unjuk kerja kincir angin poros horisontal dua sudu...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DUA SUDU

BERBAHAN DASAR KOMPOSIT, DIAMETER 100 CM, SUDUT

KEMIRINGAN 20˚ DENGAN VARIASI LEBAR MAKSIMUM

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Sulistyo

NIM 145214066

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE OF HORIZONTAL SHAFTS WINDMILL OF TWO

COMPOSITE-BASED BLADE, 100 CM DIAMETER, 20˚ ANGLE OF

PICTH WITH A MAXIMUM WIDTH VARIATION

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

SULISTYO

Student Number : 145214066

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


vii

INTISARI

Meningkatnya kebutuhan akan energi listrik di era modern ini yang

disebabkan oleh tingginya pertumbuhan penduduk. Konsumsi energi yang terus

meningkat akan menjadi masalah bila dalam penyediaannya tidak sejalan dengan

kebutuhan. Menipisnya cadangan sumber minyak bumi serta batubara menjadi

salah satu masalah berkurangnya pasokan energi di Indonesia. Ketersediaan

sumber daya alam melimpah di Indonesia yang dapat dimanfaatkan yaitu berupa

sumber energi alternatif, sehingga berkembanglah energi alternatif dengan

pengolahan yang ramah lingkungan seperti energi air, energi surya, panas bumi

dan energi angin. Angin, sebagai salah satu sumber yang tersedia di alam dapat

dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi listrik. Penelitian ini bertujuan

mengetahui koefisien daya maksimal dan tip speed ratio pada kincir angin yang

diteliti.

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin poros horisontal dua sudu

berbahan komposit dengan diameter 100 cm, dengan variasi lebar maksimum dan

variasi kecepatan angin. Komposit yang digunakan dalam pembuatan sudu

menggunakan resin epoxy dan serat gelas atau fiberglass, dan menggunakan

harderner sebagai pengeras. Terdapat tiga variasi lebar maksimum dan dua variasi

kecepatan angin dalam penelitian, variasi lebar maksimum 8 cm dengan kecepatan

angin 8,2 m/s dan 6,3 m/s, variasi lebar maksimum 9 cm dengan kecepatan angin

8,2 m/s dan 6,3 m/s dan variasi lebar maksimum 10 cm dengan kecepatan angin

8,2 m/s dan 6,3 m/s. Untuk mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya

maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke

mekanisme pembebanan lampu yang berfungsi untuk pemberian beban pada

kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada timbangan digital. Putaran kincir

angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan

anemometer.

Dari hasil penelitian kincir angin dua sudu tipe horizontal diatas, kincir

angin dengan lebar 8 cm kecepatan angin 6,3 m/s menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 16,87 %, pada tip speed ratio 4,04. Sedangkan kincir angin

dengan lebar 9 cm kecepatan angin 6,3 m/s menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 19,31 %, pada tip speed ratio 4,06 dan untuk kincir angin

dengan lebar 10 cm kecepatan angin 6,3 m/s menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 18,68 %, pada tip speed ratio 3,93.

Kata kunci : Kincir ngin, koefisien daya, tip speed ratio, torsi, daya.


viii

ABSTRACT

The increasing demand for electrical energy in this modern era is caused

by the high population growth. Increased energy consumption will be a problem if

the supply is not in line with the needs. The depletion of reserves of petroleum

and coal resources has become one of the problems of reduced energy supply in

Indonesia. The availability of abundant natural resources in Indonesia that can be

utilized in the form of alternative energy sources, so that developing alternative

energy with environmentally friendly processing such as water energy, solar

energy, geothermal and wind energy. Wind, as one source available in nature can

be utilized as one source of electrical energy. This study aims to determine the

maximum power coefficient and tip speed ratio on the windmill studied.

The windmill studied is a two-cornered horizontal axle composite with

100 cm diameter, maximum width variation and wind speed variation. The

composites used in the manufacture of blades use epoxy resins and glass fibers or

fiberglass, and use harderner as hardener. There are three variations of maximum

width and two variations of wind speed in the study, variation of maximum width

of 8 cm with wind speed 8,2 m/s and 6,3 m/s, variation of maximum width 9 cm

with wind speed 8,2 m/s and 6,3 m/s and variation maximum width of 10 cm with

wind speed 8,2 m/s and 6,3 m/s. To obtain the power of the mill, torque,

maximum power coefficient, and tip speed ratio on the mill, the shaft of the mill is

connected to the light loading mechanism which functions for loading the load on

the windmill. The magnitude of the windmill load can be seen on the digital

scales. The windmill rotation was measured using a tachometer and wind speed

measured using an anemometer.

From the windmill study, windmill with a width of 8 cm wind speed of 6,3

m/s resulted in a maximum power coefficient of 16,87%, at an optimized speed

ratio tip of 4,04. Windmill model with a width of 9 cm wind speed of 6,3 m/s

yields a maximum power coefficient of 19,31 %, at an optimized speed ratio tip of

4,06. Windmill model with a width of 10 cm wind speed of 6,3 m/s yields a

maximum power coefficient of 18,68%, at an optimum speed ratio tip of 3,93.


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-

Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan sebagai

salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik

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

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas

akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan

berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena

itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spirituil antara

lain kepada :

1. Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan

selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program

Studi Teknik Mesin.

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

yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar

di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.


xi

DAFTAR ISI

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

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

DAFTAR PANITIA PENGUJI ................................................................................... iv

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

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

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

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

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

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

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

DAFTAR SIMBOL .................................................................................................. xviii

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

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

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

1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................................2

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

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................................3

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

2.1 Angin ....................................................................................................................4

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

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

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

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr ........................................................10


xii

2.4 Rumus Perhitungan ............................................................................................11

2.4.1 Rumus Energi Kinetik ...................................................................................11

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya .........................................................................12

2.4.3 Torsi ..............................................................................................................13

2.4.4 Rumus Daya Kincir .......................................................................................13

2.4.5 Tip Speed Ratio .............................................................................................14

2.4.6 Koefisiensi Daya ...........................................................................................15

2.5 Komposit ............................................................................................................15

2.5.1 Fiberglass ......................................................................................................17

2.5.2 Matriks ..........................................................................................................19

2.6 Tinjauan Pustaka ................................................................................................25

BAB III METODE PENELITIAN...............................................................................25

3.1 Diagram Penelitian .............................................................................................25

3.2 Alat dan Bahan ...................................................................................................26

3.3 Desain Kincir ......................................................................................................32

3.4 Pembuatan Sudu / Blade .....................................................................................33

3.4.1 Alat dan Bahan ..............................................................................................33

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu ................................................................................34

3.5 Langkah Penelitian .............................................................................................36

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ...................................................38

4.1 Data Hasil Pengujian ..........................................................................................38

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ......................................................................44

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ...............................................................................44

4.2.2 Perhitungan Torsi ..........................................................................................44

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ...............................................................................45


xiii

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) .................................................................45

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) .................................................................46

4.3 Data Hasil Perhitungan .......................................................................................46

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ....................................................................................53

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Rpm dan Torsi Pada Tiga Variasi Lebar

Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8.2 m/s dan 6.3 m/s. ......................53

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Pada Tiga Variasi Lebar


4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Listrik dan Torsi Pada Tiga Variasi Lebar


4.4.4 Grafik Hubungan Antara koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) Pada

Tiga Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8.2 m/s dan 6.3

m/s. .............................................................................................................58

4.5 Pembahasan Data ...............................................................................................59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................60

5.1 Kesimpulam ........................................................................................................60

5.2 Saran ...................................................................................................................61

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................62

LAMPIRAN .................................................................................................................63

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 American multi blade ................................................................................. 6


xiv

Gambar 2.2 kincir angin propeller ................................................................................. 6

Gambar 2.3 kincir angin dutch four arm ....................................................................... 7

Gambar 2.4 Kincir angin savonius ................................................................................. 9

Gambar 2.5 Kincir angin savonius ................................................................................. 9

Gambar 2.6 Grafik hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) terhadap Tips Speed

Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir. ................................................ 11

Gambar 2.7 Sketsa Fiber dan Matrix. .......................................................................... 16

Gambar 2.8 Serat Kaca .................................................................................................. 17

Gambar 2.9 Skema jenis Fiberglass ............................................................................. 19

Gambar 2.10 Kekuatan Stress – Strain ........................................................................ 23

Gambar 2.11 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal. ............................. 24

Gambar 2.12 Kurva Tegangan Dan Regangan Terhadap Kegagalan Serat............ 24

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian............................................................................. 25

Gambar 3.2 Sudu Berbahan Komposit ........................................................................ 27

Gambar 3.3 Dudukan Sudu ........................................................................................... 27

Gambar 3.4 Fan Blower ................................................................................................ 28

Gambar 3.5 Anemometer .............................................................................................. 28

Gambar 3.6 Tachomete.................................................................................................. 29

Gambar 3.7 Timbangan Digital .................................................................................... 30

Gambar 3.8 Voltmeter ................................................................................................... 30


xv

Gambar 3.9 Amperemeter ............................................................................................. 31

Gambar 3.11 Skema Penelitian .................................................................................... 32

Gambar 3.12 Desain Kincir .............................................. Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.13 Cetakan Kayu. ......................................................................................... 34

Gambar 3.14 Pelapisan Alumunium Foil Pada Cetakan Kayu ................................ 35

Gambar 3.15 Cetakan Dari Kertas ............................................................................... 35

Gambar 3.16 Finishing Sudu ........................................................................................ 36

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Rpm dan Torsi Pada Tiga Variasi Lebar

Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8.2 m/s.................................... 53


Maksimum Dengan Kecepatan Angin 6.3 m/s.................................... 54

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Pada Tiga Variasi

Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8.2 m/s. ....................... 55

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Pada Tiga Variasi


Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Daya Listrik dan Torsi Pada Tiga Variasi



Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 6.3 m/s.Error! Bookmark

not defined.

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio

(tsr) Pada Tiga Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin

8.2 m/s. ......................................................... Error! Bookmark not defined.


xvi


(tsr) Pada Tiga Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin

6.3 m/s. ..................................................................................................... 59

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel kecepatan angin ..............................................................................5

Tabel 2.2 kelebihan dan kekurangan material fiber ...............................................18


xvii

Tabel 2.3 Kekuatan serat ........................................................................................18

Tabel 2.4 Spesifikasi kekuatan matriks ..................................................................22

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ...........................................................33

Tabel 4.1 Data Dua Sudu Dengan Variasi Lebar Maksimum 8 cm Kecepatan

Angin 8,2 m/s. .....................................................................................38

Tabel 4.2 Data Dua Sudu Dengan Variasi lebar Maksimum 8 cm Kecepatan

Angin 6,3 m/s. .....................................................................................39


Angin 8,2 m/s. .....................................................................................40


Angin 6,3 m/s ......................................................................................41


Angin 8,2 m/s. .....................................................................................42

Tabel 4.6 Data Dua Sudu dengan Variasi Lebar Maksimum 10 cm Kecepatan

Angin 6,3 m/s. .....................................................................................43

Tabel 4.7 Data Perhitungan Kincir Angin Dua Sudu Lebar 8 cm Kecepatan Angin

8,2 m/s. ................................................................................................47


6,3 m/s. ................................................................................................48

Tabel 4,9 Data Perhitungan Kincir Angin Dua Sudu Lebar 9 cm Kecepatan Angin

8.2 m/s .................................................................................................49


xviii

Tabel 4.10 Data Perhitungan Kecepatan Angin Dua Sudu Lebar 9 cm Kecepatan

Angin 6,3 m/s. .....................................................................................50

Tabel 4.11 Data Perhitungan Kincir Angin Dua Sudu Lebar 10 cm Kecepatan

Angin 8,2 m/s. .....................................................................................51


Angin 6,3 m/s ......................................................................................52

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

r Jari – jari kincir (m)

v Kecepatan angin (m/s)

N Kecepatan putaran poros (rpm)


xix

F Gaya pembenanan (N)

T Torsi (N.m)

A Luas penampang ( )

Massa jenis (kg/ )

Kecepatan sudut (rad/s)

Daya angin (Watt)

Daya kincir (Watt)

TSR Tip Speed Ratio

Koefisien daya (%)

Koefisien daya maksimal (%)

M Massa (kg)

Laju aliran massa udara (kg/s)

V Volume ( )

V Tegangan (volt)

Energi kinetik (joule)

I Arus (ampere)

t Waktu (s)

Kecepatan ujung sudu (m/s)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Meningkatnya kebutuhan akan energi listrik di era modern ini yang

disebabkan oleh tingginya pertumbuhan penduduk. Konsumsi energi yang terus

meningkat akan menjadi masalah bila dalam penyediaannya tidak sejalan dengan

kebutuhan. Menipisnya cadangan sumber minyak bumi serta batubara menjadi

salah satu masalah berkurangnya pasokan energi di Indonesia. Ketersediaan

sumber daya alam melimpah di Indonesia yang dapat dimanfaatkan yaitu berupa

sumber energi alternatif, sehingga berkembanglah energi alternatif dengan

pengolahan yang ramah lingkungan seperti energi air, energi surya, panas bumi

dan energi angin.

Salah satu sumber energi yang sudah kita kenal serta mudah dalam

pengolahannya dan tidak membutuhkan biaya yang cukup besar yaitu energi

angin. Namun pemanfaatan energi angin belum berjalan secara optimal,

kecenderungan ini tentu akan terus bertahan seiring dengan makin berkurangnya

cadangan minyak bumi serta batubara yang merupakan penyuplai energi utama

saat ini di Indonesia.

Angin merupakan sumber energi yang tidak ada habisnya sehingga

pemanfaatan sistem perubahan energi angin akan berdampak positif terhadap

lingkungan serta kebutuhan listrik nasional yang semakin besar dapat terpenuhi.

Untuk mengkonversi energi angin menjadi energi listrik dibutuhkan alat berupa


2

kincir angin. Putaran kincir akan menggerakkan generatoer yang nantinya akan

menghasikan energi listrik.

Hal inilah yang mendorong penulis untuk mengembangkan desain kincir untuk

mencari unjuk kerja kincir angin yang sesuai dengan kondisi angin di Indonesia

serta mengkonversi energi angin manjadi sumber energi listrik terbarukan.

1.2 Perumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

1. Pemanfaatan potensi energi angin yang belum berjalan secara optimal di

Indonesia.

2. Diperlukan kincir angin untuk mengkonversi energi angin menjadi energi

listrik. Dimana putaran kincir angin akan menggerakkan generator dan

bisa menghasilkan energi listrik.

1.3 Tujuan Penelitian

1. Membuat kincir angin poros horizontal dua sudu berbahan dasar komposit

dengan diameter 100 cm sudut kemiringan 20 variasi lebar maksimum 8

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

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin dua sudu dengan variasi lebar dan

kecepatan angin.

3. Mengetahui nilai Tip Speed Ratio (tsr) dan koefisien daya (Cp) dari kincir

angin tersebut.


3

1.4 Batasan Masalah

1. Model kincir angin yang dibuat tipe horizontal axis wind turbine (HAWT)

berbahan komposit dengan jumlah dua sudu.

2. Dimensi kincir angin :

a. Diameter kincir angin 100 cm, sudut kemiringan 20 dengan

variasi lebar maksimum 8 cm, 9 cm, dan 10 cm.

b. Variasi kecepatan angin yang digunakan dalam penelitian adalah

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

3. Alat pengujian menggunakan wind tunnel, tachometer, voltmeter,

amperemeter, anemometer dan timbangan digital.

4. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Mengetahui kinerja kincir angin dua sudu dengan variasi lebar maksimum

dan kecepatan angin yang berbeda.

2. Kincir angin ini sebagai energi alternatif pemasok kebutuhan listrik

masyarakat luas khususnya di Indonesia yang merupakan Negara dengan

kekayaan alam yang berlimpah salah satunya angin.


4


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Angin

Angin adalah aliran udara dalam jumlah yang besar diakibatkan oleh rotasi

bumi dan perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat

bertekanan udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah. Pada saat ini kincir

angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik

masyarakat. Dengan menggunakan prinsip konversi energi dan sumber daya alam

yang dapat diperbarui yaitu angin. Meskipun sampai saat ini pembangunan kincir

angin belum optimal dan belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvesional

(PLTA,PLTU,dll). Berkurangnya sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui

seperti batu bara dan minyak bumi maka sudah seharusnya pembangkit listrik

beralih menggunakan alat kincir angin dan sumber daya alam yang dapat

diperbarui yaitu angin.

Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian dari

pulau-pulau di Indonesia memiliki potensi angin yang cukup tinggi dan bisa

dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga angin (PLTA). Dari 120 tempat

menurut survey LAPAN (Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional) hanya

beberapa tempat yang memiliki potensi angin cukup baik diantaranya kepulauan

Sumbawa, Sumba, Lombok, Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat,

Sulawesi Selatan, Pantai Selatan dan Bali yaitu meiliki kecepatan angin rata-rata

sebesar 4,5 sampai dengan 5,9 m/s. Kecepatan angin yang dapat digunakan untuk

menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada Tabel 2.1.


5

Tabel 2.1 Tabel kecepatan angin

(Sumber : http://jendeladenngabei.blogspot.co.id/2012/11/pembangkit-listrik-

tenaga-bayu-angin.html)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan

angin untuk dirubah menajdi kekuatan mekanik. Kincir angin dulunya sering

digunakan untuk irigasi pertanian dan penggilingan padi. Namun, seiring

berjalannya waktu dan berkurangnya sumber daya alam yang tidak dapat

diperbarui kini kincir angin lebih banyak dimanfaatkan sebagai alat pembangkit

listrik. Secara umum kincir angin dibagi menjadi 2 jenis menurut porosnya, yaitu

kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertical.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal adalah kincir angin yang memiliki poros

utama sejajar dengan tanah dan memiliki GGL induksi yang besar. Kincir angin

horisontal terdiri dari sebuah menara yang di puncaknya terdapat sebuah baling-

baling yang berfungsi sebagai rotor dan menghadap atau membelakangi arah


6

angin. Kincir angin horisontal biasanya mempunyai dua atau tiga bilah baling-

baling.

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang sudah banyak dikenal di

antaranya : American Multi Blade seperti yang ditunjukkan pada (Gambar 2.1),

kincir angin propeller seperti ditunjukkan pada (Gambar 2.2) dan kincir angin

dutch four arm seperti yang ditunjukkan pada (Gambar 2.3).

Gambar 2.1 American multi blade

(Sumber :

https://img.okezone.com/content/2013/12/02/373/906056/NdGjDBZm2n.j

pg)

Gambar 2.2 kincir angin propeller

(Sumber http://www.renergyteda.com/windmill.jpg)


https://img.okezone.com/content/2013/12/02/373/906056/NdGjDBZm2n.jpg

https://img.okezone.com/content/2013/12/02/373/906056/NdGjDBZm2n.jpg

7

Gambar 2.3 kincir angin dutch four arm

(Sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin)

Kelebihan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal diantaranya adalah

a. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi.

b. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju

ke rotor.

c. Memiliki factor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada

diatas menara.

d. Menara yang tinggi memungkinkan kincir mendapatkan angin yang kuat

dan smooth.

e. Menara yang tinggi memungkinkan penempatan kincir pada landasan yang

tidak dasar atau di lokasi garis pantai.


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

8

Disamping memiliki kelebihan kincir angin poros horizontal juga memiliki

kekurangan, kekurangan kincir angin poros horizontal diantaranya adalah :

a. Memerluksn menara yang tinggi untuk menangkap kecepatan angin yang

cukup besar dan konsisten serta menghindari turbulensi.

b. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah

angin (sensor elektrik).

c. Kontruksi menara yang besar dan kuat untuk menyangga bilah-bilah yang

besar diatas menara.

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT)

adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah

angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin

dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini

menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horizontal.

Setiap jenis kincir angin memiliki ukuran dan efisiensi yang berbeda. Untuk

memiliki jenis kincir angin yang tepat untuk suatu kegunaan diperlukan analisis

yang tepat.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.


9

Gambar 2.4 Kincir angin savonius

(sumber : http://luckybima.blogspot.co.id/2017/04/tugas-softskill-rangkuman-

dua-jurnal.html)

Gambar 2.5 Kincir angin savonius

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


http://luckybima.blogspot.co.id/2017/04/tugas-softskill-rangkuman-dua-jurnal.html

http://luckybima.blogspot.co.id/2017/04/tugas-softskill-rangkuman-dua-jurnal.html

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

10

Kelebihan yang dimiliki kincir angin poros vertikal diantaranya adalah

a. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

b. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

c. Dapat menerima angin dari segala arah.

d. Tidak perlu mengatur sudut – sudut untuk menggerakan sebuah generator.

e. Memiliki tip-speed-ratio yang lebih rendah sehingga kecil kemungkinan

untuk terjadi kerusakan dalam kondisi angin kencang.

Kekurangan yang dimiliki kincir angin poros vertikal diantaranya adalah :

a. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.

b. Hanya dapat mengkonfersi energy angin 50% dikarenakan adanya gaya

drag tambahan.

c. Tinggi dan swept kincir angin poros vertikal lebih terbatas.

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Dari Gambar 2.6 dapat dilihat bahwa koefisien daya maksimal yang dapat

dihasilkan oleh kincir angin ideal adalah sebesar 59%, sedangkan kincir angin

American multi-blade memiliki koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 15%.


11

Gambar 2.6 Grafik hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) terhadap Tips Speed

Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir.

(Sumber : www.gunturcuplezt.com)

2.4 Rumus Perhitungan

Berikut ini dalah rumus – rumus yang digunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis unjuk kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1 Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak.

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, maka dapat dirumuskan

menjadi :

=

(1)

dimana :

= energi kinetik (joule).

m = massa udara (kg).

v = kecepatan angin (m/s).


http://www.gunturcuplezt.com/

12

Daya adalah persatuan waktu, sehingga perhitungan daya angin dapat dituliskan

sebagai berikut :

=

(2)

dimana :

= daya angin (watt).

= massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).

jika menggunakan rumus berikut :

= (3)

dimana :

= massa jenis udara (kg/ )

A = luas penampang berbentuk lingkaran ( )

dengan menggunakan persamaan (3) maka daya angin ( ) dapat dirumuskan

menjadi :

=

( )

Yang dapat disederhanakan menjadi :

=

(4)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya

Untuk mengetahui unjuk kerja dari setiap model kincir angin dengan tiga

variasi lebar maksimum (8,9,10) cm dengan masing – masing kecepatan angin

(8,2 dan 6,3) m/s , maka perlu dicari besarnya torsi dan daya yang dihasilkan oleh

model kincir angin yang diteliti.


13

2.4.3 Torsi

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan

gaya yang bekerja pada titik dengan berjarak tertentu dari sumbu pusat.

Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T = F l (5)

dimana :

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm).

F = gaya pembeban (N).

l = panjang lengan torsi ke poros (m).

2.4.4 Rumus Daya Kincir

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

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang

dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan sebagai berikut :

= T

dimana :

T = torsi dinamis (Nm).

= kecepatan sudut

=

=

rad/s

Dari persamaan diatas, daya yang dihasilkan oleh kincir dapat dinyatakan dengan

persamaan :

= T

rad/s (6)


14

dimana :

= daya yang dihasilkan angin (Watt).

n = putaran poros (rpm).

2.4.5 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan diujung sudu ( ) dapat dirumuskan sebagai berikut :

=

dimana :

= kecepatan ujung sudu.

= kecepatan sudut (rad/s).

r = jari – jari kincir (m).

sehingga tsr nya dapat dirumuskan dengan :

tsr =

(7)

dimana :

r = jari – jari kincir (m).

n = putaran poros per menit (rpm).

v = kecepatan angin (m/s).


15

2.4.6 Koefisiensi Daya

Koefisien daya ( ) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh

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

dirumuskan sebagai berikut :

=

100 % (8)

dimana :

= koefisien daya (%).

= daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).

= daya yang dihasilkan oleh angin (watt).

2.5 Komposit

Dalam tugas akhir ini bahan untuk membuat sudu kincir angin

menggunakan komposit. Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa

yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda

satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam

hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Bahan komposit pada umumnya

terdiri dari dua unsur, yaitu reinforcement sebagai pengisi dan bahan pengikat

serat yang disebut matrik.

Komposit yang diaplikasikan pada kincir angin terbuat dari bahan

fiberglass, serat karbon, dan kayu. Matriks pengikat yang digunakan yaitu

polyester, epoxy, dan vinyl ester. Komposit yang paling umum diterapkan yaitu

jenis GRP (fiberglass reinforced plastic). Pada sistem kincir angin, komposit


16

biasanya digunakan sebagai bahan pembuat sudu, tetapi pada bagian lain pun

dapat digunakan seperti misalnya pada nacelle cover.

Kelebihan komposit:

a. Massa jenis rendah (ringan).

b. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.

c. Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.

d. Lebih kuat dan ringan.

e. Tahan terhadap korosi.

f. Tahan terhadap cuaca.

g. Koefisien pemuaian yang rendah.

h. Mudah dibentuk.

Kekurangan komposit :

a. Kurang elastis.

b. Lebih sulit dibentuk secara plastis.

c. Tidak tahan terhadap beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandingkan

dengan metal.

Gambar 2.7 Sketsa Fiber dan Matrix.

(Sumber : http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/)


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

17

2.5.1 Fiberglass

Serat Kaca atau fiberglass adalah suatu bahan sintetis yang terdiri dari

Lime, Alumina, dan Borosilicate. Sering diterjemahkan menjadi kaca cair yang

ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm.

Bahan cair serat gelas ditekan melalui suatu lobang kecil dari suatu dapur listrik

dan ditarik menjadi sehelai serat. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau

ditenun menjadi kain yang kemudian diresapi dengan resin/matriks sehingga

menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi untuk diaplikasikan. Untuk membuat

serat gelas ini mudah melekat jika diberi resin/matriks, maka dilakukan pelapisan

awal serat ini dengan resin atau matriks. Seperti yang ditunjukkan oleh Gambar

2.8 dan tabel kelebihan dan kekuarangan fiber ditunjukkan pada Gambar 2.9

Gambar 2.8 Serat Kaca

Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai

berikut :

a. Fiber-glass


18

b. Fiber-nylon

c. Fiber Carbon

d. Fiber Graphite

Tabel 2.2 kelebihan dan kekurangan material fiber

(Sumber : Logamcor.wordpress.com)

Tabel 2.3 Kekuatan serat

(Sumber : Tata Surdia”Pengetahuan Bahan Teknik”.2005)

Serat

Kekuatan

Tarik

Perpanjangan

Patah

Massa

Jenis

Modulus

Young

Modulus

Jenis

(GN/m2) (%) (g/cm3) (GN/M2) (MJ/Kg)

Karbon (Dasar Rayon

Viskus) 2 0,6 1,66 350 210

Karbon* (Dasar PAN) 1,8 0,5 1,99 400 200

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

Baja 3,5 2 7,8 200 26

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

Nilon 66 0,9 14 1,14 7 6

Poliester 1,1 9 1,38 15 11

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yang

ditunjukan Gambar 2.9


19

Gambar 2.9 Skema jenis Fiberglass

(Sumber : https://praktikumdifraksi/V1/xhqtn-qhvqtug55/22)

2.5.2 Matriks

Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi

sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga

matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat membutuhkan

ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus

mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak

terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus

diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca

yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan

dalam pemilihan material matrik. Resin epoksi mempunyai kegunaan luas dalam

industri teknik kimia, listrik, mekanik dan sipil sebagai perekat, cat pelapis,

pencetakan coran benda-benda cetakan.

1. Proses produksi bahan

Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensatdari

bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin. Bisfenol A


https://praktikumdifraksi/V1/xhqtn-qhvqtug55/22

20

diganti dengan novolak ,atau senyawa tak jenuh, siklopentadien, dsb. Resin epoksi

bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan

ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan

pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen

epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram).

2. Sifat – sifat bahan

a. Resinol bisfenol A

Kelekatannya terhadap bahan lan banyak sekali. Bahan ini banyak

digunakan dalam cat untuk logam, perekat, pelapis dengan serat gelas, dsb.

Pada pengawetan tak dihasilkan produk tambahan seperti air, dan penyusutan

volume kurang. Kestabilan dimensinya baik. Sangat tahan terhadap zat kimia

dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam pengoksid yang kuat, dan asam

alifatik rendah, alkali dan garam. Karena tak di serang oleh hampir semua

pelarut, bahan ini baik digunakan sebagai yang non-korosif.

b. Resin sikloalifatik

Bahan ini viskositsanya rendah dan ekivalensi epoksinya kecil. Bahan

berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah penanganannya. Karena

kaku dan rapuh, bahan terutama digunakan untuk alat isolasi listrik yang

diperkuat dengan serat gelas. Ketahanan busur dan sifat anti alurnya baik.

3. Pencetak bahan

a. Pengecoran

Digunakan untuk produksi perkakas dan pembenam komponen listrik.


21

b. Pencetakan lapisan

Digunakan untuk produksi pelapis resin epoksi-serat gelas. Ada metode

laminasi basah (pengeras diletakkan dalam resin cair dan ditambah pengecer

atau pembasah, viskositasnya menurun), metoda laminasi kering (resin padat

dilarutkan dalam pelarut seperti aseton, dan pengeras yang tak bereaksi pada

suhu rendah, ditambahkan kemudian, dalam masa serat gelas dijenuhkan dan

dikeringkan), dan metoda penggulungan filamen (serat gelas yang jenuh

digulung pada inti dan diawetkan dengan pemanasan).

4. Penggunaan bahan

a. Perekat

Hampir semua plastik dapat melekat cukup kuat kecuali resin silicon,

fluoresin, polietilen dan polipropilen. Jenis yang lain adalah jenis yang paling

sering dipakai. Paling luas digunakan dalam industry penerbangan, konstruksi

dan listrik.

b. Cat

Bahan cat dapat dipakai terhadap berbagai bahan, dan secara luas

digunakan karena pelapisannya kuat, unggul dalam ketahanan air dan

ketahanan kimia.

c. Pencetakan coran

Kebanyakan digunakan dalam industry listrik.


22

d. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada

bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan

semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan

bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.

Tabel 2.4 Spesifikasi kekuatan matriks

(Sumber : Tata Surdia”Pengetahuan Bahan Teknik”.2005)

Resin Thermoset

Kekuatan

Tarik

(kgf/mm2)

Perpan-

jangan

(%)

Modulus

Elastik

(kgf/mm2

X 102)

Kekuatan

Tekan

(kgf/mm2)

Kekuatan

Lentur

(kgf/mm2)

Resin Fenol (Bakelit) :

Tanpa pengisi 4,9 - 5,6 1,0 - 1,5 5,2 – 7 7,0 – 21 8,4 - 10,5

Dengan bubuk kayu 4,5 – 7 0,4 - 0,5 5,6 – 12 15,4 - 25,2 5,9 - 8,4

Dengan asbes 3,8 - 5,2 0,18 - 0,5 7,0 – 21 14 – 24 5,6 - 9,8

Dengan serat glass 3,6 – 7 0,2 23,1 12 - 24,0 7,0 – 42

Resin Melamin :

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

Dengan selulosa 4,9 - 9,1 0,6 - 1,0 8,4 - 9,8 17,5 - 30,1 7 - 11,2

Resin Urea :

Dengan selulosa

4,2 - 9,1

0,4 - 1,0

7 - 10,5

17,5 - 31

7 - 11,2

Resin Poliester :

Dengan pengisi

(coran kaku) 4,2 - 9,1 < 5 2,1 - 4,2 9,1 – 25 5,9 - 16,1

Dengan serat glass 17,5 - 2,1 0,5 - 5,0 5,6 – 14 10,5 - 21 7,0 – 28

Dengan serat sintetik 3,1 4,2 --- --- 14 – 21 7,0 - 8,4

Resin Epoksi :

Dengan pengisi

(coran) 2,8 - 9,1 3,0 - 6,0 2,4 10,5 - 17,5 9,3 - 14,7

Dengan serat glass 9,8 - 2,1 4 2,1 21 – 26 14 – 21

Resin Silikon :

Dengan serat glass

2,8 - 3,5

---

---

7,0 - 10,5

7 - 9,8


23

2.5.2.1 Faktor Matrik

Menurut schwartz (1987) matriks adalah bahan yang memberikan rupa

bentuk dan memegang bahan pengukuh dalam komposit secara umum, matriks

jenis polimer terbagi menjadi jenis termoplastik dan termoset. Menurut schwartz

(1997) peranan matriks adalah memegang agen pengukuh, memindahkan tegasan

yang dikenakan kepada pengisi dan sebagai bahan yang akan memberikan rupa

bentuk akhir komposit. Matriks juga berperan memberikan rintangan terhadap

serangan alam sekitar dan melindungi permukaan gentian dari pada lelasan atau

abrasi secara mekanikal.

Gambar 2.10 Kekuatan Stress – Strain

(Sumber : http://slideplayer.info/slide/4846636)

Gambar 2.10 memperlihatkan kurva tegangan / regangan untuk suatu

sistem matriks ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi,

kekakuan tinggi (ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi

terhadap kegagalan. Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada

waktu yang sama tidak akan mengalami kegagalan getas.


http://slideplayer.info/slide/4846636

24

Gambar 2.11 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal.

(Sumber : http://anisadealinis/2011/11/bahan-pengisi-saluran-akar.html)

Gambar 2.12. Memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki

untuk serat kaca-E, serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi

(yaitu bukan dalam bentuk komposit).

Gambar 2.12 Kurva Tegangan Dan Regangan Terhadap Kegagalan Serat

(Sumber : http://ilmuaircraft.blogspot.co.id/2013/06/komposit-pada-umumnya-

bentuk-dasar.html)


http://anisadealinis/2011/11/bahan-pengisi-saluran-akar.html

http://ilmuaircraft.blogspot.co.id/2013/06/komposit-pada-umumnya-bentuk-dasar.html

http://ilmuaircraft.blogspot.co.id/2013/06/komposit-pada-umumnya-bentuk-dasar.html

25

2.6 Tinjauan Pustaka

Rusidin, 2016 “Unjuk Kerja Angin Poros Horisontal Empat Sudu

Berbahan Dasar Komposit Dengan Diameter 1 m Lebar Maksimum 12 cm Pada

Jarak 13.5 cm Dari Pusat Poros”, Menyimpulkan bahwa hasil unjuk kerja kincir

angin empat sudu bahan komposit adalah Torsi terbesar yang dihasilkan oleh

kincir angin yaitu 0,85 N.m pada kecepatan putaran sebesar 713 rpm terjadi pada

kecepatan angin 10,3 m/s. Daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin

sebesar 64,75 watt pada kecepatan putaran sebesar 753 rpm pada kecepatan angin

10,3 m/s. Koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu yaitu sebesar 35,14 % pada

tsr 4,20 dengan kecepatan angin 6,4 m/s.

Anggeriyantopo, J., 2015 “Unjuk Kerja Kincir Angin Model American

Multi-Blade Sembilan Sudu Dengan Tiga Variasi Pitch Angle”, Menyimpulkan

bahwa Unjuk kerja optimal yang dapat dicapai model kincir angin dengan pitch

angle 100 memliliki koefisien daya maksimal 4,2 % pada tip speed ratio optimal

0,86. Model kincir angin dengan pitch angle 200 memliliki koefisien daya

maksimal 11,5 % pada tip speed ratio optimal 1,09. Variasi pitch angle 300

memliliki koefisien daya maksimal 14,5 % pada tip speed ratio optimal 1,03.

Widi, Tomas Prasetya, 2015 “Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga

Sudu Datar Dengan Lebar 11.5 cm Dari Bahan Triplek Serta Variasi Lapisan

Permukaan Alumunium Dan Anyaman Bambu”, menyimpulkan bahwa Model

kincir angin dengan sudu kincir tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 10,38 %, pada tip speed ratio optimal 2,19. Model kincir angin

dengan lapisan permukaan plat aluminium bagian depan sudu menghasilkan


26

koefisien daya maksimal sebesar 10,05 %, pada tip speed ratio optimal 2,40.

Model kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium bagian depan dan

belakang menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 13,52%, pada tip speed

ratio optimal 2,57. Model kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium

bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu menghasilkan koefisien

daya maksimal sebesar 9,39 %, pada tip speed ratio optimal sebesar 2,16.


25

BAB III

METODE PENELTIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram

alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Mulai

Pembuatan desain sudu

Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan sudu

kincir angin

Pembuatan sudu

Pengujian Kincir angin

Pengolahan, perhitungan, pembahasan data dan pembuatan grafik

Kesimpulan dan saran

selesai

Pegambilan data

Tidak Ya


26

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :

1. Penelitian kepustakaan (Library Research)

Peneltian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –

literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat

dipertanggungjawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan alat

Pembuatan alat uji kincir angin poros horisontal dilakukan di

Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Kincir yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel dan motor listrik

sebagai sumber tenaga untuk memutar fan blower yang menghasilkan

tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung

terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada wind

tunnel.

3.2 Alat dan Bahan

Model kincir angin poros horisontal berbahan komposit dengan diameter 100 cm

sudut serang 20 dengan variasi lebar maksimal dan kecepatan angin.

1. Sudu kincir angin

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin

berputar. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin

yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.


27

Gambar 3.2 Sudu Berbahan Komposit

2. Dudukan Sudu

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk

pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini

memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu, untuk mengatur sudu

kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan

dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan dudukan sudu dapat dilihat

pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu


28

3. Fan blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan

blower dengan power sebesar 15 Hp. Gambar 3.4 akan menunjukan bentuk dari

fan blower.

Gambar 3.4 Fan Blower

4. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan juga

digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.5

menunjukan bentuk dari alat anemometer.

Gambar 3.5 Anemometer


29

6. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation perminute). Jenis

tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup

sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: sensor, pengolah data dan penampil. Gambar

3.6 menunjukan bentuk tachometer.

Gambar 3.6 Tachometer


30

7. Timbangan digital

Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat

kincir angin berputar. Gambar 3.7 menunjukan bentuk dari timbangan digital yang

digunakan dalam penelitian.Timbangan digital ini diletakan pada bagian lengan

generator.

Gambar 3.7 Timbangan Digital

8. Voltmeter

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir

angin oleh setiap variasinya. Seperti ditunjukan oleh Gambar 2.8.

Gambar 3.8 Voltmeter


31

9. Amperemeter

Amperemeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir angin

dengan setiap variasinya. Ampermeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Amperemeter

10. Pembebanan

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud

untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan

bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi.Gambar pembebanan

lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10.


32

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu

11. Skema Penelitian

Gambar 3.11 Skema Penelitian

3.3 Desain Kincir

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada gambar 3.12

tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameter 1 m

dengan lebar maksimum sudu 10 cm sudut serang 20 .


33

Gambar 3.12 Desain Kincir

3.4 Pembuatan Sudu / Blade

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara

bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel

3.1.

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu

Alat Bahan

Bor duduk Papan kayu

Gerinda Resin

Amplas Serat fiber

Kertas karton Katalis

Kuas Tepung plastik

Spidol Alumunium foil

Gunting Hardener


34

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu

Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.

Tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut:

a. Pembuatan Cetakan Kayu

Papan kayu berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu

blade kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah komposit.

Proses pembuatan cetakan yaitu dengan memotong papan kayu dengan

panjang 50 cm dan lebar 15 cm dengan jumlah 4 papan kayu. Setelah itu

menyambungkan dua papan kayu menggunakan lem kayu dengan lekukan

20 . Cetakan papan kayu dapat dilihat pada Gambar 3.13

Gambar 3.13 Cetakan Kayu.

b. Pelapisan Cetakan Kayu Dengan Alumunium Foil

Setelah cetakan dari kayu telah siap, kemudian dilanjutkan pada tahap dua

yaitu pelapisan alumunium foil pada permukaan cetakan kayu. Sebelum

perpaduan dari resin dan harderner dioleskan dipermukaan cetakan,

cetakan kayu dilapisi dengan alumunium foil. Hal ini bertujuan agar

cetakan dengan sudu yang telah jadi tidak menempel, pelapisan cetakan

seperti yang terlihat pada Gambar 3.14.


35

Gambar 3.14 Pelapisan Alumunium Foil Pada Cetakan Kayu

c. Membentuk Mal / Cetakan Kertas

Setelah pelapisan bahan komposit pada cetakan kayu, langkah

selanjutnya yaitu pembuatan cetakan dengan kertas karton. Mal atau

cetakan kertas mempermudah pembentukan sebuah sudu. Mal ditempelkan

pada komposit yang sudah kering kemudian cetakan komposit yang sudah

kering ditandai sesuai dengan mal kertas menggunakan spidol. Cetakan

kertas seperti yang terlihat pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Cetakan Dari Kertas

d. Finishing


36

Proses finishing sudu / blade meliputi : pemotongan, penghalusan,

pengurangan berat sudu. Pengurangan berat sudu yang dimaksud adalah

menyamakan berat sudu menggunakan timbangan duduk digital.

Gambar 3.16 Finishing Sudu

e. Pembuatan lubang baut

Pembuatan lubang baut pada sudu dilakukan menggunakan bor

dengan diameter lubang baut 10.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

pemasangan kincir angin didepan fan blower, pemasangan komponen poros

penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada dibagian

belakang kincir angin. Proses pengambilan data kecepatan angin, putaran poros

(rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin. Ada beberapa hal yang

perlu dilakukan yaitu :

1) Poros kincir angin dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.

2) Memasang blade pada dudukan sudu.

3) Memasang anemometer pada tiang didepan kincir angin untuk mengukur

kecepatan angin sesuai dengan yang diinginkan.


37

4) Memasang timbangan digital pada ujung lengan generator.

5) Merangkai pembebanan lampu pada generator.

6) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kincir angin.

7) Percobaan pertama kincir angin dua sudu, lebar maksimum 8 cm dengan

kecepatan 8.2 m/s dan 6.3 m/s. Percobaan kedua kincir angin dua sudu, lebar

maksimum 9 cm dengan kecepatan angin 8.2 m/s dan 6.3 m/s. Dan percobaan

ketiga kincir angin dua sudu, lebar maksimum 10 cm dengan kecepatan angin

8.2 m/s dan 6.3 m/s.

8) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan,

maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang

terukur pada timbangan digital.

9) Mengukur keceptan angin dengan menggunakan anemometer dan mengukur

kecepatan kincir angin dengan tachometer.


38

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian


Angin 8,2 m/s.

NO

Kec.Angin

rerata

Putaran

kincir

Gaya

pengimbang Tegangan Arus

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

1 8.2 674 75 46.4 0

2 8.2 642 100 45.9 0.05

3 8.2 639 110 45.4 0.13

4 8.2 630 115 44.9 0.17

5 8.2 621 125 44.4 0.2

6 8.2 615 135 43.9 0.22

7 8.2 610 150 43.4 0.24

8 8.2 612 150 42.9 0.26

9 8.2 604 160 42.4 0.28

10 8.2 599 160 41.9 0.3

11 8.2 590 165 41.4 0.32

12 8.2 586 170 40.9 0.34

13 8.2 580 170 40.4 0.36

14 8.2 574 175 39.9 0.38

15 8.2 572 180 39.4 0.39

16 8.2 566 185 38.9 0.41

17 8.2 557 185 38.4 0.42

18 8.2 544 190 37.9 0.43

19 8.2 537 195 37.4 0.45

20 8.2 532 200 36.9 0.48

21 8.2 511 205 36.4 0.5

22 8.2 495 210 35.9 0.51

23 8.2 490 220 35.4 0.52

24 8.2 488 220 34.9 0.52


39

Tabel 4.2 Data Dua Sudu Dengan Variasi lebar Maksimum 8 cm Kecepatan

Angin 6,3 m/s.

NO

Kec.Angin

rerata

Putaran

kincir

Gaya



1 6.3 576 80 42.7 0

2 6.3 572 90 42.2 0.06

3 6.3 552 100 41.7 0.09

4 6.3 540 110 41.2 0.11

5 6.3 534 110 40.7 0.13

6 6.3 519 120 40.2 0.14

7 6.3 510 120 39.7 0.16

8 6.3 505 130 39.2 0.17

9 6.3 501 130 38.7 0.18

10 6.3 494 140 38.2 0.2

11 6.3 487 140 37.7 0.21

12 6.3 486 145 37.2 0.22

13 6.3 463 145 36.7 0.23

14 6.3 448 145 36.2 0.24

15 6.3 436 150 35.7 0.25

16 6.3 429 155 35.2 0.27

17 6.3 419 155 34.7 0.28

18 6.3 411 160 34.2 0.29

19 6.3 408 160 33.7 0.29

20 6.3 395 165 33.2 0.3


40


Angin 8,2 m/s.

NO

Kec.Angin

rerata

Putaran

kincir

Gaya



1 8.2 711 115 49 0

2 8.2 709 100 48.5 0.08

3 8.2 692 105 48 0.13

4 8.2 694 115 47.5 0.16

5 8.2 683 125 47 0.19

6 8.2 681 135 46.5 0.21

7 8.2 678 135 46 0.24

8 8.2 672 140 45.5 0.26

9 8.2 653 160 45 0.28

10 8.2 650 160 44.5 0.31

11 8.2 643 165 44 0.33

12 8.2 640 170 43.5 0.35

13 8.2 634 175 43 0.37

14 8.2 614 185 42.5 0.39

15 8.2 607 190 42 0.41

16 8.2 584 195 41.5 0.43

17 8.2 594 200 41 0.45

18 8.2 570 205 40.5 0.46

19 8.2 574 205 40 0.48

20 8.2 565 210 39.5 0.49

21 8.2 551 210 39 0.51

22 8.2 548 210 38.5 0.52

23 8.2 520 215 38 0.54


41


Angin 6,3 m/s.

NO

Kec.Angin

rerata

Putaran

kincir

Gaya



1 6.3 615 80 43.8 0

6.3 607 90 43.3 0.06

3 6.3 600 100 42.8 0.09

4 6.3 594 110 42.3 0.12

5 6.3 587 120 41.8 0.14

6 6.3 580 130 41.3 0.16

7 6.3 570 140 40.8 0.18

8 6.3 560 140 40.3 0.2

9 6.3 552 145 39.8 0.22

10 6.3 543 145 39.3 0.23

11 6.3 534 150 38.8 0.24

12 6.3 525 150 38.3 0.26

13 6.3 515 155 37.8 0.27

14 6.3 506 155 37.3 0.29

15 6.3 498 160 36.8 0.3

16 6.3 489 165 36.3 0.31

17 6.3 478 165 35.8 0.32

18 6.3 465 170 35.3 0.34

19 6.3 456 170 34.8 0.35

20 6.3 445 175 34.3 0.37

21 6.3 435 175 33.8 0.38


42


Angin 8,2 m/s.

NO Kec.Angin

rerata

Putaran

kincir

Gaya



1 8.2 707 80 48.1 0

2 8.2 681 100 47.6 0.07

3 8.2 678 115 47.1 0.11

4 8.2 663 120 46.6 0.14

5 8.2 658 125 46.1 0.18

6 8.2 650 135 45.6 0.21

7 8.2 642 145 45.1 0.24

8 8.2 639 150 44.6 0.27

9 8.2 620 155 44.1 0.29

10 8.2 617 165 43.6 0.31

11 8.2 610 170 43.1 0.33

12 8.2 605 170 42.6 0.35

13 8.2 613 175 42.1 0.37

14 8.2 609 175 41.6 0.39

15 8.2 593 180 41.1 0.41

16 8.2 591 185 40.6 0.43

17 8.2 586 190 40.1 0.45

18 8.2 581 195 39.6 0.46

19 8.2 578 195 39.1 0.48

20 8.2 560 210 38.6 0.5

21 8.2 555 210 38.1 0.51

22 8.2 555 215 37.6 0.52

23 8.2 544 215 37.1 0.54

24 8.2 538 220 36.6 0.55

25 8.2 537 225 36.1 0.57

26 8.2 530 230 35.6 0.58

27 8.2 527 230 35.1 0.59

28 8.2 517 235 34.6 0.61

29 8.2 503 245 34.1 0.62

30 8.2 497 250 33.6 0.64


43

Tabel 4.6 Data Dua Sudu dengan Variasi Lebar Maksimum 10 cm Kecepatan

Angin 6,3 m/s.

NO

Kec.Angin

rerata

Putaran

kincir

Gaya



1 6.3 605 80 43.6 0

2 6.3 597 90 43.1 0.06

3 6.3 589 100 42.6 0.09

4 6.3 587 110 42.1 0.12

5 6.3 582 110 41.6 0.14

6 6.3 579 120 41.1 0.16

7 6.3 576 120 40.6 0.17

8 6.3 573 125 40.1 0.19

9 6.3 569 130 39.6 0.21

10 6.3 567 135 39.1 0.22

11 6.3 541 140 38.6 0.23

12 6.3 536 145 38.1 0.25

13 6.3 515 145 37.6 0.26

14 6.3 489 150 37.1 0.27

15 6.3 484 160 36.6 0.28

16 6.3 477 160 36.1 0.3

17 6.3 464 165 35.6 0.31

18 6.3 473 165 35.1 0.32


44

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi untuk mempermudah

pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81

b. Massa jenis udara = 1,18

c. Luas penampang (A) = 0,785

d. Panjang lengan torsi = 0,27 m

e. Jari – jari kincir = 0,5 m

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian ke dua

puluh tiga diproleh kecepatan angin 8,2 m/s, massa jenis udara ( ) 1,18

dan luas penampang (A) 0,785 . Maka dapat dihitung daya angin sebesar :

=

=

x 1,18 x 0,785 x

= 255 watt

Jadi daya angin yang diperoleh sebesar 255 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar

torsi dapat kita hitung. Diambil dari Table 4.1 pada pengujian ke dua puluh tiga.

Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 2,16 N dan jarak lengan torsi keporos

sebesar 0,27 m, maka torsi dapat dihitung:

T = F l

T = 2,16 x 0,27


45

T = 0,58 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,58 N.m

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian ke dua

puluh tiga diperoleh putaran poros (n) sebesar 490 rpm, dan torsi yang telah

diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar = 0,58 N.m, maka besarnya daya kincir

dapat dihitung :

= T

= 0,58 x

= 0,58 x

= 29,90 watt

Jadi daya kincir yang dihasilkan sebesar 29,90 watt.

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian ke duah

puluh tiga diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 490 rpm, jari–jari kincir

angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 8,2 m/s, maka tip speed

ratio dapat dihitung :

Tsr =

Tsr =

Tsr =

Tsr = 3,13


46

Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,13.

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya

angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 255 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin

pada sub bab 4.2.3 sebesar 32,95 watt, maka koefisien daya dapat dihitung :

=

100%

=

x 100%

= 11,70 %

Jadi Cp yang diperoleh sebaesar 11,70 %.

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software

Microsoft Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara rpm dengan torsi,

grafik hubungan antara daya mekanis dengan torsi, grafik hubungan antara daya

listrik dengan torsi, grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) terhadap tip speed

ratio (tsr) yang dihasilkan untuk tiga variasi lebar maksimum dan dua variasi

kecepatan angin dengan jumlah dua sudu.


47


8,2 m/s.

Gaya

pengimbang

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

N rad/s N.m Pin

(watt)

Pout

(watt) Watt Tsr Cp %

0.74 70.58 0.20 255 14.02 0.00 4.30 5.49

0.98 67.23 0.26 255 17.81 2.30 4.10 6.97

1.08 66.92 0.29 255 19.50 5.90 4.08 7.63

1.13 65.97 0.30 255 20.10 7.63 4.02 7.87

1.23 65.03 0.33 255 21.53 8.88 3.97 8.43

1.32 64.40 0.36 255 23.03 9.66 3.93 9.01

1.47 63.88 0.40 255 25.38 10.42 3.90 9.93

1.47 64.09 0.40 255 25.46 11.15 3.91 9.97

1.57 63.25 0.42 255 26.81 11.87 3.86 10.49

1.57 62.73 0.42 255 26.58 12.57 3.82 10.40

1.62 61.78 0.44 255 27.00 13.25 3.77 10.57

1.67 61.37 0.45 255 27.63 13.91 3.74 10.81

1.67 60.74 0.45 255 27.35 14.54 3.70 10.70

1.72 60.11 0.46 255 27.86 15.16 3.67 10.91

1.77 59.90 0.48 255 28.56 15.37 3.65 11.18

1.81 59.27 0.49 255 29.04 15.95 3.61 11.37

1.81 58.33 0.49 255 28.58 16.13 3.56 11.19

1.86 56.97 0.50 255 28.67 16.30 3.47 11.22

1.91 56.23 0.52 255 29.04 16.83 3.43 11.37

1.96 55.71 0.53 255 29.51 17.71 3.40 11.55

2.01 53.51 0.54 255 29.06 18.20 3.26 11.37

2.06 51.84 0.56 255 28.83 18.31 3.16 11.28

2.16 51.31 0.58 255 29.90 18.41 3.13 11.70

2.16 51.10 0.58 255 29.78 18.15 3.12 11.66


48


6,3 m/s.

Gaya

pengimbang

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

N rad/s N.m Pin

(watt)

Pout


0.78 60.32 0.21 116 12.78 0.00 4.79 11.03

0.88 59.90 0.24 116 14.28 2.53 4.75 12.32

0.98 57.81 0.26 116 15.31 3.75 4.59 13.21

1.08 56.55 0.29 116 16.48 4.53 4.49 14.22

1.08 55.92 0.29 116 16.29 5.29 4.44 14.06

1.18 54.35 0.32 116 17.27 5.63 4.31 14.91

1.18 53.41 0.32 116 16.98 6.35 4.24 14.65

1.28 52.88 0.34 116 18.21 6.66 4.20 15.72

1.28 52.46 0.34 116 18.07 6.97 4.16 15.59

1.37 51.73 0.37 116 19.18 7.64 4.11 16.56

1.37 51.00 0.37 116 18.91 7.92 4.05 16.32

1.42 50.89 0.38 116 19.55 8.18 4.04 16.87

1.42 48.49 0.38 116 18.62 8.44 3.85 16.07

1.42 46.91 0.38 116 18.02 8.69 3.72 15.55

1.47 45.66 0.40 116 18.14 8.93 3.62 15.66

1.52 44.92 0.41 116 18.44 9.50 3.57 15.92

1.52 43.88 0.41 116 18.01 9.72 3.48 15.55

1.57 43.04 0.42 116 18.24 9.92 3.42 15.74

1.57 42.73 0.42 116 18.11 9.77 3.39 15.63

1.62 41.36 0.44 116 18.08 9.96 3.28 15.60


49

Tabel 4,9 Data Perhitungan Kincir Angin Dua Sudu Lebar 9 cm Kecepatan Angin

8.2 m/s.

Gaya

pengimbang

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

N rad/s N.m Pin

(watt) Pout (watt) Watt Tsr Cp %

1.13 74.46 0.30 255 22.68 0.00 4.54 8.88

0.98 74.25 0.26 255 19.67 3.88 4.53 7.70

1.03 72.47 0.28 255 20.15 6.24 4.42 7.89

1.13 72.68 0.30 255 22.14 7.60 4.43 8.66

1.23 71.52 0.33 255 23.68 8.93 4.36 9.27

1.32 71.31 0.36 255 25.50 9.77 4.35 9.98

1.32 71.00 0.36 255 25.39 11.04 4.33 9.94

1.37 70.37 0.37 255 26.10 11.83 4.29 10.21

1.57 68.38 0.42 255 28.98 12.60 4.17 11.34

1.57 68.07 0.42 255 28.85 13.80 4.15 11.29

1.62 67.33 0.44 255 29.43 14.52 4.11 11.52

1.67 67.02 0.45 255 30.18 15.23 4.09 11.81

1.72 66.39 0.46 255 30.77 15.91 4.05 12.04

1.81 64.30 0.49 255 31.51 16.58 3.92 12.33

1.86 63.56 0.50 255 31.99 17.22 3.88 12.52

1.91 61.16 0.52 255 31.59 17.85 3.73 12.36

1.96 62.20 0.53 255 32.95 18.45 3.79 12.90

2.01 59.69 0.54 255 32.41 18.63 3.64 12.69

2.01 60.11 0.54 255 32.64 19.20 3.67 12.77

2.06 59.17 0.56 255 32.91 19.36 3.61 12.88

2.06 57.70 0.56 255 32.09 19.89 3.52 12.56

2.06 57.39 0.56 255 31.92 20.02 3.50 12.49

2.11 54.45 0.57 255 31.01 20.52 3.32 12.14


50

Tabel 4.10 Data Perhitungan Kecepatan Angin Dua Sudu Lebar 9 cm Kecepatan

Angin 6,3 m/s.

Gaya

pengimbang

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

N rad/s N.m Pin

(watt) Pout (watt) Watt Tsr Cp %

0.78 64.40 0.21 116 13.65 0.00 5.11 11.78

0.88 63.56 0.24 116 15.15 2.60 5.04 13.08

0.98 62.83 0.26 116 16.64 3.85 4.99 14.36

1.08 62.20 0.29 116 18.12 5.08 4.94 15.64

1.18 61.47 0.32 116 19.54 5.85 4.88 16.86

1.28 60.74 0.34 116 20.91 6.61 4.82 18.05

1.37 59.69 0.37 116 22.13 7.34 4.74 19.10

1.37 58.64 0.37 116 21.75 8.06 4.65 18.77

1.42 57.81 0.38 116 22.20 8.76 4.59 19.16

1.42 56.86 0.38 116 21.84 9.04 4.51 18.85

1.47 55.92 0.40 116 22.22 9.31 4.44 19.17

1.47 54.98 0.40 116 21.84 9.96 4.36 18.85

1.52 53.93 0.41 116 22.14 10.21 4.28 19.11

1.52 52.99 0.41 116 21.75 10.82 4.21 18.77

1.57 52.15 0.42 116 22.10 11.04 4.14 19.07

1.62 51.21 0.44 116 22.38 11.25 4.06 19.31

1.62 50.06 0.44 116 21.88 11.46 3.97 18.88

1.67 48.69 0.45 116 21.93 12.00 3.86 18.92

1.67 47.75 0.45 116 21.50 12.18 3.79 18.56

1.72 46.60 0.46 116 21.60 12.69 3.70 18.64

1.72 45.55 0.46 116 21.11 12.84 3.62 18.22


51


Angin 8,2 m/s.

Gaya

pengimbang

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

N rad/s N.m Pin

(watt)

Pout


0.78 74.04 0.21 255 15.69 0.00 4.51 6.14

0.98 71.31 0.26 255 18.89 3.33 4.35 7.39

1.13 71.00 0.30 255 21.63 5.18 4.33 8.46

1.18 69.43 0.32 255 22.07 6.52 4.23 8.64

1.23 68.91 0.33 255 22.81 8.30 4.20 8.93

1.32 68.07 0.36 255 24.34 9.58 4.15 9.53

1.42 67.23 0.38 255 25.82 10.82 4.10 10.11

1.47 66.92 0.40 255 26.59 12.04 4.08 10.41

1.52 64.93 0.41 255 26.66 12.79 3.96 10.43

1.62 64.61 0.44 255 28.24 13.52 3.94 11.05

1.67 63.88 0.45 255 28.76 14.22 3.90 11.26

1.67 63.36 0.45 255 28.53 14.91 3.86 11.17

1.72 64.19 0.46 255 29.75 15.58 3.91 11.65

1.72 63.77 0.46 255 29.56 16.22 3.89 11.57

1.77 62.10 0.48 255 29.61 16.85 3.79 11.59

1.81 61.89 0.49 255 30.33 17.46 3.77 11.87

1.86 61.37 0.50 255 30.88 18.05 3.74 12.09

1.91 60.84 0.52 255 31.42 18.22 3.71 12.30

1.91 60.53 0.52 255 31.26 18.77 3.69 12.24

2.06 58.64 0.56 255 32.62 19.30 3.58 12.77

2.06 58.12 0.56 255 32.33 19.43 3.54 12.65

2.11 58.12 0.57 255 33.10 19.55 3.54 12.95

2.11 56.97 0.57 255 32.44 20.03 3.47 12.70

2.16 56.34 0.58 255 32.83 20.13 3.44 12.85

2.21 56.23 0.60 255 33.51 20.58 3.43 13.12

2.26 55.50 0.61 255 33.81 20.65 3.38 13.23

2.26 55.19 0.61 255 33.62 20.71 3.37 13.16

2.31 54.14 0.62 255 33.70 21.11 3.30 13.19

2.40 52.67 0.65 255 34.18 21.14 3.21 13.38

2.45 52.05 0.66 255 34.46 21.50 3.17 13.49


52


Angin 6,3 m/s.

Gaya

pengimbang

Kecepatan

sudut Torsi

Daya

angin

Daya

mekanis

Daya

Listrik

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

N rad/s N.m Pin

(watt)

Pout


0.78 63.36 0.21 116 13.42 0.00 5.03 11.59

0.88 62.52 0.24 116 14.90 2.59 4.96 12.86

0.98 61.68 0.26 116 16.34 3.83 4.90 14.10

1.08 61.47 0.29 116 17.91 5.05 4.88 15.46

1.08 60.95 0.29 116 17.76 5.82 4.84 15.33

1.18 60.63 0.32 116 19.27 6.58 4.81 16.63

1.18 60.32 0.32 116 19.17 6.90 4.79 16.55

1.23 60.00 0.33 116 19.87 7.62 4.76 17.15

1.28 59.59 0.34 116 20.52 8.32 4.73 17.71

1.32 59.38 0.36 116 21.23 8.60 4.71 18.32

1.37 56.65 0.37 116 21.01 8.88 4.50 18.13

1.42 56.13 0.38 116 21.56 9.53 4.45 18.60

1.42 53.93 0.38 116 20.71 9.78 4.28 17.88

1.47 51.21 0.40 116 20.35 10.02 4.06 17.56

1.57 50.68 0.42 116 21.48 10.25 4.02 18.54

1.57 49.95 0.42 116 21.17 10.83 3.96 18.27

1.62 48.59 0.44 116 21.24 11.04 3.86 18.33

1.62 49.53 0.44 116 21.65 11.23 3.93 18.68


53

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.1, 4.2 dan 4.3

mendapatkan hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut antara lain grafik

perbandingan antara rpm dan torsi, grafik hubungan antara daya mekanis dan

torsi, grafik hubungan antara daya listrik dan torsi dan tip speed ratio dengan

koefisien daya.

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Rpm dan Torsi Pada Tiga Variasi Lebar

Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s dan 6,3 m/s.


Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s.

300

400

500

600

700

800

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Pu

tara

n p

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


54


Maksimum Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s.

Pada Gambar 4.1 menunjukkan bahwa nilai torsi maksimal didapat dari

variasi lebar 10 cm sebesar 0,66 N.m pada putaran kincir 497 rpm. Sedangkan

pada Gambar 4.2 nilai torsi maksimal didapat dari variasi lebar 9 cm sebesar 0,46

N.m pada putaran kincir 435 rpm. Dari Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 dapat ditarik

kesimpulan bahwa semakin besar nilai torsi maka semakin rendah putaran kincir

angin.

300

400

500

600

700

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pu

tara

n p

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


55

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Pada Tiga Variasi

Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s dan 6,3 m/s.

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Pada Tiga

Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s.

8

16

24

32

40

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


56

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Pada Tiga

Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s.

Pada Gambar 4.3 menunjukkan bahwa daya mekanis (Pout) puncak

didapat dari variasi lebar 10 cm sebesar 34,46 watt dengan nilai torsi sebesar 0,66

N.m. Sedangkan pada Gambar 4.4 menunjukkan bahwa daya mekanis puncak

didapat dari variasi lebar 9 cm sebesar 22,38 watt dengan nilai torsi sebesar 0,44

N.m. Dari Gambar 4,3 dan Gambar 4,4 dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin

besar nilai torsi maka semakin besar daya mekanis (Pout) yang dihasilkan. Karena

besarnya daya kincir dipengaruhi oleh besarnya nilai torsi dan kecepatan sudut.

10

14

18

22

26

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


57

4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Listrik dan Torsi Pada Tiga Variasi

Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s dan 6,3 m/s.


Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s.


Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s.

0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm

0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


58

Pada gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya listrik puncak yang dihasilkan

dengan variasi lebar 10 cm adalah 21,50 watt dengan nilai torsi sebesar 0,66 N.m.

Sedangkan pada Gambar 4.6 nilai daya listrik puncak yang dihasilkan dari variasi

lebar 9 cm adalah 12,84 watt dengan nilai torsi sebesar 0,46 N.m.

4.4.4 Grafik Hubungan Antara koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr)

Pada Tiga Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s dan

6,3 m/s.


(tsr) Pada Tiga Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 8,2 m/s.

4

6

8

10

12

14

16

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


59


(tsr) Pada Tiga Variasi Lebar Maksimum Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s.

Pada gambar 4.7 menunjukkan bahwa nilai koefisien daya maksimal didapat dari

variasi lebar 10 cm adalah 13,49 % dengan nilai tsr sebesar 3,17. Sedangkan pada

Gambar 4.8 nilai koefisien daya maksimal mekanis didapat dari variasi lebar 9 cm

adalah 19,31 % dengan nilai tsr sebesar 4,06.

4.5 Pembahasan Data

Dari ketiga variasi lebar maksimum 8 cm, 9 cm, dan 10 cm dengan kecepatan

angin 8,2 m/s menunjukkan bahwa variasi lebar 10 cm memiliki nilai torsi, daya

mekanis maupun elektris dan koefisiean daya (Cp) tertinggi dibandingkan kedua

variasi lebar lainnya. Dengan nilai torsi maksimal sebesar 0,66 N.m pada putaran

kincir 497 rpm dapat menghasilkan daya mekanis puncak sebesar 34,46 watt yang

dapat menghasilkan daya listrik sebesar 21,50 watt dengan koefisien daya (Cp)

maksimal sebesar 13,49 %. Sedangkan untuk kecepatan angin 6,3 m/s

menunjukkan bahwa variasi lebar 9 cm memiliki nilai torsi, daya mekanis maupun

elektris dan koefisien daya (Cp) tertinggi. Dengan nilai torsi maksimal sebesar

8

12

16

20

24

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 8 cm

lebar 9 cm

lebar 10 cm


60

0,44 N.m pada putaran kincir 498 rpm dapat menghasilkan daya mekanis puncak

sebesar 22,38 watt yang bisa menghasilkan daya listrik sebesar 11,25 watt dengan

koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 19,31 %.


60

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulam

Dari penelitian kincir angin poros horisontal dua sudu dengan tiga variasi

lebar maksimum dan dua variasi kecepatan angin, maka dapat disimpulkan

sebagai berikut:

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horizontal berbahan komposit

dengan sudut kemiringan 20 diameter 100 cm variasi lebar maksimum

dan kecepatan angin.

2. Model kincir angin dengan lebar 8 cm kecepatan angin 6,3 m/s

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 16,87 %, pada tip speed

ratio 4,04. Model kincir angin dengan lebar 9 cm kecepatan angin 6,3 m/s

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 19,31 %, pada tip speed

ratio 4,06. Model kincir angin dengan lebar 10 cm kecepatan angin 6,3

m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 18,68 %, pada tip

speed ratio 3,93.

3. Dari ketiga variasi lebar maksimum yang diteliti, tampak bahwa variasi

lebar maksimum 9 cm dengan kecepatan angin 6,3 m/s merupakan variasi

terbaik dibandingkan variasi lebar maksimum lainnya yang dapat

menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 19,31 %, pada tip

speed ratio sebesar 4,06.


61

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian maka didapatkan kelebihan dan kekurangan

yang perlu diperhatikan untuk bahan refrensi penelitian selanjutnya dibidang

kincir angin diantaranya :

1. Perlu dilakukan penelitian dengan variasi bahan komposit yang berbeda pada

kincir angin tipe horisontal.

2. Memastikan alat ukur yang digunakan dalam penelitian dalam keadaan baik

dan sudah dilakukan kalibrasi agar mendapatkan data yang akurat dan presisi.


62

DAFTAR PUSTAKA

Anggeriyantopo, J., 2015 “Unjuk Kerja Kincir Angin Model American Multi-

Blade Sembilan Sudu dengan Tiga Variasi Pitch Angle” Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta.

Ginting, Soeripno, J., 1993, “Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir

Angin Poros Horisontal.”, Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung.

Rusidin, 2016 “Unjuk Kerja Angin Poros Horisontal Empat Sudu Berbahan Dasar

Komposit dengan Diameter 1 m Lebar Maksimum 12 cm Pada Jarak

13.5 cm Dari Pusat Poros” Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Surdia, T ., “ Pengetahuan Bahan Teknik ” oleh Shinroku Saito.

Cetakan Ke-6, Jakarta diterbitkan oleh Pradnya Paramita, 2005.

Widi, Tomas, T., 2015 “Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Datar

dengan Lebar 11.5 cm Dari Bahan Triplek Serta Variasi Lapisan

Permukaan Alumunium dan Anyaman Bambu” Universitas Sanata

Dharma, Yogyakarta.

Anonim, 2018. https://helmidadang.wordpress.com/2012/12/29/cadangan-

minyak-bumi-di-indonesia.

Anonim, 2018. https://energypedia.info/wiki/Indonesia_Energy_Situation.

Anonim, 2018. https://praktikumdifraksi/V1/xhqtn-qhvqtug55/22

Anonim, 2018. http://www.renergyteda.com/windmill


https://helmidadang.wordpress.com/2012/12/29/cadangan-minyak-bumi-di-indonesia

https://helmidadang.wordpress.com/2012/12/29/cadangan-minyak-bumi-di-indonesia

https://energypedia.info/wiki/Indonesia_Energy_Situation

63

LAMPIRAN

Lampiran 1. Grafik Hubungan Antara Putaran Poros Terhadap Torsi Kincir Angin

Dua Sudu Pada Kecepatan Angin 8,2 m/s.

Lampiran 2. Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis Terhadap Torsi Kincir

Angin Dua Sudu Pada Kecepatan Angin 8,2 m/s.

300

400

500

600

700

800

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Pu

tara

n p

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 8 cm

8

16

24

32

40

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 8 cm


64

Lampiran 3. Grafik Hubungan Antara Daya Listrik Terhadap Torsi Kincir Angin


Lampiran 4. Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Terhadap TSR Kincir


0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 8 cm

4

6

8

10

12

14

16

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 8 cm


65





300

400

500

600

700

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pu

tara

n P

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 8 cm

10

14

18

22

26

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 8 cm


66





0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 8 cm

8

12

16

20

24

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 8 cm


67




Angin Dua Sudu Pada Kecepatan Angin8,2 m/s.

300

400

500

600

700

800

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Pu

tara

n P

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 9 cm

8

16

24

32

40

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 9 cm


68





0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 9 cm

4

6

8

10

12

14

16

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 9 cm


69

Lampiran 13. Grafik Hubungan Antara Putaran Poros Terhadap Torsi Kincir




300

400

500

600

700

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pu

tara

n P

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 9 cm

10

14

18

22

26

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 9 cm


70





0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 9 cm

8

12

16

20

24

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 9 cm


71





300

400

500

600

700

800

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Pu

tara

n P

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 10 cm

8

16

24

32

40

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 10 cm


72

Lampiran 19. Grafik Hubungan Antara Daya Listrik Terhadap Torsi Kincir


Lampiran 20. Grafik Hubungan Antara KoefisienDaya Terhadap TSR Kincir


0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 10 cm

4

6

8

10

12

14

16

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 10 cm


73





300

400

500

600

700

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pu

tara

n P

oro

s (R

pm

)

Torsi N.m

lebar 10 cm

10

14

18

22

26

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a M

eka

nis

Torsi N.m

lebar 10 cm


74

Lampiran 23. Grafik Hubungan Antara Daya Listrik Terhadap Torsi Kincir




0

4

8

12

16

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Day

a lis

trik

Torsi N.m

lebar 10 cm

8

12

16

20

24

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Cp

(%

)

tsr

lebar 10 cm


unjuk kerja kincir angin poros horisontal dua sudu...

Documents