UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DATAR DENGAN TIGA VARIASI LEBAR SUDU DAN LIMA VARIASI SUDUT KEMIRINGAN SUDU

(1)

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA

SUDU DATAR DENGAN TIGA VARIASI LEBAR SUDU

DAN LIMA VARIASI SUDUT

KEMIRINGAN SUDU

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh : CUSTAVIO CARVALHO

NIM : 07 5214 031

Kepada

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA

SUDU DATAR DENGAN TIGA VARIASI LEBAR SUDU

DAN LIMA VARIASI SUDUT

KEMIRINGAN SUDU

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

CUSTAVIO CARVALHO NIM : 07 5214 031

Kepada

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(3)

ii

THE PERFORMANCE OF THREE FLAT BLADES

PROPELLER WINDMILL MODEL WITH THREE

VARIATION OF BLADES WITH AND FIVE VARIATION

OF BLANDES DECLINATION ANGLE

FINAL PROJECT

A Partial Fulfillment of the requirements to obtain the sarjana teknik degree

Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department

by :

CUSTAVIO CARVALHO Student Number : 07 5214 031

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

vii

INTISARI

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk membuat tiga model kincir

angin tipe propeler, mencari dan mengetahui daya maksimal dan koefisien daya

yang dihasilkan oleh tiga model kincir angin propeler datar dengan lima variasi

kemiringan sudu.

Ukuran kincir dibuat tiga variasi, yaitu sudu dengan lebar 40 cm x 10 cm

,40 cm x 12,5 cm, 40 cm x 15 cm Panjang sudu adalah 40 cm dan lebar sudu 10

cm, 12,5 cm, dan15 cm Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir,

koefisien daya dan tip speed ratio, poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk memvariasikan beban. Besarnya beban

pengimbang torsi diukur dengan neraca pegas, putaran poros kincir diukur dengan

menggunakan takometer, sedangkan kecepatan angin diukur dengan

menggunakan anemometer.

Hasil – hasil penelitian menunjukkan bahwa daya kincir maksimal yang

dihasilkan sebesar 41 watt didapatkan pada kincir dengan ukuran sudu 40 cm x

12,5 cm saat kecepatan angin 7,12 m/s dan pada torsi sebesar (0,75 Nm).

Koefisien daya maksimal juga didapatkan dari kincir dengan ukuran sudu 40 cm x

12,5 cm sebesar 28 % saat tsr sebesar 3,3 pada sudut kemiringan sudu 10˚.

(9)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena penyertaan,

perlindungan, dan berkat-Nya dalam penyusunan Tugas Akhir ini, sehingga pada

akhirnya Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan dengan baik.

Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh

setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan

sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti

kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam Tugas Akhir akan dibahas tiga model kincir angin tipe propeler,

mencari dan mengetahui daya maksimal dan koefisien daya yang dihasilkan oleh

tiga model kincir angin propeler datar dengan lima variasi kemiringan sudu.

Selama pembuatan Tugas Akhir ini tentu penulis mengalami berbagai

macam hambatan dan cobaan, namun pada akhirnya dapat diselesaikan dengan

bantuan saran, nasehat, ide, maupun bimbingan dari berbagai pihak. Pada

kesempatan ini, dengan segenap kerendahan hati penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

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

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Ir. Rines, M.T., dosen pembimbing Tugas Akhir.

4. Bapak Ir. Doddy Purwadianto, M.T. selaku Kepala Laboratorium Konversi

Energi yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas-fasilas

Laboratorium.

5. Bapak/Ibu dosen dan seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma yang telah memberikan ilmunya selama aktivitas perkuliahan

(10)

ix

6. Kedua orang tua penulis cintai yang telah memberikan dukungan moral dan

material yang melimpah kepada penulis.

7. Rekan-rekan dibangku kuliah yang telah memberikan dorongan serta

semangat kepada penulis agar dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

8. Seluruh pihak yang telah membantu selama melakukan penelitiaan Tugas

Akhir ini yang tidak sempat penulis sebutkan.

Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyelesaikan Tugas

Akhir ini, namun sebagai manusia tentunya penulis juga menyadari bahwa yang

penulis kerjakan masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mohon maaf

atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penyusunan Tugas

Akhir ini. Saran serta kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis

harapkan demi perbaikan dikemudian hari.

Penulis berharap semoga Tugas Akhir yang telah penulis susun ini dapat

memberikan manfaat bagi para pembaca.

Yogyakarta, 13 Juli 2012

(11)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIHAN KARIYA... v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUPBLIKASI ... vi

INTISARI... viii

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

BAB I : PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah... 2

1.3. Batasan Masalah... 2

1.4. Tujuan Penelitian…... 2

(12)

x

BAB II : DASAR TEORI 4

2.1. Konsep Dasar Angin ... 4

2.2. Kincir Angin………... ... 4

2.2. Rumus Perhitungan ... 8

BAB III : METODE PENELITIAN………. 12

3.1. Peralatan dan Bahan ... 12

3.2. Variabel Penelitian ... 18

3.3. Variabel yang Diukur ... 18

3.4. Parameter yang Dihitung ... 18

3.5 Langkah penelitian……… 19

BAB IV : DATA DAN PEMBAHASAN……….. 21

4.1. Data Penelitian ... 21

4.2. Pengolahan Data dan Penelitian ... 39

4.3. Hasil dan Pembahasan ... 41

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN………... 71

5.1. Kesimpulan ... 71

5.2. Saran ... 71

DAFTAR PUSTAKA ... 72

LAMPIRAN……... ... 73

(13)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada

sudut kemiringan sudu 5o……….. 22

sudut kemiringan sudu 15o 24

sudut kemiringan sudu 25o……… 26

Tabel 4.6 Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm

pada sudut kemiringan sudu 5o……….. 27

pada sudut kemiringan sudu 10o……… 28

Tabel 4.11 Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm x 15 cm

(14)

xii

Tabel 4.12 (Lanjutan) Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm

x 15 cm pada sudut kemiringan sudu 10o………..………… 34

Tabel 4.13 (Lanjutan) Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm

x 15 cm pada sudut kemiringan sudu 15o……….. 36

Tabel L.1 Tabel Udara……….. 76

Tabel L.2 Data grafik Cp terhadap tsr, torsi terhadap rpm dan daya kincir

dengan ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudu kemiringan 5o………. 77

Tabel L.7 Data grafik Cpterhadap tsr, torsi terhadap rpm dan daya kincir

dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudu kemiringan 5o……….. 82

dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudu kemiringan 10o……… 83

Tabel L.10 Data grafik Cpterhadap tsr, torsi terhadap rpm dan daya kincir

(15)

xiii

dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudu kemiringan 5o………. 87

dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudu kemiringan 10o………... 88

Tabel L.13(Lanjutan) Data grafik Cp terhadap tsr, torsi terhadap rpm dan

daya kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudu kemiringan 10o… 89

Tabel L.14 (Lanjutan) Data grafik Cpterhadap tsr, torsi terhadap rpm dan

daya kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudu kemiringan 15o… 91

(16)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 jenis-jenis kincir angin menurut porosnya………. 5

Gambar 3.1 Kincir angin………... 12

Gambar 3.2 Tiga variasi sudu yang di buat………... 13

Gambar 3.3 Dudukan sudu……… 14

Gambar 3.4 Terowongan Angin (wind tunnel)………. 15

Gambar 3.5 Fan Blower……… 15

Gambar 3.6 Anemometer (a) dan sensor kecepatan angin (b)……….. 16

Gambar 3.7 Takometer……….. 16

Gambar 3.8 Neraca pegas……….. 17

Gambar 3.9 Mekanisme pengereman……… 17

Gambar 3.10 Posisi kincir angin………... 19

Gambar 4.1 Grafik Betz Limut ………. 42

Gambar 4.2 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan 5o… 43 Gambar 4.3 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan 10o... 43

Gambar 4.4 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan 15o... 44

Gambar 4.7 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 5o... 45

Gambar 4.8 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 10o.. 46

(17)

xv

Gambar 4.10 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 20o………... 47

Gambar 4.11 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 25o.. 47 Gambar 4.12 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 5o…... 48 Gambar 4.13 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 10o... 48 Gambar 4.14 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 15o... 49 Gambar 4.15 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 20o... 49 Gambar 4.16 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 25o... 50 Gambar 4.17 Grafik hubungan putaran poros terhadap torsi kincir dengan

ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan 5o……….. 51

Gambar 4.18 Grafik hubungan putaran poros terhadap torsi kincir dengan

ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan 10o……… 51

ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 5o………... 54

(18)

xvi

ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 15o………. 55

ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 15o. 58

ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan 25o. 59

Gambar 4.32 Grafik hubungan daya kincir terhadap torsi, kincir dengan

ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan 5o………... 63

(19)

xvii

Gambar L.1 Cakram dari mekanisme pengereman……… 74

Gambar L.2 Bagian anemometer yang berfunsi sebagai penangkap angin. 74

Gambar L.3 Dudukan sudu dan tempat menvariasikan kemiringan sudu…….. 75

(20)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia umumnya terus

meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dengan pola

komsumsi energi itu sendiri senantiasa meningkat. Hal ini menjadi tantangan besar

bagi Indonesia dan dunia, ketika dihadapkan pada kondisi dimana sebagian besar

masih tergantung pada energi bahan bakar fosil, Penulis sebagai mahasiswa Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma dengan visi

mengembangkan energi terbarukan dan konservasi energi merasa terpanggil mencari

solusi dan berupaya mengembangkan sumber energi alternatif guna mengurangi

pemakaian bahan bakar jenis fosil, yang sampai sekarang masih digunakan sebagai

sumber energi utama. Angin merupakan salah satu energi yang dapat dijadikan

sebagai energi alternatif, walaupun energinya tidak sebesar energi yang dihasilkan

oleh bahan bakar fosil tetapi dapat membantu mengurangi penggunaanya. Indonesia

adalah negara kepulauan yang cukup dan memiliki potensi angin yang cukup baik,

yaitu sekitar 3,5 – 5,9 m/s (Sumber : Pusat Meterologi dan Geofisika tahun 2000).

Kincir angin adalah suatu mesin yang digerakan oleh tenaga angin, dan mudah

dalam pembuatanya tidak membutuhkan teknologi yang cangih, biaya pembuatan

murah dan dapat di aplikasihkan di daerah yang jauh dari kota, kincir angin ada dua

jenis menurut porosnya yaitu kincir angin poros horizontal (propeler) dan kincir

angin poros vertical (savonius). Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros

horizontal dan poros vertical. Untuk itu muncul sebuah gagasan untuk membuat

sebuah model kincir angin propeler yang dapat divariasikan sudut kemiringan

sudunya, dengan harapan untuk mengetahui dan memperoleh kinerja terbaik dari

kincir yang divariasikan sudut kemiringan sudunya. Untuk itu muncul sebuah

(21)

sudut kemiringan sudunya, dengan harapan untuk mengetahui dan memperoleh

kinerja terbaik dari kincir yang divariasikan sudut kemiringan sudunya.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan kincir angin propeler ini

adalah sebagai berikut:

1) Pemakaian energi dari bahan bakar fosil masih tinggi.

2) Potensi angin di Indonesia mencapai 3,5–5,9 m/s.

3) Pemanfaatan energi angin di indonesia masih kurang.

1.3 Batasan Masalah

Supaya permasalahan tidak berkembang menjadi luas, maka diperlukan batasan

masalah sebagai berikut:

1) Objek penelitian adalah model kincir angin tiga propeler datar.

2) Jumlah sudu kincir sebanyak tiga buah dengan tiga variasi ukuran sudu.

3) Variasi sudut kemiringan sudu yaitu 5o, 10o, 15o, 20o dan 25 o.

4) Jangkauan kecepatan angin disesuaikan dengan kondisi terowongan angin

yang digunakan.

5) Unjuk kerja angin yang dimaksutkan adalah daya yang dihasilkan hubungan

dengan torsi dan kecepatan putar kincir dan koefisien daya hubungan

dengan tip speed ratio.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian kincir angin adalah:

1) Membuat tiga model kincir angin tipe propeler.

2) Mencari dan mengetahui daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh model

(22)

3) Mencari dan mengetahui koefisien daya maksimal yang dapat di hasilkan

oleh model kincir angin dari lima variasi sudut kemiringan sudu dan tiga

variasi sudu.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari penulisan Tugas Akhir ini adalah:

1) Dapat digunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat yang

membutuhkan sumber energi alternatif selain sumber energi fosil.

(23)

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Angin

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia.

Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama

sekali. Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin merupakan udara yang

bergerak yang disebabkan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan

udara sekitar. Angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat

bertekanan rendah.

Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak tempat dan

ketinggiannya. Bila letak tempatnya di daerah khatulistiwa maka angin

akan lebih cepat dibandingkan dengan letak tempatnya jauh dari

khatulistiwa. Begitu pula ketinggianya. Semakin tinggi tempatnya semakin

kencang juga anginnya. Hal ini disebabkan oleh, semakin tinggi suatu

tempat maka, gaya gesekan yang di pengaruhi oleh permukaan bumi yang

tidak datar, pohon, gunung dan topografi semakin kecil.

Arah angin ditentukan oleh dari mana saja datangnya, apakah dari

timur ke barat atau dari selatan ke utara. Sebagai contoh windsocks yang digunakan sebuah bandara pesawat komersial sebagai penunjuk datangnya

arah angin untuk mengukur kecepatan angin biasanya digunakan

anemometer.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakan oleh tenaga angin

yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumpuk biji–biji dan memompa

air untuk mengaliri sawah tetapi juga digunakan sebagai pembangkit tenaga

(24)

Secara umum kincir angin dapat digolongkan menjadi dua jenis

menurut porosnya yaitu kincir angin poros horisontal dan kincir angin

poros vertical seperti pada gambar 2.1 dibawah ini

Gambar 2.1 jenis-jenis kincir angin menurut porosnya

2.2.1 Kincir angin poros horizontal

Kincir angin poros horizontal (propeller) merupakan kincir angin yang

konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah

sudut dua, tiga ataupun lebih yang berpenampang airfoil. Dimana

perputaran kincir angin ini disebabkan adanya gaya aerodinamika yang

bekerja pada suatu kincir angin. Agar propeller dapat berputar maka letak

bidang rotasinya harus tegak lurus dengan arah angin. Dan untuk maksud ini

(25)

Kelebiha kincir angin poros horizontal

1. Konstruksi lebih sederhana dalam pembuatan sudu kincir

2. Karakteristik aerodinamis angin tidak terganggu karena arah angin

langsung menuju rotor.

3. Untuk variable pitch start lebih ringan.

4. Tidak memerlukan sudut orientasi.

5. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih

banyak di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara

laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam

atmosfer bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke

atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Kekurangan kincir angin poros horizontal

1. Tidak bisa menerima angin dari segala arah

2. Membutuhkan alat bantu untuk mengarahkan kincir angin (sirip pengarah

atau sensor elektrik)

.

2.2.2 Kincir angin poros vertical

Kincir angin poros vertical adalah kincir angin yang menerimah energi

angin tegak lurus dengan arah mata angin.

Kelebihan kincir angin poros vertical

(26)

2. Tidak perlu pengaturan sudut-sudut untuk menggerakan sebuah

generator.

Kekurangan kincir angin poros vertical

1. Tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di

elevasi yang lebih tinggi.karena sulit membuat menara yg tinggi.

2. Beroperasi pada putaran rendah.

3. Sudutnya kembali menentang aliran udara dan ini merupakan suatu

kerugian yang besar.

Untuk tugas akhir ini adalah kincir angin jenis poros

harisontal.(propeller tiga sudu).

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr

Menurut Betz (Ilmuwan dari Jerman Albert Betz) bahwa koefisien

daya (Cp) maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang

terlihat pada Gambar 2.1. Dia menamai batas maksimal tersebut dengan

(27)

Gambar 2.1 Grafik Betz limit.(sumber: http://www.intechopen.com)

2.4 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus-rumus yang di pergunakan untuk melakukan

perhitungan dan analisis unjuk kerja kincir angin.

2.4.1 Energi Angin

Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik,

maka dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ek= 0,5ṁv2………..……...…………...(1)

dengan :

(28)

v = kecepatan angin (m/s).

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat di tuliskan

sebagai berikut:

Pin = 0,5ṁ v2………...…………..….………...…...…(2)

dengan:

Pin = daya angin (watt).

ṁ = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s). dimana:

ṁ = ρAv……….………...(3) dengan:

ρ = massa jenis udara (kg/m3).

A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).

Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat

dirumuskan menjadi:

Pin = 0,5(𝜌𝜌Av)v2, yang dapat disederhanakan menjadi:

Pin= 0,5𝜌𝜌Av3……….………...……...………(4)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya

Untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari setiap sudut

kemiringan sudu yang divariasikan, maka perlu mencari torsi dinamis dan

daya yang dihasilkan oleh kincir.

2.4.1 Torsi

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar

dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu

pusat. Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga

(29)

T = Fr………..……..…...(5) dengan:

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm). F = gaya pada poros akibat puntiran (N).

r

= jarak lengan torsi ke poros (m).

2.4.2 Daya kincir

Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak

melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:

Pout= T

𝜔𝜔

……….………..(6)

dengan:

T = torsi dinamis (Nm).

𝜔𝜔 = kecepatan sudut (

ω

) didapatkan dari

ω =

𝑛𝑛

𝑝𝑝𝑜𝑜𝑜𝑜𝑝𝑝𝑟𝑟𝑝𝑝𝑛𝑛_{𝑚𝑚𝑚𝑚𝑛𝑛𝑖𝑖𝑜𝑜}

= n

2 𝜋𝜋

60 rad/s

=

𝑛𝑛𝜋𝜋

30 rad/s

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan oleh kincir dapat

dinyatakan dengan persamaan (6) yaitu:

Pout = T

𝜔𝜔

Pout=T 𝜋𝜋 𝑛𝑛

30 rad/s………...……..………(7)

dengan:

p

out = daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

(30)

2.4.3 Tip Speed Ratio

Tip spead ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan di ujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai:

Vt =

𝜔𝜔

r dengan:

Vt = kecepatan ujun sudu.

𝜔𝜔

= kecepatan sudut (rad/s). r = jari – jari kincir (m).

sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan: tsr = 𝜋𝜋𝑟𝑟𝑛𝑛

30𝑣𝑣 ………...………...(8)

dengan:

r = jari – jari kincir (m).

n = putaran poros kincir tiap menit (rpm). v = kecepatan angin (m/s).

2.4.4 Koefisiensi Daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan

oleh kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga

dapat dirumuskan sebagai berikut:

(31)

12

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Proses penelitian di mulai pada tangal 17 Oktober 2011 sampai pada tangal 25

Oktober 2011 di Laboratorium Konversi Energi Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma.

3.1 Peralatan dan Bahan

Bentuk kincir angin yang di buat dalam penelitian ini dilihat pada Gambar 3.1.

Kincir yang dibuat memiliki 2 bagian utama, yaitu:

1) Sudu.

2) Dudukan sudu.

(32)

1) Sudu

Sudu yang berfunsi untuk menangkap energi angin dilihat pada Gambar 3.2.

(33)

2) Dudukan Sudu

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfunsi untuk

pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini

memiliki tiga buah lubang untuk pemasangan sudu dan tiga buah klem untuk

menjepit sudu yang dipasang pada dudukan sudu, untuk mengatur sudu kemiringan

cukup membuka mur klem dan mengatur kemiringan sudut yang di inginkan

setelah itu di kencangkan.

(34)

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Terowongan Angin

Terowongan angin(wind tunnel) berfungsi untuk menangkap angin yang dihisap oleh fan blower, sekaligus menjadi tempat untuk pengujian kincir seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Terowongan Angin (wind tunnel)

2. Fan blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke wind tunnel, Fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW dapat dilihat pada Gambar 3.5.

(35)

3. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga digunakan

untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan dilihat pada Gambar 3.6.

(a) (b)

Gambar 3.6 Anemometer (a) dan sensor kecepatan angin (b)

4. Takometer

Takometer biasanya digunakan untuk mengukur rotasi perputaran menit kincir

angin, dilihat pada Gambar 3.7.

(36)

5. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban pengimbang torsi dinamis.

Dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Neraca pegas

6. Mekanisme Pengereman

Mekanisme pengereman berfungsi sebagai pengerem untuk memperlambat

putaran kincir angin pada saat pengambilan data torsi dan daya kincir angin.

Mekanisme kincir angin ini dilihat pada Gambar 3.9.

(37)

3.2 Variabel Penelitian

Beberapa variabel yang peneliti ketahui, dalam penelitian ini adalah:

1) Dimensi sudu kincir angin ada tiga yaitu panjang 40 cm x lebar 10 cm,

panjang 40 cm x lebar 12,5 cm dan panjang 40 cm x lebar 15 cm.

2) Variasi sudut kemiringan sudu yaitu: 5o, 10o, 15o, 20o dan 25o.

3) Variasi kecepatan angin dalam penelitian adalah 7,5 m/s hingga 4 m/s.

4) Diameter kincir angin 920 mm atau 0,92 m.

3.3 Variabel yang Diukur

Data yang diukur dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Kecepatan angin (v). Karena keterbatasan alat, maka variasi kecepatan angin diperoleh dengan cara menggeser kedudukan blower terhadap

terowongan angin.

2) Putaran poros kincir angin (n). 3) Gaya pengimbangan torsi (F). 4) Suhu (T).

3.4 Parameter yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah:

1) Daya angin (Pin).

2) Daya kincir (Pout).

3) Gaya pengimbang torsi (T). 4) Koefisien Daya (Cp).

Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

pasang kincir angin di dalam terowongan angin pasang komponen poros penghubung

kincir angin dengan mekanisme pengereman yang berada di bagian depan

(38)

Gambar 3.10 Posisi kincir angin

3.5 Langkah Penelitian

Proses pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir angin dilakukan secara

bersamaan di saat pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir, ada beberapa hal

yang perlu dilakukan yaitu:

1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pengereman.

2) Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin untuk

mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin.

3) Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.

4) Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan lengan pada

mekanisme pengereman.

5) Mengatur sudu kemiringan sudu sesuai yang telah ditentukan.

(39)

7) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara

memundurkan jarak fan blower terhadap terowongan angin agar dapat menetukan variasi kecepatan angin.

8) Variasi beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan variasi beban

di gunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan seterusnya.

9) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan

maka, pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang

terukur dalam neraca pegas.

10) Ukur kecepatan kincir angin, suhu dan putaran poros dengan mengunakan

takometer dengan bersamaan.

11) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.

12) Ulangi langkah 5 hingga 11 untuk variasi sudu kemiringan sudu yang

(40)

21

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data penelitian

4.1.1Data penelitian kincir angin dengan ukuran sudu 40 cm x 10 cm

Data hasil penelitian ini diperoleh dari pengambilan data torsi pada kincir

angin ukurang 40 cm x 10 cm. Selanjutnya pengujian ini dilakukan dengan

variasi angin untuk memundurkan fan Blowe terhadap Terowongan Angin sejauh 3 cm untuk mendapatkan variasi angin mulai dari 7,5 m/s dengan penurunan

rata-rata sekitar 0,7 m/s hingga kincir berhenti berputar. Pada Sudut kemiringan,

dengan sudu yang divariasikan dari 5o, 10o, 15o, 20o dan 25o, untuk mendapatkan

variasi beban dengan menggunakan mekanisme pengereman dengan mengunakan

1 karet, 2 karet, 3 karet dan selanjutnya. Dari penelitian diperoleh data yang

dilihat pada Tabel 4.1 hingga 4.5.

4.1.2Data penelitian kincir angin dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm

Langkah penelitian untuk ukuran sudu kincir angin 40 cm x 12,5 cm sama

seperti kincir angin 40 cm x 10 cm. Dari penelitian yang diperoleh data pada

Tabel 4.6 hingga 4.10.

4.1.3Data penelitian kincir angin dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm

langkah penelitian untuk ukuran sudu kincir angin 40 cm x 15 cm sama

seperti kincir angin 40 cm x 10 cm dan 40 cm x 12,5 cm. Dari penelitian ini,

(41)

sudut kemiringan sudu 5o.

(42)

sudut kemiringan sudu 10o

(43)

(44)

(45)

(46)

Tabel 4.6 Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm pada

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

Tabel 4.12 (Lanjutan) Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm x 15

cm pada sudut kemiringan sudu 10o

No Kec Angin m/s

Suhu

˚C kg/m³ 𝜌𝜌

Putaran Poros (rpm)

(54)

(55)

Tabel 4.13 (Lanjutan) Data hasil pengujian kincir angin ukuran sudu 40 cm x 15

cm pada sudut kemiringan sudu 15o

No Kec Angin m/s

Suhu

˚C kg/m³ 𝜌𝜌

Putaran Poros (rpm)

(56)

(57)

(58)

Contoh perhitungan untuk kincir angin dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm

pada kecepatan angin 6,75 m/s ditunjukan pada sub Bab 4.6:

4.2 Pengolahan Data dan Penelitian

4.2.1Perhitungan daya angin

Daya angin dihitung dengan mengunakan rumus Persamaan (4) yang dapat

dilihat pada sub Bab 2.4.1:

Pin = 0,5 𝜌𝜌 A v3

Diamter kincir d = 0,92 m, maka luas penampang dapat di hitung dengan

rumus:

A = π d2

/4

= 3,14 (0,92)2/4

= 0,66 m2

Sehingga contoh diambil data dari Tabel 4.6 no 1 dengan beban variasi

pertama.

Dari data, kecepatan angin (v) sebesar 6,75 m/s, massa jenis udara (𝜌𝜌) sebesar 1.16 Kg/m3, dan luas penampang A = 0,66 m2, maka dapat dihitung besarnya daya

angin (Pin) sebesar:

Pin = 0,5 𝜌𝜌 A v3

= 0,5 1,16 (0,66) 6,75 3

= 0,58 (0,66) 307,54

(59)

4.2.2 Perhitungan torsi

Perhitungan torsi dengan menggunakan persamaan (5) yang dapat

dilihat pada sub Bab 2.4.2.1.

Sebagai contoh perhitungan di ambil data dari Tabel 4.6 no. 1 dengan

beban variasi pertama.

Dari data, diperoleh besarnya gaya pengimbang (F) 0,65 Newton dan jarak lengan torsi ke sumbu poros (r) 0,1 meter maka besar torsi:

T = r F

T = (0,1) (0,65) T = 0,065 Nm

4.2.3 Perhitungan daya kincir

Daya kincir dihitung dengan menggunakan persamaan (7) yang dapat

dilihat pada sub Bab 2.4.2.2.

Sebagai contoh perhitungan dapat diambil dari Tabel 4.6 no. 1 dengan

beban variasi pertama.

Dari data, didapatkan kecepatan angin (v) 6,75 m/s, putaran poros (n) sebesar 622,27 rpm, dan torsi (T) yang telah diperhitungkan pada sub Bab 4.2.2 sebesar 0,065 Nm maka besar daya kincir:

Pout = T

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio

Perhitungan tip speed ratio (tsr) mengunakan Persamaan (8) yang telah dibahas pada sub Bab 2.4.3. Sebagai contoh perhitungan tip speed ratio (tsr) dapat di ambil dari Tabel 4.6 no.1 dengan beban variasi pertama.Dari data,

(60)

tsr = 𝜋𝜋 𝑟𝑟𝑛𝑛

30 𝑣𝑣

tsr = (3,14) (0,46) (622,27)

30 (6,75)

tsr = 4,44

4.2.5 Perhitungan koefisien daya (Cp)

Koefisiensi daya (Cp) dapat dihitung dengan Persamaan (9) yang dapat

dilihat pada sub Bab 2.4.4.

Sebagai contoh perhitungan dapat diambil data pada Tabel 4.6 no.1

dengan beban variasi pertama.

Daya kincir (Pout) didapatkan pada sub Bab 4.2.3 sebesar 4,233 watt,

dan daya angin (Pin) didapatkan pada sub Bab 4.2.1 sebesar 118 watt. Maka

koefisien dayanya:

Cp =

𝑃𝑃_{𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜}

𝑃𝑃𝑖𝑖𝑛𝑛 100 %

Cp =

4,23

118 100 %

Cp = 3.6 %

4.3 Hasil dan pembahasan

4.3.1Grafik hubungan antara Cpterhadap tsr

Menurut Betz (ilmuan dari Jerman Albert Betz) bahwa koefisien daya

(Cp) maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada

Gambar (4.1 ) Ia menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Gambar

(61)

Gambar 4.1 Grafik Betz limit.(Sumber: http://www.intechopen.com)

Setelah melakukan perhitungan dari ketiga kincir angin dengan ukuran

sudu 40 cm x 10 cm, 40 cm x 12,5 cm dan 40 cm x 15 cm dan variasi sudu

kemiringan sudu sebesar 5o, 10o, 15o , 20o dan 25o ditiap ukuranya, didapatkan

(62)

Gambar 4.2 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio(tsr)

kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan sudu 5o.

(63)

(64)

Dari lima grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio

(tsr), untuk lebar 40 cm x 10 cm, dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o, 10o, 15o, 20o dan 25o pada Gambar 4.2 sampai 4.6 mennujukan bahwa koefisien daya (Cp)

tertinggi pada sudut kemiringan 10o = 0,21 atau 21 % didapatkan pada tsr 3,2 dapat

(65)

kincir dengan ukuran sudu 40cm x 12,5cm pada sudut kemiringan sudu 5o.

Gambar 4.8 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio(tsr)

kincir dengan ukuran sudu 40cm x 12,5cm pada sudut kemiringan sudu 10o.

(66)

Gambar 4.10 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio

(tsr) kincir dengan ukuran sudu 40cm x 12,5cm pada sudut kemiringan sudu 20o.

(67)

Dari lima grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio

(tsr), untuk lebar sudu 40 cm x 12,5 cm, dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o, 10o, 15o, 20o dan 25o pada Gambar 4.7 sampai 4.11 mennujukan bahwa koefisien

daya (Cp) tertinggi pada sudut kemiringan 10o = 0,28 atau 28 % didapatkan pada

tsr 3,3 dapat di lihat pada Gambar 4.3

(tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan sudu 5o.

(68)

(tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan sudu 15o.

(69)

Gambar 4.16 Grafik hubungan Koefisiensi Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio

(tsr) kincir dengan ukuran sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan sudu 25o. Dari lima grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio

(tsr), untuk lebar 40 cm x 15 cm, dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o, 10o, 15o, 20o dan 25o pada Gambar 4.12 sampai 4.16 mennujukan bahwa koefisien

daya (Cp) tertinggi pada sudut kemiringan 10o = 0,28 atau 28 % didapatkan pada

tsr 3 dapat di lihat pada Gambar 4.3

4.3.2 Grafik hubungan antara putaran poros (rpm), torsi (Nm)

Grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan torsi (Nm) ini akan

menunjukkan unjuk kerja yang dihasilkan oleh tiga variasi sudu dan lima variasi

kemiringan sudu, yaitu: sudu dengan ukuran 40 cm x 10 cm, 40 cm x 12,5 cm

dan 40 cm x 15 cm dengan variasi kemiringan sudu sebesar: 5º, 10º, 15º, 20º, 25º

ditiap ukuran.

Setelah melakukan perhitungan pada ukuran variasi tiga sudu, didapatkan

grafik perbandingan antara putaran poros, torsi dan untuk ukuran 40 cm x 10 cm,

40 cm x 12,5 cm dan 40 cm x 15 cm dengan lima variasi sudut kemiringan

sudunya yaitu: 5º, 10º, 15º, 20º dan 25º

(70)

ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan sudu 5o.

Gambar 4.18 Grafik hubungan putaran poros terhadap torsikincir dengan ukuran

(71)

sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan sudu 15o.

(72)

. Gambar 4.21 Grafik hubungan putaran poros terhadap torsikincir dengan

ukuran sudu 40 cm x 10 cm pada sudut kemiringan sudu 25o

Dari grafik Gambar 4.17 sampai 4.21 hubungan Putaran Poros (rpm)

terhadap torsi (Nm) dan kecepatan angin (m/s) untuk kincir angin dengan ukuran

sudu 40 cm x 10 cm dengan variasi sudut kemiringan sudu 5˚,10˚,15˚,20˚,25˚ dengan torsi yang sama dan kecepatan angin yang sama di setiap sudut

kemiringan sudu untuk torsi 3 Nm dan kecepatan angin 7,13 m/s mendapatatkan

rpm maksimal sekitar 640 rpm pada sudut kemiringan sudu 10o dapat dilihat pada

(73)

sudu 40 cm x 12,5 cm pada sudut kemiringan sudu 5o

Gambar 4.23 Grafik hubungan putaran poros terhadap torsi kincir dengan ukuran

(74)

(75)

1) Dari grafik Gambar 4.22 sampai 4.26 hubungan Putaran Poros

(rpm) terhadap torsi (Nm) dan kecepatan angin (m/s) untuk kincir

angin dengan ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm dengan variasi sudut

kemiringan sudu 5˚,10˚,15˚,20˚,25˚ dengan torsi yang sama dan

kecepatan angin yang sama di setiap sudut kemiringan sudu untuk

torsi 3 Nm dan kecepatan angin 7,12 m/s mendapatatkan rpm

maksimal sekitar 690 rpm pada sudut kemiringan sudu 10o dapat

(76)

sudu 40 cm x 15 cm pada sudut kemiringan sudu 5o

(77)

Gambar 4.29 Grafik hubungan putaran poros terhadap torsi kincir dengan ukuran

(78)

Dari grafik Gambar 4.27 sampai 4.31 hubungan Putaran Poros (rpm)

terhadap torsi (Nm) dan kecepatan angin (m/s) untuk kincir angin dengan

ukuran sudu 40 cm x 15 cm dengan variasi sudut kemiringan sudu

5˚,10˚,15˚,20˚,25˚ dengan torsi yang sama dan kecepatan angin yang sama di

setiap sudut kemiringan sudu untuk torsi 3 Nm dan kecepatan angin 7,05 m/s

mendapatatkan rpm maksimal sekitar 650 rpm pada sudut kemiringan sudu 10o

dapat dilihat pada grafik Gambar 4.18

4.3.3 Grafik hubungan antara daya kincir (watt), torsi (Nm).

Grafik hubungan antara daya kincir dan torsi ini akan menunjukkan

unjuk kerja yang dihasilkan oleh tiga variasi sudu dan lima variasi kemiringan

sudu, yaitu: sudu dengan ukuran 40 cm x 10 cm dan 40 cm x 12,5 cm dengan

variasi kemiringan sudu sebesar: 5º, 10º, 15º, 20º, 25º ditiap ukuran.

Setelah melakukan perhitungan, didapatkan grafik perbandingan antara

daya kincir, torsi dan untuk ukuran 40 cm x 10 cm, 40 cm x 12,5 cm dan 40 cm x

15 cm dengan lima variasi sudut kemiringan sudunya yaitu: 5º, 10º, 15º, 20º dan

(79)

Gambar 4.32 Grafik hubungan daya kincir terhadap torsi,kincir dengan ukuran

(80)

(81)

Dari grafik Gambar 4.32 sampai 4.36 hubungan daya kincir (watt)

kemiringan sudu dengan torsi yang sama 3 Nm dan kecepatan angin 6,92 m/s

dayan kincir sekirtar 21 watt pada sudut kemiringan 10o dapat dilihat pada grafik

(82)

Gambar 4.37 Grafik hubungan daya kincir terhadap torsi, kincir dengan ukuran

(83)

(84)

sudu 40 cm x 12,5 cm dengan variasi sudut kemiringan sudu 5˚,10˚,15˚,20˚,25˚ dengan torsi yang sama dan kecepatan angin yang sama di setiap sudut

dayan kincir sekirtar 22,5 watt pada sudut kemiringan 10o dapat dilihat pada

(85)

(86)

(87)

dayan kincir sekirtar 21 watt pada sudut kemiringan 10o dapat dilihat pada grafik

(88)

4.3.4 Pembahasan.

Pada tugas akhir ini telah diketahui bahwa kerja dari kincir angin model

ini adalah propeler yang dapat divariasikan sudut kemiringan sudunya dan variasi

lebar sudu. Hembusan angin yang datang akan langsung menabrak dan

menyebabkan kincir berputar. Variasi sudut kemiringan sudu berpeda besar dan

kecilnya daya kincir, Cp kincir, yang mana untuk mengetahui variasi sudut

kemiringan sudu dan ukuran kincir berapakah yang memiliki unjuk kerja terbaik.

Dari data perhitungan dapat dikethaui bahwa grafik hubungan Koefisien

Daya (Cp) terhadap Tip Speed Ratio (tsr), putaran poros (rpm) terhadap torsi

(Nm) pada kecepatan angin (m/s)) dan daya kincir (watt) tehadap torsi (Nm) pada

kecepatan angin (m/s), untuk ukuran 40 cm x 10 cm, 40 cm x 12,5cm dan 40 cm

x 15 cm dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o, 10o, 15o, 20o dan 25o, unuk

variasi lebar yaitu:

1) Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan ukuran sudu 40 cm x

10 cm Cp = 0.21 atau 21% didapatkan pada saat tsr 3,25 pada sudut

kemiringan sudu 10o

12,5 cm Cp = 0.28 atau 28% didapatkan pada saat tsr 3,3 pada sudut

kemiringan sudu 10o

15 cm Cp = 0.28 atau 28% didapatkan pada saat tsr 3 pada sudut

kemiringan sudu 10o

4) Pada kincir angin ukuran sudu 40 cm x 10 cm, sudut kemiringan sudu

10o, dengan torsi = 3 (Nm) dan kecepatan angin = 6,92 (m/s) putaran

poros maksimal yang didapatkan = 640 (rpm)

5) Pada kincir angin ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm, sudut kemiringan sudu

(89)

poros maksimal yang didapatkan = 650 (rpm)

10o, dengan torsi = 3 (Nm) dan kecepatan angin = 6,92 (m/s) daya kincir

maksimal yang didapatkan = 20 (watt)

8) Pada kincir angin ukuran sudu 40 cm x 12,5 cm, sudut kemiringan sudu

(90)

71

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin model yang telah dilakukan, maka dapat

diambil beberapa kesimpulan:

1. Telah berhasil dibuat tiga model kincir angin propeler tiga sudu dengan

tiga variasi lebar sudu.

2. Kincir angin dengan tiga variasi lebar sudu dan lima variasi kemiringan

sudu, koefisien daya tertingi sebesar 28 % didapatkan pada tsr 3,3 pada lebar sudu 12,5 cm x 40 cm, pada sudut kemiringan 10o .

3. Kincir angin dengan tiga variasi lebar sudu dan lima variasi kemiringan

sudu daya kincir tertingi sebesar 41 watt didapatkan pada torsi 0,75

Nm,pada 522 rpm pada lebar sudu 12,5 cm x 40 cm, pada sudut

kemiringan 10o .

5.2

Saran

Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian

berikutnya:

1. Material yang digunakan untuk membuat kincir angin harus ringan dan

kuat sehingga, dapat meningkatkan efisiensi kincir.

2. Kincir angin harus dibuat aerodinamis sehingga, dapat mengurangi

gaya drag yang dapat menghambat putaran kincir.

3. Data yang diambil dari sudut kemiringan sudu 10˚ hingga 15˚ karena daya maksimal didapatkan sekitar sudut kemiringan sudu 10˚-15o. 4. Kecepatan agin perlu di perhatikan pada saat pengambilan data sehinga

(91)

DAFTAR PUSTAKA

Burton, T, at.ol.2001, Wind E H, Wiley, New York.

Prabowo, E, Andryanto, S., 2011 Unjuk Kerja Model Kincir Angin Poros

Vertikal Dengan Empat Sudu yang dapat Membuka dan Menutup Seacara Otomatis Dengan Variasi Diameter.Tugas Akhir Teknik Mesin Makultas Sain dan Teknologi Universitas Sanata Dharma yokyakarta, 2011, Tugas

Akhir.

Pusat Meterologi dan Geofisika tahun 2000.

http://yefrichan.wordpress.com/2010/12/01/sifat-sifat-udara-2/.

Wikipedia.org/wiki/Energi_terbaharui.

http://www.intechopen.com/articles/show/title/wind-turbines-theory-thebetz

equation-and-optimal-rotor-tip-speed-ratio, 17 April 2011.

http://www.scribd.com/doc/50279547/5/Rumus-Perhitungan.

(92)

(93)

Gambar L.1 Cakram dari mekanisme pengereman.

(94)

Gambar L.3 Dudukan sudu dan tempat menvariasikan kemiringan sudu.