Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu dari bahan triplek dan anyaman bambu berdiameter 80 centimeter - USD Repository

(1)

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DARI BAHAN TRIPLEKDAN ANYAMAN BAMBU

BERDIAMETER 80 CENTIMETER

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

SALMON PASARIBU NIM : 095214028

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

THE PERFORMANCE OF THE THREE BLADES PROPELLER WINDMILL80 CENTIMETER IN DIAMETER

FROM PLYWOOD MATERIAL AND WOVENBAMBOO

FINAL PROJECT Presented as a meaning To Obtain Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

Submitted by

SALMON PASARIBU Student Number : 095214028

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF ME

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

iii

(4)

iv

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DARI BAHAN TRIPLEKDAN ANYAMAN BAMBU

(5)

v

(6)

vi

(7)

vii ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mencari dan membandingkan koefisien daya diantara dua model kincir yaitu kincir dengan sudu-sudu dari tripleks berpermukaan halus dan kincir dengan sudu-sudu dari anyaman bambu yang berpermukaan kasar.

Model kincir angin horizontal tipe propeler tiga sudu ini merupakan model kincir angin ini memiliki diameter 80 cm dengan luas penampang sudu 0,50 m² dengan berat 420 gram. Kincir angin ini menggunakan dua variasi kemiringan sudu yaitu 10º dan 15º. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio pada kincir, poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai variasi beban kincir. Besarnya beban pengereman pada kincir diukur dengan neraca pegas, putaran pada kincir diukur menggunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Dari hasil penelitian, menunjukkan bahwa model kincir dengan kemiringan sudu 10º, kincir permukaan halus dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan kasar yaitu sebesar 5,77 watt, dengan beban torsi 0,16 Nm pada kecepatan angin 7,3m/s. Sedangkan pada kemiringan sudu 15º, kincir angin permukaan kasar menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan halus yaitu sebesar 4,21 watt, dengan beban torsi 0,13 Nm dan pada kecepatan angin 7,3 m/s. Koefisien daya puncak tertinggi dicapai oleh model

kincir permukaan halus pada kemiringan sudu 10˚, yakni sebesar 5,77 watt, torsi

0,16, koefisien daya 0,049 dan kecepatan maksimal 489,9 rpm.

(8)

viii ABSTRACT

This study is aimed to pursue and to compare the coefficient of energy between two kinds of wheels; wheel with ladle from soft plywoods and wheel with ladle from rough wicker bamboo.

The model of horizontal windmill type three ladle propellers is windmill model which has 80 cm diameter with its large 0,50 m2 and 420 gram of weight. This windmill used two variations; 10o and 15o of ladle obliqueness. To measure and to know the torsion, the windmill energy, the coefficient energy and tip speed ratio of windmill, the axis of windmill are connected to the mechanism of braking which functions as the variation of encumbrance windmill. The large of encumbrance braking on windmill is measured by weighing scale, the rotation in its windmill is measured by tachometer and the wind speed is measured by anemometer.

From the research, it showed that the model of windmill with 10o of ladle obliqueness, the soft surface of wheel can produce a bigger energy in rough surface of wheel as big as 5,77 watt, with its large of torsion as big as 0,16 Nm of 7,3m/s wind speed. However, the ladle obliqueness was 15o, the rough surface produced a bigger energy than the soft surface as big as 4,21 watt, with its large of torsion 0,13 Nm and 7,3 m/s of wind speed. The highest coefficient energy was reached by the soft surface of wheel in 10o of ladle obliqueness, as big as 5,77 watt, 0,16 of torsion, 0,049 of the coefficient energy and 489,9 rpm in the maximum speed.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas berkat,

rahmat, dan karunia–Nya yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan lancar dan tepat pada waktunya. Tugas

Akhir ini merupakan salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa

Jurusan Tekhnik Mesin. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

mencapai derajat sarjana S–1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis menyampaikan ucapan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah banyak

membantu dalam menyelesaikan penelitian ini, khususnya kepada :

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

Sains dan Teknologi.

2. Bapak Ir.Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin.

3. Bapak Ir. Rines,M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Bapak Doddy Purwadianto S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

5. Dosen-dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi.

6. Terima kasih kepada Ayah dan Ibu yang telah memberi motivasi dan doa

sehingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir.

(10)

(11)

xi DAFTAR ISI

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDUDARI BAHAN TRIPLEK DAN ANYAMAN BAMBU

BERDIAMETER 80 CENTIMETER ... I THE PERFORMANCE OF THE THREE BLADES PROPELLER

WINDMILL 80 CENTIMETER IN DIAMETER

(12)

xii

2.2. KINCIRANGINDANJENISNYA ... 5

2.2.1. Kincir Angin Poros Horisontal ... 6

2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal ... 9

2.3. GRAFIKHUBUNGANANTARACP TERHADAPTSR... 12

3.2.2 Konstruksi Kincir ... 24

3.3 ALATDANBAGANPENGUJIAN ... 25

3.4 VARIABELPENELITIAN ... 32

3.5 VARIABELYANGDIUKUR ... 33

3.6 LANGKAHPERCOBAAN ... 33

3.7 PENGOLAHANDATA ... 34

BAB IV ... 35

4.1 DATAPERCOBAAN ... 35

4.1.1 Data Percobaan Kincir Angin Permukaan Kasar Tabel 4.1 sampai Tabel 4.4 ... 36

4.1.2 Data Percobaan Kincir Angin Permukaan Halus Tabel 4.5 sampai Tabel 4.8 ... 40

4.2 PENGOLAHANDATADANPERHITUNGAN ... 44

4.2.1 Pehitungan Daya Angin ... 44

4.2.2 Perhitungan Torsi ... 45

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ... 46

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ... 46

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ... 47

4.3 HASILPERHITUNGAN ... 48 4.3.1 Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Halus dengan Kemiringan 10o 49 4.3.2 Data Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Halus dengan Kemiringan 15o 51

(13)

xiii

4.3.4 Data Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Kasar dengan Kemiringan 15o 55

4.4 GRAFIKHASILPERHITUNGAN ... 57

4.4.1 Grafik Permukaan Halus dengan Permukaan Kasar pada Kemiringan 10o dan Kecepatan Angin 7,1 m/s ... 58

4.4.2 Grafik Permukaan Halus dengan Permukaan Kasar pada Kemiringan 10o dan Kecepatan Angin 8.24 m/s ... 61

BAB V ... 70

5.1 KESIMPULAN ... 70

5.2 SARAN ... 71

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber : www.fineartamerica.com).7

Gambar 2. 2 Kincir Angin Poros Horisontal ... 8

Gambar 2. 3 Kincir Angin Poros Vertikal 1 ... 10

Gambar 2. 4 Kincir Angin Poros Vertikal 2 ... 11

Gambar 2. 5 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir. ... 13

Gambar 2. 6 Penempatan kincir Propeler dipinggir pantai. (Sumber: http://www.pouted.com,2013)... 14

Gambar 3. 1 Diagram Alir metode penelitian kincir... 20

Gambar 3. 2 Desain Kincir Angin... 21

Gambar 3. 3 Sudu kincir angin ... 22

Gambar 3. 4 Dudukan Satu ... 23

Gambar 3. 5 Kontruksi kincir dalam terowongan angin ... 24

Gambar 3. 6 Bagan pengujian ... 25

Gambar 3. 7 Penopang Kincir Angin ... 26

Gambar 3. 8 Sistem Pengeraman ... 27

Gambar 3. 9 Terowongan Angin atau Wind Tunnel ... 28

Gambar 3. 10 Blower ... 29

Gambar 3. 11 Takometer... 30

Gambar 3. 12 Anemometer ... 31

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Data percobaan kincir angin permukaan kasar dengan kemiringan 10º,

dengan jeda 5 cm, pada kecepatan rata-rata 7,3 m/s ... 36

Tabel 4. 2 Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10º dengan

kemiringan 8,3 m/s ... 37

Tabel 4. 3 Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 15º, dengan

jeda 5 cm, pada kecepatan angin 7,4 m/s. ... 38

Tabel 4. 4 Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 15º

kecepatan angin 8,4 m/s. ... 39

Tabel 4. 5 Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10º,

Tabel 4. 6 Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10º

Tabel 4. 9 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu halus dengan kecepatan

angin + 7,1 m/s dan kemiringan 10 º ... 49

Tabel 4. 10 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu halus dengan

kecepatan angin + 8.24 m/s dan kemiringan 10 o ... 50

Tabel 4. 11 Data perhitungan kincir angin permukaan sudut halus dengan

(16)

xvi

Tabel 4. 12 Data perhitungan kincir angin permukaan sudut halus dengan

kecepatan angin + 8,7 m/s dan kemiringan 15 o ... 52

Tabel 4. 13 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu kasar dengan

kecepatan angin + 8.39 m/s dan kemiringan 10 o ... 54

(17)

xvii

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata

8,24 m/s ... 61

Grafik 4. 5 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi, kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata

8,24 m/s ... 62

Grafik 4. 6 Grafik hubungan antara Cp dan tsr, kincir permukaan halus dan kasar

pada kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 8,24 m/s ... 63

Grafik 4. 7 Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi , kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata

(18)

xviii

Grafik 4. 8 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi , kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata

7,3 m/s ... 65

pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata 7,3 m/s ... 66

Grafik 4. 10Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi kincir

permukaan halus dan kasar kemiringan 15˚ kecepatan angin rata

-rata8,7m/s ... 67

Grafik 4. 11Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi kincir

permukaan halus dan kasar kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata8,7

m/s ... 68

Grafik 4. 12 Grafik hubungan antara Cp dan tsr kincir permukaan halus dan kasar

(19)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Energi angin telah lama dimanfaatkan oleh manusia. Seiring

pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat mengakibatkan

kebutuhan energi semakin meningkat, tetapi peningkatan konsumsi ini

tidak seimbang dengan sumber daya fosil yang semakin menipis.

Energi alternatif mulai banyak dikembangkan terutama yang ramah

lingkungan dalam pengolahannya. Indonesia yang merupakan negara

dengan iklim tropis dan memiliki sumber daya alam yang melimpah

tentu menyimpan banyak sekali sumber energi alternatif yang bisa

dimanfaatkan seperti energi air, energi surya, panas bumi, dan energi

angin. Dari sekian banyak energi yang sudah kita kenal selama ini

energi angin adalah yang mudah dalam pengolahanya dan tidak

membutuhkan biaya yang besar. Untuk mengkonversi energi angin

menjadi energi listrik dibutuhkan alat berupa kincir angin. Putaran

kincir akan menggerakan generator yang nantinya mengahasilkan energi

listrik.

Ada banyak bentuk dan karateristik kincir angin, yang dapat

diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu: Horizontal Axis Wind Turbine

(HAWT) dan Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Perbedaan kedua

jenis kincir ini terletak pada poros yang terpasang secara horisontal

(20)

2

Ada banyak faktor yang mempengaruhi kecepatan putaran

kincir, salah satunya yaitu: kecepatan angin, jumlah sudu dan

bentuknya, dan kehalusan permukaan. Dengan alasan tersebut penulis

ingin melihat sejauh mana pengaruh bentuk dan kehalusan

permukaan sudu terhadap kecepatan putaran poros kincir angin.

1.2. PERUMUSAN MASALAH

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:

a. Indonesia adalah negara kepulauan yang memiliki potensi energi

angin yang cukup besar tetapi belum dimanfaatkan secara maksimal.

b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin

tersebut dengan maksimal untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi.

c. Dibutuhkan design kincir angin yang terbaik agar mampu mengubah

energi angin menjadi energi listrik melalui generator guna

memperoleh efisiensi maksimal.

1.3. TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah;

a. Membandingkan koefisien daya yang dihasilkan kincir angin untuk dua variasi kincir angin permukaan halus dan kincir permukaan kasar

pada kemirngan 10˚ dan 15˚.

b. Mengetahui hubungan Koefisien Daya ( Cp ) dan Tip Speed Ratio (tsr) yang dihasilkan oleh dua model kincir angin pada kemiringan 10˚

(21)

3 1.4. BATASAN MASALAH

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah:

a. Model kincir angin menggunakan sudu yang dibuat dengan bahan

baku kayu triplek dengan diameter 80 cm dan kemiringan 10o.

b. Penelitian dilakukan pada terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

c. Kincir angin menggunakan tipe horizontal axis wind turbine

(HAWT) dengan tiga sudu.

d. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengunakan variasi

kehalusan permukaan sudu (dilapisi anyaman bambu dan tanpa

dilapisi anyaman bambu) dan variasi jarak wind tunnel dengan fan blower ( tanpa jarak dan dengan jarak 5cm) dengan jumlah sudu 3.

1.5. MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian ini adalah:

a. Mengetahui unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu

permukaan halus dan kincir angin propeler tiga sudu permukaan

kasar.

b. Sebagai bahan referensi untuk perpustakaan mengenai

karakteristik 2 model kincir angin.

c. Sebagai referensi bagi masyarakat yang berminat mendirikan

(22)

4

konversi energi angin menjadi bentuk energi yang berguna telah

dilakukan selama lebih dari 5000 tahun untuk tujuan seperti mendorong

perahu dan kapal layar. Dewasa ini energi angin banyak digunakan untuk

menghasilkan listrik, dan merupakan salah satu sektor energi terbarukan

paling maju dengan potensi di tahun-tahun mendatang memiliki rasio

yang jauh lebih besar sebagai pemasok kebutuhan energi dunia

dibandingkan di saat ini. Ketika berbicara tentang keunggulan dan

kelemahan energi angin, hal yang pertama kali yang digambarkan dari

energi angin adalah sumber energi ini secara ekologis dapat diterima,

yang berarti bahwa energi angin tidak seperti bahan bakar fosil yang

memliki kontribusi lebih besar terhadap dampak perubahan iklim. Energi

angin tidak akan melanjutkan pencemaran terhadap planet kita seperti

bahan bakar fosil selama ini.

Angin adalah udara yang bergerak akibat dari rotasi bumi dan juga

karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak

dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Faktor

(23)

5

dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulisiwa. Dan

dari faktor tinggi tempat yaitu semakin tinggi tempat, semakin kencang

pula angin yang bertiup, hal ini diseb abkan oleh pengaruh gaya gesekan

yang menghambat laju udara.

Pada teknologi modern saat ini, kincir angin banyak dimanfaatkan

sebagai alat pengonversi energi angin menjadi energi kinetik, yang

kemudian dikonversi menjadi energi listrik untuk kebutuhan umat

manusia.

2.2. KINCIR ANGIN DAN JENISNYA

Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga

angin sehingga menghasilkan energi kinetik atau gerak. Kincir angin

dulunya banyak ditemukan di negara-negara Eropa khususnya Belanda

dan Denmark yang pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi,

menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan pembangkit tenaga

listrik. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenisnya

menurut porosnya yaitu : kincir angin poros horisontal dan kincir angin

(24)

6 2.2.1. Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind

Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama

sejajar dengan bidang tanah dan arah poros utama sesuai dengan

arah angin. Kincir angin Poros Horisontal ini memiliki jumlah

bilah lebih dari dua, dan kincir angin ini dapat berputar

dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja pada suatu

kincir.

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah

banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1.

a. Kincir angin American WindMill

b. Kincir angin Cretan Sail WindMill

c. Kincir angin Dutch four arm

(25)

7

a. Kincir angin American WindMill b. Kincir angin Cretan SailWindmill

d. kincir angin Dutch four arm d. Kincir angin Rival calzoni

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber :

(26)

8

Gambar 2. 2 Kincir Angin Poros Horisontal

(sumber : ret02n_wind, 2013)

2.2.1.1. Kekurangan dan Kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal

Kelebihan kincir angin poros horisontal adalah:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan

tinggi.

2. Tidak memerlukan sudut orientasi.

3. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin

meningkat sebesar 20%.

4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena

posisi sudu yang berada diatas menara.

5. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah

angin langsung menuju rotor.

6. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik

(27)

9

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros

horisontal adalah:

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk

menyangga bilah-bilah yang berat (Gearbox dan

Generator).

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk

menyesuaikan dengan arah angin (sirip pengarah atau

sensor elektrik).

2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind

Turbin (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi

porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain

kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah

kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini

menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros

(28)

10

Beberapa jenis kincir angin poros Vertikal yang

telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2.

a. Kincir angin Darrieus b. Kincir angin Savonius

(29)

11

Gambar 2. 4 Kincir Angin Poros Vertikal 2

(sumber : ret02n_wind, 2013)

2.2.2.1. Kekurangan dan Kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal

Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah:

1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

3. Dapat bekerja pada putaran rendah.

4. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

5. Tidak perlu mengatur sudut - sudut untuk menggerakan

(30)

12

Kelemahan kincir angin poros vertikal adalah:

1. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin

yang dihasilkan kecil.

2. Hanya dapat mengkonfersi energi angin 50%

dikarenakan adanya gaya drag tambahan.

3. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin

yang dihasilkan kecil.

4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan

perlu diperhatikan.

2.3. GRAFIK HUBUNGAN ANTARA Cp TERHADAP Tsr

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya

maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59%. Beliau menamai batas

maksimal tersebut dengan Betz limit seperti terlihat pada Gambar 2.3 di

(31)

13

Gambar 2. 5 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir.

2.4. KINCIR ANGIN PROPELER

Dalam tugas akhir ini penulis akan membahas mengenai kincir

angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) jenis

propeler. Kincir angin propeler merupakan kincir angin konvensional

dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudut

(32)

14

Kelebihan kincir angin Propeler:

1. Mampu menghasilkan daya yang besar.

2. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi.

3. Konstruksi kincir lebih sederhana.

4. Penempatannya jauh dari permukaan tanahsehingga memiliki

faktorkeamanan yang cukup tinggi.

(33)

15 2.5. RUMUS PERHITUNGAN

Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk

melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.5.1. Rumus Energi Kinetik

Energi kinetic adalah energi yang dimiliki oleh suatu

benda yang bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah

energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan:

Eк = ½.m.v 2 (1)

dengan:

Eк : energi kinetik

m : massa udara

v : kecepatan angin

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat

dituliskan dengan rumus sebagai berikut:

Pin = ½.ṁ.v 2 (2)

dengan:

Pin : daya angin (watt)

(34)

16

yang dapat disederhanakan menjadi:

Pin = ½.ρ.A.v 3 (4)

2.5.2. Rumus Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu (Vt) kincir angin dengan kecepatan angin (v). Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai:

t = .r (5)

dengan:

t : kecepatan ujung sudu

 : kecepatan sudut (rad/s)

(35)

17

sehingga tsr dapat dirumuskan sebagai berikut:

tsr = 2.𝜋.𝑟.𝑛

Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan (F) dengan

panjang lengan torsi (l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan

sebagai berikut:

dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir.

Daya kincir yang dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat

(36)

18

P

out =T.  (8)

dengan:

T : torsi dinamis (N.m).

 : kecepatan sudut didapatkan dari

 =

n

𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛

P

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

(37)

19 2.5.5. Koefision Daya (Cp)

KoefisienDaya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang

menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir

(

P

out) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp

dapat dirumuskan:

Cp = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 (10)

dengan:

Cp : Koefisien Daya

Pout : Daya yang dihasilkan kincir

(38)

20 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1DIAGRAM PENELITIAN

Langkah kerja dalam penelitian ini melipiti perancangan kincir

hingga analisis data yang diperoleh disajikan dalam bentuk gambar

diagram alir yang dapat dilihat pada gambar 3.1.

Mulai

Perancangan Kincir Angin Poros Horizontal

Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan baku papan triplek. Variasi kehalusan permukaan dan sudu kemiringan 10 dan 15 derajat

dengan bentuk yang sama

Pengambilan data untuk mencari kecepatan angin, kecepatan putaran poros kincir dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr)

kemudian membandingkan antara koefisien daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (tsr)

pada masing-masing variasi kincir angin

Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai

(39)

21 3.2ALAT DAN BAHAN

3.2.1 Bahan Uji Kincir Angin

Pada Gambar 3.2 merupakan model kincir angin propeler

dengan variasi tiga sudu. Kincir ini dibuat dari bahan kayu triplek

yang dilapisi anyaman bambu (“gedek”) sebagai variasi tingkat

kekasaran, yang berdiameter 80 cm dengan variasi kemiringan

sudu 10o dan 15o . Kincir ini memiliki 2 bagian utama yaitu : sudu

kincir dan poros kincir.

Dalam penelitian ini variasi sudu yang digunakan dalam percobaan

adalah :

1. Kincir angin propeller tiga sudu dari bahan triplex dan anyaman

bambu berdiameter 80 cm, dengan sudu berbentuk segitiga sama

kaki dengan ujung lancip menjauhi poros propeller

(40)

22 3.2.1.1Sudu Kincir

Sudu kincir merupakan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu

atau turbin berputar.variasi yang saya gunakan adalah variasi

kehalusan permukaan, antara lain : variasi menggunakan

anyaman bumbu dan variasi tanpa menggunakan anyaman

bambu, dimana masing-masing sudu memiliki bentuk dan

ukuran yang sama, bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.3.

(41)

23 3.2.1.2Dudukan Kincir

Dudukan kincir merupakan bagian dari kincir angin

yang berfungsi sebagai tempat untuk meletakan rangkas sudu

kincir dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan

sudu ini terbuat dari alumminium dengan diameter lingkar luar

7 cm, diameter mur 8 mm dan diameter center 1 cm. Dudukan

sudu ini memiliki tiga lubang dibagian samping yang berguna

untuk meletakkan rangka sudu dan memliki dua buah lubang

mur untuk mengencangkan rangka sudu agar rangka tidak

mudah terlepas. Bentuk dudukan sudu dapat dilihat pada

Gambar 3.4.

(42)

24

Penelitian ini dikerjakan dalam team, dan penulis

memfokuskan penelitian dengan bahan uji berupa kincir angin

propeller tiga sudu dari bahan triplex dan anyaman bambu

berdiameter 80 cm, dengan sudu berbentuk segitiga sama kaki

dengan ujung lancip menjauhi poros propeler.

3.2.2 Konstruksi Kincir

Gambar 3.5 dibawah ini merupakan kontruksi kincir angin

yang di uji dalam terowongan angin, dimana bagian-bagian kincir

meliputi Sudu kincir, penopang kincir dan poros kincir yang

merupakan satu kesatuan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada

gambar dibawah ini:

(43)

25 3.3ALAT DAN BAGAN PENGUJIAN

Pengambilan data penelitian berdasarkan bagan pengujian yang

telah ditetapkan sesuai bagan pengujian pada gambar 3.6 sebagai berikut:

Gambar 3. 6 Bagan pengujian

Peralatan penunjang merupakan hal yang penting dalam penelitian

suatu objek, karena dapat membantu kita mengetahui besaran skala yang

mempengaruhi hasil dari penelitian. Peralatan yang digunakan dalam

(44)

26

1. Penopang Kincir

Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir

dapat berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir

dan sistem pengereman, yang dihubungkan dengan poros

penyambung. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.7

Gambar 3. 7 Penopang Kincir Angin

2. Sistem Pengereman

Sistem pengereman ini berfungsi sebagai beban pada

perputaran kincir, yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk

mengetahui bersa-nya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Untuk

(45)

27

Gambar 3. 8 Sistem Pengeraman

3. Terowongan Angin

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan tinggi 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter. Terowongan angin ini

berfungsi sebagai tempat angin bergerak dengan kecepatan tertentu

(46)

28

gambar 3.9. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya

dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan cara menarik blower menggunakan troli.

Gambar 3. 9 Terowongan Angin atau Wind Tunnel

4. Blower

Blower (“pompa udara”) sebagai penghisap udara dari

terowongan angin menuju blower sehingga angin dapat berhembus

dengan kecepatan tertentu. Blower ini digerakkan oleh motor listrik

(47)

29

(48)

30

5. Takometer

Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur

kecepatan poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolition per minute). Jenis takometer yang digunakan adalah digital light takometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu :

Sensor, pengolah data dan penampil. Untuk lebih jelasnya dapay

dilihat pada gambar 3.11

Gambar 3. 11 Takometer

6. Anemometer

Anemometer adalah pengukur kecepatan angin, Anemometer

ini diletakkan pada bagian depan terowongan angin, supaya kita dapat

mengetahui kecepatan angin yang sedang menerpa kincir angin di

dalam terowongan angin, untuk lebih jelasnya anemometer dapat

(49)

31

Gambar 3. 12 Anemometer

7. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengatahui beban pengereman

pada kincir angin saat berputar. Neraca pegas ini diletakkan pada

bagian sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan

jarak yang telah disesuaikan. Neraca pegas dapat dilihat pada Gambar

(50)

32

Gambar 3. 13 Neraca Pegas

3.4VARIABEL PENELITIAN

Variabel dalam Penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal

sampai kincir dalam posisi diam (terhenti).

2. Variasi Jarak yaitu, menggunakan jarak antara terowongan angin

dengan blower dan tanpa menggunakan jarak.

3. Variasi kemiringan sudu yaitu 10˚ dan 15 ˚.

4. Variasi Kehalusan permukaan yaitu dengan mengunakan anyaman

(51)

33 3.5VARIABEL YANG DIUKUR

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah:

1. Kecepatan angin, (m/s)

2. Gaya pengimbang, (N)

3. Putaran kincir, (rpm)

3.6LANGKAH PERCOBAAN

Pengambilan data meliputi: kecepatan angin, beban, dan

kecepatan putar kincir, pengambilan data ini dilakukan secara

bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah mengatur

kemiringan sudu kincir dan memasang kincir angin pada terowongan

angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses - proses

sebagai berikut:

1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.

2. Memasang anemometer di tempat yang sudah disediakan pada

bagiandepan terowongan angin.

3. Menempatkkan takometer pada bagian piringan sistem pengereman.

4. Menyambungkan antara kincir angin dengan sistem pengereman

dengan pipa penyambung.

5. Setelah siap semua blower siap untuk dihidupkan.

6. Pengaturan kecepatan angin, karena keterbatasan alat, maka

(52)

34

blower dengan troli sesuai kecepatan angin yang di ingikan.

7. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan

kemudiandimulai mengukur kecepatan putaran kincir, kecepatan

angin, dan besarnya torsi.

8. Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan

dua variasi kemiringansudu dan jarak yang berbeda-beda.

3.7PENGOLAHAN DATA

Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah

dengan langkah langkah sebagai:

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

(53)

35 BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1DATA PERCOBAAN

Berikut ini data hasil percobaan kincir angin permukaan kasar

(dilapisi anyaman bambu) dan permukaan halus, dengan variasi

kecepatan angin dan sudu kemiringan yang berbeda. Data yang

(54)

36 4.1.1 Data Percobaan Kincir Angin Permukaan Kasar Tabel 4.1

sampai Tabel 4.4

Tabel 4. 1 Data percobaan kincir angin permukaan kasar dengan kemiringan 10º, pada kecepatan rata-rata 7,3 m/s

(55)

37

Tabel 4. 2 Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10º dengan kecepatan 8,3 m/s

(56)

38

Tabel 4. 3 Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 15º,

pada kecepatan angin 7,4 m/s.

(57)

39

Tabel 4. 4 Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 15º kecepatan angin 8,4 m/s.

(58)

40 4.1.2 Data Percobaan Kincir Angin Permukaan Halus Tabel 4.5

sampai Tabel 4.8

Tabel 4. 5 Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10º, kecepatan angin 7,06 m/s.

(59)

41

Tabel 4. 6 Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10º kecepatan angin 8,24 m/s.

(60)

42

(61)

43

(62)

44

4.2PENGOLAHAN DATA DAN PERHITUNGAN

Dalam pengolahan data dan perhitungan ini dipergunakan

beberapa asumsi untuk mempermudah dalam pengolahan data, yaitu

sebagai berikut:

1. Percepatan gravitasi bumi 9.81 m/s2.

2. Massa jenis udara 1.16 kg/m3.

3. Suhu dan tekanan pengujian pada suhu kamar (27oC dan tekanan 1

atm).

4.2.1 Pehitungan Daya Angin

Besarnya daya angin (Pin) yang diterima kincir dengan luas

penampang 0,5 m dengan kecepatan angin 7,50 m/s. Maka daya

angin dapat dicari dengan persamaan berikut ini :

𝑝𝑖𝑛 = 1₂.𝜌.𝐴.𝑣3

Diketahui diameter kincir d = 0,80 meter, maka luas penampang

dapat dihitung dengan rumus :

A = π.𝑑

2

4

= 3,14 ( 0,802 )/4

(63)

45

Data sampel diambil dari tabel 4.1. pada pengujian ke-1

pada pembebanan ke-1.

Dari data,kecepatan angin (v) sebesar 7,27 m/s, masa jenis udara ( 𝜌 ) sebesar 1,16kg/𝑚3, dan luas penampang A = 0,50 𝑚2 maka dapat dihitung besarnya daya angin sebesar:

𝑝𝑖𝑛 = 1₂.𝜌.𝐴.𝑣3

= 0,5.1,16.0.50.( 7,273 ) = 111,429 watt

Jadi daya yang tersedia pada angin adalah 111,429 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Data sampel diambil dari tabel 4.1. pada pengujian ke-1

dan pembebanan ke-1. Dari data diperoleh besaran gaya (F)

0,1962 Newton dan jarak lengan torsi ke sumbu poros (l) 0,1 meter, maka besar torsi:

T = l . F

= ( 0,1 ) ( 0,1962 )

(64)

46 4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Data sampel diambil dari tabel 4.1, pada pengujian ke-1

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Data sampel diambil dari tabel 4.1, pada pengujian ke-1

dan pembebanan ke-1, dari data didapat putaran poros per menit

(65)

47

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel 4.1, pada

pengujian pertama dan pembebanan ke 2. Daya kincir 𝑝_𝑜𝑢𝑡 didapat

(66)

48 4.3HASIL PERHITUNGAN

Dari hasil percobaan kincir angin yang telah dilakukan peneliti dengan

memvariasikan kemiringan kincir dan jarak yang berbeda maka data

perhitungan pada tabel 4.9 sampai 4.16 langkah perhitungan dapat dilakukan

menggunakan cara yang sama pada sub bab. 4.2 “Pengolahan data dan

(67)

49

4.3.1 Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Halus dengan Kemiringan 10o

Tabel 4. 9 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu halus dengan kecepatan angin + 7,1 m/s dan kemiringan 10 º

beban V n F jarak ρ A r Torsi ω 𝑝_𝑜𝑢𝑡 𝑝_𝑖𝑛 cp % tsr

m/s rpm Newton meter meter meter N.m watt watt

0 7,12 485,1 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 50,774 0 106,083 0 0 2,8525

1 7,01 489,9 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 51,276 1,0060 101,242 0,00994 0,9937 2,9259

2 7 454,0 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 47,519 2,3308 100,809 0,02312 2,3121 2,7154

3 7,1 453,1 0,7848 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0785 47,424 3,7219 105,191 0,03538 3,5382 2,6718

4 7,12 409,1 1,0791 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1079 42,819 4,6206 106,083 0,04356 4,3557 2,4056

5 7,35 369,4 1,3734 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1373 38,664 5,3101 116,699 0,04550 4,5502 2,1042

(68)

50

Tabel 4. 10 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu halus dengan kecepatan angin + 8.24 m/s dan kemiringan 10o

beban

V n F jarak

ρ A r Torsi ω 𝑝𝑜𝑢𝑡 𝑝𝑖𝑛 Cp % tsr

0 8,14 543,3 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 56,865 0 158,518 0 0 2,7944

1 8,45 564,6 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 59,095 1,1594 177,327 0,00654 0,6538 2,7974

2 8,51 537,9 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 56,300 2,7615 181,132 0,01525 1,5246 2,6463

3 8,39 542,9 0,7848 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0785 56,824 4,4595 173,577 0,02569 2,5692 2,7091

4 8,13 517,9 1,0791 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1079 54,207 5,8495 157,935 0,03704 3,7037 2,6670

5 8,33 494,9 1,3734 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1373 51,800 7,1141 169,879 0,04188 4,1878 2,4874

6 8,10 474,6 1,6677 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1668 49,675 8,2843 156,193 0,05304 5,3039 2,4531

7 8,1 452,6 1,962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1962 47,372 9,2944 156,193 0,05951 5,9506 2,3394

8 7,98 429,1 2,2563 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,2256 44,912 10,1336 149,353 0,06785 6,7850 2,2513

9 8,07 381,9 2,5506 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,2551 39,972 10,1953 154,464 0,06600 6,6005 1,9813

(69)

51

4.3.2 Data Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Halus dengan Kemiringan 15o

Tabel 4. 11 Data perhitungan kincir angin permukaan sudut halus dengan kecepatan angin + 7,3 m/s dan kemiringan 15 o

beban

V n F jarak

ρ A r Torsi ω 𝑝𝑜𝑢𝑡 𝑝𝑖𝑛 cp % tsr

0 7,57 461,7 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 48,325 0 127,495 0 0 2,5535

1 7,38 449,4 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 47,037 0,9229 118,134 0,00781 0,7812 2,5494

2 7,48 381 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 39,878 1,9560 123,001 0,01590 1,5902 2,1325

(70)

52

Tabel 4. 12 Data perhitungan kincir angin permukaan sudut halus dengan kecepatan angin + 8,7 m/s dan kemiringan 15o

beban

V n F jarak

m/s rpm Newton meter meter meter N.m watt watt

0 8,68 622,1 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 65,113 0 192,205 0 0 3,0006

1 8,33 563,1 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 58,938 1,1564 169,879 0,00681 0,6807 2,8301

2 8,61 538 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 56,311 2,7620 187,592 0,01472 1,4724 2,6161

3 8,58 518,3 0,7848 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0785 54,249 4,2574 185,638 0,02293 2,2934 2,5291

4 8,77 480,3 1,0791 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1079 50,271 5,4248 198,246 0,02736 2,7364 2,2929

5 8,91 432,7 1,3734 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1373 45,289 6,2200 207,892 0,02992 2,9919 2,0332

(71)

53

4.3.3 Data Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Kasar dengan Kemiringan 10o

Tabel 4. 13 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu kasar dengan kecepatan angin + 7,37 m/s dan kemiringan 10o

beban V n F jarak ρ A r Torsi ω 𝑝_𝑜𝑢𝑡 𝑝_𝑖𝑛 cp % tsr

0 7,61 476,5 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 49,874 0 129,527 0 0 2,6215

1 7,27 431,2 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 45,132 0,8855 112,930 0,00784 0,7841 2,4832

2 7,38 382,8 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 40,066 1,9653 118,134 0,01664 1,6636 2,1716

(72)

54

Tabel 4. 14 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu kasar dengan kecepatan angin + 8.39 m/s dan kemiringan 10o

beban

V n F jarak

0 8,42 587,4 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 61,481 0 175,445 0 0 2,9207

1 8,39 549,5 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 57,514 1,1284 173,577 0,00650 0,6501 2,7420

2 8,44 505 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 52,857 2,5926 176,698 0,01467 1,4673 2,5051

3 8,36 473,5 0,7848 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0785 49,560 3,8894 171,721 0,02265 2,2650 2,3713

4 8,35 441,6 1,0791 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1079 46,221 4,9877 171,106 0,02915 2,9150 2,2142

5 8,46 416,5 1,3734 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1373 43,594 5,9872 177,958 0,03364 3,3644 2,0612

(73)

55

4.3.4 Data Perhitungan Kincir Permukaan Sudu Kasar dengan Kemiringan 15o

Tabel 4. 15 Data perhitungan kincir angin permukaan sudu kasar dengan kecepatan angin + 7,37 m/s dan kemiringan 15o

beban

V n F jarak

0 7,33 483,6 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 50,617 0 115,749 0 0 2,7622

1 7,41 441,1 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 46,168 0,9058 119,580 0,00758 0,7575 2,4922

2 7,59 418,3 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 43,782 2,1475 128,508 0,01671 1,6711 2,3074

3 7,53 388,3 0,7848 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0785 40,642 3,1896 125,485 0,02542 2,5418 2,1589

4 7,34 339,0 1,0791 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1079 35,482 3,8289 116,223 0,03294 3,2944 1,9336

(74)

56

beban

V n F jarak

0 8,41 558,5 0 0,1 1,17 0,5024 0,4 0 58,456 0 174,821 0 0 2,7803

1 8,48 528,5 0,1962 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0196 55,316 1,0853 179,223 0,00606 0,6056 2,6093

2 8,48 478,4 0,4905 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0491 50,073 2,4561 179,223 0,01370 1,3704 2,3619

3 8,49 455,4 0,7848 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,0785 47,665 3,7408 179,858 0,02080 2,0798 2,2457

4 8,45 409,1 1,0791 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1079 42,819 4,6206 177,327 0,02606 2,6057 2,0269

5 8,41 393,5 1,3734 0,1 1,17 0,5024 0,4 0,1373 41,186 5,6565 174,821 0,03236 3,2356 1,9589

(75)

57 4.4GRAFIK HASIL PERHITUNGAN

Dari hasil perhitungan kincir yang diperoleh, maka data itu diolah kembali ke

dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara putaran kincir dengan

torsi kincir, daya kincir dengan torsi, dan koefisien daya (Cp) dengan tip speed

ratio (tsr). Untuk leih jelasnya dapat dilihat pada tabel berikut ini:

(76)

58 4.4.1 Grafik Permukaan Halus dengan Permukaan Kasar pada

Kemiringan 10o dan Kecepatan Angin 7,1 m/s

Gambar 4.1 menunjukkan perbedaan daya yang dihasilkan oleh

masing-masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki kehalusan

permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus (warna merah)

dapat dilihat kecepatan angin 7,1 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 5,77

watt dan torsi maksimal 0,16 N.m dan dari grafik permukaan kasar (warna biru)

dapat menghasilkan daya maksimal 2,54 watt dan torsi maksimal 0,07 N.m.

Grafik 4. 1Grafik hubungan antara daya kincir (𝒑_𝒐𝒖𝒕) dan beban torsi, kincir permukaan halus dan kasar kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 7,1 m/s

(77)

59

Gambar 4.2 merupakan hasil pengolahan data dari tabel 4.9 untuk kincir

permukaan halus (warna merah) menunjukkan kecepatan maksimal yaitu 489,9

rpm dan hasil pengolahan data dari tabel 4.13 untuk kincir permukaan kasar

(warna biru) menunjukkan kecepatan maksimal 476,5 rpm. Masing-masing

kincir memiliki torsi 0 N.m, kecepatan angin 7,3 m/s dan kemiringan sudu 10º.

Grafik 4. 2Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi, kincir

permukaan halus dan kasar kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 7,1 m/s

(78)

60

Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara koefisien daya (Cp) terhadap

tip speed ratio (trs) pada kincir permukaan halus (berwarna merah) dengan sudu

kemiringan 10º dan kecepatan angin 7,1 m/s, menunjukkan nilai cp maksimal

0,049.Pada kincir permukaan kasar (berwarna biru) dengan sudu kemiringan 10º

dan kecepatan angin 7,37 m/s, menunjukkan nilai Cp maksimal 0,02.

Grafik 4. 3Grafik hubungan antara koefisiendaya dan tip speed ratio, kincir

permukaan halus dan kasar kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 7,1 m/s

(79)

Kemiringan 10o dan Kecepatan Angin 8.24 m/s

permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus dapat dilihat

kecepatan angin 8,24 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 10,19 watt dan torsi

maksimal 0,25 N.m dan dari grafik permukaan kasar dapat menghasilkan daya

maksimal 6,19 watt dan torsi maksimal 0,16 N.m.

Grafik 4. 4 Grafik hubungan antara daya kincir (𝒑_𝒐𝒖𝒕) dan beban torsi, kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 8,24 m/s

(80)

62

Grafik 4.5 merupakan hasil pengolahan data dari tabel 4.10 perukaan

halus (warna merah) menunjukkan kecepatan maksimal yaitu 564,6 rpm dan

hasil pengolahan data dari tabel 4.14 kincir permukaan kasar (warna biru)

menunjukkan kecepatan maksimal 587,4 rpm yang masing-masing kincir

memiliki torsi 0 N.m kecepatan angin 8,39 m/s dan kemiringan sudu 10º yang

sama.

Grafik 4. 5 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi, kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 8,24 m/s

0 200 400 600 800

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

(81)

63

Gambar 4.6 menunjukkan hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan

tip speed ratio (tsr) pada kincir permukaan halus (berwarna merah) dengan

kemiringan 10º dan kecepatan angin 8,24 m/s menunjukkan nilai Cp maksimal

0,05.Pada kincir permukaan kasar (berwarna biru) dengan kemiringan 10º dan

kecepatan angin 8,39 m/s menunjukkan nilai Cp maksimal 0,035.

pada kemiringan 10˚ pada kecepatan rata-rata 8,24 m/s

(82)

Gambar grafik 4.7 menunjukkan perbedaan daya yang dihasilkan oleh

masing-masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki

kehalusan permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus dapat

dilihat kecepatan angin 7,3 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 2,41 watt

dan torsi maksimal 0,07 N.m dan dari grafik permukaan kasar dapat

menghasilkan daya maksimal 4,21 watt dan torsi maksimal 0,13 N.m.

Grafik 4. 7 Grafik hubungan antara daya kincir (𝒑_𝒐𝒖𝒕) dan beban torsi , kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata 7,3 m/s

(83)

65

Gambar 4.8 merupakan hasil pengolahan data dari tabel 4.11 untuk

kincir permukaan halus menunjukkan kecepatan maksimal yaitu 461,7 rpm.

Hasil pengolahan data dari tabel 4.15 pada kincir permukaan kasar

memiliki torsi 0 N.m kecepatan angin 7,4 m/s dan kemiringan sudu 15º.

Grafik 4. 8 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi , kincir

permukaan halus dan kasar pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata 7,3 m/s

(84)

66

tip speed ratio (tsr) pada kincir permukaan halus (berwarna merah) dengan sudu

kemiringan 15º dan kecepatan angin 7,3 m/s dengan nilai Cp maksimal kincir

dan kecepatan angin 7,4 m/s dengan nilai Cp maksimal kincir 0,03.

pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata 7,3 m/s

(85)

permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus dapat dilihat

kecepatan angin 8,7 m/s dapat menghasilkandaya maksimal 6,89 watt dan torsi

maksimal 0,16 N.m dan dari grafik permukaan kasar dapat menghasilkan daya

maksimal 6,38 watt dan torsi maksimal 0,16 N.m.

Grafik 4. 10Grafik hubungan antara daya kincir (𝒑_𝒐𝒖𝒕) dan beban torsi kincir

(86)

68

Gambar 4.11 merupakan hasil pengolahan data dari tabel 4.12 kincir

permukaan halus (warna merah) menunjukkan kecepatan maksimal yaitu 622,1

rpm dan hasil pengolahan data dari tabel 4.16 kincir permukaan kasar (warna biru)

memiliki torsi 0 N.m, sudu kemiringan 15º dan kecepatan angin 8,4 m/s.

Grafik 4. 11Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi kincir

(87)

69

ip speed ratio (tsr) pada kincir permukaan halus (berwarna merah) dengan sudu

kemiringan 15º dan kecepatan angin 8,7 m/s dengan nilai Cp maksimal

dan kecepatan angin 8,4 m/s dengan nilai Cp maksimal 0,034.

Grafik 4. 12 Grafik hubungan antara Cp dan tsr kincir permukaan halus dan kasar

pada kemiringan 15˚ kecepatan angin rata-rata 8,7 m/s

(88)

70 BAB V

PENUTUP

5.1KESIMPULAN

Dari penelitian kincir angin model propeler tiga sudu dalam bentuk

prototipe, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin model propeler mengunakan dua

variasi kincir angin permukaan halus dan kincir angin permukaan

kasar. Kincir yang dibuat mengunakan sudut kemiringan, bentuk, dan

ukuran kincir yang sama.

2. Pada kincir angin permukaan kasar dengan kemiringan sudu 10° untuk

kecepatan 7,3 m/smenghasilkan daya maksimal2,54 watt dengan torsi

0,07 N.m, sedangkan kincir permukaan halus dengan kemiringan dan

kecepatan angin yang sama dapat menghasilkan daya sebesar 5,77

watt dengan torsi 0,16 N.m. Dari percobaan kincir angin dengan

kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,3 m/s disimpulkan bahwa

kincir permukaan halus dapat menghasilkan daya (Pout) yang lebih

besar dari pada kincir permukaan kasar yaitu 5,77 watt.

3. Pada perhitungan kincir angin permukaan halus dan permukaan kasar

dengan kemiringan 10°, untukkecepatan angin 8,3 m/s, didapatkan

(89)

71

torsi 0,28 N.m, sedangkan kincir angin permukaan kasar hanya

mampu menghasilkan daya sebesar 6,19 watt dengan torsi 0,16 N.m.

4. Kincir angin dengan kemiringan 15° dengan kecepatan angin 7,3 m/s

didapatkan bahwa kincir permukaan halus menghasilkan daya yaitu

2,41 watt dengan torsi 0,07 N.m, sedangkan kincir permukaan kasar

menghasilkan daya 4,21 watt dengan torsi 0,13 watt. Sedangkan pada

kecepatan angin 8,7m/s kincir angin permukaan halus dapat

menghasilkan daya yang lebih besar dari kincir permukaan kasar yaitu

6,38 watt dengan torsi 0,16 watt, sedangkan kincir permukaan halus

hanya dapat menghasilkan 6,89 watt dengan torsi 0,16 watt.

5.2SARAN

Setelah melakukan penelitian maka didapatkan kelebihan dan

kekurangan yang diperhatikan untuk bahan refrensi peneliti berikutnya

dibidang kincir angin antara lain :

1. Untuk mendapatkan daya maksimal kehalusan kincir perlu

diperhatikan karena semakin halus permukaan sudu kincir maka

hambatanya akan semakin kecil.

2. Sebaiknya melakukan pengambilan data lebih banyak untuk

(90)

72 DAFTAR PUSTAKA

Anggriawan,P.D., 2013. Kincir Angin Propeler Tiga Sudu dari bahan triplek dan anyaman bambu, Tugas Akhir, Universitas SanataDharma, Yogyakarta. Diakses tanggal 20 November 2013.

Calson.C.A. 2013. Wind Turbine Design.http://mcensustainableenergy. pbworks.

com

Kuijen,K.V. 2013. Turbine Topologies. http://www.mstudioblackboard.tudelft.nl.

Diakses tanggal 15 Oktober 2013.

Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute Technology

Perdana,P.N. 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Bayu/Angin (PLTB).http:// jendela denngabei.blogspot.com.Bandung. Diakses tanggal 12 Oktober 2013.

Sihana. 2013. Teknik Perhitungan Energi Angin. http://sihana.staff.ugm.ac.id/s2 /rets.Diakses : Tanggal 12 Oktober 2013.