i
UNJUK KERJA DUTCH WINDMILL DENGAN VARIASI LEBAR SUDU
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh:
JEFFRY YOHANES FRANCISCO NIM : 055214023
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF DUTCH WINDMILL WITH WIDTH OF BLADE VARIATION
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By:
JEFFRY YOHANES FRANCISCO Student Number : 055214023
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
iii
TUGAS AKHIR
UNJUK KERJA DUTCH WINDMILL DENGAN VARIASI LEBAR SUDU
Yogyakarta, 10 Agustus 2010 Pembimbing
iv
TUGAS AKHIR
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 10 Agustus 2010
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Jeffry Yohanes Francisco
NIM : 055214023
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
UNJUK KERJA DUTCH WINDMILL DENGAN VARIASI LEBAR SUDU beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya atau pun memberikan royalti kepada saya selama masih tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 10 Agustus 2010
Yang Menyatakan,
vii
INTISARI
Kebutuhan energi saat ini meningkat seiring dengan kemajuan teknologi karena hampir semua peralatan rumah tangga, perkantoran, dan industri menggunakan listrik. Untuk itulah penelitian tentang energi terbarukan pada umumnya dan penelitian tentang Dutch Windmill pada khususnya yang penulis lakukan dalam tugas akhir penulis dengan tujuan membuat model kincir angin jenis Dutch windmill untuk mendapatkan grafik hubungan efisiensi SKEA (Sistem Konversi Energi Angin) dengan TSR (Tip Speed Ratio) dan grafik hubungan daya keluaran dengan kecepatan angin.
Model kincir angin Dutch Windmill dengan jari-jari sudu 43 cm berbentuk persegi panjang plat datar dengan variasi lebar sudu berturut-turut 10 cm, 15 cm, dan 20 cm. Diuji dalam lorong angin dengan memvariasikan kecepatan angin serta dengan menggunakan beban berupa lampu bohlam 8 watt berjumlah 27 buah, dimana setiap pengujian dilakukan pengukuran kecepatan angin, putaran poros, tegangan, dan arus. Sehingga dari variabel yang diukur dari percobaan dapat dilakukan perhitungan untuk mendapatkan Tip Speed Ratio dan efisiensi SKEA.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas setiap waktu yang telah diberikan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada henti di dalam penulisan tugas akhir ini hingga selesai.
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan , serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.
4. Kepada kedua orang tua, atas dukungan moral, finansial, doa dan motivasi yang tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.
ix
6. Segenap teman-teman Teknik Mesin terutama angkatan 2005 dan yang masih tersisa, banyak pembelajaran yang penulis dapatkan bersama kalian.
7. Saudara-saudara penulis dan teman-teman penulis yang tidak dapat disebutkan oleh penulis satu per satu.
x
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .………... iii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ………... iv
HALAMAN PERNYATAAN .………... v
xi
2.2. Jenis-jenis Kincir Angin ... 7 2.3. Gaya-Gaya Yang Berkerja Pada Kincir Angin ... 11 2.4. Perumusan... ………....
2.4.1. Luasan Tegak Lurus Dengan Arah Angin…..………...
2.4.2. Laju Aliran Massa... 2.4.3. Daya Angin... 2.4.4. Daya Keluaran Listrik... 2.4.5. Kecepatan Ujung Sudu... 2.4.6. Tip Speed Ratio (TSR)... 2.4.7. Efisiensi SKEA (Sistem Konversi Energi Angin)...
12
BAB III METODE PENELITIAN………... 18
3.1. Metode Penelitian... 18 3.1.1. Dimensi Dutch Windmill... 18 3.1.2. Proses Pembuatan Dutch Windmill...
3.1.3. Proses Penelitian Dan Pengambilan Data...
18 20 3.2. Alat Dan Bahan...
xii
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN... …...………... 35
xiii
DAFTAR PUSTAKA... 44
LAMPIRAN... 46
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Perpindahan Udara... 9
Gambar 2.2 Jenis Kincir Angin Poros Horisontal... 9
Gambar 2.3 Jenis Kincir Angin Poros Vertikal... 10
Gambar 2.4 Diagram hubungan Cp dengan tsr ...…...….. 10
Gambar 2.5 Gaya Yang Berkerja Pada Sudu Kincir Angin...………….. 12
Gambar 2.6 Penentuan Tip Speed RatioPada Tiap Jumlah Sudu Berbeda..…. 17
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Saat ini kebutuhan energi terus meningkat karena sebagian besar peralatan rumah tangga, perkantoran, sekolah, industri dan tempat-tempat lain tidak pernah lepas dari penggunaan listrik diperkirakan mencapai 40% per tahun dan akan semakin meningkat seiring dengan waktu, hal ini dikarenakan semakin banyak populasi penduduk dan hampir semua peralatan yang ada untuk kebutuhan hidup manusia menggunakan listrik, dari alat telekomunikasi, transportasi, dan yang lainnya. Saat ini energi juga dapat digolongkan sebagai barang yang mahal, hal ini dapat terlihat dari bagaimana cara masyarakat memperoleh energi. Masyarakat seringkali harus mengeluarkan biaya untuk memperoleh energi yang dibutuhkan, dan dari pada itu juga karena bahan bakar fosil yang saat ini merupakan sumber energi utama menipis ketersediaannya sehingga terjadi lonjakan harga yang tinggi.
2
terjangkau listrik dan belum mampu memanfaatkan energi alam secara maksimal.
Sebenarnya masih banyak sumber energi lain dari alam yang pemanfaatannya belum maksimal. Misalnya saja energi angin, energi air, biogas dan energi surya yang mudah kita dapat. Dengan mempergunakan peralatan tertentu, kedua energi tersebut dapat dikonversi menjadi suatu energi yang siap pakai. Meskipun saat ini biaya yang harus dikeluarkan untuk pembuatan alat pengkonversi energi-energi alam masih relatif mahal misalnya besi untuk kincir angin, solar cell untuk pengonversi energi surya turbin air yang masih mahal biaya pembuatannya dan biaya operasionalnya serta untuk dibeberapa daerah bahan-bahan tersebut sulit didapatkan. Akan tetapi jika pemerintah dan masyarakat fokus pada pengembangan enargi alternatif penulis rasa kita mampu untuk mengembangkan alat-alat pengonversi energi alternatif tersebut.
3
Energi angin dapat dengan mudah diperoleh di daerah pantai. Indonesia yang memiliki garis pantai yang panjang sebenarnya juga sangat mendukung dipergunakannya energi angin sebagai sumber energi. Dengan tambahan transmisi untuk menambah kecepatan putaran poros dari kincir dan sedikit modifikasi tambahan, dan generator listrik dapat dimanfaatkan sebagai penghasil energi listrik.
4
geografis Indonesia sangat mendukung perkembangan teknologi ini dan sebagai bentuk dari ikut serta dalam perkembangan energi angin maka penulis melakukan penelitian alat konversi angin yaitu kincir angin jenis poros horisontal (Dutch windmill).
1.2. Batasan Masalah
Penelitian kincir dutch windmill yang memiliki empat buah sudu berbentuk segi empat dengan variasi lebar sudu yaitu 10 cm, 15cm, 20cm yang masing-masing sudu terpasang pada poros yang dihubungkan pada generator menggunakan sabuk dan puli. Pengujian kincir angin dilakukan didalam lorong angin untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan untuk menghitung efisensi SKEA (Sistem Konversi Energi Angin).
1.3. Tujuan penelitian
1 Membuat model Dutch windmill.
2 Mendapatkan hubungan daya dengan kecepatan angin untuk tiga variasi lebar sudu yaitu lebar sudu 10 cm, lebar sudu 15 cm, dan lebar sudu 20 cm. 3 Membuat grafik hubungan efisiensi dengan TSR (Tip speed ratio) pada
ketiga variasi lebar sudu. 1.4. Manfaat penelitian
a. Mahasiswa memiliki pengalaman membuat kincir angin.
5
6 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Pengertian Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara karena pemanasan atmosfer yang tidak merata oleh sinar matahari. Dan karena perbedaan temperatur inilah udara bergerak yang mengakibatkan angin memilik energi kinetik. Didaerah katulistiwa udara menjadi panas mengembang dan menjadi ringan naik keatas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin. Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, udara menjadi dingin dan turun kebawah. Sehingga terjadi perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara menuju garis katulistiwa menyusuri permukaan bumi demikian juga sebaliknya perpindahan udara dari garis katulistiwa kembali menuju kutub utara melalui lapisan udara yang lebih tinggi dapat dilihat pada Gambar 2.1.
7 2.2. Jenis-jenis Kincir Angin
Jenis-jenis kincir angin dibagi menjadi dua kelompok berdasarkan arah sumbunya yaitu :
a) Poros horisontal (horizontal axis wind turbine)
8
b) Poros vertikal (Vertical axis wind turbine)
Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan prinsip yang sama dengan kincir angin poros horisontal, namun sudunya berputar pada bidang yang paralel dengan tanah, biasanya generatornya berada dibawah kincir. Kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kelebihan antara lain adalah:
a. Tidak membutuhkan menara yang besar.
b. Perawatan lebih mudah karena kincir angin poros vertikal dapat diletakan dekat dengan tanah.
c. Pada umumnya kincir angin poros vertikal masih dapat berputar dengan kecepatan angin rata-rata rendah (4 m/s sampai 0,5 m/s), sehingga cocok dengan keadaan di Indonesia yang rata-rata kecepatan anginnya rendah.
d. Tidak perlu merubah posisi jika arah angin berubah sehingga lebih mudah.
Akan tetapi selain itu kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kekurangan antara lain sebagai berikut:
9
b. Pada umumnya hanya mampu menghasilkan energi 50% dibanding kincir angin poros horisontal karena adanya gaya drag tambahan.
Contoh kincir angin poros vertikal adalah savonius wind mill, darrieus wind mill, dapat dilihat pada Gambar 2.3
Gambar 2.1 Perpindahan udara
10
Gambar 2.3 Jenis kincir angin poros vertikal (http://2.bp.blogspot.com)
Setiap jenis kincir angin memiliki ukuran dan efisiensi berbeda-beda. Pada umumnya kincir angin yang memiliki jumlah sudu banyak (soliditas tinggi) akan memiliki torsi yang besar, kincir angin jenis ini biasanya digunakan untuk keperluan mekanikal seperti pompa air, pengolah hasil pertanian, aerasi tambak dan lain-lain, dapat dilihat pada Gambar 2.4.
11
Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angin dengan jumlah sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi energi angin yang rendah karena rated wind speed-nya tercapai pada putaran rotor dan kecepatan angin yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan turbin angin dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik) tidak akan beroperasi secara efisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s. Dengan demikian daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin angin yang cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe multi blade, cretan sail dan savonius.
2.3. Gaya-gaya yang berkerja pada kincir angin
Pada setiap sudu kincir angin ada gaya-gaya yang berkerja, ada tiga jenis gaya antara lain:
a. Gaya aksial (a) : gaya yang searah dengan arah datangnya angin.
b. Gaya sentrifugal (s) : gaya yang meninggalkan pusat kincir angin. c. Gaya tangensial (t) : gaya yang menghasilkan momen, bekerja pada
12
Gambar 2.5 Gaya yang bekerja pada sudu kincir angin (http://elearning.gunadarma.ac.id)
2.4. Perumusan
Adapun beberapa persamaan yang akan digunakan antara lain sebagai berikut:
2.4.1. Luasan tegak lurus dengan arah angin
Luasan permukaan kincir yang tegak lurus dengan arah datang angin dapat dihitung dengan persamaan:
...(1.1) dengan:
A : Luas permukaan (m²)
13 2.4.2. Laju aliran massa
Berdasarkan hukum pertama termodinamika, dimana udara bergerak mengandung energi kinetik dan udara yang bergerak tersebut memiliki massa m yang melewati suatu sistem dengan luas A sehingga memiliki laju aliran massa
, sehingga persamaannya:
...(1.2)
dengan:
: laju aliran massa (kg/s) luas penampang (m²)
ѵ: kecepatan angin (m/s)
t : waktu (s)
ρ :kepadatan udara (kg/m³) 2.4.3. Daya Angin
14
(asumsi massa jenis udara standar pada temperatur 27⁰, tekanan 1 atm)
sehingga daya yang tersedia oleh angin adalah,
...(1.3) dengan:
: Daya angin (watt)
: laju aliran massa (kg/s)
ѵ : kecepatan angin (m/s)
ѵi : kecepatan angin masuk kincir angin (m/s)
ѵe : kecepatan angin keluar kincir angin (m/s)
A : Luas penampang (m²)
ρ : massa jenis udara (kg/m³)
2.4.4. Daya keluaran Listrik
Daya keluaran merupakan daya yang dihasilkan oleh kincir angin hasil dari pengonversian dari energi angin menjadi putaran poros yang dirubah menjadi energi listrik oleh generator yang dihitung dengan alat ukur multimeter, dan persamaan yang digunakan adalah:
...(1.4) dengan:
Pout = Daya keluaran (Watt)
15
I = Arus (Ampere)
2.4.5. Kecepatan Ujung Sudu
Kecepatan kincir angin biasanya diukur berdasarkan kecepatan putaranya dengan satuan rpm (revolutions per minute, simbol n) atau berdasarkan kecepatan sudutnya, dengan satuan rad s-1(radian per detik), symbol Ω dan ω.
atau,
...(1.5)
dengan:
u = kecepatan ujung sudu (m/s)
π = phi (3,14)
n = putaran kincir (rpm)
r = jari-jari terluar sudu (m)
2.4.6. Tip Speed Ratio (TSR)
16
berputar, Dan juga sebagai implikasi altenator yang akan digunakan pada kincir angin. Nilai TSR dari beberapa jumlah sudu kincir angin dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Persamaan Tips Speed Ratio:
...(1.6) dengan :
= Tip speed ratio
u = kecepatan ujung sudu (m/s) v = kecepatan angin (m/s)
2.4.7. Efisiensi SKEA (Sisitem Konversi Energi Angin)
Unjuk kerja suatu kincir angin merupakan hasil perbandingan dari daya yang di keluarkan kincir Pout berbanding dengan daya angin Pin.
...(1.7)
dengan:
ηSKEA = Efisiensi Sistem Konversi Energi Angin Pout = Daya keluaran (W)
Pin = Daya angin (W)
17
18 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Metode Penelitian
3.1.1 Dimensi Dutch windmill
Dimensi Dutch windmill percobaan secara lengkap dapat dilihat sebagai berikut:
r = Jari - jari sudu = 0,43 m
θ = Sudut kemiringan sudu = 60⁰
Lporos = Panjang poros kincir = 0,6 m
Dporos = diameter poros kincir = 0,025 m
D puli kecil = diameter puli kecil = 0,08 m
D puli besar = diameter puli besar = 0,4 m
3.1.2 Proses pembuatan model Dutch Windmill Menyiapkan bahan-bahan:
1. Triplek
2. Besi pejal untuk poros
19 5. Bearing
6. Baut dan mur 7. Generator 8. Puli dan sabuk
Proses pembuatan kincir angin yaitu membuat dudukan kincir angin atau kerangka dengan cara memotong besi L kemudian di sambung menggunakan las listrik, bentuk disesuaikan gambar disain dapat dilihat pada Gambar 3.1, setelah jadi membuat lubang dengan cara di bor untuk memasang baut pada bearing yang berjumlah dua buah. Selanjutnya adalah membuat poros dari besi pejal yang berukuran panjang 60 cm dan diameter 25 mm, di bagian ujung di perkecil diameternya dengan cara dibubut menjadi 23 mm disesuaikan dengan lubang dudukan sudu-sudu tidak lupa juga diberi lubang sekitar 2 mm untuk pengunci. Kemudian poros tersebut disatukan dengan dudukan sudu, pemasangan poros dengan dudukan sudu dikunci dengan membautnya. Pada ujung poros yang lainnya dihubungkan dengan puli yang berdiameter 40 cm dan dibaut agar tidak bergeser.
20
berbentuk lingkaran. Dan disetiap potongan setengah lingkaran diberi lubang untuk baut yang ukurannya disesuaikan dengan lubang baut pada dudukan sudu.
Selanjutnya adalah membuat dudukan generator yang akan terpasang pada dudukan kincir angin, bahan yang digunakan adalah plat besi L dengan panjang 15 cm yang di beri lubang untuk baut sebagai pengunci dengn generator. Kemudia dudukan generator dilas pada salah satu plat dudukan kincir angin dengan posisi membentuk suduk kurang lebih 60º. Dan kemudian generator dipasang pada dudukannya yang membutuhkan dua buah baut. Dan selanjutnya generator yang memiliki diameter puli 8 cm dihubungkan dengan sabuk ke puli kincir angin.
Gambar 3.1 Kerangka
3.1.3 Proses Penelitian dan pengambilan data
21
yang digunakan adalah jenis dutch windmill dengan empat sudu dengan profil plat datar persegi panjang, diameter kincir 86 cm. Disini kincir angin diletakan diatas rangka besi dengan diameter poros kincir 2,5 cm dan panjangnya 60 cm. Poros dihubungkan dengan trasmisi, transmisi menggunakan sabuk dan puli. Dimana ukuran diameter puli 40 cm. Kemudian puli dihubungkan dengan generator yang memiliki diameter puli 8 cm. Generator merupakan alat pengonversi energi mekanik menjadi energi listrik yang mana dari generator didapatkan arus keluaran I, dan tegangan V. Sehingga dapat mengetahui berapa daya yang dihasilkan oleh kincir.
Dari model yang penulis buat diharapkan agar nantinya pada penelitian selanjutnya dapat dikembangkan lebih baik untuk kepentingan masyarakat dan dapat dikembangkan untuk sekala besar, dan untuk gambaran detail dari model dutch windmill dapat dilihat pada Gambar 3.2a dan Gambar 3.2b.
22
Gambar 3.2b. Bagian-bagian dutch windmill 3.2. Alat dan Bahan
Bahan dan peralatan yang digunakan dalam pembuatan dutch windmill adalah sebagai berikut:
3.2.1. Sudu atau Blade
Terbuat dari bahan triplek dengan ketebalan 5 mm dengan bentuk persegi panjang datar. Panjang sudu 35 cm dengan lebar 10 cm, 15 cm, dan 20 cm. di pilih triplek karena bahan yang ringan dan kuat serta mudah didapat, bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.3a dan Gambar 3.3b.
23 3.2.2. Poros
Poros terbuat dari besi pejal berdiameter 2,5 cm dan panjangnya 60 cm. disalah satu ujungnya terpasang dudukan sudu dan di ujung lainnya terhubung dengan puli, lihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Poros 3.2.3. Bantalan atau Bearing
Bearing atau bantalan yang dibutuhkan sebanyak dua buah terbuat dari baja bermutu tinggi, pemilihan bantalan merupakan hal yang penting karena jika bantalan tidak bekerja dengan baik maka gesekan atau rugi-rugi akan semakin besar sehingga mengurangi putaran yang dihasilkan oleh kincir angin, lihat pada Gambar 3.5.
24 3.2.4. Dudukan sudu
Dudukan sudu merupakan tempat dimana sudu-sudu terpasang, terbuat dari besi yang ringan kuat serta memiliki pengunci pada poros agar tidak bergeser saat kincir beroperasi dan kemiringan sudut tiap sudu adalah 60⁰, lihat pada Gambar 3.6.
.
Gambar 3.6 Dudukan sudu 3.2.5. Puli dan Sabuk
Transmisi yang digunakan adalah dengan menggunakan puli dan sabuk. Puli pada kincir angin berdiameter 40 cm terbuat dari alumunium sedangkan puli generator berdiameter 8 cm berbahan sama dengan puli kincir angin, dan sabuk jenis V sebagai penghubung dengan generator, lihat pada Gambar 3.7.
25 3.2.6. Generator
Generator digunakan sebagai pengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Putaran poros dari kincir angin yang ditransmisikan menggunakan sabuk sehingga memutar generator yang bekerja dengan prinsip tegangan yang dihasilkan selalu bolak-balik jika ada generator yang bekerja menghasilkan tegangan searah karena telah melalui proses penyearahan. Jadi secara sederhana tegangan di induksikan pada konduktor, apabila konduktor bekerja pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Untuk mengetahui arah gayanya biasanya mengunakan kaidah tangan kanan Fleming akan tetapi penulis tidak membahas secara detail. Dari generator dapat di ketahui tegangan serta arus keluaran hasil dari pengonversian dari putaran kincir. Diameter puli generator adalah 0,08 m dengan baut 10 sebagai pengunci, serta terdapat dudukan yang terbuat dari plat besi yang rancangannya disesuaikan dengan rangka kincir angin. Generator yang digunakan merk THOSIBA lihat pada Gambar 3.8.
26 3.2.7. Multimeter
Merupakan alat pengukur tegangan dan arus yang dihasilkan dari generator, multimeter memiliki jarum penunjuk dimana ada beberapa sekala yang tertera antara lain skala tegangan, arus, hambatan. Dan untuk menggunakan cukup dengan merangkai kabel positif dan negatifnya secara paralel untuk mengetahui berapa tegangannya dan rangkaian seri untuk mengetahui arus. Multimeter yang digunakan bermerk SUNWA GE-360TR untuk lebih jelasnya lihat pada Gambar 3.9.
3.2.8. Anemometer
27
Gambar 3.9. Multimeter
Gambar 3.10. Anemometer 3.2.9. Tachometer
28
(alumunium foil atau benda dengan warna terang yang dapat memantulkan cahaya) yang di pasang pada poros. Berbeda jika menggunakan tachometer jenis digital tachometer lihat pada Gambar 3.11b, prinsip kerjanya dengan cara menghubungkan bagian rotor tachometer yang dapat berputar ke poros yang diberi lubang, sehingga dapat diketahui berdasarkan putaran dari rotor tachometer akan tetapi tachometer ini memliki beberapa kekurangan antara lain: saat akan menghitung putaran, rotor tachometer harus berhubungan langsung dengan poros sehingga mendapat kesulitan saat mengambil data, serta jika saat menghubungkan berubah posisi tidak tepat pada pusat poros maka data yang didapat juga berubah. Jadi untuk menghitung dipilih menggunakan tachometer jenis digital light tachometer karena mempertimbangkan keakuratan pengukuran.
29 3.2.10. Beban Lampu
Beban yang digunakan adalah berupa lampu bohlam 8 watt yang disusun secara paralel. Lampu bohlam berjumlah 27 buah. Bahan terbuat dari teriplek yang dilubangi sebagai tempat lampu dan saklar-saklar dan ada juga kutub positif dan negatif yang nantinya akan terhubung dengan generator, lihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12. Beban lampu
3.2.11.Wind tunnel
30
blower dengan lorong kincir angin berubah sesuai keinginan untuk kecepatan angin maksimum yang dapat di hasilkan dari wind tunnel adalah sekitar 8,5 m/s wind tunnel memiliki tombol ON/OFF serta pembalik putaran jadi saat beroperasi bisa menghembuskan angin dan menghisap angin tergantung keinginan pengguna.
Gambar 3.13 Wind tunnel
3.2.12.Peralatan lain
Peralatan lain yang digunakan adalah kunci pas dan kunci ring (ukuran 27, 14/15, 10/12), serta kabel-kabel.
3.3. Variabel yang dibutuhkan a. Putaran poros (n).
b. Tegangan (V) dan arus (I) dari generator untuk menghitung daya (Pout). c. Kecepatan angin (v).
31
e. Perhitungan kecepatan ujung sudu (u), untuk mendapatkan Tip Speed Ratio (Tsr).
3.4. Langkah-langkah penelitian. 1. Menyiapakan peralatan.
2. Memasang kincir angin kedalam wind tunnel kemudian membaut kincir angin agar tidak bergeser saat beroperasi Gambar 3.16.
3. Memasang anemometer diujung wind tunnel untuk mengetahui kecepatan angin.
4. Menghubungkan kabel dari generator dengan multimeter dan beban, untuk mendapatkan tegangan rangkaian disusun parallel dan untuk mendapatkan arus rangkaian disusun seri serta dihubungkan dengan beban yang berupa lampu bohlam yang disusun pararel untuk lebih jelasnya bisa dilihat dalam Gambar 3.14.
5. Lalu setelah semua siap wind tunnel dihidupkan dengan menekan tombol ON.
6. Untuk pengambilan data dilakukan dengan tiga kali percobaan pada setiap pengujian sebagai berikut:
32
Percobaan kedua menggunakan sudu dengan lebar 15 cm juga melakukan variasi kecepatan angin sebanyak tiga kali dengan merubah posisi lorong angin agar mendapat kecepatan angin yang berbeda.
Percobaan ketiga menggunakan sudu dengan lebar 20 cm dengan variasi kecepatan angin sebanyak tiga variasi dengan cara yang sama yaitu dengan mengubah posisi lorong angin untuk mendapatakan kecepatan angin yang berbeda.
7. Dari setiap percobaan dilakukan pencatatan tegangan, arus, putaran poros dan kecepatan angin. Pencatatan dilakukan setiap satu kali penambahan beban yang berupa lampu bohlam yang berjumlah 27 buah sehingga pencatatan dilakukan sebanyak 27 kali per satu kali percobaaan. Sedangkan setiap satu kali percobaan dilakukan tiga kali variasi kecepatan angin, jadi total percobaan sebanyak sembilan kali.
8. Setelah selesai matikan wind tunnel dengan menekan tombol OFF.
33
Gambar 3.15 Bagian-bagian kincir angin
Keterangan skema kincir angin: 1. Dudukan Generator
2. Rangka atau dudukan kincir angin 3. Generator
4. Puli generator 5. Sabuk
6. Puli kincir angin 7. Bearing
8. kincir angin 9. Dudukan sudu
34
35 BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Setelah melakukan percobaan dan melakukan pengukuran maka didapat data-data tegangan, arus, putaran poros dan kecepatan angin untuk data-data selengkapnya dalam Tabel 4.1, Tabel 4.2, Tabel 4.3 dapat dilihat pada lampiran.
4.2. Pembahasan
4.2.1. Luas permukaan
Pertama kali yang harus dihitung adalah luas permukaan yang tegak lurus dengan arah datang angin menggunakan persamaan 1.1 (halaman 12), dimana jari-jari sudu adalah 0,43 m sehingga perhitungannya sebagai berikut:
A = 3,14 x (0,43)²
A = 0,58 m²
4.2.2. Daya keluaran Listrik
36
menggunakan persamaan 1.4 (halaman 14). Contoh perhitungan dari data percobaan V=6 volt , A=0,3 ampere sebagai berikut:
Untuk data selengkapnya dapat dilihat dalam tabel 4.4, tabel 4.5, tabel 4.6 pada lampiran.
4.2.3. Daya angin
Daya yang dihasilkan oleh angin adalah merupakan daya yang tersedia dimana A merupakan luasan yang tegak lurus terhadap arah datangnya angin atau luasan penangkap angin dikalikan dengan kecepatan angin berpangkat tiga sehingga jika kecepatan angin berubah semakin besar maka daya yang tersedia pun sangat besar karena kecepatan angin berpangkat tiga, dan perhitungan menggunakan persamaan 1.3 (halaman 14), contoh perhitungan Daya angin sebagai berikut dari data percobaan V=7,57 m/s, A= 0,58 m²:
37 4.2.4. Tip Speed Ratio
Setelah mendapatkan daya yang dihasilkan oleh angin dan daya keluaran kincir maka Tip speed ratio juga dapat diketahui dari persamaan 1.6 (halaman 16) dan untuk mendapatkan TSR sebelumnya harus mengetahui kecepatan ujung sudu kincir angin menggunakan persamaan 1.5 (halaman 15). Contoh perhitungannya sebagai berikut, jika jari-jari (r)= 0,58 m dan putaran poros (n) = 222,7 rpm maka,
Contoh perhitungan TSR Sebagai berikut jika u=10,02 m/s dan V=7,57 m/s,
Untuk perhitungan yang lainnya dapat dilihat dalam Tabel 4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6 pada lampiran.
4.2.5. Efisiensi SKEA
38
Efisiensi SKEA, =1,19%
Nilai efisiensi SKEA sangat penting dalam perencanaan kincir angin karena dengan mengetahui nilai efisiensi SKEA maka perancang dapat mengetahui seberapa baik kincir yang dibuat. Semakin besar nilai efisiensi SKEA atau mendekati angka 0,6 batas Betz (betz limit) maka kincir angin semakin baik karena kincir angin bekerja dengan baik dan rugi-rugi gesekan pada kincir sangan kecil. Untuk mengetahui perhitungan lengkap efisiensi SKEA kincir terdapat dalam Tabel 4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6 pada lampiran.
4.3. Grafik dan hasil perhitungan.
Dari haril perhitungan maka dapat diketahui grafik hubungan daya keluaran dengan kecepatan angin yang dapat dilihat pada lampiran Gambar 4.1.
Demikian juga dari data-data yang telah didapat dari perhitungan maka dapat diketahui juga grafik hubungan η SKEA dengan TSR Gambar 4.2, Gambar 4.3, Gambar 4.4, dan Gambar 4.5 yang secara lengkap dapat dilihat pada lampiran.
39
sehingga generator yang terhubung dengan kincir angin juga berputar dengan kencang dan menghasilkan arus dan tegangan yang besar juga.
40
41 BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian dan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa : a) Daya keluaran masing-masing variasi lebar sudu sebagi berikut:
1. Pada kincir lebar sudu 10 cm diperoleh daya keluaran maksimum 3,15 watt pada kecepatan angin 7,91 m/s.
2. Pada kincir lebar sudu 15 cm diperoleh daya keluaran maksimum 5,6 watt pada kecepatan angin 7,81 m/s.
3. Pada kincir lebar sudu 20 cm diperoleh daya keluaran maksimum 6,48 watt pada kecepatan angin 7,53 m/s
b) Hasil efisiensi SKEA :
1. Pada kincir lebar sudu 10 cm diperoleh unjuk kerja SKEA maksimum 0,018 dan nilai TSR 1,06.
2. Pada kincir lebar sudu 15 cm diperoleh unjuk kerja SKEA maksimum 0,037 dan nilai TSR 1,24.
42
Dari hasil putaran ketiga kincir dapat disimpulkan bahwa unjuk kerja tertinggi diperoleh dari kincir dengan lebar sudu 20 cm unjuk kerja terbesarnya 0,044.
c) Pengaruh dari variasi lebar sudu adalah jika semakin kecil lebar sudu maka luasan penangkap angin semakin kecil sehingga putaran kincir rendah, demikian juga jika lebar sudu semakin besar maka akan terjadi penurunan putaran hal ini disebabkan tidak adanya rongga mengalirnya angin. jadi lebar sudu sangat mempengaruhi efisiensi kincir angin sehingga sebaiknya lebar sudu kincir angin disesuaikan dengan kebutuhan dan keadaan lingkungan
5.2 Saran
Adapun beberapa saran untuk pihak-pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang rekayasa tenaga angin:
a) Lebar sudu yang digunakan dalam percobaan lebih baik divariasi lagi, karena hal tersebut juga mempengaruhi unjuk kerja kincir angin.
b) Bahan pembuatan sudu sebaiknya divariasikan dengan menggunakan bahan lain yang lebih ringan dan kuat agar dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama dan tahan terhadap cuaca.
43
d) Untuk pengambilan data sebaiknya juga mengetahui Torsi dari putaran poros untuk mengetahui efisiensi poros kincir.
e) Luas penampang pada kincir divariasikan, karena hal tersebut mempengaruhi besarnya daya dan unjuk kerjanya.
f) Untuk mendapatkan daya maksimal pada kincir dibutuhkan kecepatan angin yang besar.
g) Bentuk penampang sudu kincir sebaiknya memiliki bentuk yang aerodinamis.
44
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2000, Pusat Meteorologi Dan Geofisika, Jakatra.
Anwar, M. S., 2008, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik, Tugas Akhir, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institute Teknologi Sepuluh November Surabaya, Surabaya.
Culp, A. W. Jr., 1984, Prinsip-prinsip Konversi Energi, Penerbit Erlangga, Jakarta. Eri Seno Aji, L., 2010, Unjuk Kerja American Multiblade Dengan Diameter Sudu 25
Inci, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Gintings, D., 1993, Pengembangan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin di dusun Selayar,Lombok Timur, Nusa Tenggara Barat, Warta Lapan no. 45, Jakarta.
Ginting, S., 1993, Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan SKEA Listrik 500 Watt UntukPenerangan, Warta LAPAN no. 28,29, Jakarta.
Hidayat, S., 2005, Turbin Skala Kecil, ITB, Bandung.
45
http://www.scribd.com/doc/13885905/The-Effect-of-Blade-Shaps-of-Vertical-Wind-Turbine
http://www.scribd.com/doc/16577921/4676812-Kincir-Angin-Untuk-Stasiun-Pengisian-Listrik
http://www.scribd.com/doc/23628350/Konversi-Energi-Angin http://www.scribd.com/doc/6949728/Wind-Turbine
http://2.bp.blogspot.com/
LAMPIRAN
Tabel data-data hasil percobaan
Tabel 4.1 (Lanjutan)
Tabel 4.2 (Lanjutan)
Tabel 4.3 (Lanjutan)
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan lebar sudu 10 cm
Tabel 4.5 (Lanjutan)
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan lebar sudu 20 cm
Tabel 4.6 (Lanjutan)
Gambar 4.1 Grafik hubungan daya keluaran dengan kecepatan angin
0.00
6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50
Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi dengan TSR lebar sudu 10 cm
Gambar 4.3 Grafik hubungan efiseinsi dengan TSR lebar sudu 15 cm
0.000
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40
Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi dengan TSR lebar sudu 20 cm
Gambar 4.5 Grafik hubungan efisiensi dengan TSR gabungan
