• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja kincir angin propeler dari bahan pipa PVC.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja kincir angin propeler dari bahan pipa PVC."

Copied!
56
0
0

Teks penuh

(1)

Energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros horisontal berbahan PVC.

Model kincir angin dibuat dalam tiga variasi sudu, yakni 6, 3 ,dan 2 sudu. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 80 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang. Daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr), untuk masing-masing variasi sudu kincir., selajutnya dihitung dan dibandingkan.

(2)

i

PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DARI BAHAN PIPA PVC

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Memperoleh gelar sarjana teknik

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

DARWIN RAVEL LAEMPASA NIM : 095214055

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2013

(3)

ii

THE INFLUENCE OF NUMBER OF BLADES ON PERFOMANCE OF WINDTURBINE PROPELLER FROM PIPE PVC

MATERIAL BLADE FROM PVC PIPE FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the SarjanaTeknik degree

in Mechanical Engineering Study Program

by

DARWIN RAVEL LAEMPASA Student Number: 095214055

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL EGGINERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2013

(4)
(5)
(6)
(7)
(8)

vii

INTISARI

Energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros horisontal berbahan PVC.

Model kincir angin dibuat dalam tiga variasi sudu, yakni 6, 3 ,dan 2 sudu. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 80 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang. Daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr), untuk masing-masing variasi sudu kincir., selajutnya dihitung dan 4,0. Sedangkan kincir angin dengan 2 sudu menghasilkan daya kincir 34,24 watt pada kecepatan angin 8,95 m/s dengan CP 11,0 pada tsr 4.5, Sehingga dapat disimpulkan kincir dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr) yang lebih besar dari pada kincir angin dengan 3 dan 2 sudu.

(9)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang

diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap

mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka

memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap

kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

4. Wibowo, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.

5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., dan Ir. YB Lukiyanto, M.T.,

selaku Kepala Laboratorium Manufaktur.

6. Yosep Laempasa dan Welmince selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan

kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang

tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam

menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Rafika adi, S.T.Mesin, selaku teman dekat penulis.

8. Rekan sekelompok saya, yaitu Fx.Anang Kristanto yang telah membantu

dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data.

9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman

lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala

bantuanya.

(10)

ix

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari

sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan

demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan

semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 22 Juni 2013

(11)

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PENGESAHAN... iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

(12)

xi

3.6 Parameter yang diukur ... 16

3.7 Langkah Percobaan ... 17

3.8 Langkah pengolahan data ... 18

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 19

4.1 Data Hasil Percobaan ... 19

4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan ... 20

4.3 Hasil Perhitungan ... 23

4.4 Perbandingan antara sudu ... 38

BAB V PENUTUP ... 39

5.1 Kesimpulan ... 39

(13)

xii

ISTILAH PENTING

Simbol Keterangan

v Kecepatan angin (m/s)

n Kecepatan putar kincir (rpm)

F Gaya pengimbang (N)

A Luas penampang (m2)

T Torsi (N.m)

ω Kecepatan sudut (rad/sec)

P in Daya yang tersedia (watt)

P out Daya yang dihasilkan (watt)

tsr Tip speed ratio

CP Koefisien daya

r Jarak lengan torsi (m)

d Diameter kincir (m)

(14)

xiii

Gambar 2.2 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (CP) Dengan Tip speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin 8 Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian ... 9

Gambar 3.2 Konstruksi Kincir Angin ... 10

Gambar 3.3 Konstruksi kincir angin tiga sudu... 11

Gambar 3.4 Piringan Kincir Angin ... 11

Gambar 3.5 Poros penopang Kincir ... 12

Gambar 3.6 Poros penyambung dihubungkan ke poros kincir ... 12

Gambar 3.7 Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman ... 13

Gambar 3.8 Terowongan angina atau Wind Tunel ... 14

Gambar 3.9 Blower ... 14

Gambar 3.10 Tachometer ... 15

Gambar 3.11 Anemometer ... 15

Gambar 3.12 Neraca Pegas ... 16

(15)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan 2 sudu ... 19

Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan 3 sudu ... 19

Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan 6 sudu ... 20

Tabel 4.4 - Tabel 4.6. Data hasil perhitungan untuk 6 sudu ... 23

Tabel 4.4 - Lajuan Tabel 4.4 ... 23

Tabel 4.7 – Tabel 4.9. Data hasil perhitungan untuk 3 sudu ... 30

(16)

xv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan

beban torsi unuk 6 sedu ... 26

Grafik 4.2 Grafik hubungan antara daya kincirdan beban torsi

untuk 6 sudu ... 27

Grafik 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip

speed ratio untuk sudu ... 27

Grafik 4.4 Grafik hubungan antara putaran poros kuncir dengan torsi

untuk 3 Sudu... 30

Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk 3

Sudu ... 31

Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan

tip speed ratio untuk 3 Sudu ... 32

Grafik 4.7 Grafik hubungan antara putaran poros kincir

dengan torsi untuk 2 Sudu ... 35

Grafik 4.8 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk 2

Sudu ... 36

Grafik 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya

dengan tip speed ratio untuk 2 Sudu ... 37

Grafik 4.10 Grafik hubungan antara koefisien daya

(17)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali oleh masyarakat.

Masyarakat yang maju atau berkembang umumnya memerlukan listrik

dalam jumlah besar dengan biaya serendah mungkin, maka dari itu banyak

orang melakukan eksperimen dengan mencoba energi alternatif untuk

menghasilkan listrik dengan biaya yang murah dan aman bagi lingkungan.

Di Indonesia banyak sekali energi alternatif yang dapat dimanfaatkan seperti

energi surya, energi air, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak

sumber energi yang paling mudah dimanfaatkan adalah energi angin karena

angin ada dimana-mana sehingga mudah didapatkan dan biaya yang

dibutuhkan tidak begitu mahal, untuk menghasilkan listrik dengan tenaga

angin dibutuhkan kincir angin yang berguna untuk menangkap angin dan

menggerakkan generator yang kemudian menghasilkan energi listrik.

Ada banyak jenis kincir angin yang dikembangkan. Jenis-jenis kincir angin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu kincir angin dengan poros

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

mempunyai berbagai macam bentuk kincir angin.

Disini yang penulis buat adalah kincir angin poros horisontal dengan

tiga variasi sudu. Sudu atau propeler yang digunakan dengan ukuran yang

sama tetapi variasi sudu berbeda, dan bertujuan untuk mengetahui sudu

mana yang lebih baik digunakan.

1.2. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Mengetahui koefisien daya ( ) dan tip speed ratio (tsr) yang

dihasilkan kincir angin.

b. Membandingkan daya yang dihasilkan kincir angin untuk tiga variasi

(18)

2

1.3. Manfaat

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Mencari sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler

berbahan PVC enam sudu dengan variasi jumlah sudu yang berbeda.

b. Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di

indonesia, khususnya energi angin.

c. Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi

energi angin yang besar.

1.4. Perumusan masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

a. Indonesia adalah negara yang memiliki potensi energi angin yang

cukup besar.

b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin

tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

1.5. Batasan masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

Sebagai bahan uji dibuat kincir angin bahan sudunya dari pipa PVC dengan

(19)

3

BAB II

DASAR TEORI KINCIR ANGIN

2.1. Dasar teori

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/Kincir

angin, diakses 22 juni 2013).

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. Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir Angin Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin

(HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan

tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri

dari sebuah menara dan kincir yang berada pada puncak menara tersebut.

Poros kincir dapat berputar 360⁰ terhadap sumbu vertikal untuk

menyesuaikan arah angin. (sumber : http://wikipedi .org/Kincir_angin,

diakses 22 juni 2013).

Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak

dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2.1 Kincir Angin Poros

Horizontal berikut :

a. Kincir angin American WindMill.

b. Kincir angin Dutch four arm.

(20)

4

a. Kincir angin American WindMill

b. Kincir angin Dutch four arm c. Kincir angin Rival calzoni

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber : www.fineartamerica.com, diakses 22 juni 2013)

Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah :

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala

besar.

3. Material yang digunakan lebih sedikit.

4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang

berada diatas menara.

5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang

(21)

5

Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal

adalah:

1. Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah

angin.

3. Biaya pemasangannya mahal.

2.1.2. 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 horisontal.

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.

Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai

berikut :

1. Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi 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.

Dalam tugas akhir yang saya buat ini akan membahan mengenai kincir

(22)

6

2.1.3. Kincir Angin American Wind Mill

Kincir angin jenis american wind mill merupakan salah satu dari kincir angin poros horisontal yang biasanya bersudu dua,tiga,enam,atau

juga bersudu banyak.Kincir jenis ini dapat bekerja pada putaran yang

tinggi sehingga dapat menghasilkan daya listrik yang besar.

2.1.4. Faktor yang mempengaruhi kincir angin

Faktor-faktor yang mempengaruhi kincir angin yaitu:

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)

sumbu poros kincir yang berputar, untuk perhitungan torsi dapat

dihitung dengan menggunakan rumus :

T = F . r ………...………

F = gaya (N)

r = panjang lengan torsi (m)

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

luasan sudu, yang dapat dirumuskan :

= ½ .A.V3 ………....……….

= massa jenis udara (kg)

A = luas penampang sudu (m)

(23)

7

5. Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan kecepatan pada

ujung-ujung sudu yang berputar, tsr dapat dirumuskan :

………...………

r = jari jari lingkaran / penampang sudu kincir. n = putaran kincir.

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

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir

yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

= T . ω ………...

T = torsi

ω = kecepatan sudut

7. Kecepatan sudut kincir adalah kecepatan putar kincir dalam satuan

radian per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan

rumus :

.….………..……….….(6)

8. Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang

menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan

daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga CP dapat dirumuskan :

……….…...(7)

(24)

8

Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara Cp dan tsr dari beberapa jenis kincir . (Sumber

(25)

9

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Diagram alir penelitian.

Langkah kerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir

sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian MULAI

Perancangan kincir angin poros horizontal.

Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan PVC. Variasi

sudu dengan bentuk yang sama.

Pengambilan data mencari kecepatan angin, nilai putaran poros

kincir dan gaya pengimbang pada kincir angin.

Pengolahan data mencari daya angin, daya

kincir, CP, dan tsr,kemudian membandikan

antara daya kincir, CP, dan tsr pada

masing-masing variasi sudu kincir angin.

Analisis dan pembuatan laporan.

(26)

10

3.2. Objek penelitian

Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal emam sudu

berdiameter dua inchi dengan variasi dua sudu dan tiga sudu dengan bentuk

yang sama.

3.3. Waktu dan tempat penelitian

Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai

pada semester genap tahun ajaran 2013 di Laboratorium Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.4. Alat dan bahan

Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC ukuran 6 inchi.

dapat dilihat pada Gambar 3.2

(27)

11

Gambar 3.3 Konstruksi kincir angin tiga sudu

1. Piringan kincir

Piringan berfungsi sebagai dudukan sudu. Piringan terbuat dari kayu

dengan ukuran diameter 30 cm. Sudu ditempelkan pada piringan kincir

kemudian dibaut, seperti yang dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Piringan kincir

(28)

12

2. Poros penopang kincir untuk menopang piringan kincir agar dapat

berputar

Gambar 3.5 Poros penopang kincir

3. Poros penyangga berfungsi sebagai penyangga mekanisme kincir

keseluruhan.

4. Poros pada ujung kincir dan poros pada sistem pengereman dihubungkan

dengan menggunakan poros penyambung, kemudian sistem pengereman

diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan putaran

kincir angin. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.6 dan Gambar

3.7.

(29)

13

Gambar 3.7. Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman

Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang,

diantaranya :

1. Terowongan Angin

Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran

1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin

bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian

kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. Di dalam lorong udara

tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya

agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan angin dapat

diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai

(30)

14

Gambar 3.8 Terowongan Angin atau Wind Tunel

2. Blower

Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam

terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan

tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, dapat

dilihat pada gambar 3.9.

(31)

15 3. Takometer

Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur

putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer

yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya

berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini

berupa benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada

poros.Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Gambar 3.10 Takometer

4. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan

didepan terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.11.

(32)

16

5. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir

angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada kopling

dengan jarak yang telah ditentukan. Neraca pegas ditunjukkan pada

Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Neraca Pegas

3.5. Variabel penelitian :

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi sudu dengan tiga macam sudu dengan bentuk yang sama.

2. Variasi pembebanan yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai

posisi kincir diam.

3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 3 posisi variasi kecepatan

angin max, midium dan min.

4.

3.6. Parameter yang diukur :

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Kecepatan angin, (m/s)

2. Gaya pengimbang, (N)

(33)

17

3.7. Langkah Percobaan

Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir

dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah

memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk

pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :

1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.

Seperti pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Pemasangan neraca pegas pada sistem engereman

2. Menempatkkan anemometer dan takometer pada tempatnya.

3. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan

4. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser blower

dengan troli pada angka kecepatan angin yang diinginkan.

5. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dimulai

mengukur kecepatan putaran, kecepatan angin, dan besarnya torsi.

6. Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan tiga

(34)

18

3.8. Langkah pengolahan data.

Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan

langkah-langkah sebagai berikut :

1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka

dapat dicari daya angin (Pin).

2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan

untuk mencari torsi (T).

3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk

mencari daya kincir (Pout).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan

kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari.

5. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya

(35)

19

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data hasil percobaan.

Data hasil percobaan kincir angin untuk masin-masing variasi sudut

dapat dilihat pada Tabel 4.1 , 4.2 , dan 4.3, dibawah ini.

Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan 2 sudu

posisi bean v (m/s) n (rpm) F ( Niwton ) Suhu (°C)

Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan 3 sudu

(36)

20

Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan 6 sudu

Posisi

kecepatan angin dengan variasi sudut potong kincir yang berbeda.

Percobaan dilakukan sampai kincir berhenti berputar pada setiap variasi

kecepatan angin.

4.2. Pengolahan data dan perhitungan.

1. Besarnya daya angin (Pin) yang diterima kincir dengan luas penampang

0,785 m dengan kecepatan angin 6,27 m/s. Maka daya angin dapat

dicari dengan

= ½ .A.V3

= 0,584 . 0,785 m . (6,27m/s)3

= 110,62 watt

(37)

21

2. Besarnya daya kincir (Pout) dapat dicari dengan persamaan 4 dengan

terlebih dahulu mencari kecepatan sudut dan torsi, yang dicari dengan

Persamaan 5 dan 6 :

Maka kecepatan sudut yang didapatkan adalah 63,79 rad/s

T = F . r

= 0,87 . 0,1 m

= 0,09 N.m

Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,09 N.m

Maka daya yang dihasilkan kincir adalah

Pout= T . ω

= 0,09 N.m . 63,79 rad/s

= 5,53 watt

Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 5,53 watt.

3. Besarnya tsr (tip speed ratio) dapat dicari dengan Persamaan 3, jadi besarnya tsr adalah :

tsr =

(38)

22

4. Besarnya Koefisien daya (Cp) dapat dicari dengan Persamaan 7, jadi

besarnya Cp adalah :

Cp

(39)

23

4.3. Hasil perhitungan.

Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan sudu

kincir dan kecepatan angin.Maka data perhitungan diperoleh sebagai berikut

4.3.1. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudu

Data perhitungan kincir angin dengan emam sudu dilihat pada

Tabel 4.4 sampai dengan Tabel 4.6.

Tabel 4.4. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 8.53 m/s.

(40)

24

Tabel 4.5. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 6.25 m/s.

(41)

25

Tabel 4.6. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 4.08 m/s

beban V n F Torsi ω Pout pin Cp tsr

m/s rpm Newton N.m watt watt %

0 3,90 383,40 0,00 0,00 40,13 0,00 26,84 0,00 5,14

1 3,93 351,93 0,99 0,10 36,84 3,66 27,53 13,30 4,68

2 4,00 327,50 1,50 0,15 34,28 5,14 28,95 17,77 4,28

3 4,08 304,47 2,34 0,23 31,87 7,46 30,80 24,22 3,90

4 4,08 300,07 2,44 0,24 31,41 7,65 30,80 24,84 3,85

5 4,05 293,23 2,56 0,26 30,69 7,85 30,05 26,11 3,79

6 3,85 279,20 2,81 0,28 29,22 8,21 25,82 31,80 3,80

7 4,03 265,20 2,86 0,29 27,76 7,93 29,68 26,73 3,44

8 4,05 251,57 2,96 0,30 26,33 7,80 30,05 25,96 3,25

9 4,07 248,97 3,15 0,32 26,06 8,21 30,43 27,00 3,20

10 4,00 221,13 4,14 0,41 23,15 9,57 28,95 33,07 2,89

11 3,88 216,57 3,65 0,36 22,67 8,27 26,49 31,22 2,92

12 3,95 182,33 3,96 0,40 19,08 7,55 27,88 27,08 2,42

(42)

26

4.4.1. Grafik untuk variasi 6 sudu

1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.

Grafik 4.1. menunjukkan kecepatan maksimal 813 rpm dengan

torsi 0 N.m pada posisi putaran poros kincir maksimal tanpa

pembebanan. Pada posisi putaran poros kincir medim dan minimum

mulai ada perubahan nilai putaran poros kincir dan torsi tapi begitu

jauh dengan posisi putaran poros kincir maksimal. Ini terjadi karena

pada posisi medium dan minimum kecepatan angin menurun dan

beban pengereman semakin besar hal ini yang menyebabkan putaran

menjadi rendah tetapi torsi yang dihasilkan cukup tinggi.

Grafik 4.1 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi

1. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

Grafik 4.2. menunjukkan pada posisi maksimum 8,53 m/s,

daya kincir maksimal 87,4 watt dan torsi maksimal 1,55 N.m. Pada

posisi medium hasil beda jauh dengan posisi maxsimum, karena

kecepatan angin sekitar 5.98 m/s. terjadi penurunan kecepatan angin,

pada posisi kecepatan minimum hasil yang di peroleh tidak jauh

berbeda dengan posisi medium karena kecepatan angin 4.08 m/s

yang mengebapkan penurunan beban torsi dan daya kincir.

(43)

27

Grafik 4.2. Grafik hubungan antara daya kincir dan beban torsi

1. Grafik hubungan antara koefisien daya (CP) dengan tip speed ratio (tsr).

Grafik 4.3. menunjukkan perbandingan antara CP dan tsr

menunjukkan nilai maksimal CP 35.0 pada tsr 5,25. Setelah pada cp

maxsimum kemudian Cp akan mengalami penurunan karena daya

angin lebih besar dari daya kincir. disertai dengan kenaikan tsr.

Karna jika daya angin semakin tinggi maka putaran yang di peroleh semakin tinggi sehingga mengebapkan tsr semakin tinggi.

Grafik 4.3 .Grafik hubungan antara CP dan tsr

0.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

(44)

28

4.3.2. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudu

Data perhitungan kincir angin dengan tiga sudu dilihat pada Tabel 4.7. sampai dengan Tabel 4.9.

Tabel 4.7. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 8,50 m/s.

(45)

29

Tabel 4.8. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 6.15 m/s.

(46)

30

Tabel 4.9. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 4.35 m/s.

beban V n F Torsi ω Pout pin tsr

4.4.2 Grafik untuk variasi Tiga sudu

1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi

Grafik 4.4. menunjukkan putaran maksimal 1138 rpm dengan torsi

0 N.M pada posisi kecepatan angin maksimum tanpa pembebanan.Pada

posisi kecepatan angin medium dan minimum terjadi penurunan putaran

yang disebabkan oleh pembebanan pada kincir dan kecepatan angin yang

berubah-rubah . Perbedaan nilai-nya yang terjadi begitu jauh.

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

(47)

31

2. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

Grafik 4.5 menunjukkan daya kincir 68,24 watt pada torsi 1,16

N.m pada posisi kecepatan angin maksimum yaitu 8,50 m/s. Pada

kecepatan angin medium dan minimum terjadi penurunan torsi yang

disebabkan oleh turunnya kecepatan angin, yang mengakibatkan turunnya

daya kincir. Dengan kata lain jika torsi tinggi maka daya kincir akan tinggi

begitu pula sebaliknya, jika torsi rendah maka daya kincir juga akan turun.

Grafik 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi

0.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

(48)

32

3. Grafik hubungan koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (tsr)

Grafik 4.6 menunjukkan CP maksimal 28,1 pada tsr 7,05. Besarnya

CP dan tsr dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Jika CP yang

diperoleh tinggi maka tsr yang diperoleh rendah, begitupun sebaliknya jika

unjuk kerja kincir angin rendah maka CP yang diperoleh rendah maka tsr

yang diperoleh tinggi.

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00

(49)

33

4.3.3. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudu

Data perhitungan kincir angin dengan dua sudu dilihat pada Tabel 4.10. sampai dengan Tabel 4.12.

Tabel 4.10. Data perhitungan dua sudu dengan kecepatan angin 8.95 m/s.

(50)

34

Tabel 4.11. Data perhitungan dua sudu dengan kecepatan angin 6.28 m/s.

beban V n F Torsi ω Pout pin tsr

Tabel 4.12. Data perhitungan dua sudu dengan kecepatan angin 4.55 m/s.

(51)

35

4.4.3 Grafik untuk variasi dua sudut kincir.

1.Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi

Grafik 4.7. menunjukkan putaran maksimal 1253 rpm dengan

torsi 0 N.m pada posisi kecepatan angin maksimum tanpa pembebanan.

Pada posisi kecepatan angin medium dan minimum terjadi penurunan

putaran disebabkan karena beban pengereman yang semakin besar pada

kecepatan angin yang semakin rendah. Semakin rendah kecepatan angin

maka akan menurunkan putaran kincir sehingga torsi yang dihasilkan

semakin besar.

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

(52)

36

1. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi

Grafik 4.8. menunjukkan daya kincir maksimal 34,24 watt dengan

torsi 0,88 pada posisi kecepatan angin maksimum yaitu 8,95 m/s. Pada

posisi kecepatan angin medium da minimm ,terjadi penurunan torsi yang

mengakibatkan turunnya daya kincir, penurunannya jauh berbeda

dengan posisi kecepatan angin maksimal.

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

(53)

37

2. Grafik hubungan koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (tsr)

Grafik 4.6 menunjukkan CP maksimal 12,7 pada tsr 7,53.

Besarnya CP dan tsr sama-sama dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir

angin. Jika CP yang diperoleh tinggi maka tsr yang diperoleh rendah,

begitupun sebaliknya jika CP yang dihasilkan rendah maka tsr yang

diperoleh tinggi.

Grafik 4.9. Grafik hubungan antara CP dan tsr

0

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

(54)

38

4.4

Perbandingan sudu

Dari pengujian kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan

tiga variasi sudu yaitu: 6 sudu, 3 sudu dan 2 sudu dalam bentuk yang sama.

maka dapat diambil perbandingan sudu sebagai berikut :

Kincir angin dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir 87,37 watt pada

kecepatan angin 8,53 m/s dan koefisien daya (CP) 32,03 pada (tsr) 3,5.

Kincir dengan 3 sudu menghasilkan daya kincir 68,24 watt pada kecepatan

angin 8,50 m/s dan koefisien daya (CP) 24,1 pada (tsr) 4,0. Kincir dengan 2

sudu menghasilkan daya kincir 34,24 watt pada kecepatan angin 8,95 m/s

dan koefisien daya (CP) 11,0 pada (tsr) 4,5. Maka dapat diambil kesimpulan

bahwa kincir angin dengan 6 sudu baik.

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

(55)

39

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari pengujian kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan tiga

variasi sudu telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan

tiga variasi sudu (6,3,2) dalam bentuk yang sama.

2. Kincir angin dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir 87,37 watt pada

kecepatan angin 8,53 m/s dan koefisien daya (CP) 32,03 pada (tsr) 3,5.

Kincir dengan 3 sudu menghasilkan daya kincir 68,24 watt pada kecepatan

angin 8,50 m/s dan koefisien daya (CP) 24,1 pada (tsr) 4,0. Kincir dengan

2 sudu menghasilkan daya kincir 34,24 watt pada kecepatan angin 8,95

m/s dan koefisien daya (CP) 11,0 pada (tsr) 4,5.

5.2. Saran

Setelah dilakukan penelitian ternyata terdapat kelebihan dan kekurangan

yang perlu diperhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan lebih

lanjut tentang kincir angin antara lain :

Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja kincir angin perlu dilakukan

percobaan lebih lanjut tentang variasi sudu dengan mencoba memvariasikan sudu

antara 2 sampai dengan 6, hingga menemukan sudu yang dapat menghasilkan

(56)

40

DAFTAR PUSTAKA

Andika, N.M, Triharyanto, T.Y., Prasetya, O.R. 2008. Kincir Angin Sumbu Horisontal Bersudu Banyak. Yogyakarta.

Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. BALAI PPTAGG-UPT-LAGG. Diakses : Tanggal 5 Agustus 2013.

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2013.

Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2013.

Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute Technology Bandung. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2013.

Sastrowijoyo, F. 2008. Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Wind Turbine di Indonesia. Alamat web: http://konversi.wordpress.com. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2013.

Gambar

Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan 2 sudu ....................................
Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber : www.fineartamerica.com,
Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara Cp dan tsr dari beberapa jenis kincir . (Sumber
Gambar 3.4 Piringan kincir
+7

Referensi

Dokumen terkait

Berdasarkan realisasi penerimaan pajak hotel dikota padang pada tiga tahun terakhir yang selalu melebihi target dan merupakan potensi yang cukup besar dalam meningkatkan

Thesis Is Submitted as Partial of The Requirement For an Bachelor Degree In Management Depatment – Faculty Of Economics. Writer :

[r]

Activity diagram sistem berjalan use case Autentikasi & Autorisasi Target Database .... Activity diagram sistem berjalan use case Konfigurasi "Database

Prototip tersebut digunakan untuk men-deteksi obyek yang berada di dalam kotak aluminium yang dilewatkan di antara sumber radiasi gamma dan line scan camera dan

Apabila kemudian terbukti bahwa saya ternyata melakukan tindakan menyalin atau meniru tulisan orang lain seolah-olah hasil pemikiran saya sendiri, saya bersedia menerima sanksi

langswtg memutuskandaerahmana yang menjadi tujuan wisatanya. Berangkat dari paparan di atas, maka sistem pengembangan kepariwisataan yang berbasis E-Tourism terdiri dari

MIPA (SAINS) mendasari berbagai kom petensi bidang yang lain, sehingga ada” kewajiban” bagi orang yang bergelut di bidang MIPA untuk melayani pembelajaran MIPA dengan baik.. MIPA