Unjuk kerja kincir angin propeler berbahan komposit, diameter 110 cm, lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros

112  Download (0)

Teks penuh

(1)PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER BERBAHAN KOMPOSIT, DIAMETER 110 CM, LEBAR MAKSIMUM 11 CM PADA POSISI 25 CM DARI PUSAT POROS. SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagai persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin. Disusun Oleh:. CHRISSOSTOMOS MISSURDIYANTO NIM : 145214005. PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2018. i.

(2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. THE PERFORMANCE OF PROPELLER COMPOSITE WIND TURBINE, DIAMETER 110 CM , MAKSIMUM BLADE 11 CM AT POSITION 25 CM FROM THE MAIN SHAFT. FINAL PROJECT Presented as partitial fullfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering. By:. CHRISSOSTOMOS MISSURDIYANTO Student Number : 145214005. MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2018. ii.

(3) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

(4) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

(5) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

(6) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

(7) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. ABSTRAK Kebutuhan energi listrik di indonesia dari tahun ke tahu mengalami peningkatan hal ini di pengaruhi oleh beberapa faktor antara lain bertambahnya jumlah penduduk dan pertumbuhan ekonomi. Saat ini energi listrik masih banyak menggunakan bahan bakar fosil yang menipis dan tidak dapat diperbaharui. Atas dasar kondisi tersebut, perlu adanya pemanfaatan energi alternatif yang tidak terbatas misalnya energi angin. Energi angin dapat dikonversi menjadi energi listrik yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat. Tujuan dari penelitian ini yaitu: Merancang dan membuat desain sudu kincir angin propeler bahan komposit pipa delapan inch, mengetahui unjuk kerja kincir angin propeler dengan variasi sudu dan kecepatan angin, mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (tsr) dari kincir angin propeler berbahan komposit pipa delapan inch. Kincir angin yang dibuat adalah kincir angin propeler berbahan komposit pipa delapan inch lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros. Terdapat variasi jumlah sudu dan dua variasi kecepatan angin. Variasi jumlah sudu yang diguanakan yaitu empat sudu, tiga sudu dan dua sudu. Variasi kecepatan angin dengan kecepatan 5 m/s dan 7 m/s yang bersumber dari fan blower yang ada di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Besarnya pembebanan diatur menggunakan potensio. Nilai putaran poros putaran kincir di ukur menggunakan tachometer, torsi dengan mekanisme timbangan digital yang dipasang pada lengan torsi, kecepatan angin menggunakan anemometer, arus dan tegangan menggunakan multimeter yang terhubung dengan rangkaian generator. Dari hasil penelitian dihasilkan koefisien daya (Cp) tertinggi pada kecepatan angin 5 m/s adalah 27,71 %, dengan nilai tsr yang dihasilkan 3,23 menggunakan 4 sudu. Koefisien daya (Cp) tertinggi pada kecepatan 7 m/s adalah 17,04 % dengan nilai tsr yang dihasilkan 3,04 menggunakan 4 sudu. Daya mekanis terbesar yang dihasilkan pada kecepatan 5 m/s adalah 19,43 watt, dengan nilai torsi yang dihasilkan sebesar 0,66 N.m menggunakan 4 sudu. Daya mekanis terbesar yang dihasilkan pada kecepatan 7 m/s adalah 32,75 watt, dengan torsi yang dihasilkan sebesar 0,85 N.m menggunakan 4 sudu.. Kata kunci : kincir angin, koefisien daya, tip speed ratio. vii.

(8) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. ABSTRACT Electricty demands in Indonesia from year after year has increased this factor influenced by several factors such as increasing population and economic growth. Currently electricala energy is still a lot of fossil fuels that thined and can not be renewed. On the basis of these conditions, the need for the use of alternative alternative energy can be converted into electrical energy that can be ultized by comunity. The purpose of this research is : Desaign and make design windmill propeller of eight inch pipe composite material, know the performance of windmill propeller with variation of blade and wind speed, know valve of Coefficient Performance (Cp) and tip speed ratio (tsr) from windmill propelers made of eight inch pipe composites. Windmill made is a propeller windmill made from composite pipe eight inch maximum width 11 cm at position 25 cm from center of shaft. There are variations in the number of blades and two variations on wind speed regulation. Variation on the number of blades on four, three and two blades. The first wind speeds variation with a speed on 5 m/s and the second velocity variation on 7 m/s sourced from the fan blower in the Energy Conversion Laboratory of Sanata Dharma University. The amount of loading is regulated using potensio. The rotation of the spindle shaft is measured using a tachometer, a torque with a digital weighing mechanism mounted on the torque arm, wind speeds using an anemometer, current and voltage using a multimeter connected to the generator circuit. The results of the research produced the highest coefficient on windmill with variation on speed 5 m/s equals to 27,71% at torque equals to 0,66 Nm, power output equal to 19,43 watt and tip speed ratio values 3,32 which happened to variation on 4 blades. While the highest coefficient value of windmill when the speed on 7 m/s of 17.04% at a torque of 0.85 N.m, output power of 32.75 and the value of tip speed ratio of 3.04 which occurs in the variation of 4 blades. the highest power coefficient and highest speed ratio are produced when windmill variation 4 blades with wind speed 5 m /s. From result of research yielded the highest power coefficient (Cp) at wind 5 m/s is 27,71% at tsr value yield about 3,23 using four blade. The highest power coefficient (Cp) at a speed on 7 m/s is 17.04% in tsr yielded to 3.04 using four blades. The largest mechanical power generated at a speed of 5 m/s is 19.43 watts, with torque generated at 0.66 N.m using four blades. The largest mechanical power generated at a speed of 7 m/s is 32.75 watts, with torque generated at 0.85 N.m using four blades. Keyword : windmill,coeffisient performance, tip speed ratio viii.

(9) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi. Skripsi ini berjudul “UNJUK KERJA. KINCIR. ANGIN. PROPELER. BERBAHAN. KOMPOSIT,. DIAMETER 110 CM, LEBAR MAKSIMUM 11 CM PADA POSISI 25 CM DARI PUSAT POROS “. Penulisan skripsi ini merupakan syarat wajib mendapatkan gelar S1 di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak lepas dari bimbingan, batuan, dukungan dan kerjasama dari semua pihak. Maka dengan kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih. Khususnya pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.. Sudi Mungkasi, S.SI., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.. 2.. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.. 3.. Doddy Purwadianto,S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan sebagai Kepala Laboratorium Konversi Energi.. 4.. Stefan Mardikus M.T. selaku dosen Pembimbing akademik.. 5.. Semua Dosen prodi Teknik Mesin yang telah memeberikan ilmu selama proses perkulihan kepada penulis. 6.. Yulius Miswadi dan Theresia Suryani, selaku orang tua yang telah memberi doa, dukungan baik moril maupun material, serta semanagat kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi dan studi ini.. 7.. Y.Ridwan Dedy Putranto dan A.Sandy Pratama Putra selaku teman satu tim pembuatan alat penelitian. 8.. Christian Indra Jaya. P, Agung Tri Atmaja, Aditya Adi Pamungkas selaku teman yang selalu memotivasi penulis untuk menyelesaikan skripsi.. ix.

(10) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 9.. Rekan – rekan mahasiswa Prodi Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang memberikan dukungan dan bantuan dalam wujud apapun selama penulis menyelesaiakn skripsi ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesain dan penyusunan skripsi ini. masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki. Untuk itu, penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih Yoyakarta, 24 Mei 2018. Penulis. x.

(11) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i TITLE PAGE .......................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................v HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ........................................................ vi ABSTRAK ........................................................................................................... vii ABSTRACT ........................................................................................................... viii KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvi DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xvii DAFTAR SIMBOL ...............................................................................................xx DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xxi. BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1 Latar Belakang................................................................................................1 1.2 Perumasan Masalah .......................................................................................2 1.3 Tujuan Penelitian ...........................................................................................3 1.4 Batasan Masalah ............................................................................................4 1.5 Manfaat Penelitian .........................................................................................4. BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ........................................5 2.1 Energi Angin .................................................................................................5. xi.

(12) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 2.1.1 Kondisi Angin ..........................................................................................6 2.1.2 Klasifikasi Turbin Angin ........................................................................7 2.1.3 Jenis – jenis Kincir Angin .......................................................................8 2.1.4 Kincir Angin Sumbu Horizontal .............................................................8 2.1.4.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal .......................................................10 2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin .........................................................12 2.1.6 Pengukuran Angin ................................................................................12 2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio .......................13 2.2 Rumus Perhitungan .....................................................................................14 2.2.1 Energi dan Daya Angin .........................................................................14 2.2.2 Torsi dan Kincir Angin .........................................................................15 2.2.3 Daya Kincir Angin ................................................................................15 2.2.4 Tip Speed Ratio (tsr) ..............................................................................16 2.2.5 Koefisien Daya (Cp) ..............................................................................17 2.3 Komposit .....................................................................................................18 2.3.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat ........................................................18 2.3.2 Tipe Komposit Serat ..............................................................................19 2.3.2 Tipe Komposit Serat ..............................................................................19 2.3.3 Faktor Kekuatan Komposit ....................................................................19 2.4 Serat .............................................................................................................23 2.4.1 Serat Alami ...........................................................................................24 2.4.2 Serat Buatan ..........................................................................................24 2.4.3 Serat Fibrglass........................................................................................25 2.5 Matrik ..........................................................................................................27 2.5.1 Resin .....................................................................................................27 2.5.2 Resin Termoset ......................................................................................29 2.5.3 Resin Fenol ............................................................................................29 2.5.4 Resin urea-formaldehid (Resin Urea) .........................................................30. xii.

(13) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 2.5.5 Resin Melamin ........................................................................................31 2.5.6 Resin Epoksi ...........................................................................................33 2.5.7 Resin Poliuretan ......................................................................................34 2.5.8 Resin Poliester Tak Jenuh .........................................................................34 2.6 Katalis ..........................................................................................................35 2.7 Tinjauan Pustaka .........................................................................................35. BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................38 3.1 Diagram Alir ..............................................................................................38 3.2 Alat dan Bahan ..........................................................................................39 3.2.1 Bahan ..................................................................................................44 3.3 Desain Kincir .............................................................................................45 3.3.1 Proses Pembuatan Kincir ....................................................................45 3.4 Variabel Penelitian ....................................................................................48 3.5 Variabel yang di Ukur ...............................................................................48 3.6 Parameter yang di Hitung ..........................................................................48 3.7 Langkah Pengambilan Data .......................................................................48 3.8 Pengolahan Data ........................................................................................50. BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ..............................................51 4.1 Data Hasil Penelitian .................................................................................51 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan .............................................................54 4.3 Data Hasil Perhitungan ..............................................................................56 4.4 Grafik Hasil Perhitungan ...........................................................................63 4.4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 7 m/s ............63 xiii.

(14) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 4.4.2 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 5 m/s ............64 4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 7 m/s ............65 4.4.4 Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dan Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 5 m/s ............66 4.4.5 Grafik Hubungan Antara Daya Listik dan Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 7 m/s ............67 4.4.6 Grafik Hubungan Antara Daya Listrik dan Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 7 m/s ............68 4.4.7 Grafik Hubungan Antara Daya Listrik dan Daya mekanis terhadap Torsi Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 5 m/s dan 7 m/s ....................................................................69 4.4.8 Grafik Hubungan Antara Cp Mekanis dan tsr Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 7 m/s ............70 4.4.9 Grafik Hubungan Antara Cp Mekanis dan tsr Kincir Angin bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 5 m/s .............71 4.4.10 Grafik Hubungan Antara Cp Mekanis dan tsr Kincir Angin. xiv.

(15) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. bersudu 4,3 dan 2 dengan Kecepatan Angin 7m/s dan 5 m/s .........72. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................74 5.1 Kesimpulan ................................................................................................74 5.2 Saran ..........................................................................................................75 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................76 LAMPIRAN ..........................................................................................................78. xv.

(16) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR TABEL. Tabel 2.1. Tingkat kecepatan angin ........................................................... 6. Tabel 2.2. Kekuatan Serat ........................................................................ 23. Tabel 2.3. Mechanical properties for reinforcement composite .............. 26. Tabel 2.4. Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer ...................... 28. Tabel 4.1. Data hasil percobaan kincir 4 sudu dengan kecepatan 7 m/s .... 51. Tabel 4.2. Data hasil percobaan kincir 4 sudu dengan kecepatan 5 m/s .... 52. Tabel 4.3. Data hasil percobaan kincir 3 sudu dengan kecepatan 7 m/s .... 52. Tabel 4.4. Data hasil percobaan kincir 3 sudu dengan kecepatan 5 m/s .... 53. Tabel 4.5. Data hasil percobaan kincir 2 sudu dengan kecepatan 7 m/s .... 53. Tabel 4.6. Data hasil percobaan kincir 2 sudu dengan kecepatan 5 m/s .... 54. Tabel 4.7 Data hasil perhitungan pengujian kincir angin emapat sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 7 m/s................................. 57. Tabel 4.8 Data hasil perhitungan pengujian kincir angin emapat sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 5 m/s................................. xvi. 58.

(17) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. Tabel 4.9 Data hasil perhitungan pengujian kincir angin tiga sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 5 m/s................................................... 59. Tabel 4.10 Data hasil perhitungan pengujian kincir angin tiga sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 5 m/s................................................... 60. Tabel 4.11 Data hasil perhitungan pengujian kincir angin dua sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 7 m/s................................................... 61. Tabel 4.12 Data hasil perhitungan pengujian kincir angin dua sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 5 m/s................................................... xvii. 62.

(18) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Kincir Angin Sumbu Horizontal ......................................... 9. Gambar 2.2. Kincir Angin Jenis Savonius ............................................... 11. Gambar 2.3. Kincir Angin Jenis Darrieus ................................................ 12. Gambar 2.4. Anemometer Digital ............................................................ 13. Gambar 2.5. Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir ...................... 13. Gambar 2.6. Diagram Cp dan tsr ............................................................. 15. Gambar 2.7. Klasifikasi Bahan Komposit ............................................... 19. Gambar 2.8. Tipe discontinous fibre ........................................................ 20. Gambar 2.9. Tipe Komposit Serat............................................................. 21. Gambar 2.10. Jenis – jenis Serat Alami .................................................... 24. Gambar 2.11. Jenis – jenis Serat Buatan ................................................... 25. Gambar 2.12. Ragam Bentukan Fiberglass .............................................. 26. Gambar 2.13. Reaksi Resin Fenol ............................................................. 30. Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ..................................................... 38. Gambar 3.2. Sudu Kincir Angin .............................................................. 39. Gambar 3.3. Dudukan Kincir Angin ........................................................ 40. xviii.

(19) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. Gambar 3.4. Fan Blower .......................................................................... 40. Gambar 3.5. Tachometer .......................................................................... 41. Gambar 3.6. Anemometer ........................................................................ 41. Gambar 3.7. Timbangan Digital .............................................................. 42. Gambar 3.8. Voltmeter ............................................................................. 42. Gambar 3.9. Ampermeter......................................................................... 42. Gambar 3.10 Potensio ............................................................................... 43. Gambar 3.11. Lampu Pijar ......................................................................... 43. Gambar 3.12 Skema Pembebanan ............................................................ 44. Gambar 3.13 Desain Cetakan Kincir ........................................................ 45. Gambar 3.14 Pembuatan Cetakan ............................................................. 46. Gambar 3.15 Pembuatan Sudu Kincir ....................................................... 46. Gambar 3.16 Finishing sudu ..................................................................... 47. Gambar 3.17 Model Kincir Angin ............................................................ 47. Gambar 3.18 Sistematika Pengambilan Data ............................................ 48. xix.

(20) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR SIMBOL. 𝜌. Massa jenis (kg/m3). Ek. Energi Kinetik (J). m. Massa (kg). ṁ. Laju aliran massa udara (kg/s). r. Jari-jari kincir (m). A. Luas penampang (m2). v. Kecepatan angin (m/s). vt. Kecepatan ujung sudu (m/s). V. Tegangan (Volt). πœ”. Kecepatan sudut (rad/s). n. Kecepatan poros (rpm). F. Gaya (N). T. Torsi (N.m). Pin. Daya angin (Watt). Plistrik. Daya listrik (Watt). Pmekanis. Daya kincir (Watt). tsr. Tip Speed Ratio. Cp. Koefisien daya (%). xx.

(21) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR LAMPIRAN. Lampiran 1.. Grafik Hubungan anatara Putaran Poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 7 m/s ................ Lampiran 2.. Grafik Hubungan anatara Putaran Poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 7 m/s ................. Lampiran 3.. 80. Grafik Hubungan anatara Daya Mekanis dan torsi kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... Lampiran 9.. 79. Grafik Hubungan anatara Daya Mekanis dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 7 m/s ................. Lampiran 8.. 79. Grafik Hubungan anatara Putaran Poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 2 dengan kecepatan angin 5 m/s ................. Lampiran 7.. 78. Grafik Hubungan anatara Putaran Poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 5 m/s ................. Lampiran 6.. 78. Grafik Hubungan anatara Putaran Poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 5 m/s ................. Lampiran 5.. 77. Grafik Hubungan anatara Putaran Poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 7 m/s ................. Lampiran 4.. 77. 80. Grafik Hubungan anatara Daya Mekanis dan torsi kincir angin. xxi.

(22) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. bersudu 2 dengan kecepatan angin 7 m/s .......................... Lampiran 10.. Grafik Hubungan anatara Daya Mekanis dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... Lampiran 11.. 83. Grafik Hubungan anatara Daya Listik dan torsi kincir angin bersudu 2 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... Lampiran 16.. 83. Grafik Hubungan anatara Daya Listik dan torsi kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... Lampiran 15.. 82. Grafik Hubungan anatara Daya Listik dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... Lampiran 14.. 82. Grafik Hubungan anatara Daya Mekanis dan torsi kincir angin bersudu 2 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... Lampiran 13.. 81. Grafik Hubungan anatara Daya Mekanis dan torsi kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... Lampiran 12.. 81. 84. Grafik Hubungan anatara Daya Listik dan torsi kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... 84. Lampiran 17. Grafik Hubungan anatara Daya Listik dan torsi kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 5 m/s .......................... Lampiran 18. Grafik Hubungan anatara Daya Listik dan torsi kincir angin. xxii. 85.

(23) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. bersudu 2 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... 86. Lampiran 19. Grafik Hubungan anatara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... 86. Lampiran 20. Grafik Hubungan anatara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... 86. Lampiran 21. Grafik Hubungan anatara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 2 dengan kecepatan angin 7 m/s ........................... 87. Lampiran 22. Grafik Hubungan anatara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 4 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... 87. Lampiran 23. Grafik Hubungan anatara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 3 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... 88. Lampiran 24. Grafik Hubungan anatara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 2 dengan kecepatan angin 5 m/s ........................... xxiii. 88.

(24) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB I PENDAHULUAN. 1.1.. Latar Belakang Masalah Energi sudah menjadi kebutuhan sehari-hari bagi manusia pada zaman. modern ini. Semakin tinggi taraf kehidupan manusia, maka kebutuhan energi akan meningkat. Perkembangan alat elektronika yang begitu pesat pun menuntut adanya peningkatan suplai energi listrik yang berkesinambungan. Berbagai jenis pembangkit listrik telah dibangun untuk memenuhi kebutuhan masyarakat, namun sejauh ini listrik hanya dapat dinikmati di daerah yang mudah diakses jaringan listrik Perusahaan Listrik Negara (PLN). Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai garis pantai yang membentang dari Sabang sampai Merauke. Salah satu keuntungan yang dapat dimanfaatkan adalah potensi angin yang besar yang nantinya dapat di manfaatkan menjadi sumber energi baru terbarukan. Dalam proses penegembanganya kincir angin adalah salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengkonversi energi angin menjadi energi listrik. Sudah banyak riset dan temuan untuk perkebangan model dan bentuk kincir. Kincir yang di buat adalah salah satu bukti akan terlaksanakanya kincir sebagai alat alternatif energi baru terbarukan. Tingkat kesadaran masyarakat akan green energy dirasa masih kurang. Disaat negara-negara maju seperti di Eropa dan Amerika sudah jauh-jauh hari menyadari akan pentingnya menjaga kelestarian lingkungan, di Indonesia masih tetap acuh akan hal tersebut. Masyarakat Indonesia tinggal di daerah tropis dimana tumbuh -. 1.

(25) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 2. tumbuhan dan pohon dapat tumbuh dengan rindangnya. Daun- daun hijaunya dapat menyerap karbon yang dihasilkan emisi bahan bakar fosil, berbeda dengan masyarakat Eropa dan Amerika yang tinggal di daerah dengan 4 musim. Hal itulah yang menyebabkan masyarakat Indonesia masih cenderung acuh tak acuh akan pentingnya menjaga bumi ini dari pemanasan global. Pembangkit listrik pada umumnya menggunakan bahan bakar minyak sebagai sumber energi, walaupun beberapa pembangkit listrik telah menggunakan tenaga air, panas bumi dan gas. Untuk membangun suatu pembangkit listrik dibutuhkan investasi yang cukup besar. Isu pemanasan global juga menuntut adanya pengolahan energi yang dihasilkan oleh alam sehingga pembangkit listrik tidak lagi bergantung pada minyak sebagai bahan bakar utama.. 1.2.. Identifikasi Masalah Penulis mencoba untuk mengetahui dan menganalisis efesiensi unjuk kerja. kincir angin dengan daimeter 110 cm dan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros, rancangan kincir dan sebagai sarana pembanding bagi pengembang energi terbarukan khususnya kincir angin.. 1.3.. Perumusan Masalah Rumusan masalah yang diambil dari latar belakang di atas maka didapat. beberapa rumusan masalah yaitu: a). Bagaimana cara membuat kincir angin berbahan komposit yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik dengan efisiensi yang cukup tinggi..

(26) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 3. b). Bagaimana pemaksimalkan pemanfaataan energi angin?. 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah sebagai berikut: a). Membuat kincir angin poros horizontal empat, tiga dan dua sudu, berbahan komposit dengan diameter 110 cm, lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros.. b) Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal. c). 1.5.. Mengetahui koefisien daya tertinggi kincir angin poros horizontal.. Batasan Masalah Batasan-batasan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a). Kincir angina dibuat menggunakan bahan komposit.. b) Kincir angin menggunakan desain bilah dari penampang silindris berdiameter 8 inch dengan lebar sudu maksimal 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros. c). Diameter kincir yang dirancang hanya skala laboratorium yaitu berdiameter 110 cm.. d) Dilakukan 2 variasi kecepatan angin yaitu pada kecepatan angin 5 m/s dan 7 m/s. e). Mekanisme pembebanan pada sistem kincir angin pada penelitian ini yaitu menggunakan beban lampu pijar..

(27) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 4. f). Kincir angin menggunakan sudu berjumlah empat, tiga dan dua sudu.. g). Alat- alat yang digunakan adalah anemometer, tachometer, multimeter dan timbangan digital.. h) Penelitian dilaksanakan di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma.. 1.6.. Manfaat Penelitian Kegunaan yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: a). Menghasilkan kincir angin yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik.. b) Memberikan informasi bagi masyarakat mengenai unjuk kerja kincir angin dengan desain bilah dari penampang silindris berdiameter 8 inch. c). Menambah pengembangan tentang kincir angin dengan variasi jumlah sudu dengan lebar 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros.. d) Turut peran serta dalam pengembangan teknologi energi baru terbarukan demi masa depan yang lebih baik..

(28) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB II DASAR TEORI 2.1. Energi Angin Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat. tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Menurut mediumnya dikenal banyak jenis energi. Diantaranya, energi gelombang, energi arus laut,energi kosmos, energi yang terkandung pada senyawa atom, dan energi-energi lain yang bila dimanfaatkan akan berguna bagi kebutuhan manusia. Salah satu dari energi tersebut adalah energi angin yang jumlahnya tak terbatas dan banyak digunakan untuk meringankan kerja manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu menggerakkan perahu layar, kincir angin, dan bisa dimanfaatkan menjadi pembangkit listrik yaitu berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di lapisan atmosfer bumi yang banyak mengandung partikel udara dan gas. Lapisan troposfer merupakan lapisan atmosfer terendah bumi dan dilapisan ini semua peristiwa cuaca termasuk angin terjadi. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.. 5.

(29) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 6. 2.1.1 Kondisi Angin Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah, dimana klasifikasi angin pada kelompok 3 adalah batas minimum dan angin pada kelompok 8 adalah batas maksimum dari energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin. (Sumber: http://www.alpensteel.com/article/116-103-energi-angin).

(30) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 7. 2.1.2 Klasifikasi Turbin Angin Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak digunakan di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan windmill. Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. walaupun sampai saat ini penggunaan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (Co: PLTD,PLTU, dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Co: batubara dan minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik. Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibelakang bagian turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan..

(31) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 8. 2.1.3 Jenis – Jenis Kincir Angin Pada umumnya, kincir angin dikategorikan dalam dua jenis, yakni : 1.. Kincir angin sumbu horizontal.. 2.. Kincir angin sumbu vertikal.. 2.1.4 Kincir Angin Sumbu Horizontal Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Kincir berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling – baling angin yang sederhana, sedangkan kincir berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digabungkankan. ke. sebuah servo. motor.. Sebagian. besar. memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, kincir biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah – bilah kincir dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar HAWT merupakan mesin upwind. Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind dibuat agar tidak memerlukan mekanisme tambahan supaya bilah – bilah kincir tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah – bilah itu. Bentuk dari kincir angin.

(32) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 9. sumbu horizontal ini dapat dilihat pada pada Gambar 2.1. kincir angin sumbu horizontal.. Kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal atau HWAT, yakni dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang hembusannya lebih kuat 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%.. Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal (Sumber: http://benergi.com/jenis-turbin-angin) Selain memiliki kelebihan, adapun juga kelemahan yang dimilik oleh kincir angin sumbu horizontal atau HAWT. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya.

(33) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 10. transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan kincir angin. Kelebihan dan kelemahan dari desain kincir angin sumbu horizontal adalah sebagai berikut : Kelebihan :. a). Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi. b). Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar. c). Tingkat keamanan lebih baik karena sudu berada di atas menara. Kelemahan :. a). Dibutuhkan konstruksi menara yang besar untuk menyangga bilah – bilah yang berat, transmisi roda gigi, dan generator.. b). HAWT yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat tinggi dan membutuhkan operator yang profesional. c). HAWT. membutuhkan. mekanisme. kontrol. yaw. tambahan. untuk. membelokkan kincir ke arah angin.. 2.1.4.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal Ada beberapa tipe kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT): 1.. Tipe Savonius Kincir angin tipe Savonius ini diciptakan oleh seorang insinyur Finlandia SJ. Savonius pada tahun 1929, dan diaplikasikan pada tahun 1931. Kincir VAWT ini merupakan jenis yang paling sederhana dan menjadi versi besar dari anemometer. Kincir Savonius dapat berputar karena adanya gaya dorong dari angin, sehingga.

(34) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 11. putaran rotorpun tidak akan melebihi kecepatan angin. Koefisien daya untuk jenis Savonius biasanya tidak lebih dari 25%. Jenuis kincir ini cocok untuk aplikasi daya yang rendah.Kincir angin jenis Savonius dapat dilihat pada Gambar 2.2. Gambar 2.2 Kincir angin jenis Savonius (Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Savonius_wind_turbine). 2.. Tipe Darriues Kincir angin tipe Darrieus ditemukan oleh seorang insinyur Perancis George. Jeaans Maria Darrieus yang dipatenkan pada tahun 1931. Ia memiliki 2 bentuk turbin yang digunakan diantaranya adalah “Eggbeater/Curved Bladed” dan “Straight-bladed” VAWT. Kincir angin Darrieus mempunyai sudu yang disusun dalam posisi simetri dengan poros. Pengaturan ini cukup efektif untuk menangkap berbagai arah angin. Berbeda dengan Savonius, kincir angin Darrieus bergerak dengan memanfaatkan gaya angkat yang terjadi ketika angin bertiup. Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar mengelilingi sumbu. Kincir angin jenis Savonius dapat dilihat pada Gambar 2.3..

(35) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 12. Gamabar 2.3 Kincir angin jenis darriues (Sumber: https://energy230.wordpress.com/types-of-wind-turbines). 2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak, besarnya energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa jenis angin atau udara yang bergerak tersebut.. 2.1.6 Pengukuran Angin Parameter yang diukur pada proses konversi energi angin pada umumnya adalah kecepatan dan arahnya, kecepatan angin diukur dengan menggunakan alat anemometer. Anemometer mempunyai banyak jenis dan salah satunya adalah anemometer digital. Anemometer digital merupakan alat yang terdiri atas tombol-tombol dan layar tampilan (display). Anemometer digital memiliki tiga skala pengukuran yaitu.

(36) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 13. meter/sekon, km/jam, dan knots. Pada anemometer digital pengukuran dapat dilakukan berulang-ulang dan data akan otomatis tersimpan dalam memori.. Gambar 2.4 Anemometer digital (Sumber: http://www.digitalinstrumentsindia.com/digital-anemometer.html). 2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio Berikut ini grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio dari berbagai jenis kincir dapat di lihat pada grafik batas Betz (betz limit diperkenalkan oleh ilmuan Jerman, Albert Betz) berikut ini :. Gambar 2.5 Grafik hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir (Sumber: https://scientistmohamed.wordpress.com/category/renewable-energy).

(37) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 14. 2.2. Rumus Perhitungan Rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan kincir angin dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :. 2.2.1 Energi dan Daya Angin Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetic yang dirumuskan berikut ini : 1. πΈπ‘˜ = 2 π‘š . 𝑣 2. (1). dengan πΈπ‘˜ adalah energi kinetic (joule), π‘š adalah massa (𝐾𝑔) , dan 𝑣 adalah kecepatan angin (π‘š/𝑠) Dari persamaan (1) , dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi : 1. π‘ƒπ‘Ž = 2 ṁ . 𝑣 2. (2). dengan π‘ƒπ‘Ž adalah daya yang dihasilkan angin ( J/s = watt) , ṁ adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s) , dan 𝑣 adalah kecepatan angin (m/s). Dengan :. ṁ = 𝜌 . 𝐴. 𝑣. (3). dimana 𝜌 adalah massa jenis udara (1.18 kg/π‘š3 ) , 𝐴 adalah luas frontal kincir (π‘š2 ).Dengan substitusi, persamaan (2) dan persamaan (3), daya angin ( π‘ƒπ‘Ž ) dapat dirumuskan menjadi : 1. π‘ƒπ‘Ž = 2 (𝜌. 𝐴. 𝑣). 𝑣 2.

(38) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 15. Yang dapat disederhanakan menjadi : 1. π‘ƒπ‘Ž = 2 𝜌. 𝐴. 𝑣 3. (4). 2.2.2 Torsi dan Kincir Angin Torsi adalah sebuah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan olah gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar. Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Yanus A. Cengel, 2006) : 𝑇 = 𝐹 .π‘Ÿ. (5). dengan 𝑇 adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm) ,𝐹 adalah gaya pengimbang atau gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan π‘Ÿ adalah jarak lengan torsi ke poros (m).. 2.2.3 Daya Kincir Angin Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitan yang dilakukan oleh seorang ilmuan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % angka ini disebut Betz Limit. Gambar 2.6 menunjukan karakteristik dari beberapa tipe kincir :.

(39) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 16. Gambar 2.6 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ) (Sumber: https://scientistmohamed.wordpress.com/category/renewable-energy) Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin adalah : π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ = 𝑇. πœ”. (6). Dengan π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt) , 𝑇 adalah torsi dinamis (Nm), dan πœ” adalah kecepatan sudut (rad/s). Kecepatan sudut (πœ”) dapat didapat dari : π‘π‘’π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘Žπ‘› π‘šπ‘’π‘›π‘–π‘‘. πœ”=𝑛 =𝑛 =. 2πœ‹ 60. π‘›πœ‹ 30. rad/s rad / s. Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan persamaan : π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ = 𝑇. πœ”.

(40) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 17. π‘›πœ‹. π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ = 𝑇 30 watt. (7). dengan π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), 𝑛 adalah putaran poros (rpm).. 2.2.4 Tip Speed Ratio (tsr) Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya. Rumus kecepatan di ujung sudu (𝑉𝑑 ) adalah :. (𝑉𝑑 ) = πœ” . π‘Ÿ dengan 𝑉𝑑 adalah kecepatan ujung sudu, πœ” adalah kecepatan sudu (rad/s), dan π‘Ÿ adalah jari-jari kincir (m). Sehingga π‘‘π‘ π‘Ÿ dapat dirumuskan dengan : π‘‘π‘ π‘Ÿ =. 2πœ‹. π‘Ÿ. 𝑛 60. 𝑣. Yang dapat disederhanakan menjadi : π‘‘π‘ π‘Ÿ =. πœ‹.π‘Ÿ.𝑛 30.𝑣. (8). dengan π‘Ÿ adalah jari-jari kincir (m), 𝑛 adalah putaran poros (rpm) ,dan 𝑣 adalah kecepatan angin (m/s).. 2.2.5 Koefisien Daya (Cp) Koefisien daya atau power coefficience (𝐢𝑝 ) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ ) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (𝑃𝑖𝑛 ) . Sehingga dapat dirumuskan:.

(41) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 18. 𝐢𝑝 =. π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ 𝑃𝑖𝑛. π‘₯ 100%. (9). dengan π‘ƒπ‘œπ‘’π‘‘ adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), 𝑃𝑖𝑛 adalah daya yang dihasilkan angin (watt).. 2.3. Komposit Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai penguat (renforcement) dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.. 2.3.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat Klasifikasi komposit serat ( fiber - matrik composites ) dibedakan menjadi; a) Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik. b) Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik..

(42) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 19. c) Struktural composite adalah komposit yang penguatanya merupakan gabungan dari beberapa material Klasifikasi komposit ditunjukkan pada gambar dibawah ini ;. Gambar 2.7 Klasifikasi Bahan Komposit (Hadi, 2001) Bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu komposit partikel (particulate Composite ) dan komposit serat (fibre composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel yang diikat matrik. Komposit serat ada dua macam, yaitu serat panjang (continuos fibre) dan serat pendek (short fibre atau whisker). (Hadi, 2001). 2.3.2 Tipe Komposit Serat Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit,yaitu :. a) Continuous Fibre Composite Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan. b) Woven Fibre Composite (bi-directional).

(43) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 20. Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah. c) Discontinous Fibre Composite Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 : a). Aligned discontinous fibre. b). Off-axis aligned discontinous fibre. c). Randomly oriented discontinous fibre. a) aligned b) off-axis c) randomly Gambar 2.8 Tipe discontinous fibre (Gibson, 1994). d) Hybrid Fibre Composite Hybrid fibre composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya..

(44) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 21. a. Continous Fibre Composit. b. Woven Fibre Composite. c. Randomly Oriented Discontinous d. Fibre Hybrid Fibre Composite Gambar 2.9 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994). 2.3.3 Faktor Kekuatan Komposit Faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit : 1. Letak Serat a) One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat. b) Two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing arah orientasi serat. c) Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya..

(45) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 22. 2. Panjang Serat Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.. 3. Bentuk Serat Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.. 4. Faktor Matrik Matrik berfungsi mengikat serat. Polimer sering dipakai termoplastik dan termoset. a. Thermoplastik 1. Polyamide (PI), 2. Polysulfone (PS), 3. Poluetheretherketone (PEEK), 4. Polyethylene (PE) dll. b. Thermosetting 1. Epoksi 2. Polyester. 3. Resin Furan dll. 5. Katalis Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan.

(46) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 23. semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas. 2.4. Serat Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Saat ini terdapat berbagai macam jenis serat baik yang berasal dari alam maupun yang dibuat oleh manusia (man made), Contoh serat yang paling banyak dijumpai adalah serat pada kain. Manusia menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk membuat benang, kain atau kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis (serat buatan manusia). Tabel 2.2 Kekuatan Serat Sumber : http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanikabahan- komposit.html.. ..

(47) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 24. 2.4.1 Serat Alami Serat alam menurut Jumaeri, (1977:5), yaitu “serat yang langsung diperoleh di alam. Pada umumnya kain dari serat alam mempunyai sifat yang hampir sama yaitu kuat, padat, mudah kusut, dan tahan penyetrikaan”. Serat alam digolongkan lagi menjadi :. Gambar 2.10 Jenis –jenis serat alami Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam- macamSerat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.. 2.4.2 Serat Buatan Serat buatan menurut Jumaeri, (1979:35), yaitu “serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan gesekan”..

(48) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 25. Gambar 2.11 Jenis serat buatan Sumber:http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam- macamSerat-Sintetis.bmp. 2.4.3 Serat Fiberglass Fiberglass dibentuk dengan cara memilin kaca menjadi benang yang panjang. Jenis fiberglass yang paling umum yaitu E-glass yang terbuat dari calcium aluminosilicate glass. Material ini memiliki kekuatan tarik yang baik dan ekonomis. Jenis lain fiberglass yang umum digunakan yaitu S-glass yang terbuat dari calcium-free aluminosilicate glass. Serat jenis ini memiliki kekuatan Tarik 25 - 30% lebih tinggi dibanding jenis E-glass, akan tetapi tidak seekonomis jenis Eglass karena harganya >200% harga E-glass..

(49) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 26. Tabel 2.3 Mechanical properties for reinforcement composite (sumber : www.advtechconsultants.com). Fiberglass terkadang langsung digunakan untuk proses produksi, akan tetapi lebih umum dikombinasikan terlebih dahulu menjadi bentuk yang lain. Biasanya fiberglass dianyam atau dirajut menjadi helai kain, dibentuk menjadi lembaran yang kontinyu atau lembaran yang acak (kusut) atau dipersiapkan sebagai bentuk yang tercacah. Apabila diinginkan material dengan kekuatan tarik tinggi, maka jenis yang dipilih yaitu unidirectional atau jenis lembaran yang acak.. Gambar 2.12 Ragam bentukan fiberglass(National Research Council 1991).

(50) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 27. 2.5. Matrik Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam yaitu thermoplastik dan termoset.. 2.5.1 Resin Resin adalah senyawa polymer rantai karbon. Polymer berasal dari kata – poly (banyak) dan –mer (ikatan). Senyawa polymer rantai karbon dapat didefinisikan sebagai senyawa yang mempunyai banyak ikatan rantai karbon. Resin merupakan bahan pembuat Fiberglass yang berujud cairan kental seperti lem, berkelir hitam atau bening. Berfungsi untuk mengeraskan semua bahan yang akan dicampur. Resin biasanya digunakan sebagai bahan dasar dalam membuat kerajinan, gantungan, maupun action figure..

(51) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 28. Tabel 2.4 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer. Sumber: Ir. Tata Surdia MS. Met. E , Prof. Dr. Shiroku Saito, 2005, Pengetahuan Bahan Teknik, PT.Pradnya Paramita, Hal 184.. Resin Termoset Resin Fenol (Bakelin) : Tanpa pengisi Dengan bubuk kayu Dengan asbes Dengan serat gelas Resin melamin : Dengan pengisi Dengan selulosa Resin urea : Dengan selulosa Resin poliester : Dengan pengisi (coran kaku) Dengan serat gelas Dengan serat sintetik Resin Epoksi : Dengan pengisi (coran) Dengan serat gelas Resin Silikon : Dengan serat gelas Resin Termoplastik Stiren : G.P. Dikopolimerkan dengan akrilonitril Resin ABS Nilon : Nilon 6 Nilon 66 Polietilen : Masa jenis tinggi Masa jenis rendah Polietilen : Resin PVC : Kaku Dengan plastis Poliasetal : (Delrin) Polikarbonat : Politetrafluoroetilen : (Teflon) Baja Lunak Untuk kontruksi 0,1 - 0,2% C. Kekuatan Tarik (kgf/mm2). Perpanjangan (%). Modulus Elastisitas (kgf/mm2 x 102). Kekuatan Tekan (kgf/mm2). Kekuatan Lentur (kgf/mm2). 4,9 - 5,6 4,5 -7 3,8 - 5,2 3,6 - 7. 1,0 - 1,5 0,4 - 0,5 0,18 - 0,50 0,2. 5,2 - 7 5,6 - 12 7 - 21 23 - 1. 7 - 21 15,4 - 25,2 14 -24 12 -24. 8,4 - 10,5 5,9 - 8,4 5,6 - 9,8 7 - 42. 4,9 – 9,1. 0,6 – 1,0. 8,4 – 9,8. 17,5 – 30,1. 7 – 11,2. 4,2 – 9,1. 0,4 – 1,0. 7 – 10,5. 17,5 - 31. 7 -11,2. 4,2 – 9,1 17,5 – 2,1 3,1 – 4,2. <5 0,5 – 5,0 -. 2,1 – 4,2 5,6 – 14 -. 9,1 – 25 10,5 – 21 14 - 26. 5,9 – 16,1 7 - 28 7 – 8,4. 2,8 – 9,1 9,8 – 2,1. 3–6 4. 2,4 2,1. 10,5 – 17,5 21 - 26. 9,3 – 13,3 14 - 21. 2,8 – 3,5. -. -. 7 – 10,5. 7 – 9,8. 4,5 – 6,3. 1,0 – 2,5. 2,8 – 3,5. 8 – 11,2. 6,9 – 9,8. 6,6 – 8,4 1,6 – 6,3. 1,5 - 3,5 10 - 140. 2,8 – 3,9 0,7 – 2,8. 9,8 – 11,9 1,7 – 7,7. 9,8 – 13,3 2,5 – 9,4. 7,1 – 8,4 4,9 - 8,4. 25 - 320 25 - 200. 1,0 – 2,6 1,8 – 2,8. 4,6 – 8,5 5 – 9,1. 5,6 – 11,2 5,6 – 9,6. 2,1 – 3,8 0,7 – 1,4. 15 - 100 90 - 650. 0,4 – 1 0,14 – 0,24. 2,2 -. 0,7 -. 3,3 – 4,2. 200 - 700. 1,1 – 1,4. 4,2 – 5,6. 4,2 – 5,6. 3,5 – 6,3 0,7 – 1,4. 2 - 40 200 - 400. 2,4 – 4,2 -. 5,6 – 9,1 0,7 – 1,2. 7 – 11,2 -. 6,1 - 7. 15 – 40 ext. 75. 2,4 – 2,8. 12,6. 8,4 – 9,8. 5,6 – 6,6. 60 - 100. 22. 7,7. 7,7 – 9,1. 1,4 – 3,1. 200 - 400. 0,4. 1,19. 38. 30. 300. 38.

(52) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 29. 2.5.2 Resin Termoset Ada resin fenol, resin urea dan resin melamin yang dihasilkan dari kondensasi formalin pada pemanasan dan resin epoksi dihasilkan dari polimerisasi adisi pada pemanasan dengan adanya katalis amino. Dalam setiap hal resin yang dipanas awetkan mempunyai ikatan dengan struktur jaringan, sukar larut dalam pelarut dan tak dapat dilelehkan oleh panas. Bahan ini terutama digunakan untuk bahan-bahan teknik seperti komponen listrik dan mekanik, pelapis hiasan.. 2.5.3 Resin Fenol Fenol-fenol seperti, kresol, ksilenol, dsb, dikondensasikan denga formadehida untuk menghasilkan resin termoset. Seperti yang ditunjukkan pada Gb.2.16 bila suatu asam digunakan sebagai katalis pada reaksi fenol dan formaldehida, akan dihasilkan suatu novolak termoplastik yang larut dalam alkohol. dan. aseton.. Bahan. ini. direaksikan. dengan. pengeras,. heksametilentetramin, untuk membuat resin yang tak larut dan tak dapat dilelehkan. Ini disebut cara kering atau proses dua tahap. Dilain pihak dengan katalis basa dihasilkan suatu bahan seperti sirop yang disebut resol, yang tergolong resin yang tak larut dan tak dapat dilelehkan. Ini disebut cara basah atau proses satu tahap. 1). Pencetakan Dibawah ini diberikan contoh proses dua tahap. Novola dicampurkan. dengan heksametilentetramin 10-15%, terhadap 50 bagian campuran ini ditambah 50 bagian bubuk kayu, 0,5-1,2% bagian magnesia dan pelarut maupun zat.

(53) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 30. pewarna, dicampur dengan baik dan dirol panas pada 120-1300 C kemudian dihancurkan untuk membuat bubuk cetakan. Rol yang dipanaskan sebagian besar akan memberikan pengaruh pada sifat-sifat produknya. Dilain pihak, resol digunakan dalam bentuk larutan alkohol 30- 50% (pernis), sedangkan untuk barang cetakan, bubuk kayu secukupnya dijenuhkan dalam pernis (kira-kira 50%), dikeringkan dan dibubukkan untuk sebagai bahan mentah. Diperlukan waktu dan energi untuk pengeringan karena itu dalam banyak hal ini dilakukan menurut proses dua tahap.. Gambar 2.13 Reaksi Resin Fenol. Sumber: Ir. Tata Surdia MS. Met. E , Prof. Dr. Shiroku Saito, 2005, Pengetahuan Bahan Teknik, PT.Pradnya Paramita, Hal 253.. 2.5.4 Resin urea-formaldehid (Resin Urea) Ini adalah resin termoset yang didapat lewat reaksi urea dan formalin, dimana urea dan formaldehid (37% formalin) bereaksi dalam alkalin netral dan lunak. Untuk resin cetakan, ditambah 97-160 g formalin 37% (1,2-2,0 mol sebagai formaldehid pada 60 g (1 mol) urea, dan pH diatur sampai 7-8,5 dengan air amonia, larutan natrium hidroksida dalam air, trietanolamin, dsb, dan biarkan bereaksi berturut-turut untuk 2-3 jam pada 400 C atau 1,0-1,5 jam pada 700 C..

(54) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 31. Larutkan kondensat awal yang didapat dalam heksametilentetramin 1-8% (heksamin), dan tambahkan 29-48 g puip/bubur selulosa dan campurkan secukupnya untuk kira-kira 1 jam. Semakin sedikit pulp yang terdapat sebagai pengisi, semakin transparan produk yang didapat, tetapi kurang kekuatannya, menyusut lebih banyak dan lebih mudah retak. Resin campuran ini dikeringkan untuk 2-3 jam mulai 600 C sampai 90-950 C, didehidrasi dan dikondensasi. Bahan yang kering kemudian dibubukan untuk 20-48 jam, lalu ditambahkan bahan pewarna, pemlastis, pengeras (asam oksolat, asam ftalat, amonium ftalat dan garam-garam lain). Disamping itu, bahan digunakan sebagai perekat, cat, pengubah kertas dan serat. Resin urea sendiri lebih jelek dari pada resin fenol, resin melamin, dsb, dalam hal ketahanan air, kestabilan dimensi dan ketahanan terhadap penuaan, karena itu beberapa bahan lain ditambahkan atau diproses menjadi kopolimer dengan fenol, melamin, dsb, untuk memperbaiki sifat-sifat tersebut diatas. 1). Pencetakan Proses yang dipakai yaitu pencetakan tekan, pengalihan dan injeksi. Dalam. pencetakan tekan, bahan diproses pada temperatur cetakan 130-1500 C, tekanan 150- 300 kg/cm2, selama 30-40 detik/1 mm ketebalan dari benda cetakan.. 2.5.5 Resin Melamin Bahan ini lebih unggul dalam berbagai sifat dari pada resin urea. 1). Cara produksi.

(55) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 32. Karena melamin mempunyai 3 gugus amino, maka 6 mol formaldehid dapat bereaksi dengan 1 mol melamin, tetapi ada umumnya 3-5 mol formaldehid digunakan untuk membuat resin. Bahan bereaksi secara termal dengan katalis. Untuk membuat bahan cetakan, 6 g (1 mol) melamin direaksikan dengan 243 g formalin 37% (3 mol sebagai formaldehid) diatur sampai pH 8-9 dengan larutan natrium karbonat dalam air. Setelah 60-90 menit bahan dipindahkan ke alat penekan, dicampur dengan 55-85 g pulp untuk sekitar 1 jam, dikeringkan 80-1100 C dan dibubukkan. Pembubukan dihentikan setelah 10-15 jam. Karena bahan cetakan mengandung 60-70% resin, ditambahkan pulp 30-40%, pengeras 0,05-1% (bahan asam lemah seperti ftalatanhidrid atau garamnya) dan 0,5-2% bahan pewarna. Berbagai bahan dapat dibuat dengan kondensasi yang sesuai untuk memenuhi kegunaan yang bersangkutan, seperti perekat, lapisan hiasan,lembaran yang dilaminasi, cat, kertas dan serat. 2). Pencetakan Seperti halnya resin urea, dilakukan pencetakan: tekanan, pengalihan, dan. injeksi. Suhu pencetakan 10-200 C lebih tinggi dari pada resin urea. Sebagai kondisi pencetakan standar digunakan temperatur pencetakan 150-1700 C, tekanan pencetakan 150-250 kgf/cm2, waktu pencetakan 1 menit pada 1600 C atau 40 detik pada 1700 C per 1 mm tebal bahan. Dalam produksi alat-alat makan, pengerjaan yang kurang sesuai menghasilkan formalin sisa yang menggangu dan merusak kemampuan penggunaan, karena itu pada umumnya barang cetakan dibiarkan dalam termostat pada 80-1200 C selama 30-60 menit agar pemantapan dapat berlangsung secukupnya (pemanggangan akhir). Proses yang cocok.

(56) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 33. digunakan untuk pencetakan pelapis hiasan dan lembaran-lembaran yang dilapisi, perekat, pengecatan, pelapisan resin pada serat dan kertas.. 2.5.6 Resin Epoksi Resin ini mempunyai kegunaan yang luas dalam industri teknik kimia, listrik, mekanik dan sipil sebagai perekat, cat lapisan, pencetakan cor dan bendabenda cetakan. 1). Produksi Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari. bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin. Bisfenol A diganti dengan novolak, atau senyawa tak jenuh, siklopentadien, dsb. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram). 2). Resin bisfenol A Kelekatannya terhadap bahan lain baik sekali. Bahan ini banyak digunakan. dalam cat untuk logam, perekat, pelapis dengan serat glass, dsb. Pada pengawetan tidak dihasilkan produ tambahan seperti air, dan penyusutan volume kurang. Kestabilan dimensinya baik sangat tahan terhadap zat kimia dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam pengaksid yang kuat dan asam alifatik rendah, alkali dangaram. Karena takdiserang oleh hampir semua pelarut bahan ini baik digunakan sebagai bahan yang non-korosif..

(57) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 34. 3). Resin sikloalifatik Bahan ini viskositasnya rendah dan ekivalensi epoksinya kecil. Bahan. berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah penaganannya, karena kaku dan rapuh terutama digunakan untuk alat isolasi listrik yang diperkuat dengan serat glass, untuk ketahanan busur dan sifat anti alurnya baik.. 2.5.7 Resin Poliuretan Poliuretan terutama dihasilkan oleh reaksi diisosianat dan senyawa polihidroksi (disebut poliol karena mempunyai lebih dari dua guus-OH akhir). Resin ini kuat, baik dalam ketahanan abrasi, ketahanan minyak dan ktahanan pelarut, maka digunakan untuk plastik busa, bahan elastis, cat, perekat, serat elastis dan kulit sintetik.. 2.5.8 Resin Poliester Tak Jenuh Dalam banyak hal ini disebut poliester saja karena berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainya maka tidak perlu diberi tekanan untuk pencetakan. Berdasarkan karakteristik ini bahan dikembangkan secara luas sebagai plastik penguat dengan mengunakan serat glass.. 2.6. Katalis.

(58) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 35. Katalis berbentuk cairan jernih dengan bau menyengat. Fungsinya sebagai katalisator agar resin lebih cepat mengeras. Penambahan katalis ini cukup sedikit saja tergantung pada jenis resin yang digunakan. Selain itu umur resin juga mempengaruhi jumlah katalis yang digunakan. Artinya resin yang sudah lama dan mengental akan membutuhkan katalis lebih sedikit bila dibandingkan dengan resin baru yang masih encer.. 2.7. Tinjauan Pustaka Wiranto, 2012. “Unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros”. Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa dari variasi kecepatan angin 6,2 m/s daya output mekanis tertinggi 40,42 watt dengan torsi tertinggi 1,17 N.m pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s daya output mekanis tertinggi 70,25 watt dengan torsi tertinggi 1,70 N.m dan untuk variasi kecepatan angin 10,2 m/s daya output mekanis tertinggi 96,26 watt dengan torsi tertinggi 1,85 N.m. Koefisien daya mekanis pada variasi kecepatan angin 6,2 m/s sebesar 36,40% pada tsr optimal 2,97 untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s didapat Koefisien daya mekanis 27,15% pada tsr optimal 2,56 sedangkan untuk variasi kecepatan angin 10,2 m/s didapat Koefisien daya mekanis 19,48% pada tsr optimal 2,65..

(59) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 36. Anggriawan ,2013. “Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu dari bahan triplek dan anyaman bambu berdiameter 80 cm”. Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Hasil penelitian. kincir menunjukkan bahwa dengan. kemiringan sudu 100 didapatkan kincir angin permukaan halus dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan kasar yaitu sebesar 15,2 watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan CP 8,6%. Sedangkan pada kemiringan sudu 150 didapat kincir angin permukaan kasar dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan halus yaitu sebesar 14 watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan CP 8,2%. maksimal sebesar 23,57% pada tip speed ratio 3,64. Dari ketiga variasi kemiringan sudu yang digunakan pada penelitian kincir angin, koefisien daya maksimal dihasilkan pada kemiringan sudu 10° sebesar 15,2 watt pada torsi 0,40 Nm dan Cp 8,6%. Kemiringan sudu kincir angin yang terbaik adalah sudu kincir dengan sudut 10°.. Heryanto, 2014. “Unjuk kerja kincir angin poros horisontal menggunakan bahan pipa PVC 8” variasi kemiringan sudu” . Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 28,7° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 11,27% pada tip speed ratio 3,03. Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 34° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 34,91 % pada tsr 4,38. Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 39,8°..

(60) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 37. Menghasilkan koefisien daya 23,57% pada tsr 3,64. Kemiringan sudu terbaik adalah kemiringan sudu kincir angin dengan sudut 34°.. Wijayanto ,2016.“Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu berbahan komposit dengan posisi lebar Maksimal Sudu 10 Sentimeter Dari Pusat”. Tugas Akhir ,Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa hasil penelitan kincir angin poros horizontal 3 sudu dengan desain dari penampang silindris 8 inch koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 19,6% pada tsr 3,6 dengan kecepatan angin 7 m/s .Pada kecepatan angin 9,5 m/s, torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,9 Nm pada kecepatan putar kincir 465 rpm. Pada kecepatan angin 9,5 m/s, daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin yang dibuat yaitu 44,88 watt pada torsi 0,77 Nm..

(61) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB III METODE PENLITIAN. 3.1. Diagram Alir Langkah kerja dalam penelitian ini akan tersaji pada diagram alir sebagai berikut:. Gambar 3.1 Diagram alir penelitian. 38.

(62) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 39. 3.2. Alat dan Bahan Metode kincir angin tipe horizontal ini dibuat dengan bahan dasar komposit. dengan serat fiber lima lapis, yang kemudian disusun secara teratur. Pembuatanya diperlukan paralon sebesar delapan inch dengan variasi lebar dan bentuk sudu yang telah di tentukan sebagai cetakan. 1.. Sudu Kincir Angin Sudu kincir pada proses penelitan adalah sebagai obyek utama. Dalam. peneilitian yang dilakuakan meggunakan variasi jumlah sudu dan kecepatan angin. Sudu kincir yang dibuat berjenis propeler, berbahan komposit dari resin dan serat fiber sebagai serat penguat. Sudu yang digunakan berdiamter 110 cm dengan lebar maksimal 11 cm, pada posisi 25 cm dari pusat poros.. Gambar 3.2 Sudu kincir angin. 2.. Dudukan Sudu Dudukan sudu adalah salah satu bagian komponen yang berfungsi sebagai. tempat pemasangan sudu. Hub yang digunakan mempunyai 12 lubang yang nantinya akan di kaitan dengan besi berbentuk L yang bertujuan sebagai penyangga atau pengikat sudu. Selain itu kemiringan sudu juga dapat disesuaikan dengan cara memutar sudu yang sudah dipasang pada lubang dan tinggal menyesuaikan agar.

(63) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 40. angin yang mengenai sudu dapat memutar dengan efisien. Pada gambar 3.3 berikut menunjukan gambar sudu yang telah dipasang pada dudukan sudu.. Gambar 3.3 Dudukan sudu 3.. Fan Blower Fan blower adalah salah satu komponen yang berfungsi untuk menghisap. udara sehingga udara mempunyai kecepatan dan dapat memutar kincir. Fan blower yang digunakan memiliki power 15 Hp. Pada gambar 3.4 menunjukan bentuk dari fan blower. Gambar 3.4 Fan blower.

(64) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 41. 4.. Tachometer Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengetahui putaran/rotasi. sudu yang dihasilkan, sehingga data pada kincir dapat diolah menjadi data Tip Speed Ratio dan daya kincir. Gambar dari tachometer ditunjukan pada gambar 3.5.. Gambar 3.5 Tachometer 5.. Anemometer Anemometer alat yang digunakan untuk mengetahui data kecepatan angin. yang dihasilkan dari fan blower, sehingga data putaran pada kincir dapat diolah menjadi Time Spead Ratio (TSR). Gambar 3.6 Anemometer.

(65) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 42. 6.. Timbangan Digital Timbangan yang digunakan adalah timbangan digital untuk menegtahui gaya. pengimbang yang dihasilkan.. Gambar 3.7 Timbangan digital. 7.. Voltmeter Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkaan oleh kincir. angin oleh setiap variasinya. Gamabar 3.8 menunjukan bentuk voltmeter. Gambar 3.8 Voltmeter 8.. Gambar 3.9 Ampermeter. Ampermeter Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir. agin oleh setiap variasinya. Gamabar 3.9 menunjukan bentuk ampermeter..

(66) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 43. 9.. Potensio Potensio digunakan sebagai alat untuk mengatur atau mengendalikan taraf. isyarat analog dan pengendali taraf masukan untuk elektronik. Dalam proses pengambilan data potensio digunakan sebagai alat untuk mengatur arus yang masuk pada rangkaian yang menuju ke lampu.. Gamabar 3.10 Potensio 10.. Lampu Pijar Lampu pijar digunakan sebagai media pembebanan pada kincir angin.. Gambar 3.11 Lampu pijar.

(67) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 44. 11.. Skema Pembebanan. Gamabar 3.12 Skema pembebanan. 3.2.1 Bahan Bahan yang digunakan sebagai sarana unutuk melalukan penelitian sebagai berikut: 1.. Pipa PVC 8 inch Pipa PVC 8 inch dipotong sesuai dengan desain kincir yang diinginkan, hasil dari desain tersebut dijadikan cetakan untuk mencetak komposit.. 2.. Fiberglass Fiberglass adalah serat kaca yang bertujuan sebagai penguat bahan komposit.. 3.. Resin Resin poliester merupakan matriks pengisi komposit.. 4.. Katalis Katalis adalah sebuah cairan yang berfungsi sebagai pengeras resin.

(68) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 45. 5.. Alumunium foil Alumunium foil dalam proses ini digunakan sebagai lapisan terakhir. Hal ini dimaksudkan agar resin yang keras tidak melekat pada cetakan.. 3.3. Desain Kincir. 3.3.1 Proses Pembuatan Kincir 1.. Desain cetakan Desain kincir angin yang dibuat sepreti yang ditunjukan pada gambar 3.13 .. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat dengan panjang diameter 110 cm dan lebar maksimal 11 cm pada posisi 25 cm dari pusat poros.. Gambar 3.13 Desain Cetakan Kincir.

(69) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 46. 2.. Pembentukan cetakan Pembuatan cetakan sudu kincir merupakan suatu proses yang dilakukan. secara bertahap dan dengan desain kincir atau sket yang sudah dibuat sebelumnya. Desain tersebut di gambar pada pipa PVC kemudian di potong seperti sket yang sudah di tentukan.. Gambar 3.14 Pembuatan Cetakan 3.. Pembuatan sudu kincir angin Pembuatan sudu kincir angin merupakan kelanjutan proses yang dilakukan. secara bertahap. Dengan menggunakan resin, serat dan alat pendukung lainya kincir mulai dibuat. Pembuatan sudu komposit dimulai dengan memberi oli atau minyak pelumas pada cetakan kemudian tempelkan alumunium foil pada cetakan. Fungsi oli atau minyak pelumas adalah mempermudah proses pelepasan sudu komposit yang sudah terbentuk. Kemudian komposit dicetak dengan resin 1 liter dan katalis 10 ml lalu dilapisi serat fiber sebanyak 5 lapisan. Jika sudah merata, campuran resin dan serat tersebut dijemur hingga kering..

(70) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 47. Gambar 3.15 Pembuatan sudu kincir 4.. Finishing sudu Finishing sudu kincir merupakan proses akhir yang dilakuakan dalam proses. pembuatan sudu kincir. Dalam proses ini dilakuakan pembentukan dan pemotongan sudu. Setelah di lakukan pemotongan dan pembentukan sudu dilakukan penambalan sudu yang berlubang. terhadap cetakan dan penimbangan sudu yang di buat.. Gambar 3.16 Finishing sudu.

Figur

Tabel 4.9   Data hasil perhitungan pengujian kincir angin tiga sudu berbahan   komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari   poros dengan kecepatan 5 m/s .................................................

Tabel 4.9

Data hasil perhitungan pengujian kincir angin tiga sudu berbahan komposit dengan lebar maksimum 11 cm pada posisi 25 cm dari poros dengan kecepatan 5 m/s ................................................. p.17
Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin. (Sumber:

Tabel 2.1

Tingkat kecepatan angin. (Sumber: p.29
Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal  (Sumber: http://benergi.com/jenis-turbin-angin)

Gambar 2.1

Kincir angin sumbu horizontal (Sumber: http://benergi.com/jenis-turbin-angin) p.32
Gambar 2.2  Kincir angin jenis Savonius

Gambar 2.2

Kincir angin jenis Savonius p.34
Gambar 2.4 Anemometer digital

Gambar 2.4

Anemometer digital p.36
Gambar 2.6 Diagram Cp dan tip speed ratio (Ξ»)

Gambar 2.6

Diagram Cp dan tip speed ratio (Ξ») p.39
Tabel 2.2 Kekuatan Serat

Tabel 2.2

Kekuatan Serat p.46
Gambar 2.10 Jenis –jenis serat alami

Gambar 2.10

Jenis –jenis serat alami p.47
Gambar 2.13 Reaksi Resin Fenol.

Gambar 2.13

Reaksi Resin Fenol. p.53
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Gambar 3.1

Diagram alir penelitian p.61
Gambar 3.2 Sudu kincir angin

Gambar 3.2

Sudu kincir angin p.62
Gambar 3.3 Dudukan sudu  3.  Fan Blower

Gambar 3.3

Dudukan sudu 3. Fan Blower p.63
Gambar 3.5 Tachometer  5.  Anemometer

Gambar 3.5

Tachometer 5. Anemometer p.64
Gambar 3.7 Timbangan digital

Gambar 3.7

Timbangan digital p.65
Gambar 3.14 Pembuatan Cetakan   3.  Pembuatan sudu kincir angin

Gambar 3.14

Pembuatan Cetakan 3. Pembuatan sudu kincir angin p.69
Gambar 3.15 Pembuatan sudu kincir  4.  Finishing sudu

Gambar 3.15

Pembuatan sudu kincir 4. Finishing sudu p.70
Gambar 3.18 Sistematika pengambilan data

Gambar 3.18

Sistematika pengambilan data p.72
Tabel 4.1 Data hasil percobaan kincir 4 sudu dengan kecepatan 7 m/s

Tabel 4.1

Data hasil percobaan kincir 4 sudu dengan kecepatan 7 m/s p.75
Tabel 4.2 Data hasil percobaan kincir 4 sudu dengan kecepatan 5 m/s

Tabel 4.2

Data hasil percobaan kincir 4 sudu dengan kecepatan 5 m/s p.76
Tabel 4.6 Data hasil percobaan kincir 2 sudu dengan kecepatan 5 m/s

Tabel 4.6

Data hasil percobaan kincir 2 sudu dengan kecepatan 5 m/s p.78
Gambar 4.1.Grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan torsi kincir angin  bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s

Gambar 4.1.Grafik

hubungan antara putaran poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s p.88
Gambar 4.2.Grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan torsi kincir angin  bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s

Gambar 4.2.Grafik

hubungan antara putaran poros (rpm) dan torsi kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s p.89
Gambar 4.3.Grafik hubungan antara Daya mekanis dan torsi kincir angin   bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s

Gambar 4.3.Grafik

hubungan antara Daya mekanis dan torsi kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s p.90
Gambar 4.4.Grafik hubungan antara Daya mekanis dan torsi kincir angin   bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s

Gambar 4.4.Grafik

hubungan antara Daya mekanis dan torsi kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s p.91
Gambar 4.5.Grafik hubungan antara Daya Listrik dan torsi kincir angin bersudu  4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s

Gambar 4.5.Grafik

hubungan antara Daya Listrik dan torsi kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s p.92
Gambar 4.6.Grafik hubungan antara Daya Listrik dan tsr kincir angin bersudu 4,3  dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s

Gambar 4.6.Grafik

hubungan antara Daya Listrik dan tsr kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s p.93
Gambar 4.7.Grafik hubungan antara Daya Listrik dan Daya mekanis terhadap   tsr kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7m/s dan 5 m/s

Gambar 4.7.Grafik

hubungan antara Daya Listrik dan Daya mekanis terhadap tsr kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7m/s dan 5 m/s p.94
Gambar 4.8.Grafik hubungan antara Cp mekanis dan tsr kincir angin   bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s

Gambar 4.8.Grafik

hubungan antara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s p.95
Gambar 4.9.Grafik hubungan antara Cp mekanis terhadap tsr kincir angin   bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s

Gambar 4.9.Grafik

hubungan antara Cp mekanis terhadap tsr kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 5 m/s p.96
Gambar 4.10.Grafik hubungan antara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 4,3  dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s dan 5 m/s

Gambar 4.10.Grafik

hubungan antara Cp mekanis dan tsr kincir angin bersudu 4,3 dan 2 dengan kecepatan angin 7 m/s dan 5 m/s p.97

Referensi

Memperbarui...

Outline : Matrik