vii
ABSTRAK
Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Atas dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka muncul ide tentang energi yang bisa diperoleh secara berkelanjutan tanpa merusak alam yaitu energi terbarukan, contohnya yakni energi angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja beberapa model kincir angin seperti torsi, hubungan daya dengan rpm, hubungan koefisien daya, dan tip speed ratio dengan beberapa variasi penelitian yang dilakukan.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015 dan panjang chord 18 cm, menggunakan bahan triplek yang dibungkus pelat seng sebagai kulit luarnya, dan tingginya 80 cm. Terdapat dua variasi penelitian yakni dengan variasi jumlah sudu dan variasi diameter penopang sudu, variasi jumlah sudu adalah empat sudu dan tiga sudu sedangkan variasi diameter penopang sudu adalah 50 cm dan 70 cm penopang sudu berbahan dasar triplek dengan tebal 12 mm. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir, besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas, putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer dan kecepatan udara rata-rata adalah 8,1 m/s . Penelitian dilakukan dengan menggunakan fan blower di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 8,90 % pada tip speed ratio0,59 dengan daya output maksimal sebesar 15,81 watt pada torsi 0,83 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,07 % dan pada tip speed ratio0,75 dengan daya output maksimal sebesar 17,06 watt dan torsi 0,86 N.m. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,14 % pada tip speed ratio0,43 dengan daya output maksimal sebesar 10.30 watt dan torsi 0,53 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,05 % pada tip speed ratio 0,64 dengan daya output maksimal sebesar 5,59 watt dan torsi 0,59 N.m.
viii
ABSTRACT
The need of energy is very important for country’s socio-development. A developed-country should have been supported by the progressive human resources to support the society. Through the science and knowledge development, some sustainable and eco-friendly energy has been invented, for example the wind energy. This research aims to examine the work method of wind turbines, such as the torsion, the relation of power and RPM, power coefficient relation, and tip speed ration in various researches.
The researcher examined Giromill wind turbine with NACA blade 0015 and 18 cm-length chord, which was made of plywood covered with zinc-plating with 80 cm-height. There were two research variation, the blade number variation and the blade crutch diameter variation. The blade number variations were four blades and three blades, while the blade crutch diameters were 50 cm and 70 cm, which were made of plywood with 12 mm-thickness. To obtain the turbine power, torsion, maximum power coefficient, and tip ratio speed on the turbine, the axis turbine was connected to braking mechanism for giving weight to the turbine. The weight amount could be seen on spring balance, the turbine rotation was measured with tachometer and the wind speed was measured with anemometer, and the average wind speed was 8,1 m/s. The research was performed in the Konversi Energi Laboratory, Sanata Dharma University, using fan blower.
From the research, four blades Giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 8,90% on 0.59 tip speed ratio, with 15,81 watt maximum power output on 0,83 Nm torsion. Three blades Giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 9,07% on 0,75 tip speed ratio, with 17,06 watt maximum power output on 0,86 Nm torsion. Four blades Giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 5,14% on 0,43 tip speed ratio, with 10,30 watt maximum power output on 0,53 Nm torsion. Three blades Giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 5,05% on 0,64 tip speed ratio, with 5,59 watt maximum power output and 0,83 Nm torsion.
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL
DENGAN SUDU NACA 0015
DAN PANJANG CHORD 18 CM
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
SEPTIAN KURNIAJI NIM : 125214060
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF GIROMILL WINDMILL
WITH BLADES NACA 0015
AND CHORD LENGTH 18 CM
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By:
SEPTIAN KURNIAJI Student Number : 125214060
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
iii
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL
DENGAN SUDU NACA 0015
DAN PANJANG CHORD 18 CM
Disusun oleh:
SEPTIAN KURNIAJI NIM : 125214060
Telah disetujui oleh:
Dosen Pembimbing
KERJA KINCIR
ANGIN
GIROMILL
DENGAII
SUDU
NACA
OO15DAN
PANJATIG
CIIORD
18CM
Disusun oleh:
SEPTIAN IORNIAJI I\[IM : 123214M0
Telah disetujui oleh:
Dosen Pembimbing
llr
Ketua
Sekretaris
Anggota
UNJUK
KERJA KINCIR
AI\IGINGIROMILL
DENGAN SUDU
NACA
OO15DAN PANJAI\IG
CIIORD
18CM
Yang dipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA : SEPTIAN KT,RIIAJI
NIM:
125214064Telah dipErtahankan di depan Dewan Penguji
Pada tanggal 29 Juli 2016
Susunan Dewan
Pen
iNama Lengkap
: Ir. Petrus Kanisius Purwadi. M.T.
: Wibowo Kusbandono, S.T, M.T.
: Ir. Rines, M.T.
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu pe
Yoryakarta
ll
Agustus 2016 Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata f)harma
Yogyakarta
lY
Tanda Tangan
PER}I"YATAAIY
KEASLIAN
TUGAS
AKHIR
Dengaa
iri
penulis menyatd<an dongan sesungguhnya bahwa dalam Slaipsidengan judul:
Unjuk Kerja Kincir Angrn Giromilt
dengan Sudu NACA 0015
dan Paniang Chord 18 Cm
Yang dibuat unhrk melengkapi persyaratan ytr;;g wajlb ditempuh untuk menjadi
Sarjana Teknik pada program Strata-I, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharmq Yogyakarta Sejauh yang saya ketahui
bukan merupakan tiruan dari Skripsi yang sudah dipublikasikan di Perguruan
tinggi manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftat
pustaka.
Dibuat
di
:
YoryakartaPada tanggal : I I Agustus 2016
LEMBAR
PERI\-YATAAN
PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA
ILMIAI{
UNTUK
KEPBNTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, sa-va mahasiswa Universitas $auataftrarma :
Nama
:
SEPTIAN KURNIAIINomor Mahasiswa
:
12521406ADemi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yangberyudul :
UnjukKerja Kincir Angin Giromill
dengan Sudu NACA 0015
dan Panjang Chord 18 Cm
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan \Jniversitas
Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam
kntuk
media lain,mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
mempublikasikanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa
perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama
tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Padatanggal 11 Agustus 2016
Yang menyatakan
vii
ABSTRAK
Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Atas dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka muncul ide tentang energi yang bisa diperoleh secara berkelanjutan tanpa merusak alam yaitu energi terbarukan, contohnya yakni energi angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja beberapa model kincir angin seperti torsi, hubungan daya dengan rpm, hubungan koefisien daya, dan tip speed ratio dengan beberapa variasi penelitian yang dilakukan.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015 dan panjang chord 18 cm, menggunakan bahan triplek yang dibungkus pelat seng sebagai kulit luarnya, dan tingginya 80 cm. Terdapat dua variasi penelitian yakni dengan variasi jumlah sudu dan variasi diameter penopang sudu, variasi jumlah sudu adalah empat sudu dan tiga sudu sedangkan variasi diameter penopang sudu adalah 50 cm dan 70 cm penopang sudu berbahan dasar triplek dengan tebal 12 mm. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir, besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas, putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer dan kecepatan udara rata-rata adalah 8,1 m/s . Penelitian dilakukan dengan menggunakan fan blower di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 8,90 % pada tip speed ratio0,59 dengan daya output maksimal sebesar 15,81 watt pada torsi 0,83 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,07 % dan pada tip speed ratio0,75 dengan daya output maksimal sebesar 17,06 watt dan torsi 0,86 N.m. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,14 % pada tip speed ratio0,43 dengan daya output maksimal sebesar 10.30 watt dan torsi 0,53 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,05 % pada tip speed ratio 0,64 dengan daya output maksimal sebesar 5,59 watt dan torsi 0,59 N.m.
viii
ABSTRACT
The need of energy is very important for country’s socio-development. A developed-country should have been supported by the progressive human resources to support the society. Through the science and knowledge development, some sustainable and eco-friendly energy has been invented, for example the wind energy. This research aims to examine the work method of wind turbines, such as the torsion, the relation of power and rpm, power coefficient relation, and tip speed ration in various researches.
The researcher examined giromill wind turbine with NACA blade 0015 and 18 cm-length chord, which was made of plywood covered with zinc-plating with 80 cm-height. There were two research variation, the blade number variation and the blade crutch diameter variation. The blade number variations were four blades and three blades, while the blade crutch diameters were 50 cm and 70 cm, which were made of plywood with 12 mm-thickness. To obtain the turbine power, torsion, maximum power coefficient, and tip ratio speed on the turbine, the axis turbine was connected to braking mechanism for giving weight to the turbine. The weight amount could be seen on spring balance, the turbine rotation was measured with tachometer and the wind speed was measured with anemometer, and the average wind speed was 8,1 m/s. The research was performed in the Konversi Energi Laboratory, Sanata Dharma University, using fan blower.
From the research, four blades giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 8,90% on 0.59 tip speed ratio, with 15,81 watt maximum power output on 0,83 N.m torsion. Three blades giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 9,07% on 0,75 tip speed ratio, with 17,06 watt maximum power output on 0,86 N.m torsion. Four blades giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 5,14% on 0,43 tip speed ratio, with 10,30 watt maximum power output on 0,53 N.m torsion. Three blades giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 5,05% on 0,64 tip speed ratio, with 5,59 watt maximum power output and 0,83 Nm torsion.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kasih, karunia dan rahmat yang berlimpah dari Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Skripsi dengan judul “ Unjuk Kerja Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA 0015 dan Panjang Chord 18 cm” Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam penyusunan Skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin. 3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan sabar
dan meluangkan waktu untuk membimbing, memberikan saran, dan masukan serta pengarahan kepada penulis dalam penyusunan laporan tugas akhir ini sampai dengan selesai.
4. Dr. Drs.Vet. Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik.
x
6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
7. Rubiyanta dan Partini selaku orang tua penulis yang telah memberikan dukungan material, cinta dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
8. Kakak-kakakku, Herlina Noviyani Kurnianingsih, Fendika Aji Prawisma dan adikku Destya Aji Ryananda terima kasih untuk semua dukungan dan cinta. 9. Seseorang yang ada dalam hatiku, Davita Febrielia Kana, terima kasih atas
cinta, doa, motivasi dan kesabaran yang selalu menemani hari-hari indahku. Semoga keindahan kasih ini selalu bermakna dan terjaga.
10. Teman-teman seperjuangan Bernadus Maswasano, Valentinus Taufan Deca terima kasih untuk dukungan pembuatan kincir angin ini.
11. Teman-teman sekelas (Dwi, Anggi, Damar, Brian Satria, Andra, Wilson, Candra, Yerikho, Bowo). Terima kasih atas kebersamaan dan kenangan-kenangan indah.
12. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang yang telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian Skripsi ini.
13. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu yang telah berperan serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini.
xi
membangun untuk menyempurkan Skripsi. Akhir kata seperti penulis harapkan semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta,11 Agustus 2016
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITTLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 5
1.3 Batasan Masalah ... 5
1.4 Tujuan Penelitian ... 6
1.5 Manfaat Penelitian ... 6
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Airfoil ... 8
2.2 Kincir Angin ... 9
2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ... 11
2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 13
2.3 Rumus Perhitungan ... 14
2.3.1 Energi dan Daya Angin ... 15
2.3.2 Torsi Kincir Angin ... 16
2.3.3 Daya Kincir Angin ... 16
2.3.4 Tip Speed Ratio... 17
2.3.5 Koefisien Daya ... 18
xiii BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian ... 21
3.2 Bahan Untuk Penelitian ... 22
3.3 Alat Untuk Penelitian ... 25
3.4 Desain Kincir ... 29
3.5 Variabel Penelitian ... 30
3.6 Variabel yang Diukur ... 31
3.7 Parameter yang Dihitung ... 31
3.8 Langkah Penelitian ... 31
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian ... 35
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 39
4.2.1 Perhitungan Torsi ... 39
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ... 39
4.2.3 Perhitungan tip speed ratio ... 40
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya ... 40
4.3 Hasil Perhitungan ... 41
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 45
4.5 Grafik Perbandingan dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm ... 59
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 63
5.2 Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... 66
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Kincir Angin P. La Cour ... 3
Gambar 2.1 Bagian-bagian Airfoil ... 8
Gambar 2.2 NACA 0015 ... 9
Gambar 2.3 Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal ... 10
Gambar 2.4 Cretan Sail Windmill ... 11
Gambar 2.5 American Windmill ... 12
Gambar 2.6 Dutch Four Arm ... 12
Gambar 2.7 Skema Kincir Angin Savonius ... 13
Gambar 2.8 Kincir Angin Darrieus ... 14
Gambar 2.9 Kincir Angin Giromill ... 14
Gambar 2.10 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ) ... 16
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin ... 21
Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill ... 23
Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu ... 23
Gambar 3.4 Dudukan sudu ukuran 50 cm ... 24
Gambar 3.5 Fan Blower ... 26
Gambar 3.6 Anemometer ... 27
Gambar 3.7 Tachometer ... 28
Gambar 3.8 Sistem Pengereman ... 28
Gambar 3.9 Neraca Pegas ... 28
Gambar 3.10 Rangka Sudu kincir angin Giromill ... 29
Gambar 3.11 Model Kincir Angin ... 30
xv
Gambar 3.13 Skema susunan alat untuk pengujian ... 32 Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin
giromil empat sudu variasi diameter 70 cm ... 46 Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ... 47 Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ... 48 Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ... 49 Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill
empat sudu variasi diameter 70 cm ... 50 Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga
sudu variasi diameter 70 cm ... 51 Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill
empat sudu variasi diameter 50 cm ... 52 Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill
tiga sudu variasi diameter 50 cm... 53 Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dan λ kincir angin giromill
empat sudu variasi diameter 70 cm ... 54 Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ... 56 Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin
giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ... 57 Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ... 59 Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir
angin giromill empat sudu dan tiga sudu dengan variasi
diameter 50 cm dan 70 cm ... 60 Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( ) dan tip speed ratio
(λ) pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm ... 35
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm ... 36
Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm ... 37
Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm ... 38
Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm ... 41
Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm... 42
Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm ... 43
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Saat ini sebagian besar negara hanya terpacu untuk memaksimalkan energi mineral atau energi fosil yang terkandung didalam bumi, contohnya minyak bumi, gas alam dan batu bara. Setiap saat energi akan berkurang di setiap sisi bumi dan eskploitasi yang besar-besaran membuat energi mineral semakin menipis. Jika energi mineral terus diambil maka dalam waktu yang kurang dari 100 tahun lagi gas alam akan habis sedangkan cadangan batubara akan habis diantara 200 tahun sampai 300 tahun (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2006). Dalam perkembangannya ilmu pengetahuan akan terus berkembang untuk menemukan suatu energi baru, yang masyarakat luas kenal dengan energi alternatif atau energi terbarukan.
hingga peralatan rumah tangga yang menggunakan energi matahari sebagai sumber eneginya.
Pengembangan energi terbarukan sedang digalakkan melalui kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber-sumber energi terbarukan seperti matahari, angin, panas bumi, dan biomassa. Energi angin merupakan energi terbarukan yang fleksibel karena pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana saja, baik di daerah landau maupun dataran tinggi, bahkan di laut juga.
Pemanfaatan sumber energi angin di Indonesia masih langka bahkan kurang popular, jika melihat garis pantai yang ada dari Provinsi paling barat yaitu Nanggroe Aceh Darussalam sampai Nusa Tenggara Timur akan beberapa ribuan kilometer yang bisa dijadikan tempat untuk pembangunan sistem pembangkit listrik tenaga angin, namun sangat disayangkan bahwa hanya beberapa daerah saja yang mulai mengembangkan energi ini contohnya di Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta tepatnya di Pantai Baru Kabupaten Bantul, menjadikan daerah ini sebagai daerah wisata dan tempat belajar mengenai kincir angin, karena di tempat ini ada ratusan kincir angin yang berdiri.
mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m). Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.
Gambar 1.1 Kincir Angin P. La Cour (Sumber : isaacbrana.wordpress.com)
Kincir angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan sumbu putarnya, Kincir Angin Sumbu Vertikal dan Kincir Angin Sumbu Horizontal. Pada penelitian ini kincir angin yang digunakan untuk pengujian adalah kincir angin sumbu Vertikal dengan tipe giromil. Giromill merupakan modifikasi dari kincir angin Darrieus yang juga dipantenkan oleh George Darrieus pada tahun 1927.
dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama. Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda dengan kincir angin Darrieus, angin yang datang akan langsung mendorong sudu, sudu yang aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya dorong sudu (Richard Smith, 2007).
Pada tahun 1989 di Inggris Raya sebuah kincir angin giromill terbesar di Eropa dibuat dengan tinggi 45 m dan diameter 38 m, selesai pemasngan pada tahun 1991, namun setelah beberapa bulan kincir angin giromill mengalami kerukasan karena salah satu sudunya patah, diduga karena adanya kesalahan pada pembuatan sudu yang terbuat dari fiberglass. 20 tahun berikutnya pada tahun 2010 di Swedia, kincir angin giromill dibuat dan merupakan kincir angin giromill yang terbesar dibuat di Swedia, mempunyai sudu tiga dan mampu memperolah daya sekitar 200 kW, kincir angin giromill ini dibuat dengan material komposit dari kayu untuk sudunya dan baja digunakan untuk strukturnya.
1.2Perumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Indonesia memiliki garis pantai yang sangat panjang dan negara kepulauan yang mempunyai sumber energi yang sangat melimpah, namun energi angin tersebut memiliki kecepatan rendah.
b. Energi fosil adalah energi yang suatu saat akan habis, sedangkan energi terbarukan selalu tersedia melimpah yang bila dimanfaatkan akan memberikan energi yang ramah lingkungan.
c. Indonesia harus mulai menggunakan energi yang ramah lingkungan sebagai alternatif pengganti energi fosil yang ketersediaannya terbatas. d. Kebutuhan energi terbarukan menjadi sangat mendesak mengingat bumi
yang semakin rusak karena penggunaan energi yang tidak ramah lingkungan.
e. Sumber energi angin memiliki potensi untuk dikembangkan dan tidak menimbulkan berbagai dampak negatif bagi lingkungan dan masyarakat.
1.3 Batasan Masalah
Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan-batasan sebagai berikut :
b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
c. Sudu kincir menggunakan penampang airfoil dengan tipe NACA 0015. d. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran
poros kincir dan gaya pengimbang torsi.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan Penelitian ini adalah :
a. Membuat model kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015, panjang chord 18 cm, empat sudu dan tiga sudu, yang terbuat dari triplek
(polywood) dan dibungkus dengan pelat seng, untuk dua variasi diameter : 50 cm dan 70 cm.
b. Mendapatkan hubungan putaran poros dan torsi kincir angin giromill yang diteliti.
c. Mendapatkan hubungan daya output dan torsi kincir angin giromill yang diteliti.
d. Mendapatkan hubungan koefisien daya (cp) dan tip speed ratio (tsr) kincir angin giromill yang diteliti.
1.5 Manfaat penelitian
Manfaat pembuatan kincir angin ini adalah :
b. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir angin berbahan pelat seng dan triplek (polywood)
8
BAB II
DASAR TEORI DAN
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Airfoil
Airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang berguna untuk dapat memberikan gaya angkat (lift) tertentu terhadap suatu bodi lainnya. Bagian-bagian airfoil dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Bagian airfoil meliputi permukaan atas (upper surface), permukaan bawah (lowerer surface), mean camber line adalah tempat kedudukan titik-titik antara permukaan atas dan bawah airfoil, leading edge adalah titik paling depan pada mean camber line, trailing edge adalah titik paling belakang pada mean camber
line, camber adalah jarak maksimum antara mean camber line dan garis chord
yang diukur tegak lurus terhadap garis chord, dan ketebalan (thickness) adalah jarak antara permukaan atas dan permukaan bawah yang diukur tegak lurus terhadap garis chord
Gambar 2.2 NACA 0015
(Sumber : www.homebuiltairplanes.com)
NACA 0015 merupakan seri 4 digit dari beberapa macam seri, antara lain : NACA seri 5 digit, NACA seri 1 (16), NACA seri 6, NACA seri 7, dan NACA seri 8. Dari tipe 0015 digit pertama menyatakan persen maksimum chamber pada chord, digit kedua menyatakan sepersepuluh persen maksimum chamber pada
chord dari leading edge, sedangkan kedua digit terakhir menyatakan persen
ketebalan airfoil terhadap chord, jadi NACA 0015 merupakan airfoil simetris dengan ketebalan maksimum 15% dari panjang chord, bentuk NACA 0015 dapat dilihat pada Gambar 2.2
2.2 Kincir Angin
listrik. Sejarah penggunan kincir angin yang pertama kali digunakan adalah di Persia pada abad 5. Kemudian kincir angin tersebut menyebar ke seluruh Eropa. Di Belanda sendiri, kincir angin digunakan pertama kali sekitar abad 13. Kincir angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan sumbu porosnya,sumbu horisontal dan sumbu vertikal, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal (Sumber : ecowatchcanada.wordpress.com)
generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur
turbin angin.
2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal
Kincir angin sumbu horizontal memiliki contoh – contoh seperti berikut : 1. Cretan Sail
[image:30.595.85.515.244.720.2]Jenis kincir ini dibuat pada tahun 1976, dengan bahan atau material utamanya kayu dan sebuah kain di sudunya, kincir ini terletak pada daerah pesisir pantai, bentuk kincir angin Cretan Sail dapat dilihat pada Gambar 2.4.
2. American Windmill
American Windmill atau Wind Engine dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penembakan dan penggilingan gabah serta memotong jerami. Gambar 2.5 menunjukan bentuk dari kincir angin American Windmill.
Gambar 2.5 American Windmill Sumber : (xaharts.org) 3. Dutch Four Arm
[image:31.595.84.514.233.733.2]Desain kincir angin ini tergolong sederhana, dan mungkin awal dari rancangan kincir angin di Eropa, karena bentuk dan bahan materialnya pun dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya model ini sangat terkenal di Belanda. Pada Gambar 2.6 dapat dilihat bentuk kincir angin Ducth Four Arm.
2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal
Kincir Angin Sumbu Vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang bisa menangkap atau mengkonversi angin dari segala arah, sudunya yang tegak lurus arah angin akan memutar kincir dengan orientasi arah kincir horizontal. Berikut adalah tipe-tipe dari Kincir Angin Sumbu Vertikal :
1. Kincir Angin Savonius
[image:32.595.86.511.223.632.2]Kincir Angin Savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius yang berasal dari Negara Finlandia sekitar tahun 1922. Savonius menggunakan sudu dengan cara memotong silinder Fletter menjadi 2 paruhan sepanjang garis pusat dan memposisikan 2 pruhan tersebut membentuk seperti huruf ‘S” yang diletakan pada lingkaran batas sudu seperti yang ditunjukan Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Skema Kincir Angin Savonius (Sumber : www.ecosources.info)
2. Kincir Angin Darrieus
Gambar 2.8 Kincir Angin Darrieus (Sumber : www.wind-works.org)
3. Kincir Angin Giromill
Kincir angin giromill merupakan modifikasi dari kincir angin darrieus, diciptakan dan dipatenkan oleh Georges Darrieus pada tahun 1927. Desain kincir angin giromill mempunyai kemiripan dengan H-Rotor dan Darrieus, di sudu yang berbentuk aerodinamis serta menggunakan airfoil, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.9.
2.3 Rumus-Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan unjuk kerja kincir angin :
2.3.1 Energi dan Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetic yang dirumuskan berikut ini :
(1)
dengan adalah energi kinetic (joule), adalah massa ( ) , dan adalah
kecepatan angin ( )
Dari persamaan (1) , dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :
(2)
dengan adalah daya yang dihasilkan angin ( J/s = watt) , adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s) , dan adalah kecepatan angin (m/s).
Dengan :
(3)
dimana adalah massa jenis udara (1.18 kg/ ) , adalah luas frontal kincir
( ).
Dengan substitusi, persamaan (2) dan persamaan (3), daya angin ( ) dapat dirumuskan menjadi :
(4)
2.3.2 Torsi 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) :
(5)
dengan adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm) , adalah gaya pengimbang atau gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan adalah jarak lengan torsi ke poros (m).
2.3.3 Daya Kincir Angin
[image:35.595.85.514.230.731.2]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 2.10 menunjukan karakteristik dari beberapa tipe kincir :
Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin adalah :
(6)
Dengan adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt) , adalah torsi dinamis (Nm), dan adalah kecepatan sudut (rad/s).
Kecepatan sudut dapat didapat dari :
rad / s
Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan persamaan :
=
= (7)
dengan adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), adalah putaran poros (rpm).
2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)
Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin yang berputar melingkar dengn kecepatan angin yang melewatinya.
Rumus kecepatan di ujung sudu adalah :
dengan adalah kecepatan ujung sudu, adalah kecepatan sudu (rad/s), dan adalah jari-jari kincir (m).
Sehingga dapat dirumuskan dengan :
Yang dapat disederhanakan menjadi :
(8)
dengan adalah jari-jari kincir (m), adalah putaran poros (rpm) ,dan adalah kecepatan angin (m/s).
2.3.5. Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya atau power coefficience ( ) adalah perbandingan antara
daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( ) dengan daya yang dihasilkan
oleh angin ( ) . Sehingga dapat dirumuskan:
(9)
dengan adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), adalah daya yang dihasilkan angin (watt).
2.4 Tinjauan Pustaka
dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama. Beberapa penelitian yang dilakukan dengan kincir angin giromill menggunakan bentuk sudu airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA 0018, mendapatkan daya output yang besar di tip speed ratio yang rendah (Prathamesh Despande et al, 2013). Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda dengan kincir angin Darrieus, angin yang datang akan langsung mendorong sudu, sudu yang aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya dorong sudu (Richard Smith, 2007).
21
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini dimulai dari perencanaan hingga analisis data. Dapat ditujukan dalam diagram alir seperti dalam Gambar 3.1:
[image:40.595.86.525.245.696.2]
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin Perencanaan Kincir Angin Giromill dengan
Sudu NACA 0015 Mulai
Pembuatan Kincir Angin berbahan dasar triplek (polywood) dan dibungkus dengan pelat seng
Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan kincir, kecepatan angin dan beban pengereman pada kincir angin
Pengolahan data untuk mencari hubungan putaran poros dan torsi, daya output dan torsi serta koefisien daya dan tip speed ratio
Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :
1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin giromill dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin giromill.
3.2 Bahan Untuk Penelitian
Bahan- bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut a. Bahan untuk sudu kincir angin
diberi potongan triplek (polywood) dengan ketebalan 4 mm. Bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.2.
[image:42.595.83.514.168.725.2]
(a) (b) Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill
a) rangka sudu, b) rangka sudu yang sudah dilapisi triplek (polywood)
b. Bahan untuk pengikat ujung sudu kincir.
Dimasing- masing ujung sudu terdapat alumunium dengan ketebalan 5 mm dan panjang 20 cm digunakan untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu, seperti yag ditunjukan pada Gambar 3.3.
c. Bahan untuk dudukan sudu
[image:43.595.84.508.240.626.2]Dudukan sudu yang merupakan komponen yang berfungsi sebagai pengikat dan pemasangan sudu. Dudukan sudu memiliki lubang disetiap sudutnya, ada enam lubang disetiap satu sudu kemudian dimur untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu, terdapat dua dudukan sudu untuk atas dan bawah. Bentuk dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.4, dudukan sudu terbuat dari papan triplek (polywood) dengan ketebalan 12 mm diameter 70 cm dan 50 cm.
Gambar 3.4 Dudukan sudu ukuran 50 cm
d. Bahan untuk poros utama kincir
pada tiang penahan kincir. Bahan poros utama adalah pipa pvc dengan ukuran 1” dengan panjang 90 cm dan dilapisi dengan potongan pipa pvc
untuk menahan dudukan sudu dibagian antar dudukan atas dan bawah.
3.3 Alat Untuk Penelitian
Alat-alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin dan penelitian meliputi beberapa bagian, yaitu :
a. Alat kerja utama : 1. Mesin bor 2. Hand bor 3. Mesin Gerinda 4. Gergaji
5. Palu
b. Alat kerja tambahan dan alat bantu pengukuran : 1. Fan Blower
Fan Blower berfungsi untuk menghisap udara masuk kedalam wind
Gambar 3.5 Fan Blower
2. Anemometer
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan fan blower, dapat dilihat pada Gambar 3.7.
3. Tachometer
[image:46.595.91.511.230.631.2]Tachometer adalah alat yang berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros, tachometer mampu membaca tiga bagian yaitu min yang menyatakan nilai terendah dari pembacaan, max menyatakan nilai tertinggi yang dibaca dan av atau average yang merupakan rata-rata dari 3 kali pembacaan dari kecepatan putaran poros. Tachometer dapat ditunjukan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.7 Tachometer 4. Sistem Pengereman
Gambar 3.8 Sistem Pengereman 5. Neraca Pegas
Neraca Pegas berfungsi untuk mengetahui beban pengereman pada kincir angin saat berputar, Neraca Pegas diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis, dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.9 Neraca Pegas c. Penopang kincir angin
Penopang kincir angin diletakan dibagian belakang fan blower untuk tempat kincir angin berputar, terdapat tumpuan atas dan bawah. Bantalan terdapat di bagian tumpuan atas dan bawah berguna untuk menumpu poros utama kincir angin.
3.4 Desain Kincir
Desain sudu kincir angin giromill dengan penampang airfoil NACA 0015 panjang chord 18 cm, tinggi sudu 80 cm, Gambar 3.12 menunjukan bagian rangka sudu yang belum ditutup dengan pelat seng, dan sudu yang sudah tertutup pelat seng.
[image:48.595.84.509.217.618.2]
(a) (b) Gambar 3.10 Rangka Sudu kincir angin Giromill a)Rangka sudu , b) Sudu yang sudah terbungkus pelat seng
Sudu kincir angin giromill tersusun dari triplek (polywood) yang sudah berpola NACA 0015, kemudian diberi lubang untuk rangka yang terbuat dari stainless steel dan untuk rangka belakang menggunakan almunium, setelah
terpasang bagian sela antara triplek (polywood) satu dengan lain diberi penguat
8
0
c
m
yaitu papan triplek dengan ketebalan 3 mm diikat menggunakan kawat. Untuk pengikat antara ujung sudu dan penopang sudu, menggunakan alumunium dengan panjang 20 cm, di rekatkan bagian atas sudu dan bawah dengan dilubangi lalu diberi mur. Pelapisan menggunakan pelat seng harus sesuai dengan pola NACA 0015, setelah dilengkuk pelat seng dipasang menggunakan paku sebagai pengikat dan lem dibagian ekor.
[image:49.595.86.512.220.630.2]Setelah pembuatan sudu-sudu, kemudian sudu-sudu dirakit sehingga membentuk rotor kincir angin, pada penelitian pertama menggunakan empat sudu. Berikut desain rotor kincir angin sudu empat bisa dilihat pada Gambar 3.14 :
Gambar 3.11 Model kincir angin
3.5 Variabel Penelitian
Variabel dalam penelitian ini adalah :
1. Variasi jumlah sudu, menggunakan empat sudu dan tiga sudu 2. Variasi diameter penopang sudu dengan diameter 50 cm dan 70 cm
3.6 Variable yang Diukur
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah: 1. Kecepatan angin (m/s)
2. Putaran poros (rpm) 3. Gaya pengimbang (N)
3.7 Parameter yang Dihitung
Untuk mendapat karakteristik yang didapat pada penelitian menggunakan parameter sebagai berikut :
1. Daya angin (Pin)
2. Daya Kincir (Pout)
3. Gaya Pengimbang Torsi (T) 4. Koefiesien Daya (Cp)
3.8 Langkah Penelitian
Gambar 3.12 Skema susunan alat pengujian kecepatan angin
Gambar 3.13 Skema susunan alat untuk pengujian
Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data adalah pemasangan kincir angin pada tiang penyangga dan memasang mekanisme pengereman dengan poros kincir atas. Langkah-langkah dalam pengambilan data adalah sebagai berikut :
2. Proses pengambilan data kecepatan angin dilakukan dengan pemasangan anemometer didepan fan blower dengan jarak 2 m
3. Pengambilan data kecepatan angin dilakukan sebanyak tiga puluh kali 4. Fan blower dihidupkan untuk pengambilan data kecepatan angin
5. Matikan fan blower setelah tiga puluh kali pengambilan data kecepatan angin
6. Posisikan kincir angin sejajar dengan sumbu fan blower dengan jarak 2 m di depan fan blower
7. Pemasangan neraca pegas menggunakan tali nylon dengan menghubungkan lengan dari mekanisme pengereman
8. Tali nylon dipasang bagian bawah digunakan untuk menarik neraca pegas 9. Jika sudah siap fan blower kembali dihidupkan
10.Pada percobaan pertama dengan empat sudu dan variasi ukuran 70 cm , dilanjutkan dengan tiga sudu diameter 70 cm, empat sudu diameter 50 dan tiga sudu diameter 50
11.Untuk mekanisme pengereman menggunakan karet sebagai pegas untuk mengurangi kecepatan putaran poros kincir dan untuk mengetahui besar torsi dinamis yang didapat dari penelitian
12.Mengukur kecepatan putaran poros dibagian bawah kincir dengan menggunakan tachometer, pengambilan data dilakukan dengan rata-rata kecepatan putaran poros yag terdapat di tachometer
14.Mengulang kembali dari langkah ke 2 hingga langkah ke 12 untuk variasi sudu sudu yang berikutnya.
35
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Berikut ini adalah hasil data dari penelitian kincir angin giromil empat sudu dan tiga sudu dengan dua variasi diameter. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1 , Tabel 4.2 , Tabel 4.3, Tabel 4.4 .
Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s
No Penelitian Beban F (gram)
Putaran Kincir n (rpm)
1
1
0 269,5
2 0 276,2
3 0 274,4
4
2
120 262,9
5 120 264,1
6 120 245,6
7
3
250 221,7
8 250 224
9 250 223,3
10
4
450 218,8
11 450 212,9
12 450 209,3
13
5
560 208,2
14 560 203,2
15 560 199,9
16
6
600 198,1
17 600 198
18 600 198,8
19
7
640 195,2
20 640 197,3
Lanjutan Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s
No Penelitian Beban
F (gram)
Putaran Kincir
n (rpm) 22
8
710 192,9
23 710 194,3
24 710 189,7
25
9
850 181,1
26 850 174,6
27 850 179,6
28
10
880 155,9
29 880 148,3
30 880 147,1
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s
No Penelitian Beban
F (gram)
Putaran Kincir
n (rpm) 1
1
0 314,1
2 0 313,5
3 0 310,5
4
2
140 295,3
5 140 308,9
6 140 308,8
7
3
320 276,5
8 320 273,6
9 320 272,6
10
4
440 251,6
11 440 253,4
12 440 263,7
13
5
550 248,6
14 550 248,1
15 550 238
16
6
650 225
17 650 226,3
18 650 223
19
7
700 208,2
20 700 204,1
Lanjutan Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s
No Penelitian Beban
F (gram)
Putaran Kincir
n (rpm) 22
8
730 195,9
23 730 197,2
24 730 193,3
25
9
880 185,6
26 880 188,7
[image:56.595.84.508.118.754.2]27 880 177,6
Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s
No Penelitian Beban
F (gram)
Putaran Kincir
n (rpm) 1
1
0 270,2
2 0 274,6
3 0 268,7
4
2
80 251,8
5 80 257,9
6 80 257,2
7
3
220 230,9
8 220 231,9
9 220 229,7
10
4
340 198,1
11 340 201
12 340 193,8
13
5
430 186,2
14 430 187,2
15 430 189
16
6
530 177,1
17 530 174,6
18 530 180,2
19
7
600 167,1
20 600 154,6
21 600 158,3
22
8
650 139,5
23 650 116,4
Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s
No Penelitian Beban
F (gram)
Putaran Kincir
n (rpm)
1
1
0 301
2 0 307,8
3 0 302,2
4
2
140 291,8
5 140 288,1
6 140 296,7
7
3
220 282,1
8 220 287,8
9 220 280,7
10
4
250 271,8
11 250 278,3
12 250 270
13
5
300 263,4
14 300 266,1
15 300 259,5
16
6
350 240,9
17 350 242,7
18 350 238,6
19
7
440 201,2
20 440 209,4
21 440 206,3
22
8
540 172,9
23 540 141,6
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2 b. Massa jenis Udara = 1,18 kg/m3
4.2.1 Perhitungan Torsi
[image:58.595.87.513.191.623.2]Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Dari data yang diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 1,18 Newton dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,1 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai berikut :
T = F . l
= (1,18) . (0,1) = 0,12 N.m
Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,12 N.m
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir
Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin sebesar 8,1 m/s, putaran poros (n) sebesar 262,9 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.1 adalah sebesar = 0,12 N.m. Besar nilai daya kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pout= T . ω
= 0,12 .
= 0,12 .
= 3.24 watt
Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 3.24 watt
4.2.3 Perhitungan tip speed ratio
Contoh perhitungan untuk tsr, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin dalam rad/s adalah sebesar 27,5 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,35 m, dan kecepatan angin sebesar 8.19 m/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung menggunakan
rumus sebagai berikut :
tsr =
=
= 1,23 Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah 1,23
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya
Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas yakni, besar nilai daya angin adalah 157,8 watt dan nilai dari daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar 1,23 watt. Nilai koefisien daya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Cp = x 100%
=
x 100%
Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 1,79 %
4.3 Hasil Perhitungan
[image:60.595.91.515.228.755.2]Pengujian kincir angin sumbu vertikal tipe giromill dengan sudu NACA 0015, panjang Chord 18 cm, empat sudu dan tiga sudu, untuk dua variasi diameter : 50 cm dan 70 cm, yang sudah diuji ini diperoleh hasil data – data seperti berikut yang dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8.
Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang
Beban
Torsi Kec. Sudu
Daya Output
Kincir λ
Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s
Watt Cp (%)
269,5 0 0,00 0,00 28,2 0,00 1,21 0,00
276,2 0 0,00 0,00 28,9 0,00 1,24 0,00
274,4 0 0,00 0,00 28,7 0,00 1,23 0,00
262,9 120 1,18 0,12 27,5 3,24 1,18 1,79
264,1 120 1,18 0,12 27,7 3,26 1,18 1,79
245,6 120 1,18 0,12 25,7 3,03 1,10 1,67
221,7 250 2,45 0,25 23,2 5,69 0,99 3,14
224 250 2,45 0,25 23,5 5,75 1,00 3,17
223,3 250 2,45 0,25 23,4 5,73 1,00 3,16
218,8 450 4,41 0,44 22,9 10,11 0,98 5,57
212,9 450 4,41 0,44 22,3 9,84 0,95 5,42
209,3 450 4,41 0,44 21,9 9,68 0,94 5,33
208,2 560 5,49 0,55 21,8 11,98 0,93 6,60
203,2 560 5,49 0,55 21,3 11,69 0,91 6,44
Lanjutan Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang
Beban
Torsi Kec. Sudu
Daya Output
Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
198,1 600 5,89 0,59 20,7 12,21 0,89 6,73
198 600 5,89 0,59 20,7 12,20 0,89 6,72
198,8 600 5,89 0,59 20,8 12,25 0,89 6,75
195,2 640 6,28 0,63 20,4 12,83 0,87 7,07
197,3 640 6,28 0,63 20,7 12,97 0,88 7,15
197 640 6,28 0,63 20,6 12,95 0,88 7,14
192,9 710 6,97 0,70 20,2 14,07 0,86 7,75
194,3 710 6,97 0,70 20,3 14,17 0,87 7,81
189,7 710 6,97 0,70 19,9 13,84 0,85 7,62
181,1 850 8,34 0,83 19,0 15,81 0,81 8,71
174,6 850 8,34 0,83 18,3 15,25 0,78 8,40
179,6 850 8,34 0,83 18,8 15,68 0,80 8,64
155,9 880 8,63 0,95 16,3 15,50 0,70 8,54
148,3 880 8,63 0,95 15,5 14,75 0,66 8,12
147,1 880 8,63 0,95 15,4 14,63 0,66 8,06
Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang
Beban
Torsi Kec. Sudu
Daya Output
Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
314,1 0 0,00 0,00 32,9 0,00 1,41 0,00
313,5 0 0,00 0,00 32,8 0,00 1,40 0,00
310,5 0 0,00 0,00 32,5 0,00 1,39 0,00
295,3 140 1,37 0,14 30,9 4,25 1,32 2,34
308,9 140 1,37 0,14 32,3 4,44 1,38 2,45
308,8 140 1,37 0,14 32,3 4,44 1,38 2,45
276,5 320 3,14 0,31 29,0 9,09 1,24 5,01
273,6 320 3,14 0,31 28,7 8,99 1,22 4,96
272,6 320 3,14 0,31 28,5 8,96 1,22 4,94
Lanjutan Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang Beban Torsi Kecepatan Sudu Daya Output Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
253,4 440 4,32 0,43 26,5 11,45 1,13 6,31
263,7 440 4,32 0,43 27,6 11,92 1,18 6,57
248,6 550 5,40 0,54 26,0 14,05 1,11 7,74
248,1 550 5,40 0,54 26,0 14,02 1,11 7,72
238 550 5,40 0,54 24,9 13,45 1,07 7,41
225 650 6,38 0,64 23,6 15,02 1,01 8,28
226,3 650 6,38 0,64 23,7 15,11 1,01 8,33
223 650 6,38 0,64 23,4 14,89 1,00 8,20
208,2 700 6,87 0,69 21,8 14,97 0,93 8,25
204,1 700 6,87 0,69 21,4 14,68 0,91 8,09
203,7 700 6,87 0,69 21,3 14,65 0,91 8,07
195,9 730 7,16 0,72 20,5 14,69 0,88 8,09
197,2 730 7,16 0,72 20,7 14,79 0,88 8,15
193,3 730 7,16 0,72 20,2 14,50 0,87 7,99
185,6 880 8,63 0,86 19,4 16,78 0,83 9,24
188,7 880 8,63 0,86 19,8 17,06 0,84 9,40
177,6 880 8,63 0,86 18,6 16,06 0,79 8,85
Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang Beban Torsi Kecepatan Sudu Daya Output Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
272,7 0 0,00 0,00 28,6 0,00 0,87 0,00
274,6 0 0,00 0,00 28,8 0,00 0,88 0,00
268,7 0 0,00 0,00 28,1 0,00 0,86 0,00
251,8 90 0,88 0,09 26,4 2,33 0,80 1,28
257,9 90 0,88 0,09 27,0 2,38 0,82 1,31
257,2 90 0,88 0,09 26,9 2,38 0,82 1,31
230,9 220 2,16 0,22 24,2 5,22 0,74 2,88
231,9 220 2,16 0,22 24,3 5,24 0,74 2,89
229,7 220 2,16 0,22 24,1 5,19 0,73 2,86
198,1 340 3,34 0,33 20,7 6,92 0,63 3,81
Lanjutan Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang Beban Torsi Kecepatan Sudu Daya Output Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
193,8 340 3,34 0,33 20,3 6,77 0,62 3,73
186,2 430 4,22 0,42 19,5 8,23 0,60 4,53
187,2 430 4,22 0,42 19,6 8,27 0,60 4,56
189 430 4,22 0,42 19,8 8,35 0,60 4,60
177,1 530 5,20 0,52 18,5 9,64 0,57 5,31
174,6 530 5,20 0,52 18,3 9,51 0,56 5,24
180,2 530 5,20 0,52 18,9 9,81 0,58 5,41
167,1 600 5,89 0,59 17,5 10,30 0,53 5,67
154,6 600 5,89 0,59 16,2 9,53 0,49 5,25
158,3 600 5,89 0,59 16,6 9,76 0,51 5,38
139,5 650 6,38 0,64 14,6 9,32 0,45 5,13
116,4 650 6,38 0,64 12,2 7,77 0,37 4,28
110,4 650 6,38 0,64 11,6 7,37 0,35 4,06
Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang Beban Torsi Kecepatan Sudu Daya Output Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
301 0 0,00 0,00 31,5 0,00 0,96 0,00
307,8 0 0,00 0,00 32,2 0,00 0,98 0,00
302,2 0 0,00 0,00 31,6 0,00 0,97 0,00
291,8 140 1,37 0,14 30,6 4,20 0,93 2,31
288,1 140 1,37 0,14 30,2 4,14 0,92 2,28
296,7 140 1,37 0,14 31,1 4,27 0,95 2,35
282,1 220 2,16 0,22 29,5 6,38 0,90 3,51
287,8 220 2,16 0,22 30,1 6,50 0,92 3,58
280,7 220 2,16 0,22 29,4 6,34 0,90 3,50
271,8 250 2,45 0,25 28,5 6,98 0,87 3,85
278,3 250 2,45 0,25 29,1 7,15 0,89 3,94
270 250 2,45 0,25 28,3 6,93 0,86 3,82
263,4 300 2,94 0,29 27,6 8,12 0,84 4,47
Lanjutan Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm Putaran
Poros Beban
Gaya Pengimbang
Beban Torsi
Kecepatan Sudu
Daya Output
Kincir
λ Koefisien Daya
n (rpm) F(gram) N N.m rad/s Watt Cp (%)
259,5 300 2,94 0,29 27,2 8,00 0,83 4,41
240,9 350 3,43 0,34 25,2 8,66 0,77 4,77
242,7 350 3,43 0,34 25,4 8,73 0,78 4,81
238,6 350 3,43 0,34 25,0 8,58 0,76 4,73
201,2 440 4,32 0,43 21,1 9,09 0,64 5,01
209,4 440 4,32 0,43 21,9 9,47 0,67 5,21
206,3 440 4,32 0,43 21,6 9,33 0,66 5,14
172,9 540 5,30 0,53 18,1 9,59 0,55 5,28
141,6 540 5,30 0,53 14,8 7,86 0,45 4,33
136,6 540 5,30 0,53 14,3 7,58 0,44 4,17
4.4 Grafik Hasil Perhitungan
Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya dan torsi, grafik hubungan antara putaran poros dan torsi, dan grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio (λ) . Penjelasan untuk grafik hubungan diatas, lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :
4.4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm
Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil empat sudu variasi diameter 70 cm
4.4.2 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin
Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm
Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,86 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 177,6 rpm.
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
P
u
ta
ra
n
K
in
ci
r
.
n
(r
p
m
)
Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm
4.4.3 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin
Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,64 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 110,4 rpm.
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
P
u
ta
ra
n
K
in
ci
r.
n
(r
p
m
)
Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm
4.4.4 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,53 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 136,6 rpm.
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
P
u
ta
ra
n
K
in
ci
r.
n
(r
p
m
)
Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm
4.4.5 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill
Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm
Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm adalah 15,81 watt pada torsi sebesar 0,83 N.m.
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
P u a ta ra n K in ci r. n (r p m )
Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm
4.4.6 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm
Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm adalah 17,06 watt pada torsi sebesar 0,86 N.m.
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
D
a
y
a
O
u
tp
u
t,
P
o
u
t
(
w
a
tt
)
Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm
4.4.7 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.7 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm adalah 10,30 watt pada torsi sebesar 0,59 N.m.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
D
a
y
