i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL
BERBAHAN PVC DENGAN VARIASI KEMIRINGAN SUDU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
YUDHA EDY SETIAWAN NIM : 105214065
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF HORIZONTAL AXIS WIND TURBINES
MADE OF PVC WITH A VARIATIONS SLOPE OF BLADE
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
YUDHA EDY SETIAWAN Student Number : 105214065
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
INTISARI
Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk memenuhi semua kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial, dan lingkungan. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan dengan produksi bahan bakar minyak yang semakin terbatas. Keterbatasan produksi bahan bakar minyak menjadikan harga bahan bakar naik. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan energi angin.
Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal dengan jumlah sudu 2 buah dan mengunakan bahan PVC dengan diameter : 8 inchi. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma.Variasi yang diambil adalah variasi kemiringan sudu kincir dan kecepatan angin. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi. Hasil penelitian kincir angin poros horizontal dengan variasi kemiringan sudu menunjukkan bahwa Kincir angin dengan kemiringan sudu 28,7° koefisien daya maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s. Kincir angin dengan kemiringan sudu 34° koefisien daya maksimal yaitu 25% pada tip speed
ratio 5,4 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Kincir angin dengan kemiringan sudu 39,8°
koefisien daya maksimal yaitu 23% pada tip speed ratio 4,8 pada kecepatan angin 8,5 m/s.
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. PK. Purwadi, S.T.,M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. I Gusti Ketut Puja, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Doddy Purwadianto, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan Kepala Laboratorium Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Intan Widanarko selaku Laboran Laboratorium Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Tri Setowati Handayani dan Edi Suryono selaku Ibu dan Bapak saya yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini
xi
4.5 Grafik dari Hasil Perhitumgan 3 variasi kemiringan sudu... 39
BAB V PENUTUP ...………...………... 40
5.1 Kesimpulan …….……...………...………….. 40
xii
DAFTAR PUSTAKA ……….………...………....……. 42
xiii
Gambar 2.5 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (CP) Dengan Tip Speed Ratio (TSR) Dari Beberapa jenis Kincir. ... 12
Gambar 3.1 Kincir Angin Poros Horisontal Dua Sudu ...….. 15
Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 28.70... 33
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu 28.70...…... 33
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 28.70 ... 34
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 340... 35
xiv
kemiringan sudu 340...…... 35 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Koefisien daya dengan
Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 340 ... 35 Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 39.80... 37 Gambar 4.8 Grafik Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu 39.80...…... 37 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Koefisien daya dengan
Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 39.80 ... 37 Gambar 4.10 Grafik Hubungan Koefisien daya dan Tip speed ratio
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan pada kemiringan sudu 28.70………... 25
Tabel 4.2. Data Hasil Percobaan pada kemiringan sudu 340………... 26
Tabel 4.3. Data Hasil Percobaan pada kemiringan sudu 39.80………... 27
Tabel 4.4. Data Perhitungan untuk kemiringan sudu 28.70 …………... 30
Tabel 4.5. Data Perhitungan untuk kemiringan sudu 340 …………... 31
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangKebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk memenuhi semua kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial, dan lingkungan.
Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan dengan produksi bahan bakar minyak yang semakin terbatas. Keterbatasan produksi bahan bakar minyak menjadikan harga bahan bakar naik. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan energi angin. Potensi pemanfaatan energi angin di Indonesia masih terbuka luas karena Indonesia memiliki garis pantai sekitar 95.000 km, demikian juga potensi kecepatan angin yang dimiliki berkisar 5 m/s.
Pemanfaatan energi angin saat – saat ini masih belum optimal dan dalam penggunaannya masih belum efektif. Maka dari itu diperlukan suatu mekanisme yang tepat untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi yang tepat guna, salah satunya adalah mengubah energi angin menjadi energi listrik.
1.2 Perumusan Masalah
Masalah yang ingin dipecahkan dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Angin merupakan energi yang berlimpah, gratis, dan tidak menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan dan manusia namun belum dimanfaatkan secara optimal.
2. Desain kincir yang baik dengan bantuan generator akan mampu menghasilkan listrik sehingga efisiensi yang didapat tinggi.
3. Pengaruh kemiringan sudu pada kincir angin poros horizontal terhadap torsi dan koefisien daya.
1.3 Batasan Masalah
Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai berikut :
1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal dengan jumlah 2 sudu dan mengunakan bahan PVC dengan diameter : 8 inchi.
2. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma.
3. Variasi yang diambil adalah variasi kemiringan sudu kincir dan kecepatan angin.
3
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan Tugas Akhir ini adalah :
1. Merancang dan membuat kincir angin poros horizontal dengan jumlah 2 sudu terbuat dari bahan PVC 8” dengan diameter kincir 110 cm. 2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horisontal dari bahan PVC
8” dengan diameter kincir 110 cm.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat pembuatan kincir angin adalah sebagai berikut :
1. Mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya energi angin dan pemanfaatannya.
2. Penghematan bahan bakar fosil dan mengganti dengan kincir angin untuk menjaga dan melestarikan bumi ini.
3. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir
angin dengan bahan PVC 8”.
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Angin
Pada umumnya angin merupakan udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digunakan untuk menankap atau memperoleh energi angin yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumbuk biji – bijian dan memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga dikonversikan menjadi tenaga listrik..
Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu: kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.
5
2.2.1 Kincir angin poros horisontal
Kincir angin ini memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara sedangkan kincir berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 3600 terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.
Ada beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan dikembangkan:
1. Kincir Angin American WindMill
6
2. Kincir angin Dutch four arm
Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch four arm
(Sumber: ayahaan.wordpress.com)
Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros horisontal: 1. Kelebihan
a. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat.
b. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi.
c. Memberikan kinerja yang lebih baik pada produksi energi dibandingkan dengan turbin angin dengan sumbu vertikal.
7
2. Kekurangan
a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.
b. Kincir yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang trampil.
c. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.
d. Kincir membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.
2.2.2 Kincir angin poros vertikal
Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. Kincir ini mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah.
8
Ada beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan dikembangkan:
1. Kincir Angin Savonius
Gambar 2.3 Kincir Angin Savonius (Sumber: cleangreenenergyzone.com)
2. Kincir Angin Darrieus
Gambar 2.4 Kincir Angin Darrieus (Sumber: en.wikipedia.org)
9
Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal: 1. Kelebihan
a. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. b. Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan
mekanisme yaw.
c. Kincir ini bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah..
d. Kincir ini tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
2. Kekurangan
a. Kebanyakan kincir ini memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi kincir angin poros horisontal karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
b. Kebanyakan kincir ini mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.
c. Sebuah kincir angin poros vertikal yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.
10
2.3 Rumus-Rumus Perhitungan
Rumus-rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan dan analisa dalam penelitian unjuk kerja kincir angin ini adalah sebagai berikut:
2.3.1 Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin adalah energy kinetik, sehingga secara umum disampaikan pada persamaan 01:
Ek = mv
Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari persamaan diatas dapat dituliskan:
Pin = ̇v 2
, (2)
dengan adalah daya yang dihasilkan angin, J/s (watt), ̇ adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s, v adalah kecepatan angin, m/s.
11
massa udara yan mengalir per satuan waktu adalah:
m’ = ρAv, (3)
dengan ρ adalah massa jenis udara (kg/ ), A adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).
Dengan menggunakan persamaan (03), maka daya angin (Pin) dapat dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar . persamaannya:
T = rF, (5)
Dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), F adalah gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan r adalah jarak lengan torsi ke poros (m).
12
2.3.3 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yan dihasilkan oleh poros kincir akibat daya angin yang melintasi sudu-sudu kincir.
Daya efektif yang dapat diambil kincir angin adalah sebesar 59,3%. Angka 59,3% adalah batas Betz ( Betz Limit, diambil dari ilmuan jerman Albert Betz). Gambar 2.1 merupakan karakteristik dari beberapa kincir.
Gambar 2.5 Diagram Cp vs tsr (Sumber: Johnson, 2006, hal. 18)
Umumnya perhitungan daya gerak melingkar dapat dituliskan dengan persamaan:
P = Tω, (6)
13
Kecepatan sudut (ω) didapat dari
n rpm=
dengan pout adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), n adalahputaran poros (rpm).
2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)
Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin. Rumus kecepatan diujung sudu ( ) adalah:
( ) = r,
14
Sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:
tsr =
, (8)
dengan r adalah jari-jari kincir angin (m), n adalah putaran poros (rpm), v adalah kecepatan angin (m/s).
2.3.5 Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yan dihasilkan oleh kincir ( ) dengan daya yang disediakan oleh angin ( ), sehingga dapat dirumuskan:
Cp =
, (9)
15
BAB III
METODE PENELITIAN
Pembuatan kincir dan penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma dengan dua tahap, yaitu pembuatan kincir pada tanggal 2 April 2013 – 31 Mei 2013 dan penelitian pada tanggal 3 September 2013 – 27 September 2013.
3.1 Peralatan dan Bahan
Model kincir angin poros horizontal dua sudu dapat dilihat pada gambar 3.1 memiliki dua bagian utama yaitu:
16
1. Sudu
Sudu berfungsi untuk menangkap angin, sudu kincir angin terbuat dari bahan PVC 8”, seperti ditujukkan pada gambar 3.2.
17
Untuk mencari sudut pada sudu kincir angin mengunakan persamaan:
𝜶 = 𝑺𝒊𝒏−𝟏(𝒂−𝒃 𝒄 ) = 𝑺𝒊𝒏−𝟏(𝟑𝟎−𝟐𝟑
𝟏𝟐,𝟓 )
= 340 2. Dudukan sudu
Dudukan sudu adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat sudu dan sebagai pengikat sudu, sekaligus komponen untuk memvariasikan kemiringan sudu dan jumlah sudu, seperti ditunjukkan pada gambar 3.2.
18
Peralatan yang medukung dalam penelitian antara lain : 1. Terowongan Angin
Terowongan angin adalah lorong yang berfungsi untuk menangkap angin yang dihisp oleh fan blower, dan menjadi tempat untuk pengujian kincir angin. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Terowongan Angin 2. Fan Blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap angin yang akan disalurkan ke
terowongan angin, seperti ditunjukkan pada gambar 3.5.
19
3. Anemometer
Anemometer berfungsi sebagai pengukur kecepatan angin yang diletakkan didepan terowongan angin, untuk mengetahui kecepatan angin yang masuk ke terowongan angin. Anemometer ditunjukkan pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Anemometer 4. Takometer
Takometer digukan untuk mengukur kecepatan putar poros kincir. Takometer ditunjukan pada gambar 3.7.
20
5. Neraca Pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengukur pembebanan yang diberikan pada saat pengeremanan yang diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis. Neraca pegas ditunjukkan pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Neraca Pegas 6. Mekanisme Pengereman
Mekanisme pengereman berfungsi sebagai pengerem atau penghambat putaran kincir dalam melakukan pengambilan data torsi dan daya kincir. Mekanisme pengereman ditunjukkan pada gambar 3.9.
21
3.2 Variabel Penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum melakukan penelitian adalah sebagi berikut :
1. Variasi kecepatan angin dalam penelitian ini adalah: 6 m/s hingga 9 m/s 2. Variasi sudut kemiringan sudu kincir adalah: 28.70, 340, dan 39.8,
kemiringan sudu kincir dapat dilihat pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Kemiringan sudu 3.3 Variabel yang Diukur
Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut: 1. Kecepatan angin (v)
22
3.4 Parameter yang Dihitung
Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik dalam penelitian ini dilakukan secara bersama-sama. Pertama – tama adalah memasang kincir angin pada terowongan angin, Adapun langkah-langkah pengambilan data sebagai berikut:
1. Neraca pegas dan pengatinya diletakan pada tempat yang sudah ditentukan 2. Pada neraca pegas dipasangkan tali pengait yang akan dihubungkan
dengan sistem pembebanan.
3. Memasang anemometer di dalam terowongan angin
4. Mempersiapkan tachometer dan menempatkan pada tempat yang sudah disediakan
23
6. Pengaturan kecepatan angin dilakuan dengan cara menggeser Blower dengan menggunakan troli yang sudah disediakan selanjutnya setiap pergeseran jarak diberi tanda dengan maksud memudahkan untuk pergeseran berikutnya.
7. Mengatur posisi Blower sampai mendapatkan kecepatan angin yang sesuai dengan keinginan peneliti.
8. Setelah mendapat kecepatan angin yang sesuai maka pengukuran kecepatan angin, pembebanan dan pengukuran kecepatan poros dilakukan 9. Ulangi proses 1-7 sampai selesai.
3.6 Langkah Pengolahan Data
Data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui beberapa tahapan berikut:
1. Dari data kecepatan angin dan luasan kincir angin didapatkan daya angin dengan menggunakan persamaan (2)
2. Data dari beban pegas dapat digunakan untuk mencari torsi dengan menggunakan persamaan (5)
3. Data putaran poros dan torsi dapat digunakan untuk mencari daya yang dihasilkan kincir angin dengan menggunakan persamaan (7)
24
25
Hasil dari pengambilan data dengan kemiringan Sudu 28,70 dilihat pada tabel 4.1
No Kecepatan
26
Hasil dari pengambilan data dengan kemiringan Sudu 340 dilihat pada tabel 4.2
No Kecepatan
27
Hasil dari pengambilan data dengan kemiringan Sudu 39.80 dilihat pada tabel 4.3
No Kecepatan
28 kecepatan angin 8 m/s, dapat dicari dengan menggunakan persamaan 04.
Pin = 1 persamaan 05, untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan persamaan 07 dan 06: Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:
29
Pout = Tω
= 0,12 Nm. 111,261rad/s = 13,351 watt
4.2.3 Tip Speed Ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau Tip Speed Ratio dapat dicari dengan menggunakan persamaan 08:
tsr = πrn 30 𝑣
= π0,55 m .1036 rpm
30.8 𝑚/𝑠 rad/s
= 7,952
4.2.4 Koefisien Daya Kincir
Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan persamaan 09: Cp = 𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛 100%
= 60,422
240,431 100%
30
4.3 Data Hasil Perhitungan
Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dengan menggunakan Microsoft Excell untuk menampilkan hubungan besarnya Torsi yang dihasilkan oleh kincir angin untuk setiap posisi kemiringan sudu (Grafik 4.1; 4.4; 4.7), besarnya daya output untuk setiap posisi kemiringan sudu (Grafik 4.2; 4.5; 4.8), Koefisien daya dan Tip sped ratio (Grafik 4.3; 4.6; 4.9 pada saat pengambilan data.
31
Tabel 4.5 Data perhitungan untuk kemiringan sudu 340
32
Tabel 4.6 Data perhitungan untuk kemiringan sudu 39.80
33
4.3 Grafik Hasil perhitungan dan Pembahasan
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (N.m) dengan kecepatan putar kincir (rpm), daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan kecepatan putar kincir
(rpm) dan koefisien daya kincir (CP) dengan Tip Speed Ratio (TSR). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi percobaan dapat dilihat pada grafik berikut ini
Gambar 4.1 Hubungan Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 28.70
Gambar 4.2 Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu 28.70
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000
34
Gambar 4.3 Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 28.70
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Untuk kecepatan angin 8 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,9 N.m dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1014 rpm.
Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula daya yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,m/s, daya maksimal dicapai pada Torsi 0,9 N.m sebesar 66,27 watt.
35
Gambar 4.4 Hubungan Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 340
Gambar 4.5 Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu 340
Gambar 4.6 Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 340
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000
36
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4, bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,96 N.m dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1100 rpm.
Gambar 4.5. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula daya yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, daya maksimal dicapai pada Torsi 0,96 N.m sebesar 65,3 watt.
37
Gambar 4.7 Hubungan Putaran poros dengan Torsi untuk kemiringan sudu 39.80
Gambar 4.8 Hubungan Daya Kincir dengan Putaran poros untuk kemiringan sudu 39.80
Gambar 4.9 Hubungan Koefisien daya dengan Tip speed ratio untuk kemiringan sudu 39.80
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200
38
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7, bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 1,1 N.m dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1122 rpm.
Gambar 4.8. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula daya yang dihasilkan. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, daya maksimal dicapai pada Torsi 1,1 N.m sebesar 81,8 watt.
39
4.4 Grafik dari hasil perhitungan 3 variasi kemiringan sudu.
Gambar 4.10 Hubungan Koefisien daya dan Tip speed ratio untuk 3 variasi kemiringan sudu 28.70
, 340, dan 39.80
Gambar 4.10 memperlihatkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan kemiringan sudu 340, yaitu 25% pada tip speed ratio 5,4 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Kemiringan sudu 340 adalah sudut yang terbaik jika dibandingkan dengan kemiringan sudu 340, dan 39.80.
40 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pengujian model kincir angin poros horisontal dengan jumlah sudu 2 termodifikasi dengan variasi kemiringan sudu 28.7°, 34°, dan 39,8° dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horisontal berbahan PVC 8” dengan jumlah 2 sudu termodifikasi dengan diameter sudu turbin yaitu 110 cm. Pemilihan tersebut didasarkan pada diameter blower, yaitu 120 cm.
2. Kincir angin dengan kemiringan sudu 28,7° koefisien daya maksimal yaitu 22,7% pada tip speed ratio 5,06 pada kecepatan angin 8m/s. Kincir angin dengan kemiringan sudu 34° koefisien daya maksimal yaitu 25% pada tip
speed ratio 5,4 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Kincir angin dengan
kemiringan sudu 39,8° koefisien daya maksimal yaitu 23% pada tip speed
ratio 4,8 pada kecepatan angin 8,5 m/s. Sudut yang terbaik dan koefisien
41
5.2 Saran
Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya :
1. Perbanyak variasi untuk pembuatan sudu dan pengambilan data.
2. Untuk pembuatan sudu gunakan bahan yang bervariasi agar mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi.
42
DAFTAR PUSTAKA
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.
Betz, A.1966. Introduction to the Theory of Flow Machines. (D. G. Randall, Trans.) Oxford: Pergamon Press.
Burton, T., Sharpe, D. 2001. Wind Energi Handbook. England.
Daryanto, T. 2012, Energi Terbarukan, http://www.Kompas.com Diakses : Tanggal 22 April 2012.
Daryanto,Y. 2007, Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga Bayu. Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan Energi Nasional.
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2011.
Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute Technology Bandung.
Sastrowijoyo, F. 2008. Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Wind
Turbine di Indonesia. Alamat web: http://konversi.wordpress.com.
Diakses : Tanggal 22 Februari 2012.
Sutrisna, F. K. 2011. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Alamat web
: http://indone5ia.wordpress.com. Diakses : Tanggal 10 April 2012.
Okbrianto, C.2009.Yogyakarta.Unjuk Kerja Kincir Angin Savonius Dua
Tingkat,Tugas Akhir,Teknik Mesin,Universitas Sanata
43
