unjuk kerja kincir angin poros horisontal berbahan...

58
i UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN PVC DENGAN VARIASI KEMIRINGAN SUDU TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Oleh : YUDHA EDY SETIAWAN NIM : 105214065 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013

Upload: others

Post on 02-Nov-2020

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL

BERBAHAN PVC DENGAN VARIASI KEMIRINGAN SUDU

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

YUDHA EDY SETIAWAN

NIM : 105214065

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2013

Page 2: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

ii

PERFORMANCE OF HORIZONTAL AXIS WIND TURBINES

MADE OF PVC WITH A VARIATIONS SLOPE OF BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by

YUDHA EDY SETIAWAN

Student Number : 105214065

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2013

Page 3: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

iii

Page 4: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

iv

Page 5: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

v

Page 6: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

vi

Page 7: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

vii

INTISARI

Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan dari

kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk memenuhi semua

kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial, dan lingkungan. Pemanfaatan

energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan dengan produksi bahan bakar minyak

yang semakin terbatas. Keterbatasan produksi bahan bakar minyak menjadikan harga

bahan bakar naik. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di

Indonesia adalah pemanfaatan energi angin.

Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal

dengan jumlah sudu 2 buah dan mengunakan bahan PVC dengan diameter : 8 inchi.

Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di

laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma.Variasi yang diambil adalah

variasi kemiringan sudu kincir dan kecepatan angin. Data yang diambil pada saat

penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.

Hasil penelitian kincir angin poros horizontal dengan variasi kemiringan sudu

menunjukkan bahwa Kincir angin dengan kemiringan sudu 28,7° koefisien daya

maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s. Kincir

angin dengan kemiringan sudu 34° koefisien daya maksimal yaitu 25% pada tip speed

ratio 5,4 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Kincir angin dengan kemiringan sudu 39,8°

koefisien daya maksimal yaitu 23% pada tip speed ratio 4,8 pada kecepatan angin 8,5

m/s.

Kata kunci: koefisien daya, daya kincir, torsi. Tip sped ratio.

Page 8: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang

diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan

tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap

mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka

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

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas

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

kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada :

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

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. PK. Purwadi, S.T.,M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. I Gusti Ketut Puja, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Doddy Purwadianto, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan Kepala

Laboratorium Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Intan Widanarko selaku Laboran Laboratorium Energi Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

6. Tri Setowati Handayani dan Edi Suryono selaku Ibu dan Bapak saya yang

telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini

7. Yogha Edyatma Putra dan Reyhan selaku saudara kandung saya. Serta Yuni

Nurmaya yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera

terselesaikannya Tugas Ahir ini

Page 9: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

ix

Page 10: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

x

DAFTAR ISI

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DAFTAR GAMBAR ………......................................................................... xiii

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

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

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

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

1.3 Batasan Masalah ……...……………………………………………... . 2

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

1.5 Manfaat penelitian ………..................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI …..................................…............…….………….. 4

2.1 Konsep Dasar Angin …………..................………………………..... 4

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

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ……..…………................................... 5

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ……..................................................….. . 7

2.3 Rumus Perhitungan……………………………………...….............. 10

2.3.1 Daya Angin ……………………......…………………….……......... . 10

Page 11: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

xi

2.3.2 Torsi Kincir …………........................................................................ 11

2.3.3 Daya Kincir …………….................................................................... 12

2.3.4 Tip Speed Ratio …………….............................................................. 13

2.3.5 Koefisien Daya .…………................................................................. 14

BAB III METODE PENELITIAN……….............…………….…………... 15

3.1 Peralatan dan Bahan ....................……………...……...…………..... 15

3.2 Variabel Penelitian ………………………………......................... 21

3.3 Variabel yang Diukur .........………………………..........….................. 21

3.4 Parameter yang Dihitung ….............……............…………………….. 22

3.5 Langkah Percobaan …........................................................................... 22

3.6 Langkah Pengolahan Data ……............................................................. 23

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ……………….…..….. 25

4.1 Data Hasil Percobaan ..………............………...……...........….…….. 25

4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan ….………................…….………. 28

4.2.1 Perhitungan Daya Angin (Pin) ……......................................…....…. 28

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (Pout) ……....…......……….……….……. . 28

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio ……..............…….…….………...…. 29

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Kincir (CP) ….........………....………. 29

4.3 Data Hasil Perhitungan .................. …………............…................….. 30

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan .......................................... 33

4.5 Grafik dari Hasil Perhitumgan 3 variasi kemiringan sudu..................... 39

BAB V PENUTUP .....……….......................................................………..... 40

5.1 Kesimpulan …….……............…………………………........………….. 40

5.2 Saran …………............……............……………................……………. 41

Page 12: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

xii

DAFTAR PUSTAKA …………………….………………...………....……. 42

LAMPIRAN ...………..…………………………………...………………... . 43

Page 13: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin American WindMill ……..........................….. 5

Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch four arm ......................................….…. 6

Gambar 2.3 Kincir Angin Savonius ……………………......................... 8

Gambar 2.4 Kincir Angin Darieus ……………………………................ 8

Gambar 2.5 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (CP) Dengan Tip

Speed Ratio (TSR) Dari Beberapa jenis Kincir. ............ 12

Gambar 3.1 Kincir Angin Poros Horisontal Dua Sudu .................….. 15

Gambar 3.2 Sudu Kincir ................................................... .................….. 16

Gambar 3.3 Dudukan Sudu Kincir ...............................................….. 17

Gambar 3.4 Terowongan Angin atau Wind Tunel .............................….. 18

Gambar 3.5 Fan Blower ...................... ...............................................….. 18

Gambar 3.6 Anemometer ................... ...............................................….. 19

Gambar 3.7 Takometer ....................... ...............................................….. 19

Gambar 3.8 Neraca Pegas ................... ...............................................….. 20

Gambar 3.9 Mekanisme Pengereman ...............................................….. 20

Gambar 3.10 Kemiringan Sudu .................................................................. 21

Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran poros dengan Torsi untuk

kemiringan sudu 28.70........................................................... 33

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk

kemiringan sudu 28.70..........................................…............. 33

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Koefisien daya dengan

Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 28.70 ..................... 34

Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Putaran poros dengan Torsi untuk

kemiringan sudu 340............................................................... 35

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk

Page 14: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

xiv

kemiringan sudu 340..........................................…................. 35

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Koefisien daya dengan

Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 340 ....................... 35

Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Putaran poros dengan Torsi untuk

kemiringan sudu 39.80........................................................... 37

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk

kemiringan sudu 39.80..........................................…............. 37

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Koefisien daya dengan

Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 39.80 ..................... 37

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Koefisien daya dan Tip speed ratio

untuk 3 variasi kemiringan sudu 28.70, 34

0, dan 39.8

0....... 39

Page 15: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan pada kemiringan sudu 28.70 ……………..... 25

Tabel 4.2. Data Hasil Percobaan pada kemiringan sudu 340 ……………........ 26

Tabel 4.3. Data Hasil Percobaan pada kemiringan sudu 39.80 ……………..... 27

Tabel 4.4. Data Perhitungan untuk kemiringan sudu 28.70 …………......... 30

Tabel 4.5. Data Perhitungan untuk kemiringan sudu 340 …………............ 31

Tabel 4.6. Data Perhitungan untuk kemiringan sudu 39.80 …………......... 32

Page 16: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan

dari kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk

memenuhi semua kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial, dan

lingkungan.

Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan dengan

produksi bahan bakar minyak yang semakin terbatas. Keterbatasan produksi

bahan bakar minyak menjadikan harga bahan bakar naik. Salah satu energi

terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan energi

angin. Potensi pemanfaatan energi angin di Indonesia masih terbuka luas karena

Indonesia memiliki garis pantai sekitar 95.000 km, demikian juga potensi

kecepatan angin yang dimiliki berkisar 5 m/s.

Pemanfaatan energi angin saat – saat ini masih belum optimal dan dalam

penggunaannya masih belum efektif. Maka dari itu diperlukan suatu mekanisme

yang tepat untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi yang tepat guna,

salah satunya adalah mengubah energi angin menjadi energi listrik.

Page 17: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

1.2 Perumusan Masalah

Masalah yang ingin dipecahkan dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Angin merupakan energi yang berlimpah, gratis, dan tidak

menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan dan manusia

namun belum dimanfaatkan secara optimal.

2. Desain kincir yang baik dengan bantuan generator akan mampu

menghasilkan listrik sehingga efisiensi yang didapat tinggi.

3. Pengaruh kemiringan sudu pada kincir angin poros horizontal terhadap

torsi dan koefisien daya.

1.3 Batasan Masalah

Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai

berikut :

1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros

horisontal dengan jumlah 2 sudu dan mengunakan bahan PVC

dengan diameter : 8 inchi.

2. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan

angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Universitas

Sanata Dharma.

3. Variasi yang diambil adalah variasi kemiringan sudu kincir dan

kecepatan angin.

4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin,

putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.

Page 18: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

3

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan Tugas Akhir ini adalah :

1. Merancang dan membuat kincir angin poros horizontal dengan jumlah

2 sudu terbuat dari bahan PVC 8” dengan diameter kincir 110 cm.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horisontal dari bahan PVC

8” dengan diameter kincir 110 cm.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat pembuatan kincir angin adalah sebagai berikut :

1. Mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya

energi angin dan pemanfaatannya.

2. Penghematan bahan bakar fosil dan mengganti dengan kincir angin

untuk menjaga dan melestarikan bumi ini.

3. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir

angin dengan bahan PVC 8”.

4. Memacu pengembangan energi angin dengan bahan yang murah dan

sederhana.

Page 19: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Angin

Pada umumnya angin merupakan udara yang bergerak dari tekanan

udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. perbedaan

tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan

atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digunakan untuk menankap atau

memperoleh energi angin yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumbuk

biji – bijian dan memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga

dikonversikan menjadi tenaga listrik..

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua

kelompok utama, yaitu: kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros

vertikal.

Page 20: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

5

2.2.1 Kincir angin poros horisontal

Kincir angin ini memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros

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

kincir berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 3600

terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.

Ada beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan

dikembangkan:

1. Kincir Angin American WindMill

Gambar 2.1 Kincir Angin American WindMill

(Sumber: green.kompasiana.com)

Page 21: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

6

2. Kincir angin Dutch four arm

Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch four arm

(Sumber: ayahaan.wordpress.com)

Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros horisontal:

1. Kelebihan

a. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih

kuat.

b. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi.

c. Memberikan kinerja yang lebih baik pada produksi energi

dibandingkan dengan turbin angin dengan sumbu vertikal.

Page 22: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

7

2. Kekurangan

a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90

meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa

mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.

b. Kincir yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat

tinggi dan mahal serta para operator yang trampil.

c. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-

bilah yang berat, gearbox, dan generator.

d. Kincir membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.

2.2.2 Kincir angin poros vertikal

Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus.

Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar

menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah

anginnya sangat bervariasi. Kincir ini mampu mendayagunakan angin dari

berbagai arah.

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan

di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah

diakses untuk keperluan perawatan.

Page 23: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

8

Ada beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan

dikembangkan:

1. Kincir Angin Savonius

Gambar 2.3 Kincir Angin Savonius

(Sumber: cleangreenenergyzone.com)

2. Kincir Angin Darrieus

Gambar 2.4 Kincir Angin Darrieus

(Sumber: en.wikipedia.org)

Page 24: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

9

Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal:

1. Kelebihan

a. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

b. Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan

mekanisme yaw.

c. Kincir ini bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat

pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih

mudah..

d. Kincir ini tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

2. Kekurangan

a. Kebanyakan kincir ini memproduksi energi hanya 50% dari

efisiensi kincir angin poros horisontal karena drag tambahan

yang dimilikinya saat kincir berputar.

b. Kebanyakan kincir ini mempunyai torsi awal yang rendah, dan

membutuhkan energi untuk mulai berputar.

c. Sebuah kincir angin poros vertikal yang menggunakan kabel

untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar

karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel

yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong

ke bawah saat angin bertiup.

Page 25: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

10

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan

Rumus-rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan dan

analisa dalam penelitian unjuk kerja kincir angin ini adalah sebagai

berikut:

2.3.1 Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energy kinetik, sehingga secara

umum disampaikan pada persamaan 01:

Ek =

mv2, (1)

dengan Ek adalah energi kinetik (J), m adalah massa udara (kg), dan v adalah

kecepatan angin (m/s).

Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari persamaan diatas dapat

dituliskan:

Pin =

v2 , (2)

dengan adalah daya yang dihasilkan angin, J/s (watt), adalah massa udara

yang mengalir per satuan waktu, kg/s, v adalah kecepatan angin, m/s.

Page 26: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

11

massa udara yan mengalir per satuan waktu adalah:

m’ = ρAv, (3)

dengan ρ adalah massa jenis udara (kg/ ), A adalah luas penampang yang

membentuk sebuah lingkaran (m2).

Dengan menggunakan persamaan (03), maka daya angin (Pin) dapat

dirumuskan menjadi:

Pin=

(ρAv)v

2,

disederhanakan menjadi :

Pin =

ρAv3, (4)

2.3.2 Torsi Kincir Angin

Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yan dihasilkan oleh gaya

dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap

sumbu poros yang berputar . persamaannya:

T = rF, (5)

Dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), F adalah

gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan r adalah jarak lengan torsi ke poros

(m).

Page 27: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

12

2.3.3 Daya Kincir Angin

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

angin yang melintasi sudu-sudu kincir.

Daya efektif yang dapat diambil kincir angin adalah sebesar 59,3%. Angka

59,3% adalah batas Betz ( Betz Limit, diambil dari ilmuan jerman Albert Betz).

Gambar 2.1 merupakan karakteristik dari beberapa kincir.

Gambar 2.5 Diagram Cp vs tsr

(Sumber: Johnson, 2006, hal. 18)

Umumnya perhitungan daya gerak melingkar dapat dituliskan dengan

persamaan:

P = Tω, (6)

dengan T adalah torsi dinamis (Nm), ω adalah kecepatan sudut (rad/s).

Page 28: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

13

Kecepatan sudut (ω) didapat dari

n rpm=

=

ω =

,

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan

persamaan :

Pout = Tω

Pout = T

, (7)

dengan pout adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), n adalah putaran

poros (rpm).

2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)

Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin.

Rumus kecepatan diujung sudu ( ) adalah:

( ) = r,

dengan adalah kecepatan ujung sudu, adalah kecepatan sudut (rad/s), dan

adalah jari-jari kincir (m).

Page 29: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

14

Sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:

tsr =

, (8)

dengan r adalah jari-jari kincir angin (m), n adalah putaran poros (rpm), v adalah

kecepatan angin (m/s).

2.3.5 Koefisien Daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yan dihasilkan oleh

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

dirumuskan:

Cp =

, (9)

dengan adalah koefisien daya (%), adalah daya yang dihasilkan oleh

kincir (watt), adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt).

Page 30: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

15

BAB III

METODE PENELITIAN

Pembuatan kincir dan penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi

Universitas Sanata Dharma dengan dua tahap, yaitu pembuatan kincir pada tanggal 2

April 2013 – 31 Mei 2013 dan penelitian pada tanggal 3 September 2013 – 27

September 2013.

3.1 Peralatan dan Bahan

Model kincir angin poros horizontal dua sudu dapat dilihat pada gambar 3.1

memiliki dua bagian utama yaitu:

Gambar 3.1 Kincir Angin Poros Horisontal Dua Sudu

Page 31: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

16

1. Sudu

Sudu berfungsi untuk menangkap angin, sudu kincir angin terbuat dari

bahan PVC 8”, seperti ditujukkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Sudu

Page 32: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

17

Untuk mencari sudut pada sudu kincir angin mengunakan persamaan:

𝜶 = 𝑺𝒊𝒏−𝟏(𝒂−𝒃

𝒄)

= 𝑺𝒊𝒏−𝟏(𝟑𝟎−𝟐𝟑

𝟏𝟐,𝟓)

= 340

2. Dudukan sudu

Dudukan sudu adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat sudu dan

sebagai pengikat sudu, sekaligus komponen untuk memvariasikan kemiringan

sudu dan jumlah sudu, seperti ditunjukkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu

Page 33: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

18

Peralatan yang medukung dalam penelitian antara lain :

1. Terowongan Angin

Terowongan angin adalah lorong yang berfungsi untuk menangkap angin

yang dihisp oleh fan blower, dan menjadi tempat untuk pengujian kincir

angin. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Terowongan Angin

2. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap angin yang akan disalurkan ke

terowongan angin, seperti ditunjukkan pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Fan Blower

Page 34: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

19

3. Anemometer

Anemometer berfungsi sebagai pengukur kecepatan angin yang diletakkan

didepan terowongan angin, untuk mengetahui kecepatan angin yang masuk ke

terowongan angin. Anemometer ditunjukkan pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Anemometer

4. Takometer

Takometer digukan untuk mengukur kecepatan putar poros kincir.

Takometer ditunjukan pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Takometer

Page 35: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

20

5. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur pembebanan yang diberikan

pada saat pengeremanan yang diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis.

Neraca pegas ditunjukkan pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Neraca Pegas

6. Mekanisme Pengereman

Mekanisme pengereman berfungsi sebagai pengerem atau penghambat

putaran kincir dalam melakukan pengambilan data torsi dan daya kincir.

Mekanisme pengereman ditunjukkan pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Mekanisme Pengereman

Page 36: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

21

3.2 Variabel Penelitian

Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum melakukan

penelitian adalah sebagi berikut :

1. Variasi kecepatan angin dalam penelitian ini adalah: 6 m/s hingga 9 m/s

2. Variasi sudut kemiringan sudu kincir adalah: 28.70, 34

0, dan 39.8,

kemiringan sudu kincir dapat dilihat pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 Kemiringan sudu

3.3 Variabel yang Diukur

Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan angin (v)

2. Gaya pengimbang (F)

3. Putaran poros kincir (n)

Page 37: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

22

3.4 Parameter yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik dalam penelitian ini

adalah:

1. Daya angin (𝑃𝑖𝑛 )

2. Daya kincir (𝑃𝑜𝑢𝑡 )

3. Koefisien daya (Cp)

4. Tip Speed Ratio (tsr)

3.5 Langkah Percobaan

Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar poros kincir

dilakukan secara bersama-sama. Pertama – tama adalah memasang kincir angin pada

terowongan angin, Adapun langkah-langkah pengambilan data sebagai berikut:

1. Neraca pegas dan pengatinya diletakan pada tempat yang sudah ditentukan

2. Pada neraca pegas dipasangkan tali pengait yang akan dihubungkan

dengan sistem pembebanan.

3. Memasang anemometer di dalam terowongan angin

4. Mempersiapkan tachometer dan menempatkan pada tempat yang sudah

disediakan

5. Mengecek semua peralatan yang akan dipergunakan selama penelitian

berlangsung kemudian menghidupakn Blower.

Page 38: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

23

6. Pengaturan kecepatan angin dilakuan dengan cara menggeser Blower

dengan menggunakan troli yang sudah disediakan selanjutnya setiap

pergeseran jarak diberi tanda dengan maksud memudahkan untuk

pergeseran berikutnya.

7. Mengatur posisi Blower sampai mendapatkan kecepatan angin yang sesuai

dengan keinginan peneliti.

8. Setelah mendapat kecepatan angin yang sesuai maka pengukuran

kecepatan angin, pembebanan dan pengukuran kecepatan poros dilakukan

9. Ulangi proses 1-7 sampai selesai.

3.6 Langkah Pengolahan Data

Data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui beberapa tahapan

berikut:

1. Dari data kecepatan angin dan luasan kincir angin didapatkan daya angin

dengan menggunakan persamaan (2)

2. Data dari beban pegas dapat digunakan untuk mencari torsi dengan

menggunakan persamaan (5)

3. Data putaran poros dan torsi dapat digunakan untuk mencari daya yang

dihasilkan kincir angin dengan menggunakan persamaan (7)

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling di ujung sudu dan kecepatan

angin, maka tsr dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (8)

Page 39: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

24

5. Dari data daya kincir dan daya angin maka koefisien daya dapat diketaui

dengan mengunakan persamaan (9)

Page 40: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

25

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

Hasil pengujian kincir angin, yang meliputi : kecepatan angin (m/s),

putaran poros (rpm), gaya pengimbang (N), dan α (°) disajikan pada Tabel 4.1.

Pengambilan data dengan kemiringan Sudu 28.70 dan variasi kecepatan angin

dibuat.

Hasil dari pengambilan data dengan kemiringan Sudu 28,70 dilihat pada tabel 4.1

No Kecepatan

Angin (m/s) Putaran Poros

(rpm) Gaya

Pengimbang (N) α (°)

1

8

1014 0

28.7

2 983.1 0.5

3 939.3 0.8

4 837.7 1.6

5 703.5 4.5

6

7

810.5 0

28.7

7 755.2 0.8

8 663 1.9

9 630 2.4

10 564 2.9

11 538 3.4

12 452 4

13

6

625.5 0

28.7 14 555.8 1

15 469.3 2.4

16 435.7 2.7 Tabel 4.1 Data percobaan dengan Kemiringan Sudu 28.7

0

Page 41: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

26

Hasil dari pengambilan data dengan kemiringan Sudu 340 dilihat pada tabel 4.2

No Kecepatan

Angin (m/s) Putaran

Poros (rpm) Gaya

Pengimbang (N) α (°)

1

8.5

1100 0

34

2 1063 0.6

3 1037 1.1

4 999 1.7

5 969 2.2

6 921 3

7 727 4

8 650 4.8

9

7.8

1036 0

34

10 963 1.2

11 829 3

12 788 3.4

13 704 4.1

14

6.5

870 0

34

15 856 0.5

16 754 1.5

17 698 2.3

18 645 2.5

19 614 2.8 Tabel 4.2 Data Percobaan dengan Kemiringan Sudu 34

0

Page 42: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

27

Hasil dari pengambilan data dengan kemiringan Sudu 39.80 dilihat pada tabel 4.3

No Kecepatan Angin (m/s)

Putaran Poros (rpm)

Gaya Pengimbang (N)

α (°)

1

8.5

1122 0

39.8

2 1074 0.6

3 1004 1.9

4 974 2.5

5 908 3.5

6 839 4

7 711 5.5

8

7.5

890 0

39.8

9 851 0.5

10 818 1.1

11 784 1.4

12 764 1.9

13 724 2.1

14 668 3

15 630 3.5

16

7

790 0

39.8

17 734 0.9

18 712 1.1

19 684 1.5

20 615 2.3

21 555 3

22 493 3.5 Tabel 4.3 Data Percobaan dengan Kemiringan Sudu 39.8

0

Page 43: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

28

4.2 Perhitungan

Langkah-langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang

diambill dari tabel:

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan A= 0,2 𝑚2 dan

kecepatan angin 8 m/s, dapat dicari dengan menggunakan persamaan 04.

Pin = 1

2𝑝Av

3

= 0,6𝜋r2(8,5 m/s)

3

= 291.794 watt

4.2.2 Daya Kincir

Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 05, untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut

dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan persamaan 07 dan 06:

Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:

ω = nπ

30 detik rad/s

= 630π

30 detik 𝑟𝑎𝑑/𝑠

= 65,940 rad/s

T = Fr

= 1,1.0,2

= 0.22 Nm

Page 44: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

29

Pout = Tω

= 0,12 Nm. 111,261rad/s

= 13,351 watt

4.2.3 Tip Speed Ratio

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan

kecepatan angin atau Tip Speed Ratio dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 08:

tsr = πrn

30 𝑣

= π0,55 m.1036 rpm

30.8 𝑚/𝑠 rad/s

= 7,952

4.2.4 Koefisien Daya Kincir

Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan persamaan 09:

Cp = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 100%

= 60,422

240,431 100%

= 25.131 %

Page 45: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

30

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dengan menggunakan

Microsoft Excell untuk menampilkan hubungan besarnya Torsi yang dihasilkan

oleh kincir angin untuk setiap posisi kemiringan sudu (Grafik 4.1; 4.4; 4.7),

besarnya daya output untuk setiap posisi kemiringan sudu (Grafik 4.2; 4.5; 4.8),

Koefisien daya dan Tip sped ratio (Grafik 4.3; 4.6; 4.9 pada saat pengambilan

data.

Tabel 4.4 Data perhitungan untuk kemiringan sudu 28.70

No V

(m/s)

n

(rpm)

F

(N) α ω (rad/s) T (Nm) Pin(watt)

Pout

(watt) tsr Cp(℅)

1

8

1014 0

28,7

106,132 0,000 291,794 0,000 7,297 0,000

2 983 0,5 102,887 0,100 291,794 10,289 7,074 3,526

3 939 0,8 98,282 0,160 291,794 15,725 6,757 5,389

4 837,3 1,6 87,637 0,320 291,794 28,044 6,025 9,611

5 703,5 4,5 73,633 0,900 291,794 66,270 5,062 22,711

6

7

810,5 0

28,7

84,832 0,000 240,431 0,000 6,665 0,000

7 755,2 0,8 79,044 0,160 195,479 12,647 6,211 6,470

8 663 1,9 69,394 0,380 195,479 26,370 5,452 13,490

9 630 2,4 65,940 0,480 195,479 31,651 5,181 16,192

10 564 2,9 59,032 0,580 195,479 34,239 4,638 17,515

11 538 3,4 56,311 0,680 195,479 38,291 4,424 19,588

12 425,7 4,5 44,557 0,900 195,479 40,101 2,878 20,514

13

6

625,5 0

28,7

65,469 0,000 123,101 0,000 6,001 0,000

14 555,5 1 58,142 0,200 123,101 11,628 5,330 9,446

15 469,3 2,4 49,120 0,480 123,101 23,578 4,503 19,153

16 435,7 2,7 45,603 0,540 123,101 24,626 3,502 20,005

Page 46: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

31

Tabel 4.5 Data perhitungan untuk kemiringan sudu 340

No V

(m/s)

n

(rpm)

F

(N) α ω (rad/s) T (Nm) Pin(watt)

Pout

(watt) tsr Cp(℅)

1

8,5

1100 0

34

115,133 0,000 349,996 0,000 7,450 0,000

2 1063 0,6 111,261 0,120 349,996 13,351 7,199 3,815

3 1037 1,1 108,539 0,220 349,996 23,879 7,023 6,823

4 999 1,7 104,562 0,340 349,996 35,551 6,766 10,158

5 969 2,2 101,422 0,440 349,996 44,626 6,563 12,750

6 921 3 96,398 0,600 349,996 57,839 6,238 16,526

7 727 4 76,093 0,800 349,996 60,874 4,924 17,393

8 650 4,8 68,033 0,960 349,996 65,312 4,402 18,661

9

7.5

1036 0

34

108,435 0,000 240,431 0,000 7,952 0,000

10 963 1,2 100,794 0,240 240,431 24,191 7,392 10,061

11 829 3 86,769 0,600 240,431 52,061 6,363 21,653

13 788 3,4 82,477 0,680 240,431 56,085 6,048 23,327

14 704 4,1 73,685 0,820 240,431 60,422 5,404 25,131

15

6,5

870 0

34

91,060 0,000 156,512 0,000 7,705 0,000

16 856 0,5 89,595 0,100 156,512 8,959 7,581 5,724

17 754 1,5 78,919 0,300 156,512 23,676 6,678 15,127

18 698 2,3 73,057 0,460 156,512 33,606 6,182 21,472

19 645 2,5 67,510 0,500 156,512 33,755 5,712 21,567

20 614 2,8 64,265 0,560 156,512 35,989 5,438 22,994

Page 47: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

32

Tabel 4.6 Data perhitungan untuk kemiringan sudu 39.80

No

V

(m/s)

n

(rpm)

F

(N) α ω (rad/s) T (Nm) Pin(watt)

Pout

(watt) tsr Cp(℅)

1

8,5

1122 0

39,8

117,436 0,000 349,996 0,000 7,599 0,000

2 1074 0,6 112,412 0,120 349,996 13,489 7,274 3,854

3 1004 1,9 105,085 0,380 349,996 39,932 6,800 11,409

4 974 2,5 101,945 0,500 349,996 50,973 6,596 14,564

5 908 3,5 95,037 0,700 349,996 66,526 6,149 19,008

6 839 4 87,815 0,800 349,996 70,252 5,082 20,072

7 711 5,5 74,418 1,100 349,996 81,860 4,815 23,389

8

7,5

890 0

39,8

93,153 0,000 240,431 0,000 6,831 0,000

9 851 0,5 89,071 0,100 240,431 8,907 6,532 3,705

10 818 1,1 85,617 0,220 240,431 18,836 6,279 7,834

11 784 1,4 82,059 0,280 240,431 22,976 6,018 9,556

12 764 1,9 79,965 0,380 240,431 30,387 5,864 12,638

13 724 2,1 75,779 0,420 240,431 31,827 5,557 13,238

14 668 2,8 69,917 0,560 240,431 39,154 5,127 16,285

15 630 3,5 65,940 0,700 240,431 46,158 4,836 19,198

16

7

790 0

39,8

82,687 0,000 195,479 0,000 6,497 0,000

17 734 0,9 76,825 0,180 195,479 13,829 6,036 7,074

18 712 1,1 74,523 0,220 195,479 16,395 5,855 8,387

19 684 1,5 71,592 0,300 195,479 21,478 5,625 10,987

20 615 2,3 64,370 0,460 195,479 29,610 5,058 15,147

21 555 3 58,090 0,600 195,479 34,854 4,564 17,830

22 493 3,5 51,601 0,700 195,479 36,120 4,054 18,478

Page 48: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

33

4.3 Grafik Hasil perhitungan dan Pembahasan

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

grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (N.m) dengan kecepatan putar

kincir (rpm), daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan kecepatan putar kincir

(rpm) dan koefisien daya kincir (CP) dengan Tip Speed Ratio (TSR). Grafik yang

disajikan untuk setiap variasi percobaan dapat dilihat pada grafik berikut ini

Gambar 4.1 Hubungan Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 28.70

Gambar 4.2 Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu

28.70

0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Pu

tara

n p

oro

s, n

(rp

m)

Torsi, T (Nm)

V= 7 m/s V= 8 m/s V= 6 m/s

0

10

20

30

40

50

60

70

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000

Day

a ki

nci

r, P

ou

t (w

att)

Putaran Poros, n (rpm)

V= 8 m/s V= 7 m/s V= 6 m/s

Page 49: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

34

Gambar 4.3 Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan

sudu 28.70

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, bahwa semakin besar kecepatan

putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan

angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang

sama. Untuk kecepatan angin 8 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,9 N.m dan

kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1014 rpm.

Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir

maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal)

kemudian daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula

daya yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,m/s, daya maksimal dicapai pada

Torsi 0,9 N.m sebesar 66,27 watt.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. dapat dilihat bahwa semakin

besar TSR maka semakin beasr CP yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian CP mengecil. Untuk kecepatan angin 8 m/s, hubungan

antara CP dengan TSR menunjukan nilai maksimal CP 22,7% pada TSR 5,06.

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8

Po

we

r co

eff

icie

nt,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

Page 50: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

35

Gambar 4.4 Hubungan Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 340

Gambar 4.5 Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu

340

Gambar 4.6 Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan

sudu 340

0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Pu

tara

n p

oro

s, n

(rp

m)

Torsi, T (Nm)

V= 7,5 m/s V= 8,5 m/s V= 6,5 m/s

0

20

40

60

80

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000

Day

a ki

nci

r, P

ou

t (w

att)

Putaran Poros, n (rpm)

V= 8,5 m/s V= 7,5 m/s V= 6,5 m/s

0

5

10

15

20

25

30

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Po

we

r co

eff

icie

nt,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

Page 51: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

36

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4, bahwa semakin besar kecepatan

putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan

angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang

sama. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,96 N.m

dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1100 rpm.

Gambar 4.5. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir

maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal)

kemudian daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula

daya yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, daya maksimal dicapai

pada Torsi 0,96 N.m sebesar 65,3 watt.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. dapat dilihat bahwa semakin

besar TSR maka semakin besar CP yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian CP mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan

antara CP dengan TSR menunjukan nilai maksimal CP 18,6% pada TSR 4,6.

Page 52: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

37

Gambar 4.7 Hubungan Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 39.80

Gambar 4.8 Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu

39.80

Gambar 4.9 Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan

sudu 39.80

0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Pu

tara

n P

oro

s, n

(rp

m)

Torsi, T (Nm)

V= 8,5 m/s V= 7,5 m/s V= 7 m/s

0

20

40

60

80

100

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200

Day

a K

inci

r, P

ou

t (w

att)

Torsi, T (Nm)

V= 8,5 m/s V= 7,5 m/s V= 7 m/s

-10

0

10

20

30

0 2 4 6 8Po

we

r co

eff

icie

nt,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

Page 53: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

38

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7, bahwa semakin besar kecepatan

putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan

angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang

sama. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 1,1 N.m

dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1122 rpm.

Gambar 4.8. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir

maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal)

kemudian daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula

daya yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, daya maksimal dicapai

pada Torsi 1,1 N.m sebesar 81,8 watt.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9. dapat dilihat bahwa semakin

besar TSR maka semakin beasr CP yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu

(maksimal) kemudian CP mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan

antara CP dengan TSR menunjukan nilai maksimal CP 23,3% pada TSR 4,8.

Page 54: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

39

4.4 Grafik dari hasil perhitungan 3 variasi kemiringan sudu.

Gambar 4.10 Hubungan Koefisien daya dan Tip speed ratio untuk 3 variasi

kemiringan sudu 28.70, 34

0, dan 39.8

0

Gambar 4.10 memperlihatkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh

dengan kemiringan sudu 340, yaitu 25% pada tip speed ratio 5,4 pada kecepatan

angin 8,5 m/s. Kemiringan sudu 340 adalah sudut yang terbaik jika dibandingkan

dengan kemiringan sudu 340, dan 39.8

0.

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10

Po

we

r co

eff

icie

nt,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

Cp vs tsr 34 derajat Cp vs tsr 28.7 derajat Cp vs tsr 39,8 derajat

Page 55: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

40

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pengujian model kincir angin poros horisontal dengan jumlah sudu 2

termodifikasi dengan variasi kemiringan sudu 28.7°, 34°, dan 39,8° dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horisontal berbahan PVC 8”

dengan jumlah 2 sudu termodifikasi dengan diameter sudu turbin yaitu

110 cm. Pemilihan tersebut didasarkan pada diameter blower, yaitu 120

cm.

2. Kincir angin dengan kemiringan sudu 28,7° koefisien daya maksimal yaitu

22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s. Kincir angin

dengan kemiringan sudu 34° koefisien daya maksimal yaitu 25% pada tip

speed ratio 5,4 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Kincir angin dengan

kemiringan sudu 39,8° koefisien daya maksimal yaitu 23% pada tip speed

ratio 4,8 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Sudut yang terbaik dan koefisien

daya maksimal diperoleh dengan kemiringan 34°.

Page 56: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

41

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk

penelitian selanjutnya :

1. Perbanyak variasi untuk pembuatan sudu dan pengambilan data.

2. Untuk pembuatan sudu gunakan bahan yang bervariasi agar mendapatkan

efisiensi yang lebih tinggi.

3. Memperhatikan sudu keduanya agar sama beratnya, dan pemasangan sudu

harus presisi (kemiringan sudu 1 dengan sudu 2 sama).

Page 57: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

42

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, M. S.2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada

Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik, Tugas Akhir, Politeknik

Elektronika Negeri Surabaya, Institute Teknologi Sepuluh November

Surabaya, Surabaya.

Betz, A.1966. Introduction to the Theory of Flow Machines. (D. G. Randall,

Trans.) Oxford: Pergamon Press.

Burton, T., Sharpe, D. 2001. Wind Energi Handbook. England.

Daryanto, T. 2012, Energi Terbarukan, http://www.Kompas.com Diakses :

Tanggal 22 April 2012.

Daryanto,Y. 2007, Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga Bayu.

Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan

Energi Nasional.

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12

Agustus 2011.

Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute

Technology Bandung.

Sastrowijoyo, F. 2008. Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Wind

Turbine di Indonesia. Alamat web: http://konversi.wordpress.com.

Diakses : Tanggal 22 Februari 2012.

Sutrisna, F. K. 2011. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Alamat web

: http://indone5ia.wordpress.com. Diakses : Tanggal 10 April 2012.

Okbrianto, C.2009.Yogyakarta.Unjuk Kerja Kincir Angin Savonius Dua

Tingkat,Tugas Akhir,Teknik Mesin,Universitas Sanata

Dharma,Yogyakarta..

Page 58: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL BERBAHAN …repository.usd.ac.id/30426/2/105214065_full[1].pdf · maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s

43

LAMPIRAN

Sekema Alat

Sudu dan Dudukan Sudu