BAB II DASAR TEORI
2.9 Matriks
2.9.1 Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Matriks
1. Polymer Matriks Composite (PMC) merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan karat, korosi dan lebih ringan. Matriks polymer terbagi menjadi 2 yaitu:
a) Termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irrversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel,seperti jenis-jenis melamin.
b) Termoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali dengan menggunakan panas. Termoplastik merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila disinginkan.
Tabel 2.2 Kekuatan resin thermoplastic
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT.
Pradnya Paramita 2005. Dikopolimerkan Dengan
Akrilonotril 6,6 - 8,4 1,5 -
Tabel 2.3 Kekuatan resin thermoset
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT.
Pradnya Paramita 2005.
2. Ceramic Matriks Composite (CMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks keramik.
3. Metal Matriks Composite (MMC) adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam.
Gambar 2.9 Gambar Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Matrik (Sumber :
https://yudiprasetyo53.wordpress.com/2011/12/04/aplikasi-biokomposit-pada-bidang-otomotif/) 2.9.2 Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Penguat
Ada 3 jenis matriks berdasarkan penguat:
1. Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bias berupa glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, dan sebagainya. Fiber ini bias disusun secara acak maupundengan orientasi tertentu bahkan bias juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
2. Komposit struktur merupakan suatu struktur yang terdiri dari dua elemen struktur dengan bahan material yang berbeda dan bekerja bersama-sama membentuk suatu kesatuan, dimana masing-masing bahan material tersebut mempunyai kekuatan sendiri-sendiri.
Contoh struktur komposit yaitu baja dengan beton, kayu dengan beton, beton biasa dengan beton pratengang.
3. Komposit partikel merupakan komposit jenis komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Gambar 2.10 Gambar Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Penguat
(Sumber : https://yudiprasetyo53.wordpress.com/2011/12/04/aplikasi-biokomposit-pada-bidang-otomotif/)
Gambar 2.11 Gambar Ilustrasi Komposit Berdasarkan Penguat (Sumber :http://slideplayer.info/slide/12130376)
Gambar 2.12 Tipe Serat Fiber
2.9.3 Komposit Berdasarkan Serat
Ada 2 matriks serat berdasarkan serat yaitu:
1. Discontinuous adalah tipe komposit dengan tipe pendek. Tipe ini terbagi menjadi 2 jenis yaitu aligned dan randomly.
2. Continuous, mempunyai serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.
2.9.4 Komposit Berdasarkan Discontinous
Ada 2 matriks berdasarkan discontinuous yaitu:
1. Aligned merupakan komposit dengan serat panjang yang tersusun rapi pada posisi horizontal diantara matriksnya.
2. Randomly discountinous merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis seratacak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.
2.10 Serat
Serat adalah salah satu unsur penyusun bahan komposit. Serat inilah yang terutama menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan
serta sifat-sifat mekanik lainnya. Serat inilah yang menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada bahan komposit.
Jenis-jenis serat dibagi menjadi 2 yaitu:
1. Serat alam adalah serat yang berasal dari tumbuhan, binatang, dan mineral. Contoh serat alam yaitu kapas, wol, sutra dan rami.
Gambar 2.13 Gambar Serat Alam
(Sumber : http://sarungpreneur.com/kerajinan-dari-bahan-alam-dari-nusantara-yang-harus-kamu-tahu/)
2. Serat buatan/sintetik adalah terbut dari komposisi yang ditentukan, hasil dari serat buatan/sintetik ini yaitu rayon, polyester,akril, dan nilon.
Gambar 2.14 Gambar Serat Buatan/Sintetik
(Sumber : http://pustakamateri.web.id/jenis-serat-tekstil-sintetis/) 2.11 Fiberglass
Fiberglass atau yang sering disebut kaca merupakan serat sintetis anorganik.
Serat dari kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan diameter 0,005 mm – 0,001 mm. serat ini biasa dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain (lembaran) yang akan digunakan untuk menjadi penguat sebuah komposit. Resin yang dicampurkan dengan fiberglass akan menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi.
Sifat-sifat fiberglass yaitu:
a. Density cukup rendah (skitar 2,55 g/cc).
b. Tensile strenghtnya cukup tinggi (sekitar 3,2 Gpa).
c. Stabilitas dimensinya baik.
d. Tahan korosi.
Keuntungan menggunakan fiberglass adalah:
a. Biaya murah.
b. Tahan korosi
c. Biaya relative rendah dari komposit lainnya.
Jenis-jenis fiberglass:
a. E-glass b. C-glass c. S-glass
Tabel 2.4 Sifat-sifat dari setiap jenis fiberglass
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT.
Pradnya Paramita 2005.
Tabel 2.5 Sifat-sifat serat
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT.
Pradnya Paramita 2005.
2.12 Resin
Resin adalah zat kimiawi yang bersifat agak kental, cenderung transparan, tidak larut dalam air, mudah terbakar dan akan mengeras dengan cepat. Menurut beberapa sumber, resin sudah dipakai sejak zaman purba kebanyakan sebagai pelapis pernis atau perekat contohnya adalah getah resin dammar, resin gumpalan dupa sebagai bahan pembuatan patung dan sesajian. Seiring berkembangnya jaman dan kemungkinan resin organic lebih susah diproduksi, manusia mulai membuat sintetis dari bahan-bahan kimia. Resin ini diproduksi bermacam-macam jenis yaitu:
1. Resin akrilik adalah rantai polimer yang terdiri dari unit-unit metal metakrilat yang berulang. Resin akrilik digunakan untu membuat basisi gigi tiruan dalam proses rehabilitative, untuk pelat ortodonsi, maupun restorasi crown and bridge.
2. Resin epoxy adalah suatu bahan kimia yang merupakan salah satu jenis resin yang dieroleh dari proses polimerisasi dari epoksida. Epoxy resin bereaksi dengan beberapa bahan kimia lain seperti amina poifungsi, asam serta fenol, dan alcohol, umumnya dikenal sebagai bahan pengeras atau harderner.
3. Resin melamin ini termasuk dalam golongan resin amino yang diproduksi mellui reaksi polikondensasi antara melamin dan formaldehida, resin ini mempunyai kelebihan yakni transparan, kekerasan (hardeness) yang lebih baik, tahan terhadap air, dan goresan.
2.13 Reinforcement
Reinforcement (penguat) adalah salah satu bagian utama dari komposit yang berperan untuk menahan beban yang diterima oleh material komposit sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari penguat yang digunakan. Bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Bahan yang umum digunakan adalah jenis partikel, serat alam, serat karbon, serat gelas dan keramik.
2.14 Tinjauan Pustaka
Kurniawan, 2017, “Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Berbahan Komposit Berdiameter 1 m Lebar Maksimum 12 cm Berjarak 18,5 cm dari Pusat Poros Dengan Variasi Panjang Sirip 10cm dan 13cm”. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kincir angin propeler tiga sudu menghasilkan koefisien daya maksimal yang tertinggi adalah 43,69 % dengan nilai tip speed ratio sebesar 3,89 pada variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s.
Mangu, 2016, “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros horizontal dua Sudu Bahan Komposit Diameter 1 m Lebar Maksimum 13 cm Dengan Jarak 12,5 cm Dari Pusat Poros”. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kincir angin kincir angin poros horizontal dua sudu menghasilkan koefisien daya maksimal yang tertinggi adalah 33,73 % pada tip speed ratio 5,66pada variasi kecepatan angin 6,4 m/s.
Wiranto, 2016, “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal Empat Sudu Berbahan Komposit Berdiameter 100 cm Lebar Maksimum 13 cm Dengan Jarak 20 cm Dari Pusat Poros”. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kincir
angin dengan variasi kecepatan 6,2 m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal sebesar 36,4 % dan tip speed ratio sebesar 2,9.
33
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja penelitian
Perancangan desain kincir angin
Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan kincir angin
Pembuatan sudu bahan komposit
Uji coba sudu
Menentukan variasi penelitian
Penngambilan data
Hasil penelitian, perhitungan, pengolahan data dan pembahasan
Kesimpulan dan saran
Tidak Mulai
Selesai
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu : 1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian keputakaan dilakukan dengan membaca literature-literature yang berhubungsn dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir angin yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai suber tenaga untuk emutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
3. Pengamatan Secara langsung (Observasi)
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeller pada wind tunel.
3.2 Alat Penelitian
Model kincir angin oropeler dengan bahan komposit. Kincir ini dibuat dengan diameter 1 meter.
1. Sudu kincir angin.
Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energy 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 3.1.
Gambar 3.1 Blade / Sudu 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 3.2
Gambar 3.2 Dudukan Sudu
3. Fan blower.
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp. Gambar 3.3 akan menunjukkan bentuk dari fan blower.
Gambar 3.3 Fan Blower
4. Tachometer.
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir angin yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup sedherhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data dan penampil. Gambar 3.4 menujukkan bentuk tachometer.
Gambar 3.4 Tachometer
5. Timbangan Digital.
Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.5 menunjukkan bentuk dari Timbangan Digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakkan pada bagian lengan generator.
Gambar 3.5 Timbangan Digital Gantung
6. Anemometer.
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari anemometer.
Gambar 3.6 Anemometer
7. Voltmeter.
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihailkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar Voltmeter seperti ditujukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Voltmeter 8. Amperemeter.
Amperemeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir angin dengan setiap variasinya. Gambar amperemeter seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Amperemeter.
9. Potensio.
Potensio ini digunakan untuk mengatur peningkatan dan pengurangan arus yang masuk menuju rangkaian lampu. Gambar potensio seperti ditunjukan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Potensio
10. Lampu Pijar.
Fungsi dari lampu pijar ini sebagai beban atau sebagai pengereman putaran kincir, dimana jika lampu menyala semakin terang maka putaran kincir akan semakin rendah. Gambar lampu pijar seperti ditunjukan pada Gambar 4.0.
Gambar 3.10 Lampu Pijar
11. Pembebanan.
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi volttase lampu yang diberikan bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu 60 watt sebanyak 5 buah, lampu 40 watt sebanyak 5 buah. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan pada Gambar 3. 11.
Gambar 3.11 Skema Pembebanan
3.3 Desain Sudu
Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12. Gambar tersebut menunjukkan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameternya berukuran 1 m dengan lebar maksimum sudu 16 cm. Gambar 4.2 menunjukkan desain dari sudu kincir angin.
Gambar 3.12 Desain Sudu
3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin 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 Tepung
Kuas Resin
Gunting Harderner
Gerinda Serat gelas
Amplas Isolasi
Timbangan Pipa 8 inchi
Kertas karton Plat besi
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade
Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.
Tahapan - tahapan pembuatan sudu seperti berikut : A. Pembuatan Cetakan Pipa :
1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.
Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu kincir angin yang berbahan dari komposit. Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 50 cm. setelah pipa dipotong, kemudian pipa dibelah menjadi dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan. Pipa yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8 inchi.
Gambar 3.13 Pemotongan Pipa PVC 8 inch
2. Membentuk Mal / cetakan kertas
Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi sebuah sudu / blade. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai sesuai mal menggunakan spidol.
Gambar 3.14 Membentuk Mal pada Kerta Karton
3. Membentuk pipa dengan mal kertas.
Pipa yang telah ditandai oleh mal kertas, kemudian dipotong menggunakan gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, pemotongan di mulai dari garis mal yang mudah dipotong.
Gambar 3.15 Membentuk Pipa dengan Mal Kertas Karton
4. Menghaluskan pipa.
Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas, kemudian tepi - tepi pipa dihaluskan menggunakan amplas. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah presisi ukuran dan estetika dari pipa.
B. Proses pencetakan sudu : 1. Pelapisan cetakan pipa.
Setelah cetakan dari pipa telah siap, kemudian dilanjutkan pada tahap dua yaitu pembuatan sudu / blade. Sebelum perpaduan dari resin dan hardener dioleskan dipermukaan cetakan. Mal pipa dilapisi dengan isolasi.
Hal ini bertujuan agar sudu yang sudah jadi tidak menempel pada cetakan dan mempermudah untuk melepas sudu dari cetakan.
Gambar 3.16 Pelapisan Cetakan menggunakan Isolasi
2. Pencampuran Resin dan Harderner.
Pencampuran resin dan harderner dilakukan dengan perbandingan 5 : 1. Resin berfungsi untuk mengeraskan campuran, hardener adalah bahan yang dikeraskan. Pencampuran kedua bahan seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Gambar 3.17 Pencampuran Resin dan Harderner 3. Pembuatan Sudu / Blade.
Dalam membuat sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari Resin, Hardener dan Serat Glass. Proses pembuatan sudu / blade dilakukan secara berulang dan cepat. Karena saya mengharapkan sebuah sudu yang jadi nantinya terdiri dari beberapa lapis glass sesuai variasi yang di tentukan. Diantara lapisan kedua dan ketiga serat glass diberikan sebuah plat besi dangan tebal 1 mm pada pangkal sudu yang berukuran 2 cm x 10 cm. Pemberian sebuah plat besipada lapisan serat glass bertujuan untuk menambah ketahanan pangkal sudu terhadap gaya tekan yang diberikan oleh baut.
Langkah-langkah pembuatan sudu sebagai berikut :
a. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada permukaan pipa yang telah dilapisi isolasi menggunakan kuas.
b. Menempelkan lapisan pertama serat gelas pada cetakan yang telah dioleskan campuran resin dan harderner.
c. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan serat glass pertama
d. Menempelkan serat glass untuk lapisan kedua.
e. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan serat glass kedua.
f. Menempelkan plat besi diantara lapisan kedua dan ketiga serat glass.
g. Menempelkan lapisan ketiga serat glass.
h. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan ketiga serat glass.
i. Menempelkan lapisan keempat serat glass.
j. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan keempat serat glass, proses ini dilakukan berulang-ulang sesuai dengan tebal yang diinginkan.
k. Setelah proses tersebut selesai, kemuduan lapisan paling atas dilapisi cetakan yang sama dan di jepit menggunakan penjepit kertas/klip.
l. Pengeringan Sudu / Blade.
Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu / blade dikeringkan dengan cara dijemur dibawah matahari.
Proses pengeringan yang dilakukan dibawah matahari memelukan waktu 2–3 hari.
m. Finishing Sudu / Blade.
Proses finishing sudu / blade meliputi : pemotongan, penghalusan, pengurangan berat sudu, dan pendempulan sudu / blade.
Yang dimaksud pengurangan berat sudu adalah menyamakan berat sudu menggunakan timbangan duduk digital.
n. Pembuatan Lubang Baut.
Pembuatan lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan diameter lubang baut 10.
3.5 Variasi Penelitian 1. Variasi Berat Sudu 2. Variasi Kecepatan Angin
3.6 Variabel Pengukuran 1. Kecepatan angin 2. Gaya pengimbang
3. Kecepatan putar poros kincir angin 4. Tegangan dan Arus output generator
3.7 Parameter Perhitungan 1. Daya angin
2. Daya kincir 3. Daya listrik 4. Kecepatan sudut 5. Torsi
6. Koefisien daya mekanis (Cp) 7. Tip speed ratio (tsr)
3.8 Langkah Penelitian
Gambar 3.18 Skema Penelitian
Langkah yang dilakukan sebelum pengembilan data penelitian adalah pemasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan komponen poros penhubung 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 dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.
2. Memasang Blade / Sudu pada dudukan sudu.
3. Memasang anemometer pada tiang didepan kincir angin untuk mengukur kecepatan angin.
4. Memasang timbangan digital gantung pada lengan generator.
5. Memasang generator pada poros kincir angin.
6. Merangkai pembebanan lampu pada generator.
7. Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kincir angin.
8. Percobaan pertama kincir angin dua sudu dengan kecepatan angin 5 m/s, percobaan kedua kincir angin dengan kecepatan 7 m/s.
9. Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara memumtar tombol invertor pada blower agar dapat menentukan variasi kecepatan angin.
10. Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang terukur pada timbangan digital.
11. Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan kincir angin dengan menggunakan tachometer.
12. Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.
50
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Tabel 4.1 Data Pengujian Dua Sudu dengan Variasi Berat 0,20 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s
NO.
Kec.
Angin Tegangan Putaran Kincir
Tabel 4.2 Data Pengujian Dua Sudu dengan Variasi Berat 0,24 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s
NO.
Kec.
Angin Tegangan Putaran Kincir
Tabel 4.3 Data Pengujian Dua Sudu dengan Variasi Berat 0,33 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s
NO.
Kec.
Angin Tegangan Putaran Kincir
Gaya
Penyeimbang Arus
m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 5 19.5 303 75 0.00
2 5 19.0 295 80 0.03
3 5 18.5 286 85 0.05
4 5 18.0 278 90 0.06
5 5 17.5 274 95 0.07
6 5 17.0 270 100 0.08
7 5 16.5 254 105 0.09
8 5 16.0 245 110 0.10
9 5 15.5 241 115 0.11
10 5 15.0 235 115 0.12
11 5 14.5 229 115 0.13
12 5 14.0 227 115 0.14
13 5 13.5 222 120 0.14
14 5 13.0 205 120 0.15
15 5 12.5 189 125 0.15
Tabel 4.4 Data Pengujian Dua Sudu dengan Variasi Berat 0,20 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s
NO.
Kec.
Angin Tegangan Putaran Kincir
Tabel 4.5 Data Pengujian Dua Sudu dengan Variasi Berat 0,24 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s
NO.
Kec.
Angin Tegangan Putaran Kincir
Tabel 4.6 Data Pengujian Dua Sudu dengan Variasi Berat 0,33 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s
NO.
Kec.
Angin Tegangan Putaran Kincir
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk mempermudah pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi (ɡ) = 9,81 m/s2 b. Massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg/m3 c. Luas penampang (Α) = 0,785 m2
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Sebagai contoh perhitungan di bawah ini menggunakan data pengujian kincir angin dua sudu variasi berat 0,20 kg dan kecepatan angin 5 m/s. maka
diketahui bahwa massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg / m3, luas penampang (Α) = 0,785 m2 dan kecepatan angin (v) = 5 m/s. Sehingga dapat dihitung angin sebesar:
Pin = ½ ρ A v3
Pin = ½ × 1,18 × 0,785 × 53 Pin = 58 watt
Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 58 watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilkukan besar torsi dapat kita hitung. Diambil dari tabel 4.7 pada pengujian keenam. Dari data yang diperoleh besaran gaya (F) = 1,23 N dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,27 m, maka torsi dapat dihitung :
T = F × l
T = 1,23 × 0,27
T = 0,33 N.m
Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,33 N.m.
4.2.3 Perhitungan Daya Mekanis
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.7 pada pengujian keenam diperoleh putaran poros (n) sebesar 242 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar (T) = 0,33 N.m, maka besarnya daya kincir dapat dihitung :
Pout = T × ω
Pout = 0,33
Pout = 0,33
Pout = 8,39 watt
Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 8,39 watt.
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik
Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari Tabel 4.7 pada pengujian keenam. Diperoleh tegangan sebesar 19,9 volt dan arus sebesar 0,08 ampere, maka daya listrik dapat dihitung :
Plistrik = V × I
Plistrik = 19,9 × 0,08
Plistrik = 1,59 watt
Jadi daya listrik yang dihasilkan sebesar 1,59 watt.
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.7 pad pengujian keenam diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 242 rpm, jari – jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 5 m/s, maka tip speed ratio dapat dihitung :
tsr =
tsr =
tsr = 2,53
Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 2,53.
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Sebagai contoh pehitungan diambil dari perhitungan diatas yakni, daya angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 58 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada sub bab 4.2.3 sebesar 8,39 watt, maka koefisien dapat dihitung :
Cp =
Cp =
Cp = 2,75 %
4.3 Data Hasil Perhitungan
Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software Microsoft Excel untuk menampilkan tabel dan grafik hubungan antara beban torsi (F) dan putaran poros kincir (n), grafik hubungan antara torsi (F) dan daya kincir mekanis (Pout), grafik hubungan antara torsi (F) dan daya listrik (Plistrik), dan grafik hubungan antara tip speed ratio (tsr) dan koefisien daya (Cp). pada Tabel 4.7, Tabel 4.8, Tabel 4.9, Tabel 4.10, Tabel 4.11, dan Tabel 4.12 menampilkan data hasil perhitungan untuk setiap variai berat sudu dan kecepatan angin.
Tabel 4.7 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,20 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s
NO
Tabel 4.8 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,24 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s
NO
Tabel 4.9 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,33 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s
NO
Tabel 4.10 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,20 kg dan
Tabel 4.11 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,24 kg dan
Tabel 4.11 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,24 kg dan