unjuk kerja model kincir angin tipe giromill … · the characteristics of giromill windmill type...
TRANSCRIPT
i
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL DENGAN
VARIASI BENTUK SUDU NACA 0018, NACA 0021 DAN NACA 0024
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
AJI MAHARDIKA
NIM : 135214025
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE PERFORMANCE OF WINDMILL MODEL GIROMILL TYPE
WITH VARIATIONS OF BLADE SHAPE NACA 0018, NACA 0021 AND
NACA 0024
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfillment of the requirement
to obtan Sarjana Teknik degree
in mechanical engineering
By:
AJI MAHARDIKA
Student Number : 135214025
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam
skripsi dengan judul:
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL DENGAN
VARIASI BENTUK SUDU NACA 0018, NACA 0021 DAN NACA 0024
Yang saya buat untuk melengkapi persyaratan ditempuh untuk menjadi Sarjana
Teknik, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta. Tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk
memperoleh gelar sarjana di perguruan tinggi manapun dan sejauh yang saya
ketahui tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan
oleh orang lain, kecuali bagian informasi diacu dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Yogyakarta, 8 Januari 2018
Penulis
Aji Mahardika
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : AJI MAHARDIKA
NIM : 135214025
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL DENGAN
VARIASI BENTUK SUDU NACA 0018, NACA 0021 DAN NACA 0024
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas
Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan
mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis
tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalitas kepada saya
selama tanpa mencantumkan saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya
Yogyakarta, 8 Januari 2018
Yang menyatakan
Aji Mahardika
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTRAK
Indonesia merupakan negara kepulauan dan memiliki garis pantai yang
panjang, sehingga tidak menutup kemungkinan terdapatnya energi angin yang
bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Penelitian ini dilakukan untuk
membuat model kincir angin tipe giromill menggunakan variasi bentuk sudu
airfoil NACA seri 4 digit yang diuji untuk mengetahui hasil koefisien daya dan
tip speed ratio pada setiap variasi.
Kincir angin yang diuji dalam penelitian ini dipilih tipe giromill dengan poros
vertikal dan memiliki 6 sudu yang terbagi dalam 2 tingkatan. Kincir angin yang
dibuat memiliki tinggi 100 cm dan diameter 75 cm dengan variasi bentuk sudu
airfoil NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024. Pengujian dilakukan dengan
mengatur kecepatan angin pada jangkauan 7,0 m/s – 7,5 m/s. Data yang diambil
adalah kecepatan putar poros kincir angin, beban pengimbang dan kecepatan
angin. Selanjutnya dilakukan pengolahan data untuk mengetahui karakteristik
kincir angin tipe giromill yang sudah dibuat.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa model kincir angin tipe giromill dengan
sudu airfoil NACA 0018 menghasilkan unjuk kerja terbaik dengan koefisien daya
maksimal sebesar 13,90% pada tip speed ratio optimal sebesar 1,796. Kincir
angin tipe giromill dengan bentuk sudu airfoil NACA 0021 menghasilkan
koefisien daya maksimal sebesar 9,739% pada tip speed ratio optimal sebesar
1,516 dan kincir angin tipe giromill dengan bentuk sudu airfoil NACA 0024
menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 7,78% pada tip speed ratio
optimal sebesar 1,348.
Kata kunci : kincir angin giromill, kincir angin poros vertikal, koefisien
daya, tip speed ratio
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
Indonesia is an archipelagic country and has a long coastline, so it does not
close the possibility of wind energy that can be utilized as a power plant. This
research was conducted to make a model of giromill type windmill using variation
a variation of 4-digit NACA airfoil blade series, tested to determine the
coefficient of power and tip speed ratio on each variation.
The windmill tested in this study giromill type was selected with vertical axis
and has 6 blades divided into 2 levels. The windmill that is made has a height of
100 cm and diameter of 75 cm with variations blade shapes of airfoil NACA
0018, NACA 0021 and NACA 0024. For testing done by setting the wind speed
between 7.0 m / s - 7.5 m / s, The data taken is the rotational speed of the wind
turbine shaft, balancer load and wind speed. Then do the processing data to know
the characteristics of giromill windmill type that has been made.
The test results showed that the giromill type windmill model with airfoil
blade NACA 0018 resulted in the best performance with maximum power
coefficient of 13.90% at the optimum tip speed ratio of 1.796. Giromill type
windmill with airfoil blade NACA 0021 resulted maximum power coefficient of
9,739% at the optimum tip speed ratio of 1,516 and giromill windmill type with
airfoil blade NACA 0024 resulted maximum power coefficient of 7,78% at the
optimum tip speed ratio of 1.348.
Keywords: giromill windmill, vertical axis wind turbine, power coefficient,
tip speed ratio
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat serta kasih-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul “Unjuk
Kerja Model Kincir Angin Tipe Giromill dengan Variasi Bentuk Sudu NACA
0018, NACA 0021 dan NACA 0024”.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan skripsi tidak lepas dari campur
tangan pihak-pihak yang ikut membantu, sehingga pada kesempatan ini penulis
dengan segala rasa hormat ingin menyampaikan rasa trimakasih sebesar-besarnya
kepada:
1. Sudi Mungkasi,S.Si.,M.Math.Sc.,Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T.,M.Si., selaku Dosen Pembimbing
Akademik.
4. Ir Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma yang telah mendidik dan mendukungan sehingga
pembuatan skripsi dapat terselesaikan.
6. Orang tua yang telah memberikan dukungan dalam hal materi maupun
spiritual.
7. Layung Hindah Suminar selaku saudara kandung yang selalu memberi
dukungan.
8. Kosmas Kelik Cahyadi selaku rekan kelompok tugas akhir.
9. Rekan-rekan mahasiswa Prodi Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak
dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan skripsi
ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan sekripsi tidak sempurna dan
masih banyak yang perlu diperbaiki, sehingga penulis sangat mengharapkan
masukan dan kritikan yang dapat menyempurnakannya. Penulis berharap semoga
skripsi ini bermanfaat bagi semua terutama di bidang pendidikan.
Yogyakarta, 8 januari 2018
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i
TITLE PAGE ............................................................................................................. ii
HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................. v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................................................ vi
ABSTRAK ................................................................................................................ vii
ABSTRACT .............................................................................................................. viii
KATA PENGANTAR .............................................................................................. ix
DAFTAR ISI ............................................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xiv
DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 2
1.3 Tujuan ............................................................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah............................................................................................. 3
1.5 Manfaat .......................................................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konsep Dasar Angin ...................................................................................... 5
2.2 Kincir Angin .................................................................................................. 5
2.2.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal ............................................................... 6
2.2.2 Kincir Angin Sumbu Horisontal ........................................................... 9
2.3 Airfoil ............................................................................................................. 11
2.4 NACA ............................................................................................................ 13
2.5 Rumus Perhitungan ........................................................................................ 15
2.5.1 Daya Angin ........................................................................................... 15
2.5.2 Torsi Kincir Angin ................................................................................ 16
2.5.3 Daya Kincir Angin ................................................................................ 17
2.5.4 Tip Speed Ratio ..................................................................................... 18
2.5.5 Koefisien Daya ..................................................................................... 19
2.6 Tinjauan Pustaka ............................................................................................ 20
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir .................................................................................................. 22
3.2 Objek Penelitian ............................................................................................. 23
3.3 Perancangan Kincir Angin ............................................................................. 23
3.3.1 Pembuatan Sudu Kincir Angin ............................................................. 24
3.3.2 Pembuatan Penopang Sudu Kincir Angin ............................................ 26
3.3.3 Pembuatan Penopang dan Poros Kincir Angin ..................................... 26
3.4 Alat dan Bahan Untuk Pembuatan ................................................................. 27
3.5 Alat Untuk Pengujian ..................................................................................... 28
3.6 Variabel Penelitian ......................................................................................... 30
3.7 Langkah Pengambilan dan Pengolahan Data ................................................. 31
BAB IV ANALISIS DATADAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian ...................................................................................... 34
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ................................................................. 38
4.2.1 Perhitungan Torsi .................................................................................. 38
4.2.2 Perhitungan Daya Angin ....................................................................... 38
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin ........................................................... 39
4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio................................................................. 40
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ................................................................. 40
4.3 Hasil Perhitungan ........................................................................................... 41
4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan .................................................... 45
4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir
Angin Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0018 .......... 45
4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir
Angin Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0021 .......... 48
4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir
Angin Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0024 .......... 50
4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Bentuk Sudu ............................................ 52
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
4.5.1 Grafik Hubungan Torsi dengan Kecepatan Putar Poros Model
Kincir Angin Tipe Giromill dengan Tiga Variasi Sudu yang
Digunakan ............................................................................................. 52
4.5.2 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Daya Model
Kincir Angin Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil yang
Digunakan ............................................................................................. 53
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 55
5.2 Saran ............................................................................................................... 56
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir angin giromill dengan tiga sudu ......................................... 7
Gambar 2.2 Kincir angin tipe Darrieus ............................................................. 7
Gambar 2.3 Kincir angin tipe Savonius ............................................................ 8
Gambar 2.4 Kincir angin tipe we-power ........................................................... 8
Gambar 2.5 Kincir angin tipe propeller ............................................................ 10
Gambar 2.6 Kincir angin tipe American multiblade ......................................... 11
Gambar 2.7 Bagian-bagian terdapat pada sudu airfoil...................................... 12
Gambar 2.8 Ukuran airfoil NACA seri 4 digit dengan panjang chord 22 cm. . 14
Gambar 2.9 Gambar grafik hubungan Cp dan tip speed ratio ........................... 17
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin tipe giromill ............ 22
Gambar 3.2 Perancangan kincir angin tipe giromill .......................................... 23
Gambar 3.3 Perancangan model kincir angin tipe giromil dengan sudu airfoil
NACA ............................................................................................ 24
Gambar 3.4 Kayu jati belanda dibentuk pola NACA ........................................ 24
Gambar 3.5 Kerangka sudu kincir angin ........................................................... 25
Gambar 3.6 Sudu kincir angin yang dilapisi plat seng ...................................... 25
Gambar 3.7 Pemasangan penopang pada sudu kincir angin ............................. 26
Gambar 3.8 Penampang kincir angin bagian atas dan bawah (a) dan
penampang bagian tengah (b) ........................................................ 26
Gambar 3.9 Anemometer .................................................................................. 28
Gambar 3.10 Takometer ...................................................................................... 29
Gambar 3.11 Neraca pegas .................................................................................. 29
Gambar 3.12 Mekanisme pengereman tampak luar (a) dan bagian dalam
mekanisme pengereman (b) ........................................................... 30
Gambar 3.13 Fan blower..................................................................................... 30
Gambar 3.14 Skema pengujian kincir angin giromil .......................................... 34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada
model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil
NACA 0018. .................................................................................. 46
Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio
(λ) pada model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu
airfoil NACA 0018. ....................................................................... 46
Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada
model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil
NACA 0021. .................................................................................. 48
Gambar 4.4 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio
(λ) pada model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu
airfoil NACA 0021. ....................................................................... 49
Gambar 4.5 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada
model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil
NACA 0024. .................................................................................. 50
Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio
(λ) pada model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu
airfoil NACA 0021. ....................................................................... 51
Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir untuk
ketiga variasi dudu yang digunakan. ............................................. 53
Gambar 4.8 Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya untuk
ketiga variasi sudu yang digunakan. .............................................. 53
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s ...... 34
Tabel 4.2 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0021 dengan kecepatan angin 7,2 m/s ...... 35
Tabel 4.3 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin 7,2 m/s ...... 46
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan
variasi bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin
7,3 m/s. ................................................................................................. 41
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan
variasi bentuk sudu airfoil NACA 0021 dengan kecepatan angin
7,2 m/s .................................................................................................. 42
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan
variasi bentuk sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin
7,2 m/s .................................................................................................. 44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi adalah suatu persoalan yang tidak dapat
terhindarkan di jaman yang semakin modern, sehingga sebuah teknologi yang di
ciptakan diharuskan memiliki efisiensi dalam segi produksi, unjuk kerja dan
dampak bagi lingkungan. Untuk proses produksi tidak akan lepas dari kebutuhan
akan energi listrik, sedangkan listrik kebanyakan yang dihasilkan menggunakan
sumber energi berbahan bakar fosil dan batu bara. Tetapi kelemahan dari bahan
bakar minyak/fosil adalah energi yang tidak dapat di perbaharui. Pada tahun 2014
di Indonesia, cadangan terbukti minyak bumi sebesar 3,6 milliar barel, gas bumi
sebesar 100,3 TCF dan batu bara sebesar 32,27 milliar ton. Berdasarkan rasio R/P
(Reserve/Production) tahun 2014, maka minyak bumi akan habis 12 tahun, gas
bumi 37 tahun dan batu bara 70 tahun. Cadangan tersebut bahkan bisa lebih cepat
habis jika penggunaan terus meningkat. Dalam proses pengolahan dan
pengambilan bahan bakar minyak juga berdampak buruk bagi lingkungan sekitar.
Jika dilakukan terus menerus bahan bakar minyak akan habis, oleh sebab itu harus
mulai memanfaatkan energi terbarukan yang tidak akan habis dan tidak
berdampak buruk bagi lingkungan sekitar.
Energi terbarukan adalah energi yang tidak akan habis jika di gunakan terus
menerus, sebagai contoh energi angin, air, surya dan panas bumi, dll. Energi
terbarukan juga memiliki kekuarangan, yaitu dalam penggunaannya sebagai
pembangkit listrik energi yang dihasilkan tidak bisa konstan seperti pembangkit
listrik berbahan bakar fosil. Karena energi terbarukan bergantung dengan kondisi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
alam, sehingga dalam menentukan pembangkit listrik yang akan digunakan harus
sesuai dengan lingkungan di sekitar.
Energi angin adalah salah satu energi terbarukan, sejak dahulu sudah mulai
dimanfaatkan untuk keperluan sehari-hari. Dibutuhkan kincir angin untuk
merubah energi kinetik yang terdapat pada angin menjadi energi mekanik untuk
menggerakkan pompa, penggilingan dan menggerakkan generator sebagai
penghasil litrik. Sekarang sudah banyak negara maju mulai menggembangkan
energi angin untuk menghasilkan energi listrik, karena sangat ramah lingkungan.
Kincir angin dibedakan berdasarkan sumbu putarnya, yaitu kincir angin
sumbu vertikal dan kincir angin sumbu horisontal. Kincir angin giromill
merupakan salah satu kincir angin dalam kategori kincir angin sumbu vertikal.
Kincir angin giromill memiliki sudu yang menyerupai konstruksi pesawat, yang
biasa disebut dengan airfoil. Pada kincir angin tipe giromill pemasangan sudu
harus sejajar dengan posisi poros kincir angin.
Dalam pengujian ini menggunakan model kincir angin tipe giromill, dengan
judul tugas akhir “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Tipe Giromill dengan Variasi
Bentuk Sudu NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024”. Kincir angin tipe
giromill membutuhkan kecepatan yang relatif tinggi pada putaran awalnya. Tetapi
kincir angin tipe giromill juga memiliki torsi yang tinggi dengan kecepatan putar
poros yang relatif rendah.
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut:
a. Indonesia belum memanfaatkan energi terbarukan secara maksimal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
b. Beberapa daerah di Indonesia memiliki potensi energi angin yang bisa
dimanfaatkan untuk memutar kincir angin.
c. Masih sedikitnya informasi mengenai unjuk kerja kincir angin tipe
giromill.
d. Kincir angin tipe giromill memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan
kecepatan angin yang cukup tinggi untuk putaran awalnya.
1.3 Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari kincir angin tipe
giromill menggunakan 6 sudu terbagi menjadi 2 tingkat dengan tiga variasi
bentuk sudu.
a. Membuat model kincir angin tipe giromill menggunakan 6 sudu yang
terbagi menjadi 2 tingkat dengan variasi bentuk sudu airfoil NACA 0018,
NACA 0021 dan NACA 0024.
b. Mengetahui hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir angin tipe
giromill menggunakan variasi sudu NACA 0018, NACA 0021 dan NACA
0024.
c. Mengetahui hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin
tipe giromill menggunakan variasi sudu NACA 0018, NACA 0021 dan
NACA 0024.
1.4 Batasan Masalah
Pembuatan model kincir angin tipe giromill dengan memperhatikan batasan-
batasan masalah sebagai berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
a. Model kincir angin yang dibuat menggunakan sumbu vertikal dengan tipe
giromill, memiliki tinggi 100 cm dan diameter 75 cm.
b. Model kincir angin memiliki 2 bagian, yaitu bagian atas terdapat 3 sudu
dan bagian bawah 3 sudu.
c. Sudu yang digunakan memiliki panjang chord 22 cm dengan bentuk
NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024.
d. Kecepatan angin diatur pada jangkauan 7 m/s hingga 7,5 m/s
e. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui koefisien daya (Cp) dan tip speed
ratio (λ).
1.5 Manfaat
Manfaat yang dapat di terima dalam penelitian kincir angin dengan tipe
giromill adalah sebagai berikut:
a. Menambah informasi mengenai unjuk kerja model kincir angin tipe
giromill dengan variasi bentuk sudu NACA 0018, NACA 0021 dan
NACA 0024.
b. Menjadi bahan pertimbangan untuk beralih dari energi fosil menjadi
energi terbarukan, khususnya pemanfaatan energi angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konsep Dasar Angin
Angin adalah sumber energi terbarukan yang berlimpah, sehingga dapat
dimanfaatkan untuk menggerakkan kincir angin dan merubahnya menjadi energi
mekanis untuk digunakan dalam memenuhi kebutuhan manusia.
Angin terjadi karena adanya pengaruh rotasi bumi dan juga karena terdapat
perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin akan bergerak dari daerah yang
memiliki tekanan udara tinggi menuju daerah yang memiliki tekanan udara
rendah. Pada saat udara dipanaskan maka udara akan memuai. Udara yang
memuai akan menjadi lebih ringan sehingga bergerak naik dan tekanan udara akan
turun karena berkurangnya udara. Udara dingin disekitarnya akan bergerak
menuju udara bertekanan rendah. Udara akan menyusut menjadi lebih berat dan
turun kembali. Di atas tanah udara akan menjadi panas dan akan naik kembali.
Pergerakan siklus aliran udara tersebut yang menyebabkan terjadinya angin.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin merupakan sebuah alat yang memanfaatkan energi angin dan
merubahnya menjadi gerak mekanis yang dapat digunakan untuk keperluan
seperti menggiling biji-bijian, memompa air dan bisa juga digunakan sebagai alat
pembangkit listrik.
Dalam perkembangannya kincir angin pertama kali di temukan oleh bangsa
Persia pada tahun 200SM. Pada masa tersebut kincir angin yang dinamai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
panemone dimanfaatkan untuk menggiling gandum. Kincir ini memiliki sumbu
vertikal dengan layar-layar yang terbuat dari buntelan alan-alang dan kayu. Sejak
saat itu kincir angin mulai di kembangkan mulai dari keperluan pengairan bahkan
bisa digunakan untuk pembangkit listrik. Dari sekian banyak kincir angin yang
diciptakan, dapat dibedakan terhadap posisi sumbunya sebagai berikut :
2.2.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal
Vertical Axis Wind Turbin (VAWT) adalah kincir angin yang pemasangan
poros utamanya tegak lurus. Pada tipe ini sangat baik digunakan pada lingkungan
yang arah anginnya tidak menentu, karna sudu yang tegak lurus terhadap arah
angin memungkinkan kincir berputar terhadap sumbu yang vertikal. Berikut ini
adalah kincir angin sumbu vertikal:
a. Kincir Angin Giromill
Kincir angin tipe giromill adalah kincir angin dengan sumbu vertikal.
Konstruksi kincir angin giromill hampir sama dengan kincir angin tipe Darrieus,
yang membedakan hanyalah peletakan sudu-sudunya. Kincir angin giromill
memiliki sudu-sudu yang dipasang sejajar dengan poros utamanya dan di topang
sebuah lengan, sedangkan kincir angin Darrieus pemasangan sudu-sudu dibuat
melengkung. Kincir angin giromill memiliki kelemahan pada putaran awal yang
memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi, sehingga sangat tidak dianjurkan
digunakan pada perkotaan yang padat penduduk karena hambatan angin yang
besar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Gambar. 2.1 Kincir angin giromill dengan tiga sudu
(Sumber : www.universenotes.com/energi/turbin-angin-sumbu-vertikal-vawt)
b. Kincir Angin Darrieus
Kincir angin Darrieus adalah kincir angin sumbu vertikal berbasis lift yang
dipatenkan oleh George Darrieus pada tahun 1931, dengan menggunakan dua atau
tiga bilah melengkung atau lurus bergabung bersama di bagian atas dan bawah
dan membungkuk ke luar di tengah di troposkein. Tipe Darrieus ini umumnya
memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi dari tipe lain untuk start up atau
awalan. Hal tersebut membuat kincir angin Darrieus memerlukan suatu penggerak
mula untuk keperluan start up tersebut.
Gambar 2.2. Kincir angin tipe Darrieus
(Sumber : www.powermag.com/changing-winds-the-evolving-wind-turbine)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
c. Kincir Angin Savonius
Kincir angin Savonius seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3 adalah kincir
angin sumbu vertikal berbasis drag. Diciptakan oleh insinyur Finlandia SJ
Savonius pada tahun 1922 menggunakan dua pisau berbentuk “S” untuk rotor.
Kincir angin ini dapat berputar dengan kecepatan angin yang relatif rendah.
Sebuah penelitian didapatkan sebuah nilai koefisien daya bisa mencapai 0,31
sehingga sangat banyak peneliti yang mengembangkan kincir angin Savonius.
Gambar 2.3. Kincir angin tipe Savonius
(Sumber : www.creative-science.org.uk/sav.html)
Gambar 2.4 Kincir angin tipe we-power
(Sumber : www.apakabardunia.com/2011/07/10-kincir-angin-terbaik-
berdesain.html)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
d. Kincir Angin We-Power
Kincir angin we-power seperti ditunjukan Gambar 2.4 merupakan kincir
angin vertikal yang mampu bekerja baik di daerah yang kondisi kecepatan
anginnya rendah. Sehingga kincir angin ini baik di gunakan seperti di pemukiman
atau dilahan pertanian.
Kelebihan kincir angin dengan sumbu vertikal adalah:
1. Kincir angin dapat menerima angin dari segala arah.
2. Dapat dipasang dekat dengan permukaan tanah.
3. Mudah dalam perawatan dan perbaikan.
4. Tidak memerlukan mekanisme pengarah angin.
Kekurangan kincir angin dengan sumbu vertikal adalah :
1. Kincir angin jenis ini memerlukan kecepatan angin yang relatif tinggi
untuk mengawali putaran.
2. Memiliki efisiensi yang rendah dibanding dengan sumbu horisontal karena
hambatan angin sangat banyak.
3. Sulit dalam pembuatan sudu.
2.2.2 Kincir Angin Sumbu Horisontal
Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) atau kincir angin tipe horisontal
adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan arah angin. Kincir angin
ini sangat banyak digunakan karena memiliki efisiensi yang tinggi. Kincir angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
tipe ini membutuhkan penggerak untuk merubah posisi kincir agar sesuai dengan
arah datangnya angin. Berikut adalah contoh-contoh kincir angin sumbu
horisontal.
a. Kincir Angin Propeller
Kincir angin tipe propeller Gambar 2.5 memiliki bentuk sudu yang
menyerupai sayap pesawat. Kincir angin inilah yang sampai sekarang masih
digunakan dan layak digunakan untuk keperluan komersil, karena kincir angin
tipe ini memiliki efisiensi yang sangat baik.
Gambar 2.5 Kincir angin tipe propeller
(Sumber : www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta.html)
b. Kincir Angin American Multiblade
American multiblade dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1854, disain
kincir angin ini memiliki jumlah sudu yang banyak dan sebuah layar untuk
merubah posisi kincir sesuai datangnya arah angin. Kincir angin ini digunakan
untuk memompa air tanah menuju permukaan dan kincir angin yang lebih besar
digunakan sebagai penggiling gandum dan pemotong jerami.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Gambar 2.6 Kincir angin tipe American multiblade
(Sumber : www.pinterest.co.uk/pin/539235755362758825)
Kelebihan kincir angin dengan sumbu horisontal adalah:
1. Pemasangan kincir pada dataran tinggi atau tanah lapang memungkinkan
berkurangnya hambatan atau turbulensi pada laju angin.
2. Memiliki kinerja lebih baik dari pada kincir angin tipe vertikal.
Kekurangan kincir angin dengan sumbu horisontal adalah:
1. Membutuhkan tempat yang luas dan jauh dari pemukiman penduduk
2. Membutuhkan mekanisme tambahan untuk membelokan kincir sesuai arah
angin.
3. Menghasilkan suara yang keras pada saat berputar.
2.3 Airfoil
Airfoil adalah bentuk dari suatu sayap pesawat yang dapat menghasilkan gaya
angkat (lift) atau efek aerodinamis ketika melewati suatu aliran udara. Airfoil
merupakan bentuk dari potongan melintang sayap yang dihasilkan oleh
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
perpotongan tegak lurus sayap terhadap pesawat, dengan kata lain airfoil
merupakan bentuk sayap dua dimensi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.7 Bagian-bagian terdapat pada sudu airfoil
(Sumber : aeroengineering.co.id/2016/02/pemilihan-airfoil-pesawat-
aeromodelling)
a. Leading edge adalah ujung depan dari airfoil atau sayap yang secara
umum berbentuk cembung
b. Camber adalah besarnya jarak antara garis rata-rata airfoil atas dan bawah
terhadap garis tengah (Chord line)
c. Thickness adalah ketebalan maksimum dari bentuk airfoil dan
menunjukkan presentasi dari chord.
d. Mean camber line merupakan garis pertengahan yang membagi antara
permukaan atas airfoil dan permukaan bawah pada airfoil.
e. Chord adalah perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge hingga
trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik dimensi
longitudinal dari suatu airfoil.
f. Chord line adalah garis lurus yang menghubungkan leading edge dan
trailing edge.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
g. Tralling edge adalah bentuk dari bagian paling ujung airfoil atau sayap
yang secara umum berbentuk runcing.
2.4 NACA (National Advisory Committee for Aeronautics)
NACA airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang
berguna untuk dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap suatu bodi lainnya
dan dengan bantuan penyelesaian matematis sangat memungkinkan untuk
memprediksi berapa besarnya gaya angkat yang dihasilkan oleh suatu bodi airfoil.
Geometri airfoil memiliki pengaruh besar terhadap karakteristik aerodinamika
dengan parameter penting berupa CL, dan kemudian akan terkait dengan gaya
angkat yang dihasilkan (Mulyadi, 2010). Sampai saat ini banyak pengajuan airfoil
dilakukan diberbagai negara, namun hasil riset NACA yang paling terkemuka.
Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik dengan membagi pengaruh
efek kelengkungan dan distribusi ketebalan atau thickness serta pengujiannya
dilakukan pada bilangan Reynold yang lebih tinggi dibanding yang lain. NACA
memiliki beberapa bentuk airfoil sesuai dengan NACA seri, sebagai contoh dapat
dilihat sebagai berikut:
a. NACA Seri 4 Digit
Sekitar tahun 1932 NACA melakukan pengujian beberapa bentuk airfoil yang
dikenal dengan NACA seri 4 digit. Distribusi kelengkungan dan ketebalan NACA
seri empat itu diberikan berdasarkan suatu persamaan. Distribusi ini tidak dipilih
berdasarkan teori, tetapi diformulasikan berdasarkan pendekatan bentuk sayap
yang efektif yang digunakan saat itu, seperti yang dikenal adalah airfoil Clark Y.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Pada airfoil NACA seri empat, digit pertama menyatakan persen maksimum
camber terhadap chord. Digit kedua menyatakan persepuluh posisi maksimum
camber pada chord dari leading edge, sedangkan dua digit terakhir menyatakan
persen ketebalan airfoil terhadap chord (Mulyadi, 2010). Pada Tabel 2.1
menunjukan contoh bentuk airfoil NACA seri 4 digit dengan panjang chord 22
cm.
Series A (thickness) B (Chord)
NACA 0018 3,96 cm 22 cm
NACA 0021 4,62 cm 22 cm
NACA 0024 5,28 cm 22 cm
Gambar 2.8 Ukuran airfoil NACA seri 4 digit dengan panjang chord 22 cm.
b. NACA Seri 5 Digit
Pengembangan airfoil NACA 5 digit dilakukan sekitar tahun 1935 dengan
menggunakan distribusi ketebalan yang sama dengan seri empat digit. Garis
kelengkungan rata-rata (mean camber line) seri ini berbeda dibanding seri empat
digit. Perubahan ini dilakukan dalam rangka menggeser maksimum camber
kedepan sehingga dapat meningkatkan CL maksimum. Jika dibandingkan
ketebalan (thickness) dan camber, seri ini memiliki nilai CL maksimum 0,1 hingga
0,2 lebih tinggi dibanding seri empat digit. Sistem penomoran seri lima digit ini
berbeda dengan seri empat digit. Pada seri ini, digit pertama dikalikan 3/2
kemudian dibagi sepuluh memberikan nilai desain koefisien lift. Setengah dari dua
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
digit berikutnya merupakan persen posisi maksimum camber terhadap chord. Dua
digit terakhir merupakan persen ketebalan terhadap chord (Mulyadi, 2010).
c. NACA Seri 6 Digit
Airfoil NACA seri 6 didesain untuk mendapatkan kombinasi drag,
kompresibilitas, dan performa CL maksimum yang sesuai keinginan. Beberapa
persyaratan ini saling kontradiktif satu dan lainnya, sehingga tujuan utama desain
airfoil ini adalah mendapatkan drag sekecil mungkin. Geometri seri 6 ini
diturunkan dengan menggunakan metode teoritik yang telah dikembangkan
dengan menggunakan matematika lanjut guna mendapatkan bentuk geometri yang
dapat menghasilkan distribusi tekanan sesuai keinginan. Tujuan pendekatan
desain ini adalah memperoleh kombinasi thickness dan camber yang dapat
memaksimalkan daerah alirah laminer. Dengan demikian maka drag pada daerah
CL rendah dapat dikurangi (Mulyadi, 2010).
2.5 Rumus Perhitungan
2.5.1 Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin merupakan energi kinetik, sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
𝐸𝑘 =1
2𝑚 . 𝑣2 (1)
dengan :
𝐸𝑘 adalah Energi kinetik (Joule)
𝑚 adalah massa udara (Kg)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
𝑣 adalah kecepatan angin (m/s)
Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan sebagai
berikut :
𝑃𝑖𝑛 = 0,5 �̇� 𝑣2 (2)
dengan:
𝑃𝑖𝑛 adalah daya angin (watt)
�̇� adalah massa udara persatuan waktu (kg/s)
�̇� = 𝜌𝐴𝑣 (3)
dengan :
𝜌 adalah massa jenis udara (kg/m3)
𝐴 adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2)
Dengan menggunakan Persamaan (3), sehingga daya angin (𝑃𝑖𝑛 ) dapat
dihitung menggunakan rumusan sebagai berikut:
𝑃𝑖𝑛 = 0,5 (𝜌𝐴𝑣)𝑣2
Sehingga dapat disederhanakan sebagai berikut :
𝑃𝑖𝑛 = 0,5 𝜌𝐴𝑣3 (4)
2.5.2 Torsi Kincir Angin
Torsi adalah momen putir yang terdapat pada poros yang di hasilkan oleh
gaya dorong yang terdapat pada poros, dimana gaya dorong ini memiliki jarak
terhadap sumbu putar, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
𝑇 = 𝐹. ℓ (5)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
dengan :
𝑇 adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m)
𝐹 adalah gaya pada poros akibat puntiran (N)
ℓ adalah jarak lengan torsi dari poros (m)
2.5.3 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir angin akibat
daya angin yang melintasi sudu-sudu pada kincir angin. Berdasarkan penelitian
yang dilakukan pada tahun 1919 oleh seorang fisikawan asal jerman, albert Betz,
menyimpulkan dari semua jenis kincir angin efisiensi maksimum yang dihasilkan
adalah 59,3% dan penemuan ini dinamakan dengan betz limit.
Gambar. 2.9 Gambar grafik hubungan Cp dan tsr
(sumber : http://slideplayer.com/slide/10169610/)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Perhitungan daya kincir yang dihasilkan dari gaya gerak melingkar pada
poros kincir angin dapat dirumuskan sebagai berikut :
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇. 𝜔 (6)
dengan :
𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt)
𝑇 adalah torsi dinamis (N.m)
𝜔 adalah kecepatan sudut kincir angin (rad/s)
Kecepatan sudut kincir angin dapat dihitung sebagai berikut:
𝜔 = 𝑛 𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛
𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡
= 𝑛 2𝜋 𝑟𝑎𝑑
60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
=𝑛 𝜋
30 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝑟𝑎𝑑/𝑠
dengan :
𝑛 adalah putaran poros (rpm)
Sehingga daya kincir angin dapat dituliskan dengan persamaan sebagai
berikut :
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇. 𝜔
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 𝑛 𝜋
30 𝑤𝑎𝑡𝑡 (7)
2.5.4 Tip Speed Ratio
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan pada ujung sudu kincir
angin dengan kecepatan angin. Kecepatan ujung sudu dapat dirumuskan sebagai
berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
𝑣𝑡 = 𝜔. 𝑟
dengan :
𝑣𝑡 adalah kecepatan ujung sudu
ω adalah kecepatan sudut (rad/detik)
𝑟 adalah jari-jari kincir angin (m)
Dengan demikian tip speed ratio dapat dirumuskan sebagai berikut :
𝜆 =2. 𝜋 𝑟 𝑛
60. 𝑣
Dapat disederhanakan sebagai berikut :
𝜆 =𝜋 𝑟 𝑛
30.𝑣 (8)
dengan :
𝜆 adalah tip speed ratio
𝑟 adalah jari-jari kincir angin (m)
𝑛 adalah kecepatan putaran poros (rpm)
𝑣 adalah kecepatan angin (m/s)
2.5.5 Koefisien Daya Kincir Angin
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir
angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (𝑃𝑖𝑛). Sehingga dapat di
rumuskan sebagai berikut :
𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛100% (9)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
dengan :
Cp adalah koefisien daya (%)
𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
𝑃𝑖𝑛 adalah daya yang dihasilkan angin (watt)
2.6 Tinjauan Pustaka
Pada tahun 2010 telah dilakukan penelitian mengenai unjuk kerja kincir
angin giromill dengan sudu NACA 0024, NACA 4420 dan NACA 4520.
Penelitian ini dilakukan oleh El-Samanaudy, Ghorab dan Youssef meneliti tentang
pengaruh variasi sudut pemasangan, jumlah sudu dan panjang chord. Dalam
penelitian ini didapatkan koefisien daya maksimal 25% pada tip speed ratio 1,4
dengan menggunakan sudu tipe airfoil simetris NACA 0024 dengan variasi sudut
pemasangan 10˚, panjang chord 15 cm dan menggunakan empat sudu. pada
penggunaan sudu non simetri NACA 4420 menghasilkan koefisien daya
maksimal 16% pada tip speed ratio 1,2 dan pada pengujian sudu airfoil NACA
4520 diperoleh koefisien daya maksimal 13% pada tip speed ratio 1,1.
Untuk membandingkan efek sudu airfoil NACA 4420 dibandingkan dengan
NACA 0024 pada parameter yang sama dengan radius turbin 40 cm, panjang
chord 15 cm, sudut pitch 10 ° dan empat bilah. Koefisien daya maksimum yang
diperoleh adalah 15%, sehingga pengaruh dari jumlah sudu telah diteliti dengan
menggunakan dua, tiga dan empat bilah pada sudut pitch 0 ° dan parameter yang
sama dengan radius turbin 40 cm, panjang chord 15 cm dan tipe airfoil NACA
0024. Daya maksimum yang diperoleh menurun secara signifikan saat
menurunkan jumlah pisau dari empat menjadi dua bilah. Dalam penelitian yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
dilakukan oleh El-Samanaudy, Ghorab dan Youssef dapat disimpulkan bahwa,
penggunaan sudu airfoil simetris menghasilkan koefisiensi yang lebih tinggi
dibandingkan dengan sudu airfoil non simetris.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir
Dibawah ini merupakan diagram alir dalam penelitian yang dilakukan.
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian model kincir angin tipe giromill
Perancangan kincir angin model giromill dengan
bentuk sudu NACA 0018, NACA 0021dan NACA
0024 panjang chord 22 cm
Perakitan kincir angin model giromill
Pengujian dan pengambilan data (kecepatan angin,
kecepatan putar kincir angin dan beban pengimbang )
Pengolahan data untuk mengetahui hubungan antara tip
speed ratio dengan koefisien daya.
Pembuatan skripsi
Selesai
Uji coba kincir angin
Mulai
Ulang
Benar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
3.2 Objek Penelitian
Objek penelitian yang digunakan merupakan model kincir angin tipe giromill.
Perancangan sudu yang dilakukan menggunakan model NACA 0018, NACA
0021 dan NACA 0024 dengan panjang chord 22 cm. Pemilihan model sudu
airfoil NACA tersebut dikarenakan bentuk yang simetris. Menurut penelitian yang
dilakukan M Samanaudy, Ghorab dan Youssef model kincir angin tipe giromill
menggunakan sudu airfoil simetris memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding
yang non simetris. Dibawah merupakan perancangan model kincir angin tipe
giromill yang ditunjukan Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Perancangan kincir angin tipe giromill
3.3 Perancangan Kincir Angin Giromill
Kincir angin tipe giromill yang dibuat dengan ketentuan sebagai berikut :
a. Diameter kincir angin : 75 cm
b. Tinggi kincir angin :100 cm
c. Bentuk sudu : NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024
d. Panjang sudu dan chord : 48 cm dan 22 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 3.3 Perancangan model kincir angin tipe giromil dengan sudu airfoil
NACA.
3.3.1 Pembuatan Sudu Kincir Angin
a. Sudu-sudu dibuat menggunakan bahan kayu jati belanda/pinus seperti
ditunjukan Gambar 3.4. Selanjutnya kayu dipotong sesuai pola NACA 0018,
NACA 0021 dan NACA 0024 dengan ketebalan 2 cm dan panjang chord 22
cm.
Gambar 3.4 Kayu jati belanda dibentuk pola NACA
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
b. Cara membentuk kerangka sudu dilakukan dengan pemasangan pipa besi
dengan ukuran 1/8 in dan pipa aluminium ukuran diameter 8 mm. Dibuat
berbeda dimaksudkan untuk mengurangi berat sudu. Pipa dan kayu yang
sudah dibentuk sesuai pola NACA disusun seperti Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Kerangka sudu kincir angin
c. Langkah selanjutnya melapisi kerangka sudu kincir angin menggunakan palat
seng dengan ukuran ketebalan 0,2 mm, untuk penempelan menggunakan paku
setelah itu dilakukan pengeleman agar tidak terdapat rongga pada sudu.
Gambar 3.6 Sudu kincir angin yang dilapisi plat seng
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.3.2 Pembuatan Penopang Sudu Kincir Angin
Bahan yang digunakan sebagai penopang sudu kincir angin adalah
aluminium berbentuk seperti plat yang biasa digunakan sebagai bahan pembuat
lemari kaca. Pemasangan terdapat pada bagian atas dan bawah sudu seperti
Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Pemasangan penopang pada sudu kincir angin
3.3.3 Pembuatan Penopang dan Poros Kincir Angin
a. Pembuatan penopang kincir angin menggunakan multiplay wood dengan
ketebalan 8 mm. Pembuatan penopang kincir angin dibuat berbeda antara
bagian atas seperti Gambar 3.8 (a) dan bagian tengah seperti Gambar 3.8 (b).
(a) (b)
Gambar 3.8 Penampang kincir angin bagian atas dan bawah (a)
dan penampang bagian tengah (b)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
3.4 Alat dan Bahan Untuk Pembuatan
Alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin
a. Mesin bor
b. Gergaji potong
c. Penggaris
d. Palu
Bahan yang digunakan untuk pembuatan kincir angin
a. Kayu jati belanda
Kayu jati belanda bukan kayu yang berasal dari belanda, melainkan kayu
pohon pinus. Pemilihan kayu ini dikarenakan berat kayu lebih ringan dibanding
kayu jati, mudah untuk dibentuk dan harganya lebih murah karena kayu yang
digunakan adalah kayu bekas peti kemas.
b. Plat seng
Palat seng dipilih dengan ukuran ketebalan 0,2 mm sehingga lebih muda
dibentuk, dan pemilihan palat seng yang digunakan harus memiliki motif seperti
kembangan, Spangle/kembang dari permukaan lapisan seng merupakan hasil
pengkristalan zinc secara normal, dengan bentuk yang homogen dan mengkilap.
c. Paku
Paku yang digunakan adalah paku triplek yang berukuran paling kecil, agar
saat digunakan tidak merusak dibagian sebaliknya.
d. Lem
Lem yang digunakan untuk merekatkan sambungan seng yang terdapat pada
bagian ujung sudu agar tidak terdapat rongga untuk masuknya udara.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
e. Multiplay wood
Multiplay wood atau triplek yang digunakan menggunakan ketebalan 8 mm,
triplek ini digunakan untuk membuat pembatas dan penyangga sudu.
f. Pipa besi
Pipa besi yang digunakan sebagai poros kincir angin memiliki diameter 1 in.
g. Pipa stainless steel
Pipa ini digunakan untuk kerangka utama sudu kincir angin, pipa yang
digunakan memiliki diameter 1/8 in.
h. Pipa aluminium
Pipa ini digunakan sebagai pendukung kerangka utama, sehingga kincir angin
tidak terlalu berat. Pipa aluminium yang digunakan memiliki diameter 8 mm.
3.5 Alat Untuk Pengujian
a. Anemometer
Anemometer digunakan sebagai alat pengukur kecepatan angin, satuan dapat
disesuaikan dengan kebutuhan. Dalam penelitian ini menggunakan satuan m/s.
Gambar 3.9 Anemometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
b. Takometer
Takometer digunakan sebagai pengukur kecepatan putar poros kincir angin
dengan satuan yang dapat diatur sesuai kebutuhan , seperti yang ditunjukan
pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Takometer
c. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang saat dilakukan
pembebanan dengan mekanisme pengereman.
Gambar 3.11 Neraca pegas
d. Mekanisme pengereman
Mekanisme pengereman menggunakan piringan yang dibebani menggunakan
karet gelang pada bagian tuasnya. Seperti ditunjukan pada Gambar 3.12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
(a) (b)
Gambar 3.12 Mekanisme pengereman tampak luar (a) dan bagian
dalam mekanisme pengereman (b)
e. Fan blower
Fan blower berfungsi sebagai penyedia daya angin memberikan hembusan
udara. Dengan menggunakan fan blower kecepatan putar dapat diatur
menggunakan invertor untuk mengatur kecepatan angin.
Gambar 3.13 Fan blower
3.6 Variabel Penelitian
Variabel penelitian yang digunakan adalah :
a. Variasi sudu menggunakan bentuk airfoil simetris NACA 0018, NACA
0021 dan NACA 0024.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
b. Variasi pembebanan dari tanpa beban sampai beban maksimal yang dapat
diterima kincir angin.
Variabel yang catat adalah :
a. Kecepatan angin (m/s).
b. Kecepatan putar kincir angin (rpm).
c. beban pengimbang (N).
3.7 Langkah Pengambilan dan Pengolahan Data
Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Korversi Energi Kampus III
Universitas Sanata Dharma. Pengambilan data dilakukan secara bergantian sesuai
variasi yang digunakan yaitu kincir angin menggunakan sudu airfoil NACA 0018,
NACA 0021 dan NACA 0024. Kecepatan angin yang digunakan rata-rata 7,2 m/s.
Posisi pemasangan kincir angin dan alat pengujian dilakukan sesuai dengan skema
Gambar 3.13. Sebelum melakukan pengujian pastikan semua terpasang dengan
benar.
Gambar 3.14 Skema pengujian kincir angin giromil
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Setelah kincir angin terpasang dengan benar, lakukan langkah pengujian
sesuai dengan urutan sebagai berikut:
a. Hubungkan mekanisme pengereman dengan poros kincir angin,
pemasangan dilakukan dibagian atas kincir angin.
b. Memasang neraca pegas sesuai skema Gambar 3.14.
c. Memasang anemometer dan diletakkan didepan kincir angin.
d. Hidupkan fan blower lalu untuk mendapat kecepatan angin rata-rata 7,2
m/s dengan cara mengatur inventor untuk menambah atau mengurangi
kecepatan putar fan blower.
e. Jika kecepatan angin sudah sesuai langkah selanjutnya mengatur
pembebanan.
f. Untuk menambah pembebanan dilakukan dengan cara menahan tuas
pengereman menggunakan penambahan karet gelang.
g. Jika semua sudah sesuai dengan keinginan lakukan pengambilan data.
h. Lakukan pengambilan data kecepatan putar poros kincir angin setiap
dilakukan pembebanan, pengukuran dilakukan pada bagian poros yang
sudah diberi tanda menggunakan takometer.
i. Lakukan pengambilan data pengukuran beban dari beban nol sampai
beban maksimal atau sampai kincir berhenti.
j. Lakukan pengulangan pengujian sampai 3 kali dan setelah itu ambil nilai
rata-rata.
k. Selanjutnya lakukan pengulangan dari langkah (d) sampai (j) dengan
variasi sudu yang berbeda.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Setelah semua data sudah terkumpul, langkah selanjutnya adalah pengolahan
data sebagai berikut:
a. Jika gaya pengimbang sudah diketahui dan jarak lengan torsi juga sudah
diketahui maka torsi (𝑇) dapat dicari dengan Persamaan (5).
b. Setelah kecepatan angin (𝑣) sudah didapat dari pengukuran menggunakan
anemometer dan luas penampang kincir angin (𝐴) sudah didapat maka
daya angin (𝑃𝑖𝑛) maka dapat dihitung dengan Persamaan (4).
c. Untuk menggetahui daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) terlebih dahulu harus
menghitung kecepatan sudut (𝜔), selanjutnya dapat dikali dengan beban
torsi (𝑇).
d. Dengan membandingkan kecepatan yang terjadi pada ujung sudu (𝑣𝑡)
dengan kecepatan angin (𝑣) dapat digunakan untuk menghitung tip speed
ratio (λ) sesuai dengan Persamaan (8).
e. Untuk menghitung koefisien daya dapat dilakukan dengan cara
membandingkan daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) dengan daya angin (𝑃𝑖𝑛).
f. Jika perhitungan sudah selesai dilakukan maka dapat dilakukan pembuatan
grafik untuk mengetahui karakteristik dari kincir angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Berikut adalah data hasil pengujian model kincir angin tipe giromill dengan
variasi bentuk sudu menggunakan disain airfoil NACA 0018, NACA 0021 dan
NACA 0024. Dalam pengujian ini data yang diambil adalah kecepatan angin (𝑣),
kecepatan putar kincir (𝑛) dan gaya pembebanan (𝐹). Data yang diperoleh dapat
dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2 dan Tabel 4.3.
Tabel 4.1 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi bentuk
sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s.
No Gaya Pengimbang (F) putaran kincir (n)
(N) (rpm)
1
0,0 288
0,0 291
0,0 290
2
0,6 276
0,6 276
0,6 278
3
1,2 264
1,2 264
1,2 265
4
1,8 254
1,8 255
1,8 255
5
2,4 245
2,4 246
2,4 246
6
3,0 235
3,0 236
3,0 236
7
3,6 227
3,6 228
3,6 229
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.2 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi bentuk
sudu airfoil NACA 0021 dengan kecepatan angin 7,2 m/s.
No Gaya Pengimbang (F) putaran kincir (n)
(N) (rpm)
1
0,0 250
0,0 251
0,0 251
2
0,5 238
0,5 237
0,5 238
3
1,0 229
1,0 230
1,0 229
4
1,5 218
1,5 221
1,5 219
Tabel 4.1 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s. (Lanjutan)
No Gaya pengimbang (F) Putaran kincir (n)
(N) (rpm)
8
4,2 219
4,2 219
4,2 217
9
4,8 210
4,8 211
4,8 212
10
5,4 198
5,4 200
5,4 199
11
6,2 182
6,2 188
6,2 182
12
6,4 176
6,4 176
6,4 174
13
6,9 161
6,9 152
6,9 143
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.2 Data pengujiuan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0021 dengan kecepatan angin 7,2 m/s. (Lanjutan)
No Gaya pengimbang (F) Putaran kincir (n)
(N) (rpm)
5
2,0 207
2,0 209
2,0 208
6
2,5 198
2,5 202
2,5 199
7
3,0 192
3,0 194
3,0 192
8
3,5 180
3,5 180
3,5 180
9
4,0 171
4,0 171
4,0 173
10
4,5 164
4,5 163
4,5 163
11
5,0 156
5,0 155
5,0 155
12
5,3 149
5,3 145
5,3 143
13
5,5 138
5,5 129
5,5 117
Tabel 4.3 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi bentuk
sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin 7,2 m/s.
No Gaya Pengimbang (F) putaran kincir (n)
(N) (rpm)
1
0,0 222
0,0 225
0,0 227
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.3 Data pengujian model kincir angin tipe giromill dengan variasi bentuk
sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin 7,2 m/s. (Lanjutan)
No Gaya pengimbang (F) Putaran kincir (n)
(N) (rpm)
2
0,6 198
0,6 201
0,6 206
3
1,0 196
1,0 197
1,0 199
4
1,5 193
1,5 193
1,5 192
5
2,0 179
2,0 181
2,0 182
6
2,5 174
2,5 175
2,5 173
7
3,0 163
3,0 165
3,0 166
8
3,5 154
3,5 156
3,5 156
9
4,0 145
4,0 148
4,0 148
10
4,5 133
4,5 135
4,5 137
11
4,7 125
4,7 133
4,7 128
12
4,9 120
4,9 126
4,9 123
13
5,1 110
5,1 102
5,1 98
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam perhitungan data diambil dari Tabel 4.1 pada langkah percobaan
pertama dan pembebanan ketiga. Sedangkan untuk pengolah data menggunakan
beberapa asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, sebagai berikut :
a. Panjang lengan torsi : 20 cm
b. Massa jenis udara : 1.18 kg/m3
c. Luas tangkapan angin : 0,735 m2
d. Kecepatan angin : 7,3 m/s
4.2.1 Perhitungan Torsi
Dalam perhitungan torsi sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1
pembebanan ke tiga dan langkah percobaan pertama dalam percobaan kincir angin
dengan variasi sudu NACA 0018. Data yang diperoleh gaya pengimbang (𝐹)
sebesar 0,6 N dan panjang lengan torsi (ℓ) 0,2 m. Torsi dapat dihitung
menggunakan Persamaan (5) sebagai berikut :
𝑇 = 𝐹. ℓ
= (1,2 N). (0,2 m)
= 0,24 N. m
Jadi torsi yang dihasilkan pada percobaan tersebut adalah 0,24 N.m
4.2.2 Perhitungan Daya Angin
Dalam perhitungan daya angin, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel
4.1 langkah percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan kincir
angin dengan variasi sudu NACA 0018. Pada percobaan ini diketahui luas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
tangkapan angin (𝐴) sebesar 0,735 m2, kecepatan angin (𝑣) 7,3 m/s dan massa
jenis udara (ρ) 1,18 kg/m3. Jika sudah diketahui variabel tersebut maka daya angin
dapat dihitung sesuai Persamaan (4) sebagai berikut :
𝑃𝑖𝑛 = 0,5 𝜌𝐴𝑣3
= (0,5) . (1,18 kg
m3 ) . (0,735 m2). ( 7,3 m
s )3
= 168,7 watt
Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 167,7 watt
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin
Untuk menghitung daya kincir angin data yang digunakan diambilkan pada
Tabel 4.1 langkah percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan
kincir angin dengan variasi sudu NACA 0018. Diperoleh kecepatan putar poros
(𝑛) sebesar 264 rpm. Untuk mengetahui besarnya daya kincir angin terlebih
dahulu kita menghitung kecepatan sudut kincir angin (𝜔) dan Torsi (𝑇) sebesar
0,24 N/m, jika sudah diketahui semua variabel dapat dihitung sesuai Persamaan
(7) sebagai berikut :
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 𝑛 𝜋
30
= 0,24 𝑛 𝜋
30
= 0,24 264 𝜋
30
= 6,64 watt
Jadi daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 6,64 watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio
Untuk menghitung tip speed ratio data diambil dari Tabel 4.1 langkah
percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan kincir angin dengan
variasi sudu NACA 0018. Diperoleh jari-jari kincir angin (𝑟) sebesar 0,75 m,
kecepatan putar poros (𝑛) sebesar 264 rpm dan kecepatan angin (𝑣) sebesar 7,3
m/s. Untuk mengetahui nilai tip speed ratio (λ) dapat dihitung sebagai berikut :
𝜆 =𝜋 𝑟 𝑛
30.𝑣
=𝜋 . 0,75 . 264
30 . 7,3
= 2,84
Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 2,84
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya
Dalam perhitungan koefisien daya (Cp) data diambil dari Tabel 4.1 langkah
percobaan pertama dan pembebanan ketiga dalam percobaan kincir angin dengan
variasi sudu NACA 0018. Diperoleh nilai daya angin (𝑃𝑖𝑛) sebesar 168,7 watt dan
daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) sebesar 6,64 watt. Untuk menghitung nilai koefisien daya
(Cp) dapat dilakukan sesuai Persamaan (9) sebagai berikut:
𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛100%
=6,64
168,7100%
= 3,93 %
Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 3,93 %.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
4.3 Hasil Perhitungan
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s.
No
Gaya
pengimbang
(F)
Putaran
kincir
(n)
Kecepatan
sudut
(ω)
Beban
torsi
(T)
Daya
output
Pout
Tip
speed
ratio
(λ)
Koefisien
daya Cp
(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)
1
0,0 288 30,2 0,00 0,00 3,11 0,00
0,0 291 30,5 0,00 0,00 3,14 0,00
0,0 290 30,4 0,00 0,00 3,12 0,00
2
0,6 276 28,9 0,12 3,47 2,97 2,06
0,6 276 28,9 0,12 3,47 2,97 2,06
0,6 278 29,1 0,12 3,50 2,99 2,07
3
1,2 264 27,6 0,24 6,64 2,84 3,93
1,2 264 27,6 0,24 6,64 2,84 3,94
1,2 265 27,7 0,24 6,67 2,85 3,95
4
1,8 254 26,6 0,36 9,59 2,74 5,68
1,8 255 26,7 0,36 9,64 2,75 5,71
1,8 255 26,7 0,36 9,64 2,75 5,71
5
2,4 245 25,7 0,48 12,35 2,64 7,32
2,4 246 25,8 0,48 12,38 2,65 7,34
2,4 246 25,7 0,48 12,37 2,65 7,33
6
3,0 235 24,6 0,60 14,79 2,53 8,77
3,0 236 24,7 0,60 14,85 2,54 8,80
3,0 236 24,7 0,60 14,87 2,55 8,81
7
3,6 227 23,8 0,72 17,17 2,45 10,18
3,6 228 23,8 0,72 17,19 2,45 10,19
3,6 229 24,0 0,72 17,32 2,47 10,26
8
4,2 219 22,9 0,84 19,26 2,36 11,42
4,2 219 22,9 0,84 19,29 2,36 11,44
4,2 217 22,7 0,84 19,15 2,34 11,35
9
4,8 210 21,9 0,96 21,11 2,26 12,51
4,8 211 22,1 0,96 21,21 2,27 12,57
4,8 212 22,2 0,96 21,35 2,28 12,65
10
5,4 198 20,7 1,08 22,43 2,13 13,30
5,4 200 20,9 1,08 22,62 2,15 13,41
5,4 199 20,8 1,08 22,51 2,14 13,34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0018 dengan kecepatan angin 7,3 m/s. (Lanjutan)
No
Gaya
pengimbang
(F)
Putaran
kincir
(n)
Kecepatan
sudut
(ω)
Beban
torsi
(T)
Daya
output
P out
Tip
speed
ratio
(λ)
Koefisien
daya Cp
(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)
11
6,2 182 19,0 1,24 23,68 1,96 14,03
6,2 188 19,7 1,24 24,46 2,03 14,50
6,2 182 19,0 1,24 23,63 1,96 14,01
12
6,4 176 18,4 1,28 23,59 1,89 13,98
6,4 176 18,4 1,28 23,64 1,90 14,01
6,4 174 18,2 1,28 23,32 1,87 13,83
13
6,9 161 16,8 1,38 23,27 1,73 13,79
6,9 152 15,9 1,38 21,97 1,64 13,02
6,9 143 14,9 1,38 20,67 1,54 12,25
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0021 dengan kecepatan angin 7,2 m/s.
No
Gaya
pengimbang
(F)
Putaran
kincir
(n)
Kecepatan
sudut
(ω)
Beban
torsi
(T)
Daya
output
P out
Tip
speed
ratio
(λ)
Koefisien
daya Cp
(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)
1
0,0 250 26,2 0,00 0,00 2,73 0,00
0,0 251 26,2 0,00 0,00 2,74 0,00
0,0 251 26,3 0,00 0,00 2,74 0,00
2
0,5 238 24,9 0,10 2,50 2,60 1,54
0,5 237 24,8 0,10 2,48 2,59 1,53
0,5 238 24,9 0,10 2,49 2,60 1,54
3
1,0 229 23,9 0,20 4,80 2,50 2,96
1,0 230 24,1 0,20 4,82 2,51 2,98
1,0 229 24,0 0,20 4,81 2,51 2,97
4
1,5 218 22,9 0,30 6,87 2,39 4,24
1,5 221 23,2 0,30 6,96 2,42 4,30
1,5 219 22,9 0,30 6,88 2,39 4,25
5
2,0 207 21,7 0,40 8,70 2,27 5,37
2,0 209 21,8 0,40 8,75 2,28 5,41
2,0 208 21,8 0,40 8,74 2,28 5,40
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0021 dengan kecepatan angin 7,2 m/s. (Lanjutan)
No
Gaya
pengimbang
(F)
Putaran
kincir
(n)
Kecepatan
sudut
(ω)
Beban
torsi
(T)
Daya
output
P out
Tip
speed
ratio
(λ)
Koefisien
daya Cp
(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)
6
2,5 198 20,7 0,50 10,38 2,16 6,42
2,5 202 21,2 0,50 10,61 2,21 6,56
2,5 199 20,9 0,50 10,45 2,18 6,46
7
3,0 192 20,1 0,60 12,06 2,09 7,45
3,0 194 20,3 0,60 12,19 2,12 7,53
3,0 192 20,1 0,60 12,08 2,10 7,47
8
3,5 180 18,8 0,70 13,22 1,97 8,17
3,5 180 18,9 0,70 13,24 1,97 8,18
3,5 180 18,9 0,70 13,24 1,97 8,18
9
4,0 171 17,9 0,80 14,35 1,87 8,87
4,0 171 17,9 0,80 14,35 1,87 8,87
4,0 173 18,1 0,80 14,49 1,89 8,95
10
4,5 164 17,1 0,90 15,46 1,79 9,55
4,5 163 17,0 0,90 15,36 1,78 9,49
4,5 163 17,0 0,90 15,36 1,78 9,49
11
5,0 156 16,3 1,00 16,37 1,71 10,11
5,0 155 16,2 1,00 16,23 1,69 10,03
5,0 155 16,2 1,00 16,23 1,69 10,03
12
5,3 149 15,6 1,06 16,54 1,63 10,22
5,3 145 15,1 1,06 16,10 1,58 9,94
5,3 143 15,0 1,06 15,95 1,57 9,85
13
5,5 138 14,4 1,10 15,90 1,51 9,82
5,5 129 13,5 1,10 14,86 1,41 9,18
5,5 117 12,3 1,10 13,55 1,28 8,37
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin 7,2 m/s.
No
Gaya
pengimbang
(F)
Putaran
kincir
(n)
Kecepatan
sudut
(ω)
Beban
torsi
(T)
Daya
output
Pout
Tip
speed
ratio
(λ)
Koefisien
daya Cp
(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)
1
0,0 222 23,3 0,00 0,00 2,43 0,00
0,0 225 23,5 0,00 0,00 3,45 0,00
0,0 227 23,8 0,00 0,00 2,48 0,00
2
0,6 198 20,8 0,12 2,50 2,17 1,54
0,6 201 21,1 0,12 2,53 2,20 1,57
0,6 206 21,6 0,12 2,60 2,25 1,60
3
1,0 196 20,5 0,20 4,11 2,14 2,54
1,0 197 20,7 0,20 4,14 2,16 2,56
1,0 199 20,8 0,20 4,17 2,17 2,58
4
1,5 193 20,2 0,30 6,06 2,11 3,75
1,5 193 20,2 0,30 6,07 2,11 3,75
1,5 192 20,1 0,30 6,04 2,10 3,73
5
2,0 179 18,7 0,40 7,51 1,96 4,64
2,0 181 18,9 0,40 7,60 1,98 4,69
2,0 182 19,0 0,40 7,62 1,99 4,71
6
2,5 174 18,2 0,50 9,11 1,90 5,63
2,5 175 18,3 0,50 9,16 1,91 5,66
2,5 173 18,1 0,50 9,09 1,89 5,62
7
3,0 163 17,1 0,60 10,28 1,79 6,35
3,0 165 17,2 0,60 10,37 1,80 6,41
3,0 166 17,3 0,60 10,43 1,81 6,44
8
3,5 154 16,2 0,70 11,34 1,69 7,00
3,5 156 16,4 0,70 11,48 1,71 7,10
3,5 156 16,3 0,70 11,44 1,70 7,07
9
4,0 145 15,2 0,80 12,18 1,59 7,52
4,0 148 15,5 0,80 12,43 1,62 7,68
4,0 148 15,5 0,80 12,45 1,62 7,69
10
4,5 133 14,0 0,90 12,60 1,46 7,78
4,5 135 14,2 0,90 12,79 1,48 7,90
4,5 137 14,4 0,90 12,98 1,50 8,02
11
4,7 125 13,1 0,94 12,37 1,37 7,64
4,7 133 13,9 0,94 13,09 1,45 8,09
4,7 128 13,4 0,94 12,63 1,40 7,80
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan model kincir angin tipe giromill dengan variasi
bentuk sudu airfoil NACA 0024 dengan kecepatan angin 7,2 m/s. (Lanjutan)
No
Gaya
pengimbang
(F)
Putaran
kincir
(n)
Kecepatan
sudut
(ω)
Beban
torsi
(T)
Daya
output
Pout
Tip
speed
ratio
(λ)
Koefisien
daya Cp
(N) (rpm) (rad/s) N.m watt (%)
12
4,9 120 12,6 0,98 12,35 1,31 7,63
4,9 126 13,1 0,98 12,93 1,37 7,99
4,9 123 12,8 0,98 12,62 1,34 7,80
13
5,1 110 11,5 1,02 11,75 1,20 7,26
5,1 102 10,6 1,02 10,90 1,11 6,73
5,1 98 10,2 1,02 10,47 1,07 6,47
4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan
Setelah data-data sudah diperoleh maka data tersebut akan diolah kembali
dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara kecepatan putar poros
kincir angin (𝑛) dengan beban torsi (𝑇) dan mengetahui hubungan antara koefisien
daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (λ). Grafik dibuat sesuai dengan variasi sudu
yang digunakan pada model kincir angin tipe giromill.
4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir Angin
Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0018.
a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros kincir angin tipe giromill
dengan variasi sudu airfoil NACA 0018
Pada Gambar 4.1 dapat disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang
diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar,
sedangkan kecepatan putar kincir angin akan berkurang seiring bertambahnya
beban. Pada penelitian kincir angin model giromill dengan variasi sudu airfoil
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
NACA 0018 yang dilakukan pada kecepatan angin 7,3 m/s menghasilkan torsi
maksimal sebesar 1,38 N.m pada kecepatan putar kincir sebesar 143 rpm
sedangkan kecepatan putar optimal mencapai 292 rpm pada saat tanpa beban.
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada model
kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018.
Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ) pada
model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018.
0
40
80
120
160
200
240
280
320
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Kec
epata
n p
uta
r k
inci
r, n
(rp
m)
Torsi, T (N.m)
Cp= -8,429tsr2 + 30,28tsr - 13,29
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Koef
isie
n d
aya , C
p(%
)
Tip speed ratio, λ
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
b. Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir angin tipe
giromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018
Pada Gambar 4.2 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya
(Cp) diperoleh persamaan Cp= -8,429λ 2 + 30,28λ - 13,29. Dari persamaan tersebut
dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien daya
maksimal dengan cara sebagai berikut :
Cp = −8,429𝜆2 + 30,28𝜆 − 13,29
𝑑Cp
𝑑 𝜆 = 2(−8,429𝜆) + 30,28
0 = −16,858𝜆 + 30,28
𝜆 = 30,28
16,858
λ = 1,796
Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 1,796 maka dapat disubstitusikan
kedalam persamaan Cp= -8,429 λ 2 + 30,28 λ - 13,29 untuk mengetahui koefisien
daya maksimal.
Cp = −8,429𝜆2 + 30,28𝜆 − 13,29
Cp = −8,429(1,796)2 + 30,28(1,796) − 13,29
Cp = −27,192 + 54,383 − 13,29
Cp = 13,90
Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 13,90 %
pada saat nilai tip speed ratio optimal sebesar 1,796.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir Angin
Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0021.
a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros kincir angin tipe giromill
dengan variasi sudu airfoil NACA 0021
Pada Gambar 4.3 dapat disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang
diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar,
sedangkan kecepatan putar kincir angin akan berkurang seiring bertambahnya
beban. Pada penelitian kincir angin model giromill dengan variasi sudu airfoil
NACA 0021 yang dilakukan pada kecepatan angin 7,2 m/s menghasilkan torsi
maksimal sebesar 1,1 N.m pada kecepatan putar kincir sebesar 118 rpm
sedangkan kecepatan putar optimal mencapai 251 rpm pada saat tanpa beban.
Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada model
kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021.
b. Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir angin tipe
giromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021
0
40
80
120
160
200
240
280
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Kec
epata
n p
uta
r k
inci
r, n
(rp
m)
Torsi, T (N.m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.4 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ) pada
model kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021
Pada Gambar 4.4 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya
(Cp) diperoleh persamaan Cp = -6,879 λ 2 + 20,86 λ - 6,076. Dari persamaan
tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat
koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :
Cp = −6,879𝜆 2 + 20,86𝜆 − 6,076
𝑑Cp
𝑑 𝜆 = 2(−6,879𝜆 ) + 20,86
0 = −13,758𝜆 + 20,86
λ = 20,86
13,758
λ = 1,516
Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 1,516 maka dapat disubstitusikan
kedalam persamaan Cp = -6,879 λ 2 + 20,86 λ - 6,076 untuk mengetahui koefisien
daya maksimal.
Cp = -6,879tsr2 + 20,86tsr - 6,076
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Koef
isie
n D
aya , C
p(%
)
Tip speed ratio (λ)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Cp = −6,879𝜆 2 + 20,86𝜆 – 6,076
Cp = −6,879(1,516)2 + 20,86(1,516) – 6,076
Cp = −15,809 + 31,624 – 6,076
Cp = 9,739
Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 9,739 %
pada saat nilai tip speed ratio optimal sebesar 1,516.
4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Pada Model Kincir Angin
Tipe Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil NACA 0024.
a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros kincir angin tipe giromill
dengan variasi sudu airfoil NACA 0024
Gambar 4.5 Grafik hubungan kecepatan putar kincir dengan torsi pada model
kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0024
Pada Gambar 4.5 dapat disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang
diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar,
sedangkan kecepatan putar kincir angin akan berkurang seiring bertambahnya
0
40
80
120
160
200
240
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Kec
epata
n p
uta
r k
inci
r, n
(rp
m)
Torsi, T (N.m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
beban. Pada penelitian kincir angin model giromill dengan variasi sudu airfoil
NACA 0024 yang dilakukan pada kecepatan angin 7,2 m/s menghasilkan torsi
maksimal sebesar 1,02 N.m pada kecepatan putar kincir sebesar 98 rpm
sedangkan kecepatan putar optimal mencapai 227 rpm pada saat tanpa beban.
b. Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir angin tipe
giromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021
Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ) pada
kincir angin tipe geromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0021
Pada Gambar 4.6 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya
(Cp) diperoleh persamaan Cp= -6,992 λ 2 + 18,86 λ - 5,026. Dari persamaan
tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat
koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :
Cp = −6,992𝜆 2 + 18,86𝜆 – 5,026
𝑑Cp
𝑑 𝜆 = 2(−6,992𝜆 ) + 18,86
0 = −13,984𝜆 + 18,86
Cp= -6,992tsr2 + 18,86tsr - 5,026
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Koef
isie
n d
aya , C
p(%
)
Tip speed ratio (λ)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
λ = 18,86
13,984
λ = 1,348
Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 1,348 maka dapat disubstitusikan
kedalam persamaan Cp= -6,992 λ 2 + 18,86 λ - 5,026 untuk mengetahui koefisien
daya maksimal.
Cp = −6,992𝜆 2 + 18,86𝜆 – 5,026
Cp = −6,992(1,348)2 + 18,86(1,348) – 5,026
Cp = −12,614 + 25,423 – 5,026
Cp = 7,78
Dari perhitungan tersebut diperoleh Koefisien daya maksimal sebesar 7,78 %
pada saat nilai tip speed ratio optimal sebesar 1,348.
4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Bentuk Sudu
Berikut merupakan grafik perbandingan antara kecepatan putar poros kincir
angin (𝑛) dengan beban torsi (𝑇) dan mengetahui hubungan antara koefisien daya
(𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (λ). Dengan membandingkan tiga variasi sudu yang
digunakan yaitu sudu bentuk airfoil NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024.
4.5.1 Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Model Kincir Angin
Tipe Giromill dengan Tiga Variasi Sudu Yang Digunakan.
Pada Gambar 4.7 diketahui bahwa torsi maksimal diperoleh pada kincir angin
model giromill dengan variasi sudu airfoil NACA 0018 dengan nilai torsi sebesar
1,38 N.m pada kecepatan putar kincir angin sebesar 143 rpm. Dibandingkan
dengan ketiga variasi sudu yang digunakan pada saat pengujian tanpa beban
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
didapatkan kecepatan putar tertinggi sebesar 292 rpm pada kincir angin model
giromill dengan variasi sudu NACA 0018
.Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir untuk ketiga
variasi dudu yang digunakan.
4.5.2 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Daya Kincir Angin
Model Giromill dengan Variasi Sudu Airfoil Yang Digunakan
Gambar 4.8 Grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya (Cp) untuk
ketiga variasi sudu yang digunakan
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Koef
isie
n D
aya , C
p(%
)
Tip Speed Ratio (λ)
NACA 0024
NACA 0021
NACA 0018
0
50
100
150
200
250
300
350
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Kec
epata
n p
uta
r k
inci
r, n
(rp
m)
Torsi, T (N.m)
NACA 0018
NACA 0021
NACA 0024
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
Pada Gambar 4.8 Diketahui bahwa dari ketiga variasi yang digunakan pada
kincir angin model giromill, koefisien daya maksimal (Cp) terdapat pada variasi
sudu NACA 0018 yaitu sebesar 13,90 % dengan nilai tip speed ratio (λ) optimal
sebesar 1,796. Untuk ketiga variasi sudu yang digunakan semakin besar
presentase ketebalan sudu maka koefisien daya yang dihasilkan akan semakin
menurun dan kecepatan putar kincir juga akan menurun.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang sudah dilakukan pada kincir angin model giromill
dengan variasi sudu yang digunakan NACA 0018, NACA 0021 dan NACA 0024,
maka dapat disimpulkan bahwa :
a. Telah dibuat model kincir angin tipe giromill menggunakan 6 sudu yang
terbagi dalam 2 tingkat dengan variasi sudu airfoil NACA 0018, NACA
0021 dan NACA 0024 dengan panjang chord 22 cm.
b. Dari ketiga variasi yang digunakan menunjukkan bahwa, hasil terbaik
diperoleh dari model kincir angin tipe giromill menggunakan sudu airfoil
NACA 0018. Pada kecepatan angin 7,3 m/s torsi optimal yang dapat
diterima sebesar 1,38 N.m dengan kecepatan putar 143 rpm, sedangkan
penggunaan sudu NACA 0021 dan NACA 0024 mengalami penurunan
torsi dan kecepatan putar.
c. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, pada model kincir angin yang
menggunakan sudu airfoil NACA 0018 menghasilkan unjuk kerja terbaik
dengan koefisien daya maksimal sebesar13,90% pada tip speed ratio
optimal 1,796. Pada penggunaan sudu NACA 0021 menghasilkan
Koefisien daya maksimal sebesar 9,739% pada tip speed ratio optimal
sebesar 1,516 dan pada penggunaan sudu NACA 0024 menghasilkan
Koefisien daya maksimal sebesar 7,78% pada tip speed ratio optimal
sebesar 1,348.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
5.2 Saran
Setelah dilakukan penelitian ini ada beberapa saran yang bisa digunakan
untuk penelitian yang akan dilakukan kedepannya, sebagai berikut :
a. Lakukan penelitian dengan menambah atau mengurangi variasi jumlah
sudu, karena pada penggunaan jumlah sudu 6 dan terbagi menjadi 2
tingkat, putaran awal sangat susah untuk dicapai.
b. Perbanyak dalam variasi chord yang digunakan.
c. Perhatikan pada saat pemasangan poros karena jika tidak presisi akan
mengurangi kinerja kincir angin.
d. Lakukan pemilihan material yang sesuai.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
DAFTAR PUSTAKA
Daryanto, Y. 2007, Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu,
Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengolahahan Energi
Nasional
El-Samanoudy ,M . Ghorab, Youssef, 2010, “Effect Of Some Design Parameters
On The Performance Of A Giromill Vertikal Axis Wind Turbine”, Am
Shams University
Gautama, B. 2016, Unjuk Kerja Model Kincir Angin Giromill Dengan Sudu
NACA 0015 Dan Panjang Chord 15 cm, Tugas Akhir, Program Studi
Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta 2016. Diakses : 25 oktober 2016
Suseno, Michael. 2011, Airfoil, michael-suseno.blogspot.co.id. Diakses tanggal 26
agustus 2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI