Unjuk kerja model kincir angin propeler tiga sudu datar dengan lima variasi sudut kemiringan sudu - USD Repository

(1)

i

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

Diajukan oleh :

FREDERICUS DWI PUTRA DEWANTORO LAMA TWELU NIM : 075214001

Kepada

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

Final Project

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

By

Name: Fredericus Dwi Putra Dewantoro Lama Twelu Student ID Number : 075214001

Department of Mechanical Engineering

Science and Technology Faculty

Sanata Dharma University

Yogyakarta

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk membuat dua model kincir angin tipe propeler, mencari dan mengetahui daya maksimal dan koefisien dayayang dihasilkan oleh dua model kincir angin propeler datar dengan lima variasi kemiringan sudu.

Ukuran kincir dibuat dua variasi, yaitu sudu dengan ukuran 400 mm x 150 mm dan 400 mm x 100 mm. Panjang sudu adalah 400 mm dan

lebar sudu 150 mm dan 100 mm. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio, poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untukmemvariasikan beban. Besarnya beban pengimbang torsi diukur dengan neraca pegas, putaran poros kincir diukur dengan menggunakan takometer, sedangkan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Hasil – hasil penelitian menunjukkan bahwa daya kincir maksimal yang dihasilkan sebesar 38,9 watt didapatkan pada kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm saat kecepatan angin 6,86 m/s dan padatorsi sebesar10,45 kg.cm(1,02 Nm). Koefisien daya maksimal juga didapatkan dari kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm sebesar 30,2 % saat tsr sebesar 2,45 pada sudut kemiringan sudu 15˚.

(8)

viii

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan jalannya sehingga dapat terselesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kurikulum perkuliahan dan salah satu persyaratan kelulusan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Selama penulis menjalani Tugas Akhir hingga berhasil dan tersusunnya naskah ini, semua tidak terlepas dari bimbingan serta bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan yang baik ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku pembimbing Tugas Akhir ini

4. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Kepala LaboratoriumKonversi Energi yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas – fasilitas laboratorium

5. Bapak Ir.Doddy Purwadianto, M.T. selaku Kepala Laboratorium Teknologi Mekanikyang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas – fasilitas laboratorium

6. Bapak/Ibu dosen dan seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmunya selama aktivitas perkuliahan yang membantu sekali dalam penyusunan laporan ini 7. Kedua orang tua penulis cintai yang telah memberikan dukungan moral

(9)

ix

8. Rekan-rekan dibangku kuliah yang telah memberikan dorongan serta semangat kepada penulis agar dapat menyelesaikan laporan ini

9. Seluruh pihak yang telah membantu selama melakukan penelitian Tugas Akhir ini yang tidak sempat penulis sebutkan

Mengingat terbatasnya pengalaman, pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki maka penulis sangat menyadari bahwa laporan ini masih sangat banyak kekurangannya, baik dalam mengolah maupun dalam menyusun isi dari laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis selaku penyusun laporan ini, sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang membangun, guna penyempurnaan lebih lanjut.

Sangat besar harapan penulis semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak yang telah membacanya.

Akhirnya semoga Tuhan Yang Maha Esa dapat menyertai dan membimbing kita semua dan memberikannya semua kebaikannya kepada semua pihak yang telah memberikan dan mencurahkan isi fikirannya demiterselesaikan laporan Tugas Akhir ini.

Yogyakarta, 22 Juni 2011

(10)

(11)

xi

... 11

3.1 Peralatan dan Bahan ... 11

3.2 Variabel Penelitian ... 17

3.3 Variabel yang Diukur ... 18

3.4 Parameter yang Dihitung ... 18

... 22

4.1 Data Penelitian ... 22

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 44

4.3 Hasil dan Pembahasan ... 52

... 65

5.1 Kesimpulan ... 65

5.2 Saran ... 66

... 67

... 68

(12)

xii

(13)

xiii

(14)

xiv

Gambar 3.1 Kincir Angin ... 11

Gambar 3.2 Dudukan Sudu ... 12

Gambar 3.3 Sudu ... 13

Gambar 3.4 Terowongan angin ... 14

Gambar 3.5 Fan blower ... 15

Gambar 3.6 Anemometer ... 15

Gambar 3.7 Takometer ... 16

Gambar 3.8 Neraca pegas ... 16

Gambar 3.9 Mekanisme pengereman ... 17

Gambar 3.10 Posisi kincir angin ... 19

Gambar 4.1 Grafik Betz limit ... 52

Gambar 4.3 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan sudu 15˚. ... 53

Gambar 4.6 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu 400

mm x 150 mm pada sudut kemiringan sudu 60˚. ... 54

(15)

xv

Gambar 4.8 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu

400 mm x 100 mm pada sudut kemiringan sudu 15˚. ... 55

(16)

xvi

Gambar 4.19 Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya kincir dengan

ukuran sudu 400 mm x 100 mm pada sudut kemiringan sudu 30˚ ... 61

Gambar 4.20 Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 100 mm pada sudut kemiringan sudu 45˚ ... 62

Gambar L.1 Cakram dari mekanisme pengereman ... 69

Gambar L.2 Bagian anemometer yang berfungsi sebagai penangkap angin... 69

Gambar L.3 Dudukan sudu dan tempat memvariasikan kemiringan sudu ... 70

(17)

1

!"! # $% &

Semakin menipisnya persediaan bahan bakar jenis fosil di dunia dan diikuti dengan pemakaiannya yang berlebihan, penulis sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma dengan visi mengembangkan energi terbarukan dan konservasi energi merasa perlu mencari jalan keluar dan mengembangkan sumber energi alternatif guna mengurangi pemakaian bahan bakar jenis fosil yang sampai sekarang masih digunakan sebagai sumber energi utama.

Angin merupakan salah satu energi yang dapat dijadikan energi alternatif. Walaupun energinya tidak sebesar energi yang dihasilkan oleh bahan bakar fosiltetapi dapat membantu mengurangi penggunaannya.

Negara Indonesia adalah negara kepulauan yang cukup berangin dan memiliki potensi angin yang cukup baik, yaitu sekitar 3,5 – 5,9 m/s.

(18)

2

!"' ( ) ) % *

Permasalahan yang dapat dirumuskanpada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:

1) Mengurangi pemakaian energi dari bahan bakar fosil 2) Potensi angin di Indonesia yang mencapai 3,5 – 5,9 m/s

3) Sebagai alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti kincir angin yang dapat divariasikan sudut kemiringan sudunya.

!"+ ) ) % *

Supaya permasalahanya tidak berkembang menjadi luas, maka diperlukan batasan masalah sebagai berikut:

1) Objek penelitian adalah model kincir angin tiga propeler datar 2) Jumlah sudu kincir sebanyak tiga buah dengan dua variasi ukuran

sudu

3) Variasi sudut kemiringan sudu yaitu:15˚,30˚,45˚,60˚ dan 75˚

4) Jangkauan kecepatan angin disesuaikan dengan kondisi terowongan angin yang digunakan

(19)

3

!", - $ $%

Tujuan penelitian kincir angin adalah:

1) Membuat dua model kincir angin tipe propeler

2) Mencari dan mengetahui daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh model kincir angin dari lima variasi sudut kemiringan sudu dan dua variasi sudu

3) Mencari dan mengetahui koefisien daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh model kincir angin dari lima variasi sudut kemiringan sudu dan dua variasi sudu.

!". / $ $%

Manfaat yang didapat dari penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah: 1) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat

yang membutuhkan sumber energi alternatif selain sumber energi fosil

(20)

4

'"! 0 )$1 ) # &

Angin merupakan udara yang bergerak yang disebabkan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan udara sekitar. Angin selalu bergerak dari tempat yang memilki tekanan udara yang tinggi ke tempat yang memiliki tekanan udara yang rendah.

Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak tempat dan ketinggiannya. Bila letak tempatnya di daerah khatulistiwa maka angin akan lebih cepat jika dibandingkan dengan letak tempatnya jauh dari khatulistiwa. Begitu pula ketinggiannya. Semakin tinggi tempatnya, semakin kencang juga anginnya. Hal ini disebabkan oleh, semakin tinggi suatu tempat maka, gaya gesekan yang dipengaruhi permukaan bumi yang tidak datar, gunung, pohon dan topografi semakin kecil.

(21)

5

'"' # &

Kincir angin adalah sebuah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumbuk biji – bijian dan memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. (sumber: Prabowo, 2011, hal 5)

Menurut porosnya kincir angin dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu: kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal. Untuk tugas akhir ini adalah kincir angin jenis poros horisontal.

'"+ ( ) $#* &

Berikut ini adalah rumus – rumus yang dipergunakan untuk melakukan perhitungan dan analisa unjuk kerja kincir angin.

'"+"! $#& &

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

yang dalam hal ini:

Ek = energi kinetik (Joule) m = massa udara (kg)

(22)

6

sedangkan daya adalah energi per satuan waktu, maka dari persamaan dapat dituliskan:

yang dalam hal ini:

Pin = daya angin (watt)

= massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s)

ρ = massa jenis udara (kg/m3)

dimana:

yang dalam hal ini:

A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2)

Dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat

dirumuskan menjadi:

(23)

7

'"+"' $#* & 0#) 2 3

Untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari setiap sudut kemiringan sudu yang di variasikan maka, perlu mencari torsi dinamis dan daya yang dihasilkan oleh kincir.

'"+"'"! 0#)

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Pada penelitian tugas akhir ini penulis menggunakan mekanisme pengereman, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

yang dalam hal ini:

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)

F = gaya pada poros akibat puntiran (N)

r = jarak lengan torsi ke poros (m)

'"+"'"' 3 #

(24)

8 yang dalam hal ini:

T = torsi dinamis (Nm)

ω = kecepatan sudut (rad/s)

Kecepatan sudut (ω) didapatkan dari:

!" !#$% %&

sehingga daya yang di hasilkan oleh kincir dapat dinyatakan dengan Persamaan (6) yaitu:

./0

)

*'$(- %*+, 1

yang dalam hal ini:

(25)

9

'"+"+

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin.

Rumus kecepatan di ujung sudu (Vt) adalah:

2₀

yang dalam hal ini:

Vt = kecepatan ujung sudu ω = kecepatan sudut (rad/s)

r = jari – jari kincir (m)

sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:

34 ) 5

yang dalam hal ini:

r = jari –jari kincir (m)

n = putaran poros kincir tiap menit (rpm)

(26)

10

'"+", 0$/ ) $ 3 4 15

Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout)dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga

dapat dirumuskan sebagai berikut:

67

./0

8 9

yang dalam hal ini:

Cp = koefisien daya (%)

(27)

11

Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma selama 2 minggu, mulai tanggal 7 Maret 2011 hingga 21 Maret 2011.

+"! $# % 2 *

Model kincir angin tugas akhir yang dapat dilihat pada Gambar 3.1 memiliki 2 bagian utama, yaitu:

(28)

12

!" 2 2

Dudukan sudu yang dapat dilihat pada Gambar 3.2 merupakan bagian yang berfungsi sebagai tempat sudu berada, sekaligus komponen untuk memvariasikan sudut kemiringan sudu. Karena komponen ini sangat mempengaruhi efesiensi kerja angin maka, sangat penting menjaga kesentrisannya pada saat membuatnya. Pada bagian ini juga terdapat “klem” yang berfungsi sebagai pemegang sudu. Untuk memvariasikan sudunya hanya dengan melonggarkan “klem” lalu diatur kemiringan sudunya.

(29)

'" 2

Su berfung kompo sudu.

13

2

Sudu seperti pada Gambar 3.3, adalah kompon erfungsi untuk menangkap angin. Pada saat omponen ini akan divariasikan menjadi dua va udu.

Gambar 3.3 Sudu

(30)

Peralat

Terowongan angin berfungsi menangkap dihisap oleh fan blower dan sekaligus menjadi pengujian kincir, seperti yang ditunjukan pada G

Gambar 3.4 Terowongan angin

(31)

+" $

yan anem digu pen

15

Gambar 3.5 Fan blower

$(0($ $#

Anemometer berfungsi sebagai pengukur ke yang berada di dalam terowongan angin anemometer yang terlihat pada Gambar 3. digunakan untuk mencatat waktu, sehingga pencatatan data pada waktu yang ditentukan.

Gambar 3.6 Anemometer

(32)

,"

Takometer (tachometer) berfungsi seba kecepatan putaran kincir angin. Peralatan ini dap Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Takometer (tachome

$# $& )

Neraca pegas digunakan untuk men pengimbang torsi dinamis, seperti yang terlihat

8.

Gambar 3.8 Neraca pegas

sebagai pengukur ini dapat dilihat pada

chometer)

(33)

7" $

Mekanisme pengereman berfungsi sebag penghambat putaran kincir dalam pengambilan daya kincir.Peralatan ini ditunjukkan pada Gamb

Gambar 3.9 Mekanisme pengerem

$ $%

rapa variabel penelitian yang harus ditentu n penelitian adalah sebagai berikut:

Variasi ukuran sudu kincir adalah: 400mm x 400mm x 150mm.

Variasi sudut kemiringan sudu yaitu: 15˚, 30˚, 75˚.

Variasi kecepatan angin dalam penelitian adalah 7 m/s.

(34)

18

+"+ # 8$% 3 & #

Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan angin (v) 2. Putaran poros/ kincir (n) 3. Gaya pengimbang torsi (F) 4. Suhu (T)

+", # ($ $# 3 & * &

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah:

1. Daya angin (Pin)

2. Daya kincir (Pout)

3. Koefisien daya (Cp)

(35)

Langkah p adalah memposisikan kincir angin seperti yang

.10. Sambungkan kincir angin dengan mekanism da di bagian depan terowongan angin.

(36)

20

Saat pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir, ada beberapa hal yang perlu dilakukan yaitu:

1. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah ditentukan. 2. Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas

dengan lengan pada mekanisme pengereman.

3. Memposisikan anemometer didepan kincir untuk mengukur kecepatan angin di dalam terowongan angin.

4. Hubungkan mekanisme pengereman langsung pada poros kincir.

5. Atur sudut kemiringan sudu sesuai yang telah ditentukan. 6. Jika sudah siap, nyalakan fan blower untuk menghembuskan

angin pada terowongan angin.

7. Atur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara merubah jarak fan blower terhadap terowongan angin agar dapat menentukan variasi angin

8. Variasikan beban pada mekanisme pengereman. Pada mekanisme pengereman ini karet digunakan sebagai variasi bebannya .1 karet, 2 karet, 3 karet dan seterusnya.

(37)

21

10. Bersamaan dengan pengukuran kecepatan angin, beban, dan suhu, lakukan pengukuran putaran poros dengan tachometer yang diarahkan pada mekanisme pengereman.

11. Amati selama waktu yang yang telah ditentukan. 12. Kemudian catat hasil pengamatan.

(38)

22

,"! $ $%

,"!"! 1$ $% # 2$ & # ) 2 ,99(( : !.9((

Data hasil penelitian didapatkan dari pengambilan data torsi pada kincir angin ukuran sudu 400mm x 150mm. Pengujian dilakukan dengan variasi angin mulai dari 7 m/s dengan penurunan rata – rata 0,6 m/s hingga kincir berhenti berputar. Sudut kemiringan sudu yang divariasikan dari 15˚, 30˚, 45˚, 60˚, hingga 75˚. Variasi beban oleh mekanisme pengereman dengan 1 karet, 2 karet, 3 karet dan seterusnya. Dari penelitian diperoleh data yang dapat dilihat pada Tabel 4.1 hingga Tabel 4.5.

,"!"' 1$ $% # 2$ & # ) 2 ,99(( : !99((

(39)

23

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir ukuran sudu 400mm x 150mmpada sudut kemiringan sudu 15˚.

(40)

(41)

25

Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir ukuran sudu 400mm x 150mm pada sudut kemiringan sudu 30˚.

(42)

26

(43)

27

(44)

28

(45)

29

(46)

30

(47)

31

(48)

32

(49)

33

(50)

34

(51)

35

(52)

36

(53)

37

(54)

38

(55)

39

(56)

40

(57)

41

(58)

42

(59)

43

(60)

44

Contoh perhitungan untuk kincir angin dengan ukuran 400 mm x 150mm pada kecepatan angin 7,08 m/s ditunjukkan pada sub

bab 4.2 :

,"' $ &0% * 2 $#* &

,"'"! $#* & 2 3 &

Daya angin dihitung dengan menggunakan Persamaan (4) yang dapat dilihat pada sub bab 2.3.1:

Pin = 0,5ρAv3

yang dalam hal ini:

Pin = daya angin (watt)

ρ = massa jenis udara (kg/m3)

A = luas penampang melintang angin yang ditangkap oleh kincir (m2)

(61)

45

sedangkan dalam hal ini, besarnya luas penampang (A) sendiri adalah:

A = πd2/4 dengan:

d = diameter kincir (m)

sehingga Persamaan (4) dapat disederhanakan menjadi

Pin = 0,5ρAv3

Pin = 0,5ρ(πd2/4)v3

Sebagai contoh diambil data dari tabel 4.1 no. 1 dengan beban variatif pertama.

Dari data, kecepatan angin (v) sebesar 7,08 m/s, massa jenis udara (ρ) sebesar 1,1769 Kg/m3, dan diameter kincir (d) sebesar 0,926 m2 maka dapat dihitung besarnya daya angin (Pin) sebesar:

(62)

46

Pin = 0,5.(1,1769).(3,14.(0,926)2/4).(7,08)3

Pin= 140,57 watt

,"'"' $#* & 0#)

Perhitungan torsi dapat dilakukan dengan menggunakan Persamaan (5) yang dapat dilihat pada sub bab 2.3.2.1, sehingga torsi dapat dirumuskan:

T = rF

yang dalam hal ini:

T = torsi (Nm)

r = jarak lengan torsi ke poros (m)

F = gaya pengimbang (N)

dimana besarnya gaya pengimbang (F) sendiri sebesar:

(63)

47 yang dalam hal ini:

m = massa pengimbang (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

maka Persamaan (5) dapat di sederhanakan menjadi:

T = rF

T = rmg

Sebagai contoh perhitungan dapat diambil data dari tabel 4.1 no.1 dengan beban variatif pertama.

Dari data, diperoleh besarnya massa pengimbang (m) 0,17 kg, dan jarak lengan torsi ke poros (r) 0,1 m. Jika percepatan gravitasi sebesar 9,81 m/s2, maka besar torsi:

T = rmg

T = (0,1).(0,17).(9,81)

(64)

48

,"'"+ $#* & 2 3 #

Daya kincir dihitung dengan menggunakan Persamaan (7) yang dapat dilihat pada sub bab 2.3.2.2:

./0

)

yang dalam hal ini:

Pout = daya kincir (watt)

T = torsi (Nm)

n = putaran poros (rpm)

Sebagai contoh perhitungan dapat diambil dari tabel 4.1 no.1 dengan beban variatif pertama.

Dari data, didapatkan kecepatan angin (v) 7,08 m/s, putaran poros (n) sebesar 554,7 rpm, dan torsi (T) yang telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,16 Nm, maka besar daya kincir:

./0

(65)

49

./0

1

Pout = 9,68 watt

,"'", $#* &

Untuk perhitungan tip speed ratio (tsr) menggunakan Persamaan (8) yang telah dibahas pada sub bab 2.3.3 dimana:

34 )

yang dalam hal ini:

r = jari – jari kincir (m)

n = putaran poros tiap menit (rpm)

(66)

50

Sebagai contoh perhitungan tsr dapat diambil dari tabel 4.1 no.1 dengan beban variatif pertama.

Dari data, didapatkan putaran poros per menit (n) sebesar 554,7 rpm, kecepatan angin (v) 7,08 m/s, dan jari – jari kincir (r) sebesar 0,463 m, maka tip speed rationya:

34 )

34 1

1 5

tsr = 3,79

,"'". $#* & 0$/ ) $ 2 3 4 5

Koefisien daya (Cp) dapat dihitung dengan Persamaan (9) yang dapat

dilihat pada sub bab 2.3.4, yaitu:

67

./0

8

yang dalam hal ini:

(67)

51

Pout = daya kincir (watt)

Pin= daya angin (watt)

Sebagai contoh perhitungan dapat diambil data pada tabel 4.1 no. 1 dengan beban variatif pertama.

Daya kincir (Pout) didapatkan pada sub bab 4.2.3 sebesar 9,68 watt,

dan daya angin (Pin) didapatkan pada sub bab 4.2.1 sebesar 140,57 watt.

Maka koefisien dayanya:

67

./0

8

67

9 5

1 8

(68)

52

,"+ ) % 2 $(8 * )

,"+"! # / * 8 & # 1 $#* 2 1 )#

Menurut Betz (ilmuwan dari Jerman Albert Betz) bahwa koefisien daya (Cp) maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang

terlihat pada Gambar 4.1. Ia menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Gambar tersebut adalah grafik batas Betz.

Gambar 4.1 Grafik Betz limit. (sumber: http://www.intechopen.com)

(69)

53

Gambar 4.3 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan sudu 15˚.

Gambar 4.4 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan sudu 30˚.

(70)

54

Gambar 4.6 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan sudu 60˚.

(71)

55

(72)

56

(73)

57

Gambar 4.12 Grafik hubungan Cp terhadap tsr kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 100 mm pada sudut kemiringan sudu 75˚

(74)

,"+"' # / *

ah melakukan perhitungan, didapatkan grafik taran poros, torsi dan daya kincir untuk ukuran

dan 400 mm x 100 mm dengan lima variasi sud aitu: 15˚,30˚,45˚,60˚ dan 75˚ ditiap ukuran.

3 Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya ran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan su

2 2 3 #"

(75)

Gambar 4.14 Gra ukuran su

59

4 Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya uran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan su

n daya kincir dengan gan sudu 30˚

(76)

60

Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya uran sudu 400 mm x 150 mm pada sudut kemiringan su

(77)

61

(78)

62

(79)

Gambar 4.22 Gra

* )

tugas akhir ini telah diketahui bahwa kerja dar i adalah propeler yang dapat divariasikan sud

Hembusan angin yang datang akan langsung kan kincir berputar. Variasi sudut kemiringan sud ar dan kecilnya daya kincir, Cp dan tsr yang d ng mana untuk mengetahui variasi sudut kemirin ncir berapakah yang memiliki unjuk kerja terbaik.

(80)

64

Pada prinsip kerjanya, setelah hembusan angin yang datang memutar kincir angin, porosnya akan berputar dan meneruskan keberbagai aplikasi, misalnya diteruskan ke generator untuk menghasilkan lisrtik, atau ke transmisi yang digunakan untuk memompa air.

Dari data perhitungan dapat dikethaui bahwa daya dari kincir model ini relatif kecil atau sebesar 38,96 watt pada kecepatan angin 6,86 m/s dengan menggunakan kincir dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm dan sudut kemiringan sudunya sebesar 15˚. Koefisien daya terbesarnya

didapatkan pada putaran poros 363,13 rpm dengan kecepatan angin 6,86 m/sdidapatkan sebesar 0,302 atau 30,2%. Pada kincir

dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm dan sudut kemiringan sudu sebesar 15˚ ini juga didapatkan tsr terbesar yaitu sebesar 3,81.

(81)

65

."! $) (1 %

Dari penelitian kincir angin model yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan:

1. Telah berhasil dibuat dua model kincir angin propeler tiga sudu dengan dua variasi lebar sudu.

2. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm sebesar 27,9 % didapatkan pada saat tsr 2,45 dan sudut kemiringan sudu 15˚.

3. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan ukuran sudu 400 mm x 100 mm sebesar 19,6 % didapatkan pada saat tsr 2,75dan sudut kemiringan sudu 15˚.

4. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan ukuran sudu 400 mm x 150 mm sebesar 38,9 watt didapatkan pada saat kecepatan angin 6,86 m/s pada torsi sebesar 10,45 kg.cm, putaran poros 363,13 rpm dan sudut kemiringan sudu 15˚.

(82)

66

."' #

Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian berikutnya:

1. Material yang digunakan untuk membuat kincir angin harus ringan dan kuat sehingga, dapat meningkatkan efisiensi kincir. 2. Kincir angin harus dibuat aerodinamis sehingga, dapat

mengurangi gaya drag yang dapat menghambat putaran kincir. 3. Data yang diambil harus dari sudut kemiringan sudu 15˚ hingga

(83)

67

Burton, T. Sharpe, D. Jenkins, N. Bossanyi, E., 2001, Wind E H, Wiley, New York.

Prabowo, E, Andryanto, S., Unjuk Kerja Model Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Empat Sudu yang Membuka dan Menutup Secara

Otomatis Dengan Variasi Diameter, FST –Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta, 2011, Tugas Akhir

http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, 15 April 2011

http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin, 15 April 2011

http://www.intechopen.com/articles/show/title/wind-turbines-theory-the-betz-equation-and-optimal-rotor-tip-speed-ratio, 17 April 2011

http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--

(84)

68