Upload
others
View
24
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
i
UNJUK KERJAKINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTALTIGA
SUDU BERBAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 1 M
DENGAN LEBAR 0,13 M DAN JARAK DARI PUSAT POROS
0,19 M
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukanoleh :
VINCENTIUS ANGGI S
NIM :125214073
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE PERFORMANCE OF THREE BLADES HORIZONTAL
AXIS WINDMILL MADE FROM COMPOSITE INDIAMETER
OF 1 M, WITH MAXIMUM BLADE WIDTH OF 0,13 M AND
LENGTH OF 0,19 M FROM AXIAL CENTER
FINAL PROJECT
Presented as partitialfulfilment of the requirement
to obtain SarjanaTeknik degree
in Mechanical Engineering
By :
VINCENTIUS ANGGI S
Student Number : 125214073
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTRAK
Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan
oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan
pemborosan sumber daya energi. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya
ide untuk menghasilkan energi alternative yaiu energy terbarukan , contohnya
yakni angin .Kincir angin sebagai alat untuk mengubah energy menjadi energy
listrik ,dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini
bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin yang diteliti seperti besar torsi,
daya output, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio dengan tiga variasi
kecepatan angin.
Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin sumbu horizontal tiga sudu
berbahan komposit berdiameter 1m dengan lebar 0,13m dengan jarak dari pusat
poros 0,19m . Terdapat tiga varisasi kecepatan angin yaitu variasi kecepatan angin
7,3 m/s, variasi kecepatan angin 8,4m/s dan variasi kecepatan angin 9,4 m/s. Agar
mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada
kincir, maka poros kincir dihubungkan ke generator yang sudah terhubung
kepembeban yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir. Besarnya beban
kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan
tachometer, kecepatan angin diukur menggunakan anemometer,tegangan diukur
dengan voltmeter ,dan arus yang mengalir diukur menggunakan ampermeter.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan variasi kecepatan angin
7,3m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 38% pada tip speed ratio
optimal 4,39dengan daya output mekanis sebesar 68,67watt dan torsi sebesar
0,99N.m dan daya output listrik sebesar 50,9watt dan torsi sebesar 1,10N.m.
Kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,4m/s menghasilkan koefisien daya
maksimal sebesar 29% pada tip speed ratio optimal 4,22 dengan daya output
mekanis sebesar 77,2watt dan torsi sebesar 1,02N.m dan daya output listrik
sebesar 58,3watt dan torsi sebesar 1,24N.m. kincir angin dengan variasi kecepatan
angin 9,4m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 26 % pada tip speed
ratio optimal 3,90 dengan daya output mekanis sebesar 99,4watt dan torsi sebesar
1,40N.m dan daya output listrik sebesar 74,2watt dan torsi sebesar 1,34N.mDari
ketiga kincir angin yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin
dengan variasi kecepatan angin 7,3m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal
dan tip speed ratio paling tinggi.
Kata kunci : kincir angin sumbu horizontal,komposit, koefisien daya maksimal,
tip speed ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
Nowadays, the using of energy especially electrical energy is used by
every citizen. The number of using it is very large. This fact cause wasting of
energy resources. Based on this condition, there are new ideas which produce
alternative energy. It is called renewable energy. The example is windmill.
Windmill is as a tool to change energy to be electrical energy by doing research to
windmill. This study aims to assess the performance of windmills. The studying
of windmills such a large torque, power output, the maximum power coefficient
and tip speed ratio.
Windmill which are studied are three horizontal axis windmill blade of
composite material with a diameter of 1m width of 0,13m by 0,19m distance from
the center axis. There are three variants. They are wind speed variations in wind
speed of 7.3 m / s, wind speed variations 8,4 m / s and variations in wind speed of
9.4 m / s. In order to obtain windmill power, torque, and maximum power
coefficient and tip speed ratio at the wheel, the wheel shaft connected to a
generator which has been connected humidity which serves for giving the load on
the wheel. The magnitude of the load wheel can be seen on the spring balance.
Round windmill was measured using a tachometer, wind speed was measured
using the anemometer, the measured voltage with a voltmeter, and the current
flowing is measured using ammeters.
From the results of study, a windmill with a variation of wind speed 7,3 m
/ s produces a maximum power coefficient of 38% at the optimum tip speed ratio
of mechanical output power 4,39 dengan 68,67 watt and torque of 0,99 N.m and
mains electricity output by 50,9 watt and torque of 1,10N.m. Windmill with
variations in wind speed 8,4m / s produces a maximum power coefficient of 29%
at the optimum tip speed ratio 4.22 with mechanical output power of 77,2watt and
torque of 1,02 N.m and electrical output power of 58,3 watt and a torque of 1,24
N.m. windmill with variations in wind speed 9,4 m / s produces a maximum
power coefficient of 26% at the optimum tip speed ratio of 3.90 with a power
output of 99,4 watt and mechanical torque and power output 1,40 N.m electricity
at 74,2 watt and a torque of 1,34 N.m. From three windmills that have been
examined, it can be concluded that the windmill with variations in wind speed 7,3
m / s has a maximum power coefficient and tip speed ratio is the highest.
Keywords: horizontal axis wind turbines, composite, the coefficient of maximum
power, tip speed ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih
dan anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat
menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “Unjuk Kerja Kincir Angin
Tiga Sudu Berbahan Komposit, Berdiameter 1 m Dengan Lebar 0,13 m Dan
Jarak Dari Pusat Poros 0,19 m”
Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para
mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta. Dalam laporan tugas akhir ini membahas mengenai
perancangan, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis , dan perbandingan
daya.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi,S.Si., M.Math.,Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
dan Dosen Pembimbing Akademik. .
3. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
5. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan
kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
6. Bapak Emmanuel Ernanto dan Ibu MM Parni sebagai orang tua dari penulis,
serta Laurentya Ergin PA dan Leonardo Nesa EK sebagai saudara dari penulis
yang selalu berdoa, mendukung secara material dan yang lain – lain kepada
penulis.
7. Sahabat dan Rekan–rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012
khususnya, yang telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis
dalam penyelesaian laporan tugas akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
8. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu yang telah berperan serta
membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan – kekurangan yang
perlu diperbaiki pada pembuatan laporan tugas akhir, untuk itu penulis
mengharapkan saran dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan
laporan tugas akhir. Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini
berguna dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan
bagi para mahasiswa khususnya, serta bagi para pembaca pada umumnya.
Yogyakarta,Agustus 2016
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
DAFTAR ISI
Halaman Sampul ........................................................................................................iHalaman Judul............................................................................................................iiHalaman Pernyataan...................................................................................................viAbstrak .......................................................................................................................viiKata Pengantar ...........................................................................................................viiiDaftar Isi.....................................................................................................................xDaftar Gambar............................................................................................................xiiDaftar Tabel ...............................................................................................................xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .........................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................2
1.3 Tujuan Penelitian......................................................................................2
1.4 Batasan Masalah.......................................................................................2
1.5 Manfaat Penelitian....................................................................................3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Angin ........................................................................................................4
2.2 Kincir Angin.............................................................................................5
2.3 Komposit ..................................................................................................9
2.2.1 Pengertian Komposit .................................................................9
2.2.2 Kelebihan Komposit ...................................................................11
2.2.3 Kekurangan Komposit ................................................................11
2.2.4 Polimer .......................................................................................12
2.2.5 Resin Polyester ............................................................................13
2.3.5.1 Kelebihan dan Kekurangan resin ............................13
2.2.6 Serat............................................................................................13
2.3.6.1 Serat Glass...............................................................14
2.4 Rumus Perhitungan ..................................................................................15
2.4.1 Energi dan Daya Angin.............................................................15
2.4.2 Daya Mekanis............................................................................16
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
2.4.3 Daya Listrik...............................................................................17
2.4.4 Koefisien Daya..........................................................................17
2.4.5 Torsi ..........................................................................................18
2.4.6 Tip Speed Ratio.........................................................................18
2.4 Tinjauan Pustaka ......................................................................................19
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tahap Penelitian .......................................................................................21
3.2 Alat dan Bahan .........................................................................................22
3.3 Langkah-Langkah Pembuatan Sudu.........................................................29
3.4 Langkah-Langkah Penelitian....................................................................34
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................37
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan............................................................40
4.3 Hasil Perhitungan .....................................................................................44
4.3.1 Kecepatan Angin 7,3 m/s ..........................................................44
4.3.2 Kecepatan Angin 8,4 m/s ..........................................................45
4.3.3 Kecepatan Angin 9,4 m/s ..........................................................45
4.4 Grafik Hasil Perhitungan..........................................................................46
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan...............................................................................................55
5.2 Saran.........................................................................................................56
Daftar Pustaka ............................................................................................................57
Lampiran ....................................................................................................................58
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
Daftar Gambar
Hal
Gambar 2.1 American Windmill 7
Gambar 2.2 Cretan Windmill 7
Gambar 2.3 Dutch Four Arm 8
Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius 8
Gambar 2.5 Kincir Angin Darrius 9
Gambar 2.6 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya 10
Gambar 2.7 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriknya 11
Gambar 2.8 Grafik Hubungan Cp Dan Tsr 17
Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian Kincir Angin 20
Gambar 3.2 Sudu Kincir Angin 23
Gambar 3.3 Hup 24
Gambar 3.4 Fan Blower 25
Gambar 3.5 Anemometer 26
Gambar 3.6 Tachometer 26
Gambar 3.7 Neraca Pegas 26
Gambar 3.8 Voltmeter 28
Gambar 3.9 Multimeter 28
Gambar 3.10 Pembuatan Dan Pemotongan Cetakan 29
Gambar 3.11 Pembuatan Matrik Komposit 30
Gambar 3.12 Pelapisan Cetakan 31
Gambar 3.13 Penuangan Resin 31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
Gambar 3.14 Peletakan Serat Fiber 31
Gambar 3.15 Penjemuran Cetakan 31
Gambar 3.16 Merapikan Sudu 32
Gambar 3.17 Penghalusan Sudu 33
Gambar 3.18 Pengeboran Sudu 33
Gambar 3.19 Pengecatan Sudu 33
Gambar 3.20 Sudu Kincir Angin Berbahan Komposit 34
Gambar 3.21 Skema Pembebanan 35
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Koefisien Daya Mekanis Dengan Tip
Speed Ratio 47
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Listrik Dengan Tip
Speed Ratio 48
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Dengan Torsi 50
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Daya Output Dengan Torsi Untuk
Kecepatan Angin 7,3 m/s 51
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya Output Dengan Torsi Untuk
Kecepatan Angin8,4 m/s 52
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Daya Output Dengan Torsi Untuk
Kecepatan Angin 9,4 m/s 53
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR TABEL
hal
Tabel 2.1 tingkat kecepatan angin 4
Tabel 4.1 data penelitian kecepatan angin 7,3 m/s 37
Tabel 4.2 Data penelitian kecepatan angin 8,4 m/s 38
Tabel 4.3 Data penelitian kecepatan angin 9,4 m/s 39
Tabel 4.4 Data perhitungan kecepatan angin 7,3 m/s 44
Tabel 4.5 Data perhitungan kecepatan angin 8,4 m/s 45
Tabel 4.6 Data perhitungan kecepatan angin 9,4 m/s 46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertumbuhan jumlah penduduk disertai dengan perkembangan ekonomi, ilmu
pengetahuan dan teknologi, mengakibatkan meningkatnya kebutuhan manusia
terutama akan energi. Namun penggunaan energi saat ini masih memanfaatkan fosil
sebagai bahan utamanya. Sedangkan sumber daya fosil semakin berkurang setiap
tahunnya, karena sumberdaya tersebut tidak diperbaharui. Untuk mencegah
kelangkaan energi dibutuhkan alternative lain yang disebut eneri terbarukan. Salah
satu energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan adalah angin.
Energi angin merukan energi yang ramah lingkungan, tidak menimbulkan
polusi dan tersedia dimanapun. Untuk memanfaatkan energi angin tersebut
dibutuhakan sebuah alat yang disebut turbin angin. Turbin angin adalah sebuah alat
yang digunakan untuk mengkonversi energi mekanik dari angin menjadi energi listrik
yang dapat digunakan sebagai energi harian. Salah satu turbin angin yang dapat
digunakan adalah Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH). Keunggulan utama dari
turbin angin jenis ini adalah memiliki efesensi lebih tinggi, karena blade atau sudu
selalu bergerak tagak lurus terhadap arah angin.
Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi terbarukan dan
konversi energi khususnya energi angin penulis ingin mengembangkan design kincir
yang sudah ada saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin
yang berada di Indonesia. Penulis melakukan penelitian pada kincir angin horizontal
khususnya propeller tiga sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah
a. Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki potensi angin yang
besar.
b. Perlunya desain baru untuk pembangkit energi angin, yaitu kincir angin
sumbu horizontal.
c. Perlunya material yang ringan dan kuat untuk kincir angin sumbu
horizontal.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Mengetahui unjuk kerja turbin angin horizontal.
b. Mengetahui nilai coefisien performance (Cp) pada Tip Speed Ratio turbin
angin sumbu horizontal.
c. Mengetahui daya output pada torsi puncak turbin angin sumbu horizontal.
1.4 Batasan Masalah
Untuk membatasi permasalahan yang berkembang, maka diperlukan batasan
masalah dalam penelitian. Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah;
a. Model kincir angin yang digunakan adalah jenis kincir angin sumbu
horizontal tiga sudu, bahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m
dan jarak dari pusat sudu poros 0,19 m.
b. Penelitian dilakukan dengan menggunakan wind tunnel dengan kecepatan
angin 7,3 m/s, 8,4 m/s, dan 9,4 m/s kincir an angin sumbu horizontal
berbahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari
pusat sudu poros 0,19 m.
c. Sistem pembebanan dalam penelitian menggunakan lampu bohlam.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Menambah informasi mengenai unjuk kerja turbin angin horizontal
berbahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari
pusat sudu poros 0,19 m.
b. Menambah informasi mengenai salah satu teknologi pembangkit listrik yang
ramah lingkungan.
c. Menambah informasi mengenai penggunaan turbin angin sumbu horizontal
sebagai selah satu alternatif dalam pemanfaatan energi terbarukan.
d. Turut serta dalam upaya mengurangi kerusakan lingkungan akibat
penggunaan energi yang berlebihan dan tidak dapat diperbaharui.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Angin
Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan
di permukaan bumi. Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.
Perbedaan tekanan ini disebabkan oleh perbedaan penerimaan dan penyerapan
panas matahari oleh bumi. Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit
listrik tenaga angin (PLTA) dengan memanfaatkan turbin angin atau kincir angin.
Cara kerjanya cukup sederhana, angin memutar kincir angin yang kemudian
memutar rotor pada generator yang terletak dibagian belakang. Energi listrik yang
dihasilkan bisa dimanfaatkan secara langsung, ataupun disimpan dengan
menggunakan battery.Kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan
energi listrik dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin.
Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah
Kelas
Angin
Kecepatan
Angin
(m/s)
Kondisi Alam di Daratan
10,00 –
0,02-------------------------------------------------------
2 0,3 – 1,5 Angin bertiup, asap lurus keatas
3 1,6 – 3,3 Asap bergerak mengikuti arah angin
4 3,4 – 5,4Wajah terasa ada angin, daun bergoyang,
petunjuk arah angin bergerak
5 5,5 – 7,9Debu jalanan dan kertas berterbangan, ranting
pohon bergoyang
6 8,0 – 10,7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar
710,8 –
13,8
Ranting pohon besar bergoyang, air kolam
bergoyang kecil
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
813,9 –
17,1
Ujung pohon melengkung, hembusan angin
terasa di telinga
917,2 –
20,7
Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat
melawan arah angin
1020,8 –
24,4Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh
1124,5 –
28,4
Dapat merubuhkan pohon dan menimbulkan
kerusakan
1228,5 –
32,5Dapat menimbulkan keruskan parah
1332,6 –
42,3Angin Topan
Sumber :hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php. diaksesMei 2016.
Batas minimum untuk menggerakkan kincir ialah angin kelas 3 dan batas
maksimum adalah angin kelas 8.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin adalah alat yang dapat mengkonversi energi angin menjadi
energi mekanik. Pada awalnya turbin angin berfungsi untuk pertanian namun
seiring berkembangnya jaman dan teknologi kincir angin berkembang menjadi
salah satu alat yang dapat menghasilkan listrik . Prinsip kerja kincir angin
adalah mengkonversi tenaga mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik
dengan induksi magnetik. Putaran turbin dapat terjadi dengan efektif dengan
mengaplikasiakan dasar teori aerodinamika pada desain sudu kincir angin (blade).
Dilihat dari posisi porosnya kincir angin dapat dibedakan menjadi 2 yaitu
Kincir Angin Sumbu Horizontan ( TASH) dan Turbin Angin Sumbu Vertikal
(TASV). Kincir Angin Sumbu Horizontal adalah kincir angin yang mempunyai
sumbu putar sejajar dengan permukaan tanah dan sumbu putar rotor searah
dengan arah angin. Sedangkan kincir angin sumbu vertikal adalah kincir angin
yang mempunyai sumbu putar tegak lurus dengan permukaan tanah dan sumbu
putar rotor tegak lurus dengan arah angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
Beberapa kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu:
a. Dasar menara yang tinggi memberikan akses keangin yang lebih kuat.
b. Memiliki efisiensi yang tinggi (Hendra Dermawan, 2015)
Adapun kekurangaan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu:
a. Memiliki desain yang lebih rumit karena membutuhkan perangkat
tambahan untuk mengatur arah, selain itu penempatan generator di atas
tower depat nemambah beban turbin (Hendra Dermawan, 2015).
b. Perawatan lebih rumit dikarenakan letak komponen-komponen berada
di atas tower.
Sedangkan kelebihan dari kincir angin sumbu vertikal yaitu:
a. Memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan angin
rendah (Hermawan Dermawan,2015)
b. Kerja kincir tidak dipengaruhi arah angin(hermawan Dermawan,2015)
Dan kekurangan dari kincir angin sumbu vertical yaitu:
a. Kecepatan angin dibagian bawah sangat rendah apabila tidak memakai
tower akan menghasilkan putaran yang rendah juga(herman
dermawan, 2015)
b. Efesiensi lebih rendah dibandingkan kincir angin sumbu
horizontal(herman dermawan, 2015)
Adapun jenis-jenis kincir angin sumbu horizontal yang sering kita jumpai
dibandingakan kincir angin sumbu vertikal, yaitu:
a. American Windmill
American windmill dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1857.
Sebagaian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan
untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penambangan dan
penggilingan padi serta memotonng jerami
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Gambar2.1 American Windmill
Sumber : (xaharts.org)
b. Cretan sail windmill
Dibuat pada tahun 1973, dengan bahan atau matrial utama yang terbuat
dari kayu dan sebuah kain di sudutnya
Gambar 2.2 Cretan sail windmill
(Sumber : pinterest.com)
c. Dutch Four Arm
Desain rancangan kincir angin ini bisa dibilang sederhana dan
mungkin pada awalnya dari rancangan kincir angin yang asli,karena bentuk
dan bahan matrialnya terbuat dari kayu dan tana lliat serta jumblah sudunya .
model turbin angin ini sangat terkenal dibelanda oleh karena itu kita
menyebutnya sebagai Negara kincir angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.3 Dutch Four Arm
(Sumber :travelwriterstales.com)
Sedangkan kincir angin sumbu vertikal memiliki beberapa jenis yang sudah
umum dikenal dan dikembangkan:
a. Kincir angin savonius
Kincir angin savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius
yang berasal dari negara Filandia pada tahun 1922.
Gambar 2.4 Kincir angin savonius
(Sumber : www.ecosources.info)
b. Kincir angin darrius
Darrius sama dengan savonius namun desain sudu menggunakan sisten
airfoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Darrius pada tahun 1927.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Gambar 2.5 Kincir angin Darrius
(Sumber : www.wind-works.org)
2.3 Komposit
2.3.1 Pengertian Komposit
Komposit adalah suatu matrial yang terbentuk dari dua atau lebih matrial
sehingga dihasilkan matrialkomposit yang mempunyai sifat mekanik dan
karakteristik yang berbeda dari matial pembentuknya.
Komposit terdiri dari dua bahan utama utama yaitu:
a. Matriks
Matrial yang berfungsi sebagai perekat atau pengikatdan pelindung.
filler (pengisi) dari kerusakan eksternal.
b. Filler (Pengisi)
Matrial yang berfungsi sebagai penguatdari matriks. Filler yang umum
digunakan adalah carbon, glass, aramid, Kevlar
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat
yang digunakan:
a. Fibrous composites (komposit serat)merupakan komposit yang terdiri
dari satu lapisan atau dua lapisan yang menggunakan penguat berupa
serat/fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers,carbon fiber,
dan aramid fibers. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan
orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih komplek
seperti anyaman.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
b. Laminad composites ( komposit laminat) merupakan komposit yang
terdiri dari dua lapisan atau lebih yang digabungkan menjadi satu dan
setiap lapisan memiliki karakteristiksifat sendiri.
c. Particulate composites (komposit partikel) merupak komposit yang
menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi
secara merata dalam matriknya.
Gambar 2.6 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya
Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu
a. Polymer Matrix Composites (Komposit Matriks Polimer)
Polymer Matrix Composites merupakan jenis komposit yang sering
digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan
resin sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah
mudah dibentuk mengikuti profil yang digunakan, memiliki
ketangguhan yang baik, dan lebih ringan dibanding jenis komposit
yang lainnya.
b. Metal Matirx Composites (Komposit Matriks Logam)
Metal Matirx Composites merupakan jenis komposit yang
menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya.
Kelebihan dari jenis komposit ini adalah tahan terhadap temperature
tinggi, memiliki kekuatan tekan dan geser yang baik, dan tidak
menyerap kelembapan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
c. Ceramic Matrix Composites (Komposit Matriks Keramik)
Ceramic Matrix Composites merupakan jenis komposit yang
menggunakan bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis
ini adalah memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan
terhadap korosi, dan tahan terhadap temperature tinggi
Gambar 2.7 Klasifikasi komposit berdasarkan matriksnya
2.3.2 Kelebihan komposit
Kelebihan bahan komposit adalah : (1) Struktur lebih ringan, kuat .(2) Tahan
terhadap berbagai kondisi lingkungan yang buruk, (3) Perbaikan struktur
komposit dapat dilakukan dengan mudah, (4) Sifat – sifat bahan komposit dapat
dibuat disesuaikan dengan karakteristik beban dan kondisi lingkungan
kerja.(Maryono Ismail, 2009)
2.3.3 Kekurangan komposit
Disamping kelebihan di atas, komposit mempunyai 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 relatif mahal dan (d)
komposit memerlukan pembuatan relatif lama dan mahal. (Viktor Malau, 2010)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
2.3.4 Polimer
Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunkan biasa disebut
polimer penguat serat (FRP-Fibre Reinforced Polymers of Plastic)
Klasifkasi jenis jenis polimer berdasrkan 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 plastic dan jas hujan.
2. Polivinilklorida (PVC) antara lain pipa air,pipa kabel listrik, kulit
sintetis, ubin plastic, dan botol detergen
3. Polipropena (PP) antar lain karung, tali,bak air, kursi plastic dan
pembungkus tekstil
4. Polistirena antar lain penggaris dan gantungan baju(hanger)
b.Polimer thermosetting
Plimer thermosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap
panas. Jika polimer ini dipanaskan tidak akan meleleh sehigga tidak dpat
dibentuk ulang kembali. Susunan polimer jenis ini bersifat permanen.
Pemanasan dengan suhu tinggi tidak akan melunakan polimer thermoseting
melaikan membetuk arang dan terurai karena sifat-sifat yang demikian maka
thermoset sering digunakan sebagai penutup ketel. Contoh dari termoset
yaitu fitting lampu listrik,steker listrik,dan asbak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
2.3.5 Resin poliester
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.
2.3.5.1 Kelebihan dan kekurangan resin
Jenis polimer yang sering dipakai adalah resin polyester yang memiliki
kelebihan-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.
2.3.6 Serat
Serat adalah jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang
membentuk jaringan memanjang yang utuh. Jenis-jenis serat berdasarkan asalnya
dibedakan menjadi dua yaitu serat alami dan serat buatan atau sintetis. Serat yang
paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah serat pada kain.
Manusia sendiri telah menggunakan serat dalam banyak hal antar lain untuk
membuaat benang, kain atau kertas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Serat dapat digolongan menjadi dua jenis yaitu
1. Serat alam
Serat alam adalah serat yang dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan proses
geologis. Serat jenis ini sangat ramah lingkungan karena dapat mengalami
pelapukan.
2. Serat buatan atau sintetis
Serat sintetis terbuat dari bahan pertokimia. Sarat buatan terbentuk dari
polimer-polimer yang berasal dari alam maupun polimer-polimer buatan yang
dibuat dengan cara kopolimeran senyawa-senyawa kimia.cara pembuatan serat ini
menggunakan cairan yang disemprotkan melalui lubang-lubang kecil. Salah satu
yang termasuk serat buatan atasu sintetis adalah serat fiber atau fiber glass.
2.3.6.1 Serat Glass
Serat glass adalah bahan yang tidak mudah terbakar,serat jenis ini biasanya
digunakan sebagai penguat matik jenis polimer. Serat mempunyai karakteristik
yang berbeda antara satu dengan yang lain. Pada penggunaannya serat glass
disesuaikan dengan sifat atau karakteristik yang dimilikinya. Keunggulan serat
glass terletak pada rasio harga dan performance yaitu biaya produksi rendah,
proses produksi sederhana. Serat glass banyak digunakan di industri-industri
otomotif seperti pada panel-panel bodi kendaraan, bahkan pada kendaraan roda
dua seluruh bodi terbuat dari komposit yang berpenguat serat glass.
Serat gelas terbagi menjadi 3 jenis antara lain sebagai berikut ; serat E-
glass, serat C-glass dan serat S- glass (Istanto, 2006). Sifat - sifat serat gelas
dapat dilihat pada tabel 2.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
2.4 Rumus-rumus Perhitungan
2.4.1 Energi dan Daya Angin
Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki
jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang
terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi
matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa
jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan
pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi
aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran
angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi. Energy yang terdapat di angin
adalah energy kinetic, energy ini dapat dituliskan dalam peramaan berikut:= (1)
dimana
E adalah energy kinetic (joule)
m adalah massa angin (kg)
v adalah kecepatan angin (m/s)
Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari persamaan di atas dapat
dituliskan:
(2)
dimana
Pin adalah daya yang dihasilkan angin, j/s (watt) . adalah massa udara yang mengalir persatuan waktu (kg/detik)
v adalah kecepatan angin (m/detik).
Massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah: = (3)
dimana adalah massa jenis udara (1,18kg/m3)
A adalah luas penampang keseluruhan (m2)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Dengan menggunakan persamaan (3) maka daya angin dapat dirumuskan
menjadi: = ( ) (4)
2.4.2 Daya Mekanis
Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan kincir angin dengan cara
mengkonfersikan energi kinetik menjadi energi mekanik.
Daya mekanis dapat ditulis dengan persamaan berikut:= (5)
dimana
T adalah torsi (Nm)
ω adalah kecepatan sudut (rad/s)
Sedangkan persamaan dari kecepat sudut didapat dari= . (6)
dimana
ω adalah kecepatan sudut (rad/s)
n adalah petaran poros (rpm)
Dengan demikian daya mekanik dapat dinyatakan dengan persamaan:
= . (7)
dimana
PT adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
n adalah putaran poros (rpm)
2.4.3 Daya Listrik
Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator
Daya listrik dapat ditulis dengan persamaan berikut
= . (8)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
dimana
PL adalah daya listrik (Watt)
V adalah teganggan (Volt)
I adalah arus yang mengalir pada beban (Ampere)
2.4.4 Koefisien Daya
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir dengan daya yang disediakan oleh angin. Hukum Betz mengatakan bahwa
tidak akan pernah ada kincir angin yang dapat mengkonversi energi kinetik angin
kedalam bentuk energi yang menggerakan rotor lebih dari 16/27 (59,3%). Batasan
tersebut mengacu pada bentuk kincir angin bukan hubungan ketidak efisienan
pada generator
Gambar 2.8 Grafik hubungan Cp dan tsr
(Sumber : http://www.intechopen.com)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Persamaan dari Koefisien daya adalah:
= 100% (9)
dimana
CP adalah koefisien daya
Pout adalah daya yang dihasilkan kincir (watt)
Pin adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)
2.4.5 Torsi
Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya
dorong pada sumbu turbin kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap
sumbu poros yang berputar, dengan persamaan berikut:
= . (10)
dimana
T adalah torsi yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)
r adalah jarak yang ditempuh (m)
F adalah gaya (N)
2.4.6 Tip Speed Ratio
Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
Turbin angin yang berputar dengan kecepatan angin= (11)
dimana
Vt adalah kecepatan ujung sudu
v adalah kecepatan angin (m/s)
Persamaan dari kecepatn ujung sudu yaitu:( ) = . (12)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
dimana
adalah kecepaan ujung sudu
adalah kecepat sudut (rad/s)
r adalah jari-jari kincir (m)
Dari persamaan (11) dan (12) maka tsr dapat dirumuskan sebagai berikut
= . .. (13)
dimana
r adalah jari-jari kincir angin (m)
n adalah putaran poros (rpm)
v adalah kecepatan angin (m/s)
2.5 Tinjauan Pustaka
Ada beberapa tinjauan pustaka yang menjadi contoh atau ukuran dalam
penelitian yang akan dilakukan. Tinjaun pustaka yang dipilih sebagai ukuran
dalam penelitian ini dilihat dari performa kiincir angin yang telah diteliti sebelum
nya.
Penelitian kincir angin jenis propeler bersirip yang dipakai petani garam di
pesisir pantai utara Jawa menunjukkan bahwa sudut sirip pada sudu sangat
berpengaruh terhadap karakteristik kincir. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
nilai Cp maksimum 21% pada kincir plat datar bersirip dengan sudut kemiringan
100. Karakteristik kincir pada variasi sudut sirip antara 100 sampai dengan 400
menunjukkan bahwa prestasi kincir mengalami penurunan seiring bertambahnya
sudut kemiringan sirip sudu baik nilai efisiensi atau koefisien daya,Cpdan putaran
poros yang dihasilkan, 819 rpm (sudut sirip 100, tanpa beban) dan terendah 473
rpm (sudut sirip 400, tanpa beban) pada kecepatan angin sekitar 8,5 m/detik, tetapi
torsi mengalami kenaikan seiring bertambahnya sudut sirip sudu pada kecepatan
angin yang sama. Kincir model propeler plat datar bersirip mempunyai prestasi
sangat baik jika sudut sirip antara 100 – 200. (Doody Purwadianto, 2013)
Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu menggunakan variasi
sudut sektor lingkaran pada pangkal sudu kincir dengan pembagian sudut 70˚, 80˚
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
dan 90˚ berbahan dasar kayu jenis tripleks (plywood) dengan diameter sudu kincir
yaitu 80 cm. Kincir angin dengan sudut potong sudu 70° menghasilkan koefisien
daya maksimal 30% pada tip speed ratio 2,8. Kincir angin dengan sudut potong
sudu 80° menghasilkan koefisien daya maksimal 23% pada tip speed ratio 2,1.
Kincir angin dengan sudut potong sudu 90° menghasilkan koefisien daya
maksimal 27% pada tip speed ratio 2,4. Kincir angin dengan sudut potong 70˚
menghasilkan koefisien daya dan tip speed ratio paling tinggi dibandingkan
variasi sudut potong sudu 80˚ dan 90˚ yaitu dengan koefisien daya maksimal 30%
pada tip speed ratio 2,8. (Yulius hendra F, P., 2015)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tahap penelitian
Langkah penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data.
Langkah kerja dalam penelitian ini dibuat dalam bentuk diagaram alir seperti yang
ditunjukan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian turbin angin
Mulai
Perancangan kincir angin propeler tiga sudu
Pembuatan kincir angin sumb horizontal tiga sudu berbahankomposit,berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m pada jarak 0,19 m.
.
Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, kecepatanangin, dan data pembebanan dengan lampu pada kincir angin
Pengolahan data untuk mencari Cp mekanis dan Cp listrik pda TSR optimal,daya output mekanis dan daya output listrik pada torsi ,dan putaran poros.
torsiAnalisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan
Selesai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Terdapat tiga tahap metode untuk melakukan penelitia antara lain sebagai
berikut;
1. Penelitian kepustakaan
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang
berhubungan dengan penulisan tugas akhir serta kebenarannya dapat
dipertanggung jawabkan .
2. Pembuatan alat
Pembuatan alat uji turbin angin sumbu horizontal tiper propeller dilakukan
di laboratorium konversi energ Universitas Sanata Dharma, Jogjakarta. Kincir
angin yang sudah jadi dan siap dipasang pada wind tunnel .
3. Pengamatan dan pengambilan data
Metode ini dilakukan dengan cara mengamati secara langsung saat kincir
angin terpasang di wind tunnel dalam kondisi berputar dengan bantuan blower
yang menghembuskan angin, terhubung dengan motor listrik sebagai
penggeraknya dan dalam pengamatan tersebut disertakan ppengambilan data
yang diperlukan dalam pengolahan data tugas akhir.
3.2 Alat dan Bahan
Alat-alat dan bahan-bahhan sebagai pendukung dalam penelitian tugas akhir
adalah sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
1. Sudu kincir angin
Sudu kincir angin berfungsi untuk menangkap angin yang datang
melintasi kincir. Matrial yang dipakai adalah komposit memiliki diameter 1 m.
Diameter dari sudu kincir angin tersebut menentukan daerah sapuan angin yang
diterima dari wind tunnel.
Gambar 3.2 Sudu turbin angin
2. Hup
Hup berfungsi sebagai dudukan untuk mengatur letak dan kemiringan
sebuah sudu kincir angin. Matrial yang digunakan adalah besi berdiameter 0,15
m dan memiliki lubang baut di sisi-sisinya yang berfungsi untuk meletakan
sudu. Posisi atau jumlah sudu dapat ditentukan sesuai kebutuhan yang
diperlukan untuk pengambilan data.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 3.3 Hup kincir angin
3. Poros
Alat yang berfungsi untuk menopang kincir saat berputar dan juga sebagai
pusat putaran turbin. Selain fungsi di atas, poros juga berfungsi untuk
mentransmisikan putaran kincir ke generator.
4. Fan blower
Fan blower berfungsi sebagai sumber angin. Suber angin tersebut didapat
dari putaran sudu pada fan blower yang terhubung dengan motor listrik yang
memiliki power sebesar 15 Hp sebagai penggerak fan blower tersebut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Gambar 3.4 Fan blower
5. Anemometer
Fungsi dari annemoter tersebut sebagai alat ukur untuk menentukan
kecepatan angin yang dibutuhkan dalam pengambilan data. Anemometer
diletakan di depan rumah kincir hal ini dilakukan untuk mengetahui angin yang
dihembuskan oleh wind tunnel saat pengambilan data berlangsung.
Anemometer memiliki dua komponen utama, yaitu sensor elektronik yang
diletakan didepan rumah kincir dan modul digital yang berfungsi untuk
menerjemahkan data dari sensor elektronik yang kemudian ditampilkan pada
layar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Gambar 3.5 Anemometer
6. Tachometer
Tachometer berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros turbin
angin sumbu horizontal yang dinyatakan dalam satuan rpm. Jenis tachometer
yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah digital light
tachometer. Prinsip kerja dari tachometer adalah memantulkan sinar infrared
kereflector yang dipasang pada generator kincir angin.
Gambar 3.6 Tachometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
7 Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban yang dihasilkan
generator saat kincir angin sumbu horizontal berputar. Neraca pegas diletakan
dilengan ayun generator dengan panjang lengan 27,5 cm. Neraca pegas yang
digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah neraca pegas digital.
Pemilihan neraca pegas digital tersebut bertujuan untuk memudahan
pengambilan dat dalam tugas akhir.
Gambar 3.7 Neraca pegas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
7. Volt meter
Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincr
angin.
Gambar 3.8 Voltmeter
8. Multimeter
Multimeter digunakan untuk mengukur arus listrik yang dihasilkan kincir
angin sumbu horizontal. Multimeter terhubung secara seri ke lampu
pembebanan dan batas ukur yang digunakan adalah 10A.
Gambar 3.9 Multimeter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
9. Lampu beban
Beban yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah lampu.
Lampu yang digunakan dalam pembebanan adalah lampu 75 Watt, 60 Watt, 40
Watt, dan 25 Watt. Jumlah lampu ditentukan sesuai dengan kebutuhan dan
dilihat dari rpm dan torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sumbu horizontal.
Pemberian beban pada kincir angin sumbu horizontal bertujuan untuk
mengetahui performa dan daya maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin
sumbu horizontal dengan masing masing variasinya.
3.3 Langkah-langkah Pembuatan Sudu
Proses pembuatan cetakan sudu kincir angin sumbu horizontal dari pipa, pipa
yang digunakan berukuran 8 in dengan jenis PVC AW. Kemudian memotong pipa
yang sudah ditentukan ukuran dan bentuknya menggunakan gerinda. Setelah pipa
terpotong sesuai sengan ukuran dan bentuknya langkah selanjutnya mengaluskan dan
membuat radius pada pipa yang telah terpotong tersebut.
Gambar 3.10 Pembuatan dan pemotongan cetakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
1. Proses pembuatan matrik komposit,yaitu mencampurkan resin dan katalis
dengan perbandingan yang digunakan adalah 70% untuk resin dan 30%
katalis.
Gambar 3.11 Pembuatan matrik komposit
2. Proses pembuatan sudu kincir angin sumbu horizontal dari komposit.
Sebelum melakukan pencetakan, terlebih dahulu dilkukan pelapisan pada
profil paralon dengan menggunakan alumunium foil. Hal ini dilakukan
untuk mencegah merekatnya resin pada cetakan saat melakukan proses
pencetakan sudu. Selanjutnya melapisi cetakan dengan matrik dan
reinforcement. Lapisan pertama yaitu resin sebanyak satu lapis, selanjutnya
lapisan pertama ditimpa dengan serta fiber sebagai reinforcement sebanyak
satu lembar. Langkah tersebut dilakukan sebanyak 7 kali proses selanjutnya
adalah proses pengeringan sudu dengan cara diletakan pada suhu kamar
selam 15-20 menit. Proes tersebut dilakukan berulang hingga mendapat 3
buah jumbah sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Gambar 3.12 Pelapisan cetakan
Gambar 3.13 Penuangan resin
Gambar 3.14 Peletakan serat fiber
Gambar 3.15 Penjemuran cetakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
3. Proses penyelesaian atau finishing pembuatan sudu. Setelah semua sudu
kering dan keras, langkah selanjutnya adalah merapikan hasil cetakan
komposit agar sesuai dengan ukuran dan bentuk sudu yang dibutuhkan,
langakah ini dilakukan dengan menggunakan bantuan gerinda untuk
mengaluskan permukaan sudu, membentuk radius dan merapikan setiap sisi
sudu. Proses selanjutnya adalah melakukan pelubangan pada sudu dengan
jarak dan ukuran yang telah ditentukan, langakah ini dilakukan untuk
membuat dudukan sudu pada hup. Tahap finishing terakhir dari pembuatan
sudu adalah melakukan pengecatan pada sudu . pada percobaan ini warna
yang dipilih dalam pengecatan adalah warna hijau karmelon.
Gambar 3.16 Merapikan sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Gambar 3.17 Penghalusan sudu
Gambar 3.18 Pengeboran sudu
Gambar 3.19 Pengecatan sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Gamabar 3.20 Sudu kincir angin berbahan komposit
3.4 LANGKAH-LANGKAH PENELITIAN
Langkah penelitian dalam pengujian kincir angin ini, antar lain sebagai berikut;
1. Memasang sudu pada kincir angin yang akan di uji pada hup rotor
2. Memasang neraca pegas pada besi yang sudah terhubung dengan generator.
Kemudian mengaitakan neraca pegas pada rumah kincir menggunakan
kawat.
3. Merangkai rangkian listrik yang akan digunakan pada pengujian ini dengan
menghubungkan lampu pembebanan dan suber tegangan (output generator)
secara seri. Kemudian menghubungkan voltmeter dengan sumber tegangan
secara pararel dan multimeter dengan pembebanan secara seri. Skema
pembebanan rangkain listrik pada pengujian ini ditunjukan pada gambar
3.21.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 3.21 Skema pembeban
4. Menyalakan fan blower dan mencari variasi kecepatan angin yang
ditentukan menggukan anemometer. Setelah mendapat variasi angin yang
diinginkan selanjutnya memindahkan rumah kincir sesuai dengan posisi
tersebut.
5. Menempatkan anemometer pada tiang penyangga didepan rumah kincir dan
dipinggir rotor. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan angin saat
melakukan pengambilan data.
6. Setelah alat uji terpasang dan sudu kincir terpasang pada hup maka
pengujian siap dilakukan
7. Untuk pengambilan data kecepatan putar poros menggunakan tachometer
dengan cara meletakkan tachometer tegak lurus dengan generator yang telah
ditempel isolasi hitam agar tachometer dapat menbaca kecepatan putaran
poros.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
8. Untuk data kecepatan angin diambil dari hasil yang tertera pada layar
anemometer
9. Data gaya torsi diambil dari angka yang tertera pada neraca pegas dengan
satuan massa yang tertera pada layar neraca pegas adalah kilogram.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Berikut ini adalah data hasil penelitian kincir angin sumbu horizontal berbahan
komposit dengan kecepatan 7,3 m/s. Pembebanan dalam penelitian ini menggunakan
lampu bohlam sebanyak dua belas buah, data dalam penelitian ini dapat dilihat di
tabel 4.1
Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin sumbu horizontal bahan komposit,
berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.
Beban
Kecepatan
Angin
Kecepatan
Putar
Poros
Massa Tegangan Arus
[ m/s ] [ rpm ] [ kg ] [ V ] [ A ]
0
7,3
860 0,09 59,1 0
1 831 0,13 57,2 0,16
2 806 0,17 54,8 0,31
3 794 0,21 53,5 0,45
4 767 0,25 52 0,6
5 732 0,28 49,7 0,74
6 708 0,31 47,4 0,88
7 687 0,34 45,7 1
8 657 0,37 43,1 1,1
9 599 0,39 40,9 1,2
10 543 0,41 38,9 1,31
11 516 0,43 36 1,39
12 486 0,44 32,7 1,42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Setelah pengambilan data untuk kecepatan angin 7,3 m/s sudah selesai dan
lengkap, selanjutnya dilakukan pengambilan data untuk vareasi angin 8,4 m/s. dari
penelitian ini didapat 15 data dengan jublah pembeban 14 lampu bohlam. Data
penelitan kecepatan angin 8 m/s dapat dilihat ditabel 4.2
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin sumbu horizontal bahan komposit,
berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.
Beban
Kecepatan
Angin
Kecepatan
Putar Poros Massa Tegangan Arus
[ m/s ] [ rpm ] [ kg ] [ V ] [ A ]
0
8,4
969 0,11 64,8 0
1 934 0,15 62,1 0,17
2 913 0,19 61,2 0,33
3 898 0,23 60,4 0,49
4 886 0,27 58,6 0,63
5 859 0,3 56,5 0,77
6 810 0,32 52,4 0,9
7 758 0,35 49,1 1,04
8 720 0,38 46,7 1,15
9 676 0,4 44,6 1,28
10 646 0,42 42,1 1,39
11 613 0,44 39,7 1,45
12 582 0,46 384 1,52
13 542 0,48 36 16
14 512 0,48 34,1 1,62
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Untuk kecepatan angin 9,4 m/s didapat 18 data dengan menggunakan 17 lampu
pembebanan. Data penelitan ini dapat dilihat di tambel 4.3
Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin sumbu horizontal bahan komposit,
berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.
Beban
Kecepatan
Angin
Kecepatan
Putar
Poros
Massa Voltmeter Amperemeter
[ m/s ] [ rpm ] [ kg ] [ V ] [ A ]
0
9,4
1012 0,11 68,5 0
1 995 0,15 65,8 0,17
2 980 0,19 64,5 0,34
3 971 0,23 62,9 0,5
4 928 0,27 61,6 0,66
5 900 0,3 58,8 0,8
6 880 0,33 56,2 0,95
7 852 0,36 55,2 1,1
8 822 0,39 53,5 1,22
9 798 0,42 50,8 1,31
10 764 0,44 48,2 1,41
11 746 0,46 47,4 1,5
12 727 0,48 45,5 1,61
13 693 0,5 43,9 1,69
14 677 0,52 41,7 1,73
15 645 0,54 40,2 1,81
16 609 0,56 37,9 1,91
17 587 0,58 35.3 1,9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
4.2 Pengolahan Data dan Pehitungan
Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam
proses perhitungan, asumsi itu antara lain percepatan gravitasi bumi (9,81 m/s2) dan
massa jenis udara (1,18 kg/m3).
Sebagai contoh perhitungan diambil data dari beban 1 pada kecepatan angin 7,3
m/s. data tersebut meliputi kecepatan angin, kecepatan putar poros, massa yang
bekerja, serta tenaga dan arus yang dihasilkan generator.
Untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan
menggunakan persamaan (4) pada subbab 2.4.1
dengan;
PA adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)
ρadalah densitas udara (kg/m3)
A adalah luas daerah sapuan angin (m3)
V adalah kecepatan angin (m/detik)
maka dengan diameter kincir angin 100 cm densitas udara sebesar 1,18 kg/m3, dan
kecepatan angin 7,3 m/s diperoleh daya yang dihasilkan angin sebesar
(
)
Jadi daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 177,995 watt
Untuk mengetahui torsi yang bekerja pada kecepatan angin 7,24 m/s dapat
dicari menggunakan persamaan (10) pada sub bab 2.4.5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
dimana
T adalah torsi (Nm)
F adalah gaya yang bekerja pada sudu (N)
r adalah jarak yang tegak lurus terhadap gaya dari pusat poros (m)
Maka dengan massa yang bekerja sebesar 0,13 kg dan panjang lengan ayun
yang tegak lurus dengan pusat poros 27,5 cm diperoleh torsi sebesar
⁄
Jadi torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sebesar 0,351 Nm
Dari nilai torsi yang didapat, maka kita dapat mengetahui daya mekanis yang
dihasilkan oleh kincir angin dengan menggunakan persamaan (7) pada sumbab 2.4.2
dengan;
PT adalah daya mekanis yang dihasilkan kincir angin (watt)
T adalah torsi (Nm)
n adalah putaran poros (rpm)
dengan diketahui torsi yang bekerja sebesar 0,351 Nm dan kecepatan putar
poros sebesar 831 diperoleh daya mekanis sebesar
(
)
Jadi daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir angain sebesar 30,519 watt
Untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan oleh generator dapat dicari
menggunakan persamaan (8) pada subbab 2.4.3 yaitu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
dengan;
PL adalah daya listrik yang dihasilkan generator (watt)
V adalah tegangan yang dihasilkan generator (volt)
I adalah arus yang dihasilkan beban (ampere)
Dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 57,2 volt dan arus yang
mengalir pada beban sebesar 0,16 ampere, dapat diketahui daya listrik sebesar;
Jadi daya listrik yang dihasilkan generator sebesar 9,152 watt
Untuk mengetahui koefisien daya dari perbandingan daya mekanis yang
dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan angin data dicari dengan menggunakan
persamaan (9) pada subbab 2.4.4 yaitu
dengan;
Cp adalah Coefficient of Power, koefisien daya (%)
PT adalah daya mekanis yang dihasilkan turbin (watt)
PA adalah daya yang dihasilkan angin (watt)
Maka dengan diketahui daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 30,519
watt dan daya yang dihasilkan angin sebesar 177,995 watt, diperoleh koefisien daya
sebesar;
Jadi koefisien daya dari perbandingan daya mekanis yang dihasilkan kincir dengan
daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 17,1462%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Untuk mengetahui koefisien daya dari perbanding daya listik yang dihasilkan
generator dengan daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan menggunakan
persamaan (9) pada subbab 2.4.4
dengan,
Cp adalah coefficient of power, koefisien daya (%)
PL adalah listrik yang dihasilkan oleh generator (watt)
PA adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)
Maka dengan diketahui daya daya listrik yang dihasilkan generator sebesar
9,152 watt dan daya yang dihasilkan angin sebesar 177,995 watt diperoleh koefisien
daya listrik sebesar;
Jadi koefisien daya dari perbandingan daya listrik yang dihasilkan kincir dengan
daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 5,152%
Untuk mengetahui besarnya tip speed ratio dapat dicari menggunakan
persamaan (13) pada subbab 2.4.6
dimana
r adalah jari jari turbin angin
n adalah putaran poros
v adalah kecepatan angin
dengan kecepatan angin 7,3 m/s ,jari-jari kincir 50 cm dan kecepatan putar poros
831, maka didapat tip speed ratio sebesar;
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
⁄
4.3 Hasil Perhitungan
Pengujian kincir angin sumbu horizontal bahan komposit jenis propeller tiga
sudu diperoleh data-data yang dapat dilihat di tabel 4.4 , 4.5 dan 4.6
Tabel 4.4 Data perhitungan kecepatan angin 7,3 m/s kincir angin sumbu horizontal
bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari
pusat poros 0,19
Beban
Daya Angin Daya
mekanis
Daya
Listrik Torsi
TSR
CP
(mekanis)
CP
(listrik)
[ watt ] [ watt ] [ watt ] [ Nm
] [%] (%)
0 177.995 21.866 0 0.243 6.1945 12.2847 0
1 177.995 30.519 9.152 0.351 5.9856 17.1462 5.1417
2 177.995 38.709 16.988 0.459 5.8056 21.7474 9.5441
3 177.995 47.105 24.075 0.567 5.7191 26.4644 13.5257
4 177.995 54.171 31.2 0.674 5.5247 30.4340 17.5286
5 177.995 57.903 36.778 0.755 5.2726 32.5306 20.6624
6 177.995 62.005 41.712 0.836 5.0997 34.8352 23.4344
7 177.995 65.988 45.7 0.917 4.9484 37.0731 25.6749
8 177.995 68.675 47.41 0.998 4.7323 38.5825 26.6356
9 177.995 65.997 49.08 1.052 4.3146 37.0778 27.5738
10 177.995 62.895 50.959 1.106 3.9112 35.3351 28.6295
11 177.995 62.683 50.04 1.160 3.7167 35.2161 28.1132
12 177.995 60.411 46.434 1.187 3.5006 33.9400 26.0873
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Tabel 4.5 Data perhitungan kecepatan 8,4 m/s kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros
0,19
beban
Daya
Angin
Daya
Kincir
Daya
Listrik Torsi
TSR
CP
(mekanis)
CP
(listrik)
[ watt ] [ watt ] [ watt ] [ Nm ] [%] [%]
0 274.650 30.112 0 0.297 6.0401 10.9639 0
1 274.650 39.579 10.557 0.405 5.8219 14.4108 3.8438
2 274.650 49.007 20.196 0.513 5.6910 17.8433 7.3534
3 274.650 58.349 29.596 0.620 5.5975 21.2449 10.7759
4 274.650 67.581 36.918 0.728 5.5227 24.6064 13.4418
5 274.650 72.802 43.505 0.809 5.3544 26.5073 15.8402
6 274.650 73.226 47.16 0.863 5.0490 26.6616 17.1709
7 274.650 74.949 51.064 0.944 4.7249 27.2890 18.5924
8 274.650 77.294 53.705 1.025 4.4880 28.1428 19.5540
9 274.650 76.390 57.088 1.079 4.2137 27.8136 20.7857
10 274.650 76.650 58.519 1.133 4.0267 27.9082 21.3067
11 274.650 76.198 57.565 1.187 3.8210 27.7437 20.9594
12 274.650 75.633 58.368 1.241 3.6278 27.5379 21.2518
13 274.650 73.497 57.6 1.295 3.3785 26.7603 20.9721
14 274.650 69.429 55.242 1.295 3.1915 25.2791 20.1136
Tabel 4.6 Data perhitungan kecepatan angin 9,4 m/s kincir angin sumbu horizontal
bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m.
beban
Daya
Angin
Daya
Kincir
Daya
Listrik Torsi
TSR
CP
(mekanis)
CP
(listrik)
[ watt ] [ watt ] [ watt ] [ Nm ] [%] [%]
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
0 380.800 31.449 0 0.297 5.6571 8.2586 0
1 380.800 42.164 11.186 0.405 5.5621 11.0725 2.9375
2 380.800 52.603 21.93 0.513 5.4782 13.8138 5.7589
3 380.800 63.092 31.45 0.620 5.4279 16.5684 8.2589
4 380.800 70.785 40.656 0.728 5.1875 18.5885 10.6765
5 380.800 76.277 47.04 0.809 5.0310 20.0307 12.3529
6 380.800 82.040 53.39 0.890 4.9192 21.5442 14.0205
7 380.800 86.651 60.72 0.971 4.7627 22.7549 15.9454
8 380.800 90.566 65.27 1.052 4.5950 23.7832 17.1402
9 380.800 94.685 66.548 1.133 4.4608 24.8648 17.4758
10 380.800 94.968 67.962 1.187 4.2708 24.9390 17.8472
11 380.800 96.945 71.1 1.241 4.1702 25.4583 18.6712
12 380.800 98.584 73.255 1.295 4.0639 25.8886 19.2371
13 380.800 97.889 74.191 1.349 3.8739 25.7061 19.4829
14 380.800 99.454 72.141 1.403 3.7844 26.1171 18.9446
15 380.800 98.397 72.762 1.457 3.6056 25.8397 19.1077
16 380.800 96.346 72.389 1.511 3.4043 25.3011 19.0097
17 380.800 96.183 67.07 1.565 3.2813 25.2580 17.6129
4.4 Grafik hasil perhitungan
Pengolahan data yang dilakukan pada subbab 4.2 dan 4.3 didapatkan hasil
grafik. Grafik-grafik hubungan tersebut antara lain garfik hubungan koefisien daya
mekanis dengan tip speed ratio untuk ketiga variasi kecepatan angin, grafik hubungan
koefisien daya listrik dengan tip speed ratio untuk ketiga variasi kecepatan angin,
grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros untuk ketiga variasi kecepatan
angin dan grafik hubungan antara daya output dengan kecepatan putar poros untuk
tiap variasi kecepatan angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Gambar 4.1 Gafik hubungan antara Cp mekanis dengan tsr kincir angin sumbu
horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan
jarak dari pusat poros 0,19 m.
Dari grafik pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa kecepatan angin 7,3 m/s
memiliki koefisien daya lebih besar dari variasi kecepatan angin lainnya. Dengan
persamaan yang tertera pada grafik dapat diketahui cp maksimum pada tsr optimal.
Sebagai contoh digunakan persamaan pada kecepatan angin 7,3 m/s. Persamaan pada
variasi kecepatan angin 7,3 m/s sebagai berikut
Dengan menggunakan analisis matematis dicari
Setelah nilai tsr optimal diketahui selanjutnya dapat mengetahui Cp maksimal
dengan cara mensubtitusikan tsr kedalam persamaan diatas, hasil dari Cp maksimal
adalah sebagai berikut;
Cp = -8.172tsr2 + 71.91tsr- 119.2
Cp= -4.984tsr2 + 42.12tsr - 59.57
Cp = -5.207tsr2 + 40.63tsr- 52.86
0
6
12
18
24
30
36
42
0 1 2 3 4 5 6 7
Cp
(%)
TSR
KECEPATAN ANGIN 7,3 M/S
KECEPATAN ANGIN 8,4 M/S
KECEPATAN ANGIN 9,4M/S
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Dari contoh perhitungan di atas didapat Cp maksiamal padatrs optimal untuk
masing -masing variasi kecepatan angin. Untuk kecepatan angin 7,3 m/s didapat Cp
maksimalnya sebesar 38,99408%pada tsr optimal 4,39978, pada kecepatan angin 8,4
m/s cp maksimal sebesar 29,419% pada tsr optimal 4,225, dan untuk variasi
kecepatan angin rata-rata 9,4 m/s didapat cp maksimal sebesar 26,398% pada trs
optimal 3,901.
Hasil yang didapat dari persamaan ketiga variasi diatas dapat diketahui bahwa
untuk variasi kecapatan angin 7,3 m/s memiliki efesiensi lebih baik dari kedua variasi
lainnya. Hal ini dikarenakan variasi angin kecepatan 7,3 m/s memiliki perbandingan
antara daya output dan daya input lebih rendah dari kedua variasi angin lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Cp listrik dengan tsr kincir angin sumbu
horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan
jarak dari pusat poros 0,19 m.
Dari grafik pada gambar 4.2dapat dilihat bahwa kecepatan angin 7,3 m/s
memiliki koefisien daya lebih besar dari variasi kecepatan angin lainnya. Dengan
persamaan yang tertera pada grafik dapat diketahui Cp maksimum pada tsr optimal.
Sebagai contoh digunakan persaan pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s. persamaan
pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s sebagai berikut
Dengan menggunakan analisis matematis dicari t
Cp = -7.223tsr2 + 60.52tsr - 97.52
Cp= -4.785tsr2 + 38.10tsr- 53.81
Cp= -5.758tsr2 + 44.93tsr - 68.03
0
4
8
12
16
20
24
28
32
0 1 2 3 4 5 6 7
Cp
(%
)
TSR
KECEPATAN ANGIN 7,3M/S
KECEPATAN ANGIN 8,4 M/S
KECEPATAN ANGIN 9,4 M/S
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Setelah nilai trs optimal diketahui selanjutnya dapat mengetahui Cp maksimal
dengan cara mensubtitusikan tsr kedalam persamaan diatas, hasil dari Cp maksimal
adalah sebagai berikut;
Dari contoh perhitungan di atas didapat Cp maksiamal pada trs optimal untuk
masing masing variasi kecepatan angin. Untuk kecepatan angin 7,3 m/s didapat Cp
maksimalnya sebesar 29,251% pada tsr optimal 44,189, pada kecepatan angin 8,4 m/s
Cp maksimal sebesar 22,031% pada tsr optimal 3,981, dan untuk kecepatan angin
9,4 m/s didapat Cp maksimal sebesar 19,6197% pada trs optimal 3,901.
Hasil yang didapat dari persamaan ketiga variasi diatas dapat diketahui bahwa
untuk kecapatan angin 7,3 m/s memiliki efesiensi lebih baik dari kedua variasi
lainnya. Hal ini dikarenakan variasi angin kecepatan 7,3 m/s memiliki perbandingan
antara daya output dan daya input lebih rendah dari kedua variasi angin lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar poros dengan torsi kincir angin sumbu
horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan
jarak dari pusat poros 0,19 m.
Gambar 4.3 memperlihakan bahwa setiap ada kenaikan torsi maka putaran
poros akan turun hal ini disebabkan karena ada penambahan beban, saat beban
ditambahkan maka akan terjadi peningkatan atau kenaikan torsi namun pristiwa ini
memberi dapak terhadap putaran yang akitbanya akan mengalami penurunan rpm.
Setelah mendapat ketiga grafik di atas selanjutnya membuat grafik hubungan
daya outpun dengan torsi. Pada bagian ini terdapat dua daya output yaitu daya
mekanis dan daya litrik. Garfik hubungan antara daya output dengan torsi dibagi
menjadi 3 grafik, hal ini dilakukan untuk mengetahui besaran daya puncak pada tiga
variasi kecepatan angin. Grafik-grafik tersebut dapat dilihat pada gambar 4.4, gambar
4.5, dan gambar 4.6
0
200
400
600
800
1000
1200
0,0 0,5 1,0 1,5
pu
tara
n p
oro
s (r
pm
)
Torsi (Nm)
KECEPATAN ANGIN 7,3 M/S
KECEPATAN ANGIN 8,4M/S
KECEPATAN ANGIN 9,4 M/S
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
Gambar 4.4 Grafik hubungan antar daya output dan torsi untuk kecepatan angin 7,3
m/s kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m
dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.
Dari tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membut grafik hubungan antara daya output dengan torsi. Pada
gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai daya output mengalami titik puncak
padabeasaran torsi tertentu.
Untuk daya output mekanis mengahasilkan daya pada puncaknya sebesar
68,675 watt pada torsi sebesar 0,998 N.m sedangkan daya output listrik mengalami
daya puncak pada besaran 50,952 watt pada torsi sebesar 1.106 N.m
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
day
a o
utp
ut(
wat
t)
torsi(Nm)
daya nekanis
daya listrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
Gabar 4.5 Grafik hubungan antara daya output dan torsi untuk kecepatan angin 8,4
m/s kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m
dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.
Dari tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membut grafik hubungan antara daya output dengan torsi. Pada
gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya output mengalami titik puncak
padabeasaran torsi tertentu.
Untuk daya output mekanis mengahasilkan daya pada puncaknya sebesar
77,294 watt pada torsi sebesar 1,025 N.m sedangkan daya output listrik mengalami
daya puncak pada besaran 58,368 watt pada torsi sebesar 1.241 N.m.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0 0,5 1,0 1,5
day
a o
utp
ut(
wat
t)
torsi(Nm)
daya mekanis
daya listrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
Gabar 4.6 Grafik hubungan antara daya output dan torsi untuk kecepatan angin 9,4
m/s kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m
dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.
Dari tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membut grafik hubungan antara daya output dengan torsi. Pada
gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai daya output mengalami titik puncak
padabeasaran torsi tertentu.
Untuk daya output mekanis mengahasilkan daya pada puncaknya sebesar
99,454 watt pada torsi sebesar 1,403 N.m sedangkan daya output listrik mengalami
daya puncak pada besaran 74,191 watt pada torsi sebesar 1,349 N.m.
0
20
40
60
80
100
120
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
day
a o
utp
ut(
wat
t)
torsi(Nm)
daya mekanis
daya listrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian Kincir angin sumbu horizontal berbahan komposit berdiameter
1 m dengan lebar 0,13 cm dan jarak dari pusat sudu poros 0,19 cm dengan tiga
kecepatan variasi angin yang sudah, maka dapat disimpulkan;
1. Kincir angin sumbu horizontal berbahan komposit berdiameter 1 m dengan
lebar 0,13 cm dan jarak dari pusat sudu poros 0,19 cm variasi kecepatan
angin 7,3 m/s adalah kincir angin dengan daya output mekanis menghasikan
tertinggi 68,5 watt dan menghasilkan torsi tertinggi 1 N.m sedangkan untuk
daya output listiknya 50,9 watt dan menghasilkan torsi 1,1 N.m Untuk
variasi kecepatan angin 8.4 m/s menghasilkan daya output mekanis sebesar
77,3 watt dan torsi tertingginya 1,02 N.m sedangkan untuk daya output
listiknya sebesar 58,3 watt dan torsi yang dihasilkan sebesar 1,2 N.m.
Untuk variasi kecepatan angin 9,4 m/s menghasilkan daya output mekanis
sebesar 99,5 watt dan torsi tertingginya 1,4 N.m sedangkan untuk daya
output listiknya sebesar 74,1 watt dan torsi yang dihasilkan sebesar 1,3 N.m.
2. Cp mekanis yang dihasilkan kincir angin subu horizontal tiga sudu dengan
variasi kecepatan angin 7,3 m/s dapat menghasilkan koefisien daya
maksimal sebesar 38% pada tsr optimal 4,3. Untuk variasi kecepatan angin
8,4 m/s didapat koefisien daya maksimal sebesar 29% pada tsr optimal
sebesar 4,2 Sedangkan untuk variasi kecepatan angin 9,4 m/s didapat
koefisien daya maksimal sebesar 27% Pada torsi optimal 3,9.
3. Koefisien daya listrik yang dihasilkan kincir angin subu horizontal tiga sudu
dengan variasi kecepatan angin 7,3 m/s dapat menghasilkan koefisien daya
maksimal sebesar 39% pada tsr optimal 44,2. Untuk variasi kecepatan
angin dengan 8,4 m/s didapat koefisien daya maksimal sebesar 22% pada tsr
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
optimal sebesar 3,9 Sedangkan untuk variasi kecepatan angin 9,4 m/s
didapat koefisien daya maksimal sebesar 19,% Pada torsi optimal 3,9.
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian penulis member beberapa saran yang dapat
dijadikan perhatian untuk penelitian selanjutnya
1. Menambah variasi kecepatan angin lainnya sebagai perbandingan unjuk
kerja kincir paling optimal.
2. Menambah sirip pada sudu untuk mendapatkan unjuk kerja yang paling
optimal.
3. Menggunakan matrial lain dalam pembuatan sudu sebagai pembanding
kincir angin yang diteliti.
4. Perlunya pemahaman dalam pemilihan matrial komposit yang akan
digunakan sehingga didapatkan matrial komposit yang cocok dan kuat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
DAFTAR PUSTAKA
Aji, Riangga. 2011. Pengaruh VariasiTinggi Sudu TerhadapPerformansi
VerticalAxis WindTurbineJenis Savonius Type-U. Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Anonim, 2016, http://www.kincirangin.info/plta-gambar.php (diakses Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.xahart.blogspot.com (diakses 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.pinterest.blogspot.com (diakes 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.ecosources.info.com (diakses 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.wind-work.com (diakses 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.intechopen.com (diakses 15 Mei 2016)
Daryanto, Y. 2007. Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu.
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan
Energi Nasional.
Dermawan, H. 2012. Perancangan Turbin Angin Savonius L Sumbu Vertikal.
Program Study Teknik Elektro,FT UMRAH.
Ginting, Soeripno J. 1993. Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir Angin
Poros Horisontal. Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung
P., Yulius Hendra F. 2015. Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu berbahan
dasar kayu berlapis pelat seng dengan sudu-sudu dari belahan dinding
silinder. Skripsi, tidak diterbitkan. Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Purwadianto, Doddy. 2013. Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik
Kincir Angin Petani Garam Di Pantai Utara Jawa. Proceeding Seminar
Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) & Lomba Rancang
Bangun Mesin.
Sari, Eka. 2012. Belanda Sang Negeri Kincir Angin,
http://www.1powerbloger.com.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
LAMPIRAN
Lamp.1 Grafik hubungan koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio untuk
kecepatan angin 7,3 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
Lamp.2 Grafik hubungan koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio untuk
kecepatan angin 8,4 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Lamp.3 Grafik hubungan koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio untuk
kecepatan angin 9,4 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
Lamp.4 Grafik hubungan koefisien daya listrik dengan tip speed ratio untuk
kecepatan angin 7,3 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
Lamp.5 Grafik hubungan koefisien daya listrik dengan tip speed ratio untuk
kecepatan angin 8,4 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
Lamp.6 Grafik hubungan koefisien daya listrik dengan tip speed ratio untuk
kecepatan angin 9,4 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
Lamp.7 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dengan torsi untuk
kecepatan angin 7,3 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
Lamp.8 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dengan torsi untuk
kecepatan angin 8,4 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
Lamp.9 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dengan torsi untuk
kecepatan angin 9,4 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan
komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat
poros 0,19 m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI