PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE ALUMINIUM TIPE FALCON TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT

(1)

PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE ALUMINIUM TIPE FALCON TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind

Turbine (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : ERWIN PRATAMA

20120130209

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

(2)

i

TUGAS AKHIR

PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE ALUMINIUM TIPE FALCON TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind Turbine

(HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Sarjana Strata-1 Pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : ERWIN PRATAMA

20120130209

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

(3)

iii

Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) Dengan Kapasitas 500 Watt” ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta,

(4)

iv

Motto

Syukuri apa yang kamu miliki

(5)

v

dengan baik dan tepat pada waktunya. Oleh karena itu, dengan rasa bangga dan bahagia saya sampaikan rasa syukur dan terimakasih saya kepada:

- Kedua orangtua saya yang selalu mendoakan serta memberikan segalanya. - Kakak-kakak saya yang senantiasa memberikan dukungan, semangat, senyum

dan doa untuk keberhasilan ini.

- Teman seperjuangan Ahmad Sayogo, Aditya Ivanda dan teman-teman Teknik Mesin UMY angkatan 2012 yang banyak membantu dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Dengan perjuangan dan kebersamaan kita pasti bisa! Semangat!!!

(6)

x DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN ... iii

HALAMAN MOTTO ... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

INTISARI ... vi

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1.Latar Belakang ... 1

1.2.Rumusan Masalah ... 2

1.3.Batasan Masalah ... 2

1.4.Tujuan Penelitian... 3

1.5.Manfaat Penelitian... 3

1.6.Metode Penulisan ... 3

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 4

2.1. Kajian Pustaka ... 4

2.2. Dasar Teori ... 5

2.2.1. Kincir Angin ... 5

2.2.2. Jenis Kincir Angin ... 6

2.2.3. Konsep Dasar Angin ... 7

2.2.4. Jenis-Jenis Angin... 8

(7)

xi

2.2.10. Daya Listrik ... 15

2.2.11. Daya Angin ... 15

2.2.12. Efisiensi Kincir Angin ... 16

BAB III METODE PENELITIAN ... 17

3.1. Pendekatan Penelitian ... 17

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian ... 17

3.3. Bahan Penelitian ... 17

3.4. Alat Penelitian ... 18

3.5. Diagram Alir Penelitian ... 18

3.6. Tahap Persiapan ... 19

3.7. Tahap Penelitian... 20

3.7.1. Perakitan Kincir Angin ... 20

3.7.2. Merangkai Elektrikal ... 20

3.7.3. Mengatur Sudut ... 21

3.7.4. Pengamatan Kecepatan Angin ... 21

3.7.5. Pengamatan Daya ... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22

4.1. Spesifikasi Kincir Angin ... 22

4.2. Pengujian Kincir Angin ... 24

4.2.1. Data Hasil Pengujian... 24

BAB V PENUTUP ... 39

5.1.Kesimpulan ... 39

5.2.Saran ... 39

DAFTAR PUSTAKA ... 40

(8)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Jenis Kincir Angin Poros Horizontal ... 6

Gambar 2.2. Jenis Kincir Angin Poros Vertikal ... 7

Gambar 2.3. Peta Potensi angin di Pandansimo ... 10

Gambar 3.1. Blade aluminium tipe falcon ... 18

Gambar 3.2. Diagram alir penelitian ... 19

Gambar 4.1. Kincir angin ... 22

Gambar 4.2. Komponen kincir angin ... 23

Gambar 4.3. Pengaturan sudut blade 20o pada hub ... 25

Gambar 4.4. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu ... 27

Gambar 4.5. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya ... 28

Gambar 4.7.Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu ... 31

Gambar 4.10. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu ... 35

Gambar 4.12. Grafik Hubungan Efisiensi Dengan Kecepatan Angin ... 37

Gambar 4.13. Skema Variasi Sudut Blade ... 38

(9)

xiii

(10)

xiv

Daftar Lampiran

(11)

(12)

iv

PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AlUMINIUM TIPE FALCON PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

DENGAN KAPASITAS 500 WATT Erwin Pratama

INTISARI

Penggunaan energi fosil seperti minyak, gas, dan batu bara secara besar-besaran menjadi ancaman serius bagi kehidupan manusia saat ini. Dampak yang dihasilkan adalah dapat menyebabkan menipisnya energi yang tak terbarukan. Hal ini perlu perhatian khusus dan antisipasi, diantaranya adalah dengan mengembangkan energi yang terbarukan. Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah besar, diantaranya energi angin. Pemanfaatan energi angin di Indonesia tergolong rendah, salah satunya karena belum banyak yang mengembangkan kincir angin dengan kecepatan angin rendah. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik peningkatan daya kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) pada kecepatan angin rendah.

Penelitian ini menggunakan kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine

(HAWT) blade aluminium tipe falcon dan melakukan variasi sudut serang pada blade sebesar 10°, 15°, dan 20°. Penelitian ini dilakukan di Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, metode penelitian yang dilakukan yaitu meliputi melakukan variasi sudut blade, pencatatan kecepatan angin menggunakan anemometer dan pencatatan daya listrik yang dihasilkan menggunakan

datalogger.

Hasil pengujian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa variasi sudut berpengaruh terhadap daya keluaran listrik yang dihasilkan kincir angin. Daya keluaran terbesar kincir angin dihasilkan pada sudut serang 10° sebesar 66,79 Watt pada kecepatan angin 3,6 m/dt.

(13)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Krisis energi fosil akhir akhir ini menjadi berita yang sering kali didengar. Penggunaan energi fosil seperti minyak, gas, dan batu bara secara besar-besaran menjadi ancaman serius bagi kehidupan manusia saat ini. Dampak yang dihasilkan adalah dapat menyebabkan menipisnya energi yang tak terbarukan. Hal tersebut mendesak pemerintah Indonesia untuk mengupayakan sumber energi baru dan terbarukan yang ramah lingkungan. Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah besar, beberapa diantaranya adalah bioethanol sebagai pengganti bensin, biodiesel untuk penganti solar, tenaga panas bumi, mikrohidro, tenaga surya, dan tenaga angin (Indarto, 2005).

Energi angin merupakan salah satu energi terbarukan yang ramah lingkungan, meskipun telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Angin terjadi karena ada perbedaan tekanan udara antara udara panas dan udara dingin. Pada setiap daerah keadaan tekanan udara dan kecepatan angin berbeda, energi angin yang tersedia di Indonesia belum sepenuhnya dimanfaatkan sebagai alternatif penghasil listrik. Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat.

(14)

2

Berdasarkan jenis sumbu putarnya, kincir terbagi menjadi 2 yaitu Kincir Angin Sumbu Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Kincir Angin Sumbu Vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Kincir jenis ini memanfaatkan gaya dorong (lift force) dan gaya tekan (drag force) pada sudu untuk berputar. Kecepatan putaran rotor ditentukan dengan besarnya ketersediaan angin dan besarnya gaya dorong sudu. Energi angin tidak dapat dilihat berapa banyaknya, akan tetapi energi angin yang ada pada waktu - waktu tertentu dapat digunakan untuk kincir angin.

Kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi. Kelebihan kincir angin adalah disamping sumber daya yang melimpah dan terbarui juga tidak meninbulkan dampak pencemaran lingkungan berupa gas buang. Namun saat ini kincir angin yang tersedia dipasaran rata-rata masih belum sesuai untuk kecepatan angin di Indonesia yang tergolong kecepatan rendah, yaitu antara 4-8 m/s. Dari rancangan blade yang telah dibuat, maka akan dilakukan penelitian kinerja kincir angin blade aluminium dengan tipe falcon di pantai selatan Yogyakarta dengan variasi sudut blade 10°, 15°, dan 20°.

1.1Rumusan Masalah

Bagaimana performa kincir angin HAWT dengan blade jenis falcon

berbahan aluminium dengan variasi sudut blade falcon 10o, 15o, dan 20o menggunakan spesifikasi generator dengan kapasitas 500 Watt.

1.2 Batasan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka batasan masalah yang muncul adalah :

a) Pengujian dilakukan di Pantai Baru, Pandansimo, Bantul.

(15)

1.3Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui karakteristik pembangkitan daya pada kincir angin dengan kapasitas daya maksimum 500 Watt dan tegangan maksimum 48 Volt.

2. Mengetahui sudut blade terbaik pada kincir angin Horizontal Axis Wind Kincire (HAWT) dengan blade falcon

1.4Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian alat ini adalah: 1. Bagi IPTEK

Dari perancangan alat ini diharapkan dapat menambah referensi tentang alat tepat guna dalam pengabdian masyarakat serta dapat dijadikan acuan dalam pengembangan kincir angin Sumbu Horizontal atau Horizontal Axis Wind Kincire (HAWT).

2. Bagi Masyarakat

Hasil perancangan alat ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu pembangkit listrik skala rumah tangga.

1.5Metode penulisan

Metode pengumpulan data yang dilakukan adalah :

1. Metode pustaka, yaitu dengan cara studi kepustakaan untuk mencari dasar teori yang ada kaitanya dengan kincir angin Sumbu Horizontal atau

Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT).

2. Metode observasi, digunakan untuk memperoleh data - data yang aktual dari

blade falcon tersebut agar bisa diaplikasikan dengan dasar teori yang ada. 3. Metode eksperimen, dengan melakukan uji coba setelah blade falcon selesai

(16)

4 BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1Kajian Pustaka

Prasetya (2015) menyebutkan bahwa pada penelitianya dengan rata-rata kecepatan angin di Indonesia yang tergolong rendah antara 0 sampai 5 m/s, namun terkadang bisa tiba-tiba sangat kencang pada waktu-waktu tertentu, maka sudut

blade an palin aik adala udut 15˚ den an nilai e i ien i e e a 4,44%.

Pada pengujiannya, Prasetya menggunakan blade tipe Naca 4412 dengan variasi sudut blade0˚, 10˚, dan 15˚.

Serah (2004) dalam menguji sebuah kincir angin sumbu horizontal tiga sudu (blade), alat yang diperlukan antara lain adalah komputer, anemometer, voltmeter, lampu 20 watt, dan kabel. Daya terbesar yang dihasilkan oleh sebuah kincir angin

Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) adalah 1,4 Watt dengan besar arus 0,42 Ampere dan tegangan 3,34 Volt pada kecepatan angin 5,7 m/dt pada sudut blade 20°.

Titanio (2015) dari pengujian kincir angin blade airfoil N-10 dengan sudut serang 10°, kincir angin dapat menghasilkan daya maksimum sebesar 30,1 Watt pada kecepatan angin 2,8 m/dt dengan efisiensi sebesar 40,9%.

Dari penelitian tersebut kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan blade airfoil N-10 jumlah blade 3 dapat menghasilkan daya sebesar 30,1 Watt dengan efisiensi kincir angin sebesar 40,9% pada kecepatan angin 2,8 m/dt dengan variasi sudut serang 10°. Variasi sudut serang dan jenis blade pada kincir angin sangat berpengaruh terhadap performa kincir angin. Dari penelitian diatas maka dapat disimpulkan bahwa kincir angin Horizontal Wind Axis Turbin

(HAWT) dengan jumlah blade 3 bekerja optimal pada sudut serang 10°.

(17)

2.2 Dasar teori 2.2.1 Kincir Angin

Kincir angin awalnya dibuat untuk mengakomodasikan kebutuhan petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dan lain lain. Kincir angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lain yang lebih dikenal dengan Windmill. Pada saat ini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan adanya prinsip konversi energi. Kincir angin merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik menjadi energi gerak, dimana energi penggeraknya berasal dari angin. Energi gerak selanjutnya diteruskan berupa putaran sudu dan poros generator sehingga menghasilkan energi listrik.

Sesuai dengan namanya, kincir angin menggunakan energi kinetik dari angin sebagai tenaga pendorongnya. Angin menggerakkan bilah kincir yang berputar pada porosnya, pada gilirannya mendorong perangkat tertentu, misalnya generator untuk menghasilkan listrik. Kincir yang berputar ini terhubung ke generator, bisa juga melalui gearbox atau langsung.

(18)

6

2.2.2 Jenis Kincir Angin

A. Tipe Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

Kincir angin sumbu Horizontal (HAWT) memiliki sudu yang berputar dalam bidang vertikal, seperti propeler pesawat terbang. Kincir angin tipe horizontal

mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus dimana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari pada aliran udara di sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang sudu dan daerah tekanan tinggi pada sisi depan sudu. Perbedaan tekanan tersebut akan membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar.

Gambar 2.1 Jenis Kincir Angin Poros Horizontal Sumber : www.getsttpn.com,2016

B. Tipe Vertikal Axis Wind Turbine (VAWT)

(19)

Gambar 2.2 Jenis Kincir Angin Poros Vertikal

Sumber : www.getsttpn.com,2016 2.2.3 Konsep Dasar Angin

Angin merupakan udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran angin dari suatu tempat yang memiliki tekanan tinggi ke suatu tempat yang memiliki tekanan rendah, atau suatu tempat yang memiliki temperatur rendah ke wilayah yang memiliki temperatur tinggi. Pada dasarnya, kecepatan angin dipengaruhi oleh ketinggian dan letak suatu tempat. Apabila letak suatu tempat berada dekat dengan garis katulistiwa, maka kecepatan angin akan lebih cepat dibandingkan dengan tempat yang berada lebih jauh dari garis katulistiwa. Begitu juga dengan ketinggiannya, semakin tinggi suatu tempat, maka angin yang berhembus juga akan semakin cepat. Hal tersebut disebabkan oleh semakin tinggi suatu tempat, maka gaya gesekan yang dipengaruhi oleh permukaan bumi yang tidak datar akan semakin kecil.

(20)

8

Pemanfaatan energi angin selain dapat mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil, diharapkan juga dapat meningkatkan produktifitas masyarakat pertanian. Walaupun pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana saja, daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin ini lebih kompetitif dibandingkan dengan energi alternatif lainnya.

2.2.4 Jenis - Jenis Angin

Angin timbul akibat sirkulasi di atmosfer yang dipengaruhi oleh aktifitas matahari dalam menyinari bumi yang berotasi. Dengan demikian, garis katulistiwa akan menerima energi matahari lebih banyak daripada di daerah kutub, dengan kata lain, udara di daerah katulistiwa memiliki tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan daerah kutub. Perbedaan berat jenis dan tekanan inilah yang akan menimbulkan pergerakan udara. Berdasarkan prinsip dari terbentuknya angin, maka angin dapat dibedakan sebagai berikut:

A. Angin Tetap

Jenis angin yang pertama adalah angin tetap. Angin tetap yaitu adalah angin yang mempunyai arah berhembus yang tetap sepanjang tahunnya. Angin tetap ini ini dibagi menjadi dua macam, yakni angin pasat dan juga angin antipasat. Angin pasat merupakan angin yang bertiup dari daerah subtropik menuju ke equator atau khatulistiwa. Sedangkan angin antipasat merupakan angin yang bertiup dari daerah equator menuju ke daerah subtropik.

B. Angin Muson atau Angin Musim

Angin muson atau angin musim adalah angin yang berhembus secara periodik (minimal 3 bulan) dan antara periode yang satu dengan periode lainnya mempunyai pola yang berlawanan yang berganti ganti arah secara berlawanan pada stiap setengah tahunnya. Setengah tahun pertama biasanya akan bertiup angin darat yang kering dan setengah tahun berikutnya akan bertiup angin laut yang bersifat basah.

C. Angin Darat

(21)

angin ini sering dimanfaatkan oleh nelayan- nelayan tradisional untuk berangkat melalut.

D. Angin Laut

Angin laut ini merupakan angin yang bertiup dari lauta menuju ke daratan. Angin ini umumnya bertiup pada siang hari, yakni mulai pukul 09.00 hingga pukul 16.00, angin ini biasnya dimanfaatkan nelayan tradisional untuk menuju pulang sehabis melaut.

E. Angin Lembah

Angin lembah merupakan angin yang bertiup dari lembah menuju ke puncak gunung. Angin ini biasanya terjadi pada siang hari.

F. Angin Gunung

Angin gunung merupakan kebalikan dari angin lembah, yakni merupakan angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah dan biasanya terjadi pada malam hari.

G. Angin Fohn

Angin Fohn atau angin jatuh merupakan sebuah angin yang terjadi sesuai dengan jenis jenis hujan seperti hujan orogafis. Angin ini bertiup di suatu wilayah tertentu dengan temperatur serta kelengasan yang berbeda pula. Angin ini terjadi karena adanya gerakan massa udara yang naik ke pegunungan yang tingginya lebih dari 200 meter, naik pada satu sisi kemudian turun lagi di sisi yang lainnya. Angin Fohn yang jatuh dari puncak gunung bersifat panas dan juga kering yang dikarenakan uap air tersebut sudah dibuang pada saat hujan orogafis.

2.2.5 Potensi Angin Di Indonesia

(22)

10

Satuan yang digunakan untuk menentukan kecepatan angin adalah km/jam atau dalam Knot (1 knot = 0,5148 m/det = 1.854 km/jam). Gambar 2.3 adalah peta potensi energi angin di Indonesia dan tabel 2.1 adalah tabel kondisi angin yang dapat digunakan sebagai referensi dalam mengembangkan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia. Perbedaan kecepatan udara terlihat pada perbedaan warnanya, kuning pucat menyatakan kecepatan udara rendah, sedangkan kuning, emas, merah, dan coklat menyatakan semakin besarnya kecepatan angin.

(23)

Tabel 2.1 Kondisi Angin di Indonesia

Tabel Kondisi Angin Kelas

Angin

Kecepatan Angin

m/s Kondisi Angin di Daratan

1 0,3-1,5 angin tenang, asap lurus keatas

2 1,6-3,3 asap bergerak mengikuti arah angin

3 3,4-5,4

wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang

4 5,5-7,9

Debu jalan, kertas beterbangan, ranting pohon bergoyang

5 8,0-10,7

Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar

6 10,8-13,7

Ranting pohon bergoyang, air sungai berombak kecil

7 13,9-17,1 Ujung pohon melengkung

8 17,2-20,7 Dapat mematahkan ranting pohon

9 20,8-24,4 Dapat merusak rumah

10 24,5-28,4 Dapat merobohkan pohon

11 28,5-32,6 Dapat merobohkan pohon

12 >32,6 Tornado

Sumber : www.bmkg.go.id,2016 2.2.6 Cara kerja Kincir Angin

Cara kerja kincir angin adalah sebagai berikut:

(24)

12

2.2.7 Keuntungan Kincir Angin

Keuntungan menggunakan kincir angin adalah sebagai berikut: a) Sumber energi terbarukan

b) Ramah lingkungan (tidak ada emisi gas buang) c) Waktu start up cepat

d) Untuk menghasilkan daya listrik hanya dibutuhkan energi angin 2.2.8 Kerugian Kincir Angin

Kerugian menggunakan kincir angin adalah sebagai berikut: a) Tidak dapat diprediksi

b) Ancaman bagi ekosistem burung

c) Mmbutuhkan kincir angin dengan jumlah banyak untuk mendapatkan energi yang banyak pula

2.2.9 Komponen Utama Kincir Angin A. Poros

Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya.

B. Sudu atau Blade

(25)

mengingat efisiensi penyaluran daya sudu kincir angin masih rendah sebesar 20-30%. Untuk kincir yang memiliki kecepatan rata-rata angin rendah, biasanya menggunakan ekor pengarah. Fungsi dari ekor pengarah (tail vane) adalah untuk membelokan posisi rotor terhadap arah datangnya angin sehingga mengoptimalkan operasional dan mengamankan dari putaran lebih apabila kecepatan angin telah melebihi kecepatan cut-out dari kincir angin tersebut.

C. Transmisi (Gearbox)

Transmisi kincir angin berfungsi untuk memindahkan daya dari rotor ke generator dengan dipercepat putaranya. Hal ini diperlukan karena umumnya putaran rotor berotasi pada putaran rendah, sementara generatornya bekerja pda putaran tinggi. Poros dan transmisi pada bagian kincir angin berfungsi untuk memindahkan daya dari rotor ke generator secara langsung maupun melalui mekanisme transmisi gearbox.

D. Generator

Generator adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem kincir angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerja generator dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisiknya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop.

(26)

14

penghantar tersebut akanterbentuk gaya gerak listrik. Besar tegangan generator bergantung pada :

a) Kecepatan putaran

b) Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks

c) Jumlah fluks magnet yang dibandingkan oleh medan magnet

Konstruksi generator arus bolak balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu. 1. Rotor merupakan bagian bergerak yang menghasilkan medan magnet yang

menginduksi ke stator.

2. Stator merupakan bagian yang tetap pada generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator kotakterminal dan name plate pada generator. Inti stator yang terbuat dari bahan feromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan sedangkan rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

E. Menara (Tower)

Menara berfungsi menyangga kincir angin. Pada kincir angin modern, tinggi tower biasanya mencapai 40 – 60 meter. Menara dapat dibedakan menjadi bentuk tubular dan bentuk lattice. Keuntungan dari bentuk tubular yaitu aman, sedangkan lattice mempunyai biaya yang murah .

F. Baterai (Accumulator)

Kincir angin tidak selamanya beroperasi karena keterbatasan angin yang berhembus di waktu-waktu tertentu untuk dapat memutar rotor kincir. Maka dari itu, diperlukan penyimpan energi agar menghasilkan energi listrik secara kontinyu.Jika arus listriknya terlalu besar, maka arus listrik akan disalurkan menuju jala-jala listrik setelah sebagian disimpan pada baterai.

(27)

2. Dapat menyalurkan daya yang disimpan baik dalam jumlah yang kecil maupun besar tanpa mengalami kerusakan.

3. Tahan lama (reliable).

4. Output tegangan dari baterai harus bebas dari fluktuasi atau noise

2.2.10 Daya

Secara umum pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam Watt atau Horse Power (HP). Horse Power merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP sama dengan 746 Watt. Satuan daya listrik dimana 1 Watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 Ampere dan tegangan 1 Volt.

Untuk menghitung daya digunakan rumus berikut:

P=V.I ...(2.1) luasan sudu, yang dirumuskan sebagai berikut :

Pin = ...(2.2)

Dimana :

(28)

16

A = Luas penampang sudu ( ) V = Kecepatan angin (m/dt)

2.2.12 Efisiensi kincir angin

Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan persamaan berikut : η =

...(2.3)

Dimana :

η = E i ien i kin i an in (%)

(29)

17 BAB III

METODE PENELITIAN

Dalam bab ini akan dibahas mengenai tempat serta waktu dilakukannya penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, apa saja yang menjadi variable dalam penelitian, diagram alir penelitian, serta prosedur-prosedur penelitian.

3.1. Pendekatan Penelitian

Pendekatan penelitian merupakan suatu sistem pengambilan data dalam suatu penelitian. Penelitian ini menggunakan metode penelitian dan pengembangan yaitu suatu proses atau langkah-langkah untuk mengembangkan suatu produk baru, atau menyempurnakan produk yang telah ada, yang dapat dipertanggungjawabkan.

3.2Tempat dan waktu penelitian

Penelitian dilakukan di Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta pada 9-11 Mei 2016.

3.3Bahan Penelitian

Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari kincir angin

Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) bahan baku aluminium jenis blade falcon

(30)

18

Gambar 3.1 Blade Aluminium tipe falcon

3.4Alat Penelitian

Alat yang digunakan pada penelitian diantaranya adalah: a. Datalogger

b. Kabel c. Solder d. Tang e. Obeng f. Multi meter g. Volt meter h. Ampere meter

i. Bolam lampu 20 Watt j. Anemometer

k. Spaner

l. Penggaris, busur, alat tulis, kertas, dan laptop

3.5Diagram Alir Penelitian

(31)

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian 3.6Tahap Persiapan

Pada tahap persiapan, dilakukan pencarian referensi yang berasal dari buku dan jurnal yang berkaitan dengan penelitian yang akan dilakukan, yaitu mengenai pengaruh sudut blade kincir angin tipe horizontal terhadap daya output yang dihasilkan.

Ya Alat dapat beroperasi

sesuai yang diharapakan?

Tidak Perakitan Kincir Angin

Pengujian Kincir Angin Dengan Sudut Blade 10o, 15o, dan 20o

Analisis data Studi Pustaka

Persiapan alat dan bahan

Kesimpulan Mulai

(32)

20

3.7Tahap Penelitian

3.7.1 Proses Perakitan Kincir Angin

Perakitan kincir angin yang dilakukan adalah meliputi pemasangan gear box, pemasangan blade, ekor, pemasangan tiang penyangga, dan melakukan pengaturan sudut. Pengaturan sudut blade dilakukan setelah kincir angin terpasang pada tiang penyangganya. Alat dan bahan yang dipergunakan dalam perakitan kincir angin adalah sebagai berikut:

a. Sabuk keselamatan

g. Tiang penyangga h. Tali Kawat

Langkah pertama yang dilakukan adalah memberikan pelumas pada gear box

dan pada bantalan poros. Pemberian pelumas ini ditujukan untuk menghambat terjadi korosi pada logam, dikarenakan pengujian dilakukan di lingkungan pantai. Selain memberikn pelumas, dilakukan juga penyemprotan menggunakan solar pada baut atau pada sambungan yang rawan terjadi korosi.

Pada perakitan gearbox terlebih dahulu memasang generator pada kerangka, kemudian dilanjutkan memasang poros dan bantalannya. Setelah gearbox

terpasang, langkah selanjutnya adalah memasang ekor dari kincir angin dan dilanjutkan dengan memasang bilah atau blade. Rangkaian yang telah selesai dirakit akan dipasang pada ujung menara yang masih dalam posisi dibawah. Apabila sudah siap ditegakkan, maka dilakukan pemasangan tali kawat dan spaner untuk mendirikan menara kincir angin tersebut.

3.7.2 Merangkai Elektrikal

(33)

dalam datalogger adalah berupa output daya (Watt), arus (Ampere), dan tegangan (Volt) setiap 5 menit.

3.7.3 Pengaturan Sudut

Pengaturan sudut blade den an va ia i udut 10˚, 15˚, dan 20˚ dilakukan

diatas menara secara manual. Pada saat pengaturan sudut, dilakukan juga penyemprotan menggunakan solar agar mengurangi terjadinya korosi yang menyebabkan korosi pada gearbox, sambungan, dan pada baut.

3.7.4 Pengamatan Kecepatan Angin

Kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Anemometer yang digunakan adalah milik PLTH pantai baru dengan jenis cup counter anemometer. Kecepatan angin yang berada di wilayah Pantai Baru Pandansimo telah terekam datanya setiap 10 menit.

3.7.5 Pengamatan Daya

(34)

22 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Spesifikasi Kincir Angin

Jenis kincir angin : Kincir angin sumbu horizontal

Kapasitas generator : 500 Watt Jumlah blade : 3 Buah

Jenis blade : Falcon

Diameter kincir angin : 3 Meter Tinggi tiang kincir angin : 8 Meter

Variasi sudut blade : 10˚, 15˚, dan 20˚

Beban : Bolam lampu 360 Watt

Spesifikasi generator : 500 Watt / 48 Volt

(35)

Gambar 4.2 Komponen kincir angin sumbu horizontal

Keterangan :

a : Bilah (balade) b : Generator

c : Tiang Penyangga d : Kabel

e : Spaner

a b

c

d

(36)

24

4.2 Pengujian Kincir Angin

Pengujian kincir angin tipe Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan

blade falcon dilakukan di Pantai Baru, Poncosari, Srandakan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian unjuk kerja kincir angin tipe Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) bladefalcon, serta mencari sudut terbaik untuk kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) falcon

kapasitas generator 500 Watt, dengan melakukan variasi sudut blade 10o, 15o, dan 20o.

Pengamatan yang dilakukan pada saat pengujian kincir angin adalah dengan merekam daya output menggunakan datalogger dengan disertai ampere meter dan volt meter. Selain mengamati daya keluaran kincir angin, dilakukan juga pengamatan kecepatan angin yang ada di Pantai Baru, Poncosari, Srandakan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Apabila data kecepatan angin dan daya output sudah didapatkan, maka penelitian dilanjutkan dengan membuat sebuah grafik dari hasil pengamatan yang sudah dilakukan.

4.3 Data Hasil Pengamatan

(37)

Gambar 4.3 Variasi sudut blade 20°

Daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta secara geografis adalah 35-37 °C.

Dengan asumsi Tudara = 35 °C

Diketahui dari tabel propertis udara pada tekanan 1 atm, maka diperoleh: ρ = 1,145 kg/m3

A =

= (m2)

= 7,0686 m2

V = 1,1 m/dt

Dengan menggunakan persamaan P = , maka daya angin yang diperoleh adalah :

Sudut 20°

Blade

(38)

26

Pa =

= 5,38 Watt Pk = 0,55 Watt

Efisiensi kincir angin dapat diketahui sebagai berikut: η=

= 10,21%

(39)

Gambar 4.4 a ik u un an anta a ke epatan an in dan da a kelua an kin i an in

te adap aktu pada udut 20

Gambar 4.4 menunjukkan bahwa kincir angin mulai berputar pada pukul 11.30 namun belum menghasilkan daya. Kincir angin mulai menghasilkan daya pada pukul 12.00 sebesar 0,55 Watt pada kecepatan angin 1,1 m/dt. Daya tebesar terjadi pada pukul 15.30 sebesar 28,60 Watt pada kecepatan angin 3,1 m/dt. Kincir angin mulai berhenti pada pukul 19.00 pada kecepatan angin 0,9m/dt.

(40)

28

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan angin terhadap daya kelua an kin i

an in pada udut 20

Gambar 4.5 dapat dikethui bahwa pada kecepatan angin 1 m/dt kincir angin belum menghasilkan daya. Kincir angin mulai menghasilkan daya pada kecepatan 1,1 m/dt sebesar 0,55 Watt. Daya keluaran terbesar yang terjadi adalah 28,60 Watt pada kecepatan angin 3,1 m/dt.

(41)

A =

= (m2)

= 7,0686 m2

V = 1,6 m/dt

Sudut 15°

Blade

(42)

30

Pa =

= 5,38 Watt Pk = 0,84 Watt

= 15,60%

(43)

Tabel 4.2 menunjukkan bahwa pengujian kincir angin dengan sudut 15° mempunyai daya keluaran terbesar sebesar 58,19 Watt pada kecepatan angin 3,7 m/dt.

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 15°

Gambar 4.7 Menunjukkan bahwa kincir angin mulai berputar pada pukul 11.30 namun belum menghasilkan daya. Kincir angin mulai menghasilkan daya pada pukul 12.00 sebesar 0,84 Watt pada kecepatan angin 1,1 m/dt. Daya tebesar terjadi pada pukul 16.00 sebesar 58,19 Watt pada kecepatan angin 3,7 m/dt. Kincir angin mulai berhenti pada pukul 19.00 pada kecepatan angin 1m/dt.

(44)

32

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara kecepatan angin terhadap daya keluaran kincir angin pada sudut 15°

Gambar 4.8 menunjukkan bahwa pada kecepatan angin 1 m/dt kincir angin belum menghasilkan daya. Kincir angin mulai menghasilkan daya pada kecepatan 1,1 m/dt sebesar 0,84 Watt. Daya keluaran terbesar yang terjadi adalah 58,19 Watt pada kecepatan angin 3,7 m/dt.

(45)

A =

= (m2)

= 7,0686 m2

V = 1,1 m/dt

Sudut 20°

Blade

(46)

34

Pa =

= 5.38 Watt Pk = 0,91 Watt

= 16,89%

(47)

Tabel 4.3 menunjukkan bahwa pengujian kincir angin dengan sudut 10° 11.30 namun belum menghasilkan daya. Kincir angin mulai menghasilkan daya pada pukul 12.00 sebesar 0,91 Watt pada kecepatan angin 1,1 m/dt. Daya tebesar terjadi pada pukul 15.00 sebesar 66,79 Watt pada kecepatan angin 3,6 m/dt. Kincir angin mulai berhenti pada pukul 19.30 pada kecepatan angin 0,9m/dt.

(48)

36

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara kecepatan angin terhadap daya keluaran kincir angin pada sudut 10°

(49)

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara kecepatan angin terhadap efisiensi kincir angin Gambar 4.12 di atas menunjukkan grafik hubungan antara efisiensi kincir angin pada variasi sudut blade 10o, 15o, dan 20o terhadap kecepatan angin. Pada grafik terlihat bahwa seiring naiknya kecepatan angin maka efisiensi kincir angin cenderung naik, hal ini disebabkan karena naiknya daya keluaran pada kincir angin seiring kenaikan kecepatan angin. Nilai efisiensi tertinggi terjadi pada kecepatan angin 3 m/dt sebesar 31,54% pada sudut serang blade 10°, sedangkan nilai terendah didapat pada kecepatan andin 1,1 m/dt sebesar 10,21 % pada sudut serang blade 20°. Sudut serang 10° menghasilkan efisiensi lebih tinggi dikarenakan luasan pada blade menerima angin lebih besar dari pada sudut serang 15 dan 20 sebesar 169,2 m2.

(50)

38

Gambar 4.13 Sekema variasi sudut blade

Tabel 4.4 Luasan blade yang menerima angin Variasi Sudut Luas (mm2)

10 169250

15 166000

12 161509

(51)

Gambar 4.14 Grafik hubungan antara daya terhadap kecepatan angin

Gambar 4.14 menunjukkan grafik hubungan antara daya terhadap kecepatan angin pada variasi sudut serang blade 10°, 15°, dan 20°. Daya keluaran terbesar kincir angin didapat pada kecepatan angin 3 m/dt sebesar 34,46 Watt pada sudut serang 10°, sedangkan nilai daya keluaran terendah didapat pada kecepatan angin 1,1 m/dt sebesar 0,55 Watt pada sudut serang 20°.

Pengujian Titanio (2015) menyebutkan bahwa pada sudut serang 10° kincir angin dapat menghasilkan daya sebesar 30,1 Watt pada keceptan angin 2,8 m/dt menggunakan blade tipe airfoil N-10. Pengujian kincir angin blade aluminium tipe

falcon dengan variasi sudut serang 10° dapat menghasilkan daya sebesar 34, 46 Watt pada kecepatan angin 3 m/dt. Dari hasil pengujian diatas maka dapat disimpulkan bahwa pengujian kincir angin dengan sudut serang 10° dengan menggunakan blade

(52)

40 BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) jenis

blade falcon bahan aluminium dengan variasi sudut blade 10o, 15o, dan 20o yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Performa kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) jenis blade falcon bahan aluminium dapat menghasilkan daya sebesar 66,79 Watt pada kecepatan angin 3,6 m/s pada sudut blade 10°. Seiring naiknya kecepatan angin, maka nilai daya keluarannya semakin naik pula.

2. Efisiensi terbesar dari pengujian kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine

(HAWT) dengan blade aluminium tipe falcon adalah 31,54% pada kecepatan angin 3 m/dt dengan sudut serang 10°.

5.2 Saran

1. Mengutamakan keselamatan dalam melakukan pengujian kincir angin teruatama saat melakukan variasi pada sudut serang blade.

(53)

41 Universitas Pendidikan Indonesia.

Anonim. Jenis-jenis angin. www.bmkg.go.id Diakses pada Jum’at 22 Mei 2016 pukul 21.00 WIB.

Indartono, Y.S. 2005. Krisis Energi Di Indonesia. Majalah PPI Jepang Inovasi Vol. 4, XVII. Hal. 18-20.

Miranda, Daniel. 2013. Jenis-jenis Turbin Angin.

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

Jum’at 22 Mei 2016 pukul 21.30 WIB.

Prasetya, Maret. 2015. Studi Kinerja Turbin Angin Sumbu Horizontal NACA 4412 dengan Modifikasi Sudu Tipe Flat Pada Variasi Sudut Kemiringan 0˚, 10˚, 15˚. Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Serah, Indah 2004. Merancang, Membuat Dan Menguji Turbin Angin Sumbu Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 2 Meter Menggunakan NACA 4415. Institut Pertanian Bogor.

Titanio, Gilang. 2015. Unjuk Kerja Turbin Angin Horizontal Menggunakan Airfoil N-10. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

(54)

42

(55)

Lampiran 1. Dokumentasi

Blade aluminium tipe falcon Datalogger

(56)

44