TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

(1)

i

UNJUK KERJA

CRETAN WINDMILL

_{12 SUDU}

DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh : Ignatius Setia Adi Rianto

NIM : 055214004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

THE PERFORMANCE OF 12 BLADE

CRETAN WINDMILL

WITH BLADE SHAPE VARIATION

FINAL PROJECT

Presented as partial Fulfillment on the Requirements To obtain the Bachelor Degree

In Mechanical Engineering

By :

Ignatius Setia Adi Rianto Student Number : 055214004

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

v LEMBAR

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 26 Agustus 2011 Penulis,

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Igntius Setia Adi Rianto

NIM : 055214004

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

UNJUK KERJA CRETAN WINDMILL 12 SUDU DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya ataupun memberikan royalti kepada saya selama masih tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 26 Agustus 2011

Yang menyatakan,

(7)

vii ABSTRAK

Energi merupakan bagian terpenting dalam kehidupan manusia karena tanpa adanya energi semua aspek kehidupan di muka bumi ini tidak akan tercipta. Negara Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di dunia, ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi terbesar akan salah satu sumber energi terbarukan yaitu energi angin. Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sudu kincir menjadi arus listrik dengan menggunaka pemanfaatan energi angin untuk memperoleh energi listrik salah satunya dengan menggunakan cretan windmill yang mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik.

Tujuan penelitian yaitu membuat model cretan windmill dengan jumlah sudu 12 dengan 3 variasi bentuk sudu dan untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari masing-masing variasi bentuk sudu serta mendapatkan hubungan Cp (coefficient of performance) dan tsr (tip speed ratio) cretan windmill.

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.

Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T, selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Ir. PK. Purwadi, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Budi Sugiharto, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberikan nasehat dan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

(9)

ix

5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

6. Yohanes de Britto Ngadimun dan Veronica Sumarini selaku orang tua yang selalu memberi dukunngan selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

7. Teman-teman mahasiswa angkatan 2005 khususnya dan semua angkatan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma serta semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.

Yogyakarta, 26 Agustus 2011 Penulis,

Ignatius Setia Adi Rianto

(10)

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... v

(11)

xi

BAB II. DASAR TEORI ... 7

2.1. Energi Angin ... 7

2.2. Jenis Kincir Angin ... 9

2.3. Gaya-gaya Yang Berkerja Pada Kincir Angin ... 14

2.4. Prototype Cretan Windmill ... 15

2.5. Perumusan ... 16

BAB III. METODE PENELITIAN... 20

3.1. Metode Penelitian... 20

3.2. Alat dan Bahan ... 22

3.3. Analisis Data ... 32

3.4. Langkah-langkah Penelitian ... 32

BAB IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 34

4.1. Persamaan Dan Data Penelitian ... 34

(12)

xii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1. Data penelitian sudu segitiga dengan kecepatan angin

rata-rata 7 s

m _... ₃₅

Tabel 4.2. Data penelitian sudu segitiga dengan kecepatan angin rata-rata 6

s

m _... ₃₆

s

m _... ₃₇

s

m _... ₃₈

Tabel 4.5. Data penelitian sudu persegi dengan kecepatan angin rata-rata 7

s

m _... ₃₉

s

m _... ₄₀

s

m _... ₄₁

s

(13)

xiii

Tabel 4.9. Data penelitian sudu trapesium dengan kecepatan angin rata-rata 7

s

m _... ₄₃

s

m _... ₄₄

s

m _... ₄₅

s

m _... ₄₆

s

m _... ₄₇

Tabel 4.14. Data-data hasil perhitungan untuk sudu segitiga dengan kecepatan angin rata-rata 7

s

m _... ₄₈

s

m _... ₄₉

s

m _... ₅₀

s

(14)

xiv

Tabel 4.18. Data-data hasil perhitungan untuk sudu persegi dengan kecepatan angin rata-rata 7

s

m _... ₅₂

s

m _... ₅₃

s

m _... ₅₄

s

m _... ₅₅

Tabel 4.22. Data-data hasil perhitungan untuk sudu trapesium dengan kecepatan angin rata-rata 7

s

m _... ₅₆

s

m _... ₅₇

s

m _... ₅₈

s

m _... ₅₉

s

(15)

(16)

xvi

Gambar 3.11. Generator ... 27

Gambar 3.12. Multimeter ... 28

Gambar 3.13. Anemometer ... 29

Gambar 3.14. Digital light tachometer ... 30

Gambar 3.15. Beban lampu ... 30

Gambar 3.16. Wind tunnel ... 31

Gambar 4.1. Grafik Kecepatan Angin vs Daya... 61

Gambar 4.2. Grafik Cp vs Tsr sudu segitiga ... 62

Gambar 4.3. Grafik Cp vs Tsr sudu persegi ... 62

Gambar 4.4. Grafik Cp vs Tsr sudu trapesium ... 63

(17)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan manusia karena semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi. Terlebih pada jaman modern seperti saat ini yang merupakan era teknologi dimana hampir seluruh kegiatan manusia membutuhkan energi terutama listrik, sehingga listrik saat ini sudah menjadi kebutuhan primer.

Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk dan kebutuhan manusia, maka meningkat pula kebutuhan terhadap energi, khususnya energi listrik. Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah ketersediaan sumber energi yang terbatas karena hampir sebagian besar sumber energi berasal dari bahan bakar fosil yang tidak dapat terbarukan yang semakin lama akan habis.

Menurut Blueprint Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.

(18)

Kekhawatirkan tentang krisis sumber energi dikarenakan semakin menipisnya cadangan sumber energi dari bahan bakar fosil dan dampak buruk hasil pembakaran dari bahan bakar fosil berupa polutan yang dapat merusak lingkungan, maka dikembangkanlah berbagai bentuk sumber energi alternatif terbarukan yang berasal dari alam.

Energi terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang tersedia berlimpah di alam, tidak akan habis, dan tersebar luas. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari, angin, biogas, bio mass serta gelombang laut.

Angin merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Angin juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi dari bahan bakar fosil. Angin juga merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan, selain itu angin juga tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemicu pemanasan global. Keuntungan terpenting dari penggunaan tenaga angin adalah berkurangnya tingkat emisi karbon dioksida penyebab perubahan iklim. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut.

(19)

Berdasarkan Blueprint Energi Nasional, Kementrian ESDM RI, dapat dilihat bahwa potensi PLTB (Pembangkit Listrik Tenaga Bayu) di Indonesia sangat menarik untuk dikembangkan karena dari potensi sebesar 9,29 GW, baru sekitar 0,0005 GW yang dikembangkan.

Indonesia memiliki karakteristik kecepatan angin rata-rata yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan negara-negara pengguna SKEA seperti Finlandia, Amerika Serikat, dan negara-negara lainya. Daerah-daerah di Indonesia umumnya memiliki kecepatan angin rata-rata antara 3 - 6 m/s, berbeda dengan negara-negara Eropa yang berkisar di antara 9 - 12 m/s.

Adapun data kecepatan rata-rata angin di Indonesia dapat dilihat pada gambar 1.1. di bawah ini.

Gambar 1.1 Data Kecepatan Angin Rata-rata Indonesia

(http://www.mediaindonesia.com/webtorial/klh/?ar_id=NzE4OQ==)

(20)

khususnya wilayah terpencil. Kebanyakan energi angin dewasa ini dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sud menjadi arus listrik dengan menggunaka sebagai sistem konversi energi angin (SKEA). Sistem konversi energi angin (SKEA) atau disebut juga kincir angin ini bebas polusi dan sumber energinya yaitu angin tersedia di mana pun, maka pembangkit ini dapat menjawab masalah lingkungan hidup dan ketersediaan sumber energi.

Dari sekian banyak sistem konversi energi angin (SKEA) yang ada saat ini kebanyakan mempunyai desain yang cukup rumit dan kurang berfungsi secara optimal. Oleh karena itu, dibuatlah sistem konversi energi angin (SKEA) yang sederhana dan mudah diterapkan yaitu kincir angin cretan / cretan windmill yang divariasikan pada bentuk sudunya.

Sebab-sebab cretan windmill dibuat :

1) Masih banyak masyarakat yang belum menikmati energi listrik. 2) Keingan meningkatkan produktifitas masyarakat.

3) Keinginan mengurangi polusi.

4) Penerapannya mudah dan murah karena desainnya yang cukup sederhana.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:

(21)

2) Indonesia hanya memiliki SDM yang rendah, termasuk dalam bidang pendidikan sehingga tidak bisa untuk diterapkan alat teknologi tinggi. 3) Untuk alternatifnya dibuat desain sistem konversi energi angin (SKEA)

yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti cretan windmill.

1.3. Tujuan

1) Membuat model cretan windmill 12 sudu dengan 3 variasi bentuk sudu yaitu segitiga, persegi dan trapesium.

2) Menguji model cretan windmill untuk mengetahui daya dan efisiensi yang dihasilkan dari masing-masing variasi bentuk sudu.

1.4. Manfaat

1) Memberikan kontribusi pemanfaatan energi angin kepada masyarakat. 2) Memberikan wacana kepada masyarakat tentang kesadaran untuk

melestarikan alam.

3) Mengurangi polusi sisa pembakaran bahan bakar fosil.

4) Mengurangi ketergantungan penggunaan energi dari bahan bakar fosil 5) Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga angin. 6) Diterapkan di masyarakat yang berada di daerah potensi angin.

1.5. Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu :

(22)

3) Bentuk variasi sudu yang digunakan adalah segitiga, persegi, dan trapesium.

4) Luas permukaan semua bentuk sudu 0.025 m2 5) Variasi kecepatan angin 7

.

s m _{, 6}

s m _{, 5}

s m _{, 4}

s m _{, 3}

s m _.

6) Beban berupa lampu yang disusun secara paralel dengan variasi beban yang dipakai adalah dari 8 - 220 watt.

(23)

7 BAB II

DASAR TEORI

2.1. Energi Angin

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama sekali. Angin adalah udara yang bergerak, dan terjadi karena adanya perbedaan tekanan di permukaan bumi ini. Angin akan bergerak dari suatu daerah yang memilki tekanan tinggi ke daerah yang memiliki tekanan yang lebih rendah. Angin yang bertiup di permukaan bumi ini disebabkan oleh penyinaran matahari, pada siang hari sinar matahari memanaskan permukaan bumi, namun panas yang terserap oleh bumi tersebut besarnya tidak merata. Akibatnya, aliran udara bergerak dari daerah yang mempunyai tekanan yang lebih tinggi ke daerah yang memiliki tekanan lebih rendah. Udara yang bergerak akan semakin kencang bila perbedaan tekanan di daerah tersebut semakin besar. Skema aliran udara ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Gerakan Perpindahan Udara

(24)

Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir angin. Oleh karena itu, kincir angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Skema aliran energi ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Skema Aliran Energi

Untuk mengurangi ketergantungan penggunaan energi tak terbarukan dalam pembangkitan energi listrik maka diperlukan energi-energi alternatif lain sebagai penggantinya. Dalam rangka mencari bentuk-bentuk sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan kembali energi angin dapat menjadi solusi.

(25)

bahwa kecepatan angin bersifat fluktuatif, sehingga output yang dihasilkan tidak stabil.

2.2 Jenis Kincir Angin

Kincir Angin dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan arah sumbu, yaitu :

1. Kincir angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros yang sudunya berputar dalam bidang yang paralel dengan tanah, biasanya generatornya berada dibawah kincir.

Kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kelebihan antara lain adalah:

a. Tidak membutuhkan menara yang besar.

b. Perawatan lebih mudah karena kincir angin poros vertikal dapat diletakan dekat dengan tanah.

c. Pada umumnya kincir angin poros vertikal masih dapat berputar dengan kecepatan angin rata-rata rendah (4 m/s sampai 5 m/s), sehingga cocok dengan keadaan di Indonesia yang rata-rata kecepatan anginnya rendah.

(26)

Akan tetapi selain itu kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kekurangan antara lain sebagai berikut:

a. Memiliki torsi awal yang rendah dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.

b. Pada umumnya hanya mampu menghasilkan energi 50% dibanding kincir angin poros horisontal karena adanya gaya drag tambahan.

Gambar 2.3. merupakan contoh kincir angin poros vertikal.

Gambar 2.3. Jenis kincir angin poros vertikal

(http://solar-wind-nature-energy.com/win_turbines_vt.html)

Kincir angin poros Horisontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) adalah kincir dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik pada puncak menara. Kincir angin sumbu horisontal memilki sudu yang berputar dalam bidang vertikal seperti halnya propeller pesawat terbang. Pada kincir angin

(27)

aliran udara pada salah satu sisinya bergerak lebih cepat dari aliran udara pada sisi yang lain ketika angin melewatinya. Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada bagian belakang sudu dan daerah tekanan tinggi pada depan sudu, perbedaan ini yang menyebabkan kincir dapat berputar. Contohnya adalah: american multiblade, dutch windmill, high speed propeller, cretan windmill, dan

lain-lain. Gambar 2.4. memperlihatkan salah satu model cretan windmill. Gambar 2.5. memperlihatkan jenis kincir angin poros horizontal. Gambar 2.6.

memperlihatkan Grafik Betz.

Gambar 2.4. Cretan Windmill

(http://www.sailmoonshadow.com/wpcontent/uploads/2008/12/old_steel_windmill

(28)

Gambar 2.5. Jenis kincir angin poros horizontal.

(29)

Gambar 2.6. Grafik Betz

(30)

dikembangkan jenis kincir angin seperti american tipe multi blade, cretan sail dan savonius.

2.3. Gaya-gaya Yang Berkerja Pada Kincir Angin

Pada setiap sudu kincir angin ada gaya-gaya yang berkerja, ada tiga jenis gaya antara lain:

a. Gaya aksial (a) : gaya yang searah dengan arah angin. b. Gaya sentrifugal (s) : gaya yang meninggalkan pusat.

c. Gaya tangensial (t) : gaya yang menghasilkan momen, bekerja pada radius dan merupakan gaya produktif.

Gaya yang bekerja pada sudu kincir angin ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Gaya yang bekerja pada sudu kincir angin

(http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/dasar_fisika_energi/bab6_energi_a

(31)

2.4 PrototypeCretan Windmill

Gambar 2.8. memperlihatkan Prototype Cretan Windmill

Gambar 2.8. Prototype Cretan Windmill

Keterangan : 1) Rangka 2) Sudu

3) Batang sudu

4) Tali penguat batang sudu 5) Poros pegangan tali 6) Dudukan batang sudu 7) Bantalan

(32)

2.5 Perumusan

1. Luas permukaan kincir

Persamaan luas permukaan kincir : A = πr2

Keterangan :

...(2.1)

A : Luas permukaan (m²)

r : Jari-jari (m)

2. Energi Kinetik

Persamaan untuk menghitung energi kinetik yang di akibatkan oleh gerakan angin :

...(2.2) Keterangan:

E : Energi kinetik (Joule) m : massa udara (kg) v : kecepatan udara (m/s)

3. Laju aliran massa

Persamaan laju aliran massa :

...(2.3) Keterangan:

(33)

A : luas penampang (m²) v : kecepatan udara (m/s)

: kepadatan udara (kg/m³)

4. Daya angin

Rumus untuk menghitung daya maksimal yang dihasilkan oleh energi angin adalah sebagai berikut :

………(2.4)

Keterangan:

Pin : Daya (watt)

A : luas penampang (m²) v : kecepatan angin (m/s)

5. Daya Output

Persamaan daya output :

………(2.5) Keterangan:

P out = Daya keluaran (watt)

V = Tegangan (volt)

I = Arus (Ampere)

6. Kecepatan Ujung Sudu

(34)

………(2.6)

Tip Speed Ratio adalah salah satu faktor penentu dalam mengetahui

kinerja kincir angin karena dari nilai tsr dapat diketahui seberapa baik kincir yang dirancang, jika kincir angin memiliki nilai tsr tinggi umumnya kincir angin menghasilkan putaran tinggi.

Persamaan Tips Speed Ratio :

8. Cp (Coefficient of Performance)

Unjuk kerja suatu kincir angin merupakan hasil perbandingan dari daya yang di keluarkan kincir Pout berbanding dengan daya angin Pin.

Persamaan Coefficient of Performance :

(35)

. 100%

..………(2.8)

Keterangan:

Cp = Coefficient of Performance Pout = Daya output (W)

(36)

20 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian

Proses yang dilakukan untuk mendapatkan daya dari kincir dilakukan dalam alat penguji kincir angin wind tunnel. Wind tunnel dapat bekerja secara maksimum menghasilkan kecepatan angin kurang lebih 8 m/s. Kincir angin yang digunakan adalah jenis cretan windmill dengan dua belas sudu terbuat dari kain berbentuk segitiga, persegi dan trapesium dengan diameter kincir 1,1 m. Disini kincir angin diletakan diatas rangka besi dengan diameter poros kincir 0,025 m dan panjangnya 0,6 m. Poros dihubungkan dengan transmisi, transmisi menggunakan sabuk dan puli, dimana ukuran diameter puli 0,4 m. Kemudian puli dihubungkan dengan generator yang memiliki diameter puli 0.08 m. Generator merupakan alat pengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik yang mana dari generator didapatkan arus keluaran I, dan tegangan V. Sehingga dapat mengetahui berapa daya yang dihasilkan oleh kincir.

(37)

Gambar 3.1. Bagian-bagian cretan windmill tampak depan

(38)

3.2. Alat dan Bahan

Bahan dan peralalatan yang digunakan dalam pembuatan cretan windmill adalah sebagai berikut :

1. Sudu

Terbuat dari bahan kain dengan bentuk segitiga, persegi, dan trapesium. Ketiga bentuk sudu memiliki luas yang sama yaitu 0,025 m2. Bahan sudu dipilih dari kain karena mudah dalam membuat bentuk sudu yang diinginkan. Kain yang penulis gunakan juga mudah di dapat dengan harga yang terjangkau.

(39)

Gambar 3.4. Cretan windmill sudu persegi.

(40)

Gambar 3.6. Bentuk sudu Cretan windmill.

2. Poros

Poros terbuat dari besi pejal berdiameter 0,025 m dan panjangnya 0,6 m.

(41)

3. Bantalan

Pemilihan bantalan merupakan hal yang penting karena jika bantalan tidak bekerja dengan baik maka gesekan atau rugi-rugi akan semakin besar sehingga mengurangi putaran yang dihasilkan oleh kincir angin.

Gambar 3.8. Bantalan

4. Dudukan sudu

(42)

Gambar 3.9. Dudukan sudu.

5. Puli dan Sabuk

Transmisi yang digunakan adalah dengan menggunakan puli dan sabuk. Puli berdiameter 40 cm terbuat dari besi, dan sabuk jenis V sebagai penghubung dengan generator.

(43)

6. Generator

Generator digunakan sebagai pengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Putaran poros dari kincir angin yang ditransmisikan menggunakan sabuk sehingga memutar generator yang bekerja dengan prinsip tegangan yang dihasilkan selalu bolak-balik jika ada generator yang bekerja menghasilkan tegangan searah karena telah melalui proses penyearahan. Jadi secara sederhana tegangan di induksikan pada konduktor, apabila konduktor bekerja pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Untuk mengetahui arah gayanya biasanya mengunakan kaidah tangan kanan Fleming akan tetapi penulis tidak membahas secara detail. Dari generator dapat di ketahui tegangan serta arus keluaran hasil dari pengkonversian dari putaran kincir. Diameter puli generator adalah 0,08 m, serta terdapat dudukan yang terbuat dari plat besi yang rancangannya disesuaikan dengan rangka kincir angin.

(44)

7. Multimeter

Merupakan alat pengukur tegangan dan arus yang dihasilkan dari generator. Multimeter yang digunakan adalah jenis digital dimana terdapat display penunjuk dan selector switch untuk memilih skala yang akan digunakan dan memilih variabel yang akan diukur antara lain skala tegangan, arus, hambatan. Untuk mengukur tegangan maka multimeter dirangkai parallel dengan generator dan beban. Sedangkan untuk mengukur arus, multimeter dirangkai seri dengan generator dan beban.

Gambar 3.12. Multimeter

8. Anemometer

(45)

lampu pijar dan modul digital sebagai display. Filamen tersebut yang mendeteksi adanya hembusan angin yang terhubung dengan modul digital yang merupakan perangkat elektonik berfungsi sebagai penterjemah yang kemudian ditampilkan pada display.

Gambar 3.13. Anemometer

9. Tachometer

Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros pada kincir angin. Jenis tachometer yang digunakan adalah jenis digital light tachometer (Gambar 3.14) prinsip kerjanya berdasarkan

(46)

Gambar 3.14. Digital light tachometer

10.Beban Lampu

Beban yang digunakan adalah berupa lampu bohlam yang disusun secara parallel. Lampu bohlam berjumlah 27 buah. Bahan terbuat dari teriplek yang dilubangi sebagai tempat lampu dan saklar-saklar dan ada juga kutub positif dan negatif yang nantinya akan terhubung dengan generator.

(47)

11.Wind tunnel

Wind tunnel adalah alat untuk menguji kincir angin, berbentuk

lorong dengan blower untuk menghisap udara masuk sehingga kincir angin dapat berputar karena ada aliran udara yang masuk dengan kecepatan tertentu. Wind tunnel menggunakan motor induksi tiga fase sebagai penggerak yang dihubungkan dengan sabuk dan puli ke baling-baling, kecepatan anginnya dapat diatur dengan cara memajukan atau memundurkan lorong sehingga jarak lorong blower dengan lorong kincir angin berubah sesuai keinginan untuk kecepatan angin maksimum yang dapat di hasilkan dari wind tunnel adalah sekitar 8 m/s wind tunnel memiliki tombol on/off serta pembalik putaran jadi saat beroperasi bisa menghembuskan angin dan menghisap angin tergantung keinginan pemakai..

(48)

12.Peralatan lain

Peralatan lain yang digunakan adalah kunci pas dan kunci ring (ukuran 27, 14/15, 10/12), serta kabel-kabel.

3.3. Analisis Data

Variabel yang digunakan : 1. Putaran poros (n).

2. Tegangan (V) dan arus (I) dari generator untuk menghitung daya (Pout). 3. Kecepatan angin (v).

4. Perhitungan daya kincir (Pin) dan daya keluaran (Pout) untuk menghitung Cp dan efisiensi kincir angin (η).

5. Perhitungan kecepatan ujung sudu (u), untuk mendapatkan Tip Speed Ratio (Tsr).

3.4. Langkah-langkah Penelitian.

1. Menyiapkan dan merangkai peralatan.

2. Kincir angin diletakkan ke dalam wind tunnel kemudian kincir angin dikunci dengan baut agar tidak bergeser saat beroperasi.

3. Anemometer dipasang dimulut wind tunnel untuk mengetahui kecepatan angin.

(49)

mendapatkan arus rangkaian disusun seri serta dihubungkan dengan beban yang berupa lampu bohlam yang disusun pararel.

5. Lalu setelah semua siap wind tunnel dihidupkan dengan menekan tombol ON.

6. Untuk pengambilan data digunakan sudu dengan bentuk segitiga yang telah terpasang pada dudukan kincir dan variasi kecepatan angin pertama. Pengambilan data dilakukan dengan mencatat setiap satu kali penambahan beban, hal ini dilakukan sampai 27 kali penambahan beban dengan interval pengambilan data 5 menit dengan data berikutnya. Pencatatan meliputi kecepatan angin, tegangan keluaran, arus keluaran, dan putaran poros kincir hingga semua beban ditambahkan.

7. Setelah selesai dengan variasi kecepatan angin pertama (langkah 6) kemudian posisi lorong angin dirubah sehingga mendapatkan kecepatan angin yang berbeda lalu dilakukan pencatatan seperti langkah 6.

8. Setelah dengan sudu segitiga kemudian mengganti sudu dengan bentuk berbeda (sudu persegi dan sudu trapesium) dan mengulangi pencatatan seperti langkah 6 dan langkah 7. Langkah ini dilakukan hingga tiga kali variasi bentuk sudu.

(50)

34 BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian dan Perhitungan

Unjuk kerja cretan windmil ini dapat dilihat berdasarkan hasil pengukuran dan hasil perhitungan. Pengukuran yang dilakukan menggunakan variasi bentuk sudu yaitu sudu segitiga, sudu persegi, dan sudu trapesium ; lima variasi kecepatan angin yaitu 7

s

beban yaitu 8-220 watt dengan penambahan kelipatan 8 watt. 4.1.1. Data Penelitian

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

rata-4.1.2 Perhitungan

Perhitungan yang diperoleh dari data pada table diatas adalah sebagai berikut :

Tabel 4.14. Data-data hasil perhitungan untuk sudu segitiga dengan kecepatan

(65)

Tabel 4.15 Data-data hasil perhitungan untuk sudu segitiga dengan kecepatan

(66)

(67)

(68)

Tabel 4.18 Data-data hasil perhitungan untuk sudu persegi dengan kecepatan

(69)

Tabel 4.19 Data-data hasil perhitungan untuk sudu persegi dengan kecepatan

(70)

Tabel 4.20. Data-data hasil perhitungan untuk sudu persegi dengan kecepatan

(71)

Tabel 4.21. Data-data hasil perhitungan untuk sudu persegi dengan kecepatan

(72)

Tabel 4.22. Data-data hasil perhitungan untuk sudu trapesium dengan kecepatan

(73)

(74)

(75)

Table 4.25. Data-data hasil perhitungan untuk sudu trapesium dengan kecepatan

(76)

Table 4.26. Data-data hasil perhitungan untuk sudu trapesium dengan kecepatan

(77)

4.2.2Grafik dan Pembahasan

Gambar 4.1 Grafik Kecepatan Angin vs Daya

Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa semakin besar kecepatan angin maka daya yang dihasilkan pun semakin besar hal ini disebabkan oleh, jika kecepatan angin semakin besar maka kincir angin pun akan berputar semakin kencang sehingga generator yang terhubung dengan kincir angin juga berputar dengan kencang dan menghasilkan arus dan tegangan yang besar juga.

(78)

Gambar 4.2 Grafik Cp vs Tsr sudu segitiga.

(79)

Gambar 4.4. Grafik Cp vs Tsr sudu trapesium.

Gambar 4.5. Grafik Cp vs Tsr gabungan tiga sudu.

Jika dibandingkan diagram Cp vs Tsr Betz (Gambar 2.6) dapat dilihat bahwa hasil dari uji pada cretan windmill hasilnya sudah mendekati dengan

(80)

diagram Betz meskipun tidak tergambar keseluruhan. Akan tetapi grafik kincir hasil percobaan merupakan bagian dari grafik betz. Karena dalam pengujian terdapat beberapa kesalahan pengambilan data seperti terlalu cepat mengambil data saat kincir belum stabil berputar. Kemudian transmisi yang kurang baik karena rancangan yang kurang presisi dan sering terjadi slip antara puli dengan sabuk sehingga data yang diambil juga kurang baik. Saat beban berupa lampu ditambah putaran kincir berubah, akan tetapi hasil yang di dapat tidak stabil atau berubah naik turun sebagai contoh saat beban ditambah seharusnya arus yang mengalir juga ikut bertambah dan tegangannya turun, tapi hasil pencatatan didapat arus dan tegangan yang naik turun demikian juga dengan kecepaan anginnya.

Penulis menganalisis data hasil percobaan dalam bentuk grafik ada sebagian data yang tidak penulis pakai karena penulis anggap sebagai kesalahan pengambilan data yang bisa disebabkan oleh hal-hal seperti diatas.

(81)

65 BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian dan perhitungan pada bab sebelumnya dapat disimpulkan bahwa :

1. Semakin tinggi kecepatan angin, semakin tinggi pula daya output. 2. Daya tertinggi yang dihasilkan :

a) Bentuk sudu segitiga sebesar 1,73 watt. b) Bentuk sudu persegi sebesar 2,60 watt. c) Bentuk sudu trapesium sebesar 3,86 watt. 3. Efisiensi tertinggi yang dihasilkan :

a) Bentuk sudu segitiga sebesar 1,19 %. b) Bentuk sudu persegi sebesar 1,73 %. c) Bentuk sudu trapesium sebesar 2,61 %.

5.2 Saran

Beberapa saran yang penting untuk peneliti yang ingin melanjutkan penelitian

pada bidang yang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan

penelitian ini :

(82)

2. Sebaiknya untuk perancangan sistem transmisi direncanakan dengan matang karena terdapat rugi – rugi yang sangat mempengaruhi data yang diperoleh.

(83)

DAFTAR PUSTAKA

Agusto, W. M., 1993, “Pengembangan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin.”, Pusat Teknologi Pembangunan ITB, Bandung.

2011, “MKE Konveensional”,

http://www.scribd.com/doc/31340092/MKE-Konveensional-Fix, diakses

pada 1 April 2011.

Culp, A. W. Jr., 1984, “Prinsip-prinsip Konversi Energi”, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Daryanto, Y., 2007, Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Yogyakarta.

Hidayat, S., 2005, “Turbin Skala Kecil.”, ITB, Bandung.

Halim, Humala Paulus, 2010, “Geotermal, Energi Masa Depan Indonesia”

Kadir A., 1987, “Energi Angin.“, UI-Press, Jakarta.

, http://www.mediaindonesia.com/webtorial/klh/?ar_id=NzE4OQ==, diakses pada 26 Maret 2011.

Myudisuhendar, 2011, __, “Kincir Angin Berbasis Layang-layang”,

http://www.scribd.com/doc/33741545/Kincir-Angin-Berbasis-Layang-layang, diakses pada 1 April 2011.

Pustalung, 2011, __, “Kincir Angin Untuk Stasiun Pengisian Listrik”,

(84)

Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering Approach, Penerbit McGraw Hill.

__,2011, ”bab6 energi angin”,

http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/dasar_fisika_energi/bab6_e nergi_angin.pdf, diakses pada 1 April 2011.

__, 2011,” Fisling”, http://www.scribd.com/doc/42730087/fisling, diakses pada 1 April 2011.

__, 2011, “Multi Directional Wind Turbine Helix Wind S322”,

http://www.windturbinepicker.com/multi-directional-wind-turbines/multi-directional-wind-turbine-helix-wind-s322.html, di akses pada 2 April 2011.

__,2011, “Pengembangan Energi Angin Memungkinkan”,

http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1177294977&1, diakses pada 26 Maret 2011.

__,2011, ”Tenaga Angin”,

http://www.greenpeace.org/seasia/id/campaigns/perubahan-iklim-global/Energi-Bersih/tenaga_angin, diakses pada 26 Maret 2011. __, 2011, “Turbin Angin”, http://id.wikipedia.org/wiki/turbin_angin, di akses

pada 2 April 2011.

(85)

__, 2011, __, http://www.energi-angin.com, diakses pada 26 Maret 2011.