vii
ABSTRAK
Kebutuhan akan energi saat ini terus meningkat seiring dengan perkembangan zaman. Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan paling berkembang saat ini. Penelitian ini bertujuan untuk membuat model kincir angin propeler dengan tiga sudu datar dari bahan triplek, mengetahui unjuk kerja dari setiap variasi kincir dan mengetahui koefisien daya (Cp) terbaik dari salah satu variasi kincir angin.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler poros horisontal dengan tiga sudu datar lebar 10,5 cm berdiameter 80 cm dengan sudut patahan 10° menggunakan bahan dasar triplek. Pengujian kincir dilakukan dengan menghubungkan poros kincir ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai variasi beban pada putaran kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dari hasil penelitian ini, menunjukan bahwa kincir angin dengan variasi sudu tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 9,58 % pada tip speed ratio 2,59. Kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 7,84 % pada tip speed ratio 2,15. Kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 13,57 % pada tip speed ratio 2,57. Kincir angin dengan variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 9,95 % pada tip speed ratio 2,61. Dari keempat model kincir angin yang sudah diteliti, kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium dibagian depan dan belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) terbaik yaitu sebesar 13,57 % pada tip speed ratio 2,57.
vii
ABSTRACT
The need for energy continues to increase in line with the developments of the times .Energy consumption the wind is the utilization of renewable energy most thriving now. This study attempts to make a model windmills propeler with three propeler flat of material plywood, know a strike the working of any variation windmills and get to know the coefficients power (Cp) best of one of variation windmills.
Model windmills the treatment is windmills propeler a horizontal shaft with three propeler wide flat 10,5 cm diameter 80 cm with an angle fault 10° use of basic plywood. Testing work done by linking the shaft work to mechanism braking that serves as variation a load on round work. The size of the burden work can be seen on a balance sheet a spring. Round windmills measured use a tachometer and wind speed measured use anemometer. The research was done by using a tunnel the wind (wind tunnel) in the laboratory conversion energy Sanata Dharma University Yogyakarta.
From the results of this research, show that the windmills with variations propeler without layer yielding a coefficients power (Cp) maximum of 9,58 % in tip speed ratio 2,59 speed. The windmill with the variation of a layer of aluminum plates on the front of the coefficients propeler produce coefficients power (Cp) maximum of 7,84 % in tip speed ratio 2,15 speed. The windmill with the variation of a layer of aluminum plates on the front and back produce a coefficient propeler resources (Cp) maximum of 13,57 % in tip speed ratio 2,57 speed. The windmill with variations wicker bamboo layer on the front and a layer of aluminum plates on the back of a coefficient propeler produce resources (Cp) maximum of 9,95 % in tip speed ratio 2,61 speed. Of the four model windmills already researched , the windmill with the variation of a layer of aluminum plates to your front and back propeler produce a best coefficient resources (Cp) 13,57 % in tip speed ratio 2,57.
i
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DATAR DARI BAHAN TRIPLEK DENGAN SUDUT PATAHAN 10°
LEBAR 10,5 CM DENGAN EMPAT VARIASI PERMUKAAN SUDU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Disusun Oleh :
FRANCISCUS BAYU WIHARNO
NIM : 115214047
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
THE PERFORMANCE MODEL OF THREE FLAT BLADE WIND MILL PROPELLER FROM PLYWOOD MATERIAL WITH 10° ANGLE FAULT
WIDTH 10,5 CM WITH FOUR VARIATION BLADE SURFACE
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
FRANCISCUS BAYU WIHARNO NIM : 115214047
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY OF FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
ABSTRAK
Kebutuhan akan energi saat ini terus meningkat seiring dengan perkembangan zaman. Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan paling berkembang saat ini. Penelitian ini bertujuan untuk membuat model kincir angin propeler dengan tiga sudu datar dari bahan triplek, mengetahui unjuk kerja dari setiap variasi kincir dan mengetahui koefisien daya (Cp) terbaik dari salah
satu variasi kincir angin.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler poros horisontal dengan tiga sudu datar lebar 10,5 cm berdiameter 80 cm dengan sudut patahan 10° menggunakan bahan dasar triplek. Pengujian kincir dilakukan dengan menghubungkan poros kincir ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai variasi beban pada putaran kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dari hasil penelitian ini, menunjukan bahwa kincir angin dengan variasi sudu tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 9,58 % pada tip
speed ratio 2,59. Kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 7,84 % pada tip
speed ratio 2,15. Kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar
13,57 % pada tip speed ratio 2,57. Kincir angin dengan variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 9,95 % pada tip speed ratio
2,61. Dari keempat model kincir angin yang sudah diteliti, kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium dibagian depan dan belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) terbaik yaitu sebesar 13,57 % pada tip speed ratio 2,57.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat serta kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang mengambil judul “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Datar Dari Bahan Triplek Dengan Sudut Patahan 10° Lebar 10,5 cm Dengan Empat Variasi Permukaan Sudu”.
Tujuan penulisan skripsi ini untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T) bagi mahasiswa program S-1 di program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh sebab itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini.
Terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak, sehingga pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati dan penuh rasa hormat penulis menghaturkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan moril maupun materil baik langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan skripsi ini hingga selesai, terutama kepada yang saya hormati:
1. Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
2. Ir. PK. Purwadi, S.T,M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik dan Dosen
Pembimbing TA.
4. Kedua Orang Tua saya yang tercinta, Bapak Hasan Umar dan Ibu Sri Hartati yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual. 5. Rekan-rekan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xvi
DAFTAR SIMBOL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
2.1.1 Kincir Angin Poros Horisontal ... 5
2.1.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 7
2.2 Rumus-rumus Perhitungan ... 9
2.2.1 Torsi Kincir Angin ... 9
2.2.2 Daya Angin ... 10
2.2.3 Daya Kincir Angin ... 11
xi
2.2.5 Koefisien DayaCp ... 12
2.3 Hubungan antara Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio ... 12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 14
3.1 Metode Penelitian ... 14
3.7 Pengujian dan Pengambilan Data ... 25
3.8 Pengolahan Data dan Pembahasan Hasil Penelitian ... 27
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 29
4.1 Data Hasil Penelitian ... 29
4.2.5 Koefisien Daya Kincir ... 35
4.3 Data Hasil Perhitungan ... 36
4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ... 38
4.4.1 Grafik Untuk Variasi Sudu Tanpa Lapisan ... 39
4.4.2 Grafik Untuk Variasi Lapisan Pelat Aluminium pada Bagian Depan Sudu 41 4.4.4 Grafik Untuk Variasi Lapisan Pelat Aluminium pada Bagian Depan dan Belakang Sudu…… ... 43
4.4.5 Grafik Untuk Variasi Lapisan Anyaman Bambu pada Bagian Depan dan Lapis Pelat Aluminium pada Bagian Belakang Sudu ... 45
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 48
5.1 Kesimpulan ... 48
5.2 Saran ... 49
DAFTAR PUSTAKA ... 50
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir Angin American Windmill Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch Four Arm Gambar 2.3 Kincir Angin Savonius
Gambar 2.4 Kincir Angin Darrieus
Gambar 2.5 Grafik hubungan Cp dengan tsr untuk berbagai tipe kincir angin
Gambar 3.1 Hub yang digunakan dalam penelitian Gambar 3.2 Terowongan angin tempat pengujian kincir Gambar 3.3 Fan blower
Gambar 3.4 Anemometer untuk mengukurkecepatanangin
Gambar 3.5 Tachometer untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir Gambar 3.6 Neraca pegas
Gambar 3.7 Mekanisme pengereman
Gambar 3.8 Desain sudu kincir yang diamati dalam penelitian Gambar 3.9 Bentuk sudu kincir yang diamati dalam penelitian Gambar 3.10 Skema alat-alat pengujian kincir angin
Gambar 4.1 Hubungan putaran poros kincir dengan beban torsi pada variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.2 Hubungan antara daya output dengan beban torsi pada variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm Gambar 4.3 Hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)
pada variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.4 Hubungan putaran poros dengan beban torsi pada variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
xiv
Gambar 4.6 Hubungan antara Cp dan tsr untuk variasi lapisan pelat aluminium
pada bagian depan sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.7 Hubungan putaran poros dengan beban torsi pada variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.8 Hubungan antara daya output dan torsi untuk variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.9 Hubungan antara Cp dan tsr untuk variasi lapisan pelat aluminium
pada bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.10 Hubungan putaran poros dengan beban torsi pada variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.11 Hubungan antara daya output dan torsi untuk variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.12 Hubungan antara Cp dan tsr untuk variasi lapisan anyaman bambu
pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm Gambar 4.13 Hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr) untuk
empat variasi lapisan sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar L.1 Sudu kincir tanpa lapisan
Gambar L.2 Sudu kincir variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapis pelat aluminium pada bagian belakang sudu
xv
Gambar L.4 Kincir angin propeler variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapis pelat aluminium pada bagian belakang sudu
Gambar L.5 Kincir angin propeler variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data penelitian kincir dengan variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Tabel 4.2. Data penelitian kincir dengan variasi lapisan pelat aluminium di bagian depan dan tanpa lapisan dibagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Tabel 4.3 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan pelat aluminium dibagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Tabel 4.4 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan anyaman bambu dibagian depan dan lapisan pelat aluminium dibagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Tabel 4.5 Data pendukung perhitungan
Tabel 4.6 Hasil perhitungan kincir angin variasi tanpa lapisan dengan sudut patahan 10ºdan lebar sudu 10,5 cm
Tabel 4.7 Hasil perhitungan kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium dibagian depan dan tanpa lapisan dibagian belakang sudu dengan sudut patahan 10°dan lebar sudu 10,5 cm
Tabel 4.8 Hasil perhitungan kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium dibagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
T Torsi (N.m)
F Gaya pengimbang (N)
� Jarak lengan torsi ke poros (m)
�� Energi kinetik (joule)
� Massa (kg)
� Kecepatan angin (m/s)
Pin Daya angin (watt)
ṁ Massa udara yang mengalir dalam
waktu tertentu (kg/s)
� Massa jenis udara (kg/m³)
� Luas penampang yang membentuk
sebuah lingkaran (m2)
���� Daya yang dihasilkan kincir angin
(watt)
� Kecepatan sudut (rad/s)
� Putaran poros (rpm)
�� Kecepatan ujung sudu
tsr Tip speed ratio
�kincir Jari-jari kincir (m)
1
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman yang terus meningkat, kebutuhan akan energi juga semakin meningkat, sehingga energi merupakan suatu unsur yang sangat penting dalam pengembangan suatu negara atau suatu daerah. Oleh karenanya pemanfaatan energi secara tepat guna akan menjadi suatu cara yang ampuh dalam perkembangan zaman tersebut.
Gas alam diprediksi para ahli akan habis lebih kurang 100 tahun lagi, sedangkan cadangan batu bara akan habis lebih kurang 200 sampai 300 tahun yang akan datang. Kondisi ini sangat mengkhawatirkan terutama bagi kelangsungan kehidupan manusia (Nursuhud dan Pudjanarsa, 2008).
Pemanfaatan energi pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada di alam. Misalnya energi air, energi angin, energi matahari, panas bumi, dan nuklir. Hal ini karena energi terbarukan cukup mudah didapat dan bisa didaur ulang bila dibandingkan dengan energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara.
2
Indonesia sebagai negara kepulauan yang dua per tiga wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang kedua di dunia yaitu ± 80.791,42 km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin., demikian juga potensi kecepatan angin yang dimiliki berkisar 5-8 m/s. (Tri, 2014) (Winda, 2014).
Energi listrik dapat dihasilkan dengan bantuan sebuah alat. Alat yang digunakan untuk menunjang terjadinya energi terbarukan dari alam terutama angin adalah kincir angin. Energi angin yang memutar sudu-sudu kincir angin akan menggerakkan generator yang nantinya akan menghasilkan energi listrik.
Pada penelitian untuk bahan tugas akhir ini penulis mengambil topik tentang kincir angin poros horisontal tipe propeler dari bahan dasar kayu triplek. Penulis menggunakan pelat aluminium dan anyaman bambu sebagai variasi permukaan sudu. Bahan-bahan lokal sengaja dipilih karena cukup ekonomis dan mudah didapat.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas maka masalah-masalah yang ingin diteliti dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Indonesia memiliki wilayah yang potensial untuk memanfaatkan energi angin.
3
3. Sebuah kincir angin dapat dibangun dari bahan baku lokal dan ekonomis.
4. Unjuk kerja dari kincir angin dipengaruhi oleh bentuk sudu yang dapat diperoleh dari penelitian.
1.3 Batasan Masalah
Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan-batasan sebagai berikut :
1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal dengan jumlah sudu tiga dan mengunakan bahan dasar kayu triplek, dengan sudut patahan sudu 10°.
2. Ukuran kincir angin sudah ditetapkan yakni berdiameter 80 cm dan lebar sudu 10,5 cm.
3. Variasi yang diambil adalah lapisan permukaan sudu yaitu sudu tanpa lapisan, lapisan pelat aluminium di bagian depan sudu, lapisan pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, lapisan anyaman bambu di bagian depan dan lapis pelat aluminium di bagian belakang sudu.
4. Pengujian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
4
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat model kincir angin propeler dengan tiga sudu datar yang terbuat dari bahan triplek dengan empat variasi lapisan sudu yaitu tanpa lapisan, lapisan pelat aluminium di bagian depan sudu, lapisan pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, lapisan anyaman bambu dibagian depan dan lapisan pelat aluminium di bagian belakang sudu. 2. Mengetahui unjuk kerja dari setiap variasi kincir angin yang diteliti. 3. Mendapatkan nilai Cp terbaik dari salah satu variasi lapisan permukaan
sudu model kincir angin yang diteliti.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat pembuatan kincir angin adalah sebagai berikut :
1. Mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya energi angin dan pemanfaatannya.
2. Menawarkan sebuah alternatif pemanfaatan sumber energi terbarukan dengan memakai kincir angin yang lebih ramah lingkungan.
3. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir angin dengan bahan triplek, aluminium dan anyaman bambu.
5
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Landasan Teori
Angin merupakan udara yang berhembus dari daerah yang bersuhu rendah ke daerah yang bersuhu tinggi akibat adanya perbedaan tekanan udara. Angin yang bertiup di permukaan bumi ini terjadi akibat adanya perbedaan penerimaan radiasi surya, sehingga mengakibatkan perbedaan suhu udara. Adanya perbedaaan suhu tersebut meyebabkan perbedaan tekanan, akhirnya menimbulkan gerakan udara. (Simbolon, 2012).
Turbin angin atau kincir angin adalah alat yang digunakan untuk mengkonversi tenaga angin menjadi tenaga listrik. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar kincir angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu : kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
2.1.1 Kincir Angin Poros Horisontal
6
Gambar 2.1 Kincir Angin American Windmill (Sumber : www.satuenergi.com, diakses 8 Maret 2016)
Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch Four Arm
7
Kelebihan kincir angin sumbu horisontal diantaranya adalah :
a. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat. b. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
c. Memberikan kinerja yang lebih baik pada produksi energi dibandingkan dengan turbin angin dengan sumbu vertikal.
Kincir angin sumbu horisontal juga memiliki kekurangan, yaitu :
a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut sehingga membutuhkan derek yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang terampil.
b. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.
c. Memerlukan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir kearah angin.
2.1.2Kincir Angin Poros Vertikal
8
Gambar 2.3 Kincir Angin Savonius
(Sumber : www.newenergi.blogspot.co.id, diakses 8 Maret 2016)
Gambar 2.4 Kincir Angin Darrieus
9
Kelebihan kincir angin sumbu vertikal di antaranya adalah : a. Menerima angin dari segala arah.
b. Komponen-komponennya dapat dipasang dekat dengan permukaan tanah.
c. Mudah dirawat dan diperbaiki menara lebih ringan. d. Secara teoritis menggunakan sedikit material.
Kincir angin sumbu vertikal juga memiliki kekurangan, yaitu :
a. Karena umum dipasang di dekat dengan permukaan tanah maka kualitas angin yang didapat kurang bagus.
b. Gaya sentrifugal membuat sudu-sudu mengalami tegangan. c. Kurang mampu mengawali putaran sendiri.
d. Keseluruhan rotor harus dilepas untuk penggantian bantalan. e. Performa dan keandalannya kurang bagus.
2.2 Rumus-rumus Perhitungan
Rumus-rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan dan analisa dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
2.2.1 Torsi Kincir Angin
Torsi adalah momen putar yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
10
Dengan, � adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), � adalah gaya pada poros akibat puntiran (N),
� adalah jarak lengan torsi ke poros (m).
2.2.2Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin merupakan energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
��= 0,5 ��2 (2)
dengan, ��
adalah energi kinetik (joule),
� adalah massa (kg),� adalah kecepatan angin (m/s).
Daya adalah energi per satuan waktu, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :
��� = 0,5 ṁ�2 (3)
dengan, ��� adalah daya angin (watt)
ṁ adalah massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s) yang dalam hal ini :
ṁ =��� (4)
dengan, � adalah massa jenis udara (kg/m3),
� adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).
Dengan menggunakan persamaan (4), maka daya angin (���) dapat dirumuskan menjadi :
��� = 0,5 (���)�2
11
��� = 0,5 ���3 (5)
2.2.3 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dibangkitkan oleh rotor kincir angin akibat mendapatkan daya dari hembusan angin. Daya yang dihasilkan dapat di hitung dengan rumus :
���� =�� (6)
dengan, ���� adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), � adalah torsi dinamis (Nm),
� adalah kecepatan sudut (rad/s), yang didapatkan dari
�= � rpm
2.2.4 Tip Speed Ratio
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan linier ujung sudu
kincir angin terhadap kecepatan angin. Kecepatan diujung sudu (��) dapat dirumuskan sebagai berikut :
�� =��
dengan, �� adalah kecepatan ujung sudu, � adalah kecepatan sudut (rad/s), � adalah jari-jari kincir (m).
12
���= ��kincir
� (8)
dengan, � adalah kecepatan sudut (rad/s), ������� adalah jari-jari kincir (m), � adalah kecepatan angin (m/s).
2.2.5Koefisiensi Daya (��)
Koefisien daya (��) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir (����) dengan daya yang disediakan oleh angin (���), sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
�� =�����
�� 100%
(9)
dengan, �� adalah koefisien daya (%),
���� adalah daya yang dihasilkan oleh kincir (watt), ��� adalah daya yang disediakan oleh angin (watt).
2.3 Hubungan antara Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio
Tip speed ratio mempengaruhi besarnya koefisien daya. Hubungan ini
digambarkan sebagai berikut :
1. Koefisien daya bergantung pada ujung sudu.
13
Grafik batas Betz (betz limit diperkenalkan oleh ilmuan Jerman, Albert Betz) berikut akan menunjukan hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio dari berbagai jenis kincir angin yang dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Grafik hubungan Cp dengan tsr untuk berbagai
tipe kincir angin
(Sumber : Johnson, 2006, diakses 8 Maret 2016)
14
14
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Dalam penelitian ini data yang diperlukan dapat diperoleh melalui beberapa metode yaitu :
1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan model kincir angin propeler dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Kincir angin yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel yang dilengkapi dengan blower dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)
15
3.2 Peralatan Pengujian
Peralatan yang digunakan untuk mendukung kinerja dari model kincir angin propeler ini antara lain adalah :
1. Hub
Hub adalah komponen yang berfungsi untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Hub yang digunakan berbentuk prisma segi tiga dengan luas setiap sisinya adalah p x l = 10 cm x 8 cm. Hub ini memiliki tiga buah klem untuk menjepit sudu. Gambar hub yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1.
2. Terowongan angin (wind tunnel)
Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan tinggi 1,2 m, lebar 1,2 m, dan panjang 2,4 m. Gambar 3.2 menunjukan bentuk dari terowongan angin.
16
Gambar 3.1 Hub yang digunakan dalam penelitian
17
3. Fan blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan
disalurkan ke wind tunnel, dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.3 akan menunjukan bentuk dari fan blower.
Gambar 3.3 Fan blower 4. Anemometer
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.4 menunjukan bentuk dari anemometer.
5. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light
18
sensor, pengolah data dan penampil. Gambar 3.5 menunjukan bentuk dari tachometer.
Gambar 3.4 Anemometer untuk mengukur kecepatan angin
19
6. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir pada saat kincir angin berputar. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah disesuaikan. Gambar 3.6 menunjukan bentuk dari neraca pegas.
Gambar 3.6 Neraca pegas 7. Mekanisme pengereman
20
Gambar 3.7 Mekanisme pengereman
3.3 Prosedur Penelitian
Langkah-langkah dalam pembuatan kincir angin untuk penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menyiapkan bahan-bahan pembuatan kincir angin
Bahan-bahan yang diperlukan dalam pembuatan kincir angin ini adalah : a. Papan triplek (plywood)
Papan triplek atau plywood digunakan sebagai bahan utama dalam pembuatan sudu kincir. Papan triplek yang digunakan memiliki ketebalan 8 mm.
b. Pelat aluminium
21
c. Anyaman bambu
Anyaman bambu digunakan sebagai bahan lapisan permukaan sudu kincir.
d. Kawat
Kawat digunakan untuk mengikat kedua segmen sudu kincir. e. Serbuk kayu halus
Serbuk kayu halus digunakan untuk mingisi celah yang kosong diantara kedua segmen sudu kincir.
f. Bahan perekat
Bahan perekat yang digunakan adalah lem G dan lem fox. 2. Menyiapkan alat-alat pembuatan kincir angin
Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan kincir angin meliputi : a. Mesin bor
b. Mata bor 10 mm c. Mesin gerinda d. Alat tekuk pelat e. Gergaji kayu f. Gunting seng g. Tang
h. Palu i. Amplas
22
3. Pembuatan kincir
Berikut ini adalah proses pembuatan kincir angin :
1. Menyiapkan papan triplek sebagai bahan dasar pembuatan kincir. 2. Menggambar pola pada papan triplek sesuai ukuran yang diinginkan. 3. Memotong pola sesuai dengan pola yang dibuat sebelumnya dengan
menggunakan gergaji kayu.
4. Pola yang sudah dipotong yaitu kedua segmen sudu, di beri lubang dengan diameter 10 mm pada tepi bagian dalam sudu sebagai tempat untuk mengikat kedua segmen sudu dengan kawat.
5. Setelah diikat dengan kawat sudu kincir di letakkan pada mal atau cetakan agar sudu membentuk sudut 10°, lalu sudu diikat pada mal sehingga hasilnya lebih presisi.
6. Setelah diikat dengan kawat celah antara dua segmen sudu ditaburi serbuk kayu halus lalu diratakan.
7. Setelah diratakan serbuk kayu tadi ditetesi lem G dan tunggu hingga mengering.
23
350 mm
300 mm
105 m
m
45 m
m
30
mm
8 mm
10°
Gambar 3.8 Desain sudu kincir yang diamati dalam penelitian
24
9. Langkah selanjutnya membuat variasi lapisan sudu kincir lainnya. Pembuatan kincir mengikuti langkah sebelumnya namun yang membedakan di bagian akhir proses pembuatan. Sudu kincir diberi lem fox untuk merekatkan kincir dengan bahan lapisan yaitu pelat aluminium di bagian depan sudu, untuk variasi kedua dilapisi pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, untuk variasi ketiga dilapisi anyaman bambu dibagian depan dan dilapisi pelat aluminium dibagian belakang sudu.
10.Setelah lem mengering dan lapisan merekat dengan sempurna, langkah selanjutnya yaitu menghaluskan tepi sudu kincir menggunakan mesin gerinda.
11.Sudu dengan empat veriasi lapisan pun sudah jadi.
3.4 Variabel Penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum melakukan penelitian adalah sebagai berikut :
1. Variasi kecepatan angin dalam penelitian ini adalah: 8-9 m/s.
25
3.5 Variabel yang diukur
Variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut : 1. Kecepatan angin (v)
2. Gaya pengimbang (F) 3. Putaran poros kincir (n)
3.6 Parameter yang dihitung
Untuk mendapatkan karakteristik yang didapat dalam penelitian menggunakan parameter sebagai berikut :
1. Daya kincir (����) 2. Daya angin (���) 3. Koefisien daya (Cp) 4. Tip Speed Ratio (tsr)
3.7 Pengujian dan Pengambilan Data
Langkah pertama pengujian adalah memasang kincir angin variasi pertama di dalam terowongan angin dengan cara menghubungkan poros penghubung kincir dengan mekanisme pengereman yang terletak di bagian depan terowongan angin. Setelah semua terpasang, fan blower dihidupkan untuk menghembuskan angin pada terowongan angin. Proses pengambilan data mulai dilakukan ketika putaran kincir sudah stabil.
26
menggunakan neraca pegas. Pada neraca pegas dipasang tali yang dihubungkan dengan sistem pembebanan, dengan demikian beban torsi yang diberikan pada poros kincir dapat diukur besarnya.
Putaran poros kincir diukur dengan menggunakan tachomter sedangkan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer yang dipasang sekitar 1 meter di depan rotor kincir. Dalam satu siklus pengujian selalu diawali dari tanpa beban atau tanpa pengereman. Beban pengereman menggunakan karet yang ditambahkan secara berkala sampai kincir berhenti berputar. Untuk satu model variasi lapisan kincir dilakukan tiga kali pengembalian data.
27
Gambar 3.10 Skema alat-alat pengujian kincir angin
3.8 Pengolahan Data dan Pembahasan Hasil Penelitian
Pengolahan data dilakukan dengan mengolah data yang diperoleh lalu dirata-rata dengan menggunakan program Microsoft Excel. Data yang dicari yaitu: 1. Data dari beban neraca pegas dapat digunakan untuk mencari beban torsi
dengan menggunakan persamaan (1).
2. Dari data kecepatan angin dan luasan kincir angin didapatkan daya angin (Pin) dengan menggunakan persamaan (5).
3. Data putaran poros dan torsi dapat digunakan untuk mencari daya yang dihasilkan kincir angin (Pout) dengan menggunakan persamaan (6).
28
5. Dengan membandingkan antara daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout)
dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin) maka koefisien daya
(Cp) dapat diketahui dengan menggunakan persamaan (9).
6. Diagram hubungan antara beban torsi dan rpm. 7. Diagram hubungan antara beban torsi dan Pout.
29
29
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Data hasil pengujian kincir angin meliputi putaran poros kincir (rpm), gaya pengimbang (N) dan kecepatan angin (m/s), dengan variasi lapisan sudu yaitu tanpa lapisan, lapisan pelat aluminium di bagian depan sudu, lapisan pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, dan lapis anyaman bambu di bagian depan dan lapis pelat aluminium di bagian belakang sudu. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
Tabel 4.1 Data penelitian kincir dengan variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
No Gaya pengimbang
30
Tabel 4.1 Data penelitian kincir dengan variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm (Lanjutan)
No Gaya pengimbang
F (N) Siklus
Tabel 4.2 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan pelat aluminium di bagian depan dan tanpa lapisan di bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
No Gaya pengimbang
31
Tabel 4.2 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan pelat aluminium di bagian depan dan tanpa lapisan di bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm (Lanjutan)
No Gaya pengimbang
F (N) Siklus
Tabel 4.3 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
No Gaya pengimbang
32
Tabel 4.3 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm (Lanjutan)
No Gaya pengimbang
F (N) Siklus
Tabel 4.4 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan anyaman bambu di bagian depan dan lapisan pelat aluminium di bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
No Gaya pengimbang
33
Tabel 4.4 Data penelitian kincir dengan variasi lapisan anyaman bambu di bagian depan dan lapisan pelat aluminium di bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm (Lanjutan)
No Gaya pengimbang
F (N) Siklus
4.2 Perhitungan
Langkah-langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang di ambil dari Tabel 4.1 variasi sudu tanpa lapisan pada pembebanan kedua dan siklus percobaan pertama, dengan data pendukung yang dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Diameter kincir (�) 0,8 m Panjang lengan torsi (�) 0,2 m
Densitas udara (�) 1,18 kg/m3 Swept area (�) 0,503 m2 Jari-jari kincir (�kincir) 0,4 m
Tabel 4.5 Data pendukung perhitungan
4.2.1 Torsi Kincir
34
� =��
= 0,29 × 0,2
= 0,06 Nm
Jadi, nilai torsi yang dihasilkan kincir adalah sebesar 0,06 Nm.
4.2.2 Daya Angin
Daya angin (Pin) yang dihasilkan pada kincir dengan kecepatan angin 8,74
m/s, dapat dicari dengan menggunakan persamaan (5). ��� = 0,5 ���3
= 0,5 × 1,18 × 0,503 × (8,74)3
= 197,99 watt
Jadi, daya angin yang dihasilkan adalah sebesar 197,99 watt.
4.2.3 Daya Kincir
Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pout) dapat dicari dengan
35
����= ��
= 0,06 × 75,5
= 4,44 watt
Jadi, nilai kecepatan sudut yang dihasilkan kincir adalah sebesar 75,5 rad/s, dan nilai dari daya kincir adalah sebesar 4,44 watt.
4.2.4 Tip Speed Ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan di ujung kincir terhadap kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan persamaan (8).
Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah sebesar 3,46.
4.2.5 Koefisien Daya Kincir
Koefisien daya kincir (Cp) dapat dicari dengan menggunakan persamaan (9).
�� =�����
36
4.3 Data Hasil Perhitungan
Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dan dirata-rata dengan menggunakan program Microsoft Excell. Hasil perhitungan masing-masing variasi lapisan sudu kincir dapat dilihat pada Tabel 4.6 sampai dengan Tabel 4.9.
Tabel 4.6 Hasil perhitungan kincir angin dengan variasi tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
No
37
Tabel 4.7 Hasil perhitungan kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium di bagian depan dan tanpa lapisan di bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm (Lanjutan)
No
38
Tabel 4.9 Hasil perhitungan kincir angin dengan variasi lapisan anyaman bambu di bagian depan dan lapisan pelat aluminium di bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
No
4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan
Data-data hasil perhitungan diolah kembali dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (Nm) dengan putaran poros kincir (rpm), hubungan daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan putaran poros kincir (rpm)
dan hubungan koefisien daya kincir (Cp) dengan tip speed ratio (tsr).
39
4.4.1 Grafik Untuk Variasi Sudu Tanpa Lapisan
Gambar 4.1 Hubungan putaran poros kincir dengan beban torsi pada variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
40
Gambar 4.3 Hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)
pada variasi sudu tanpa lapisan dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa semakin kecil kecepatan putaran kincir angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Torsi maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 0,39 Nm dengan putaran kincir sebesar 412,67 rpm pada kecepatan angin 8,82 m/s.
Pada Gambar 4.2, dapat dilihat bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka semakin besar juga daya kincir atau daya output (Pout) yang didapat sampai
kondisi maksimal kemudian daya mengecil. Pout maksimal dicapai pada torsi 0,33
Nm yaitu sebesar 18,80 watt.
Pada Gambar 4.3, dapat dilihat bahwa semakin kecil nilai tsr maka semakin besar nilai Cp yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian nilai Cp
mengecil. Hubungan antara Cp dengan tsr menunjukkan nilai maksimal Cp
sebesar 9,58 % pada tip speed ratio 2,59.
Cp = -6,945λ2 + 34,87λ - 33,56
41
4.4.2 Grafik Untuk Variasi Lapisan Pelat Aluminium pada Bagian Depan Sudu
Gambar 4.4 Hubungan putaran poros dengan beban torsi pada variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan sudu dengan sudut patahan 10°
dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.5 Hubungan antara daya output dan torsi untuk variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan sudu dengan sudut patahan 10° dan
42
Gambar 4.6 Hubungan antara Cp dan tsr untuk variasi lapisan pelat
aluminium pada bagian depan sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Pada Gambar 4.4, menunjukan bahwa semakin kecil kecepatan putar kincir angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Torsi maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 0,41 Nm dengan kecepatan putar kincir sebesar 332,33 pada kecepatan angin 8,86 m/s.
Pada Gambar 4.5, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan maka nilai Pout yang didapat juga semakin besar sampai kondisi
maksimal kemudian daya mengecil. Pout maksimal yang dicapai adalah sebesar
16,18 watt dengan nilai torsi sebesar 0,29 Nm.
Pada Gambar 4.6, dapat dilihat bahwa semakin kecil nilai tsr maka semakin besar nilai Cp yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian Cp mengecil.
Hubungan antara Cp dengan tsr menunjukkan nilai maksimal Cp 7,85 % pada tip
speed ratio 2,48.
Cp = -2,620λ2 + 11,8λ - 5,427
43
4.4.3 Grafik Untuk Variasi Lapisan Pelat Aluminium pada Bagian Depan dan Belakang Sudu
Gambar 4.7 Hubungan putaran poros dengan beban torsi pada variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu dengan
sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.8 Hubungan antara daya output dan torsi untuk variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu dengan
44
Gambar 4.9 Hubungan antara Cp dan tsr untuk variasi lapisan pelat
aluminium pada bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Pada Gambar 4.7, semakin kecil kecepatan putar kincir angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 0,49 Nm dengan kecepatan putar kincir sebesar 493 rpm pada kecepatan angin 8,73 m/s.
Pada Gambar 4.8, menunjukan bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan maka nilai Pout yang didapat juga semakin besar sampai kondisi
maksimal kemudian daya mengecil. Pout maksimal dicapai pada torsi 0,47 Nm
yaitu sebesar 26,20 watt.
Pada Gambar 4.9, dapat dilihat bahwa semakin kecil nilai tsr maka semakin besar nilai Cp yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian Cp mengecil.
Hubungan antara Cp dengan tsr menunjukkan nilai maksimal Cp sebesar 13,57 %
pada tip speed ratio 2,57.
Cp = -2,792λ2 + 14,76λ - 6,462
45
4.4.4 Grafik Untuk Variasi Lapisan Anyaman Bambu pada Bagian Depan dan Lapis Pelat Aluminium pada Bagian Belakang Sudu
Gambar 4.10 Hubungan putaran poros dengan beban torsi pada variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada
bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Gambar 4.11 Hubungan antara daya output dan torsi untuk variasi lapisan anyaman bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
46
Gambar 4.12 Hubungan antara Cp dan tsr untuk variasi lapisan anyaman
bambu pada bagian depan dan lapisan pelat aluminium pada bagian belakang sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Pada Gambar 4.10, menunjukan bahwa semakin kecil kecepatan putar kincir angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 0,37 Nm dengan kecepatan putar kincir sebesar 448 rpm pada kecepatan angin 8,79 m/s.
Pada Gambar 4.11, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan maka nilai Pout yang didapat juga semakin besar sampai kondisi
maksimal kemudian daya mengecil. Pout maksimal dicapai pada torsi 0,33 Nm
yaitu sebesar 18,67 watt.
Pada Gambar 4.12, dapat dilihat bahwa semakin kecil nilai tsr maka semakin besar nilai Cp yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian Cp
mengecil. Hubungan antara Cp dengan tsr menunjukkan nilai maksimal Cp 9,95 %
pada tip speed ratio 2,61.
Cp = -5,615λ2 + 28,44λ - 26,41
47
4.5 Grafik Dari Hasil Perhitungan Empat Variasi Lapisan Sudu
Dari hasil perhitungan dan grafik yang sudah dibahas sebelumnya, memperlihatkan bahwa koefisien daya (Cp) yang terbaik diperoleh pada variasi
lapisan pelat aluminium dibagian depan dan belakang sudu, yaitu 13,57 % pada tip speed ratio 2,57 dengan kecepatan angin 8,67 m/s. Variasi lapian pelat
aluminium dibagian depan dan belakang sudu merupakan variasi yang terbaik dibandingkan dengan variasi lapisan sudu lainnya. Gambar 4.13 akan menunjukan hubungan antara Cp dan tsr dari empat variasi permukaan sudu.
Gambar 4.13 Hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr) untuk empat
variasi lapisan sudu dengan sudut patahan 10° dan lebar sudu 10,5 cm
Tip speed ratio, tsr
Tanpa lapisan
Lapis aluminium bagian depan
Lapis aluminium depan belakang
48
48
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian kincir angin poros horisontal dengan tiga sudu datar, lebar 10,5 cm berdiameter 80 cm dengan sudut patahan 10° menggunakan bahan dasar triplek dengan empat variasi permukaan sudu, dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler dengan tiga sudu datar dari bahan dasar triplek dengan empat variasi lapisan sudu yaitu tanpa lapisan, lapisan pelat aluminium di bagian depan sudu, lapisan pelat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, lapisan anyaman bambu di bagian depan dan lapisan pelat aluminium di bagian belakang sudu. 2. Kincir angin dengan variasi sudu tanpa lapisan menghasilkan koefisien
daya (Cp) maksimal sebesar 9,58 % pada tip speed ratio 2,59. Kincir
angin dengan variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 7,84 % pada tip
speed ratio 2,15. Kincir angin dengan variasi lapisan pelat aluminium
pada bagian depan dan belakang sudu menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 13,57 % pada tip speed ratio 2,57. Kincir angin
49
3. Dari keempat variasi kincir angin yang sudah diteliti, koefisien daya (Cp) terbaik diperoleh pada variasi lapisan pelat aluminium dibagian
depan dan belakang sudu, yaitu sebesar 13,57 % pada tip speed ratio 2,57.
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian ini ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian-penelitian selanjutnya, yaitu :
1. Lebih teliti dalam proses pembuatan kincir angin agar bentuk yang diperoleh lebih presisi.
2. Usahakan sudu-sudu kincir memiliki berat yang sama agar putaran kincir angin seimbang.
3. Perbanyak variasi lapisan sudu agar memperoleh data yang lebih bervariatif.
4. Gunakan alat ukur yang kondisinya baik agar data yang diperoleh lebih akurat.
50
DAFTAR PUSTAKA
Anonim 1. (2015). www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta. html. Diakses tanggal 8 Maret 2016.
Anonim 2. (2010). www.commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Darrieus_rotor 00.jpg. Diakses tanggal 8 Maret 2016.
Anonim 3. (2010). www.kompetiblog2013.wordpress.com. Diakses tanggal 8 Maret 2016.
Johnson, Gary.L. (2006). “Wind Energy System”. Wind Energi.
Nursuhud, dan Pudjanarsa. (2008). “Mesin Konversi Energi”. ANDI, Yogyakarta. Raharja, M. (2015). Tentang Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Angin. Alamat
web : https://www.newenergi.blogspot.co.id/2015_11_05_archive. html. Diakses tanggal 8 Maret 2016.
Simbolon, L. (2012). Angin Darat dan Angin Laut. Alamat web : https:// www.blogs.unpad.ac.id. Diakses tanggal 31 April 2016.
Tri, H. (2014). Pemanfaatan angin sebagai sumber energi alternatif. Alamat web : https://www.bersosial.com. Diakses tanggal 11 April 2016.
51
50
51
LAMPIRAN
Gambar L.1 Sudu kincir tanpa lapisan
52
Gambar L.3 Kincir angin propeler tanpa lapisan
53
Gambar L.5 Kincir angin propeler variasi lapisan pelat aluminium pada bagian depan dan belakang sudu
