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.
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
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
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.
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.
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
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.
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
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
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)
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)
8
Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara Cp dan tsr dari beberapa jenis kincir . (Sumber
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.
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
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
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.
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
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.
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.
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)
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
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
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
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
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 =
22
4. Besarnya Koefisien daya (Cp) dapat dicari dengan Persamaan 7, jadi
besarnya Cp adalah :
Cp
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.
24
Tabel 4.5. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 6.25 m/s.
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
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.
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
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.
29
Tabel 4.8. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 6.15 m/s.
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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.