleum, natural

gas, and coal. This energy is energy that can not be renewed or temporary. The

increasing use of electrical energy and the depletion of fossil fuels put pressure on

the country to quickly generate and switch to renewable energy. In Indonesia

energy is needed to promote social and economic progress. In addition, energy is

needed to promote industrial and agricultural development.

The research was conducted using horizontal axis wind turbine propeller

type, 4 blades, with slope angle of the blade 20°. The composite material as a

blademaking material, and the diameter of the blade is 100 cm with a maximum

width of blade 8 cm, 9 cm and 10 cm. Windmill was tested in laboratory energy

conversion with blower as wind source and anemometer to measure wind speed

used, ie 6.3 m/s and 8.2 m/s. Using digital scales to determine the torque load and

tachometer to determine the rotation of the windmill shaft. Using voltmeter and

amperemeter to know the voltage and current generated.

The result of the research is at 6.3 m/s wind speed. The highest

mechanical power of 33.05 Watts is produced by the 9 cm wide variation blade,

the highest torque of 0.95 N.m is produced by the blade with 9 cm wide variation,

the lithric power 26.57 Watt high at 9 cm wide variation, highest Cp of 28.53 at

tsr 2.75 produced by 9 cm wide blade. At a speed of 8.2 m/s, the highest

mechanical power of 47.83 Watt with variation of 9 cm wide blade width, the

highest torque of 1.26 N.m is produced by the variation of 9 cm width of the

blade, the highest electrical power of 46.06 Watt is produced by variation width of

9 cm blade, highest Cp equal to 18,72 at tsr 2,75 generated by variation of width

of 9 cm blade.

Keywords of this research: Windmill propeller, four blade, composite, coefficient

performance and tip speed ratio


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat dan karunia –

Nya, penulis mampu menyelesaikan penelitian sebagai tugas akhir ini dengan baik

dan tepat waktu. Tugas akhir ini dibuat dengan tujuan sebagai syarat wajib untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharna Yogyakarta. Berkat karunia Tuhan serta

dukungan dan bantuan dari semua pihak baik secara moral, materil dan doa, maka

penulis ingin menyampaikan terimakasih antara lain kepada :

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

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah

diberikan kepada penulis selama belajar di Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Mesin atas segala yang telah diberikan kepada penulis selama belajar di

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta.

3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta sekaligus sebagai dosen pembimbing tugas

akhir yang telah memberikan banyak waktu, tenaga dan pikiran serta

dorongan selama penulis menyelesaikan tugas akhir.

4. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik

yang telah memberikan arahan, kritik dan saran serta bimbingan kepada

penulis selama penulis duduk di bangku kuliah di Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

5. Segenap Dosen dan Staff Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma atas segala dukungan, kerja sama,


xi

DAFTAR ISI

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

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

LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................... iii

DAFTAR PANTIA PENGUJI ............................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................................................. v

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 3

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

1.4 Batasan Masalah .................................................................................... 4

1.5 Manfaat Penelitian................................................................................. 5

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ......................................... 6

2.1 Energi Angin ......................................................................................... 6

2.1.1 Jenis Angin ............................................................................................ 8

2.2 Kincir Angin ........................................................................................11

2.2.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin ................................ 12


xii

2.2.2 Kincir Angin Berdasarkan Jenis Poros................................................ 14

2.2.3 Kincir angin poros horizontal .............................................................. 14

2.2.4 Kincir Angin Poros Vertikal ............................................................... 17

2.3 Komposit .............................................................................................19

2.3.1 Kelebihan Komposit ............................................................................ 22

2.3.2 Kekurangan Komposit......................................................................... 23

2.3.3 Polimer ................................................................................................ 23

2.3.4 Resin Polyester .................................................................................... 27

2.3.5 Kelebihan dan Kekurangan Resin ....................................................... 27

2.3.6 Serat ..................................................................................................... 28

2.3.7 Fiberglass ............................................................................................. 29

2.4 Rumus Perhitungan .............................................................................31

2.4.1 Energi dan Daya Angin ...................................................................... 32

2.4.2 Daya Mekanis ...................................................................................... 33

2.4.3 Daya Listrik ......................................................................................... 34

2.4.4 Torsi .................................................................................................... 34

2.4.5 Tip Speed Ratio(tsr) ............................................................................ 35

2.4.6 Koefisien Daya .................................................................................... 36

2.4.7Grafik Hubungan Antara Cp dengan tsr ....................................................36

2.5 Tinjauan Pustaka .................................................................................37

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 39

3.1 Diagram Alir Penelitian ......................................................................39

3.2 Waktu Pelaksanaan Penelitian ............................................................40

3.3 Pembuatan Sudu Kincir .......................................................................41

3.4 Alat dan Bahan Yang Digunakan ........................................................44


xiii

3.5 Langkah –Langkah Penelitian .............................................................51

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ......................................................... 54

4.1 Data Hasil Penelitian ...........................................................................54

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan.......................................................60

4.3 Data Hasil Perhitungan ........................................................................65

4.4 Pembahasan Grafik .............................................................................72

BAB V PENUTUP ................................................................................................. 80

5.1 Kesimpulan..........................................................................................80

5.2 Saran ....................................................................................................81

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 82

LAMPIRAN ........................................................................................................... 85


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konsumsi energi di Indonesia ......................................................... 1

Gambar 2.1 Angin laut. ....................................................................................... 8

Gambar 2.2 Angin darat. ..................................................................................... 8

Gambar 2.3 Angin lembah .................................................................................. 9

Gambar 2.4 Angin gunung .................................................................................. 9

Gambar 2.5 Angin fohn ..................................................................................... 10

Gambar 2.6 Angin muson barat dan muson timur ............................................ 11

Gambar 2.7 Bagian – bagian kincir Angin ........................................................ 12

Gambar 2.8 Kincir angin American Windmill .................................................. 15

Gambar 2.9 Kincir angin Dutch Four Arm ....................................................... 16

Gambar 2.10 Kincir angin Propeller ................................................................. 16

Gambar 2.11 Kincir angin Savonius .................................................................. 18

Gambar 2.12 Kincir angin Darrius ................................................................... 19

Gambar 2.13 Komposit berdasarkan bahan utama ............................................ 20

Gambar 2.14 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya. ........................... 21

Gambar 2.15 Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya .............................. 22

Gambar 2.16 Serat alam dan buatan .................................................................. 29

Gambar 2.17 Serat fiberglass ............................................................................ 30

Gambar 2.18 Grafik hubungan Cp dan tsr. ....................................................... 37

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .................................................................. 39

Gambar 3.2 Desain dan cetakan yang akan digunakan ..................................... 42

Gambar 3.3 Resin, katalis, bubuk plastik bahan pembuatan matriks

komposit………….. ................................................................................... 42


xv

Gambar 3.4 Proses mencetak sudu .................................................................... 44

Gambar 3.5 Hasil dari proses pembentukan sudu ............................................. 44

Gambar 3.6 Sudu kincir sebelum pengujian ..................................................... 45

Gambar 3.7 Hup yang digunakan ...................................................................... 46

Gambar 3.8 Poros yang digunakan.................................................................... 46

Gambar 3.9 Fan Blower yang digunakan .......................................................... 47

Gambar 3.10 Anemometer yang digunakan ...................................................... 47

Gambar 3.11 Tachometer yang digunakan ........................................................ 48

Gambar 3.12 Timbangan digital yang digunakan ............................................. 48

Gambar 3.13 Voltmeter yang digunakan .......................................................... 49

Gambar 3.14 Amperemeter yang digunakan ..................................................... 49

Gambar 3.15 Potensio yang digunakan ............................................................. 50

Gambar 3.16 Lampu pembebanan 5 dan 7 buah yang digunakan ..................... 50

Gambar 3.17 Skema langkah penelitian yang dilakukan .................................. 51

Gambar 3.18 Rangkaian listrik yang digunakan ............................................... 52

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran poros (n) rpm terhadap torsi(N.m)

(a) kecepatan angin 6,3 m/s (b) kecepatan angin 8,2 m/s........................... 73

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya mekanis (Watt) terhadap torsi (N.m)

(a) kecepatan angin 6,3 m/s (b) kecepatan angin 8,2 m/s........................... 74

Gambar 4.3 Grafik hubungan daya listrik (Watt) terhadap torsi(N.m) (a)

kecepatan angin 6,3 m/s (b) kecepatan angin 8,2 m/s ................................ 76

Gambar 4.4 Grafik hubunganCp terhadap tsr (a) kecepatan angin 6,3 m/s (b)

kecepatan angin 8,2 m/s ............................................................................. 77

Gambar 4.5 Grafik perbandingan nilai Cpterhadap tsr setiap variasi lebar

sudu pada kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s ......................................... 78


xvi

DAFTAR TABEL

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

Tabel 2.1 kecepatan angin 10 meter diatas permukaan tanah ............................. 7

Tabel 2.2 Kekuatan resin thermoplastic ............................................................25

Tabel 2.3 Kekuatan resin thermoset ..................................................................26

Tabel 2.4 Sifat – sifat dari setiap fiberglass ......................................................31

Tabel 2.5 Sifat serat ...........................................................................................31

Tabel 3.1 Rencana waktu pelaksanaan penelitian .............................................43

Tabel 4.1 Data pengujian variasi lebar 8 cm dan kecepatan angin 6,3 m/s ....... 54


Tabel 4.3 Data pengujian variasi lebar 10 cm dan kecepatan angin 6,3 m/s .... 56



Tabel 4.6 Data pengujian variasi lebar 10 cm dan kecepatan angin 8,3 m/s ..... 59

Tabel 4.7 Hasil pengolahan data variasi lebar 8 cm dan kecepatan angin 6,3

m/s ............................................................................................................. 66


m/s ............................................................................................................. 67


m/s ............................................................................................................. 68


m/s ............................................................................................................. 69


m/s ............................................................................................................. 70


m/s ............................................................................................................. 71


xvii

DAFTAR SIMBOL

ρ :massa jenis (kg/m3)

m : massa (kg)

ṁ : laju aliran massa (kg/s)

Ek : energi kinetik (J)

A : luas penampang (m2)

v : kecepatan angin(m/s)

vt : kecepatan ujung sudu (rad/s)

ω : kecepatan sudut (rad/s)

n : kecepatan putar poros (rpm)

r : jari – jari (m)

F :gaya(N)

T :torsi (N.m)

Pin :daya angin (Watt)

Pout :daya keluaran (Watt)

Cp : koefisien daya

tsr : tip speed ratio


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Kebutuhan energi listrik semakin meningkat dari tahun ke tahun. Hal ini

disebabkan karena pertumbuhan penduduk dan ekonomi serta pemakaian energi

listrik yang terus bertambah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1. Suatu

negara dapat dikatakan maju apabila didukung dengan sumber daya manusia yang

maju dan sumber energi yang dapat mencukupi kebutuhan hidup rakyatnya. Di

Indonesia masih memanfaatkan sumber energi mineral dan fosil yang terkandung

di dalam bumi, misalnya minyak bumi, gas alam, dan batu bara. Energi tersebut

merupakan energi yang tidak bisa diperbaharui atau bersifat sementara. Selain itu

penggunaan energi dari fosil dapat menyebabkan pengaruh buruk terhadap

lingkungan baik secara langsung maupun tidak langsung, misalnyapemanasan

global, dan polusi udara yang berpengaruh buruk terhadap ekologi dan

mempercepat kerusakan bumi.

Gambar 1.1 Konsumsi energi di Indonesia

Sumber : Konsumsi enrgi listrik di Indonesia perkapita – Databoks.

( Diakses Maret 2018 )


2

Meningkatnya penggunaan energi listrik dan menipisnya bahan bakar fosil

memberikan tekanan pada negara untuk segera memproduksi dan beralih ke

energi terbarukan. Di Indonesia energi dibutuhkan untuk mendorong kemajuan

aspek sosial dan ekonomi. Selain itu energi dibutuhkan untuk meningkatkan

perkembangan dibidang industri dan pertanian. Berikut sumber energi terbarukan

yang bisa di manfaatkan di Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.1.

Tabel 1.1 Potensi energi terbarukan di Indonesia

Sumber : “Statistik Ekonomi Energi Indonesia 2004”, Pusat Informasi

Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta 2004. ( Diakses Maret 2018 )

Dibutuhkan kincir angin untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi

listrik. Kincir angin akan menangkap energi angin dan menggerakan generator

yang nantinya akan berubah dari energi angin menjadi energi listrik. Pada prinsip

kerja kincir angin mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik. Kincir angin

dibagi menjadi dua tipe menurut arah putaran porosnya, yaitu :Horizontal Axis

Wind Turbine (HAWT)dan Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Penulis akan

melakukan penelitian dengan merancang dan membuat kincir angin poros

horisontal jenis propeller empat sudu berbahan komposit dengan ukuran diameter

100 cm,sudut keniringan sudu20° dengan variasi lebar maksimum, pengujian

dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,3 m/s.


3

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang tersebut di atas maka dapat di jelaskan suatu rumusan

masalah yaitu:

1. Memanfaatkan energi angin yang ada di Indonesia untuk mencukupi

kebutuhan energi listrik dengan cara menggunakan kincir angin

sebagai alat pembangkit listrik.

2. Mulai menggunakan energi terbarukan sebagai solusi untuk

mengurangi penggunaan energi fosil serta mengurangi dampak

lingkungan yang disebabkan.

3. Pemakaian komposit sebagai bahan pembuatan sudu.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari pelaksanaan pembuatan dan penelitian ini adalah

sebagai berikut :

1. Membuat kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan

komposit, berdiameter 100 cm, sudut kemiringan sudu 20o

dengan

variasi lebar maksimum.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu

berbahan komposit.

3. Mengetahui nilai maksimalCoeffisientperformance (Cp) dan tip speed

ratio (tsr) yang dihasilkan dari setiap variasi lebar maksimum sudu.


4

1.4 Batasan Masalah

Batasan - batasan masalah yang digunakan dalam pembuatan dan

pengujian kincir ini adalah sebagai berikut :

1. Kincir angin propeller empat sudu berdiameter 100 cm.

2. Berbahan komposit dengan matriks resin polyester dan penguat serat

kaca.

3. Kemiringan sudu berdasarkan sudut kemiringan yang ditentukan, yaitu

20odengan variasi lebar maksimum sudu 8 cm, 9 cm, dan 10 cm.

4. Menggunakan blower sebagai sumber angin dengankecepatan angin

6,3 m/s, dan 8,2 m/s.

5. Menggunakan alat ukur Anemometer, Tachometer, Votlmeter

Amperemeter dan timbangan digital sebagai alat yang digunakan untuk

melakukan penelitian.

6. Sistem pembebanan dengan menggunakan lampu 5 dan 7 buah.

7. Pengujian dilakukan di laboratorium konversi energi Universitas

Sanata Dharma.


5

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari hasil pembuatan dan pengujian kincir angin

ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui proses pembuatan sudu kincir angin dengan bahan

komposit.

2. Menambah pengembangan dari variasi bentuk sudu.

3. Dapat dimanfaatkan sebagai salah satu penghasil energi listrik

terbarukan


6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Angin

Angin merupakan udara yang bergerak yang disebabkan oleh perbedaan

tekanan. Angin bergerak dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih

rendah. Sebagai fenomena alam yang membawa energi, angin merupakan sumber

tenaga yang bersih dari polusi. Hal ini merupakan salah satu daya tarik yang

terpenting dalam penggunaan angin untuk pembangkit energi (Tutun Nugraha dan

Didik Sunardi, 2012)

Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang

bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi yang

dilakukan oleh energi matahari menyebabkan perbedaan massa jenis udara.

Perbedaan massa jenis inilah yang menyebabkan perbedaan tekanan pada udara

sehingga terjadi aliran fluida yang menghasilkan angin. Energi angin dapat

dimanfaatkan menjadi salah satu pembangkin listrik terbaharukan dengan

menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana,

energi angin memutar sudu kincir angin yang kemudian memutar rotor pada

generator kemudian energi angin berubah menjadi energi listrik. Energi listrik

yang dihasilkan dapat dimanfaatkan langsung atau disimpan dalam baterai.

Kondisi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dapat

dilihat pada Tabel 2.1.


7

Tabel 2.1 Kecepatan angin 10 meter diatas permukaan tanah

sumber:https:www.google.co.id/kecepatanangin untuk menggerakkan kincir

dalam m/s (Diakses Maret 2018)

Batas minimum untuk menggerakkkan kincir angin adalah kelas 3 dan

batas maksimum adalah kelas 8. Metode distribusi probalitas digunakan untuk

menghitung potensi energi setiap provinsi. Wilayah yang memilikikecepatan

angin rata – rata diatas 3 m/s meliputi provinsi Aceh, Sumatera Utara, Sumatera

Barat, Riau, Kepulauan Riau, Jambi, Lampung, DKI Jakarta, Banten, Jawa Barat,

Jawa Tengah, Yogyakarta, Jawa Timur, Bali, NTT, NTB, Kalimantan Tengah,

Kalimantan Selatan, Kalimantan Timur, Sulawesi Utara, Sulawesi Tengah,

Sulawesi Barat, Sulawesi Selatan, Maluku, Maluku Utara, Papua Barat, dan Papua

(Akbar Rachman ,2012).


https://www.google.co.id/search?q=kecepatan+angin+untuk+menggerakkan+kincir+dalam+m/s

https://www.google.co.id/search?q=kecepatan+angin+untuk+menggerakkan+kincir+dalam+m/s

8

2.1.1 Jenis Angin

Jenis-jenis angin dapat dibedakan sebagai berikut :

1. Angin laut

Angin laut adalah angin yang berhembus dari dari arah laut ke arah darat

dan biasanya ngain laut ini terjadi pada siang hari. Hal ini disebabkan karena

daratan memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan temperatur di laut

seperti yang didapat dilihat pada Gambar2.1 angin laut biasanya digunakan oleh

para nelayan untuk pulang sehabis menangkap ikan.

2. Angin darat

Angin darat adalah angin yang berhembus dari arah daratan ke arah lautan

dan biasanya angin darat ini berlangsung pada malam hari. Hal ini terjadi karena

temperatur laut lebih tinggi dari pada temperatur yang ada didaratan seperti yang

ditunjukan pada Gambar 2.2 angin darat ini biasa dimanfaatkan oleh para nelayan

untuk berangkat mencari ikan dengan menggunakan perahu layar

Gambar 2.1 Angin laut. Gambar 2.2 Angin darat.

Sumber : https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklim-

dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/, (Diakses Maret 2018)


https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklim-dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/

https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklim-dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/

9

3. Angin lembah

Angin lembah adalah angin yang berhembus dari lembah ke puncak

gunung dan biasanya angin jenis ini terjadi pada siang hari. Arah hembusan angin

yang disebabkan karna adanya perbedaan temperature antara puncak gunung dan

lembah, puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari sehingga tekanan

yang ada dipuncak menjadi turun dan terjadi aliran udara,dapat dilihatpada

Gambar 2.3.

4. Angin gunung

Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di

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

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

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

atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas permukaan gunung seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.3 Angin lembah Gambar 2.4 Angin gunung

Sumber: https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit

(Diakses Maret 2018)


https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit

10

5. Angin Fohn

Angin fohn adalah angin yang terjadi karena hujan pegunungan. Hujan ini

berasal dari gerakan udara yang mengandung uap air yang terhalang oleh

pegunungan, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Angin fohn

Sumber :https://www.plukme.com/post/angin-fohn-bersifat-panas-dan-kering


6. Angin Muson

Angin Muson adalah angin yang berhembus berdasarkan periode yaitu

minimal 3 bulan dengan setiap periode dengan yang lain memiliki pola

berlawanan yang berganti arah secara berlawanan setiap 6 bulan, seperti yang

terlihat pada gambar 2.6. Angin muson dibagi menjadi 2, yaitu :

a. Angin muson barat

Angin muson barat adalah angin yang berhembus dari Benua Asia (musim

dingin) menuju Benua Australia (musim panas). Angin ini terjadi karena

melewati samudera yang luas.


https://www.plukme.com/post/angin-fohn-bersifat-panas-dan-kering

11

b. Angin muson timur

Angin muson timur adalah angin yang berhembus dari Benua Australia

(musim panas) menuju Benua Asia (musim dingin). Angin ini terjadi

karena melewati gurun yang luas dan celah yang sempit.

Gambar 2.6 Angin muson barat dan muson timur

Sumber :https://www.referensibebas.com (Diakses Maret 2018)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah alat yang digunakan untuk mengkonversi energi angin

menjadi energi mekanik. Dari proses itu memberikan kemudahan berbagai

kegiatan manusia yang memerlukan tenaga yang besar seperti memompa air untuk

mengairi sawah atau menggiling biji-bijian. Prinsip kerja kincir angin adalah

mengkonversi energi mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik dengan

induksi magnetik. Putaran kincir dapat terjadi secara afektif dengan

mengaplikasikan dasar teori aerodinamika pada desain sudu (blade) kincir angin.


https://www.referensibebas.com/

12

2.2.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Prinsip kerjakincir angin yaitu angin bergerak menerpa dan mengerakkan

sudu kincir kemudian pusat poros menimbulkan torsi pada sudu kincir. poros

terhubung dengan gearbox dan dalam gearbox kecepatan putaran poros akan

ditingkatkan dengan cara mengatur perbandingan roda gigi dalam gearbox.

Gearbox yang terhubung dengan generator akan merubah energi mekanik menjadi

energi listrik. Skema prinsip kerja kincir angin dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Bagian – bagian kincir angin

Sumber :http://mit.ilearning.me/kincir-angin-pembangkit-listrik/


Komponen – komponen utama pembangkit lisrik tenaga angin sebagai berikut :

1. Sudu (Blade)

Sudu merupakan suatu komponen yang terpasang pada poros yang

berhubungan langsung dengan angin. Sudu merubah energi kinetik dari

angin menjadi energi mekanik pada putaran poros.


http://mit.ilearning.me/kincir-angin-pembangkit-listrik/

13

2. Gearbox

Gearboxberfungsi untuk mengubah putaran rendah poros menjadi putaran

tinggi yang terhubung dengan poros generator. Dengan gearbox putaran

rendah kincir angin tetap bisa mendapatkan putaran yang tinggi.

3. Generator

Generator merupakan alat konversi energi mekanik menjadi energi listrik.

Generator mengubah torsi dan kecepatan putar rotor yang diterima sudu

menjadi tegangan dan arus.

4. Baterai

Baterai digunakan untuk menyimpan energi listrik. Pada baterai terjadi

reaksi elektrokimia charging dan discharging. Proses charging bekerja

saat beban dan sumber energi baterai berasal dari generator. Sedangkan

proses discharging adalah saat baterai menjadi sumber energi.

5. Controller

Controller sebagai alat konversi energi listrik dari AC menjadi DC dan

sebagai pengatur sistem tegangan masukan yang tidak stabil sehinga

menjadi stabil sebelum disimpan pada baterai.

6. Ekor

Ekor kincir angin berfungsi untuk menggerakkan kincir angin agar berada

pada posisi menghadap arah angin. Ukuran ekor kincir harus disesuaikan

dengan kincir angin sehingga ekor kincir bisa mendorong badan kincir

kearah angin.


14

2.2.2 Kincir Angin Berdasarkan Jenis Poros

Kincir angin dibedakan menjadi 2 jenis berdasarkan porosnya yaitu :

1. Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

2. Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

2.2.3 Kincir angin poros horizontal

Kincir angin poros horizontaladalah kincir angin dengan sumbu putar

sejajar dengan permukaan tanah dan poros putar rotor searah dengan arah angin.

Kelebihan kincir angin poros horizontal :

1. Tower yang tinggi memungkinkan untuk mendapatkan angin dengan

kekuatan energi yang lebih besar

2. Memiliki efisiensi yang tinggi, dikarenakan blade bergerak tegak lurus

terhadap arah angin (Hendra Dermawan, 2015)

Kelemahan kincir angin poros horizontal :

1. Membutuhkan tower yang lebih tinggi agar memperoleh energi angin yang

maksimal

2. Memiliki desain yang lebih rumit karena membutuhkan perangkat

tambahan perangkat untuk mengatur ke arah angin, selain itu penempatan

generator diatas tower dapat menambah beban turbin (Hendra Dermawan,

2015)

3. Perawatan lebih rumit karena komponen-komponen berada diatas tower

Berdasarkan jenisnya, kincir angin poros horizontal yang mudah kita jumpai

adalah sebagai berikut :


15

1. American Windmill

American Windmil ditemukan dan dibuat oleh Daniel Halladay pada tahun

1857. Awalnya kincir ini digunakan untuk memompa air dari sumur,

sedangkan untuk pembuatan yang lebih besar digunakan untuk menggiling

padi dan memotong jerami. Kincir angin jenis ini dapat dilihat pada

Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Kincir angin American Windmill

Sumber :https://www.pinterest.com (Diakses Maret 2018)

2. Dutch Four Arm

Dutch Four Arm mudah ditemui di Negara Belanda sehingga dinamai

Negara kincir angin. Desain kincir angin ini sangat sederhana karena

bahan materialnya terbuat dari kayu dan menaranya dari tanah liat, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.9.


https://www.pinterest.com/

16

Gambar 2.9 Kincir angin Dutch Four Arm


3. Propeller

Kincir angin propeller merupakan kincir angin poros horizontal, biasanya

memiliki 2, 3 atau 4 sudu. Efisien yang dimiliki kincir angni propeller

cukup tinggi dibandingkan tipe kincir angin lainnya, hal ini dapat

dibuktikan dalam grafik Betz limit. Kincir angin propellerdapat dilihat

pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10Kincir angin Propeller





17

2.2.4 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikaladalah kincir angin yang memiliki poros tegak

lurus dengan permukaan tanah dan poros putar rotor tegak lurus dengan arah

angin.

Kelebihan kincir angin poros vertikal :

1. Kincir angin ini mudah dirawat karena letaknya yang dekat dengan

permukaan tanah

2. Memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan angin rendah

(Hendra Dermawan, 2015)

3. Kincir angin ini dapat menerima hembusan angin dari segala arah

4. Tidak memerlukan menara yang tinggi sehingga lebih murah dan lebih

kuat

Kelemahan kincir angin poros vertikal :

1. Memiliki kecepatan putaran kincir angin yang rendah, karena letaknya

dekat dengan tanah.

2. Karena pada umumnya dipasang dekat dengan permukaan tanah maka

kualitas angin yang diterima kurang baik sehingga kincir angin mudah

rusak

Berdasarkan jenisnya, kincir angin poros vertikal yang mudah kita jumpai adalah

sebagai berikut :


18

1. Savonius

Kincir angin Savonius pertama kali ditemukan pada tahun 1922 oleh

Sigurd J Savonius yang berasal dari Negara Finlandia. Tipe Savonius dapat

dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.1 Kincir angin Savonius

Sumber :http://www.getsttpln.com/2014/03/jenis-jenis-turbin-angin.html (Diakses

Maret 2018)

2. Darrius

Hampir sama dengan Savonius namun Darrius menggunakan desain sudu

menggunakan sistem airfoil. Desain kincir ini dipatenkan oleh

GeorgesDarrius pada tahun 1927. Bentuk dari Darrius dapat dilihat pada

Gambar 2.12.


http://www.getsttpln.com/2014/03/jenis-jenis-turbin-angin.html

19

Gambar 2.1 Kincir angin Darrius

Sumber :http://www.getsttpln.com/2014/03/jenis-jenis-turbin-angin.html (Diakses

Maret 2018)

2.3 Komposit

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari dua atau lebih

material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik

dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya.

Komposit terdiri dari dua bahan utama yaitu :

a. Filler Reinforcement (Pengisi)

Material yang berfungsi sebagai penguat dari matriks. Filler yang umum

digunakan adalah carbon, glass, aramid, Kevlar.

b. Matriks

Material yang berfungsi sebagai perekat dan pelindung filler dari

kerusakan eksternaloleh karena itu untuk bahan filler sebaiknya

menggunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan untuk bahan


http://www.getsttpln.com/2014/03/jenis-jenis-turbin-angin.html

20

matrik sebaiknya menggunakan bahan - bahan yang liat dan tahan

terhadap perlakuan kimia.

Gambar 2.13 Komposit berdasarkan bahan utama

Sumber :https://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/


Klasifikasi komposit berdasarkan penguat yang digunakannya :

a. Fiber composite (komposit serat)

Material komposit serat yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan

dasar yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat dan resin sebagai

bahan perekat, sebagai contoh adala FRP (Fiber Reinforce Plastic) plastik

diperkuat dengan serat dan banyak digunakan, yang sering

disebutfiberglass.

b. Structure composite (komposit struktur)

Laminatecomposites ( komposit laminat)

Komposit lapis yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan

penguat, contohnya pollywood, laminated glass yang sering digunakan

sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya.


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

21

c. Particulate composites (komposit partikel)

Komposit ini merupakan komposit yang menggunakan partikel atau

serbuk sebagai bahan penguatnya dan terdistribusikan secara merata

dalam matriknya.

Gambar 2.14 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya.

Sumber :https://logamcor.wordpress.com/category/umum/ (Diakses Maret 2018)

Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

a. Polymer Matrix Composites (Komposit MatriksPolimer)

Komposit jenis ini adalah komposit yang sering digunakan. Komposit

jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya.

Kelebihan dari komposit jenis komposit PMC adalah mudah untuk dibentuk

mengikuti profil yang digunakan, memiliki kekuatan yang baik, dan lebih

ringan dibandingkan jenis komposit yang lainnya.

b. Metal Matrix Composites (Komposit Matriks Logam)


https://logamcor.wordpress.com/category/umum/

22

Komposit jenis ini adalah jenis komposit yang menggunakan suatu logam

seperti alumunium sebagai matriknya. Kelebihan dari jenis komposit MMC

adalah tahan terhadap temperature tinggi, memiliki kekuatan tekan dan geser

yang baik, dan tidak menyerap kelembaban udara.

c. Ceramic Matrix Composites (Komposit Matriks Keramik)

Komposit jenis ini merupakan komposit yang menggunakan bahan

keramik sebagai bahan matriknya. Kelebihan dari jenis komposit CMC

adalahmemiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi

serta tahan terhadap temperature yang tinggi.

Gambar 2.15 Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya

Sumber

:www.google.co.id/search?q=klasifikasi+komposit+berdasarkan+matriks(Diakses

Maret 2018)

2.3.1 Kelebihan Komposit

Material komposit mempunyai beberapa kelebihan yaitu : (a) Tahan

terhadap berbagai kondisi lingkungan yang buruk. (b) kompositlebih ringan dan

kuat (Viktor Malau, 2010). (c) Perbaikan struktur komposit dapat dilakukan

dengan mudah. (d) Sifat – sfat bahan komposit dapat dibuat dan disesuaikan

dengan karakteristik beban dan kondisi lingkungan kerja.


http://www.google.co.id/search?q=klasifikasi+komposit+berdasarkan+matriks

23

2.3.2 Kekurangan Komposit

Selain mempunyai beberapa kelebihan, komposit juga memounyai

beberapa kekurangan antara lain : (a) Komposit bersifat anisotropik yang

memiliki sifat berbeda antara satu lokasi / orientasi dengan lokasi / orientasi

lainnya. (b) Komposit tidak aman terhadap serangan zat – zat tertentu. (c)

Komposit memerlukan pembuatan yang relatif lama. (Viktor Malau, 2010). (d)

Material komposit tidak tahan terhadap beban kejut.

2.3.3 Polimer

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunkan biasa disebut

polimer penguat serat (FRP-Fibre Reinforced Polymers of Plastic). Klasifkasi

jenis-jenis polimer berdasarkan ketahanan terhadap perlakuan panas antara lain

sebagai berikut:

a. Polimer Thermosplastic

Polimer thermoplastic adalah polimer yang dapat digunakan berulang kali

dengan menggunakan bantuan panas, karena polimer jenis ini tidak tahan terhadap

perlakuan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras

apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu panas tertentu dan

mengeras seiring perubahan suhu serta mempunyai sifat dapat kembali ke sifat

aslinya yaitu kembali mengeras apabila didinginkan.

Contoh polimer thermoplastic sebagai berikut:

1. Poliestilena(PE) antara lain botol plastic, mainan, ember, drum, pipa

saluran, kantong plastik dan jas hujan.


24

2. Polivinilklorida (PVC) antara lain pipa air, pipa kabel listrik, kulit

sintetis, ubin plastik, dan botol detergen.

3. Polipropena (PP) antar lain karung, tali, bak air, kursi plastic dan

pembungkus tekstil.

b. Polimer Thermosetting

Polimer thermosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan

terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan tidak akan meleleh sehigga tidak

dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer jenis ini bersifat permanen.

Pemanasan dengan suhu tinggi tidak akan melunakan polimer thermoseting

melainkan membetuk arang dan terurai karena sifat-sifat yang demikian maka

thermoset sering digunakan sebagai penutup ketel. Contoh dari thermoset yaitu

fitting lampu listrik, steker listrik, dan asbak.


25

Tabel 2.2 Kekuatan resin thermoplastic

Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke – 6 PT.

Pradnya Paramita 2005

Resin

Thermoplastic

Kekuatan

Tarik

(kgf/mm2)

Perpan-

jangan

(%)

Modulus

Elastik

(kgf/mm2X

102)

Kekuatan

Tekan

(kgf/mm2)

Kekuata

n Lentur

(kgf/mm2)

--------------------

Stiren :

G.P. 4,5 - 6,3 1,0 - 2,5 2,8 - 3,5 8 - 11,2 6,9 - 9,8

Dikopolimerkan

Dengan

Akrilonotril 6,6 - 8,4 1,5 - 3,5 2,8 - 3,9 9,8 - 11,9 9,8 -

13,3

Resin ABS 1,6 - 6,3 10 – 140 0,7 - 2,8 1,7 - 7,7 2,5 - 9,4

Nilon :

Nilon 6 7,1 - 8,4 25 – 320 1,0 - 2,6 4,6 - 8,5 5,6 -

11,2

Nilon 66 4,9 - 8,4 25 – 200 1,8 - 2,8 5 - 9,1 5,6 - 9,6

Polietilen :

Massa Jenis

Tinggi

2,1 - 3,8 15 – 100 0,4 – 1 2,2 0,7

Massa Jenis

Rendah

0,7 - 1,4 90 – 650 0,14 - 0,24 --- ---

Polipropilen

---

3,3 - 4,2

200 – 700

1,1 - 1,4

4,2 - 5,6

4,2 - 5,6

Resin PVC :

Kaku 3,5 - 6,3 2,0 -40 2,4 - 4,2 5,6 - 9,1 7 - 11,2

Dengan Pemlastis 0,7 - 2,4 200 – 400 --- 0,7 - 1,2 ---

Poli

aset

al :

Delrin

6,1 – 7

15 –40

ext.75

2,4 - 2,8

12,6

8,4 - 9,8

Polikarbonat :

---

5,6 - 6,6

60 – 100

22

7,7

7,7 - 9,1

Politetrafluoroetilen :

(Telfon)

1,4 - 3,1

200 – 400

0,4

1,19

---

Baja Lunak

--------------------

Untuk

Konstruksi

0,1 - 0,2%

C

38

30

300

38


26

Tabel 2.3 Kekuatan resin thermoset

Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke – 6 PT.

Pradnya Paramita 2005

Resin Thermoset Kekuatan

Tarik

(kgf/mm2)

Perpan-

jangan

(%)

Modulus

Elastik

(kgf/mm2

X 102)

Kekuatan

Tekan

(kgf/mm2)

Kekuat

an

Lentur

(kgf/m

m2)

Resin Fenol

(Bakelit) :

Tanpa pengisi 4,9 - 5,6 1,0 - 1,5 5,2 – 7 7,0 - 21 8,4 -

10,5

Dengan bubuk

kayu

4,5 – 7 0,4 - 0,5 5,6 – 12 15,4 - 25,2 5,9 -

8,4

Dengan asbes 3,8 - 5,2 0,18 - 0,5 7,0 – 21 14 - 24 5,6 -

9,8

Dengan serat

glass

3,6 – 7 0,2 23,1 12 - 24,0 7,0 –

42

Resin Melamin :

Dengan pengisi --- --- --- --- ---

Dengan selulosa 4,9 - 9,1 0,6 - 1,0 8,4 - 9,8 17,5 - 30,1 7 -

11,2

Resin Urea :

Dengan selulosa

4,2 - 9,1

0,4 - 1,0

7 - 10,5

17,5 - 31

7 -

11,2

Resin Poliester :

Dengan pengisi

(coran kaku) 4,2 - 9,1 < 5 2,1 - 4,2 9,1 - 25 5,9 -

16,1

Dengan serat

glass

17,5 - 2,1 0,5 - 5,0 5,6 – 14 10,5 - 21 7,0 –

28

Dengan serat

sintetik

3,1 4,2 --- --- 14 - 21 7,0 -

8,4

Resin Epoksi :

Dengan

pengisi

(coran)

2,8 - 9,1 3,0 - 6,0 2,4 10,5 - 17,5 9,3 -

14,7

Dengan serat

glass

9,8 - 2,1 4 2,1 21 - 26 14 –

21

Resin Silikon :

Dengan serat

glass

2,8 - 3,5

---

---

7,0 - 10,5

7 - 9,8


27

2.3.4 Resin Polyester

Resin polyester merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya

sering disebut polyester. Resin ini berupa cairan dengan viskositas yang

relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa

menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya.

(Hendriwan Fahmi, et all., 2011).

Resin polyester terbagi menjadi beberapa jenis antara lain:

1. Polyester Orthophtalic

Merupakan salah satu tipe resin yang memiliki daya tahan yang baik

terhadap proses korosi air laut dan reaksi kimia.

2. Polyester Isophtalic

Sifat resin ini memiliki daya tahan yang baik terhadap panas dan larutan

asam, memiliki kekerasan yang lebih tinggi, serta kemampuan menahan

resapan air (abesion) yang lebih baik bila dibandingkan dengan resin tipe

Orthophtalic.

2.3.5 Kelebihan dan Kekurangan Resin

Jenis polimer yang sering dipakai adalah resin polyester yang memiliki

kelebihan : ringan, mudah dibentuk, tahan korosi dan murah. Tetapi polyester juga

memiliki kekurangan karena sifat dasarnya kaku dan rapuh sehingga sifat

mekaniknya lemah terutama ketahanan terhadap uji impact.


28

2.3.6 Serat

Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen

yang berbentuk seperti jaringan yang memanjang yang utuh. Serat ini dibagi

menjadi dua kategori, yakni serat alam dan serat buatan yaitu“Serat yang

molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat

buatan, yakni kuat dan tahan terhadap gesekan”.

Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu :

1. Serat alam

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

dan proses giologis. Serat jenis ini sangat ramah lingkungan karena memiliki sifat

yang dapat lapuk atau dapat mengalami pelapukan.

2. Serat buatan atau sintetis

Serat buatan atau serat sintesis umumnya berasal dari bahan petrokimia.

Namun, ada pula serat sintetis yang dibuat dari selulosa alami seperti rayon. Serat

sintetis dapat diproduksi secara murah dalam jumlah yang besar. Serat buatan

terbentuk dari polimer-polimer yang berasal dari alam maupun polimer-polimer

buatan yang dibuat dengan cara kepolimeran senyawa-senyawa kimia. Semua

proses pembuatan serat dilakukan dengan menyemprotkan polimer yang

berbentuk cairan melalui lubang-lubang kecil (spinneret).


29

Gambar 2.16 Serat alam dan buatan

Sumber :http://apobaeado.blogspot.com/2013/05/serat-alami-dan-serat-buatan-

sintetis.html (Diakses Mei 2018)

2.3.7 Fiberglass

Fiberglass atau yang sering disebut serat kaca merupakan serat sintetis

anorganik. Serat kaca terbuat dari kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan

diameter 0,005 mm – 0,001 mm. Serat ini biasa dipintal menjadi benang atau

ditenun menjadi kain (lembaran) yang akan digunakan untuk menjadi penguat

sebuah komposit. Resin yang dicampurkan dengan fiberglass akan menjadi bahan

yang kuat dan tahan korosi.


http://apobaeado.blogspot.com/2013/05/serat-alami-dan-serat-buatan-sintetis.html


30

Sifat – sifat fiberglass yaitu :

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

2. Tensile strenghtnya cukup tinggi (sekitar 3,2Gpa).

3. Stabilitas dimensinyabaik.

4. Tahankorosi.

Keuntungan menggunakan fiberglassadalah :

1. Biayamurah.

2. Tahankorosi.

3. Biaya relatif rendah dari kompositlainnya.

Gambar 2.17 Serat fiberglass

Sumber: http://ketrampilankimiaindustri.blogspot.com/2012/03/apa-itu-fiber-

glass.html (Diakses Mei 2018)


http://ketrampilankimiaindustri.blogspot.com/2012/03/apa-itu-fiber-glass.html


31

Tabel 2.4 Sifat – sifat dari setiap fiberglass

Sumber :Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke – 6 PT. Pradnya

Paramita 2005

Tabel 2.5Sifat serat

Sumber :Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke – 6 PT. Pradnya

Paramita 2005

Se

rat

Kekuatan

Tarik

Perpanjangan

Patah

Massa

Jenis

Modulus

Young

Modulus

Jenis

(GN/m2) (%) (g/cm

3) (GN/M

2) (MJ/Kg)

Karbon (Dasar

Rayon

Viskus)

2 0,6 1,66 350 210

Karbon* (Dasar PAN)

1,8 0,5 1,99 400 200

Gelas (Jenis E) 3,2 2,3 2,54 75 30

Baja 3,5 2 7,8 200 26

Kevlar 3,2 6,5 1,44 57 40

Nilon 66 0,9 14 1,14 7 6

Poliester 1,1 9 1,38 15 11

2.4 Rumus Perhitungan

Dalam penelitian kerja kincir angin sangat diperlukan beberapa rumus

perhitungan untuk mengetahui daya angin, daya mekanis, daya listrik, torsi, tip

speed ratio, koefisien daya mekanis, dan koefisien daya listrik.


32

2.4.1 Energi dan Daya Angin

Angin merupakan perpindahan udara yang disebabkan berbagai pengaruh

atmosfer. Udara itu bergerak dengan kecepatan tertentu dan dalam keadaan itu

akan mengikuti semua hukum mekanika yang paling sederhana (R. Wartena,

1987). Energi angin adalah energi yang dimiliki angin karna adanya kecepatan

dan perbedaan tekanan. Udara yang bergerak memiliki energi kinetik.

Maka secara umum energi kinetik angin dapat dirumuskan :

Ek=

mv

2 (1)

yang dalam hal ini :

Ek : Energi kinetik, J (joule)

m : massa udara (kg)

v : kecepatan angin (m/s)

Daya adalah energi persatuan waktu.Dari persamaan (1), didapat daya

yang dihasilkan angin adalah energi kinetik angin tiap satuan waktu (J/s) sehingga

persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :

Pin=

ṁ v

2 (2)


Pin : daya yang dihasilkan angin J/s (watt)

ṁ : massa udara yang menggalir dalam satuan waktu (kg/s)


Aliran udara yang menggalir per satuan waktu adalah :

ṁ = ρ A v (3)


33


ρ : massa jenis udara (kg/m3)

A : daerah sapuan angin (m2)


Luas penampang yang digunakan adalah luas daerah sapuan angin yang

menggerakkan kincir angin.

Dengan cara mengabungkan persamaan (3) ke persamaan (2), maka dapat

diperoleh rumusan daya angin :

Pin =

(ρ A v) v

2

dapat disederhanakan menjadi :

Pin =

ρ A v

3 (4)

2.4.2 Daya Mekanis

Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan kincir angin dengan cara

mengkonversikan energi kinetik dari hembusan angin menjadi energi mekanik

berupa putaran poros kincir angin.

Daya mekanis dapat dirumuskan :

Pout= T ω (5)


Pout : daya yang dihasilkan kincir angin (watt)

T : torsi (N.m)



34

Kecepatan sudut dalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang

digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konvesi satuan yang menghubungkan

putaran dan kecepatan sudut adalah ω = 2 /60 rad/s, maka persamaan (6) dapat

di konversi menjadi :

Pout = T

(6)


n : putaran poros (rpm)

2.4.3 Daya Listrik

Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator, daya

listrik dapat ditulis dengan persamaan sabagai berikut :

Pout = V I (7)


Pout : daya listrik (watt)

V : tegangan (Volt)

I : arus yang menggalir pada beban (Ampere)

2.4.4 Torsi

Gaya yang bekerja pada poros baik itu pada jenis kincir angin poros

horizontal maupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya

dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran

yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap


35

sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi. Secara teori

dapat dirumuskan :

T = F l (8)


T : torsi (N.m)

l : panjang lengan torsi ke poros (m)

F : gaya yang diberikan pada kincir (N)

2.4.5 Tip Speed Ratio(tsr)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya (Bernardus

Morgan, 2016). Kecepatan ujung sudu dapat dirumuskan :

tsr =

(9)

Dengan :

Vt : kecepatan ujung sudu


Kecepatan ujung sudu dapat dirumuskan menjadi :

Vt = ω r (10)

Dengan :


r : jari – jari kincir (m)

Sehingga tsr dapat dirumuskan menjadi :

tsr =

(11)


36


r : jari-jari kincir (m)

n : putaran poros (rpm)

2.4.6 Koefisien Daya

Koefisien daya atau Coeffisient performance(Cp) adalah bilangan daya tak

berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir

dengan daya yang dihasilkan angin sesuai teori yang sudah ada, maka dapat

dirumuskan :

Cp =

x100% (11)


Cp : koefisien daya

Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt)

Pin : daya yang dihasilkan angin (watt)

2.4.7 Grafik Hubungan Antara Cpdengan tsr

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Albert Betz ilmuwan yang

berasal dari Jerman, koefisien daya maksimal untuk kincir angin tipe propeller

adalah 59,3 %. Angka tersebut dikenal dengan sebutan Betz Limit


37

Gambar 2.18 Grafik hubungan Cp dan tsr.

Sumber : http://mcensustainableenergy.pbworks.com (Diakses Maret 2018)

2.5 Tinjauan Pustaka

Berdasarkan penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Vincentius

Anggi S pada tahun 2016. Penelitian yang dilakukan mengenai “Unjuk kerja

kincir angin sumbu horizontal tiga tudu berbahan Komposit, berdiameter 1 m

dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m” menggunakan variasi

kecepatan angin 7,3 m/s, 8,4 m/s dan 9,4 m/s. Penelitian ini menunjukkan bahwa

pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s kincir angin dapat bekerja secara optimal

jika dibandingkan dengan variasi kecepatan angin lainnya. Hal tersebut dapat

ditunjukkan dari hasil koefisien daya mekanis (Cp daya mekanis) yang

menghasilkan Cp sebesar 38% pada tip speed ratio (tsr) 4,3. Daya keluaran

berupa daya listrik yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin

7,3 m/s sebesar 50,9 Watt dan torsi sebesar 1,1 N.m. Untuk variasi kecepatan

angin 8,4 m/s daya listrik yang dihasilkan sebesar 58,3 Watt dan torsi 1,02 N.m.


http://mcensustainableenergy.pbworks.com/

38

Pada variasi kecepatan angin 9,4 m/s daya listrik yang dihasilkan sebesar 74,1

watt dan torsi 1,3 N.m.

Bernardus Morgan W pada tahun 2016, “Unjuk Kerja Kincir Angin

Propeller 3 Sudu Berbahan Komposit Dengan Posisi Lebar Maksimal Sudu 10

Sentimeter Dari Pusat Poros”. Penelitian ini memperoleh koefisien daya tertinggi

sebesar 19,6% pada tsr 3,6 dengan kecepatan angin 7 m/s. Pada kecepatan angin

9,5 m/s torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,9 N.m pada putaran

kincir 465 rpm. Kecepatan angin 9,5 m/s daya terbesar yang dihasilkan dari kincir

angin yang dibuat yaitu 44,88 Watt pada torsi 0,77 N.m.

Dilakukan pula penelitian tentang “Unjuk Kerja Turbin Angin Propeller 4

Sudu Berbahan Komposit Berdiameter 100 CM Dengan Lebar Maksimum Sudu

13 CM Pada Jarak 19 CM Dari Pusat Sumbu Poros” oleh Dwi Andika Kurniawan

2016. Menunjukkan bahwa pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s turbin angin

dapat bekerja optimal dibanding pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s dan 9,4 m/s.

Koefisien daya pada kecepatan angin 7,3 m/s sebesar 43% yang bekerja pada tip

speed ratio sebesar 3,8.


39

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Langkah kerja penelitian digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Mulai

Pembuatan desain sudu

Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan sudu

kincir angin

Pembuatan sudu

Pengujian Kincir angin

Pengolahan, perhitungan, pembahasan data dan pembuatan grafik

Kesimpulan dan saran

selesai

Pegambilan data

Pengujian tanpa kendala Ya Tidak


40

Ada tiga tahap metode untuk melaukan penelitian antara lain sebagai berikut :

1. Penelitian kepustakaan

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur – literatur

yang berhubungan dengan penelitian dan penulisan tugas akhir serta

kebenarannya dapat dipertangung jawabkan

2. Pembuatan alat

Pengerjaan sudu kincir angin sumbu horizontal tipe propeller di

Wedomartani, Kec. Depok, Kab. Sleman, Yogyakarta. Kincir angin dibuat

sesuai dengan disain yang telah ditentukan.

3. Pengujian dan pengambilan data

Metode ini dilakukan dengan cara menguji dan mengamati secara

langsung saat kincir angin terpasang dalam keadaan berputar karena

hembusan angin dari blower dengan kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s,

terhubung dengan rangkaian listrik serta pemberian beban untuk

mengetahui arus, tegangan dan daya kincir yang dihasilkan pada saat

pengujian berlangsung diikuti dengan pengambilan data.

3.2 Waktu Pelaksanaan Penelitian

Untuk melakukan suatu penelitian perlu merencanakan kapan waktu

pelaksanaan dilakukan. Penenelitian dilakukan pada bulan Januari – April 2018 di

laboratorium konversi dan energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.


41

Tabel 3.1 Rencana waktu pelaksanaan penelitian

Kegiatan Tahun 2018

Januari Februari Maret April

Minggu 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Mendesain sudu

Membuat sudu

Pengujian dan

pengambilan data

Pengolahan dan

pembahasan data

3.3 Pembuatan Sudu Kincir

Kincir angin yang akan dibuat adalah kincir angin sumbu horizontal 4

sudu dengan kemiringan sudut 20˚ dengan variasi lebar maksimum 8 cm, 9 cm, 10

cm. Langkah – langkah dalam pembuatan sudu adalah sebagai berikut :

1. Pembuatan desain dan cetakan

Pembuatan desain dilakukan untuk menentukan jenis dan bentuk kincir

yang akan diteliti. Cetakan berfungsi untuk mencetak sudu berdasarkan

desain yang telah dibuat. Cetakan untuk membuat kincir terbuat dari kayu

yang sudah ditentukan kemiringan sudutnya yaitu 20˚ dan diberi pengunci

untuk mengunci cetakan agar hasil cetakan sesuai dengan yang

diharapkan.


42

Gambar 3.2 Desain dan cetakan yang akan digunakan

2. Proses pembuatan komposit

Pembuatan matriks komposit dengan mencampur resin dan katalis dengan

perbandingan 60 % resin dan 30 % katalis dan diberi tambahan bubuk

plastik 10 %. Bubuk plastik ditambahkan dengan tujuan agar memiliki

kelenturan (elastis) serta kerekatan yang lebih kuat.

Gambar 3.3 Resin, katalis, bubuk plastik bahan pembuatan matriks komposit


43

3. Proses pencetakan sudu

Sebelum melakukan pencetakan sudu, cetakan terlebih dahulu dilapisi

aluminium foil dan oli untuk mencegahi merekatnya resin pada cetakan

saat melakukan proses pencetakan. Selanjutnya pemberian serat fiber yang

ditimpa matrik komposit dengan menggunakan kuas pada cetakan. Lapisan

pertama serat fiber dan ditimpa matrik komposit diulangi sebanyak 4 kali.

Lalu cetakan ditutup dan dikunci agar matrik komposit dan serat fiber

dapat merekat dengan kuat. Selanjutnya adalah proses pengeringan sudu

dengan bantuan panas matahari. Proses tersebut dilakukan berulang kali

sampai mendapatkan jumlah 12 buah sudu.


44

Gambar 3.4 Proses mencetak sudu

4. Proses pembentukan sudu

Setelah mendapatkan jumlah 12 buah sudu, selanjutnya adalah

pembentukan sudu berdasarkan variasi lebar 4 buah sudu dibentuk dengan

variasi lebar 8 cm, 4 buah sudu dibentuk dengan variasi lebar 9 cm, dan 4

buah sudu dibentuk dengan varasi lebar 10 cm sehingga mendapatkan

hasil 4 buah sudu dengan 3 variasi lebar yang berbeda.

Gambar 3.5 Hasil dari proses pembentukan sudu

3.4 Alat dan Bahan Yang Digunakan

Alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan pengujian adalah

sebagai berikut :


45

1. Sudu Kincir Angin

Sudu merupakan bagian yang sangat penting dalam suatu pembuatan

kincir angin, bagian ini menentukan luas daerah yang menerima energi

angin sehingga dapat membuat dudukan sudu berputar. Sudu yang

digunakan memiliki diameter 100 cm dengan variasi lebar 8 cm, 9 cm, dan

10 cm. Diameter dari sudu menentukan luas daerah sapuan angin yang

diterima. Sudu harus memiliki ukuran dan bentuk yang sama agarkincir

angin berputar dalam keadaan seimbang.

Gambar 3.6 Sudu kincir sebelum pengujian

2. Hup kincir

Hup kincir berfungsi sebagai dudukan untuk mengatur letak dan

kemiringan sudu. Hup memiliki lubang baut yang berfungsi untuk

meletakkan sudu dan menentukan jumlah sudu sesuai dengan kebutahan

yang diperlukan saat penelitian dan pengambilan data.


46

Gambar 3.7 Hup yang digunakan

3. Poros

Poros berfungsi sebagai sumbu untuk memutar kincir dan

mentransmisikan putaran kincir ke generator. Poros memiliki bearing atau

bantalan yang berfungsi untuk mengurangi gesekan sehingga poros dapat

berputar dengan optimal.

Gambar 3.8 Poros yang digunakan

4. Fan Blower

Fan blower berfungsi sebagai sumber angin.Fan blower menghisap udara

lalu di hebuskan ke kincir dengan tujuan untuk memutar kincir angin.


47

Sumber angin tersebut didapat dari putaran sudu fan blower yang

terhubung dengan motor listrik yang memliki power sebesar 15 Hp.

Gambar 3.9Fan Blower yang digunakan

5. Anemometer

Anemometerberfunsi sebagai alat ukur untuk menentukan kecepatan angin

dari fan blower yang dibutuhkan dalam proses pengujian yaitu 6,3 m/s

dan 8,2 m/s. Anemometer memiliki dua komponen utama, yaitu sensor

elektronik untuk menerima kecepatan angin dan modul digital untuk

membaca data kecepatan angin yang diterma sensor elektonik.

Gambar 3.10Anemometer yang digunakan


48

6. Tachometer

Thacometer berfungsi sebagai alat untuk mengkukur kecepatan putaran

poros kincir angin yang dinyatakan dalam satuan rpm.

Gambar 3.11Tachometer yang digunakan

7. Timbangan Digital

Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban yang dihasilkan

generator saat kincir berputar. Neraca pegas diletakkan pada lengan ayun

generator. Neraca pegas yang digunakan pada pengambilan data adalah

neraca pegas digital yang bertujuan untuk memudahkan membaca beban

dalam pengambilan data.

Gambar 3.12 Timbangan digital yang digunakan


49

8. Voltmeter

Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir

angin selama proses pengambilan data. Batas ukur yang digunakan pada

proses pengujian adalah 200 V.

Gambar 3.13Voltmeter yang digunakan

9. Amperemeter

Amperemeter berfungsi untuk mengukur arus listrik yang dihasilkan kincir

angin pada saat pengujian. Amperemeter terhubung secara seri ke lampu

pembebanan dan batas ukur yang digunakan pada saat pengujian adalah

10A.

Gambar 3.14Amperemeter yang digunakan


50

10. Potensio

Potensio digunakan untuk mengatur naik turunnya tegangan

sehinggadidapatkan tegangan yang sesuai kebutuhan pengujian. Putaran

potensio mempengaruhi tingkat tegangan dan pembebanan.

Gambar 3.15 Potensio yang digunakan

11. Sistem pembebanan

Beban yang digunakan dalam pengambilan data adalah lampu dengan

jumlah 5 buah untuk variasi kecepatan angin 6,3 m/s dan 7 buah untuk

variasi kecepatan angin 8,2 m/s.

Gambar 3.16 Lampu pembebanan 5 dan 7 buah yang digunakan


51

3.5 Langkah –Langkah Penelitian

Langkah – langkah yang dilakukan pada saat proses pengujian dan

pengambilan data kincir angin dapat dilihat pada gambar 3.16 adalah sebagai

berikut :

Gambar 3.17Skema langkah penelitian yang dilakukan

1. Memasang sudu kincir pada dudukan kincir (hup).

2. Memasang timbangan digital pada lengan generator yang terhubung ke

generator.

3. Membuat rangkaian listrik yang akan digunakan dalam proses

pengujian dan pengambilan data. Generator dihubungkan ke potensio

kemudian dari potensio di salurkan ke Voltmeter (tegangan) dan lampu

pembebanan. Voltmeter dihubungkan ke lampu pembebanan dan

Amperemeter (arus), kemudian dari Amperemeter dihubungkan ke

lampu pembebanan. Potensio diputar untuk menaikkan tegangan 0,5V


52

dalam setiap pengujian sehingga beban juga ikut bertambah dan

putaran kincir menurun. Skema rangkaian listrik dan pembebanan

dapat dilihat pada gambar 3.18.

Gambar 3.18 Rangkaian listrik yang digunakan

4. Memasang Anemometer di depan rumah kincir untuk menentukan

kecepatan angin yang akan digunakan dalam pengujian.

5. Menghidupkan Fan Bolwer dan menentukan kecepatan angin yang

diperlukan dalam proses pengujian dengan menggunakan Anemometer.

6. Setelah semua terpasang, kecepatan angin dan variasi beban telah

sesuai dengan yang diinginkan maka pengujian dan pengambilan data

siap dilakukan.

7. Untuk pengambilan data kecepatan putar poros menggunakan

Tachometer dengan cara meletakkan tachometer tegak lurus dengan

isolasi hitam pada generator dengan memanfaatkan pantulan sinar

infraredTachometer dapat membaca kecepatan putar poros yang

dinyatakan dalam satuan rpm.

8. Memutar potensio untuk menambah tegangan 0,5V setiap sekali

pengujian yang mempengaruhi peningkatan beban dan penurunan

putaran poros.


53

9. Mencatat nilai pembebanan yang terukur pada timbangan digital.

10. Mencatat tegangan yang ditunjukkan oleh Voltmeter.

11. Mencatat arus yang ditunjukkan oleh Amperemeter.

12. Mengulangi langkah 1 sampai 11 untuk variasi lebar sudu 8 cm, 9 cm

dan 10 cm.


54

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Data dibawah ini ambil berdasarkan penelitian kincir angin sumbu

horizontal berbahan komposit dengan variasi lebar 8 cm, 9 cm dan 10 cm dengan

kecepatan angin 6,3 m/s. Pembebanan dalam penelitian ini dengan menggunakan

beban lampu 5 buah. Data dari hasil penelitan dapat dilihat pada tabel 4.1, 4.2, dan

4,3.

Tabel 4.1 Data pengujian variasi lebar sudu 8 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s

NO Kecepatan Angin Putaran kincir Beban Torsi Tegangan Arus

(m/s) n (Rpm) F (gram) Volt Ampere

1

6.3

533 90 36.8 0

2 524 110 36.3 0.11

3 505 135 35.8 0.22

4 497 140 35.3 0.29

5 478 165 34.8 0.35

6 473 185 34.3 0.4

7 459 195 33.8 0.46

8 443 210 33.3 0.51

9 436 220 32.8 0.53

10 425 230 32.3 0.58

11 419 235 31.8 0.62

12 412 240 31.3 0.7

13 404 245 30.8 0.73

14 398 255 30.3 0.77

15 382 270 29.8 0.81

16 376 285 29.3 0.84

17 364 280 28.8 0.83

18 356 275 28.3 0.82


55

Tabel 4.2Data pengujian variasi lebar sudu 9 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s



1

6.3

555 50 36.6 0

2 519 135 36.1 0.18

3 504 140 35.6 0.25

4 494 160 35.1 0.3

5 483 165 34.6 0.35

6 490 175 34.1 0.4

7 478 185 33.6 0.45

8 476 190 33.1 0.46

9 467 195 32.6 0.5

10 459 205 32.1 0.55

11 461 215 31.6 0.59

12 451 225 31.1 0.63

13 447 230 30.6 0.66

14 440 235 30.1 0.69

15 434 240 29.6 0.73

16 423 250 29.1 0.76

17 412 260 28.6 0.79

18 405 270 28.1 0.82

19 397 275 27.6 0.85

20 383 285 27.1 0.88

21 377 290 26.6 0.91

22 373 305 26.1 0.94

23 361 315 25.6 0.96

24 358 320 25.1 0.99

25 350 335 24.6 1.05

26 347 340 24.1 1.07

27 338 350 23.6 1.12

28 331 360 23.1 1.15

29 318 340 22.6 1.12

30 296 335 22.1 1.07

31 283 330 21.6 1.05

32 278 325 21.1 1.01


56

Tabel 4.3Data pengujian variasi lebar sudu 10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s



1

6.3

508 80 36.5 0

2 501 100 36 0.09

3 487 125 35.5 0.21

4 466 150 35 0.25

5 463 155 34.5 0.36

6 445 175 34 0.42

7 438 190 33.5 0.49

8 429 200 33 0.53

9 421 220 32.5 0.58

10 416 230 32 0.62

11 392 240 31.5 0.67

12 392 245 31 0.7

13 387 255 30.5 0.74

14 376 270 30 0.78

15 369 275 29.5 0.82

16 368 280 29 0.86

17 354 290 28.5 0.89

18 347 295 28 0.92

19 339 300 27.5 0.95

20 332 310 27 0.99

21 325 315 26.5 1

22 320 330 26 1.02

23 311 325 25.5 1.01

24 306 320 25 1

25 296 315 24.5 0.97


57

Selanjutnya dilakukan pengambilan data kincir angin dengan variasi lebar

8 cm, 9 cm, dan 10 cm dengan kecepatan angin 8,2 m/s diikuti dengan

penambahan beban lampu menjadi 7 buah. Data dari hasil penelitan dapat dilihat

pada tabel 4.4, 4.5, dan 4.6




1

8.2

643 95 43.9 0

2 622 125 43.4 0.23

3 576 155 42.9 0.34

4 570 165 42.4 0.42

5 559 200 41.9 0.5

6 548 210 41.4 0.59

7 541 230 40.9 0.67

8 536 250 40.4 0.72

9 530 270 39.9 0.78

10 521 280 39.4 0.83

11 507 290 38.9 0.9

12 493 300 38.4 0.95

13 477 330 37.9 1

14 464 345 37.4 1.02

15 453 355 36.9 1.04

16 447 360 36.4 1.14

17 439 370 35.9 1.16

18 432 380 35.4 1.25

19 426 390 34.9 1.28

20 419 400 34.4 1.31

21 411 395 33.9 1.3

22 398 390 33.4 1.29

23 372 385 32.9 1.18

24 354 375 32.4 1.16


58


NO

Kecepatan Angin Putaran kincir Beban Torsi Tegangan Arus


1

8.2

646 70 45.5 0

2 635 125 45 0.18

3 620 135 44.5 0.26

4 602 185 44 0.36

5 590 195 43.5 0.43

6 582 205 43 0.52

7 572 215 42.5 0.56

8 569 230 42 0.62

9 556 245 41.5 0.68

10 546 255 41 0.73

11 537 265 40.5 0.77

12 535 275 40 0.82

13 527 280 39.5 0.87

14 523 290 39 0.9

15 515 305 38.5 0.95

16 507 310 38 0.99

17 493 320 37.5 1.03

18 488 325 37 1.07

19 475 335 36.5 1.11

20 468 340 36 1.17

21 453 355 35.5 1.18

22 442 365 35 1.22

23 436 370 34.5 1.26

24 429 385 34 1.29

25 419 395 33.5 1.33

26 408 410 33 1.34

27 397 425 32.5 1.37

28 385 440 32 1.39

29 379 450 31.5 1.41

30 373 460 31 1.46

31 363 475 30.5 1.51

32 354 470 30 1.42

33 349 465 29.5 1.35

34 340 455 29 1.33

35 335 450 28.5 1.29


59

Tabel 4.6 Data pengujian variasi lebar sudu 10 cm pada kecepatan angin 8,2m/s

NO Kec.Angin Putaran kincir Beban Torsi Tegangan Arus

m/s n (Rpm) F (gram) Volt Ampere

1

8,2

603 85 42.1 0

2 581 135 41.6 0.27

3 573 175 41.1 0.37

4 569 185 40.6 0.45

5 555 190 40.1 0.54

6 540 195 39.6 0.63

7 532 200 39.1 0.68

8 522 210 38.6 0.75

9 517 225 38.1 0.8

10 514 230 37.6 0.87

11 500 240 37.1 0.92

12 493 255 36.6 0.97

13 483 265 36.1 1

14 470 270 35.6 1.07

15 461 280 35.1 1.12

16 453 295 34.6 1.17

17 446 300 34.1 1.21

18 439 310 33.6 1.25

19 426 325 33.1 1.3

20 417 335 32.6 1.34

21 405 345 32.1 1.38

22 390 360 31.6 1.42

23 385 370 31.1 1.46

24 381 385 30.6 1.48

25 376 395 30.1 1.5

26 369 410 29.6 1.53

27 363 425 29.1 1.55

28 357 440 28.6 1.6

29 348 435 28.1 1.59

30 340 425 27.6 1.56

31 331 415 27.1 1.52


60

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam melakukan pengolahan data dapat menggunakan beberapa asumsi

variable untuk mempermudah dalam melakukan pengolahan dan perhitungan data.

Asumsi tersebut antara lain sebagai berikut :

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

b. Masa jenis udara = 1,18 kg/m3

Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel 4.2 pada pengujian kincir

angin lebar sudu 9 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s dengan pembebanan lampu 5

buah. Datatersebut meliputi : kecepatan angin, kecepatan putaran poros, massa

yang bekerja, serta daya dan arus yang dihasilkan.

1. Daya Angin

Untuk mengetahui daya angin yang dihasilkan oleh kincir angin dapat

dicari dengan menggunakan rumus

Dengan :

: daya yang dihasilkan oleh angin

ρ : massa jenis udara kg/m3

A : daerah sapuan angin m2

v : kecepatan angin m/s


61

diketahui bahwa massa jenis udaraρ sebesar 1,18kg/m3, luas penampang

A= .r2(0,785) m

2dan kecepatan angin 6,3 m/s, maka :

( ( ) )

( ) ( ( ) ( )

( ) ( ) ( )

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 116 Watt

Perhitungan diambil dari tabel 4.2 pada pengujian kedua.

2. Torsi

Untuk mencari nilai torsi pada kincir angin lebar 9 cm dengan kecepatan

angin 6,3 m/s dapat dicari dengan menggunakan persamaan

Dengan :

T : torsi akibat putran poros N.m

: panjang lengan torsi ke poros m

F : gaya yang diberikan pada kincir N

Dari percobaan kincir angin lebar 9 cm dan kecepatan angin 6,3 m/s diketahui

massa sebesar135 gram (0,135 kg), gravitasi 9,81 m/s2 dan panjang lengan ke


62

pusat poros 0,27 m maka dapat diperoleh torsi sebesar :

( ) ( ) ( )

Jadi Torsi yang dihasilkan sebesar 0,36 N.m


3. Daya Mekanis

Dari nilai torsi yang sudah diperoleh, maka kita dapat mengetahui daya

mekanis yang dihasilkan oleh kincir angin lebar 9 cm dan kecepatan angin 6,3 m/s

pada tabel 4.2 dengan menggunakan persamaan :

Dengan :

Pout : daya yang dihasilkan kincir angin Watt

T : torsi N.m

ω : kecepatan sudut rad/s

n : putaran poros rpm

diketahui bahwa torsi yang didapat sbesar 0,36 N.m dan kecepatan putar poros

519 rpm maka dapat diperoleh daya mekanis sebesar :


63

( )

Jadi daya mekanis yang dihasilkan sebesar 19,43 Watt.


4. Daya Listrik

Untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Diperoleh

tegangan sebesar 36,3volt dan arus sebesar 0,11 Ampere maka daya listrik dapat

diketahui sebagai berikut :

Dengan :

Pout : daya listrik Watt

V : tegangan Volt

I : arus yang mengalir pada beban Ampere

Tegangan yang dihasilkan generator sebesar 36,1V dan arus yang mengalir sebesar

0,18 A, maka daya listrik yang dihasilkan :


64

( ) ( )

Jadi daya listrik yang dihasilkan sebesar 6,50Watt.


5. Tip speed ratio (tsr)

Untuk mengetahui tip speed ratio yang dihasilkan maka dapat

menggunakan :

Dengan :

r : jari – jari kincir m

n : putaran poros rpm

v : kecepatan angin m/s

Diketahui bahwa putaran poros adalah 519 rpm, jari – jari kincir 0,5 m, dan

kecepatan angin 6,3 m/s. Maka tip speed ratio yang diperoleh sebagai berikut :

Jadi tsr yang dihasilkan sebesar 4,31



65

6. Coeffisien Performance(Cp)

Untuk mengetahui koefisien daya dari perbandinagn daya mekanis yang

dihasilkan oleh kincir dengan daya yang dihasilkan angin, maka dapat diketahui

dengan menggunakan :

Dengan :

Pout : daya kincir Watt

Pin : daya angin Watt

diketahui bahwa daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 15,99 Watt dan daya

yang dihasilkan angin sebesar 116 Watt, maka diperoleh Cpsebesar :

Jadi Cpyang dihasilkan sebesar 16,77


4.3 Data Hasil Perhitungan

Data yang diperoleh dari pengujian kincir angin sumbu horizontal dengan

variasi lebar 8 cm, 9 cm, 10 cm diolah dengan menggunakansoftware Microsoft

Exelpada kecepatan angin 6,3 m/s dapat dilihat pada Tabel 4.7, 4.8, dan 4.9. Pada


66

kecepatan angin 8,2 m/s dapat dilihat pada Tabel 4.10, 4.11 dan 4.12.

Tabel 4.7 Hasil pengolahan data variasi lebar 8 cm dan kecepatan angin 6,3 m/s

No Gaya

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik Tip speed

ratio

Cp

N rad/s N.m Watt Watt Watt

1 0.88 55.82 0.24 116 13.31 0.00 4.43 11.48

2 1.08 54.87 0.29 116 15.99 3.99 4.36 13.80

3 1.32 52.88 0.36 116 18.91 7.88 4.20 16.32

4 1.37 52.05 0.37 116 19.30 10.24 4.13 16.66

5 1.62 50.06 0.44 116 21.88 12.18 3.97 18.88

6 1.81 49.53 0.49 116 24.27 13.72 3.93 20.95

7 1.91 48.07 0.52 116 24.83 15.55 3.81 21.43

8 2.06 46.39 0.56 116 25.80 16.98 3.68 22.27

9 2.16 45.66 0.58 116 26.61 17.38 3.62 22.96

10 2.26 44.51 0.61 116 27.11 18.73 3.53 23.40

11 2.31 43.88 0.62 116 27.31 19.72 3.48 23.57

12 2.35 43.14 0.64 116 27.43 21.91 3.42 23.67

13 2.40 42.31 0.65 116 27.45 22.48 3.36 23.69

14 2.50 41.68 0.68 116 28.15 23.33 3.31 24.30

15 2.65 40.00 0.72 116 28.61 24.14 3.17 24.69

16 2.80 39.37 0.75 116 29.72 24.61 3.12 25.65

17 2.75 38.12 0.74 116 28.27 23.90 3.03 24.40

18 2.70 37.28 0.73 116 27.15 23.21 2.96 23.44


67

Tabel 4.8Hasil pengolahan data variasi lebar 9 cm dan kecepatan angin 6,3 m/s

No Gaya Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Cp

N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) Watt

1 0.49 58.12 0.13 116 7.70 0.00 4.61 6.64

2 1.32 54.35 0.36 116 19.43 6.50 4.31 16.77

3 1.37 52.78 0.37 116 19.57 8.90 4.19 16.89

4 1.57 51.73 0.42 116 21.92 10.53 4.11 18.92

5 1.62 50.58 0.44 116 22.11 12.11 4.01 19.08

6 1.72 51.31 0.46 116 23.78 13.64 4.07 20.53

7 1.81 50.06 0.49 116 24.53 15.12 3.97 21.17

8 1.86 49.85 0.50 116 25.09 15.23 3.96 21.65

9 1.91 48.90 0.52 116 25.26 16.30 3.88 21.80

10 2.01 48.07 0.54 116 26.10 17.66 3.81 22.52

11 2.11 48.28 0.57 116 27.49 18.64 3.83 23.73

12 2.21 47.23 0.60 116 28.15 19.59 3.75 24.29

13 2.26 46.81 0.61 116 28.52 20.20 3.72 24.61

14 2.31 46.08 0.62 116 28.68 20.77 3.66 24.75

15 2.35 45.45 0.64 116 28.89 21.61 3.61 24.93

16 2.45 44.30 0.66 116 29.33 22.12 3.52 25.31

17 2.55 43.14 0.69 116 29.71 22.59 3.42 25.64

18 2.65 42.41 0.72 116 30.33 23.04 3.37 26.18

19 2.70 41.57 0.73 116 30.28 23.46 3.30 26.13

20 2.80 40.11 0.75 116 30.28 23.85 3.18 26.13

21 2.84 39.48 0.77 116 30.32 24.21 3.13 26.17

22 2.99 39.06 0.81 116 31.56 24.53 3.10 27.23

23 3.09 37.80 0.83 116 31.54 24.58 3.00 27.22

24 3.14 37.49 0.85 116 31.78 24.85 2.98 27.42

25 3.29 36.65 0.89 116 32.52 25.83 2.91 28.07

26 3.34 36.34 0.90 116 32.72 25.79 2.88 28.24

27 3.43 35.40 0.93 116 32.81 26.43 2.81 28.32

28 3.53 34.66 0.95 116 33.05 26.57 2.75 28.53

29 3.34 33.30 0.90 116 29.99 25.31 2.64 25.88

30 3.29 31.00 0.89 116 27.50 23.65 2.46 23.74

31 3.24 29.64 0.87 116 25.90 22.68 2.35 22.36

32 3.19 29.11 0.86 116 25.06 21.31 2.31 21.63


68


No Gaya Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip speed

ratio

Tsr

Cp


1 0.78 53.20 0.21 116 11.27 0.00 4.22 9.73

2 0.98 52.46 0.26 116 13.90 3.24 4.16 11.99

3 1.23 51.00 0.33 116 16.88 7.46 4.05 14.57

4 1.47 48.80 0.40 116 19.39 8.75 3.87 16.73

5 1.52 48.49 0.41 116 19.91 12.42 3.85 17.18

6 1.72 46.60 0.46 116 21.60 14.28 3.70 18.64

7 1.86 45.87 0.50 116 23.08 16.42 3.64 19.92

8 1.96 44.92 0.53 116 23.80 17.49 3.57 20.54

9 2.16 44.09 0.58 116 25.69 18.85 3.50 22.17

10 2.26 43.56 0.61 116 26.54 19.84 3.46 22.90

11 2.35 41.05 0.64 116 26.10 21.11 3.26 22.52

12 2.40 41.05 0.65 116 26.64 21.70 3.26 22.99

13 2.50 40.53 0.68 116 27.37 22.57 3.22 23.62

14 2.65 39.37 0.72 116 28.16 23.40 3.12 24.30

15 2.70 38.64 0.73 116 28.15 24.19 3.07 24.29

16 2.75 38.54 0.74 116 28.58 24.94 3.06 24.67

17 2.84 37.07 0.77 116 28.47 25.37 2.94 24.58

18 2.89 36.34 0.78 116 28.39 25.76 2.88 24.50

19 2.94 35.50 0.79 116 28.21 26.13 2.82 24.35

20 3.04 34.77 0.82 116 28.55 26.73 2.76 24.64

21 3.09 34.03 0.83 116 28.40 26.50 2.70 24.51

22 3.24 33.51 0.87 116 29.29 26.52 2.66 25.28

23 3.19 32.57 0.86 116 28.04 25.76 2.58 24.20

24 3.14 32.04 0.85 116 27.16 25.00 2.54 23.44

25 3.09 31.00 0.83 116 25.86 23.77 2.46 22.32


69


No Gaya

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

tsr

Cp


1 0.93 67.33 0.25 255 16.94 0.00 4.11 6.63

2 1.23 65.14 0.33 255 21.57 9.98 3.97 8.44

3 1.52 60.32 0.41 255 24.76 14.59 3.68 9.69

4 1.62 59.69 0.44 255 26.09 17.81 3.64 10.21

5 1.96 58.54 0.53 255 31.01 20.95 3.57 12.14

6 2.06 57.39 0.56 255 31.92 24.43 3.50 12.49

7 2.26 56.65 0.61 255 34.51 27.40 3.45 13.51

8 2.45 56.13 0.66 255 37.17 29.09 3.42 14.55

9 2.65 55.50 0.72 255 39.69 31.12 3.38 15.54

10 2.75 54.56 0.74 255 40.46 32.70 3.33 15.84

11 2.84 53.09 0.77 255 40.78 35.01 3.24 15.96

12 2.94 51.63 0.79 255 41.02 36.48 3.15 16.06

13 3.24 49.95 0.87 255 43.66 37.90 3.05 17.09

14 3.38 48.59 0.91 255 44.40 38.15 2.96 17.38

15 3.48 47.44 0.94 255 44.61 38.38 2.89 17.46

16 3.53 46.81 0.95 255 44.63 41.50 2.85 17.47

17 3.63 45.97 0.98 255 45.05 41.64 2.80 17.63

18 3.73 45.24 1.01 255 45.53 44.25 2.76 17.82

19 3.83 44.61 1.03 255 46.08 44.67 2.72 18.04

20 3.92 43.88 1.06 255 46.49 45.06 2.68 18.19

21 3.87 43.04 1.05 255 45.03 44.07 2.62 17.62

22 3.83 41.68 1.03 255 43.05 43.09 2.54 16.85

23 3.78 38.96 1.02 255 39.73 38.82 2.38 15.55

24 3.68 37.07 0.99 255 36.82 37.58 2.26 14.41


70


No Gaya

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik Tip

speed

ratio

tsr

Cp

N rad/s N.m Pin (watt) Pout

(watt) Watt

1 0.69 67.65 0.19 255 12.54 0.00 4.12 4.91

2 1.23 66.50 0.33 255 22.02 8.10 4.05 8.62

3 1.32 64.93 0.36 255 23.22 11.57 3.96 9.09

4 1.81 63.04 0.49 255 30.89 15.84 3.84 12.09

5 1.91 61.78 0.52 255 31.91 18.71 3.77 12.49

6 2.01 60.95 0.54 255 33.09 22.36 3.72 12.95

7 2.11 59.90 0.57 255 34.11 23.80 3.65 13.35

8 2.26 59.59 0.61 255 36.30 26.04 3.63 14.21

9 2.40 58.22 0.65 255 37.78 28.22 3.55 14.79

10 2.50 57.18 0.68 255 38.62 29.93 3.49 15.12

11 2.60 56.23 0.70 255 39.47 31.19 3.43 15.45

12 2.70 56.03 0.73 255 40.81 32.80 3.42 15.97

13 2.75 55.19 0.74 255 40.93 34.37 3.37 16.02

14 2.84 54.77 0.77 255 42.07 35.10 3.34 16.47

15 2.99 53.93 0.81 255 43.57 36.58 3.29 17.05

16 3.04 53.09 0.82 255 43.59 37.62 3.24 17.06

17 3.14 51.63 0.85 255 43.76 38.63 3.15 17.13

18 3.19 51.10 0.86 255 43.99 39.59 3.12 17.22

19 3.29 49.74 0.89 255 44.14 40.52 3.03 17.27

20 3.34 49.01 0.90 255 44.14 42.12 2.99 17.27

21 3.48 47.44 0.94 255 44.61 41.89 2.89 17.46

22 3.58 46.29 0.97 255 44.75 42.70 2.82 17.51

23 3.63 45.66 0.98 255 44.75 43.47 2.78 17.51

24 3.78 44.92 1.02 255 45.81 43.86 2.74 17.93

25 3.87 43.88 1.05 255 45.91 44.56 2.68 17.97

26 4.02 42.73 1.09 255 46.40 44.22 2.61 18.16

27 4.17 41.57 1.13 255 46.80 44.53 2.53 18.32

28 4.32 40.32 1.17 255 46.99 44.48 2.46 18.39

29 4.41 39.69 1.19 255 47.31 44.42 2.42 18.52

30 4.51 39.06 1.22 255 47.59 45.26 2.38 18.63

31 4.66 38.01 1.26 255 47.83 46.06 2.32 18.72

32 4.61 37.07 1.24 255 46.15 42.60 2.26 18.06

33 4.56 36.55 1.23 255 45.01 39.83 2.23 17.62

34 4.46 35.60 1.21 255 42.91 38.57 2.17 16.79

35 4.41 35.08 1.19 255 41.81 36.77 2.14 16.37


71


No Gaya

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Tsr

Cp

N rad/s N.m Pin

(watt)

Pout

(watt) Watt

1 0.83 63.15 0.23 255 14.22 0.00 3.85 5.56

2 1.32 60.84 0.36 255 21.76 11.23 3.71 8.52

3 1.72 60.00 0.46 255 27.81 15.21 3.66 10.89

4 1.81 59.59 0.49 255 29.20 18.27 3.63 11.43

5 1.86 58.12 0.50 255 29.25 21.65 3.54 11.45

6 1.91 56.55 0.52 255 29.21 24.95 3.45 11.43

7 1.96 55.71 0.53 255 29.51 26.59 3.40 11.55

8 2.06 54.66 0.56 255 30.41 28.95 3.33 11.90

9 2.21 54.14 0.60 255 32.27 30.48 3.30 12.63

10 2.26 53.83 0.61 255 32.79 32.71 3.28 12.83

11 2.35 52.36 0.64 255 33.28 34.13 3.19 13.03

12 2.50 51.63 0.68 255 34.87 35.50 3.15 13.65

13 2.60 50.58 0.70 255 35.50 36.10 3.08 13.90

14 2.65 49.22 0.72 255 35.20 38.09 3.00 13.78

15 2.75 48.28 0.74 255 35.80 39.31 2.94 14.01

16 2.89 47.44 0.78 255 37.07 40.48 2.89 14.51

17 2.94 46.71 0.79 255 37.11 41.26 2.85 14.53

18 3.04 45.97 0.82 255 37.75 42.00 2.80 14.77

19 3.19 44.61 0.86 255 38.40 43.03 2.72 15.03

20 3.29 43.67 0.89 255 38.75 43.68 2.66 15.17

21 3.38 42.41 0.91 255 38.76 44.30 2.59 15.17

22 3.53 40.84 0.95 255 38.94 44.87 2.49 15.24

23 3.63 40.32 0.98 255 39.51 45.41 2.46 15.46

24 3.78 39.90 1.02 255 40.69 45.29 2.43 15.92

25 3.87 39.37 1.05 255 41.20 45.15 2.40 16.12

26 4.02 38.64 1.09 255 41.96 45.29 2.36 16.42

27 4.17 38.01 1.13 255 42.79 45.11 2.32 16.75

28 4.32 37.38 1.17 255 43.57 45.76 2.28 17.05

29 4.27 36.44 1.15 255 41.99 44.68 2.22 16.43

30 4.17 35.60 1.13 255 40.08 43.06 2.17 15.69

31 4.07 34.66 1.10 255 38.10 41.19 2.11 14.91


72

4.4 Pembahasan Grafik

Dari pengolahan data yang dilakukan dengan menggunakan Microsoft

Exel kemudian dibuat menjadi grafik. Grafik – grafik tersebut antara lain grafik

hubungan putaran poros (rpm) terhadap torsi, grafik hubungan daya mekanis

terhadap torsi, grafik hubungan daya listrik terhadap torsi dan grafik hubungan Cp

terhadap tip speed ratio(tsr) untuk variasi lebar 8 cm, 9 cm, dan 10 cm dengan

variasi kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s.

1. Grafik hubunggan putaran poros(n) rpm dengan torsi(N.m)

(a) Kecepatan angin 6,3 m/s

200

300

400

500

600

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Pu

taran

poro

s (n

) rp

m

Torsi (N.m)

lebar

maksimum 8

cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum 9

cm


73

(b) Kecepatan angin 8,2 m/s

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran poros (n) rpm terhadap torsi (N.m) (a)

kecepatan angin 6,3 m/s (b) kecepatan angin 8,2 m/s

Dari hasil pengujian kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s

dan 8,2 m/s dapat dilihat pada gambar 4.1. Pada kecepatan angin 6,3 m/s lebar

maksimum 9 cm diperoleh kecepatan putar poros 555 rpm dan torsi 0,13 N.m.

Pada kecepatan angin 8,2 m/s lebar maksimum 9 cm diperoleh kecepatan putar

poros 646 rpm dan torsi 0,19 N.m. Pada gambar 4.1menunjukkan grafik dengan

bertambah besar torsi yang bekerja terjadi penurunan putaran poros. Hal tersebut

disebabkan karena pemberian beban yang terus meningkat yang diterima oleh

kincir. Penambahan beban tersebut memberi dampak terhadap peningkatan torsi

dan penurunan putaran poros.

200

300

400

500

600

700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Pu

taran

poro

s (n

) rp

m

Torsi (N.m)

lebar

maksimum 8

cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum 10

cm


74

2. Grafik hubungan daya mekanis (Watt) terhadap Torsi(N.m)



Gambar 4.2 Grafik hubungan antara daya mekanis (Watt) terhadap torsi (N.m) (a)


10

14

18

22

26

30

34

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

lebar

maksimum 8

cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum 9

cm

8

16

24

32

40

48

56

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

lebar

maksimum8 cm

lebar

maksimum

9 cm

lebar

maksimum10 cm


75

Berdasarkan dari hasil pengujian dan pengolahan data, maka dapat dibuat

grafik hubungan antara daya mekanis terhadap torsi. Grafik yang dibuat untuk

mengetahui daya mekanis dan torsi yang bekerja. Gambar 4.2 menunjukkan grafik

hubungan antara daya mekanis terhadap torsi. Pada kecepatan angin 6,3 m/s

dengan variasi lebar 9 cm diperolehpuncak daya mekanis sebesar 33,05 Watt dan

torsi maksimum 0,95 N.m. Pada kecepatan 8,2 m/s dengan variasi lebar 9 cm

diperoleh puncak daya mekanis sebesar 47, 83Watt dan torsi 1,26 N.m. Dari

grafik dapat diketahui bahwa daya mekanis dan torsi mengalami peningkatan pada

titik tertentu. Hal tersebut menunjukkan bahwa daya mekanis terhadap torsi

bekerja secara optimal.

3. Grafik hubungan daya listrik(Watt)terhadap torsi(N.m)


0

4

8

12

16

20

24

28

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

lebar

maksimum 8

cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum 10

cm


76


Gambar 4.3 Grafik hubungan antara daya listrik(Watt) terhadap torsi (N.m) (a)


Dari hasil pengujian dan pengolahan data yang telah dilakukan maka dapat

dibuat grafik hubungan antara daya listrik terhadap torsi seperti yang ditunjukan

pada gambar 4.3. Pada kecepatan angin 6,3 m/s diperoleh puncak daya listrik

sebesar 26,57 Watt dan torsi sebesar 0,95 N.m pada variasi lebar 9 cm. Pada

kecepatan angin 8,2 m/s diperoleh daya listrik maksimum 46,06 Watt dan torsi

sebesar 1,26 N.m pada variasi lebar 9 cm. Pada grafik hubungan antara daya listrik

terhadap torsi pada kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s dengan variasi lebar 9

cm dapat dilihat bahwa daya listrik dan torsi bekerja secara optimal.

0

10

20

30

40

50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

lebar

maksimum 8cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum 10

cm


77

4. Grafik Hubungan Cp terhadap tsr



Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Cpterhadap tsr pada kecepatan angin 6,3 m/s

dan 8,2 m/s

8

12

16

20

24

28

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

lebar

maksimum 8

cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum

10 cm

0

3

6

9

12

15

18

21

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

lebar

maksimum 8

cm

lebar

maksimum 9

cm

lebar

maksimum

10 cm


78

Dari hasil pengujian dan pengolahan data yang diperoleh, maka dapat

dibuat ke dalam grafik hubungan Cpterhadap tsr seperti pada gambar 4.4. Pada

kecepatan angin 6,3 m/s diperolehCp sebesar 28,53 dan tsr sebesar 2,75pada

variasi lebar 9 cm. Pada kecepatan angin 8,2 m/s diperoleh Cp sebesar 18,72 dan

tsr sebesar 2,32 pada variasi lebar 9 cm.

Dari grafik dapat dilihat bahwa kincir angin dengan variasi lebar 9 cm

dengan kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s memilikiCp yang lebih besar dan

bekerja lebih optimal dibanding dengan variasi lebar 8 cm dan 10 cm.

5. Grafik perbandingan Cp terhadap tsr pada semua variasi lebar dan

kecepatan angin

Gambar 4.5 Grafik perbandingan nilai Cp terhadap tsr setiap variasi lebar sudu

pada kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s

0

4

8

12

16

20

24

28

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Cp

tsr

lebar maksimum

8 cm kecepatan

angin 6,3 m/s

lebar maksimum

9 cm kecepatan

angin 6,3 m/s

lebar maksimum

10 cm kecepatan

angin 6,3 m/s

lebar maksimum

8 cm kecepatan

angin 8,2 m/s

lebar maksimum

9 cm kecepatan

angin 8,2 m/s

lebar maksimum

10 cm kecepatan

angin 8,2 m/s


79

Setelah mengamati, melakukan pengujian, pengolahan data dan grafik

dapat dilihat bahwa kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan komposit,

dengan sudut kemiringan sudu 20˚ berdiameter 100 cm dengan variasi lebar

maksimum menunjukkan variasi lebar 9 cm pada variasi kecepatan angin 6,3 m/s

dan 8,2 m/s memiliki daya mekanis, daya listrik, dan Cp yang lebih besar di

banding dengan variasi lebar lainnya.


80

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian, pengambilan data dan pengolahan data yang telah

dilakukan dan berdasarkan hasil yang telah diketahui, maka dapat disimpulkan

bahwa:

1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeller poros horizoltal empat sudu

berbahan komposit, berdiameter 100 cm dengan sudut kemiringan sudu

20o dan variasi lebar maksimum.

2. Pada kecepatan angin 6,3 m/s, unjuk kerja kincir angin dengan lebar 9

cmlebih optimal dari variasi lainnya. Menghasilkan daya mekanis sebesar

33,05 Watt pada torsi0,95 N.m, daya listrik sebesar 26,57 Watt pada torsi

0,95 N.m,Cp tertinggi sebesar 28,53pada tsr 2,75

Pada kecepatan angin 8,2 m/s, unjuk kerja kincir angin dengan lebar 9

cmlebih optimal dari variasi lainnya. Menghasilkan daya mekanis sebesar

47,83Wattpada torsi 1,26 N.m, daya listrik tertinggi 46,06 Watt pada torsi

1,26 N.m, Cptertinggi sebesar 18,72 pada tsr 2,32.

3. Cp dan tsr tertinggi dari setiap variasidihasilkan oleh kincir angin dengan

lebar sudu 9 cm kecepatan angin angin 6,3 m/s yaitu sebesar 28,53 pada tsr

2,75.


81

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian tentang unjuk kerja kincir angin sumbu

horizontal dengan sudut kemiringan 20˚ berdiameter 100 cm dengan variasi lebar

8 cm, 9cm, 10 cm dan variasi kecepatan angin 6,3 m/s dan 8,2 m/s, penulis dapat

memberi beberapa saran yang bisa dijadikan pedoman untuk penelitian

selanjutnya antara lain :

1. Melakukan penelitian dengan menambah variasi lebar dan kecepatan angin

lainnya untuk mengetahui perbandingan unjuk kerja kincir yang paling

optimal.

2. Perlunya pemahaman dalam pemilihan pencampuran matriks komposit

yang akan digunakan dalam penelitian sehingga menghasilkan matriks

komposit yang cocok dan kuat.

3. Menggunakan material yang lain dalam pembuatan sudu misal dengan

menggunakan kayu sebagai perbandingan kincir yang diteliti.


82

DAFTAR PUSTAKA

Aisah, Nuning, Hanedi Darmasetiawan, Sudirman dan Aloma, Karo Karo. 2004.

Pembuatan Komposit Polimer Berpenguat Serat Sintetik Untuk Bahan

Genteng. Jurnal Sains Materi Indonesia, Juni 2004, Vol. 5, No. 3, hlm.

1 - 8 ISSN : 1411 – 1098

Anggi S, Vincentius.2016.Unjuk Kerja Kincir Angin Sumbu Horizontal Tiga Sudu

Berbahan Komposit, Berdiameter 1 M Dengan Lebar 0,13 M dan Jarak

Dari Pusat Poros 0,19 M.Tugas Akhir Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma 2016

Aryanto, Firman, Mara, I Made dan Nuarsa Made. 2013. Pengaruh Kecepatan

Angin Dan Variasi Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin

Poros Horizontal. Jurnal Dinamika Teknik Mesin, Januari 2013, Vol.3,

No 1 ISSN : 2088 – 088X

Anonim 2018, https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-

iklimdan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/(Diakses Maret

2018)

Anonim 2018, https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit


Anonim 2018, http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf(Diakses Maret

2018)

Anonim2018, https://www.pinterest.com (Diakses Maret 2018)

Anonim2018, http://ketrampilankimiaindustri.blogspot.com/2012/03/apa-itu-

fiber-glass.html (Diakses Mei 2018)

Anonim 2018, http://apobaeado.blogspot.com/2013/05/serat-alami-dan-serat-

buatan-sintetis.html (Diakses Mei 2018)


https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklimdan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/

https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur-unsur-iklimdan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/

https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit

http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf






83

Anonim 2018,www.google.co.id.klasifikasikompositberdasarkanpenguatnya


Dermawan, H. 2012. Perancangan Turbin Angin Savonius L Sumbu Vertikal.

Program Study Teknik Elektro, FT UMRAH

Fahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada

Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan

Tarik. Jurnal Teknik Mesin Vol. 1, No. 1 [Oktober 2011] 46 – 52

Fahmi, Hendriwan dan Nur Arifin. 2014. Pengaruh Variasi Komposisi Komposit

Resin Epoxy / Serat Gelas dan Serat Daun Nanas Terhadap

Ketangguhan. Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 2 [Oktober 2014] 84 –

89

Ginting, Soepriono J. 1993. Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir

Angin Poros Horizontal. Lembaga Fisika Nasional LIPI BANDUNG

Kurniawan, Dwi Andika. 2016. Unjuk Kerja Turbin Angin Propeller 4 Sudu

Berbahan Komposit Berdiameter 100 CM, Dengan Lebar Maksimum

Sudu 13 CM Pada Jarak 19 CM Dari Pusat Sumbu Poros. Tugas Akhir

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma 2016

Lazuardi, H. Dedi *)

, Haen, Isril *)

dan Rismanto **)

. 2006. Pembuatan Sudu

Turbin Angin Poros Horizontal Tiga Sudu Dengan Menggunakan

Material Komposit. Fakultas Teknik Universitas Pasundan Vol. 8, No 1

[Maret 2006]

Malau, Viktor. 2010. Karakterisasi Sifat Mekanis da Fisis Komposit E-Glass dan

Resin Eternal 2504 Dengan Variasi Kandungan Serat, Temperatur dan

Lama Curing. Jurnal Mekanika, Volume 8, Nomor 2, Maret 2010

Nugraha, Tutun, PhD dan Sunardi, Didik, Dipl.-Ing. 2012.EnergiAngin.Seri

Energi Terbarukan Cetakan I 2012 PT. Pelangi Nusantara


http://www.google.co.id.klasifikasikompositberdasarkanpenguatnya/

84

Purwadianto, Doddy. 2013. Pengaruh Posisi Sirip Terhadap Karakteristik Kincir

Angin Petani Garam Dipantai Utara Jawa. Proceeding Seminar

Nasional Tahunan Teknik Mesin XII ( SNTTM XII ) & Lmba Rancang

Bangun Mesin

Rachman, Akbar. 2012. Analisis dan Pemetaan Potensi Energi Angin Di

Indonesia. Skripsi Fakultas Teknik Universitas Indonesia Depok 2012

Surdia, Tata. 2005 Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan Ke – 6 PT. Pradnya

Paramita

Wartena, R. 1987 Generator Angin. Cetakan Pertama. Percetakan Binacipta

Wijayanto, Bernardus Morgan. 2016. Unjuk Kerja Kincir Angin Propeller Tiga

Sudu Berbahan Komposit Dengan Posisi Lebar Maksimal Sudu 10

Sentimeter Dari Pusat Poros. Skripsi Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma 2016


85

LAMPIRAN

Lampiran 1.Grafik Putaran poros (Rpm) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 8

cm pada kecepatan angin 6,3 m/s

Lampiran 2.Grafik Daya Mekanis (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum8


200

300

400

500

600

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

Pu

taran

poro

s (R

pm

)

Torsi (N.m)

10

14

18

22

26

30

34

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

Lebar

maksimum 8

cm

Lebar

maksimum 8

cm


86

Lampiran 3. Grafik daya listrik (watt) terhadap torsi (N.m) lebar 8 cm pada

kecepatan angin 6,3 m/s

Lampiran 4. Grafik Cp (%) terhadap tsr lebar maksimum 8 cm pada kecepatan

angin 6,3 m/s

0

4

8

12

16

20

24

28

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

8

12

16

20

24

28

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

Lebar

maksimum 8

cm

Lebar

maksimum 8

cm


87

Lampiran 5. Grafik putaran poros (Rpm) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 9


Lampiran 6.Grafik Daya Mekanis (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 9


200

300

400

500

600

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Pu

taran

poro

s (r

pm

)

Torsi (N.m)

10

14

18

22

26

30

34

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

Lebar

maksimum 9

cm

Lebar

maksimum 9

cm


88

Lampiran 7. Grafik daya listrik (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 9 cm

pada kecepatan angi 6,3 m/s


angin 6,3 m/s

0

4

8

12

16

20

24

28

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

8

12

16

20

24

28

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

Lebar

maksimum 9

cm

Lebar

maksimum 9

cm


89

Lampiran 9. Grafik putaran poros (Rpm) terhadap torsi (N.m)lebar maksimum 10


Lampiran 10. Grafik daya mekanis (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum

10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s

200

300

400

500

600

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Pu

taran

poro

s (r

pm

)

Torsi (N.m)

10

14

18

22

26

30

34

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

Lebar

maksimum 10

cm

Lebar

maksimum 10

cm


90

Lampiran 11. Grafik daya listrik (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 10

cm pada kecepatan angi 6,3 m/s


angin 6,3 m/s

0

4

8

12

16

20

24

28

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

8

12

16

20

24

28

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

Lebar

maksimum 10

cm

Lebar

maksimum 10

cm


91

Lampiran 13. Grafik putaran poros (Rpm) terhadap torsi (N.m)lebar maksimum 8


Lampiran 14. Grafik daya mekanis (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 8


200

300

400

500

600

700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Pu

taran

poro

s (r

pm

)

Torsi (N.m)

8

16

24

32

40

48

56

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

Lebar

maksimum 8

cm

Lebar

maksimum 8

cm


92


cm pada kecepatan angi 8,2 m/s


angin 8,2 m/s

0

10

20

30

40

50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

0

3

6

9

12

15

18

21

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

Lebar

maksimum 8

cm

Lebar

maksimum 8

cm


93

Lampiran 17. Grafik putaran poros (Rpm) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum


Lampiran 18. Grafik daya mekanis (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum 9


200

300

400

500

600

700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Pu

taran

poro

s (r

pm

)

Torsi (N.m)

8

16

24

32

40

48

56

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

Lebar

maksimum 9

cm

Lebar

maksimum 9

cm


94




angin 8,2 m/s

0

10

20

30

40

50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

0

3

6

9

12

15

18

21

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

Lebar

maksimum 9

cm

Lebar

maksimum 9

cm


95

Lampiran 21. Grafik putaran poros (Rpm) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum


Lampiran 22. Grafik daya mekanis (watt) terhadap torsi (N.m) lebar maksimum


200

300

400

500

600

700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Pu

taran

poro

s (r

pm

)

Torsi (N.m)

8

16

24

32

40

48

56

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Day

a M

ek

an

is (

Watt

)

Torsi (N.m)

Lebar

maksimum 10

cm

Lebar

maksimum 10

cm


96




angin 8,2 m/s

0

10

20

30

40

50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Day

a l

istr

ik (

Watt

)

Torsi (N.m)

0

3

6

9

12

15

18

21

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

tsr

Lebar

maksimum 10

cm

Lebar

maksimum 10

cm


unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu ...

Documents

Transcript of unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu ...