i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS “WEPOWER’’ SUDU PVC
DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar sarjana teknik
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
GEDE SUJANE
NIM : 085214056
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF PVC PIPE BLADE “WEPOWER” WINDMILL
WITH BLADE NUMBER VARIATION
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree
Science and Technology Faculty Mechanical Engineering Study Program
by
GEDE SUJANE
Student Number:085214056
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii ABSTRAK
Dewasa ini keberadaan energi fosil semakin berkurang. Dengan eksploitasi secara besar-besaran, maka dikhawatirkan 25 tahun lagi tidak ada energi fosil yang bisa dimanfaatkan oleh manusia. Oleh karena itu perlu dikembangkan energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros vertikal berbahan PVC.
Model kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4,6 dan 8 buah. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 45 cm dengan tinggi 60 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang,Sehingga diperoleh daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr), kemudian dilakukan perbandingan daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr) untuk masing-masing variasi sudut potong kincir.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4 buah menghasilkan daya kincir sebesar 28,03 watt dengan CP 0,061 pada tsr 0,31. Kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 6 buah menghasilkan daya kincir sebesar 23,03 watt dengan Cp 0,054 pada tsr 0,35. Sedangkan kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 8buah menghasilkan daya kincir 29,93 watt dengan CP 0,06 pada tsr 0,38. Sehingga dapat disimpulkan kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4 buah menghasilkan daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr) yang terbaik.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sebagai Dosen Pembimbing Akademik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan selaku Kepala Laboratorium konversi energi..
4. Ketut Wintre dan Made Sayub selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
5. Wayan Kartini selaku teman dekat penulis.
ix
7. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya.
Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 23 Mei 2013
x
Lembar Pernyataan Persetujuan Karya Ilmiah ...vi
Abstrak ...vii
1.1 Latar Belakang Masalah ...1
1.2 Rumusan Masalah ...2
BAB III METODE PENELITIAN ...16
3.1 Diagram Alir Penelitian ...16
3.2 Objek Penelitian ...17
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ...18
3.4 Peralatan dan Bahan ...19
3.5 Variabel Penelitian ...24
3.6 Langkah-Langkah Percobaan ...25
xi
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...28
4.1 Data Hasil Percobaan ...28
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ...28
4.3 Data Hasil Perhitungan ...37
4.4 Pembahasan ...40
BAB V Kesimpulan dan Saran ...48
5.1 Kesimpulan ...48
5.2 Saran ...49
DAFTAR PUSTAKA ...50
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal………10
Gambar 2.2 Kincir Poros Vertical………12
Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Dan Tsr dari Beberapa Jenis Kincir……13
Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah Penelitian………....16
Gambar 3.2 Gambar Teknik Kincir 8 Sudu Potongan 120° Dengan Kemiringan Sudu 80°………...17
Gambar 3.3 Gambar Teknik Kincir 6 Sudu Potongan 120° Dengan Kemiringan Sudu 80°………....17
Gambar 3.4 Gambar Teknik Kincir 4 Sudu Potongan 120° Dengan Kemiringan Sudu 80°………...18
Gambar 3.5 Konstruksi Kincir Angin………..19
Gambar 3.6 Terowongan Angin atau Wind Tunnel………....20
Gambar 3.7 Blower………...21
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatamn Putar Kincir 4 Sudu………..40
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Torsi 4 Sudu………...41
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Dengan Tsr Kincir 4 Sudu………...41
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 6 Sudu………...42
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Daya Kincir 6 Sudu………43
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Dengan Tsr Kincir 6 Sudu………....43
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 8 Sudu………44
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Daya Kincir 8 Sudu………45
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Dengan Tsr Kincir 8 Sudu………45
Gambar 4.10. Grafik Perbandingan Antara Torsi Dan Putaran Dari Ketiga Variasi Jumlah Sudu………...46
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kecepatan Angin………..5
Tabel 4.1 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 4 Sudu Dengan Sudut 80°………29
Tabel 4.2 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 6 Sudu Dengan Sudut 80°………....30
Tabel 4.3 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 8 Sudu Dengan Sudut 80˚………31
Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kincir 4 Sudu………....37
Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Kincir 6 Sudu………38
1 BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi didunia terus meningkat, hal ini terjadi karena disebabkan oleh pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bersama pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) dan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) memegang peran penting terhadap ketersediaan listrik terutama di Indonesia. Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, mengatakan cadangan minyak bumi di Indonesia 2023 tahun yang akan datang diperkirakan akan habis, dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 40 tahun dan batubara 38 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan. Salah satu yang dipilih adalah energi angin.
2
sepenuhnya sebagai alternatif penghasil listrik. Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat. Padahal, di berbagai negara, pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi alternatif nonkonvensional sudah semakin mendapatkan perhatian. Hal ini tentu saja didorong oleh kesadaran terhadap timbulnya krisis energi dengan kenyataan bahwa kebutuhan energi terus meningkat sedemikian besarnya. Di samping itu, angin merupakan sumber energi yang tak ada habisnya sehingga pemanfaatan sistem konversi energi angin akan berdampak positif terhadap kehidupan manusia dan lingkungan.
1.2 Perumusan Masalah
Masalah yang ingin dipecahkan dalam penelitian ini antara lain :
1. Angin merupakan energi yang berlimpah, gratis, kekal dan tidak menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan dan manusia.
2. Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis sehingga indonesia memiliki energi angin yang sangat berlimpah namun belum dimanfaatkan secara optimal.
3 1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mampu membuat kincir angin vertikal jenis wepower dengan variasi jumlah sudu.
2. Mencari karateristik kincir angin vertical jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4,6 dan 8 sudu.
3. Mengetahui efisiensi kincir yang kami buat.
1.4 Batasan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada :
a) Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros vertikal jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4 buah, 6 buah, 8 buah.
b) Pengambilan data dilakukan dengan cara memasukan kincir angin poros vertikal kedalam wind tunnel yang tersedia di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
c) Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, beban dan suhu.
4 1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
Bagi Penulis
a. Merupakan wahana menerapkan pengetahuan teori yang telah didapat dibangku kuliah.
b. Menambah referensi bagi mahasiswa yang akan melakukan penelitian model kincir yang sama.
c. Mengetahui secara teoritis dan praktek kincir angin yang kami buat.
Bagi Akademik
a. Merupakan pustaka tambahan untuk menunjang proses perkuliahan.
b. Sebagai referensi dasar untuk dilakukannya penelitian lebih mendalam pada jenjang lebih tinggi.
Bagi Masyarakat
a. Memberikan solusi terhadap masalah penyediaan energi yang murah dan tidak mencemari lingkungan.
5 BAB II
DASAR TEORI
2.1 Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).
Kekuatan angin ditentukan oleh kecepatannya, makin cepat angin bertiup maka makin besar kekuatannya. Untuk lebih jelasnya dijelaskan pada Tabel 2.1.
6
2.1.1 Energi dan Daya Angin
Energi angin adalah tenaga yang dimiliki angin karena memiliki kecepatan,tenaga yang dimiliki angin dinamakan energi kinetik angin. Energi yang dimiliki oleh angin dapat didapat dari persamaan :
(1)
Dimana
Ek : energi kinetik, Joule
m : massa udara, kg/m³
7
aliran udara yang mengalir per satuan waktu adalah :
(2) dimana
ρ : massa jenis udara, kg/ A : daerah sapuan kincir angin,
v : kecepatan angin, m/s
Dari Persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi kinetik angin tiap satuan waktu (J/s) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :
(3) dimana
Pa : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)
: massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s v : kecepatan angin, m/s
2.2 Kincir Angin
8
terutama pada daerah - daerah dengan aliran angin yang relatif tinggi sepanjang tahun. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill. Sebagai pembangkit listrik, turbin angin telah digunakan di Denmark sejak tahun 1890. Dalam beberapa dekade terakhir ini, kekhawatiran akan habisnya energi fosil telah mendorong pengembangan dan penggunaan turbin angin secara meluas dalam mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat dengan prinsip konversi energi.
Pada saat ini, angin merupakan salah satu sumber energy dengan perkembangan relatif cepat dibanding sumber energi lainnya. Walaupun demikian sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (misal: PLTD atau PLTU). Pengkajian potensi angin harus dilakukan dengan baik guna memperoleh suatu sistem konversi angin yang tepat. Pengkajian potensi angin pada suatu daerah dilakukan dengan cara mengukur serta menganalisa kecepatan maupun arah angin dasar dari alat untuk merubah energi angin menjadi kincir angin. Meskipun masih terdapat susunan dan perencanaan yang beragam, biasanya kincir angin digolongkan menjadi dua tipe (horizontal dan vertikal) dan yang paling banyak digunakan adalah kincir jenis horizontal. Kincir jenis ini mempunyai rotasi horisontal terhadap tanah (secara sederhana yaitu sejajar dengan tiupan angin).
9
pada desain batang kincir (blade). Ketersediaan angin dengan kecepatan yang memadai menjadi faktor utama dalam implementasi teknologi kincir angin.
2.2.1 Pertimbangan Aerodinamik
10 2.2.2 Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir Angin Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360⁰ terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.
Ada beberapa jenis kincir angin poros horizontal adalah sebagai berikut :
a. Kincir Angin American WindMill c. Kincir Angin Dutch Four arm
b. Kincir Angin American WindMill
11
Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah :
1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar. 3. Material yang digunakan lebih sedikit.
4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara.
5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang diakibatkan gaya angkat atau lift force oleh angin.
Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal adalah : 1. Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan denga arah angin. 3. Biaya pemasangannya mahal.
2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal
12
Ada beberapa jenis kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :
a. Kincir Angin Darrieus c. Kincir Angin Quiet Revolution
b. Kincir Angin Wepower
Gambar 2.2 Kincir Poros Vertical
13
Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah :
1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.
2. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.
3. Dapat bekerja pada putaran rendah.
4. Biaya pemasangan lebih murah.
Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :
1. Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai berputar.
2. Bekerja pada putaran rendah, sehingga daya angin yang dihasilkan kecil.
3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan merupakan beban tambahan.
Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Cp dan Tsr Dari Beberapa Jenis Kincir .
14
Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah kincir angin dengan diameter sudu r adalah :
……….(4)
dimana
: daya yang dihasilkan kincir angin, watt
T : torsi, Nm
n : putaran poros,rpm
2.2.4 Torsi Kincir Angin
Gaya yang bekerja pada poros baik itu jenis kincir angin poros horizontal ataupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap
sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi (τ). Secara
teori dapat dirumuskan :
T = r . F ... (5) Dimana
T : torsi akibat putaran poros, Nm
r : panjang lengan gaya, m
15 2.2.5 koefisien Daya
Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga CP dapat dirumuskan :
………...(6)
dimana
Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt Pa : daya yang dihasilkan angin, watt
2.2.6 Tip Speed Ratio (TSR)
Tip Speed Ratio (TSR) adalah perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu yang berputar, tsr dapat dirumuskan :
………(7)
dengan
r : jari-jari kincir, m
n : putaran poros, rpm
16 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 METODE
Langkah kerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir sebagai berikut :
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian kincir angin poros vertikal. MULAI
Perancangan kincir angin poros vertikal
Pembelian alat dan bahan yang akan digunakan untuk membuat kincir
Perakitan Kincir Angin
Pengambilan data kecepatan angin,putaran poros,beban dan suhu
Pengolahan data mencari daya angin,daya kincir,cp dan tsr,kemudian membandingkan antara daya kincir,cp dan tsr pada masing-masing variasi jumlah sudu kincir angin poros vertikal
Selesai
17 3.2 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah kincir angin poros vertikal dengan variasi jumlah sudu 4 buah, 6 buah dan 8 buah dengan bentuk yang sama.
Gambar 3.2 Gambar Teknik Kincir 8 Sudu Potongan 120˚ Dengan Kemiringan
Sudu 80˚.
Gambar 3.3 Gambar Teknik Kincir 6 Sudu Potongan 120˚ Dengan Kemiringan
18
Gambar 3.4 Gambar Teknik Kincir 4 Sudu Potongan 120˚ Dengan Kemiringan
Sudu 80˚.
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian
19 3.4 Alat dan Bahan
Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC dan cara pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Konstruksi Kincir Angin
Terowongan angin ditutup dengan dua buah triplek disisi kiri dan kanan diharapkan supaya tidak adanya turbulensi arah angin keluar terowongan dan semua energi angin mengarah ke kincir
20
1. Terowongan Angin
Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai keinginan.
Gambar 3.6 Terowongan Angin atau Wind Tunnel
2. Blower
21
Gambar 3.7. Blower
3. Tachometer
Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros. Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.8.
22
4. Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Anemometer
5. Lampu Pembebanan
Memberikan beban terhadap generator sehingga kita dapat mencari beban maksimal yang bekerja pada poros kincir dan kemudian dari beban tersebut kita dapat menghitung torsi.lampun pembebanan dapt dilihat pada Gambar 3.10.
23
6. Neraca Pegas
Untuk menghitung beban yang diberikan terhadap poros. Neraca pegas dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Neraca Pegas
7. Cara Pembebanan
24
Gambar 3.12 Lengan Ayun.
3.5 Variable Penelitian
1. Variasi jumlah sudu dengan tiga macam jumlah sudu yang digunakan (4 buah,6 buah dan 8 buah) dari pipa PVC berukuran 8 inci.
2. Variasi pembebanan dilakukan sampai menemukan beban maksimum.
3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 4 posisi variasi kecepatan angin yang dilakukan di dalam terowongan angin.
Parameter yang diukur :
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. Kecepatan angin, (m/s)
2. Gaya pengimbang, (N)
3. Putaran kincir, (rpm)
25 3.6 Langkah - langkah percobaan
Pengambilan data kecepatan angin, beban, suhu dan kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :
1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke lengan ayun Seperti pada Gambar dibawah
26
Gambar 3.14 Lengan Ayun
2. Menempatkkan anemometer dan takometer pada terowongan angin.
3. Memasang lampu pembebanan terhadap generator.
4. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan
5. mengatur kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser triplek sehingga mendapat kecepatan angin yang diinginkan.
6. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dengan varisai pembbebanan yang diberikan terhadap lampu dimulai menghitung putaran dengan menggunakan takometer yang tegak lurus dengan puli dan menghitung kecepatan angin beserta suhu udara yang ada didalam blower.
27 3.7 Langkah pengolahan data
Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka dapat dicari daya angin (Pin).
2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk mencari torsi (T).
3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya kincir (Pout).
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari.
5. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya (Cp)
28
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Percobaan
Data hasil percobaan terdiri dari variasi jumlah sudu yaitu 4 buah, 6 buah dan 8 buah.untuk setiap variasi percobaan dilakukan 4 kali variasi kecepatan angin dengan cara membuka triplek yang ada didepan terowongan angin dengan cara membuka triplek kurang lebih 5 cm untuk setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti lubang terowongan angin tertutup dari sisi kiri dan kanan,posisi 1 berarti triplek telah digeser 5 cm, posisi 2 berarti triplek digeser sejauh 10 cm begitu pula posisi 3. Untuk setiap kincir angi data dianggap selesai apabila putaran poros sudah tidak konstan dan gaya pembebanannya tidak mengalami perubahan dari hasil percobaan ditunjukan dalam table 4.1 sampai 4.3.
4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan
29
Table 4.1 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 4 Sudu Dengan Sudut 80
30
Table 4.2 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 6 Sudu Dengan Sudut 80
31
Table 4.3 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 8 Sudu Dengan Sudut 80
32 4.2.1 Perhitungan Daya Angin
dengan
Pa : Daya angin (watt) : Massa jenis udara kg/m² A : daerah sapuan kincir angin, m² v : kecepatan angin, m/s
Dengan jenis
ρ
dengan metode interpolasi dari table yang ada pada lampiran dari suhu udara 28.7 ° C makaρ
= 1,17 kg/m³Luasan daerah sapuan kincir adalah :
A = d . t
dengan
d = diameter t = tinggi
maka dengan diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir angin(t) 0,60 m maka daya angin (Pa) sebesar :
Pa = 0,5 . ρ . d . t .
Pa = 0,5. (1,16 kg/ ). (0,45 m). (0,60 m). Pa = 546,6992 watt
33 4.2.2 Perhitungan Torsi
Untuk mengetahui perhitungan torsi pada kincir angin dapat dicari dengan persamaan 5 pada sub Bab 2.2.4. yaitu :
T = r . F
dengan
T : torsi akibat putaran poros kincir, Nm
rt : jarak lengan gaya, m F : gaya pengimbang, N
gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan : F = m . a
dengan
m : massa yang ditunjukkan pada neraca pegas, kg
a : percepatan gravitasi,
maka dengan jarak lengan 0,2 m, massa 0,43 kg dan percepatan gravitasi 9,81 besarnya gaya pengimbang (F) :
T = r . m . a
T = (0,2 m) . (0,43 kg ) . (9,81 )
T = 0,843 N.m
34 4.2.3 Perhitungan Daya Kincir
Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan Persamaan 4 pada Sub Bab 2.2.3 yaitu :
dengan
Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt
T : torsi kincir angin, Nm
n : putaran poros kincir, rpm
Maka dengan nilai torsi 0,843 N.m dan putaran poros 311.4 rpm besar daya kincir adalah :
Pk = 0,843 .
Pk = 27,49 watt
35 4.2.4 Perhitungan tip speed ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 7 pada Sub Bab 2.2.6 yaitu :
dengan
r : jari-jari kincir, m
n : putaran poros, rpm
v : kecepatan angin, m/s
maka dengan jari-jari kincir 0,225 m, putaran poros 311,4 rpm dan kecepatan angin 15.17 m/s besarnya tip speed ratio adalah :
Tsr
=
Tsr =
Tsr = 0,48
36 4.2.5 Perhitungan koefisien daya (Cp)
Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat dicari dengan Persamaan 6 pada Sub Bab 2.2.5 yaitu :
dengan
Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt
Pa : daya yang dihasilkan angin, watt
maka dengan daya kincir 27,49 watt dan daya angin 546,6992 watt besarnya koefisien daya adalah :
Cp = 0,050
37 4.3 Data Hasil Perhitungan
Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan jumlah sudu dan mengatur variasi kecepatan angin maka didapatkan hasil perhitungan yang disusun dalam tabel 4.4 sampai dengan tabel 4.6
Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kincir 4 Sudu
No Torsi
Daya Angin Daya Kincir Koefisien Daya
38
Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Kincir 6 Sudu
No Torsi
Daya Angin Daya Kincir Koefisien Daya
39
Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Kincir 8 Sudu
No Torsi
Daya Angin Daya Kincir Koefisien Daya
40 4.4 Pembahasan
Dari data hasilpenelitian dan perhitungan yang dilakukan maka diperoleh grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir,daya kincir dengan torsi,dan koefisien daya kincir (Cp)dengan /tip speed ratio (Tsr) ditunjukkan pada gambar 4.1 sampai dengan 4.9.
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 4 Sudu
41
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Torsi Kincir 4 Sudu
Gambar 4.2 memperlihatkan bahwa setiap variasi yang dilakukan akan mempengaruhi daya kincir dan torsi kincir, Semakin besar kecepatan angin maka semakin besar torsi dan daya kincir yang didapat. Dari kecepatan angin 15,17 m/s maka didapat daya kincir sebesar 28,03 watt dan torsi sebesar 0,86 N.m.
42
Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa setiap variasi yang dilakukan akan mempengaruhi koefisien daya dan tip speed ratio kincir,koefisien daya yang didapat 0,06 atau 6 % pada tsr 0,31.
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 6 Sudu
43
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Daya Kincir 6 Sudu
Gambar 4.5 memperlihatkan bahwa setiap variasi yang dilakukan akan mempengaruhi daya kincir dan torsi kincir,semakin besar kecepatan angin maka semakin besar torsi dan daya kincir yang didapat.dari kecepatan angin 15,11 m/s maka didapat daya kincir sebesar 23.03 watt dan torsi sebesar 0,76 N.m.
44
Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa setiap variasi yang dilakukan akan mempengaruhi koefisien daya dan tip speed ratio kincir,koefisien daya yang didapat 0,054 atau 5.4 % pada tsr 0,35.
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 8 Sudu
45
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Daya Kincir 8 Sudu
Gambar 4.8 memperlihatkan bahwa setiap variasi yang dilakukan akan mempengaruhi daya kincir dan torsi kincir,semakin besar kecepatan angin maka semakin besar torsi dan daya kincir yang didapat.dari kecepatan angin 15,49 m/s maka didapat daya kincir sebesar 29.93 watt dan torsi sebesar 0,94 N.m.
46
Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa setiap variasi yang dilakukan akan mempengaruhi koefisien daya dan tip speed ratio kincir,koefisien daya yang didapat 0,06 atau 6 % pada tsr 0,38.
Gambar 4.10. Grafik Perbandingan Antara Torsi Dan Putaran Dari Ketiga Variasi Jumlah Sudu.
Dari gambar 4.10 torsi yang tertinggi dimiliki kincir angin angin dengan variasi jumlah sudu 4 buah,namun memilki putaran yang rendah karena torsi dan putaran nilainya berbanding terbalik.
47
48 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1KESIMPULAN
Pengujian model kincir angin WePower termodifikasi dengan variasi jumlah sudu 4,6 dan 8 buah dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros vertikal dengan model WePower termodifikasi dengan diameter 0,45 m dan tinggi 0,6 m dengan jumlah sudu 4,6,dan 8 buah.
2. Kincir angin dengan 4 sudu memiliki putaran kincir sebesar 311,4 rpm sehingga didapatkan torsi 0,86 N.m,daya kincir sebesar 28,03 watt, koefisien daya 0,061 atau 6,1 % dan tsr 0,31.Kincir angin dengan 6 sudu memiliki putaran kincir sebesar 289,6 rpm sehingga didapatkan torsi 0,76 N.m,daya kincir sebesar 23,03 watt, koefisien daya 0,054 atau 5.4 % dan tsr 0,35.Kincir angin dengan 8 sudu memiliki putaran kincir sebesar 304,3 rpm sehingga didapatkan torsi 0,94 N.m,daya kincir sebesar 29,93 watt, koefisien daya 0,06 atau 6 % dan tsr 0,38.
3. Dapat disimpulkan torsi terbesar di dapatkan dengan variasi 4 sudu namun putarannya rendah karena torsi dan putaran nilainya berbanding terbalik.
49 5.2SARAN
setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya:
1. Untuk penelitian selanjutnya dapat menggunakan bahan yang lebih ringan dari pada pipa PVC sebagai sudu.
2. Pemasangan sudu harus diperhatikan kepresisiannya agar memperolrh data yang maksimal.
50
DAFTAR PUSTAKA
Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. BALAI PPTAGG-UPT-LAGG. Diakses : Tanggal 5 Agustus 2013.
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2013.
Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2013.
Robert Harrison dkk 2000.large wind turbin design and economic.New York : jhon wiley & sons,ltd.
51
LAMPIRAN
52
53
54
