BAB II DASAR TEORI
DATA DAN PERHITUNGAN
4.2.4 Daya Angin Yang Diterima Cara menghitung daya angin adalah : Cara menghitung daya angin adalah :
= 0,5 ∙ ρ ∙ A ∙ V yang dalam hal ini :
Pin = daya angin (watt)
ρ = massa jenis udara (kg/m3)
A = luas permukaan penampang kincir yang terkena angin (m2) V = kecepatan angin (m/s).
Diasumsikan untuk massa jenis udara memiliki nilai : 1,2 kg/m3 , maka : = 0,6 ∙ A ∙ V
Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dengan sudu ukuran 30x24 dan kecepatan angin 7,8 m/s :
= 0,6 ∙ A ∙ V
= 0,6 ∙ 0,42 m ∙ 7, 8 = 118,39 watt
Data perhitungan lainnya bisa dilihat di Tabel L.4.2, L.5.2, L.6.2 pada lampiran. 4.2.5 Daya Poros
Cara menghitung daya poros adalah : = 2п ∙ ∙ T
yang dalam hal ini : = daya poros (watt) n = putaran poros (rpm)
Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari Tabel 4.15 baris ke-4 : = 2п ∙ 60 ∙ Tn
= 2(3,14) ∙ 63,960 ∙ 0,31 = 2,07 watt
Data perhitungan lainnya bisa dilihat di Tabel L.4.3, L.5.3, L.6.3 pada lampiran. 4.2.6 Daya Generator dan Efisiensi Sistem
Cara menghitung daya generator adalah : = V ∙ I
yang dalam hal ini :
= daya generator (watt) = tegangan (volt) = arus (ampere)
Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari Tabel 4.15 baris ke 4 : = V ∙ I
= 1,47 ∙ 0,229 = 0,337 watt Efisiensi Sistem :
Cara menghitung efisiensi sistem adalah = ∙ 100 %
yang dalam hal ini : = efisiensi sistem (%)
Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari Tabel L.6.2 pada lampiran untuk ukuran sudu 30x24 :
= PP ∙ 100 % = 118,39 ∙ 100 %0,337 = 0,28 %
Data perhitungan lainnya bisa dilihat di Tabel L.4.1 - L.6.4 pada lampiran. 4.2.7 Koefisien Daya (Cp)
Cara menghitung koefisien daya adalah :
= P ∙ 100 %P yang dalam hal ini :
= koefisien daya (%)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari data penelitian Tabel 4.15 baris ke 4 :
= P ∙ 100 %P = 118,39 ∙ 100 %2,07 = 1,75 %
Data perhitungan lainnya bisa dilihat di Tabel L.4.4, L.5.4, L.6.4 pada lampiran. 4.2.8 Tip Speed Ratio
Cara menghitung TSR adalah :
= 2пrn60V yang dalam hal ini :
TSR : tip speed ratio r = jari jari kincir (m)
n = putaran poros kincir (rpm) V = kecepatan angin (m/s)
Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari Tabel 4.15 baris ke 4 : TSR = 2(3,14) ∙ (0,33) ∙ (63,9) / 60 ∙ (7,8)
TSR = 0,28 %
Data perhitungan lainnya bisa dilihat di Tabel L.4.3, L.5.3, L.6.3 pada lampiran. 4.3 Grafik Hasil Perhitungan
Dari hasil perhitungan yang sudah dilakukan dibuatlah grafik sebagai berikut : a. Grafik hubungan antara torsi statis dengan kecepatan angin
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan torsi statis untuk tiga variasi ukuran sudu
Gambar 4.1 menjelaskan tentang hubungan kecepatan angin dengan torsi statis yang diperoleh melalui penelitian. Dijelaskan bahwa semakin tinggi kecepatan angin torsi yang diperoleh semakin besar. Pada grafik diperoleh torsi yang terbesar (1,34 Nm) dimiliki oleh sudu ukuran 30x24 pada kecepatan
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 2 4 6 8 10 To rsi (Nm ) Kecepatan Angin (m/s) 20x24 25x24 30x24
angin7,8 m/s. Dan maksud torsi statis ini adalah untuk mengetahui seberapa besar kekuatan kincir / kemampuan kincir terhadap kecepatan angin.
b. Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan TSR 1. Tanpa beban tambahan
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR tanpa beban tambahan untuk tiga variasi ukuran sudu.
Gambar 4.2 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip
Speed Ratio pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik Tip Speed
Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,62 % dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,71 %.
2. Beban tambahan 8 watt
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR dengan beban 8 watt untuk tiga variasi ukuran sudu.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Cp % TSR 20x24 25x24 30x24 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Cp % TSR 20x24 25x24 30x24
Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip
Speed Ratio pada variasi beban tambahan 8 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed
Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,84 % dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,65 %.
3. Beban tambahan 16 watt
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR dengan beban 16 watt untuk variasi tiga ukuran sudu.
Gambar 4.4 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip
Speed Ratio pada variasi beban tambahan 16 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed
Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,91 % dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,54 %.
4. Beban tambahan 24 watt
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR dengan beban 24 watt untuk variasi tiga ukuran sudu.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Cp % TSR 20x24 25x24 30x24 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Cp % TSR 20x24 25x24 30x24
Gambar 4.5 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip
Speed Ratio pada variasi beban tambahan 16 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed
Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,95 % dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,54 %.
5. Beban tambahan 32 watt
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR dengan beban 32 watt untuk variasi tiga ukuran sudu.
Gambar 4.6 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip
Speed Ratio pada variasi beban tambahan 32 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed
Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,88 % dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,69 %. c. Grafik hubungan daya poros dengan kecepatan angin
1. Tanpa beban tambahan
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin tanpa beban tambahan untuk tiga variasi ukuran sudu.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Cp % TSR 20x24 25x24 30x24 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0 2 4 6 8 10 P. poros (watt) Kecepatan angin (m/s) 20x24 25x24 30x24
Gambar 4.7 menunjukkan hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,92 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dan daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,33 watt pada kecepatan angin 6,5 m/s.
2. Beban tambahan 8 watt
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan beban tambahan 8 watt untuk tiga variasi ukuran sudu.
Gambar 4.8 menunjukkan hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 2,18 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dan daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,30 watt pada kecepatan angin 6,5 m/s.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0 2 4 6 8 10 P. poros (watt) Kecepatan angin (m/s) 20x24 25x24 30x24
3. Beban tambahan 16 watt
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan beban tambahan 16 watt untuk tiga variasi ukuran sudu.
Gambar 4.9 menunjukkan hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 2,26 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dan daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,25 watt pada kecepatan angin 6,5 m/s.
4. Beban tambahan 24 watt
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan beban tambahan 24 watt untuk tiga variasi ukuran sudu.
Gambar 4.10 menunjukkan hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 2,26 watt pada
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0 2 4 6 8 10 P. poros (watt) Kecepatan angin (m/s) 20x24 25x24 30x24 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0 2 4 6 8 10 P. poros (watt) Kecepatan angin (m/s) 20x24 25x24 30x24
kecepatan angin 7,8 m/s dan daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,25 watt pada kecepatan angin 6,5 m/s.
5. Beban tambahan 32 watt
Gambar 4.11 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan beban tambahan 32 watt untuk tiga variasi ukuran sudu.
Gambar 4.11 menunjukkan hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 2,23 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dan daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,32 watt pada kecepatan angin 6,5 m/s.
4.4 Pembahasan
Pada penelitian ini diketahui cara kerja sudu adalah membuka dan mengatup secara otomatis yang bekerja dengan adanya tiupan angin. Saat posisi sudu terbuka berarti itulah sudu yang menerima angin dan pada saat posisi sudu mengatup memiliki tujuan untuk mengurangi rugi-rugi pada saat kincir angin berputar karena melawan arah angin.
Sesuai dengan prinsip kerjanya, dari hasil tiupan angin yang memutar kincir lalu meneruskan energi yang diterima ke poros dan akhirnya diteruskan ke generator dan menghasilkan listrik.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 0 2 4 6 8 10 P. po ros (watt ) Kecepatan angin (m/s) 20x24 25x24 30x24
Diperoleh data dari hasil penelitian, dilihat untuk daya dan koefisien daya terlebih dahulu. Daya poros yang dihasilkan tergolong kecil, yaitu maksimal diperoleh 2,38 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dengan ukuran sudu 30x24. Dan untuk koefisien daya (CP) terbesarnya diperoleh 2,45 % pada kecepatan angin 6,4 m/s dengan ukuran sudu 30x24.
Untuk perhitungan TSR dan koefisien daya diperoleh koefisien daya terbesar adalah 2,45 % pada TSR 0,31 dengan ukuran sudu 30x24 dan pada kecepatan angin 6,4 m/s. Nilai TSR sangat dipengaruhi oleh jari-jari kincir angin.
Terdapat banyak faktor yang dapat menentukan besar kecilnya nilai daya pada kincir. Salah satunya adalah mengurangi rugi rugi gesekan dengan mengganti bantalan yang sudah seret. Poros kincir yang oleng juga mempengaruhi, karena putaran kincir yang dihasilkan tidak stabil. Sudut yang ditentukan pada saat mengatup juga mempengaruhi, karena berpengaruh terhadap besar kecilnya permukaan yang diterima angin.
Putaran poros (rpm) yang diperoleh relative kecil yaitu antara 11,9 rpm pada kecepatan angin 6,5 m/s (sudu 20x24) hingga 75,1 rpm pada kecepatan angin 7,8 m/s (sudu 30x24).
Dari hasil data pengujian diperoleh bahwa semakin besar kecepatan angin maka nilai torsi statis dan daya kincir yang dihasilkan semakin besar karena akan mempengaruhi putaran poros. Begitu juga dengan ukuran sudu yang digunakan, semakin besar ukuran sudu semakin besar juga nilai torsi statis yang dihasilkan kincir angin, karena luasan permukaan yang diperoleh.
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Didapat kesimpulan yang merupakan data maksimal dari penelitian, bahwa : 1. Kincir angin dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm diperoleh torsi statis 0,95
Nm, daya 1,56 watt pada kecepatan angin 8 m/s, dan koefisien daya 1,78 % pada TSR 0,22.
2. Kincir angin dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm diperoleh torsi statis 1,20 Nm, daya 2,17 watt pada kecepatan angin 8 m/s, dan koefisien daya 2,02 % pada TSR 0,28.
3. Kincir angin dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm diperoleh torsi statis 1,56 Nm, daya 2,38 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s, dan koefisien daya 2,17 % pada TSR 0,26.
4. Kincir angin dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm diperoleh efisiensi sistem 0,25 % pada kecepatan angin 8 m/s dan pada TSR 0,23.
5. Kincir angin dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm diperoleh efisiensi sistem 0,31 % pada kecepatan angin 8 m/s dan pada TSR 0,28.
6. Kincir angin dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm diperoleh efisiensi sistem 0,33 % pada kecepatan angin 7,8 m/s dan pada TSR 0,33.
Dari hasil penelitian dan pengolahan data yang diperoleh, disimpulkan untuk hasil koefisien daya dan efisiensi sistem kincir angin mengalami kenaikan yang
dipengaruhi oleh luas penampang sudu dan kecepatan angin. Berarti semakin besar luas penampang sudu yaitu pada ukuran 30 cm x 24 cm dan kecepatan angin mencapai maksimal yaitu 8 m/s, maka nilai koefisien daya dan efisiensi sistem akan semakin naik.
5.2 SARAN
Beberapa hal penting yang bisa menjadi saran untuk penelitian berikutnya : 1. Jika ingin melakukan penambahan sekat, sebaiknya digunakan bahan yang
lebih ringan untuk mencegah penambahan berat yang berpengaruh terhadap putaran poros.
2. Bantalan bearing wajib dicek, untuk menghindari bearing seret sehingga poros tidak berputar maksimal.
3. Dalam pembuatan kincir, poros pada kincir harus lurus jangan sampai bengkok sedikit. Karena putaran poros nanti tidak akan stabil.
4. Sudut pada saat sudu membuka – mengatup juga diperhatikan, kemungkinan untuk menambah luas permukaan angin atau mengurangi rugi – rugi pada saat kincir berputar.