PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AIRFOILCLARK-Y FLAT BOTTOM PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind
Turbine (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Sarjana Strata-1 Pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh : ADITYA IVANDA
20120130198
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
ii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AIRFOILCLARK-Y FLAT BOTTOM PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind
Turbine (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT Disusun Oleh :
Aditya Ivanda 2012 013 0198
Telah Dipertahankan Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal : 17 Desember 2016
Susunan Tim Penguji : Dosen Pembimbing I
Novi Caroko, S.T., M.Eng. NIP. 19791113 200501 1 001
Dosen Pembimbing II
Wahyudi, S.T., M.T. NIK. 19700823199702 123 032 Dosen Penguji
Ir. Aris Widyo Nugroho M.T., PhD NIK. 19700301199509 123 022
Tugas Akhir Ini Telah Diterima
Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Tanggal :
Mengesahkan,
Ketua Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
iii
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta,
iv
Motto
"Sungguh bersama kesukaran dan keringanan. Karna itu bila kau telah selesai (mengerjakan yang lain). Dan kepada Tuhan, berharaplah" (Q.S Al Insyirah:6-8)
"JASMERAH. Jangan sekali-kali melupakan sejarah" (Ir. Soekarno)
"Jalan terbaik untuk bebas dari masalah adalah dengan memecahkannya" (Alan Saporta)
"Anda tidak bisa mengubah orang lain, Anda harus menjadi perubahan yang Anda harapkan dari orang lain" (Mahatma Gandhi)
v
PERSEMBAHAN
Dengan segala puja dan puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa dan atas dukungan dan doa dari orang-orang tercinta, akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya. Oleh karena itu, dengan rasa bangga dan bahagia saya sampaikan rasa syukur dan terimakasih saya kepada:
- Kedua orangtuaku, Mulyadi Dahlan dan Siti Warsinah yang selalu mendoakan serta memberikan segalanya untukku dan selalu tidak lupa menyuruhku jangan lupa shalat.
- Kakak saya Nungki Viandaru, S.Gz. dan Ahmad Syaifudin, S.T. yang senantiasa memberikan dukungan, semangat, senyum dan doa untuk keberhasilan ini, cinta kalian memberikan kobaran semangat yang menggebu.
- Kerabat saya Ariffah Apriana yang selalu memberikan dukungan dan waktu nya untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Tanpa semangat, dukungan, dan bantuanya tidak mungkin aku sampai disini, terimakasih untuk canda tawa, tangis, dan perjuangan yang kita lewati bersama dan terimakasih untuk kenangan manis yang telah diberikan.
- Teman seperjuangan Ahmad Sayogo, Erwin Pratama dan teman-teman Teknik Mesin UMY angkatan 2012 yang banyak membantu dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Dengan perjuangan dan kebersamaan kita pasti bisa! Semangat!!!
vi
PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind
Turbines (HAWT) DENGAN KAPASITAS 500 WATT Aditya Ivanda
INTISARI
Kincir angin merupakan energi yang terbarukan, karena kincir angin mampu menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan energi angin. Akan tetapi pemanfaatan energi angin di Indonesia tergolong rendah, karena belum banyak yang mengembangkan kincir angin dengan kecepatan angin rendah. Salah satu metode untuk mengembangkan kincir angin kecepatan rendah adalah melakukan variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi sudut blade terhadap daya keluaran pada kincir angin.
Proses penelitian variasi sudut blade dimulai dengan melakukan persiapan blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom, generator, kabel, sistem elektrikal, dan datalogger. Variabel yang digunakan adalah variasi sudut blade10˚, 15˚, dan 20˚. Penelitian kincir angin dilakukan di Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul. Pengujian yang dilakukan meliputi pengamatan kecepatan angin dan daya keluaran yang dihasilkan kincir angin.
Hasil pengujian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom berpengaruh terhadap daya listrik yang dihasilkan kincir angin. Sudut blade yang menghasilkan daya optimal adalah sudut blade 10˚. Hal ini dikarenakan variasi sudut blade 10˚ nilai efisiensi yang dihasilkan sebesar 25% - 40% pada kecepatan angin 1,5m/s-3m/s.
vii
INFLUENCE of VARIATION of the ANGLE of the BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM on the PERFORMANCE of Horizontal Axis
WINDMILL Wind Turbines (HAWT) with a CAPACITY of 500 WATT Aditya Ivanda
ABSTRACT
The Windmill is renewable energy, because the mill was able to produce electrical energy by harnessing the energy of the wind. However, the utilization of wind energy in Indonesia classified as low, because not many who develop windmill with wind speed is low. One of the methods to develop the low-speed windmill is doing a variation of the angle of the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom. The purpose of this research is to know the influence of the variation of the angle of the blade against the power output on the Windmill.
The process research of the variation of the angle of the blade begins with preparing the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom, generators, cables, electrical systems, and datalogger. The variables used are a variation of the angle
of blade 10˚, 15˚, and 20˚. The research was conducted at windmill Beach New
Poncosari Srandakan of Bantul. Testing conducted include observations of wind speed and power output generated windmill.
The results of the testing that has been done shows that the variation in the angle of the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom effect on electrical power generated windmill. The angle of the blade that produces optimum power is the angle of blade 10˚. This is due to the variation of the angle of blade 10˚ value the resulting efficiency of 25%-40% in wind speed 1 m/s-3 m/s.
viii
KATA PENGANTAR
Assalaamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Sholawat serta salam semoga tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah menuntun kita dari jaman jahiliyah ke jaman terang benderang yang saat ini kita rasakan.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom pada kincir angin Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). Dari penelitian yang dilakukan didapatkan sudut blade yang menghasilkan daya optimal pada kecepatan angin antara 1,5m/s-3m/s adalah sudut blade10˚ dengan nilai efisiensi antara 20%-40%.
Tidak lupa penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak – pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Novi Coroko, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama tugas akhir.
2. Bapak Wahyudi, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama tugas akhir.
3. Ir. Aris Widyo Nugroho M.T., PhD selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan, kritik dan saran.
4. Koordinator Laboraturium, Kepala Laboraturium Proses Produksi, Staff Pengajar, Laboran dan Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
ix
6. Kedua orang tua yang telah membantu dalam terselesaikannya tugas akhir ini.
7. Teman – teman mahasiswa seluruh angkatan jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
8. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung penulis.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini jauh dari sempurna karena penulis juga mahluk-Nya yang selalu memiliki kekurangan. Semoga Laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Amin
Wassalaamu’alikum Warahmatullahi Wabarokatuh.
Yogyakarta, Desember 2016 Penyusun,
x
1.4. Tujuan Penelitian ... 4
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
1.6. Metode Penulisan ... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 5
xi
2.2.3. Konsep Dasar Angin ... 9
2.2.4. Jenis-Jenis Angin ... 9
2.2.5. Potensi Angin di Indonesia ... 11
2.2.6. Karakteristik Kincir Angin ... 13
2.2.7. Keuntungan Kincir Angin ... 13
2.2.8. Kerugian Kincir Angin ... 13
2.2.9. Komponen Utama Kincir Angin ... 13
A. Poros ... 13
2.2.12. Efisiensi Kincir Angin... 18
BAB III METODE PENELITIAN... 19
3.1. Pendekatan Penelitian ... 19
3.2. Tempat dan Waktu Penelitian ... 19
3.3. Bahan Penelitian... 19
3.4. Alat Penelitian ... 20
3.5. Diagram Alir Penelitian ... 24
3.6.Tahap Persiapan ... 25
3.7. Tahap Penelitian ... 25
3.7.1. Perakitan Kincir Angin ... 25
3.7.2. Merangkai Elektrikal... 26
3.7.3. Mengatur Sudut ... 26
3.7.4. Pengamatan Kecepatan Angin ... 27
xii
BAB IV Hasil dan Pembahasan ... 28
4.1. Spesifikasi Kincir Angin ... 28
4.2. Pengujian Kincir Angin ... 30
4.2.1. Data Hasil Pengujian ... 30
BAB V PENUTUP ... 45
5.1.Kesimpulan ... 45
5.2.Saran ... 45
DAFTAR PUSTAKA ... 46
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Jenis Kincir Angin Poros Horizontal ... 7
Gambar 2.2. Jenis Kincir Angin Poros Vertikal ... 8
Gambar 2.3. Peta Potensi angin di Yogyakarta... 12
Gambar 2.4. Bilah (Blade) ... 14
Gambar 2.5. Transmisi (gearbox) ... 15
Gambar 2.6. Generator ... 15
Gambar 3.1. Gambar teknik blade airfoilClarky Flat Bottom ... 20
Gambar 3.2. Datalogger ... 20
Gambar 3.10. Bolam lampu ... 23
Gambar 3.11. Anemometer ... 23
Gambar 3.12. Spaner ... 23
Gambar 3.13. Diagram alir tahap penelitian ... 24
Gambar 3.14. Perakitan elektrikal ... 26
Gambar 3.15. Pengaturan sudut blade ... 27
Gambar 4.1. Kincir angin ... 28
Gambar 4.2. Komponen kincir angin ... 29
Gambar 4.3. Pengaturan sudut blade 10o pada hub ... 30
Gambar 4.4. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu ... 33
Gambar 4.5. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya ... 33
Gambar 4.6. Pengaturan sudut blade 15o pada hub ... 34
xiv
Gambar 4.8. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya ... 37
Gambar 4.9. Pengaturan sudut blade 20o pada hub ... 38
Gambar 4.10. Grafik kecepatan angin dan daya terhadap waktu ... 40
Gambar 4.11. Grafik hubungan kecepatan angin terhadap daya ... 41
Gambar 4.12. Grafik Hubungan Efisiensi Dengan Kecepatan Angin ... 42
Gambar 4.13. Diagram efisiensi rata-rata sudut blade 10o, 15o, dan 20o ... 42
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kondisi Angin di Indonesia ... 12
Tabel 4.1. Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 10o ... 31
Tabel 4.2. Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 15o ... 34
Tabel 4.3. Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 20o ... 38
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data kecepatan angin setiap 10 menit ... 48
Lampiran 2. Datalogger setiap 10 detik ... 48
Lampiran 3. Tabel propertis udara tekanan 1 atm ... 49
PENGARUH VARIASI SUDUT BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM PADA UNJUK KERJA KINCIR ANGIN Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) DENGAN
KAPASITAS 500 WATT Aditya Ivanda
INTISARI
Kincir angin merupakan energi yang terbarukan, karena kincir angin mampu menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan energi angin. Akan tetapi pemanfaatan energi angin di Indonesia tergolong rendah, karena belum banyak yang mengembangkan kincir angin dengan kecepatan angin rendah. Salah satu metode untuk mengembangkan kincir angin kecepatan rendah adalah melakukan variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi sudut blade terhadap daya keluaran pada kincir angin.
Proses penelitian variasi sudut blade dimulai dengan melakukan persiapan blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom, generator, kabel, sistem elektrikal, dan datalogger. Variabel yang digunakan adalah variasi sudut blade 10˚, 15˚, dan 20˚. Penelitian kincir angin dilakukan di Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul. Pengujian yang dilakukan meliputi pengamatan kecepatan angin dan daya keluaran yang dihasilkan kincir angin.
Hasil pengujian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom berpengaruh terhadap daya listrik yang dihasilkan kincir angin. Sudut blade yang menghasilkan daya optimal adalah sudut blade10˚. Hal ini dikarenakan variasi sudut blade 10˚ nilai efisiensi yang dihasilkan sebesar 25% - 40% pada kecepatan angin 1,5m/s-3m/s.
INFLUENCE of VARIATION of the ANGLE of the BLADE AIRFOIL CLARK-Y FLAT BOTTOM on the PERFORMANCE of Horizontal Axis WINDMILL Wind Turbine
(HAWT) with a CAPACITY of 500 WATT Aditya Ivanda
ABSTRACT
The wind turbine is renewable energy, because the wind turbine was able to produce electrical energy by harnessing the energy of the wind. However, the utilization of wind energy in Indonesia classified as low, because yet many develop wind turbine with low wind speed. One of the methods to develop the low-speed wind turbine is doing a variation of the angle of the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom. The purpose of this research is to know the influence of the variation of the angle of the blade against the power output on the Windmill.
The process research of the variation of the angle of the blade begins with preparing the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom, generators, cables, electrical systems, and datalogger. The variables used are a variation of the angle of blade 10˚, 15˚, and 20˚. The research was conducted at wind turbine Beach New Poncosari Srandakan of Bantul. Testing conducted include observations of wind speed and power output generated wind turbine.
The results of the testing that has been done shows that the variation in the angle of the blade airfoil Clark-y type of Flat Bottom effect on electrical power generated wind turbine. The angle of the blade that produces optimum power is the angle of blade 10˚. This is due to the variation of the angle of blade 10˚ value the resulting efficiency of 25%-40% in wind speed 1 m/s-3 m/s.
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil membuat beberapa ancaman serius bagi kehidupan makhluk hidup di muka bumi, yaitu menipisnya cadangan minyak bumi (bila tanpa menemukan sumur minyak baru) dan polusi gas rumah kaca akibat pembakaran bahan bakar fosil. Berbagai macam kebijakan telah dibuat oleh pemerintah untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Hal tersebut mendesak pemerintah Indonesia untuk mengupayakan sumber energi baru dan terbarukan yang ramah lingkungan. Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah besar, beberapa diantaranya adalah bioethanol sebagai pengganti bensin, biodiesel untuk penganti solar, tenaga panas bumi, mikrohidro, tenaga surya, dan tenaga angin (Indarto, 2005).
Pemanfaatan energi angin di Indonesia untuk saat ini masih tergolong rendah, salah satu penyebabnya adalah karena kecepatan angin rata-rata di wilayah Indonesia tergolong kecepatan angin rendah, yaitu berkisar antara 0 - 5 m/s sehingga sulit untuk memanfaatkan energi angin sebagai pembangkit listrik dalam skala besar (Ismail, 2015). Meskipun demikian, potensi angin di Indonesia tersedia hampir sepanjang tahun sehingga memungkinkan untuk dikembangkan sistem pembangkit listrik skala rumahan.
2
dari sumber energi untuk membangkitkan listrik yang memanfaatkan tenaga angin.
Berdasarkan jenis sumbu putarnya, kincir angin terbagi menjadi 2 yaitu kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Kincir angin dengan sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) merupakan kincir angin dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik terdapat pada puncak menara. Poros mendatar pada kincir angin ini terdiri atas posisi poros yang sejajar dengan permukaan tanah dan posisi poros sejajar dengan arah datangnya angin. Dalam menentukan tipe blade pada sebuah kincir angin, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu Coeefisient Power (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR). Coeefisient Power adalah tingkat efisiensi dari sebuah blade, semakin besar efisiensinya maka semakin besar juga kemampuan suatu kincir angin untuk mengambil energi yang didapatnya. Tip Speed Ratio merupakan perbandingan kecepatan ujung blade terhadap angin, maka semakin besar TSR akan semakin besar putarannya. Dari berbagai tipe kincir angin, kincir angin dengan tipe 3 blade adalah jenis blade yang paling mendekati nilai efisiensi ideal, dimana koefisiennya mencapai 45% (Abdurrahman, 2015).
Kincir angin banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi. Kelebihan kincir angin adalah disamping sumber daya yang melimpah dan terbarukan juga tidak menimbulkan dampak pencemaran lingkungan berupa gas buang. Bahan untuk membuat bilah atau blade juga tergolong ramah lingkungan, yaitu dengan menggunakan kayu pinus sebagai bahan baku pembuatannya. Pada saat ini kincir angin yang tersedia dipasaran rata-rata masih belum sesuai untuk kecepatan angin di Indonesia yang tergolong kecepatan rendah, yaitu antara 0 - 5 m/s.
3
yang menghasilkan nilai efisiensi yang relatif tinggi adalah sudut 10˚, 15˚, dan 20˚ pada kecepatan angin 3 m/s. pada penelitian yang dilakukan (Wright, 2004).
Susanto, dkk (2015) melakukan pengujian dengan variabel material blade tipe Naca 4415. Dari pengujian yang dilakukan, Susanto menyebutkan bahwa material blade yang digunakan juga akan berpengaruh terhadap daya output sebuah kincir angin. Penelitian yang dilakukan juga menunjukkan bahwa sudut serang akan berpengaruh terhadap performa kincir angin menggunakan airfoil tipe Naca 4415 diameter 3 meter dengan variasi sudut serang 0˚, 3˚ dan 5˚.
Penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut belum ada yang melakukan penelitian mengenai performa sebuah kincir angin airfoil jenis Clark-y Flat Bottom dengan bahan baku blade kayu pinus. Dalam penelitian ini akan membahas pengaruh variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom pada kincir angin Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) untuk kapasitas generator 500 Watt, menggunakan variasi sudut 10˚, 15˚, dan 20˚ terhadap daya listrik yang dihasilkan.
1.1Rumusan masalah
Dari latar belakang yang telah diuraikan maka dapat dirumuskan suatu permasalahan yang harus dipecahkan pada pengujian kincir angin airfoil jenis Clark-y Flat Bottom tipe Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) diantaranya adalah:
a) Bagaimana performa kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom?
b) Bagaimana pengaruh performa kincir angin dengan variasi sudut blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom 10o, 15o, dan 20o?
1.2 Batasan masalah
Dalam batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
4
1.3Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah:
a) Mengetahui pengaruh variasi sudut blade 10o, 15o, dan 20o terhadap unjuk kerja kincir angin dengan kapasitas generator 500 Watt.
b) Mengetahui sudut blade yang menghasilkan daya tertinggi pada kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan blade airfoil Clark-y Flat Bottom.
1.4Manfaat penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
a) Dapat menambah referensi tentang alat tepat guna dalam pengabdian masyarakat serta dapat dijadikan acuan dalam pengembangan kincir angin Sumbu Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT).
b) Hasil penelitian alat ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu pembangkit listrik skala rumah tangga.
1.5Metode penulisan
Metode pengumpulan data yang dilakukan adalah :
a) Metode pustaka, yaitu dengan cara studi kepustakaan untuk mencari dasar teori yang ada kaitanya dengan kincir angin Sumbu Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT).
b) Metode observasi, digunakan untuk memperoleh data - data yang aktual dari blade airfoil tersebut agar bisa diaplikasikan dengan dasar teori yang ada. c) Metode eksperimen, dengan melakukan uji coba setelah blade airfoil selesai
5 BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1Kajian pustaka
Serah (2004) dalam menguji sebuah kincir angin sumbu horizontal tiga blade, alat yang diperlukan antara lain adalah komputer, anemometer, voltmeter, lampu 20 watt, dan kabel. Daya terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin Horizontal dalam pengujianya adalah menggunakan sudut blade tipe Naca 4415 20˚ bahan komposit adalah 1,4 Watt dengan besar arus 0,42 Ampere dan tegangan 3,34 Volt pada kecepatan angin 5,7 m/s.
Susanto dkk (2015) menguji performa terbaik dari sebuah kincir angin tipe Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). Jenis blade yang digunakan Susanto adalah jenis blade Naca 4415 bahan komposit. Dari penelitian tersebut didapatkan bahwa variasi sudut blade berpengaruh terhadap daya atau energi yang dihasilkan. Daya output terbesar dari variasi sudut serang blade Naca 4415 penelitiannya terdapat pada sudut serang 10˚ yaitu dengan daya 18,83 Watt pada kecepatan angin 9,20 m/s.
Prasetya (2015) menyebutkan bahwa pada penelitianya dengan rata-rata kecepatan angin di Indonesia yang tergolong rendah antara 0 sampai 5 m/s, namun terkadang bisa tiba-tiba sangat kencang pada waktu-waktu, maka sudut blade yang cocok adalah sudut 15˚ dengan nilai efisiensi sebesar 4,44%. Pada pengujiannya, Prasetya menggunakan blade tipe Naca 4412 bahan fibreglass dengan variasi sudut blade0˚, 10˚, dan 15˚.
6
yang digunakan. Menurut penelitian yang telah dilakukan, variasi sudut blade yang memiliki kinerja optimum terdapat pada sudut blade 10˚, 15˚, dan 20˚. 2.2 Dasar teori
2.2.1 Kincir angin
Kincir angin awalnya dibuat untuk mengakomodasikan kebutuhan petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dan lain lain. Kincir angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lain yang lebih dikenal dengan Windmill. Pada saat ini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan adanya prinsip konversi energi. Kincir angin merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik menjadi energi gerak, dimana energi penggeraknya berasal dari angin. Energi gerak selanjutnya diteruskan berupa putaran sudu dan poros generator sehingga menghasilkan energi listrik.
Sesuai denan namanya, kincir angin menggunakan energi kinetik dari angin sebagai tenaga pendorongnya. Angin menggerakkan bilah kincir yang berputar pada porosnya, pada gilirannya mendorong perangkat tertentu, misalnya generator untuk menghasilkan listrik. Kincir yang berputar ini terhubung ke generator, bisa juga melalui gearbox atau langsung. Menariknya, sebagian besar turbin modern yang berputar searah jarum jam.
7
Menurut Derenzo (1979), hal yang dapat menentukan besarnya daya output dari sebuah kincir angin Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) :
a) Kecepatan angin b) Jumlah sudu (blade) c) Jenis dan bahan blade d) Besarnya sudut serang blade
2.2.2 Jenis kincir angin
A. Tipe Horizontal Axis Wind Tutbine (HAWT)
Kincir angin sumbu Horizontal (HAWT) memiliki sudu yang berputar dalam bidang vertikal, seperti propeler pesawat terbang. Kincir angin tipe horizontal mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus dimana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari pada aliran udara di sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang sudu dan daerah tekanan tinggi pada sisi depan sudu. Perbedaan tekanan tersebut akan membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar. Beberapa jenis kincir angin yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1 kincir angin poros horizontal berikut:
a. Kincir angin tipe American WindMill
b. Kincir angin tipe Dutch four arm
8
B. Tipe Vertikal Axis Wind Turbine (VAWT)
Kincir angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan sudu yang berputar pada bidang yang paralel dengan tanah atau horizontal. Kincir angin sumbu vertikal memiliki bilah yang memanjang dari atas ke bawah. Kincir angin jenis ini yang paling umum adalah kincir angin Darrieus, dinamai sesuai dengan nama insinyur Perancis Georges Darrieus yang desainnya dipatenkan pada tahun 1931. Jenis kincir angin vertikal biasanya berdiri setinggi 100 meter dengan lebar 50 kaki. Ada berbagai jenis kincir angin tipe vertikal yang sering digunakan diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2 kincir angin poros vertikal berikut:
a. Kincir angin tipe Darrieus b. Kincir angin tipe Sarvonius
c.Kincir angin tipe Giromill Gambar 2.2 Jenis Kincir Angin Poros Vertikal
9
2.2.3 Konsep dasar angin
Angin merupakan udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran angin dari suatu tempat yang memiliki tekanan tinggi ke suatu tempat yang memiliki tekanan rendah, atau suatu tempat yang memiliki temperatur rendah ke wilayah yang memiliki temperatur tinggi (Fauzi,2012). Pada dasarnya, kecepatan angin dipengaruhi oleh ketinggian dan letak suatu tempat. Apabila letak suatu tempat berada dekat dengan garis katulistiwa, maka kecepatan angin akan lebih cepat dibandingkan dengan tempat yang berada lebih jauh dari garis katulistiwa. Begitu juga dengan ketinggiannya, semakin tinggi suatu tempat, maka angin yang berhembus juga akan semakin cepat. Hal tersebut disebabkan oleh semakin tinggi suatu tempat, maka gaya gesekan yang dipengaruhi oleh permukaan bumi yang tidak datar akan semakin kecil.
Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel. Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air untuk irigasi, pembangkitan listrik, pengeringan atau pencacah hasil panen, pendingin ikan pada perahu-perahu nelayan dan lain-lain. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di pantai.
Pemanfaatan energi angin selain dapat mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil, diharapkan juga dapat meningkatkan produktifitas masyarakat pertanian. Walaupun pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana saja, daerah-daerah yang memiliki potensi energi angin ini lebih kompetitif dibandingkan dengan energi alternatif lainnya.
2.2.4 Jenis-jenis angin
10
udara. Berdasarkan prinsip dari terbentuknya angin, maka angin dapat dibedakan sebagai berikut:
A. Angin tetap
Jenis angin yang pertama adalah angin tetap. Angin tetap yaitu adalah angin yang mempunyai arah berhembus yang tetap sepanjang tahunnya. Angin tetap ini ini dibagi menjadi dua macam, yakni angin pasat dan juga angin antipasat. Angin pasat merupakan angin yang bertiup dari daerah subtropik menuju ke equator atau khatulistiwa. Sedangkan angin antipasat merupakan angin yang bertiup dari daerah equator menuju ke daerah subtropik.
B. Angin muson atau angin musim
Angin muson atau angin musim adalah angin yang berhembus secara periodik (minimal 3 bulan) dan antara periode yang satu dengan periode lainnya mempunyai pola yang berlawanan yang berganti ganti arah secara berlawanan pada stiap setengah tahunnya. Setengah tahun pertama biasanya akan bertiup angin darat yang kering dan setengah tahun berikutnya akan bertiup angin laut yang bersifat basah.
C. Angin darat
Angin darat merupakan angin yang bertiup dari daratan ke lautan. Angin ini biasanya bertiup pada malam hari yakni pada pukul 20.00 hingga pukul 16.00. angin ini sering dimanfaatkan oleh nelayan- nelayan tradisional untuk berangkat melalut.
D. Angin laut
Angin laut ini merupakan angin yang bertiup dari lauta menuju ke daratan. Angin ini umumnya bertiup pada siang hari, yakni mulai pukul 09.00 hingga pukul 16.00, angin ini biasnya dimanfaatkan nelayan tradisional untuk menuju pulang sehabis melaut.
E. Angin lembah
11
F. Angin gunung
Angin gunung merupakan kebalikan dari angin lembah, yakni merupakan angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah dan biasanya terjadi pada malam hari.
G. Angin fohn
Angin Fohn atau angin jatuh merupakan sebuah angin yang terjadi sesuai dengan jenis jenis hujan seperti hujan orogafis. Angin ini bertiup di suatu wilayah tertentu dengan temperatur serta kelengasan yang berbeda pula. Angin ini terjadi karena adanya gerakan massa udara yang naik ke pegunungan yang tingginya lebih dari 200 meter, naik pada satu sisi kemudian turun lagi di sisi yang lainnya. Angin Fohn yang jatuh dari puncak gunung bersifat panas dan juga kering yang dikarenakan uap air tersebut sudah dibuang pada saat hujan orogafis.
2.2.5 Potensi angin di Indonesia
Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan, salah satu energi terbarukan yang dimiliki negara Indonesia adalah energi angin. Potensi energi angin yang dimiliki oleh negara Indonesia sangat besar, mengingat letak geografis indonesia yang berada pada kordinat 95 derajat bujur timur sampai 141 derajat bujut timur, serta 6 derajat lintang utara sampai dengan 11 derajat lintang selatan, dan dilewati oleh garis katulistiwa.
12
Gambar 2.3 Peta Potensi angin di Yogyakarta Sumber : BPPT, 2015
Tabel 2.1 Kondisi Angin di Indonesia Tabel Kondisi Angin
Kelas Angin Kecepatan Angin m/s Kondisi Angin di Daratan 1 0,3-1,5 angin tenang, asap lurus keatas
2 1,6-3,3 asap bergerak mengikuti arah angin
3 3,4-5,4
wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang
4 5,5-7,9
Debu jalan, kertas beterbangan, ranting pohon bergoyang
5 8,0-10,7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar
6 10,8-13,7
Ranting pohon bergoyang, air sungai berombak kecil
7 13,9-17,1 Ujung pohon melengkung
8 17,2-20,7 Dapat mematahkan ranting pohon
9 20,8-24,4 Dapat merusak rumah
10 24,5-28,4 Dapat merobohkan pohon
11 28,5-32,6 Dapat merobohkan pohon
12 >32,6 Tornado
13
2.2.6 Karakteristik Kincir Angin
Karakteristik kincir angin horizontal axis wind turbine (HAWT) adalah sebagai berikut:
a) Dengan kincir angin dimungkinkan untuk mengurangi krisis energi b) Pemasangan kincir angin dapat dilakukan pada lokasi tertentu c) Sistem dapat bekerja secara otomatis
d) Daya listrik langsung didapat ketika kincir angin mulai berputar
2.2.7 Keuntungan kincir angin a) Sumber energi terbarukan
b) Ramah lingkungan (tidak ada emisi gas buang) c) Waktu start up cepat
d) Untuk menghasilkan daya listrik hanya dibutuhkan energi angin
2.2.8 Kerugian kincir angin a) Tidak dapat diprediksi
b) Ancaman bagi ekosistem burung
c) Mmbutuhkan kincir angin dengan jumlah banyak untuk mendapatkan energi yang banyak pula
2.2.9 Komponen utama kincir angin A. Poros
Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya.
B. Sudu atau blade
14
gerak (mekanik) pada poros penggerak. Rotor terdiri dari baling-baling/sudu dan hub. Hub merupakan bagian dari rotor yang berfungsi menghubungkan sudu denga poros utama. Sudu pada turbin merupakan bagian terpenting guna memindah daya pada poros yang selanjutnya diteruskan ke gearbox atau langsung ke generator. Pada sebuah kincir angin, jumlah baling-baling atau sudu bervariasi sebanyak 2,3, dan 4 buah atau lebih. Pada umumnya, sudu kincir angin propeller berjumlah 3 buah yang sering digunakan karena memiliki getaaran yang tidak terlalu besar, jika lebih dari 3 buah sudu maka akan berpengaruh terhadap getaran sehingga mengakibatkan semakin besar pula torsinya. Desain sudu kincir angin dibuat se-aerodinamis mungkin supaya menghasilkan efisiensi sebesar mungkin, mengingat efisiensi penyaluran daya sudu kincir angin masih rendah sebesar 20-30% seperti yang terdapat pada gambar 2.4 Bilah ( Blade ). Untuk turbin yang memiliki kecepatan rata-rata angin rendah, biasanya menggunakan ekor pengarah. Fungsi dari ekor pengarah (tail vane) adalah untuk membelokan posisi rotor terhadap arah datangnya angin sehingga mengtertinggikan operasional dan mengamankan dari putaran lebih apabila kecepatan angin telah melebihi kecepatan cut-out dari kincir angin tersebut.
15
C. Transmisi (Gearbox)
Transmisi kincir angin berfungsi untuk memindahkan daya dari rotor ke generator dengan dipercepat putaranya. Hal ini diperlukan karena umumnya putaran rotor berotasi pada putaran rendah, sementara generatornya bekerja pada putaran tinggi. Poros dan transmisi pada bagian kincir angin berfungsi untuk memindahkan daya dari rotor ke generator secara langsung maupun melalui mekanisme transmisi gearbox seperti pada gambar 2.5 berikut.
Gambar 2.5 Transmisi (gearbox) D. Generator
Generator adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem kincir angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik seperti yang terlihat pada gambar 2.6. Prinsip kerja generator dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks, perubahan fluks ini akan menghasilkan tegangan dan arus listrik tertentu (Miranda, 2013).
16
Generator merupakan sumber utama energi listrik yang dipakai sekarang ini dan merupakan converter terbesar di dunia. Pada prinsipnya tegangan yang dihasilkan bersifat bolak balik, sedangkan generator yang menghasilkan tegangan searah karena telah mengalami proses penyearahan. Generator adalah mesin listrik yang menggunakan magnet untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Prinsip generator secara sederhana dapat dikatakan bahwa tegangan diinduksikan pada kontaktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet. Besar tegangan generator bergantung pada :
a) Kecepatan putaran
b) Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks
c) Jumlah fluks magnet yang dibandingkan oleh medan magnet
E. Menara (Tower)
Menara berfungsi menyangga kincir angin. Pada kincir angin modern, tinggi tower biasanya mencapai 40 – 60 meter. Menara dapat dibedakan menjadi bentuk tubular dan bentuk lattice. Keuntungan dari bentuk tubular yaitu aman, sedangkan lattice mempunyai biaya yang murah.
F. Baterai (Accumulator)
Kincir angin tidak selamanya beroperasi karena keterbatasan angin yang berhembus di waktu-waktu tertentu untuk dapat memutar rotor turbin. Maka dari itu, diperlukan penyimpan energi agar menghasilkan energi listrik secara kontinyu. Jika arus listriknya terlalu besar, maka arus listrik akan disalurkan menuju jala-jala listrik setelah sebagian disimpan pada baterai.
Dalam pemilihan baterai harus dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut: 1. Mampu menyimpan daya dalam jumlah besar.
2. Dapat menyalurkan daya yang disimpan baik dalam jumlah yang kecil maupun besar tanpa mengalami kerusakan.
3. Tahan lama (reliable).
17
Baterai dapat dibedakan berdasarkan tegangannya dan kapasitas penyimpanannya (Ampere-jam/Ah). Nilai Ah ditentukan berdasarkan kapasitas penggunaannya. Penggunaan yang lebih besar akan menyebabkan berkurangnya kapasitas Ah secara drastis.
2.2.10 Daya angin
Daya angin (Pin) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada setiap luasan sudu, yang dirumuskan sebagai berikut:
Pangin = x
ρ
xAxV3……….…. (2.1)Secara umum pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam Watt atau Horse Power (HP). Horse Power merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP sama dengan 746 Watt. Satuan daya listrik dimana 1 Watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 Ampere dan tegangan 1 Volt.
Untuk menghitung daya digunakan rumus berikut:
P = VxI ………. (2.2)
Dimana :
18
2.2.12 Efisiensi kincir angin
Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan persamaan berikut:
………..… (2.3)
Dimana:
19 BAB III
METODE PENELITIAN
Dalam bab ini akan dibahas mengenai tempat serta waktu dilakukannya penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, apa saja yang menjadi variable dalam penelitian, diagram alir penelitian, serta prosedur-prosedur penelitian.
3.1. Pendekatan Penelitian
Pendekatan penelitian merupakan suatu sistem pengambilan data dalam suatu penelitian. Penelitian ini menggunakan metode penelitian dan pengembangan yaitu suatu proses atau langkah-langkah untuk mengembangkan suatu produk baru, atau menyempurnakan produk yang telah ada, yang dapat dipertanggungjawabkan.
3.2Tempat dan waktu penelitian
Tempat penelitian : Pantai Baru Poncosari Srandakan Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta.
Waktu penelitian : 12-14 Mei 2016
3.3Bahan Penelitian
20
Gambar 3.1 Gambar teknik blade airfoilClarky Flat Bottom
3.4Alat Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian ditunjukkan pada gambar 3.1 - 3.11 diantaranya adalah:
1. Datalogger
21
2. Kabel
Gambar 3.3 Kabel 3. Solder
Gambar 3.4 Solder
4. Tang
Gambar 3.5 Tang 5. Obeng
22
6. Multi meter
Gambar 3.7 Multi meter
7. Volt meter
Gambar 3.8 Volt meter
8. Ampere meter
23
9. Bolam lampu 20 Watt
Gambar 3.10 Bolam lampu
10.Anemometer
Gambar 3.11 Anemometer 11.Spaner
Gambar 3.12 Spaner
24
3.5Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini dilakukan beberapa tahapan, mulai dari persiapan, perakitan dan pengujian kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) blade airfoil jenis Clark-y Flat Bottom menggunakan variasi sudut 10˚, 15˚, dan 20˚, serta pengolahan data. Tahapan penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada gambar 3.13.
25
3.6Tahap Persiapan
Pada tahap persiapan, penulis mencari referensi yang berasal dari buku dan jurnal yang berkaitan dengan penelitian yang akan dilakukan, yaitu mengenai pengaruh sudut blade kincir angin tipe horizontal terhadap daya output yang dihasilkan.
3.7Tahap Penelitian
3.7.1 Proses Perakkitan Kincir Angin
Perakitan kincir angin yang dilakukan adalah meliputi pemasangan gear box, pemasangan blade, ekor, pemasangan tiang penyangga, dan melakukan pengaturan sudut. Pengaturan sudut blade dilakukan setelah kincir angin terpasang pada tiang penyangganya. Alat dan bahan yang dipergunakan dalam perakitan sebuah kincir angin adalah sebagai berikut:
a. Sabuk keselamatan
Langkah pertama yang dilakukan adalah memberikan pelumas pada gear box dan pada bantalan poros. Pemberian pelumas ini ditujukan untuk menghambat terjadi korosi pada logam, dikarenakan pengujian dilakukan di lingkungan pantai. Selain memberikn pelumas, dilakukan juga penyemprotan menggunakan solar pada baut atau pada sambungan yang rawan terjadi korosi.
26
Apabila sudah siap ditegakkan, maka dilakukan pemasangan tali kawat dan spaner untuk mendirikan menara kincir angin tersebut.
3.7.2 Merangkai Sistem Elektrikal
Perakitan elektrikal yang dilakukan seperti pada gambar 3.14 adalah menyambungkan kabel dari generator menuju datalogger, volt meter dan ampere meter. Data yang terekam dalam datalogger adalah berupa output daya (Watt), arus (Ampere), dan tegangan (Volt) setiap 5 menit. Volt meter dan ampere meter yang dipasang adalah yang dengan tipe jarum, tujuanya adalah sebagai monitoring secara manual agar mudah dalam memberikan beban. Apabila pembebanan terlalu besar, maka voltase dan arusnya akan menurun dan kincir angin akan berhenti berputar. Meskipun begitu, pembebadan juga dilakukan dengan melakukan pengisian baterai (accumulator).
Gambar 3.14 Perakitan sistem elektrikal
3.7.3 Pengaturan Sudut
27
Gambar 3.15 Pengaturan sudut blade 3.7.4 Pengamatan Kecepatan Angin
Kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Anemometer yang digunakan adalah milik PLTH pantai baru dengan jenis cup counter anemometer. Kecepatan angin yang berada di wilayah Pantai Baru Pandansimo telah terekam datanya setiap 10 menit. Pada saat terjadi hujan sekalipun badai, kecepatan angin yang didapatkan akan tetap terpantau dengan data yang valid.
3.7.5 Pengamatan Daya
Pada proses pengamatan daya, hal yang dilakukan adalah menyalakan datalogger pada saat kincir angin mulai berputar, dan melakukan pembebanan. Pengamatan daya ini tidak hanya memanfaatkan datalogger dalam proses pengamatan, akan tetapi juga melakukan pengamatan dan pencatatan terhadap daya terbesar yang muncul pada saat pengujian dilakukan. Pengamatan daya berhubungan sekali dengan pembebanan yang dilakukan, karena apabila daya output besar, dan hanya dipergunakan untuk pembebanan pengisian baterai maka daya yang terekam pada datalogger tidak akan sebesar jika melakukan pembebanan penggunakan bolam lampu.
28 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Spesifikasi kincir angin
Jenis kincir angin : Kincir angin sumbu horizontal Kapasitas generator : 500 Watt
Jumlah blade : 3 Buah
Jenis blade : AirfoilClark Y Flat Bottom Diameter kincir angin : 3 Meter
Tinggi tiang kincir angin : 8 Meter
Variasi sudut blade : 10˚, 15˚, dan 20˚
Beban : Bolam lampu 360 Watt
Spesifikasi generator : 500 Watt / 48 Volt
29
c
f
e
d b
a
Gambar 4.2 Komponen kincir angin sumbu horizontal Keterangan:
a : Blade d : Kabel
b : Tiang penyangga e : Generator
30
Sudut10o Blade
Hub 4.2 Pengujian kincir angin
Pengujian kincir angin tipe Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan blade airfoil Clark Y Flat Bottom dilakukan di Pantai Baru, Poncosari, Srandakan, Kec. Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Sebelum melakukan pengujian, terlebih dahulu melakukan perakitan kincir angin di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Pengamatan yang dilakukan pada saat pengujian kincir angin adalah dengan merekam daya output menggunakan datalogger dengan disertai ampere meter dan volt meter. Selain mengamati daya keluaran kincir angin, dilakukan juga pengamatan kecepatan angin yang ada di Pantai Baru, Poncosari, Srandakan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta.
Data penelitian diperoleh dari rekaman datalogger pada setiap melakukan variasi sudut blade 10o, 15o, dan 20o. Apabila data kecepatan angin dan daya output sudah didapatkan, maka penelitian dilanjutkan dengan membuat sebuah grafik dari hasil pengamatan yang sudah dilakukan.
4.2.1 Data hasil pengujian kincir angin
Dari pengujian dengan variasi sudut blade 10o seperti pada gambar 4.3 yang dilakukan, diperoleh data yang dapat dilihat pada tabel 4.1.
31
Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 10o Kecepatan Angin
Dapat diketahui bahwa perhitungan daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, secara geografis temperature = 30 – 37
Asumsi = 35
Diketahui dari tabel propertis udara pada tekanan 1 atm diperoleh: = 1,145 kg/
A =
32
= 7,0686 m² V = 1,5 m/s
Dengan menggunakan persamaan Pangin= x
ρ
xAxV3, maka daya angin yang diperoleh adalah:Pangin = x1,145kg/ x7,067 m² x(1,5 m/s)³ = 13,66 Watt
Poutput = 3,14 Watt
Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
=
x100%
=
x100%
= 23%
Kincir angin dengan variasi sudut 10o mulai berputar pada pukul 11:30 WIB dan kincir angin berhenti pada pukul 19:00 WIB seperti yang terlihat pada gambar 4.4 di bawah ini. Kincir angin mulai berputar pada pukul 11:30 WIB dikarenakan cuaca mendung, akan tetapi tidak terjadi badai pada pagi hari dan cuaca cerah kembali pada sore harinya.
33
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 10o terhadap waktu
34
Gambar 4.5 merupakan grafik yang menunjukkan bahwa kincir angin pada sudut 10o mulai berputar pada kecepatan angin 0,93 m/s atau sering disebut cut-in speed, dan pada kecepatan angin 1,5 m/s kincir angin mulai menghasilkan daya sebesar 3,14 Watt. Pada grafik tersebut juga terlihat bahwa daya keluaran terbesar terjadi pada kecepatan angin 3,3 m/s yaitu sebesar 61,76 Watt, dan daya terbesar tersebut terjadi pada jam 15.00 WIB. Gambar 4.6 di bawah ini adalah gambar pengaturan sudut blade 15o pada saat pengujian.
Gambar 4.6 Pengaturan sudut blade 15o pada hub
35
Dapat diketahui bahwa perhitungan daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, secara geografis temperature = 30 – 37
Asumsi = 35
Diketahui dari tabel propertis udara pada tekanan 1 atm diperoleh: = 1,145 kg/
A =
= (m²) = 7,0686 m² V = 1,4 m/s
Dengan menggunakan persamaan Pangin= x
ρ
xAxV3, maka daya angin yang diperoleh adalah:36
Poutput = 1,15 Watt
Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
=
x100%
=
x100%
= 10%
Kincir angin dengan variasi sudut 15o mulai berputar pada pukul 08:45 WIB dan berhenti berputar pada pukul 20:45 WIB seperti yang terlihat pada gambar 4.7 di bawah ini. Kincir angin mulai berputar pada pukul 08:45 WIB dikarenakan cuaca cerah pada pagi hari dan cuaca cerah tersebut terjadi sampai sore hari, sehingga kincir angin berhenti berputar pada pukul 20:45 WIB.
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 15o terhadap waktu
37
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin pada sudut 15o
38
Gambar 4.9 Pengaturan sudut blade 20o pada hub
Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 20o Kecepatan Angin
Dapat diketahui bahwa perhitungan daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, secara geografis temperature = 30 – 37
Asumsi = 35
39
= 1,145 kg/ A =
= (m²) = 7,0686 m² V = 1,3 m/s
Dengan menggunakan persamaan Pangin= xρxAxV3, maka daya angin yang diperoleh adalah:
Pangin = x
1,15
kg/ x7,067 m² x(1,3 m/s)³ = 2,07 WattPoutput = 0,34 Watt
Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
=
x100%
=
x100%
= 4%
40
berputar pada pukul 19:00 WIB dikarenakan pada malam harinya cuaca mendung dan terjadi hujan ringan.
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 20o terhadap waktu
41
42
Gambar 4.12 Grafik hubungan antara efisiensi kincir angin dengan kecepatan angin
Gambar 4.13 Grafik hubungan antara daya kincir angin dengan kecepatan angin
43
Pada gambar 4.12 terlihat pada kecepatan angin antara 1 hingga 3 m/s, variasi sudut blade 20o nilai efisiensinya meningkat, namun berada pada angka di bawah 15%, untuk variasi sudut blade 15o nilai efisiensinya terlihat meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan angin hingga 3 m/s, akan tetapi kenaikan tersebut masih lebih rendah daripada sudut blade 10o yang memiliki nilai efisiensi lebih tinggi pada kecepatan angin yang sama yaitu diatas 20%, hal ini disebabkan karena pada sudut blade 10o luasan blade yang menangkap angin lebih banyak, yaitu sebesar 1.480 m2 seperti yang terlihat pada tabel 4.4 dibawah ini. Variasi sudut blade yang dilakukan pada kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan blade airfoil Clark-y Flat Bottom menunjukkan bahwa sudut blade 15o dan 20o tidak cocok untuk kecepatan angin rendah antara 1,5 m/s -3 m/s, hal ini disebabkan oleh semakin besar sudut serang sebuah blade maka luas penampang blade yang menerima angin semakin kecil, seperti yang terlihat pada gambar 4.14 dibawah ini.
44
Tabel 4.4 Perbandingan luas penampang blade Variasi sudut Luas blade
0o 1.500 m2
10o 1.480 m2
15o 1.450 m2
20o 1.410 m2
45 airfoilClark Y Flat Bottom bahan kayu pinus mempunyai nilai efisiensi 20% - 40% pada kecepatan angin 1,5 m/s – 3 m/s.
2. Variasi sudut blade pada kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) jenis blade airfoil Clark Y Flat Bottom bahan kayu pinus berpengaruh terhadap daya yang dihasilkan. Sudut blade yang menghasilkan daya tertinggi untuk kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) jenis bladeairfoil Clark Y Flat Bottom adalah menggunakan sudut blade 10o pada kecepatan angin 1,5 m/s - 3 m/s.
5.2Saran
1. Mengutamakan keselamatan dalam melakukan pengujian kincir angin, dari awal sampai akhir.
2. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengembangkan penelitian ini sehingga dapat menghasilkan performa kincir angin yang lebih tertinggi. 3. Untuk mendapatkan kecepatan angin yang lebih akurat sebaiknya kecepatan
46
DAFTAR PUSTAKA
Abdurrahman, L.H. 2015. Studi Pembangkit Listrik Tenaga Angin Di Desa Ciheras Cipatujah Tasikmalaya Ditinjau Dari Aspek Pembangkitan Energi. Bandung: Universitas Pendidikan Indonesia.
Anonim. Jenis-jenis angin. Diakses pada Jum’at 22 Mei 2016 pukul 21.00 WIB.
www.bmkg.go.id
Dedi, R.N. 2014. Analisa Pengaruh Putaran Rotor Pada Turbin Angin Terhadap Daya Yang Dihasilkan Oleh Simulasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
Frimadi, Ilham. 2011. Merancang Turbin Angin Tipe Downwind. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Fauzi. 2012 Pengukuran Performasi Turbin Angin Hummer 10 KW Pada Pembangkit
Listrik Hibrid Bayu-Diesel di Pidie Jaya. Jurnal Online TekniK Elektro. Indartono, Y.S. 2005. Krisis Energi Di Indonesia. Majalah PPI Jepang Inovasi
Vol. 4, XVII. Hal. 18-20.
Miranda, Daniel. 2013. Jenis Jenis Turbin Angin. Diakses pada Jum’at 22 Mei 2016 pukul 21.30 WIB. http://www.getsttpln.com/2014/03/jenis-jenis-turbin-angin.html.
Prasetya, Maret. 2015. Studi Kinerja Turbin Angin Sumbu Horizontal NACA 4412 dengan Modifikasi Sudu Tipe Flat Pada Variasi Sudut Kemiringan 0˚, 10˚,
15˚. Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Serah, Indah. 2004. Merancang, Membuat Dan Menguji Turbin Angin Sumbu Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 2 Meter Menggunakan NACA 4415. Bogor: Institut Pertanian Bogor
Susanto, Andi dan Nur Aklis Suroto. 2015. Studi Eksperimen Pengaruh Sudut Serang Terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Horizontal NACA 4415. Kartasura: Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
48
49
Lampiran 1. Data kecepatan angin setiap 10 menit
50
51
Lampiran 4. Dokumentasi
Pemasangan blade Perakitan elektrikal
