Unjuk kerja model rotor kincir angin propeler berbahan dasar kayu berlapis plat seng dengan sudu dari belahan dinding silinder dan sudut sektor 90 derajat.

(1)

ABSTRAK

Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan berkurangnya sumber energi utama yang banyak digunakan saat ini. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan sumber energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya adalah angin. Energi angin dapat dikonfersikan dalam energi mekanik dengan mengunakan kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin yang meliputi torsi, daya, koefisien daya, dan Tip speed ratio.

Model Kincir angin yang diteliti adalah jenis propeler tiga sudu berbahan dasar kayu berlapis seng. Sudu kincir dibuat dari belahan dinding silinder dengan sudut sektor 900 . Diameter silinder yang diambil dalam tiga variasi diameter yaitu 15 cm, 20 cm, dan 25 cm. untuk mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya, dan Tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk memberikan beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat ukur dengan neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan tacometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Kecepatan udara yang diatur berkisar antara 7 m/s hingga 8 m/s.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dari belahan silinder berdiameter 15 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 14,93% pada Tip speed ratio 2,20 dengan daya output sebesar 18,75 watt dan torsi sebesar 0,45 N.m. kincir angin dari belahan silinder berdiameter 20 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 14,91% pada Tip speed ratio 1,98 dengan daya output sebesar 18,13 watt dan torsi sebesar 0,49 N.m. kincir angin dari belahan silinder berdiameter 25 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 17,43% pada Tip speed ratio 1,68 dengan daya output sebesar 20.77 watt dan torsi sebesar 0,66 N.m. Dari ketiga kincir angin yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin berbahan dasar kayu berlapis seng dengan kincir angin dari belahan silinder berdiameter 25 cm memiliki nilai koefisien daya maksimal dan Tip speed ratio paling tinggi.

(2)

ABSTRACT

Nowadays the use of energy, especially electrical energy is very important to every citizen. The number of large consumption which cause in reducing main energy source that much used of diminishing at this time. Based on the current conditions, the idea to produce alternative energi sources that cannot be discharged could arise, for example is wind. The wind energy can be converted into mechanical energy by using windmills. The aim research is to assess working model of windmills which includes torque, power, power coefficient, and Tip speed ratio.

Windmills model to be researched is the type of three-blades propeler made of wood quilted zinc. Windmills blades made of the cylinder wall with a sector angle 90°. The diameter of cylindrical taken in three diameter variation was 15 cm, 20 cm, and 25 cm. In obtaining windmills power, torque, power coefficient, and Tip speed ratio on windmills, the shaft of windmills connected to the braking mechanism serves to give a burden on windmills. Large of burden windmills could be mesaured with a balance of spring. Round windmills measure using tacometer and velocity of the wind measured using the anemometer. Air speed arranged between 7 m/s to 8 m/s.

Based on the result of this research, windmill blades which diameter 15 cm produced the maximum power coefficient of 14.93% in Tip speed ratio 2.20 with output power of 18.75 watt and torque of 0.45 N.m. The windmill which diameter 20 cm produced the maximum power coefficient of 14.91% in Tip speed ratio 1.98 with output power of 18.13 watt and torque of 0.49 N.m. The windmill which diameter 25 cm produced the maximum power coefficient of 17.43% in Tip speed ratio 1.68 with output power of 20.77 watt and torque of 0.66 N.m. Based on three windmills that have examined, it can be concluded that windmills made of wood quilted zinc which diameter 25 cm having value the maximum power coefficient and the highest of Tip speed ratio.

(3)

i

UNJUK KERJA MODEL ROTOR KINCIR ANGIN PROPELER

BERBAHAN DASAR KAYU BERLAPIS PLAT SENG DENGAN

SUDU DARI BELAHAN DINDING SILINDER DAN SUDUT

SEKTOR 90

0

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

TEGUH SATRIO UTOMO NIM. 125214102

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(4)

ii

THE PERFORMANCE OF PROPELLER ROTOR MODEL

WIND-TURBINE MADE FROM WOOD BASED BASE

PLATE ZINC COATED WITH BLADE OF PARTS CYLINDER

WALL AND ANGLE SECTOR 90

0

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

TEGUH SATRIO UTOMO Student Number : 125214102

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

vii ABSTRAK

Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan berkurangnya sumber energi utama yang banyak digunakan saat ini. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan sumber energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya adalah angin. Energi angin dapat dikonfersikan dalam energi mekanik dengan mengunakan kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin yang meliputi torsi, daya, koefisien daya, dan Tip speed ratio.

Model Kincir angin yang diteliti adalah jenis propeler tiga sudu berbahan dasar kayu berlapis seng. Sudu kincir dibuat dari belahan dinding silinder dengan sudut sektor 900 . Diameter silinder yang diambil dalam tiga variasi diameter yaitu 15 cm, 20 cm, dan 25 cm. untuk mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya, dan Tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk memberikan beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat ukur dengan neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan tacometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Kecepatan udara yang diatur berkisar antara 7 m/s hingga 8 m/s.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dari belahan silinder berdiameter 15 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 14,93% pada Tip speed ratio 2,20 dengan daya output sebesar 18,75 watt dan torsi sebesar 0,45 N.m. kincir angin dari belahan silinder berdiameter 20 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 14,91% pada Tip speed ratio 1,98 dengan daya output sebesar 18,13 watt dan torsi sebesar 0,49 N.m. kincir angin dari belahan silinder berdiameter 25 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 17,43% pada Tip speed ratio 1,68 dengan daya output sebesar 20.77 watt dan torsi sebesar 0,66 N.m. Dari ketiga kincir angin yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin berbahan dasar kayu berlapis seng dengan kincir angin dari belahan silinder berdiameter 25 cm memiliki nilai koefisien daya maksimal dan Tip speed ratio paling tinggi.

(10)

viii ABSTRACT

Nowadays the use of energy, especially electrical energy is very important to every citizen. The number of large consumption which cause in reducing main energy source that much used of diminishing at this time. Based on the current conditions, the idea to produce alternative energi sources that cannot be discharged could arise, for example is wind. The wind energy can be converted into mechanical energy by using windmills. The aim research is to assess working model of windmills which includes torque, power, power coefficient, and Tip speed ratio.

Windmills model to be researched is the type of three-blades propeler made of wood quilted zinc. Windmills blades made of the cylinder wall with a sector angle 90°. The diameter of cylindrical taken in three diameter variation was 15 cm, 20 cm, and 25 cm. In obtaining windmills power, torque, power coefficient, and Tip speed ratio on windmills, the shaft of windmills connected to the braking mechanism serves to give a burden on windmills. Large of burden windmills could be mesaured with a balance of spring. Round windmills measure using tacometer and velocity of the wind measured using the anemometer. Air speed arranged between 7 m/s to 8 m/s.

Based on the result of this research, windmill blades which diameter 15 cm produced the maximum power coefficient of 14.93% in Tip speed ratio 2.20 with output power of 18.75 watt and torque of 0.45 N.m. The windmill which diameter 20 cm produced the maximum power coefficient of 14.91% in Tip speed ratio 1.98 with output power of 18.13 watt and torque of 0.49 N.m. The windmill which diameter 25 cm produced the maximum power coefficient of 17.43% in Tip speed ratio 1.68 with output power of 20.77 watt and torque of 0.66 N.m. Based on three windmills that have examined, it can be concluded that windmills made of wood quilted zinc which diameter 25 cm having value the maximum power coefficient and the highest of Tip speed ratio.

(11)

ix

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan

anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “Unjuk Kerja Model Rotor

Kincir Angin Propeler Berbahan Dasar Kayu Berlapis Plat Seng dengan Sudu

Dari Belahan Dinding Silinder dan Sudut Sektor 900” . Laporan tugas akhir

merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa/mahasiswi untuk dapat

menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam laporan

tugas akhir ini membahas mengenai perancangan, pembuatan kincir angin sumbu

horizontal jenis propeler, dan perbandingan daya.

Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih

kepada:

1. Sudi Mungkasi,S.Si.,M.Math.Sci.,PhD., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Seluruh staf Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

7. Ir. Hindhu Sutopo, M.s.i dan Ir. Endang Gunarti sebagai orang tua dari penulis,

serta Aginasty Priyawan Astuning sebagai saudara dari penulis yang selalu

(12)

(13)

xi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN UJIAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ... vi

ABSTRAK ... vii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Manfaat ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

2.1 Dasar Teori ... 4

2.1.1 Kincir Angin ... 5

2.1.1.1 Kincir Angin Poros Horizontal ... 5

2.1.1.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 7

2.1.1.3 Kincir Angin Popeler ... 9

2.1.1.4 Faktor yang Mempengaruhi Kincir Angin ... 9

2.1.2 Alasan Pemilihan Jenis Kincir ... 13

BAB III METODE PENELITIAN ... 14

3.1 Diagram Penelitian ... 14

3.2 Alat dan Bahan ... 15

3.3 Desain kincir ... 20

3.4 Variabel Penelitian ... 20

3.5 Variabel Yang Diukur ... 24

3.6 Parameter Yang Diukur ... 24

3.7 Langkah Penlitian ... 24

(14)

xii

4.1 Data Hasil Penelitian ... 26

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 29

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ... 30

4.2.2 Perhitungan Torsi ... 30

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ... 31

4.2.4 Perhitungan Tip speed ratio ... 31

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ... 32

4.3 Hasil Perhitungan ... 32

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 39

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin dengan diameter 15 cm ... 39

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Untuk Kincir Angin dengan diameter 15 cm ... 41

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Maksimal dan Tip speed ratio Untuk Kincir Angin dengan diameter 15 cm ... 44

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Diameter Silinder ... 49

4.5.1 Grafik Perbandingan koefisien Putaran Poros dengan Torsi 49 4.5.2 Grafik Perbandingan Daya Output Kincir dan Torsi ... 50

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal ... 6

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal. (a) Kincir angin Darrieus dan (b) Kincir angin Savonius. (Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin) ...8

Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Cp danλdari beberapa jenis kincir . (Sumber : Wind Energy System by Dr. Gary L . Johnson ) ...12

Gambar 3.1 Diagram aliran metode penelitian kincir angin...14

Gambar 3.2 Tiga variasi Diameter sudu kincir yang kami teliti (a) Diameter 25 dengan sudut 900,(b) Diameter 20 dengan sudut 900dan (c) Diameter 15 dengan sudut 900...16

Gambar 3.3 Dudukan Sudu...16

Gambar 3.9 Poros Kincir ...19

Gambar 3.10 Desain kincir angin Diameter dinding 15 cm...20

Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin Diameter 15 cm...39

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan Diameter 20 cm...40

Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan Diameter 25 cm...41

Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan Diameter 15 cm...42

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya danλuntuk kincir angin Diameter 15 cm...45

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien daya danλuntuk kincir angin dengan Diameter 20 Cm ...47

(16)

xiv

Gambar 4.10 Grafik hubungan putaran dan torsi untuk tiga variasi Diameter 15 cm, 20 cm dan 25 cm ...49 Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya danλuntuk tiga variasi

Diameter 15 cm, 20 cm dan 25 cm ...50 Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya danλuntuk tiga variasi

(17)

xv

DAFTAR TABEL

Table 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu Diameter 15 cm dengan sudut 900...26 Table 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu Diameter 15 cm dengan sudut

900(lanjutan) ...27 Table 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu Diameter 20 cm dengan sudut

900...27 Table 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu Diameter 20 cm dengan sudut

900(lanjutan) ...28 Table 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu Diameter 25 cm dengan sudut

900 ...28 Table 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu Diameter 25 cm dengan sudut

900(lanjutan) ...29 Table 4.4 Data perhitu ngan tiga sudu propeler dengan Diameter 15 cm...33 Table 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan Diameter 15 cm

(lanjutan) ...34 Table 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan Diameter 20 cm...35 Table 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan Diameter 20 cm

(lanjutan)...36 Table 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan Diameter 25 cm...37 Table 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan Diameter 25 cm

(18)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pemakaian energi listrik di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat.

Hal ini terjadi karena, bertambahnya jumlah penduduk di Indonesia. Di Indonesia

sumber utama bahan bakar penghasil listrik berasal dari energi fosil. Peningkatan

pemakaian bahan bakar fosil tidak di ikuti dengan ketersediaan bahan bakar fosil.

Ini dikarenakan energi fosil merupakan energi yang tidak dapat diperbarui.

Pemakaian energi fosil juga dapat menyebabkan pemanasan global akibat sisa

pembakarannya yang berupa gas CO dan CO2. Sehinga memunculkan ide untuk

memanfatkan energi terbarukan. Salah satunya adalah energi angin.

Angin merupakan energi yang dapat diperoleh secara gratis di mana pun dan

kapanpun serta ramah lingkungan. Sebagai negara yang memiliki garis pantai

terpanjang ke dua di dunia Indonesia memiliki potensi energi angin yang sangat

besar. Hal ini karena energi angin yang besar terjadi di sepanjang garis pantai.

Karena ketersediaan angin selama ini diangap fenomena yang terjadi secara alami

oleh kebanyakan masyarakat Indonesia.

Ada banyak jenis kincir angin yang telah dikembangkan. Secara umum,

kincir angin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu kincir angin dengan poros

vertikal dan kincir angin dengan poros horisontal, yang masing-masing jenis

(19)

1.2 Perumusan Masalah

Masalah yang ingin di pecahkan melalui penelitian ini antara lain:

1. Bagaimana membuat sudu – sudu kincir angin dari belahan lingkaran

berbahan dasar triplek berlapis seng ?

2. Bagaimana pengaruh jarak pemotongan terhadap unjuk kerja kicir angin ?

3. Seberapa koefisiensi daya yang dapat di hasilkan oleh ketiga variasi sudut

potong sudu kincir angin ?

1.3 Tujuan Penelitian

Pada penelitian ini penulis bertujuan :

1. Membuat model kincir angin propeler tiga sudu berbahan dasar kayu

berlapis seng.

2. Menghitung koefisien daya dan Tip speed ratio yang dihasilkan oleh tiga

model kincir angin.

3. Mengetahui model terbaik di antara tiga variasi diameter

1.4 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, penulis hanya memfokuskan kajian dan analisa sebagai

berikut :

1. Bahan yang digunakan dalam pembuatan sudu kincir ialah triplek dengan

ketebalan 4 mm dan dilapisi seng dengan ketebalan 0.2 mm.

2. Model kincir yang digunakan ialah jenis horizontal yaitu propeller tiga

(20)

3. Penelitian dilakukan di dalam laboratorium konversi energi Universitas

Sanata Dharma dengan memanfaatkan mesin wind tunnel.

4. Data yang diambil dalam penelitian ini ialah, kecepatan angin, putaran

poros kincir, beban yang diberikan dan suhu ruangan.

5. Variasi yang digunakan ialah variasi sudu yang diperoleh dari tiga variasi

silinder dengan diameter silinder 15 cm, 20 cm dan 25 cm.

1.5 Manfaat

Manfaat dari penelitian ini yaitu :

1. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler tiga

sudu berbahan kayu dengan variasi sudut potong yang berbeda.

2. Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di

Indonesia, khususnya energi angin.

3. Menjadi sumber referensi bagi masyarakat di daerah yang memiliki

(21)

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Dasar Teori

Angin adalah udara bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan adanya

perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Pada daerah yang bertemperatur tinggi,

udara akan memuai dan massa jenis udara akan turun, sehingga tekanan udara di

daerah tersebut akan rendah. Tekanan rendah ini akan diisi oleh udara yang datang

dari tekanan yang lebih tinggi.

Kecepatan angin sangat dipengaruhi oleh beberapa hal : pertama, oleh letak

tempat atau topografi, dimana jika angin menerpa pada topografi berupa gunung,

angin akan cenderung naik dan jika angin menerpa pada topografi berupa dataran,

maka angin akan cenderung lurus-lurus saja. Kedua, saat angin bergerak di atas

daratan dan lautan juga sangat berbeda. Walau bagaimanapun angin yang

bergerak di daratan akan cenderung mengikuti keadaan permukaan daratan,

berbeda jika angin yang berhembus di atas lautan maka ia akan ikut

mempengaruhi bentuk muka air laut, bahkan pergerakan arus di atas laut.

Sehingga ia lebih bebas bergerak di atas lautan daripada di daratan. Ketiga,

adanya pepohonan sangat berpengaruh jika pohon tersebut cukup tinggi, maka

(22)

2.1.1 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga

menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan

di Belanda, Denmark, dan negara-negara Eropa lainya yang pada waktu itu

banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan penggilingan

gandum. Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu adalah

Windmill. (Sumber :http://wikipedia.org/kincirangin,22Mei2015).

Berdasarkan posisi poros kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok

utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam

penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horizontal.

2.1.1.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Kincir

berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling – baling angin yang sederhana,

sedangkan kincir berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor

angin yang digabungkankan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki

sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat

berputar. Sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, kincir biasanya

diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah – bilah kincir dibuat kaku agar

mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai

tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan

(23)

realibilitas begitu penting, sebagian besar HAWT merupakan mesin upwind.

Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind dibuat agar tidak

memerlukan mekanisme tambahan supaya bilah – bilah kincir tetap sejalan

dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya

bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian

juga mengurangi resintensi angin dari bilah – bilah itu. Bentuk dari kincir angin

sumbu horizontal ini dapat dilihat pada pada Gambar 2.1.

Kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal atau HWAT, yakni dasar

menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang hembusannya lebih kuat di

tempat – tempat yang memiliki geseran angin, perbedaan antara laju dan arah

angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di

sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin

meningkat sebesar 20%.

Gambar2.1 Kincir angin sumbu horizontal

(http://www.indoenergi.co m/2012/07/, diakses 1

(24)

Selain memiliki kelebihan, adapun juga kelemahan yang dimilik oleh kincir

angin sumbu horizontal atau HAWT. Menara yang tinggi serta bilah yang

panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya

transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan kincir angin.

Kelemahan dari desain kincir angin sumbu horizontal adalah sebagai berikut :

a) HAWT yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat

tinggi dan membutuhkan operator yang profesional.

b) Dibutuhkan konstruksi menara yang besar untuk menyangga bilah –bilah

yang berat, transmisi roda gigi, dan generator.

c) HAWT yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.

d) Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu

penampilan landscape.

e) Berbagai varian downwind mengalami kerusakan struktur yang disebabkan

oleh turbulensi.

f) HAWT membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.

2.1.1.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi

porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat

mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau

bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang besar daripada kincir angin poros

(25)

Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah :

1) Dapat menerima arah angin dari segala arah.

2) Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

3) Dapat bekerja pada putaran rendah.

4) Tidak memerlukan mekanisme yaw.

5) Biaya pemasangan lebih murah dibandingkan kincir angin poros

horisontal.

Sedangkan kelemahan kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :

1) Memiliki torsi awal yang rendah, sehingga memerlukan energi awalan

untuk mulai berputar.

2) Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.

3) Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan

merupakan beban tambahan.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang ada di sekitar kita diantaranya

seperti terlihat pada Gambar 2.2

(a) (b)

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal. (a) Kincir angin Darrieus dan (b) Kincir angin Savonius. ( Sumber :

(26)

Dalam penelitian ini akan membahas mengenai kincir angin poros horisontal

tiga sudu dengan jenis propeler.

2.1.1.3 Kincir Angin Popeler

Kincir angin jenis propeler merupakan salah satu dari kincir angin poros

horisontal yang biasanya bersudu tiga, empat, atau juga bersudu banyak. Kincir

jenis ini dapat bekerja pada putaran yang tinggi sehingga dapat menghasilkan

daya listrik yang besar.

2.1.1.4 Faktor yang Mempengaruhi Kincir Angin

Faktor yang mempengaruhi nilai dari kincir angin berupa :

1) Energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan sudu-sudu

yang terdapat pada kincir angin tersebut.

2) Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat gerakan

benda tersebut, yang dapat dirumuskan :

Energi kinetik = ½ m.v2 (1)

dengan :

m adalah massa (kg)

v adalah kecepatan dari benda yang bergerak (m/s)

3) Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan

(27)

Pin= ½ḿ v2 (2) dengan :

Pinadalah daya angin (watt)

ḿ adalah massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s)

dimana :

ḿ =ρ A v (3)

dengan :

ρadalah massa jenis udara (kg/m3)

A adalah luas penampang sudu (m2) V adalah kecepatan angin (m/s)

4) Daya angin (Pin) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap

luasan sudu, yang dapat dirumuskan :

Pin = ½ .A.v3 (4)

dengan :

adalah massa jenis udara (kg)

A adalah luas penampang sudu (m2) v adalah kecepatan aliran angin (m/s)

5) Tip speed ratio (λ) adalah perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu

yang berputar dengan kecepatan angin,λdapat dirumuskan :

Λ= (5)

dengan :

(28)

6) Daya yang dihasilkan kincir (P_out) adalah daya yang dihasilkan kincir

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir, sehingga daya kincir yang

dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout =T . ω (6)

dengan :

T adalah torsi (Nm)

ω adalah kecepatan sudut (rad/s)

7) Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros dihasilkan oleh gaya dorong

pada sudu kincir yang dikurangi dengan gaya hambat (gaya yang

berlawanan arah). Gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros

kincir yang berputar. Untuk perhitungan torsi dapat dihitung dengan

menggunakan rumus :

T = F . r (7)

dengan :

F adalah gaya (N)

r adalah panjang lengan torsi (m)

8) Kecepatan sudut kincir adalah kecepatan putar kincir dalam satuan radian

per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

(8)

dengan

ω adalah kecepatan sudut (rad/s)

(29)

9) Koefisien daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan

perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang

dihasilkan oleh angin . Sehingga Cpdapat dirumuskan :

.100% (9)

dengan

Poutadalah daya yang dihasilkan kincir Pin adalah daya yang dibangkitkan oleh angin

Cp dari suatu kincir angin juga dapat ditentukan dengan grafik Hubungan antara Cpdanλdari beberapa jenis kincir.

(30)

2.1.2 Alasan Pemilihan Jenis Kincir

Beberapa alasan pertimbangan memilih jenis kincir propeler adalah :

1) Jenis kincir angin propeler dipilih karena pada umumnya memiliki

kecepatan putar dan Tip speed ratio (λ) yang lebih tinggi dibandingkan

dengan jenis-jenis kincir lainnya, sehingga cocok digunakan sebagai

penggerak generator listrik.

2) Kincir propeler dengan jumlah sudu sebanyak tiga buah dipilih karena

memiliki sifat giroskopik yang lebih baik dibandingkan dengan kincir dua

sudu dan lebih efisien dibandingkan dengan kincir empat sudu.

3) Bahan dasar sudu dipilih dari kayu, karena kayu dipandang cukup kuat,

mudah didapat, harganya terjangkau dan mudah dikerjakan dengan tangan.

Sedangkan pelat seng sebagai pelapis luar sudu kincir dipilih karena seng

dipandang tahan terhadap cuaca dan tahan korosi serta mudah didapat dan

cukup murah.

4) Pada umumnya kincir angin jenis propeler memiliki koefisien daya puncak

(Cpmax) yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis-jenis kincir lainnya,

yakni diatas harga 0,35.

5) Bentuk penampang sudu-sudu kincir belahan dinding silinder. Dari hasil

pengujian sekala kecil (berdiameter 15 cm)terhadap model kincir propeler

(31)

14

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram

alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram aliran metode penelitian kincir angin Mulai

Perancangan kincir angin propeler tiga sudu

Pembuatan kincir angin berbahan dasar kayu dengan tiga variasi diameter dinding kincir

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari Koefisien Daya dan Tip speed ratio. Membandingan Koefisien Daya maksimal dan Tip speed ratio pada masing–

masing variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

(32)

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur yang

berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat di pertanggung

jawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin Tipe propeler dilakukan di Laboratorium

Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi

dipasang pada wind Turbind dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk

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 propeler pada wind Turbind.

3.2 Alat Dan Bahan

Model kincir angin propeler dengan bahan dasar kayu triplek dengan dilapisi

seng stebal 0,02 dengan 3 variasi diameter 15cm ,20cm dan 25cm dengan sudut

900

1. Sudu kincir angin.

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima

energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar.

Variasi yang digunakan adalah variasi diameter dengan sudut 900, yaitu sudu

(33)

Sudu untuk kincir ketiga, 25 cm. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang

berbeda dengan sudut 900, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada

Gambar 3.2.

(a) (b) (c)

Gambar 3.2 Tiga variasi Diameter sudu kincir yang kami teliti (a) Diameter 25 dengan sudut 900,(b) Diameter 20 dengan sudut 900dan (c) Diameter 15 dengan sudut 900

2. Dudukan sudu.

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk

pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu

ini memiliki tiga buah lubang untuk pemasangan sudu dan tiga buah klem

untuk menjepit sudu yang dipasang pada dudukan sudu, untuk mengatur sudu

kemiringan cukup membuka mur klem. Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar

3.3.

(34)

3. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk meniupkan udara yang akan disalurkan ke kincir, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.4 menunjukan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.4 Fan Blower

4. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga

digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.5

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 takometer yang digunakan adalah digital light takometer, cara kerjanya

cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data dan penampil.

(35)

Gambar 3.5 Anemometer

Gambar 3.6 Tachometer

6. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir

pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.7 menunjukan bentuk dari neraca pegas

yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem

pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah

disesuaikan.

7. Sistem Pengereman

Sistem pengereman ini berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir,

yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi

(36)

Gambar 3.7 Neraca Pegas

Gambar 3.8 Sistem Pengereman

9. Poros Kincir

Poros kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat berputar.

Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan sistem

pengereman, yang dihubungkan dengan poros penyambung.

(37)

3.3 Desain Kincir

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.9.

Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang

diameternya berukuran 15 cm dengan sudut patahan sudu 90o. Gambar 3.10,3.11

dan 3.12 menunjukan desain dari sudut patahan sudu kincir angin.

3.4 Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal

sampai kincir dalam posisi diam atau berhenti.

2. Variasi kehalusan permukaan triplek atau tanpa lapisan tambahan, variasi

(38)

(39)

(40)

(41)

3.5 Variabel Yang Diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Kecepatan angin (m/s)

2. Gaya pengimbang (N)

3. Putaran kincir (rpm)

3.6 Parameter Yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah:

1. Daya angin (P_in)

2. Daya kincir (P_out)

3. Gaya pengimbang torsi (T)

4. Koefisien Daya (C_p)

3.7 Langkah Penelitian

Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian

adalah pasang kincir angin di dalam terowongan angin pasang komponen poros

penghubung kincir angin dengan mekanisme pengereman yang berada di bagian

depan terowongan angin.

Proses pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir angin dilakukan

secara bersamaan di saat pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir, ada

beberapa hal yang perlu dilakukan yaitu:

1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pengereman.

(42)

angin

3) Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.

4) Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan lengan

pada mekanisme pengereman.

5) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk meniupkan angin

6) Percobaan pertama dengan variasi diameter 15 cm, percobaan kedua

dengan variasi diameter 20 cm, percobaan ketiga dengan variasi diameter

25 cm

7) Untuk mengatur kecepatan angin dalam kincir dengan cara

memundurkan jarak fan blower terhadap kincir angin agar dapat

menentukan variasi kecepatan angin. Dalam percobaan ini kecepatan

angin disamakan atau dibuat sama.

8) Memvariasikan beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan

variasi pembebanan, menggunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan

seterusnya sampai kincir angin berhenti.

9) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang

diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa

pengimbang yang terukur pada neraca pegas.

10) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan

kecepatan kincir angin dengan mengunakan tachometer.

11) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.

12) Mengulang kembali dari langkah ke 6 hingga langkah ke 11 untuk

(43)

26 BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 DataHasilPenelitian

Berikut ini data hasil dari penelitian kincir angin tiga sudu jenis propeler

dengan tiga variasi diameter dengan sudut 900. Data yang diperoleh dapat dilihat

pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.

Table 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu diameter 15 cm dengan sudut 900

(44)

Table 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu diameter 15 cm dengan sudut 900(lanjutan)

No Penelitian

Table 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu diameter 20 cm dengan sudut 900

(45)

Table 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu diameter 20 cm dengan sudut 900(lanjutan)

No Penelitian

Table 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu diameter 25 cm dengan sudut 900

(46)

Table 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu diameter 25 cm dengan sudut 900(lanjutan)

No Penelitian

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk mempermudah dalam

proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81m/s2

(47)

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Contoh perhitungan daya angin, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian

percobaan pertama dan pembebanan yang ke dua, diperoleh kecepatan angin

adalah sebesar 7,89 m/s, massa jenis udara (ρ) yang diketahui adalah 1,17 kg/m3,

dan luas penampang yang sudah dihitung adalah (A) = 0,502 m2. Nilai daya angin

dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut

Pin = ½ . ρ . A . v3

= ½ . (1,17) . (0,502) . (7,41)3

= 119,641 watt

Jadi, nilai daya angin yang dihasilkan adalah sebesar 119,641watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari

Tabel 4.1 pada pengujian percobaan pertama dan pembebanan yang ke dua. Dari

data yang diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 0,785

(48)

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.1 pada

pengujian pertama dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin

sebesar 7,41 m/s, putaran poros (n) sebesar 524 rpm, dan torsi yang telah

diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar = 0,118 N.m. Besar nilai daya

kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Pout = T . ω

= 0,118 .

= 8,613 watt

Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 8,613 watt

4.2.4 Perhitungan Tip speed ratio

Contoh perhitungan untuk λ, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian

pertama dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin dalam

rad/s adalah sebesar 54,873 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,4 m, dan

kecepatan angin sebesar 7,41 m/s. Nilai Tip speed ratio dapat dihitung

menggunakan rumus sebagai berikut :

λ=

=

= 2,962

(49)

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya

Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas

yakni, besar nilai daya angin pada Sub Bab 4.2.1 adalah 119,641 watt dan nilai dari

daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub Bab 4.2.3 adalah sebesar 8,613 watt.

Nilai koefisien daya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Cp = x 100%

= x 100%

= 7,1%

Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 7,1 %

4.3 Hasil Perhitungan

Pengujian kincir angin sumbu horizontal jenis propeler tiga sudu ini

dilakukan dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu yang berbeda

– beda yakni, dengan diameter 15cm, 20cm dan 25 cm. Pada pengujian kincir

angin jenis propeler tiga sudu yang sudah diuji ini diperoleh hasil data – data

seperti pada Sub Bab 4.2 yang berikut ini dapat dilihat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5,

(50)

33 Table 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan diameter 15 cm

No Penelitian

2 7,41 524,0 80 0,785 0,157 54,873 119,641 8,613 7,199 3,0 3 7,42 501,7 100 0,981 0,196 52,538 120,126 10,308 8,581 _2,8 4 7,52 484,6 130 1,275 0,255 50,747 125,049 12,944 10,351 2,7 5 7,53 461,7 150 1,472 0,294 48,349 125,548 14,229 11,334 2,6 6 7,42 444,6 170 1,668 0,334 46,558 120,126 15,529 12,927 _2,5 7 7,43 425,0 200 1,962 0,392 44,506 120,612 17,464 14,480 2,4 8 7,53 396,8 230 2,256 0,451 41,553 125,548 18,751 14,935 2,2 9 7,75 367,8 250 2,453 0,491 38,516 136,877 18,892 13,802 _2,0 1

2

7,05 583,4 0 0 0 61,094 103,037 0 0 3,5

(51)

Table 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan diameter 15 cm (lanjutan)

(52)

Table 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan diameter 20 cm

2 7,68 477,8 90 0,883 0,177 50,035 133,202 8,835 6,632953 2,606

3 7,51 441,0 110 1,079 0,216 46,181 124,551 9,967 8,002273 2,460

4 7,48 428,4 150 1,472 0,294 44,862 123,064 13,203 10,72847 2,399

5 7,32 369,6 180 1,766 0,353 38,704 115,334 13,669 11,85149 2,115

6 7,50 341,5 210 2,060 0,412 35,762 124,054 14,735 11,87758 1,907

7 7,39 296,8 250 2,453 0,491 31,081 118,675 15,245 12,84614 1,682

8 7,63 282,9 300 2,943 0,589 29,625 130,617 17,437 13,35004 1,553

9 7,5 234,6 340 3,335 0,667 24,567 124,054 16,388 13,21068 1,310

1

2

7,67 524,1 0 0 0 54,884 132,682 0 0 2,862

2 7,51 473,6 90 0,883 0,177 49,595 124,551 8,758 7,031311 2,642

3 7,59 419,5 120 1,177 0,235 43,930 128,573 10,343 8,044328 2,315

4 7,60 408,5 150 1,472 0,294 42,778 129,082 12,590 9,75314 2,251

5 7,64 371,3 200 1,962 0,392 38,882 131,131 15,257 11,63528 2,036

6 7,53 354,1 240 2,354 0,471 37,081 125,548 17,461 13,90766 1,970

7 7,59 295,9 270 2,649 0,530 30,987 128,573 16,415 12,7669 1,633

8 7,61 289,1 300 2,943 0,589 30,274 129,592 17,820 13,75046 1,591

(53)

2 7,77 463,9 100 0,981 0,196 48,579 137,940 9,531 6,909764 2,501

3 7,55 440,8 130 1,275 0,255 46,160 126,551 11,774 9,303492 2,446

4 7,45 415,3 160 1,570 0,314 43,490 121,589 13,652 11,22833 2,335 5 7,49 376,0 200 1,962 0,392 39,375 123,558 15,451 12,50473 2,103

6 7,62 368,4 230 2,256 0,451 38,579 130,104 17,409 13,38087 2,025 7 7,45 353,0 250 2,453 0,491 36,966 121,589 18,132 14,91241 1,985

(54)

Table 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler dengan diameter 25 cm

2 7,45 450,3 140 1,373 0,275 47,155 121,589 12,953 10,65278 2,532

3 7,4 430,7 170 1,668 0,334 45,103 119,157 15,044 12,62498 2,438

4 7,35 417,3 200 1,962 0,392 43,700 116,758 17,148 14,6865 2,378

5 7,4 372,3 240 2,354 0,471 38,987 119,157 18,358 15,40675 2,107

6 7,72 353,8 290 2,845 0,569 37,050 135,294 21,081 15,58138 1,920 7 7,53 309,1 320 3,139 0,628 32,369 125,548 20,322 16,18698 1,719

8 7,4 297,4 340 3,335 0,667 31,144 119,157 20,775 17,43519 1,683

(55)

7,49 493,7 0 0,000 0,000 51,700 123,558 0,000 0 2,761

2 7,33 423,8 90 0,883 0,177 44,380 115,808 7,837 6,766957 2,422

3 7,42 400,3 150 1,472 0,294 41,919 120,126 12,337 10,26992 2,260

4 7,82 356,9 180 1,766 0,353 37,374 140,620 13,199 9,386435 1,912

5 7,01 325,9 210 2,060 0,412 34,128 101,293 14,061 13,88198 1,947

6 7,62 314,5 260 2,551 0,510 32,934 130,104 16,800 12,91311 1,729

7 7,14 302,5 280 2,747 0,549 31,678 107,034 17,402 16,25888 1,775

8 7,25 282,5 300 2,943 0,589 29,583 112,057 17,413 15,53916 1,632

9 7,42 282 320 3,139 0,628 29,531 120,126 18,541 15,43438 1,592

10 7,43 230 390 3,826 0,765 24,086 120,612 18,430 15,28016 1,297

1

3

7,62 502,8 0 0,000 0,000 52,653 130,104 0,000 0 2,764

2 7,06 444,1 90 0,883 0,177 46,506 103,476 8,212 7,936172 2,635

3 7,51 409,1 120 1,177 0,235 42,841 124,551 10,086 8,09828 2,282

4 7,45 358,5 160 1,570 0,314 37,542 121,589 11,785 9,692643 2,016

5 7,59 327,5 200 1,962 0,392 34,296 128,573 13,458 10,4669 1,807

6 7,6 285,4 250 2,453 0,491 29,887 129,082 14,660 11,35678 1,573

7 7,57 263,7 290 2,845 0,569 27,615 127,560 15,712 12,31749 1,459

8 7,47 250,1 320 3,139 0,628 26,190 122,571 16,443 13,4154 1,402

9 7,8 224,2 360 3,532 0,706 23,478 139,543 16,583 11,88382 1,204

(56)

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan

hasil grafik. Grafik– grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya

dan torsi, grafik hubungan antara torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara

koefisien daya dengan Tip speed ratio. Penjelasan untuk grafik hubungan diatas,

lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik–grafik berikut ini :

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin dengan

Diameter 15 cm

Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat

digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi.

Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin dengan diameter 15 cm adalah 18,9 watt pada torsi sebesar

0,4905 N.m.

(57)

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir dengan

Diameter 20 cm

digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi.

Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin dengan diameter 20 cm adalah 16,4 watt pada torsi sebesar

0,66 N.m.

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan diameter 20 cm

4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin dengan

Diameter 25 cm

digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi.

(58)

dihasilkan kincir angin dengan diameter 25cm adalah 20,29 watt pada torsi sebesar

0,824 N.m.

Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan diameter 25 cm

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Untuk Kincir Angin

dengan Diameter 15 cm

digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm). Pada

Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin dengan

(59)

Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan diameter 15 cm

(60)

Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan diameter 20 cm

(61)

Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan diameter 25 cm

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Maksimal dan Tip speed ratio

Untuk Kincir Angin dengan Diameter 15 cm

Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

maksimal dan λ optimal untuk kincir angin variasi diameter 15 cm diperoleh

persamaan Cp = -7,0286λ2 + 29,019λ - 17,099 untuk menentukan nilai koefisien

daya maksimal dan λ optimal. Nilai λ optimal dapat dihitung dari persamaan

sebagai berikut :

Cp = -7,0286λ2+ 29,019λ- 17,099

0 = 2(-7.0286)λ+ 29,019λ

(62)

14,0572λ= 29,019

λ=

λ= 2.0643

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilaiλ= Tip speed ratio

optimal, yakni sebesar 2,0643

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai λ yang dimasukan ke dalam

persamaan sebagai berikut :

Cp= -7,0286λ2+ 29,019λ- 17,099

Cpmax= -7,0286(2.0643)2+ 29.019(2,0643)–17,099

Cpmax= 12.853

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai Cpmax = koefisien

daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 12.85%

(63)

sebagai berikut :

Cp= -9,7648λ2+ 33,582λ- 15,211

Cpmax= -9,7648(1,719)2+ 33,582(1,719) - 15,211

(64)

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai Cpmax= koefisien

daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 13,661%

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien Daya Maksimal (Cpmax)dan Tip speed ratio (λ)untuk kincir angin diameter 20 cm

sebagai berikut :

Cp = -9,3466λ2+ 30,595λ- 10,306

0 = 2(-9,3466)λ+ 30,595

(65)

18,6932λ= 30,595

λ=

λ= 1,636

Cp = -9,3466λ2+ 30,595λ- 10,306

Cpmax= -9,3466(1,636)2+ 30,595(1,636) - 10,306

Cpmax= 14,731

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai Cpmax = koefisien

daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 14,73%

(66)

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Diameter Silinder

Berikut ini adalah grafik perbandingan dari ketiga variasi diameter 15 cm, 20

cm dan 25 cm yakni, grafik perbandingan poros dan torsi, output dan torsi dan

koefisien daya maksimal (Cpmax) dengan Tip speed ratio (λ).

4.5.1 Grafik Perbandingan Koefisiensi Putaran Poros Dengan Torsi

Data yang sudah diperoleh dapat dibandingkan antar ketiga variasi yang

diteliti. Perbandingan poros dapat ditunjukan pada Gambar 4.10. Dilihat dari

Gambar 4.10 dapat diketahui bahwa kincir angin dengan sudu dengan dengan

diameter 15 cm memiliki putaran poros lebih besar dari pada kedua variasi

permukaan sudu yang lainnya

(67)

4.5.2 Grafik Perbandingan daya output kincir dan torsi

diteliti. Perbandingan daya pout dapat ditunjukan pada Gambar 4.11. Dilihat dari

Gambar 4.11 dapat diketahui bahwa kincir angin dengan sudu dengan dengan

diameter 25 cm memiliki daya pout lebih besar dari pada kedua variasi permukaan

sudu yang lainnya

Gambar 4.11 Grafik hubungan daya output kincir dan torsi untuk tiga variasi diameter 15 cm, 20 cm dan 25 cm

4.5.3 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Maksimal dengan Tip speed ratio

diteliti. Perbandingan koefisien daya maksimal (Cpmax) dapat ditunjukan pada

Gambar 4.12 Dilihat dari Gambar 4.12 dapat diketahui bahwa kincir angin dengan

sudu dengan dengan diameter 25 cm memiliki koefisien daya maksimal (Cpmax)

(68)

(69)

52 BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin propeler tiga sudu dengan tiga variasi diameter 15

cm, 20 cm dan 25 cm . sudut 900 pelapisan mengunakan seng yang sudah di

lakukan,maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu dari bahan dasar kayu

dengan tiga variasi diameter . Variasi yang dilakukan yakni kincir angin

dengan diameter 15 cm, kincir angin dengan diameter 20 cm, dan yang

terakhir kincir angin dengan diameter 25 cm, dengan sudut 900

2. Dari hasil penelitian ini, Kincir angin dari belahan silinder berdiameter 15

cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 14,93% pada Tip speed

ratio 2,20 dengan daya output sebesar 18,75 watt dan torsi sebesar 0,45 N.m. Kincir angin dari belahan silinder berdiameter 20 cm menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 14,91% pada Tip speed ratio 1,98 dengan

daya output sebesar 18,13 watt dan torsi sebesar 0,49 N.m. Kincir angin

dari belahan silinder berdiameter 25 cm menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 17,43% pada Tip speed ratio 1,68 dengan daya output

(70)

3. Setelah mendapatkan hasil perhitungan dari data pada ketiga variasi

pelapisan sudu kincir angin propeler, dinyatakan bahwa, nilai paling tinggi

untuk koefisien daya maksimal (Cpmax) yakni 17,43% dan Tip speed ratio

(λ_{) 1,68 dihasilkan dari kincir angin diameter 25 cm}

5.2 Saran

Dalam melaksanakan penelitian ini, penulis merasa bersyukur bahwa ilmu

yang diperoleh pada saat mengikuti perkuliahan selama ini dapat membekali

penulis dalam melaksanakan pembuatan kincir angin propeler tiga sudu lengkung

silindris dari bahan kayu berlapis seng, berdiameter 15 cm, 20cm, 25cm. Maka

dari itu untuk meningkatkan kualitas serta mutu dari penelitian-penelitian

selanjutnya perkenankanlah penulis untuk memberikan saran yang kiranya

berguna bagi pembaca :

1. Persiapkan dengan matang bahan yang digunakan dalam pembuatan sudu

kincir.

2. Carilah model kincir yang akan digunakan dalam penelitian dan jumlah

sudu.

3. Lebih banyak melakukan variasi diameter sudu dan variasi bentuk sudu

agar lebih detail untuk mendapatkan hasil yang baik, sehingga didapatkan

model kincir angin yang cocok untuk dikembangkan yang sesuai dengan

(71)

4. Usahakan poros penguhubung antara kincir angin dengan wind tunnel

dalam kondisi siap pakai atau tidak melengkung, agar putaran kincir angin

lebih seimbang atau tidak goyah.

5. Gunakan alat –alat pengukur yang kondisinya baik, agar memperoleh data

(72)

55

DAFTAR PUSTAKA

Culp, Archie W., 1985, “Prinsip-Prinsip Konversi Energi.”, Terjemahan oleh Darwin Sitompul, Erlangga, Bandung.

Daryanto,Y., 2007, “Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga

Bayu”, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan

Energi Nasional.

Ginting, Soeripno, J., 1993, “Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir

Angin Poros Horisontal.”, Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung

Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 12

April 2015.

Rines. 2012. Bahan Ajar Rekayasa Energi Angin. Yogyakarta: Universitas Sanata

Dharma.

http://wikipedia.org/kincirangin,22Mei2015).

http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2015

(73)

56 LAMPIRAN

cetakan diameter 15 cm

(74)

Cetakan diameter 25 cm

(75)

Kayu lapis

(76)

Anemometer

(77)

Motor tiga phase

(78)