Unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal tiga sudu berbahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.

(1)

vii ABSTRAK

Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan pemborosan sumber daya energi. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan energi alternative yaiu energy terbarukan , contohnya yakni angin .Kincir angin sebagai alat untuk mengubah energy menjadi energy listrik ,dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin yang diteliti seperti besar torsi, daya output, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio dengan tiga variasi kecepatan angin.

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin sumbu horizontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 1m dengan lebar 0,13m dengan jarak dari pusat poros 0,19m . Terdapat tiga varisasi kecepatan angin yaitu variasi kecepatan angin 7,3 m/s, variasi kecepatan angin 8,4m/s dan variasi kecepatan angin 9,4 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke generator yang sudah terhubung kepembeban yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer, kecepatan angin diukur menggunakan anemometer,tegangan diukur dengan voltmeter ,dan arus yang mengalir diukur menggunakan ampermeter.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan variasi kecepatan angin 7,3m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 38% pada tip speed ratio optimal 4,39dengan daya output mekanis sebesar 68,67watt dan torsi sebesar 0,99N.m dan daya output listrik sebesar 50,9watt dan torsi sebesar 1,10N.m. Kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,4m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 29% pada tip speed ratio optimal 4,22 dengan daya output mekanis sebesar 77,2watt dan torsi sebesar 1,02N.m dan daya output listrik sebesar 58,3watt dan torsi sebesar 1,24N.m. kincir angin dengan variasi kecepatan angin 9,4m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 26 % pada tip speed ratio optimal 3,90 dengan daya output mekanis sebesar 99,4watt dan torsi sebesar 1,40N.m dan daya output listrik sebesar 74,2watt dan torsi sebesar 1,34N.mDari ketiga kincir angin yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan variasi kecepatan angin 7,3m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip speed ratio paling tinggi.

(2)

viii Windmill is as a tool to change energy to be electrical energy by doing research to windmill. This study aims to assess the performance of windmills. The studying of windmills such a large torque, power output, the maximum power coefficient and tip speed ratio.

Windmill which are studied are three horizontal axis windmill blade of composite material with a diameter of 1m width of 0,13m by 0,19m distance from the center axis. There are three variants. They are wind speed variations in wind speed of 7.3 m / s, wind speed variations 8,4 m / s and variations in wind speed of 9.4 m / s. In order to obtain windmill power, torque, and maximum power coefficient and tip speed ratio at the wheel, the wheel shaft connected to a generator which has been connected humidity which serves for giving the load on the wheel. The magnitude of the load wheel can be seen on the spring balance. Round windmill was measured using a tachometer, wind speed was measured using the anemometer, the measured voltage with a voltmeter, and the current

flowing is measured using ammeters.

(3)

i

UNJUK KERJAKINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTALTIGA

SUDU BERBAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 1 M

DENGAN LEBAR 0,13 M DAN JARAK DARI PUSAT POROS

0,19 M

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukanoleh : VINCENTIUS ANGGI S

NIM :125214073

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(4)

ii

THE PERFORMANCE OF THREE BLADES HORIZONTAL

AXIS WINDMILL MADE FROM COMPOSITE INDIAMETER

OF 1 M, WITH MAXIMUM BLADE WIDTH OF 0,13 M AND

LENGTH OF 0,19 M FROM AXIAL CENTER

FINAL PROJECT

Presented as partitialfulfilment of the requirement to obtain SarjanaTeknik degree

in Mechanical Engineering

By :

VINCENTIUS ANGGI S Student Number : 125214073

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

vii ABSTRAK

Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan pemborosan sumber daya energi. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan energi alternative yaiu energy terbarukan , contohnya yakni angin .Kincir angin sebagai alat untuk mengubah energy menjadi energy listrik ,dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin yang diteliti seperti besar torsi, daya output, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio dengan tiga variasi kecepatan angin.

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin sumbu horizontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 1m dengan lebar 0,13m dengan jarak dari pusat poros 0,19m . Terdapat tiga varisasi kecepatan angin yaitu variasi kecepatan angin 7,3 m/s, variasi kecepatan angin 8,4m/s dan variasi kecepatan angin 9,4 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke generator yang sudah terhubung kepembeban yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer, kecepatan angin diukur menggunakan anemometer,tegangan diukur dengan voltmeter ,dan arus yang mengalir diukur menggunakan ampermeter.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan variasi kecepatan angin 7,3m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 38% pada tip speed ratio optimal 4,39dengan daya output mekanis sebesar 68,67watt dan torsi sebesar 0,99N.m dan daya output listrik sebesar 50,9watt dan torsi sebesar 1,10N.m. Kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,4m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 29% pada tip speed ratio optimal 4,22 dengan daya output mekanis sebesar 77,2watt dan torsi sebesar 1,02N.m dan daya output listrik sebesar 58,3watt dan torsi sebesar 1,24N.m. kincir angin dengan variasi kecepatan angin 9,4m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 26 % pada tip speed ratio optimal 3,90 dengan daya output mekanis sebesar 99,4watt dan torsi sebesar 1,40N.m dan daya output listrik sebesar 74,2watt dan torsi sebesar 1,34N.mDari ketiga kincir angin yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan variasi kecepatan angin 7,3m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip speed ratio paling tinggi.

(10)

viii Windmill is as a tool to change energy to be electrical energy by doing research to windmill. This study aims to assess the performance of windmills. The studying of windmills such a large torque, power output, the maximum power coefficient and tip speed ratio.

Windmill which are studied are three horizontal axis windmill blade of composite material with a diameter of 1m width of 0,13m by 0,19m distance from the center axis. There are three variants. They are wind speed variations in wind speed of 7.3 m / s, wind speed variations 8,4 m / s and variations in wind speed of 9.4 m / s. In order to obtain windmill power, torque, and maximum power coefficient and tip speed ratio at the wheel, the wheel shaft connected to a generator which has been connected humidity which serves for giving the load on the wheel. The magnitude of the load wheel can be seen on the spring balance. Round windmill was measured using a tachometer, wind speed was measured using the anemometer, the measured voltage with a voltmeter, and the current

flowing is measured using ammeters.

(11)

viii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “Unjuk Kerja Kincir Angin Tiga Sudu Berbahan Komposit, Berdiameter 1 m Dengan Lebar 0,13 m Dan Jarak Dari Pusat Poros 0,19 m”

Laporan tugas akhir 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 laporan tugas akhir ini membahas mengenai perancangan, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis , dan perbandingan daya.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih 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 dan Dosen Pembimbing Akademik. .

3. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

5. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

6. Bapak Emmanuel Ernanto dan Ibu MM Parni sebagai orang tua dari penulis, serta Laurentya Ergin PA dan Leonardo Nesa EK sebagai saudara dari penulis yang selalu berdoa, mendukung secara material dan yang lain – lain kepada penulis.

(12)

ix

8. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu yang telah berperan serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan – kekurangan yang perlu diperbaiki pada pembuatan laporan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan laporan tugas akhir. Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini berguna dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta bagi para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta,Agustus 2016

(13)

x

2.3.5.1 Kelebihan dan Kekurangan resin ...13

2.2.6Serat...13

2.3.6.1 Serat Glass...14

2.4 Rumus Perhitungan ...15

2.4.1 Energi dan Daya Angin ...15

(14)

xi

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian ...37

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan...40

4.3 Hasil Perhitungan ...44

4.3.1 Kecepatan Angin 7,3 m/s ...44

(15)

xii

Daftar Gambar

Hal

Gambar 2.1 American Windmill 7

Gambar 2.2 Cretan Windmill 7

Gambar 2.3 Dutch Four Arm 8

Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius 8

Gambar 2.5 Kincir Angin Darrius 9

Gambar 2.6 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya 10

Gambar 2.7 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriknya 11

Gambar 2.8 Grafik Hubungan Cp Dan Tsr 17

Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian Kincir Angin 20

Gambar 3.2 Sudu Kincir Angin 23

Gambar 3.3 Hup 24

Gambar 3.10 Pembuatan Dan Pemotongan Cetakan 29

Gambar 3.11 Pembuatan Matrik Komposit 30

Gambar 3.12 Pelapisan Cetakan 31

(16)

xiii

Gambar 3.14 Peletakan Serat Fiber 31

Gambar 3.15 Penjemuran Cetakan 31

Gambar 3.16 Merapikan Sudu 32

Gambar 3.17 Penghalusan Sudu 33

Gambar 3.18 Pengeboran Sudu 33

Gambar 3.19 Pengecatan Sudu 33

Gambar 3.20 Sudu Kincir Angin Berbahan Komposit 34

Gambar 3.21 Skema Pembebanan 35

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Koefisien Daya Mekanis Dengan Tip

Speed Ratio 47

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Listrik Dengan Tip

Speed Ratio 48

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Dengan Torsi 50

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Daya Output Dengan Torsi Untuk

Kecepatan Angin 7,3 m/s 51

Kecepatan Angin8,4 m/s 52

(17)

xiv DAFTAR TABEL

hal

Tabel 2.1 tingkat kecepatan angin 4

Tabel 4.1 data penelitian kecepatan angin 7,3 m/s 37

Tabel 4.2 Data penelitian kecepatan angin 8,4 m/s 38

Tabel 4.3 Data penelitian kecepatan angin 9,4 m/s 39

Tabel 4.4 Data perhitungan kecepatan angin 7,3 m/s 44

Tabel 4.5 Data perhitungan kecepatan angin 8,4 m/s 45

(18)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah penduduk disertai dengan perkembangan ekonomi, ilmu

pengetahuan dan teknologi, mengakibatkan meningkatnya kebutuhan manusia

terutama akan energi. Namun penggunaan energi saat ini masih memanfaatkan fosil

sebagai bahan utamanya. Sedangkan sumber daya fosil semakin berkurang setiap

tahunnya, karena sumberdaya tersebut tidak diperbaharui. Untuk mencegah

kelangkaan energi dibutuhkan alternative lain yang disebut eneri terbarukan. Salah

satu energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan adalah angin.

Energi angin merukan energi yang ramah lingkungan, tidak menimbulkan

polusi dan tersedia dimanapun. Untuk memanfaatkan energi angin tersebut

dibutuhakan sebuah alat yang disebut turbin angin. Turbin angin adalah sebuah alat

yang digunakan untuk mengkonversi energi mekanik dari angin menjadi energi listrik

yang dapat digunakan sebagai energi harian. Salah satu turbin angin yang dapat

digunakan adalah Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH). Keunggulan utama dari

turbin angin jenis ini adalah memiliki efesensi lebih tinggi, karena blade atau sudu

selalu bergerak tagak lurus terhadap arah angin.

Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi terbarukan dan

konversi energi khususnya energi angin penulis ingin mengembangkan design kincir

yang sudah ada saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin

yang berada di Indonesia. Penulis melakukan penelitian pada kincir angin horizontal

(19)

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah

a. Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki potensi angin yang

besar.

b. Perlunya desain baru untuk pembangkit energi angin, yaitu kincir angin

sumbu horizontal.

c. Perlunya material yang ringan dan kuat untuk kincir angin sumbu

horizontal.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Mengetahui unjuk kerja turbin angin horizontal.

b. Mengetahui nilai coefisien performance (Cp) padaTip Speed Ratio turbin

angin sumbu horizontal.

c. Mengetahui daya output pada torsi puncak turbin angin sumbu horizontal.

1.4 Batasan Masalah

Untuk membatasi permasalahan yang berkembang, maka diperlukan batasan

masalah dalam penelitian. Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah;

a. Model kincir angin yang digunakan adalah jenis kincir angin sumbu

horizontal tiga sudu, bahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m

dan jarak dari pusat sudu poros 0,19 m.

b. Penelitian dilakukan dengan menggunakan wind tunnel dengan kecepatan

angin 7,3 m/s, 8,4 m/s, dan 9,4 m/s kincir an angin sumbu horizontal

berbahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari

pusat sudu poros 0,19 m.

(20)

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Menambah informasi mengenai unjuk kerja turbin angin horizontal

berbahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari

pusat sudu poros 0,19 m.

b. Menambah informasi mengenai salah satu teknologi pembangkit listrik yang

ramah lingkungan.

c. Menambah informasi mengenai penggunaan turbin angin sumbu horizontal

sebagai selah satu alternatif dalam pemanfaatan energi terbarukan.

d. Turut serta dalam upaya mengurangi kerusakan lingkungan akibat

(21)

4 BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Angin

Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan di permukaan bumi. Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Perbedaan tekanan ini disebabkan oleh perbedaan penerimaan dan penyerapan panas matahari oleh bumi. Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik tenaga angin (PLTA) dengan memanfaatkan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, angin memutar kincir angin yang kemudian memutar rotor pada generator yang terletak dibagian belakang. Energi listrik yang dihasilkan bisa dimanfaatkan secara langsung, ataupun disimpan dengan menggunakan battery.Kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1Tingkat Kecepatan Angin.

Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah

Kelas 2 0,3 – 1,5 Angin bertiup, asap lurus keatas 3 1,6 – 3,3 Asap bergerak mengikuti arah angin

4 3,4 – 5,4 Wajah terasa ada angin, daun bergoyang, petunjuk arah angin bergerak

5 5,5 – 7,9 Debu jalanan dan kertas berterbangan, ranting pohon bergoyang

6 8,0 – 10,7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar

7 10,8 –

13,8

(22)

8 13,9 –

Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin

10 20,8 –

24,4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh

11 24,5 –

Kincir angin adalah alat yang dapat mengkonversi energi angin menjadi energi mekanik. Pada awalnya turbin angin berfungsi untuk pertanian namun seiring berkembangnya jaman dan teknologi kincir angin berkembang menjadi salah satu alat yang dapat menghasilkan listrik . Prinsip kerja kincir angin adalah mengkonversi tenaga mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik dengan induksi magnetik. Putaran turbin dapat terjadi dengan efektif dengan mengaplikasiakan dasar teori aerodinamika pada desain sudu kincir angin (blade).

(23)

Beberapa kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu:

a. Dasar menara yang tinggi memberikan akses keangin yang lebih kuat. b. Memiliki efisiensi yang tinggi (Hendra Dermawan, 2015)

Adapun kekurangaan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu:

a. Memiliki desain yang lebih rumit karena membutuhkan perangkat tambahan untuk mengatur arah, selain itu penempatan generator di atas tower depat nemambah beban turbin (Hendra Dermawan, 2015). b. Perawatan lebih rumit dikarenakan letak komponen-komponen berada

di atas tower.

Sedangkan kelebihan dari kincir angin sumbu vertikal yaitu:

a. Memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan angin rendah (Hermawan Dermawan,2015)

b. Kerja kincir tidak dipengaruhi arah angin(hermawan Dermawan,2015) Dan kekurangan dari kincir angin sumbu vertical yaitu:

a. Kecepatan angin dibagian bawah sangat rendah apabila tidak memakai tower akan menghasilkan putaran yang rendah juga(herman dermawan, 2015)

b. Efesiensi lebih rendah dibandingkan kincir angin sumbu horizontal(herman dermawan, 2015)

Adapun jenis-jenis kincir angin sumbu horizontal yang sering kita jumpai dibandingakan kincir angin sumbu vertikal, yaitu:

a. American Windmill

(24)

Gambar2.1 American Windmill

Sumber : (xaharts.org)

b. Cretan sail windmill

Dibuat pada tahun 1973, dengan bahan atau matrial utama yang terbuat dari kayu dan sebuah kain di sudutnya

Gambar 2.2 Cretan sail windmill

(Sumber : pinterest.com)

c. Dutch Four Arm

(25)

Gambar 2.3 Dutch Four Arm

(Sumber :travelwriterstales.com)

Sedangkan kincir angin sumbu vertikal memiliki beberapa jenis yang sudah umum dikenal dan dikembangkan:

a. Kincir angin savonius

Kincir angin savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius yang berasal dari negara Filandia pada tahun 1922.

Gambar 2.4 Kincir angin savonius

(Sumber : www.ecosources.info)

b. Kincir angin darrius

(26)

Gambar 2.5 Kincir angin Darrius

(Sumber : www.wind-works.org)

2.3 Komposit

2.3.1 Pengertian Komposit

Komposit adalah suatu matrial yang terbentuk dari dua atau lebih matrial sehingga dihasilkan matrialkomposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari matial pembentuknya.

Komposit terdiri dari dua bahan utama utama yaitu: a. Matriks

Matrial yang berfungsi sebagai perekat atau pengikatdan pelindung. filler (pengisi) dari kerusakan eksternal.

b. Filler(Pengisi)

Matrial yang berfungsi sebagai penguatdari matriks. Filler yang umum digunakan adalah carbon, glass, aramid, Kevlar

Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakan:

a. Fibrous composites (komposit serat)merupakan komposit yang terdiri

(27)

b. Laminad composites ( komposit laminat) merupakan komposit yang terdiri dari dua lapisan atau lebih yang digabungkan menjadi satu dan setiap lapisan memiliki karakteristiksifat sendiri.

c. Particulate composites (komposit partikel) merupak komposit yang

menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya.

Gambar 2.6 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya

Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu

a. Polymer Matrix Composites(Komposit Matriks Polimer)

Polymer Matrix Composites merupakan jenis komposit yang sering

digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah dibentuk mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang baik, dan lebih ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.

b. Metal Matirx Composites(Komposit Matriks Logam)

Metal Matirx Composites merupakan jenis komposit yang

menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya. Kelebihan dari jenis komposit ini adalah tahan terhadap temperature

(28)

c. Ceramic Matrix Composites(Komposit Matriks Keramik)

Ceramic Matrix Composites merupakan jenis komposit yang

menggunakan bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadaptemperaturetinggi

Gambar 2.7 Klasifikasi komposit berdasarkan matriksnya

2.3.2 Kelebihan komposit

Kelebihan bahan komposit adalah : (1) Struktur lebih ringan, kuat .(2) Tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan yang buruk, (3) Perbaikan struktur komposit dapat dilakukan dengan mudah, (4) Sifat – sifat bahan komposit dapat dibuat disesuaikan dengan karakteristik beban dan kondisi lingkungan kerja.(Maryono Ismail, 2009)

2.3.3 Kekurangan komposit

(29)

2.3.4 Polimer

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunkan biasa disebut polimer penguat serat (FRP-Fibre Reinforced Polymers of Plastic)

Klasifkasi jenis jenis polimer berdasrkan ketahanan terhadap perlakuan panas antara lain sebagai berikut ;

a.Polimer Thermosplastic

Polimer thermoplastic adalah polimer yang dapat digunakan berulang kali dengan menggunakan bantuan panas, karena polimer jenis ini tidak tahan terhadap perlakuan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu panas tertentu dan mengeras seiring perubahan suhu serta mempunyai sifat dapat kembali ke sifat aslinya yaitu kembali mengeras apabila didinginkan.

Contoh polimer thermoplastic sebagai berikut

1. Poliestilena (PE) antara lain botol plastic, mainan, ember,drum, pipa saluran,kantong plastic dan jas hujan.

2. Polivinilklorida (PVC) antara lain pipa air,pipa kabel listrik, kulit sintetis, ubin plastic, dan botol detergen

3. Polipropena (PP) antar lain karung, tali,bak air, kursi plastic dan pembungkus tekstil

4. Polistirena antar lain penggaris dan gantungan baju(hanger)

b.Polimer thermosetting

Plimer thermosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap

(30)

2.3.5 Resin poliester

Resin Polyester merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya sering disebut polyester. Resin ini berupa cairan dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya. (Hendriwan Fahmi,et all., 2011)

Resin polyester terbagi menjadi beberapa jenis antara lain : 1. Polyester (Orthophtalic)

Merupakan salah satu tipe resin yang memiliki daya tahan yang baik terhadap proses korosi air laut dan reaksi kimia.

2. Polyester (Isophtalic)

Sifat resin ini memiliki daya tahan yang baik terhadap panas dan larutan asam, memiliki kekerasan yang lebih tinggi, serta kemampuan menahan resapan air (abesion) yang lebih baik bila dibandingkan dengan resin tipe Orthophtalic.

2.3.5.1 Kelebihan dan kekurangan resin

Jenis polimer yang sering dipakai adalah resin polyester yang memiliki kelebihan-kelebihan: ringan, mudah dibentuk, tahan korosi dan murah. Tetapi polyester juga memiliki kekurangan karena sifat dasarnya kaku dan rapuh sehingga sifat mekaniknya lemah terutama ketahanan terhadap uji impact.

2.3.6 Serat

(31)

Serat dapat digolongan menjadi dua jenis yaitu 1. Serat alam

Serat alam adalah serat yang dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan proses geologis. Serat jenis ini sangat ramah lingkungan karena dapat mengalami pelapukan.

2. Serat buatan atau sintetis

Serat sintetis terbuat dari bahan pertokimia. Sarat buatan terbentuk dari polimer-polimer yang berasal dari alam maupun polimer-polimer buatan yang dibuat dengan cara kopolimeran senyawa-senyawa kimia.cara pembuatan serat ini menggunakan cairan yang disemprotkan melalui lubang-lubang kecil. Salah satu yang termasuk serat buatan atasu sintetis adalah serat fiber atau fiber glass.

2.3.6.1 Serat Glass

Serat glass adalah bahan yang tidak mudah terbakar,serat jenis ini biasanya digunakan sebagai penguat matik jenis polimer. Serat mempunyai karakteristik yang berbeda antara satu dengan yang lain. Pada penggunaannya serat glass disesuaikan dengan sifat atau karakteristik yang dimilikinya. Keunggulan serat glass terletak pada rasio harga dan performance yaitu biaya produksi rendah, proses produksi sederhana. Serat glass banyak digunakan di industri-industri otomotif seperti pada panel-panel bodi kendaraan, bahkan pada kendaraan roda dua seluruh bodi terbuat dari komposit yang berpenguat serat glass.

(32)

2.4 Rumus-rumus Perhitungan

2.4.1 Energi dan Daya Angin

Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi. Energy yang terdapat di angin adalah energy kinetic, energy ini dapat dituliskan dalam peramaan berikut:

= (1)

dimana

E adalah energy kinetic (joule)

madalah massa angin (kg)

vadalah kecepatan angin (m/s)

Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari persamaan di atas dapat dituliskan:

̇

(2) dimana

Pinadalah daya yang dihasilkan angin, j/s (watt) .

̇adalah massa udara yang mengalir persatuan waktu (kg/detik)

vadalah kecepatan angin (m/detik).

Massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah:

̇ = (3)

dimana

̇adalah massa jenis udara (1,18kg/m3)

(33)

Dengan menggunakan persamaan (3) maka daya angin dapat dirumuskan menjadi:

= ( ) (4)

2.4.2 Daya Mekanis

Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan kincir angin dengan cara mengkonfersikan energi kinetik menjadi energi mekanik.

Daya mekanis dapat ditulis dengan persamaan berikut:

= (5)

dimana

Tadalah torsi (Nm)

ωadalah kecepatan sudut (rad/s)

Sedangkan persamaan dari kecepat sudut didapat dari

= . (6)

dimana

ω adalah kecepatan sudut (rad/s) n adalah petaran poros (rpm)

Dengan demikian daya mekanik dapat dinyatakan dengan persamaan:

= . (7)

dimana

PTadalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)

nadalah putaran poros (rpm)

2.4.3 Daya Listrik

Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator Daya listrik dapat ditulis dengan persamaan berikut

(34)

dimana

PLadalah daya listrik (Watt) V adalah teganggan (Volt)

I adalah arus yang mengalir pada beban (Ampere)

2.4.4 Koefisien Daya

Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir dengan daya yang disediakan oleh angin. Hukum Betz mengatakan bahwa tidak akan pernah ada kincir angin yang dapat mengkonversi energi kinetik angin kedalam bentuk energi yang menggerakan rotor lebih dari 16/27 (59,3%). Batasan tersebut mengacu pada bentuk kincir angin bukan hubungan ketidak efisienan pada generator

Gambar 2.8 Grafik hubungan Cp dan tsr

(35)

Persamaan dari Koefisien daya adalah:

= 100% (9)

dimana

CPadalah koefisien daya

Poutadalah daya yang dihasilkan kincir (watt)

Pinadalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

2.4.5 Torsi

Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sumbu turbin kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar, dengan persamaan berikut:

= . (10)

dimana

Tadalah torsi yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)

radalah jarak yang ditempuh (m)

Fadalah gaya (N)

2.4.6 Tip Speed Ratio

Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu Turbin angin yang berputar dengan kecepatan angin

= (11)

dimana

Vtadalah kecepatan ujung sudu vadalah kecepatan angin (m/s)

Persamaan dari kecepatn ujung sudu yaitu:

(36)

dimana

adalah kecepaan ujung sudu adalah kecepat sudut (rad/s)

r adalah jari-jari kincir (m)

Dari persamaan (11) dan (12) makatsrdapat dirumuskan sebagai berikut

= . .

. (13)

dimana

radalah jari-jari kincir angin (m)

nadalah putaran poros (rpm)

vadalah kecepatan angin (m/s)

2.5 Tinjauan Pustaka

Ada beberapa tinjauan pustaka yang menjadi contoh atau ukuran dalam penelitian yang akan dilakukan. Tinjaun pustaka yang dipilih sebagai ukuran dalam penelitian ini dilihat dari performa kiincir angin yang telah diteliti sebelum nya.

Penelitian kincir angin jenis propeler bersirip yang dipakai petani garam di pesisir pantai utara Jawa menunjukkan bahwa sudut sirip pada sudu sangat berpengaruh terhadap karakteristik kincir. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai Cp maksimum 21% pada kincir plat datar bersirip dengan sudut kemiringan 100. Karakteristik kincir pada variasi sudut sirip antara 100 sampai dengan 400 menunjukkan bahwa prestasi kincir mengalami penurunan seiring bertambahnya sudut kemiringan sirip sudu baik nilai efisiensi atau koefisien daya,Cpdan putaran poros yang dihasilkan, 819 rpm (sudut sirip 100, tanpa beban) dan terendah 473 rpm (sudut sirip 400, tanpa beban) pada kecepatan angin sekitar 8,5 m/detik, tetapi torsi mengalami kenaikan seiring bertambahnya sudut sirip sudu pada kecepatan angin yang sama. Kincir model propeler plat datar bersirip mempunyai prestasi sangat baik jika sudut sirip antara 100 – 200. (Doody Purwadianto, 2013)

(37)

(38)

21 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahap penelitian

Langkah penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data.

Langkah kerja dalam penelitian ini dibuat dalam bentuk diagaram alir seperti yang

ditunjukan pada Gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian turbin angin Mulai

Perancangan kincir angin propeler tiga sudu

Pembuatan kincir angin sumb horizontal tiga sudu berbahan komposit,berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m pada jarak 0,19 m.

.

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, kecepatan angin, dan data pembebanan dengan lampu pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari Cp mekanis dan Cp listrik pda TSR optimal, daya output mekanis dan daya output listrik pada torsi ,dan putaran poros.

torsi

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

(39)

Terdapat tiga tahap metode untuk melakukan penelitia antara lain sebagai

berikut;

1. Penelitian kepustakaan

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang

berhubungan dengan penulisan tugas akhir serta kebenarannya dapat

dipertanggung jawabkan .

2. Pembuatan alat

Pembuatan alat uji turbin angin sumbu horizontal tiper propeller dilakukan

di laboratorium konversi energ Universitas Sanata Dharma, Jogjakarta. Kincir

angin yang sudah jadi dan siap dipasang padawind tunnel.

3. Pengamatan dan pengambilan data

Metode ini dilakukan dengan cara mengamati secara langsung saat kincir

angin terpasang di wind tunnel dalam kondisi berputar dengan bantuan blower

yang menghembuskan angin, terhubung dengan motor listrik sebagai

penggeraknya dan dalam pengamatan tersebut disertakan ppengambilan data

yang diperlukan dalam pengolahan data tugas akhir.

3.2 Alat dan Bahan

Alat-alat dan bahan-bahhan sebagai pendukung dalam penelitian tugas akhir

(40)

1. Sudu kincir angin

Sudu kincir angin berfungsi untuk menangkap angin yang datang

melintasi kincir. Matrial yang dipakai adalah komposit memiliki diameter 1 m.

Diameter dari sudu kincir angin tersebut menentukan daerah sapuan angin yang

diterima dariwind tunnel.

Gambar 3.2 Sudu turbin angin

2. Hup

Hup berfungsi sebagai dudukan untuk mengatur letak dan kemiringan

sebuah sudu kincir angin. Matrial yang digunakan adalah besi berdiameter 0,15

m dan memiliki lubang baut di sisi-sisinya yang berfungsi untuk meletakan

sudu. Posisi atau jumlah sudu dapat ditentukan sesuai kebutuhan yang

(41)

Gambar 3.3 Hup kincir angin

3. Poros

Alat yang berfungsi untuk menopang kincir saat berputar dan juga sebagai

pusat putaran turbin. Selain fungsi di atas, poros juga berfungsi untuk

mentransmisikan putaran kincir ke generator.

4. Fan blower

Fan blower berfungsi sebagai sumber angin. Suber angin tersebut didapat

dari putaran sudu pada fan blower yang terhubung dengan motor listrik yang

(42)

Gambar 3.4 Fan blower

5. Anemometer

Fungsi dari annemoter tersebut sebagai alat ukur untuk menentukan

kecepatan angin yang dibutuhkan dalam pengambilan data. Anemometer

diletakan di depan rumah kincir hal ini dilakukan untuk mengetahui angin yang

dihembuskan oleh wind tunnel saat pengambilan data berlangsung.

Anemometer memiliki dua komponen utama, yaitu sensor elektronik yang

diletakan didepan rumah kincir dan modul digital yang berfungsi untuk

menerjemahkan data dari sensor elektronik yang kemudian ditampilkan pada

(43)

Gambar 3.5 Anemometer

6. Tachometer

Tachometer berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros turbin

angin sumbu horizontal yang dinyatakan dalam satuan rpm. Jenis tachometer

yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah digital light

tachometer. Prinsip kerja dari tachometer adalah memantulkan sinar infrared

kereflector yang dipasang pada generator kincir angin.

(44)

7 Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban yang dihasilkan

generator saat kincir angin sumbu horizontal berputar. Neraca pegas diletakan

dilengan ayun generator dengan panjang lengan 27,5 cm. Neraca pegas yang

digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah neraca pegas digital.

Pemilihan neraca pegas digital tersebut bertujuan untuk memudahan

pengambilan dat dalam tugas akhir.

(45)

7. Volt meter

Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincr

angin.

Gambar 3.8 Voltmeter

8. Multimeter

Multimeter digunakan untuk mengukur arus listrik yang dihasilkan kincir

angin sumbu horizontal. Multimeter terhubung secara seri ke lampu

pembebanan dan batas ukur yang digunakan adalah 10A.

(46)

9. Lampu beban

Beban yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir adalah lampu.

Lampu yang digunakan dalam pembebanan adalah lampu 75 Watt, 60 Watt, 40

Watt, dan 25 Watt. Jumlah lampu ditentukan sesuai dengan kebutuhan dan

dilihat dari rpm dan torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sumbu horizontal.

Pemberian beban pada kincir angin sumbu horizontal bertujuan untuk

mengetahui performa dan daya maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin

sumbu horizontal dengan masing masing variasinya.

3.3 Langkah-langkah Pembuatan Sudu

Proses pembuatan cetakan sudu kincir angin sumbu horizontal dari pipa, pipa

yang digunakan berukuran 8 in dengan jenis PVC AW. Kemudian memotong pipa

yang sudah ditentukan ukuran dan bentuknya menggunakan gerinda. Setelah pipa

terpotong sesuai sengan ukuran dan bentuknya langkah selanjutnya mengaluskan dan

membuat radius pada pipa yang telah terpotong tersebut.

(47)

1. Proses pembuatan matrik komposit,yaitu mencampurkan resin dan katalis

dengan perbandingan yang digunakan adalah 70% untuk resin dan 30%

katalis.

Gambar 3.11 Pembuatan matrik komposit

2. Proses pembuatan sudu kincir angin sumbu horizontal dari komposit.

Sebelum melakukan pencetakan, terlebih dahulu dilkukan pelapisan pada

profil paralon dengan menggunakan alumunium foil. Hal ini dilakukan

untuk mencegah merekatnya resin pada cetakan saat melakukan proses

pencetakan sudu. Selanjutnya melapisi cetakan dengan matrik dan

reinforcement. Lapisan pertama yaitu resin sebanyak satu lapis, selanjutnya

lapisan pertama ditimpa dengan serta fiber sebagai reinforcement sebanyak

satu lembar. Langkah tersebut dilakukan sebanyak 7 kali proses selanjutnya

adalah proses pengeringan sudu dengan cara diletakan pada suhu kamar

selam 15-20 menit. Proes tersebut dilakukan berulang hingga mendapat 3

(48)

Gambar 3.12 Pelapisan cetakan

Gambar 3.13 Penuangan resin

Gambar 3.14 Peletakan serat fiber

(49)

3. Proses penyelesaian atau finishing pembuatan sudu. Setelah semua sudu

kering dan keras, langkah selanjutnya adalah merapikan hasil cetakan

komposit agar sesuai dengan ukuran dan bentuk sudu yang dibutuhkan,

langakah ini dilakukan dengan menggunakan bantuan gerinda untuk

mengaluskan permukaan sudu, membentuk radius dan merapikan setiap sisi

sudu. Proses selanjutnya adalah melakukan pelubangan pada sudu dengan

jarak dan ukuran yang telah ditentukan, langakah ini dilakukan untuk

membuat dudukan sudu pada hup. Tahap finishing terakhir dari pembuatan

sudu adalah melakukan pengecatan pada sudu . pada percobaan ini warna

yang dipilih dalam pengecatan adalah warna hijau karmelon.

(50)

Gambar 3.17 Penghalusan sudu

Gambar 3.18 Pengeboran sudu

(51)

Gamabar 3.20 Sudu kincir angin berbahan komposit

3.4 LANGKAH-LANGKAH PENELITIAN

Langkah penelitian dalam pengujian kincir angin ini, antar lain sebagai berikut;

1. Memasang sudu pada kincir angin yang akan di uji pada hup rotor

2. Memasang neraca pegas pada besi yang sudah terhubung dengan generator.

Kemudian mengaitakan neraca pegas pada rumah kincir menggunakan

kawat.

3. Merangkai rangkian listrik yang akan digunakan pada pengujian ini dengan

menghubungkan lampu pembebanan dan suber tegangan (output generator)

secara seri. Kemudian menghubungkan voltmeter dengan sumber tegangan

secara pararel dan multimeter dengan pembebanan secara seri. Skema

pembebanan rangkain listrik pada pengujian ini ditunjukan pada gambar

(52)

Gambar 3.21 Skema pembeban

4. Menyalakan fan blower dan mencari variasi kecepatan angin yang

ditentukan menggukan anemometer. Setelah mendapat variasi angin yang

diinginkan selanjutnya memindahkan rumah kincir sesuai dengan posisi

tersebut.

5. Menempatkan anemometer pada tiang penyangga didepan rumah kincir dan

dipinggir rotor. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan angin saat

melakukan pengambilan data.

6. Setelah alat uji terpasang dan sudu kincir terpasang pada hup maka

pengujian siap dilakukan

7. Untuk pengambilan data kecepatan putar poros menggunakan tachometer

dengan cara meletakkan tachometer tegak lurus dengan generator yang telah

ditempel isolasi hitam agar tachometer dapat menbaca kecepatan putaran

(53)

8. Untuk data kecepatan angin diambil dari hasil yang tertera pada layar

anemometer

9. Data gaya torsi diambil dari angka yang tertera pada neraca pegas dengan

(54)

37

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Berikut ini adalah data hasil penelitian kincir angin sumbu horizontal berbahan komposit dengan kecepatan 7,3 m/s. Pembebanan dalam penelitian ini menggunakan lampu bohlam sebanyak dua belas buah, data dalam penelitian ini dapat dilihat di tabel 4.1

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.

(55)

Setelah pengambilan data untuk kecepatan angin 7,3 m/s sudah selesai dan lengkap, selanjutnya dilakukan pengambilan data untuk vareasi angin 8,4 m/s. dari penelitian ini didapat 15 data dengan jublah pembeban 14 lampu bohlam. Data penelitan kecepatan angin 8 m/s dapat dilihat ditabel 4.2

Beban

Kecepatan

Angin

Kecepatan

Putar Poros Massa Tegangan Arus

(56)

Untuk kecepatan angin 9,4 m/s didapat 18 data dengan menggunakan 17 lampu pembebanan. Data penelitan ini dapat dilihat di tambel 4.3

Beban

Massa Voltmeter Amperemeter

(57)

4.2 Pengolahan Data dan Pehitungan

Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, asumsi itu antara lain percepatan gravitasi bumi (9,81 m/s2) dan massa jenis udara (1,18 kg/m3).

Sebagai contoh perhitungan diambil data dari beban 1 pada kecepatan angin 7,3 m/s. data tersebut meliputi kecepatan angin, kecepatan putar poros, massa yang bekerja, serta tenaga dan arus yang dihasilkan generator.

Untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan menggunakan persamaan (4) pada subbab 2.4.1

dengan;

PA adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt) ρadalah densitas udara (kg/m3) A adalah luas daerah sapuan angin (m3)

V adalah kecepatan angin (m/detik)

maka dengan diameter kincir angin 100 cm densitas udara sebesar 1,18 kg/m3, dan kecepatan angin 7,3 m/s diperoleh daya yang dihasilkan angin sebesar

Jadi daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 177,995 watt

(58)

dimana

T adalah torsi (Nm)

F adalah gaya yang bekerja pada sudu (N)

r adalah jarak yang tegak lurus terhadap gaya dari pusat poros (m)

Maka dengan massa yang bekerja sebesar 0,13 kg dan panjang lengan ayun yang tegak lurus dengan pusat poros 27,5 cm diperoleh torsi sebesar

⁄

Jadi torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sebesar 0,351 Nm

Dari nilai torsi yang didapat, maka kita dapat mengetahui daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir angin dengan menggunakan persamaan (7) pada sumbab 2.4.2

dengan;

PT adalah daya mekanis yang dihasilkan kincir angin (watt)

T adalah torsi (Nm)

n adalah putaran poros (rpm)

dengan diketahui torsi yang bekerja sebesar 0,351 Nm dan kecepatan putar poros sebesar 831 diperoleh daya mekanis sebesar

(59)

dengan;

PL adalah daya listrik yang dihasilkan generator (watt) V adalah tegangan yang dihasilkan generator (volt) I adalah arus yang dihasilkan beban (ampere)

Dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 57,2 volt dan arus yang mengalir pada beban sebesar 0,16 ampere, dapat diketahui daya listrik sebesar;

Jadi daya listrik yang dihasilkan generator sebesar 9,152 watt

Untuk mengetahui koefisien daya dari perbandingan daya mekanis yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan angin data dicari dengan menggunakan persamaan (9) pada subbab 2.4.4 yaitu

dengan;

Cp adalah Coefficient of Power, koefisien daya (%) PT adalah daya mekanis yang dihasilkan turbin (watt) PA adalah daya yang dihasilkan angin (watt)

Maka dengan diketahui daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 30,519 watt dan daya yang dihasilkan angin sebesar 177,995 watt, diperoleh koefisien daya sebesar;

(60)

Untuk mengetahui koefisien daya dari perbanding daya listik yang dihasilkan generator dengan daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan menggunakan persamaan (9) pada subbab 2.4.4

dengan,

Cp adalah coefficient of power, koefisien daya (%) PL adalah listrik yang dihasilkan oleh generator (watt) PA adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

Maka dengan diketahui daya daya listrik yang dihasilkan generator sebesar 9,152 watt dan daya yang dihasilkan angin sebesar 177,995 watt diperoleh koefisien daya listrik sebesar;

Jadi koefisien daya dari perbandingan daya listrik yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 5,152%

Untuk mengetahui besarnya tip speed ratio dapat dicari menggunakan persamaan (13) pada subbab 2.4.6

dimana

r adalah jari jari turbin angin n adalah putaran poros v adalah kecepatan angin

dengan kecepatan angin 7,3 m/s ,jari-jari kincir 50 cm dan kecepatan putar poros 831, maka didapat tip speed ratio sebesar;

(61)

_⁄

4.3 Hasil Perhitungan

Pengujian kincir angin sumbu horizontal bahan komposit jenis propeller tiga sudu diperoleh data-data yang dapat dilihat di tabel 4.4 , 4.5 dan 4.6

(62)

(63)

0 380.800 31.449 0 0.297 5.6571 8.2586 0

4.4 Grafik hasil perhitungan

(64)

Gambar 4.1 Gafik hubungan antara Cp mekanis dengan tsr kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan

jarak dari pusat poros 0,19 m.

Dari grafik pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa kecepatan angin 7,3 m/s memiliki koefisien daya lebih besar dari variasi kecepatan angin lainnya. Dengan persamaan yang tertera pada grafik dapat diketahui cp maksimum pada tsr optimal. Sebagai contoh digunakan persamaan pada kecepatan angin 7,3 m/s. Persamaan pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s sebagai berikut

Dengan menggunakan analisis matematis dicari

(65)

Dari contoh perhitungan di atas didapat Cp maksiamal padatrs optimal untuk masing -masing variasi kecepatan angin. Untuk kecepatan angin 7,3 m/s didapat Cp maksimalnya sebesar 38,99408%pada tsr optimal 4,39978, pada kecepatan angin 8,4 m/s cp maksimal sebesar 29,419% pada tsr optimal 4,225, dan untuk variasi kecepatan angin rata-rata 9,4 m/s didapat cp maksimal sebesar 26,398% pada trs optimal 3,901.

(66)

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Cp listrik dengan tsr kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan

Dari grafik pada gambar 4.2dapat dilihat bahwa kecepatan angin 7,3 m/s memiliki koefisien daya lebih besar dari variasi kecepatan angin lainnya. Dengan persamaan yang tertera pada grafik dapat diketahui Cp maksimum pada tsr optimal. Sebagai contoh digunakan persaan pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s. persamaan pada variasi kecepatan angin 7,3 m/s sebagai berikut

(67)

Setelah nilai trs optimal diketahui selanjutnya dapat mengetahui Cp maksimal dengan cara mensubtitusikan tsr kedalam persamaan diatas, hasil dari Cp maksimal adalah sebagai berikut;

Dari contoh perhitungan di atas didapat Cp maksiamal pada trs optimal untuk masing masing variasi kecepatan angin. Untuk kecepatan angin 7,3 m/s didapat Cp maksimalnya sebesar 29,251% pada tsr optimal 44,189, pada kecepatan angin 8,4 m/s Cp maksimal sebesar 22,031% pada tsr optimal 3,981, dan untuk kecepatan angin 9,4 m/s didapat Cp maksimal sebesar 19,6197% pada trs optimal 3,901.

(68)

Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar poros dengan torsi kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan

Gambar 4.3 memperlihakan bahwa setiap ada kenaikan torsi maka putaran poros akan turun hal ini disebabkan karena ada penambahan beban, saat beban ditambahkan maka akan terjadi peningkatan atau kenaikan torsi namun pristiwa ini memberi dapak terhadap putaran yang akitbanya akan mengalami penurunan rpm.

(69)

Gambar 4.4 Grafik hubungan antar daya output dan torsi untuk kecepatan angin 7,3 m/s kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m

dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat poros 0,19 m.

Dari tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membut grafik hubungan antara daya output dengan torsi. Pada gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai daya output mengalami titik puncak padabeasaran torsi tertentu.

Untuk daya output mekanis mengahasilkan daya pada puncaknya sebesar 68,675 watt pada torsi sebesar 0,998 N.m sedangkan daya output listrik mengalami daya puncak pada besaran 50,952 watt pada torsi sebesar 1.106 N.m

(70)

Gabar 4.5 Grafik hubungan antara daya output dan torsi untuk kecepatan angin 8,4 m/s kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m

Untuk daya output mekanis mengahasilkan daya pada puncaknya sebesar 77,294 watt pada torsi sebesar 1,025 N.m sedangkan daya output listrik mengalami daya puncak pada besaran 58,368 watt pada torsi sebesar 1.241 N.m.

(71)

Gabar 4.6 Grafik hubungan antara daya output dan torsi untuk kecepatan angin 9,4 m/s kincir angin sumbu horizontal bahan komposit, berdiameter 1 m

Untuk daya output mekanis mengahasilkan daya pada puncaknya sebesar 99,454 watt pada torsi sebesar 1,403 N.m sedangkan daya output listrik mengalami daya puncak pada besaran 74,191 watt pada torsi sebesar 1,349 N.m.

(72)

55

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian Kincir angin sumbu horizontal berbahan komposit berdiameter

1 m dengan lebar 0,13 cm dan jarak dari pusat sudu poros 0,19 cm dengan tiga

kecepatan variasi angin yang sudah, maka dapat disimpulkan;

1. Kincir angin sumbu horizontal berbahan komposit berdiameter 1 m dengan

lebar 0,13 cm dan jarak dari pusat sudu poros 0,19 cm variasi kecepatan

angin 7,3 m/s adalah kincir angin dengan daya output mekanis menghasikan

tertinggi 68,5 watt dan menghasilkan torsi tertinggi 1 N.m sedangkan untuk

daya output listiknya 50,9 watt dan menghasilkan torsi 1,1 N.m Untuk

variasi kecepatan angin 8.4 m/s menghasilkan daya output mekanis sebesar

77,3 watt dan torsi tertingginya 1,02 N.m sedangkan untuk daya output

listiknya sebesar 58,3 watt dan torsi yang dihasilkan sebesar 1,2 N.m.

Untuk variasi kecepatan angin 9,4 m/s menghasilkan daya output mekanis

sebesar 99,5 watt dan torsi tertingginya 1,4 N.m sedangkan untuk daya

output listiknya sebesar 74,1 watt dan torsi yang dihasilkan sebesar 1,3 N.m.

2. Cp mekanis yang dihasilkan kincir angin subu horizontal tiga sudu dengan

variasi kecepatan angin 7,3 m/s dapat menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 38% pada tsr optimal 4,3. Untuk variasi kecepatan angin

8,4 m/s didapat koefisien daya maksimal sebesar 29% pada tsr optimal

sebesar 4,2 Sedangkan untuk variasi kecepatan angin 9,4 m/s didapat

koefisien daya maksimal sebesar 27% Pada torsi optimal 3,9.

3. Koefisien daya listrik yang dihasilkan kincir angin subu horizontal tiga sudu

dengan variasi kecepatan angin 7,3 m/s dapat menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 39% pada tsr optimal 44,2. Untuk variasi kecepatan

(73)

optimal sebesar 3,9 Sedangkan untuk variasi kecepatan angin 9,4 m/s

didapat koefisien daya maksimal sebesar 19,% Pada torsi optimal 3,9.

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian penulis member beberapa saran yang dapat

dijadikan perhatian untuk penelitian selanjutnya

1. Menambah variasi kecepatan angin lainnya sebagai perbandingan unjuk

kerja kincir paling optimal.

2. Menambah sirip pada sudu untuk mendapatkan unjuk kerja yang paling

optimal.

3. Menggunakan matrial lain dalam pembuatan sudu sebagai pembanding

kincir angin yang diteliti.

4. Perlunya pemahaman dalam pemilihan matrial komposit yang akan

(74)

DAFTAR PUSTAKA

Aji, Riangga. 2011. Pengaruh VariasiTinggi Sudu TerhadapPerformansi

VerticalAxis WindTurbineJenis Savonius Type-U. Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Anonim, 2016,http://www.kincirangin.info/plta-gambar.php(diakses Mei 2016)

Anonim, 2016,http://www.xahart.blogspot.com(diakses 15 Mei 2016)

Anonim, 2016,http://www.pinterest.blogspot.com(diakes 15 Mei 2016)

Anonim, 2016,http://www.ecosources.info.com(diakses 15 Mei 2016)

Anonim, 2016,http://www.wind-work.com(diakses 15 Mei 2016)

Anonim, 2016,http://www.intechopen.com(diakses 15 Mei 2016)

Daryanto, Y. 2007.Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu.

Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan

Energi Nasional.

Dermawan, H. 2012. Perancangan Turbin Angin Savonius L Sumbu Vertikal.

Program Study Teknik Elektro,FT UMRAH.

Ginting, Soeripno J. 1993.Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir Angin

Poros Horisontal.Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung

P., Yulius Hendra F. 2015.Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu berbahan

dasar kayu berlapis pelat seng dengan sudu-sudu dari belahan dinding

silinder. Skripsi, tidak diterbitkan. Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Purwadianto, Doddy. 2013. Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik

Kincir Angin Petani Garam Di Pantai Utara Jawa. Proceeding Seminar

Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) & Lomba Rancang

Bangun Mesin.

Sari, Eka. 2012. Belanda Sang Negeri Kincir Angin,

(75)

LAMPIRAN

Lamp.1 Grafik hubungan koefisien daya mekanis dengan tip speed ratio untuk

kecepatan angin 7,3 m/s torsi kincir angin sumbu horizontal bahan

komposit, berdiameter 1m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat

(76)

komposit, berdiameter 1 m dengan lebar 0,13 m dan jarak dari pusat

(77)

(78)

Lamp.4 Grafik hubungan koefisien daya listrik dengan tip speed ratio untuk

(79)

(80)

(81)

Lamp.7 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dengan torsi untuk

(82)

(83)