i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL
EMPAT SUDU, BERBAHAN KOMPOSIT, DIAMETER 1 M,
DENGAN VARIASI BERAT SUDU
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Teknik Mesin
Oleh : ADI SUSANTO NIM : 145214100
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF FOUR BLADE HORIZONTAL AXIS
WINDMILL, DIAMETER 1 M, WITH HEAVY BLADE
VARIATION
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By: ADI SUSANTO Student Number: 145214100
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Kebutuhan energi di Indonesia pada era modern ini sudah menjadi kebutuhan pokok bagi kelangsungan hidup masyarakat. Salah satu energi yang sering digunakan untuk kehidupan sehari – hari yaitu energi listrik . Namun sumber daya alam lama – kelamaan akan semakin menipis. Maka dari itu perlu adanya kebijakan tentang energi terbarukan. Energi terbarukan yaitu energi yang dapat diperoleh berulang – ulang dan bersifat berkelanjutan. Salah satu energi terbarukan yaitu energi yang diperoleh dari angin. Maka dari itu dibuat penelitian dengan tujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari variasi masing – masing kecepatan angin dan variasi berat sudu seperti unjuk kerja rpm, torsi, daya kincir mekanis, daya listrik, serta mengetahui nilai tip speed ratio dan koefisien daya dari kincir angin tersebut.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler empat sudu berbahan komposit, berdiameter 1 m, dengan lebar maksimum 16 cm dari pusat poros serta variasi berat sudu. Kemudian desain sudu yang digunakan adalah desain bilah dari potongan pipa pvc 8 inchi. Sedangkan untuk mekanisme pembebanan (dump load), pada sistem kincir angin yaitu menggunakan beban lampu pijar sebanyak 21 buah, dengan pemasangan generator DC magnet permanen pada poros kincir angin. Sedangkan untuk mendapat variasi kecepatan angin rata – rata 5 m/s dan 7 m/s maka kincir angin diletakan di depan blower 15 HP 1450 rpm. Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin propeler empat sudu menghasilkan putaran poros kincir terbesar adalah 346 rpm pada berat sudu 0,24 kg dengan kecepatan angin rata – rata 7 m/s, beban torsi terbesar yang dihasilkan adalah 1,02 N.m pada berat sudu 0,24 kg dengan kecepatan angin 7 m/s, daya kincir mekanis terbesar yang dihasilkan adalah 25,08 watt pada berat sudu 0,33 kg dengan kecepatan angin 7 m/s, daya listrik terbesar yang dihasilkan adalah 24,75 watt pada berat sudu 0,33 kg dengan kecepatan angin 7 m/s, koefisien daya maksimal yang dihasilkan adalah 15,78 % dengan nilai tip speed ratio sebesar 2,05 pada berat sudu 0,33 kg pada kecepatan angin 7 m/s.
Kata kunci : Kincir angin sumbu horizontal, propeler, koefisien daya, tip speed ratio.
viii
ABSTRACT
The need of energy in Indonesia in this modern era has become a major necessity for people. One of the most used energy in daily life is electricity. However, the resources are getting scarce. As a result, there should be the policy of renewable energy. Renewable energy is the energy that can be repeatedly collected and is sustainable. One of the renewable energy is the energy which is collected from wind. Therefore, the research was conducted in order to assess the performance of each wind speed variation and heavy blade variation as the performances of rpm, torque, mechanical turbine power, electricity power, also knowing tip speed ratio value and coefficient of power of the wind turbine.
The model of wind turbine which is examined in this research is a four – blade propeller wind turbine made of composite, with diameter of 1 m, maximum wide of 16 cm from axial center with long fins variation. The used blade design is blade design from 8 inch – PVC pipe pieces. As for the dump load of wind turbine system, the researcher used 21 incandescent light bulbs by installing permanent magnet DC generator on the wind turbine’s axis. As for obtaining average wind speed variation 5 m/s, and 7 m/s then wind turbine is placed in front of the 15 HP 1450 rpm blower. This research was conducted in Laboratorium Konversi Energi in Sanata Dharma University.
From this research, a four – blade propeller wind turbine produces the biggest axis rotation which is 346 rpm on 0,24 kg heavy blade with average wind speed 7 m/s. The biggest torque load produced is 1,02 N.m on 0,24 kg heavy blade and average wind speed 7 m/s. The biggest mechanic power produced is 25.08 watt on 0,33 kg heavy blade and wind speed 7 m/s. The biggest electricity power produced is 24,75 watt on heavy blade and wind speed 7 m/s. The maximum coefficient of power produced is 15,78% with tip speed ratio point of 2,05 on 0,33 kg heavy blade and wind speed 7 m/s.
ix
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 Poros Horizontal Empat Sudu, Berbahan Komposit, Diameter 1 M, Dengan Variasi Berat Sudu”.
Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasisawa/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 jenis sumbu horizontal, 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, Univesitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.
3. Ir. Rines Alapan, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 5. Seluruh dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
7. Supat dan Paiyem sebagai orang tua dari penulis, serta Restiani sebagai saudari dari penulis yang selalu berdoa, medukung secara material dan yang lain – lain kepada penulis.
8. Bernardus Herlambang Arya Prabu dan Danan Pamungkas selaku teman satu tim pembuatan alat penelitian.
9. Sahabat dan rekan – rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2014 khususnya, yang telah member saran, kritik dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian laporan tugas akhir.
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN... iii
DAFTAR PANITA PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvi
DAFTAR SIMBOL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan Penelitian ... 4 1.4 Batasan Masalah ... 4 1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 6
2.1 Angin ... 6
2.1.1 Jenis – Jenis Angin ... 7
2.2 Kincir Angin ... 12
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ... 12
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 14
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp dan Tip Speed Ratio (TSR) ... 15
2.4 Rumus Perhitungan ... 16
2.4.1 Energi Kinetik ... 16
2.4.2 Rumus Perhitungan TSR (tip speed ratio) ... 16
2.4.3 Rumus Torsi ... 17
xii
2.4.5 Koefisien Daya ... 18
2.5 Komposit ... 19
2.5.1 Tujuan Pembuatan Material Komposit ... 19
2.6 Jenis-Jenis Material Komposit ... 19
2.6.1 Material Komposit Serat ... 19
2.6.2 Material Komposit Lapis ... 19
2.6.3 Material Komposit Partikel ... 19
2.7 Kelebihan Material Komposit ... 20
2.8 Kekurangan Material Komposit ... 20
2.9 Matriks ... 20
2.9.1 Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Matriks ... 21
2.9.2 Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Penguat ... 24
2.9.3 Komposit Berdasarkan Serat ... 26
2.9.4 Komposit Berdasarkan Discontinous ... 26
2.10 Serat ... 26
2.11 Fiberglass ... 28
2.12 Resin ... 29
2.13 Reinforcement ... 31
2.14 Tinjauan Pustaka ... 31
BAB III METODE PENELITIAN... 33
3.1 Diagram Penelitian ... 33
3.2 Alat Penelitian ... 34
3.3 Desain Sudu ... 40
3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin ... 41
3.4.1 Alat dan Bahan... 41
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade ... 42
3.5 Variasi Penelitian ... 47
3.6 Variabel Pengukuran ... 47
3.7 Parameter Perhitungan ... 47
3.8 Langkah Penelitian ... 48
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ... 50
4.1 Data Hasil Pengujian ... 50
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 53
xiii
4.2.2 Perhitungan Torsi ... 53
4.2.3 Perhitungan Daya Mekanis ... 54
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ... 54
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ... 55
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ... 55
4.3 Data Hasil Perhitungan ... 56
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 60
4.4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (T) pada Tiga Variasi Berat Sudu dengan Kecepatan 5 m/s. ... 60
4.4.2 Grafik Hubungan antara Daya Mekanis Pout (watt) dan Torsi (T) pada Tiga Variasi Berat Sudu dengan kecepatan 5 m/s. ... 61
4.4.3 Grafik Hubungan antara Daya Listrik (Watt) dan Torsi (T) pada Tiga Variasi Berat Sudu dengan Kecepatan 5 m/s... 62
4.4.4 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kinir (n) dan Torsi (T) pada Tiga Variasi Berat Sudu dengan kecepatan 7 m/s. ... 63
4.4.5 Grafik Hubungan antara Daya Mekanis Pout(watt) dan Torsi (T) pada Tiga Variasi Berat Sudu dengan kecepatan 7 m/s. ... 64
4.4.6 Grafik Hubungan antara Daya listrik (Watt) dan Torsi (T) pada Tiga Variasi Berat Sudu dengan Kecepata 7 m/s... 66
4.4.7 Grafik Perbandingan antara Berat Sudu 0.24 kg dan 0.20 kg dalam Hubungan Koefisien Daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada Kecepatan 5 m/s dan 7 m/s. ... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
5.1 Kesimpulan ... 69
5.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Diagram presentase peningkatan kebutuhan listrik ... 2
Gambar 2. 1 Angin Laut... 7
Gambar 2. 2 Angin Darat ... 8
Gambar 2. 3 Angin Lembah ... 9
Gambar 2. 4 Angin Gunung ... 10
Gambar 2. 5 Angin Muson Barat dan Angin Muson Timur ... 11
Gambar 2. 6 Kincir Angin Poros Horisontal ... 13
Gambar 2. 7 Contoh Kincir Angin Vertikal ... 14
Gambar 2. 8 Grafik Hubungan Antara Coefisien of Performance (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir. ... 15
Gambar 2. 9 Gambar Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Matrik ... 24
Gambar 2. 10 Gambar Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Penguat ... 25
Gambar 2. 11 Gambar Ilustrasi Komposit Berdasarkan Penguat ... 25
Gambar 2. 12 Tipe Serat Fiber ... 25
Gambar 2. 13 Gambar Serat Alam ... 27
Gambar 2. 14 Gambar Serat Buatan/Sintetik ... 27
Gambar 3. 1 Blade / Sudu ... 35
Gambar 3. 2 Dudukan Sudu ... 35
Gambar 3. 3 Fan Blower ... 36
Gambar 3. 4 Tachometer ... 36
Gambar 3. 5 Timbangan Digital Gantung ... 37
Gambar 3. 6 Anemometer ... 37
Gambar 3. 7 Voltmeter ... 38
Gambar 3. 8 Amperemeter. ... 38
Gambar 3. 9 Potensio ... 39
Gambar 3. 10 Lampu Pijar ... 39
Gambar 3. 11 Skema Pembebanan... 40
Gambar 3. 12 Desain Sudu... 41
Gambar 3. 13 Pemotongan Pipa PVC 8 inch ... 42
Gambar 3. 14 Membentuk Mal pada Kerta Karton... 43
Gambar 3. 15 Membentuk Pipa dengan Mal Kertas Karton ... 43
Gambar 3. 16 Pelapisan Cetakan menggunakan Isolasi... 44
Gambar 3. 17 Pencampuran Resin dan Harderner ... 45
Gambar 3. 18 Skema Penelitian ... 48
Gambar 4. 1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (rpm) dan Torsi (T) Kincir Angin Propeler ... 61
Gambar 4. 2 Grafik Hubungan antara Daya Mekanis Pout (watt) dan Torsi (T) Kincir Angin Propeler ... 62
Gambar 4. 3 Grafik Hubungan antara Daya Listrik (Watt) dan Torsi (T) Kincir Angin Propeler... 63
Gambar 4. 4 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (rpm) dan Torsi (T) Kincir Angin Propeler ... 64
Gambar 4. 5 Grafik Hubungan antara Daya Mekanis Pout (watt) dan Torsi (T) Kincir Angin Propeler ... 65
xv
Gambar 4. 6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik (Watt) dan Torsi (T) Kincir Angin Propeler... 67 Gambar 4. 7 Grafik antara Berat Sudu 0,24 kg; Kecepatan Angin 5 m/s an Berat Sudu 0,20 kg; Kecepatan 7 m/s pada Hubungan Koefisien Daya Mekanis (Cp%) dengan Tip Speed Ratio Kincir Angin Propeler Empat Sudu. ... 68
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Kondisi Angin ... 6
Tabel 2. 2 Kekuatan resin thermoplastic... 22
Tabel 2. 3 Kekuatan resin thermoset ... 23
Tabel 2. 4 Sifat-sifat dari setiap jenis fiberglass ... 29
Tabel 2. 5 Sifat-sifat serat ... 29
Tabel 3. 1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ... 41
Tabel 4.1 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,20 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s ... 50
Tabel 4.2 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,24 kg dan ... 50
Tabel 4.3 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,33 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s ... 51
Tabel 4.4 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,20 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s ... 51
Tabel 4.5 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,24 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s ... 52
Tabel 4.6 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,33 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s ... 52
Tabel 4.7 Data Perhitungan Empat Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,20 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s ... 57
Tabel 4.8 Data Perhitungan Empat Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,24 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s ... 57
Tabel 4.9 Data Perhitungan Empat Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,33 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s ... 58
Tabel 4.10 Data Perhitungan Empat Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,20 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s ... 58
Tabel 4.11 Data Perhitungan Empat Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,24 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s ... 59
Tabel 4.12 Data Perhitungan Dua Sudu Dengan Variasi Berat Sudu 0,33 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s ... 59
xvii
DAFTAR SIMBOL
Ek : Energi kinetik
m : Massa (kg)
v : Kecepatan angin
ṁ : Massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s) ρ : Massa jenis udara (kg/s)
A : Luas penampang sudu (m2)
Vt : Kecepatan ujung sudu
ω : Kecepatan sudut (rad/s)
r : Jari - jari kincir (m)
n : Putaran poros kincir tiap menit (rpm)
: Daya yang dihasilkan oleh kincir angin
Cp : Koefisien daya, %
Pin : Daya yang disediakan oleh angin
F : Gaya pengimbang T : torsi (N.m)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan suatu kebutuhan bagi manusia, khususnya energi listrik di Indonesia makin berkembang menjadi bagian tak terpisahkan dari kebutuhan hidup masyarakat sehari–hari dengan pesatnya peningkatan pengembangan di bidang teknologi, industri dan informasi. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut manusia masih sangat tergantung dengan energi konvensional. Contoh energi konvensional yang di gunakan yaitu bahan bakar fosil, batu bara dan gas yang menjadi sumber pembangkit energi. Namun penggunaan pembangkit energi tersebut tidak diimbangi dengan ketersediaan di alam. Karena bahan bakar konvensional yang ada di alam semakin lama semakin menipis. Hal ini membuat setiap Negara berlomba-lomba untuk menciptakan sumber energi yang alternatif. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunakan dan sudah dikembangkan yaitu energi angin. Angin merupakan sumber energi alternative dari alam yang tidak akan habis. Oleh sebab itu angin dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi pembangkit listrik untuk memenuhi kebutuhan manusia.
Dengan memperhatikan pertumbuhan ekonomi dalam 21 tahun terakhir bahwa setiap tahun kebutuhan listrik semakin meningkat. Presentase peningkatan kebutuhan listrik pada setiap tahun ini cukup signifikan seperti ditunjukkan pada table berikut.
2
Gambar 1.1 Diagram presentase peningkatan kebutuhan listrik (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_onshore_wind_farms)
Berdasarkan data GWEC, kebutuhan energy listrik dapat dipenuhi oleh pusat–pusat pembangkit listrik. Seperti pada tabel data GWEC di tahun 2016 tercatat 486,8 GW yang dihasilkan oleh pembangkit listrik angin. Beberapa Negara telah memanfaatkan energi angin sebagai pembangkit listrik diantaranya yaitu Spanyol, Jepang, Amerika Serikat, Italia, Jepang, Australia, Denmark dan China. Namun di Indonesia pemanfaatan energi angin sebagai pembangkit listrik masih belum optimal. Ini terbukti dengan jumlah PLT angin yang telah beroperasi di Indonesia yang baru berjumlah 13 unit, 5 unit dengan kapasitas 80 KW dan pada tahun 2007 bertambah lagi di beberapa lokasi, di pulau Selayar sebanyak 3 unit , di Sulawesi Utara sebanyak 2 unit, dan 1 unit di Nusa Penida – Bali. Diawal tahun 2016, pemerintah bekerjasama dengan investor asal Denmark memulai proyek pembangunan 2 unit PLTB dengan kapasitas 65 MW dan 70 MW di daerah Sulawesi Selatan. Namun jumlah PLT angin tersebut masih sangat sedikit sekali, mengingat bahwa di Indonesia memiliki potensi angin yang melimpah
3
khususnya di kawasan pesisir pantai yang dapat digunakan untuk sumber pembangkit listrik.
Potensi sumber daya energi terbarukan, seperti matahari, angin dan air ini secara prinsip memang dapat diperbaharui, karena tersedia di alam. Namun pada kenyatannya potensi yang dapat dimanfaatkan belum dimanfaatkan secara maksimal. Sebagai mahasiswa Teknik Mesin yang mendalami energi terbarukan dan konversi energi khususnya energi angin penulis ingin mengembangkan desain kincir yang sudah ada saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin yang berada di Indonesia. Penelitian dilakukan pada kincir angin horizontal empat sudu dengan pengaruh berat sudu pada unjuk kerja kincir angin poros horizontal berbahan komposit dengan diameter 1 m dan kelengkungan PVC 8 inch variasi kecepatan angin 5 m/s, dan 7 m/s.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:
a. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.
b. Memaksimalkan potensi energi angin yang ada di Indonesia dengan kincir angin yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
4 1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dilaksanakan penelitian ini adalah:
a. Membuat dan merancang kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan komposit dengan diameter 1 m, lebar maksimal 16 cm pada jarak 20 cm dari pusat poros, dengan variasi berat sudu 0,20 kg; 0,24 kg; dan 0,33 kg.
b. Mengetahui unjuk kerja dari kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan komposit.
c. Mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) dari kincir angin poros horizontal empat sudu bahan komposit.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah:
a. Model kincir angin dibuat model propeller dengan bahan komposit diameter 1 m, lebar 16 cm dan jarak 20 cm dari titik pusat poros.
b. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah empat, tipe horizontal axis
wind turbine (HAWT) dengan variasi berat sudu 0,20 kg; 0,24 kg; dan
0,33 kg.
c. Alat ukur menggunakan voltmeter, amperemeter, anemometer, tachometer, dan timbangan digital.
d. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
5
Manfaat penelitian yang ada dalam penelitian ini adalah:
a. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu apilikasi pemanfaatan energi terbarukan.
b. Dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan energi terbarukan. c. Dapat menjadi referensi bagi masyarakat yang daerahnya berpotensi
dengan energi angin agar bisa mengembangkan energi terbarukan dengan menggunakan energi angin.
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1Angin
Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam. Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini akan di simpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
Tabel 2.1 Kondisi Angin
(Sumber: http://www.alpensteel.com/article/116-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/2017-pembangkit-listrik-tenaga-angin-di-indonesia)
Tabel Kondisi Angin Kelas angin Kecepatan angin m/d Kecepatan angin km/jam Kecepatan angin knot/jam 1 0.3 - 1.5 1 - 5.4 0.58 - 2.92 2 1.6 – 3 5.5 - 11.9 3.11 - 6.42 3 3.4 - 5.4 12.0 - 19.5 6.61 - 10.5 4 5.5 -7.9 19.6 - 28.5 10.7 - 15.4 5 8.0 - 10.7 28.6 - 38.5 15.6 - 20.8 6 10.8 - 13.8 38.6 - 49.7 21 - 26.8 7 13.9 - 17.1 49.8 - 61.5 2.7 - 33.3 8 17.2 - 20.7 61.6 - 74.5 33.5 - 40.3 9 20.8 - 24.4 74.6 - 87.9 40.5 - 47.5 10 24.5 -28.4 88.0 - 102.3 47.7 - 55.3 11 -32.6 102.4 - 117.0 55.4 - 63.4 12 >32.6 >118 63.4
7 2.1.1 Jenis – Jenis Angin
1. Angin Laut
Angin laut adalah udara yang bergerak dari laut ke darat. Angin laut terjadi pada siang hari, saat matahari mulai memancarkan panasnya. Daratan adalah benda padat yang dapat menyerap panas matahari, jauh lebih cepat daripada lautan yang merupakan benda cair.hal ini di sebabkan oleh suhu di atas daratan yang lebih tinggi daripada suhu di atas lautan, udara di atas daratan pun lebih cepat menjadi panas naik. Tempat yang ditinggalkan tekanannya lebih rendah, sehingga akan segera didisi udara lautan yang berpindah tempat ke atas daratan. Maka terjadilah angin laut. Angin laut mulai terjadi pada siang hari sekitar pukul 09.00 WIB, makin siang hemusannya semakin kuat. Hembusan angin laut paling kuat, terjadi sekitar pukul 15.00 WIB. Gambar angin laut ditunjukkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Angin Laut
(Sumber : http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html)
8 2. Angin Darat
Angin darat adalah udara yang bergerak dari daratan ke lautan. Angin darat terjadi pada malam hari, dimana saat matahari sudah tidak memancarkan panasnya. Daratan yang lebih cepat menyerap panas matahari, akan melepaskan panas itu dengan lebih cepat pula. Maka suhu di atas daratan segera menjadi lebih dingin, dibandingkan dengan suhu di atas lautan. Karena suhu di atas lautan lebih panas, maka udara di sana terdorong ke atas. Karena tekanan udara di atas lautan lebih rendah ( banyak tempat kosong yang ditinggalkan oleh udara yang naik ), maka udara dingin dari atas daratan pun mengalir pada lautan untuk mengisi daerah yang kosong tersebut, sehingga terjadilah angin darat. Angin darat mulai terjadi pada malam hari sekitar pukul 21.00 WIB. Hembusan angin darat paling kuat terjadi pada waktu matahari mulai terbit. Gambar angin darat ditujukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Angin Darat
(Sumber : http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html)
9 3. Angin Lembah
Angin lembah adalah angin yang bergerak dari lembah menuju gunung akibat dari suhu di lembah lebih rendah (tekanan tinggi) sedangkan suhu di gunung lebih panas (tekanan rendah). Angin lembah terjadi ketika matahari terbit, gunung adalah daerah yang pertama kali mendapat panas dan sepanjang hari selama proses tersebut gunung mendapat energy panas lebih banyak daripada lembah. Sehingga suhu di gunung lebih tinggi daripada suhu di lembah gunung. Hal ini mengakibatkan, udara panas dari gunung naik dan digantikan oleh udara dingin dari lembah, sehingga terjdi aliran udara (angin) dari lembah menuju gunung. Jadi angin lembah ini terjadi pada waktu siang hari. Gambar angin lembah ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Angin Lembah
(Sumber : http://www.konsepgeografi.net/2016/01/angin-gunung-dan-angin-lembah.html)
4. Angin Gunung
Angin gunung adalah angin yang bergerak dari gunung menuju lembah akibat dari suhu di gunung lebih tinggi (tekanan rendah) sedangkan suhu di lembah dingin (tekanan tinggi). Angin gunung terjadi ketika sore hari (matahari mulai terbenam), gunung telah mendingin sedangkan lembah masih panas (dalam proses mengeluarkan panas). Sehingga suhu di lembah lebih panas daripada suhu
10
di gunung. Hal ini mengakibatkan, udara panas dari lembah naik dan di gantikan oleh udara dingin dari gunung, sehingga terjadi aliran udara (angin) dari gunung menuju lembah. Jadi angin gunung ini terjadi pada waktu sore hari saat matahari terbenam. Gambar angin gunung ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Angin Gunung
(Sumber : http://www.konsepgeografi.net/2016/01/angin-gunung-dan-angin-lembah.html)
5. Angin Muson
Angin muson adalah gerakan massa udara yang terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara yang begitu besar yaitu antara daratan dan lautan, atau bisa disebut antara benua dan samudra. Indonesia ini berada di daerah ekuator yang diapit oleh benua Asia dan benua Australia, juga diapit oleh dua samudra yaitu samudra Pasifik dan samudra Hindia. Di Indonesia ada dua jenis angin muson yaitu angin Muson Barat dan angin Muson Timur.
Angin Muson Barat bertiup pada bulan Oktober sampai April, yaitu pada
saat posisi semu matahari berada di belahan bumi selatan. Posisi inilah yang menyebabkan tekanan udara yang tinggi di Asia dan tekanan udara yang rendah di wilayah Australia membuat angin bertiup dari benua Asia ke benua Australia. Pada perjalanan dari benua Asia ke benua Australia, angin melewati samudra
11
Hindia sehingga angin tersebut mengandung banyak uap air yang menyebabkan pada bulan Oktober sampai bulan Maret di Indonesia terjadi musim hujan.
Angin Muson Timur bertiup pada bulan April sampai bulan Oktober.
Ketika letak semu matahari di sebelah belahan bumi utara, sehingga menyebabkan tekanan udara wilayah benua Asia menjadi rendah dan tekanan udara wilayah benua Autralia menjadi tinggi. Hal tersebut menyebabkan angin bertiup dari benua Australia ke benua Asia. Karena angin tesebut harus melewati daerah gurun yang luas di benua Australia sehingga udara sedikit mengandug uap air dan bersifat kering. Hal tersebutlah yang menyebabkan di Indonesia pada bulan – bulan tersebut menjadi musim kemarau.
Gambar 2.5 Angin Muson Barat dan Angin Muson Timur
(Sumber : http://www.donisetyawan.com/pola-pergerakan-angin-muson-di-indonesia/)
12 2.2 Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik. Dari proses itu memberikan kemudahan berbagai kegiatan manusia yang memerlukan tenaga yang besar seperti memompa air untuk mengairi sawah atau menggiling biji - bijian. Kincir angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika Utara.
Kincir angin pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik di bangun oleh P. La Cour dari Denmark diakhir abad ke-19. Setelah perang dunia I, layar dengan penampang melintang menyerupai sudut propeller pesawat sekarang disebut kincir angin tipe propeller atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika Serikat pada tahu 1940, ukurannya sangat besar yang disebut mesin Smith-Putman, kapasitasnya 1.25MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylavina. Diameter propelernya 175ft (55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100ft (34m). tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.
Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut porosnya yaitu kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) adalah turbin angin yang putaran orientasinya horisontal. Dengan kata lain, poros putaran turbinnya sejajar dengan permukaan tanah. Kincir angin poros horizontal
13
ini biasanya memiliki dua sudu. Kincir angin poros horisontal ini ada beberapa bentuk seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horisontal
(Sumber : https://journal.sttnas.ac.id/ReTII/article/download/337/277)
Kelebihan kincir angin poros horizontal :
1. Kincir angin poros horizontal mampu mengkonversi energy angin pada kecepatan tinggi.
2. Setiap sepuluh meter keatas dari dasar tanah, kecepatan angin meningkat. 3. Kincir angin poros horizontal memerlukan karakteristik angin karena arah
angin langsung menuju rotor.
Kekurangan kincir angin poros horizontal :
1. Dibutuhkan konstruksi menara untuk menyangga bilah – bilah, transmisi roda gigi, dan generator.
2. Kincir angin poros horizontal yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat tinggi dan membutuhkan operator yang professional.
3. Kincir angin poros horizontal membutuhkan mekanisme control yaw (ekor kincir angin) tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.
14 2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbin (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah amgin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar daripada kincir angin poros horisontal. Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada gambar 2.7.
Darrieus Savonius Gambar 2.7 Contoh Kincir Angin Vertikal
(Sumber : https://journal.sttnas.ac.id/ReTII/article/download/337/277) Kelebihan kincir angin poros vertikal :
1. Dapat menerima arah angin dari segala arah. 2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. 3. Dapat bekerja pada putaran rendah.
4. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.
15 Kekurangan kincir angin poros vertikal :
1. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energy angin yang dihasilkan kecil. 2. Hanya dapat mengkonversi energy angin 50% dikarenakan adanya gaya
drag tambahan.
3. Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya member tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp dan Tip Speed Ratio (TSR)
Berikut ini adalah grafik hubungan antara Cp dan tsr dengan beberapa jenis tipenya masing – masing seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Grafik Hubungan Antara Coefisien of Performance (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir.
(http://solarenergyengineering.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articlei d=1456879)
16 2.4 Rumus Perhitungan
Berikut adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.
2.4.1 Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
Pin = ρ A v3 (1)
dengan :
Ek : Energi kinetic (Joule).
v : Kecepatan angin (m/s).
ρ : Massa jenis udara (kg/s).
A : Luas penampang sudu (m2)
2.4.2 Rumus Perhitungan TSR (tip speed ratio)
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir
angin dngan kecepatan angin. Kecepatan ujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai :
Vt = ω r (2)
dengan :
Vt : Kecepatan ujung sudu.
ω : Kecepatan sudu (rad/s).
17
sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut :
tsr = (3)
dengan :
r : Jari - jari kincir (m).
n : Putaran poros kincir tiap menit (rpm). V : Kecepatan angin (m/s).
2.4.3 Rumus Torsi
Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sudu – sudu kincir angin. Perhitungan nilai torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
(4)
dengan adalah gaya pembebanan, dan adalah panjang lengan torsi ke poros kincir angin.
2.4.4 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin ( )adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin
karena putaran sudu kincir , putaran kincir angin tersebut menghasilkan energi kinetik yang kemudian dikonversikan menjadi energi listrik. Perhitungan nilai daya kincir angin dapat dirumuskan sebagai berikut :
18 dengan :
: Daya yang dihasilkan oleh kincir angin. : Kecepatan sudut.
2.4.5 Koefisien Daya
( ) dengan daya yang disediakan oleh angin ( ). Perhitungan nilai
koefisien daya Koefisien daya adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dirumuskan sebagai berikut :
Cp = 100% (6)
dengan :
Cp : Koefisien daya, %.
Pin : Daya yang disediakan oleh angin.
19 2.5 Komposit
Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing–masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisiknya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit).
2.5.1 Tujuan Pembuatan Material Komposit
1. Memperbaiki sifat mekanik atau sifat spesifikasi tertentu. 2. Mempermudah design yang sulit pada manufaktur. 3. Menjadikan bahan lebih ringan.
2.6 Jenis-Jenis Material Komposit
2.6.1 Material Komposit Serat
Material komposit serat yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan dasar yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat + resin sebagai bahan perekat, sebagai contoh adala FRP (Fiber Reinforce Plastic) plastik diperkuat denga serat dan banyak digunakan, yang sering disebutt fiber glass.
2.6.2 Material Komposit Lapis
Komposit lapis yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan penguat, contohnya pollywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya.
2.6.3 Material Komposit Partikel
Komposit partikel yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan bahan penguat seperti butiran (batu dan pasir) yang diperkuat dengan semen yang sering kia jumpai sebagai beton.
20 2.7 Kelebihan Material Komposit
Material komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yaitu:
1. Bianyanya lebih murah. 2. Beban lebih ringan. 3. Mudah dibentuk.
2.8 Kekurangan Material Komposit
1. Material komposit tidak tahan terhadap beban kejut. 2. Material komposit tidak tahan terhadap crash (tabrak).
2.9 Matriks
Matriks dalam komposit berfungsi sebagai bahan pengikat serat menjadi
sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara sert dan matrik, sehingga matrik dan serat salong berhubungan.
21
2.9.1 Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Matriks
1. Polymer Matriks Composite (PMC) merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan karat, korosi dan lebih ringan. Matriks polymer terbagi menjadi 2 yaitu:
a) Termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irrversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel,seperti jenis-jenis melamin.
b) Termoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali dengan menggunakan panas. Termoplastik merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila disinginkan.
22
Tabel 2.2 Kekuatan resin thermoplastic
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT. Pradnya Paramita 2005. Resin Thermoplastic Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Perpan- jangan (%) Modulus Elastik (kgf/mm2 X 102) Kekuatan Tekan (kgf/mm2) Kekuatan Lentur (kgf/mm2) --- Stiren : G.P. 4,5 - 6,3 1,0 - 2,5 2,8 - 3,5 8 - 11,2 6,9 - 9,8 Dikopolimerkan Dengan Akrilonotril 6,6 - 8,4 1,5 - 3,5 2,8 - 3,9 9,8 - 11,9 9,8 - 13,3 Resin ABS 1,6 - 6,3 10 - 140 0,7 - 2,8 1,7 - 7,7 2,5 - 9,4 Nilon : Nilon 6 7,1 - 8,4 25 - 320 1,0 - 2,6 4,6 - 8,5 5,6 - 11,2 Nilon 66 4,9 - 8,4 25 - 200 1,8 - 2,8 5 - 9,1 5,6 - 9,6 Polietilen :
Massa Jenis Tinggi 2,1 - 3,8 15 - 100 0,4 – 1 2,2 0,7 Massa Jenis Rendah 0,7 - 1,4 90 - 650 0,14 - 0,24 --- --- Polipropilen --- 3,3 - 4,2 200 - 700 1,1 - 1,4 4,2 - 5,6 4,2 - 5,6 Resin PVC : Kaku 3,5 - 6,3 2,0 -40 2,4 - 4,2 5,6 - 9,1 7 - 11,2 Dengan Pemlastis 0,7 - 2,4 200 - 400 --- 0,7 - 1,2 --- Polia setal : Delrin 6,1 - 7 15 - 40 ext. 75 2,4 - 2,8 12,6 8,4 - 9,8 Polikarbonat : --- 5,6 - 6,6 60 - 100 22 7,7 7,7 - 9,1 Politetrafluoroetilen : (Telfon) 1,4 - 3,1 200 - 400 0,4 1,19 --- Baja Lunak --- Untuk Konstruksi 0,1 - 0,2% C 38 30 300 38
23
Tabel 2.3 Kekuatan resin thermoset
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT. Pradnya Paramita 2005. Resin Thermoset Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Perpan- jangan (%) Modulus Elastik (kgf/mm2 X 102) Kekuatan Tekan (kgf/mm2) Kekuatan Lentur (kgf/mm2) Resin Fenol (Bakelit) : Tanpa pengisi 4,9 - 5,6 1,0 - 1,5 5,2 - 7 7,0 - 21 8,4 - 10,5 Dengan bubuk kayu 4,5 – 7 0,4 - 0,5 5,6 - 12 15,4 - 25,2 5,9 - 8,4 Dengan asbes 3,8 - 5,2 0,18 - 0,5 7,0 - 21 14 - 24 5,6 - 9,8 Dengan serat glass 3,6 – 7 0,2 23,1 12 - 24,0 7,0 – 42 Resin Melamin : Dengan pengisi --- --- --- --- --- Dengan selulosa 4,9 - 9,1 0,6 - 1,0 8,4 - 9,8 17,5 - 30,1 7 - 11,2 Resin Urea : Dengan selulosa 4,2 - 9,1 0,4 - 1,0 7 - 10,5 17,5 - 31 7 - 11,2 Resin Poliester : Dengan pengisi (coran kaku) 4,2 - 9,1 < 5 2,1 - 4,2 9,1 - 25 5,9 - 16,1 Dengan serat glass 17,5 - 2,1 0,5 - 5,0 5,6 - 14 10,5 - 21 7,0 – 28 Dengan serat sintetik 3,1 4,2 --- --- 14 - 21 7,0 - 8,4 Resin Epoksi : Dengan pengisi (coran) 2,8 - 9,1 3,0 - 6,0 2,4 10,5 - 17,5 9,3 - 14,7 Dengan serat glass 9,8 - 2,1 4 2,1 21 - 26 14 – 21 Resin Silikon : Dengan serat glass 2,8 - 3,5 --- --- 7,0 - 10,5 7 - 9,8
24
2. Ceramic Matriks Composite (CMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks keramik.
3. Metal Matriks Composite (MMC) adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam.
Gambar 2.9 Gambar Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Matrik (Sumber :
https://yudiprasetyo53.wordpress.com/2011/12/04/aplikasi-biokomposit-pada-bidang-otomotif/) 2.9.2 Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Penguat
Ada 3 jenis matriks berdasarkan penguat:
1. Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bias berupa glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, dan sebagainya. Fiber ini bias disusun secara acak maupundengan orientasi tertentu bahkan bias juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
2. Komposit struktur merupakan suatu struktur yang terdiri dari dua elemen struktur dengan bahan material yang berbeda dan bekerja bersama-sama membentuk suatu kesatuan, dimana masing-masing bahan material tersebut mempunyai kekuatan sendiri-sendiri. Contoh struktur komposit yaitu baja dengan beton, kayu dengan beton, beton biasa dengan beton pratengang.
25
3. Komposit partikel merupakan komposit jenis komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Gambar 2.10 Gambar Jenis-Jenis Komposit Berdasarkan Penguat
(Sumber : https://yudiprasetyo53.wordpress.com/2011/12/04/aplikasi-biokomposit-pada-bidang-otomotif/)
Gambar 2.11 Gambar Ilustrasi Komposit Berdasarkan Penguat (Sumber :http://slideplayer.info/slide/12130376 )
26 2.9.3 Komposit Berdasarkan Serat
Ada 2 matriks serat berdasarkan serat yaitu:
1. Discontinuous adalah tipe komposit dengan tipe pendek. Tipe ini terbagi menjadi 2 jenis yaitu aligned dan randomly.
2. Continuous, mempunyai serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.
2.9.4 Komposit Berdasarkan Discontinous
Ada 2 matriks berdasarkan discontinuous yaitu:
1. Aligned merupakan komposit dengan serat panjang yang tersusun rapi pada posisi horizontal diantara matriksnya.
2. Randomly discountinous merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis seratacak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.
2.10 Serat
Serat adalah salah satu unsur penyusun bahan komposit. Serat inilah yang terutama menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya. Serat inilah yang menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada bahan komposit.
27 Jenis-jenis serat dibagi menjadi 2 yaitu:
1. Serat alam adalah serat yang berasal dari tumbuhan, binatang, dan mineral. Contoh serat alam yaitu kapas, wol, sutra dan rami.
Gambar 2.13 Serat Alam
(Sumber : http://sarungpreneur.com/kerajinan-dari-bahan-alam-dari-nusantara-yang-harus-kamu-tahu/)
2. Serat buatan/sintetik adalah terbut dari komposisi yang ditentukan, hasil dari serat buatan/sintetik ini yaitu rayon, polyester,akril, dan nilon.
Gambar 2.14 Serat Buatan/Sintetik
28 2.11 Fiberglass
Fiberglass atau yang sering disebut kaca merupakan serat sintetis anorganik. Serat dari kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan diameter 0,005 mm – 0,001 mm. Serat ini biasa dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain (lembaran) yang akan digunakan untuk menjadi penguat sebuah komposit. Resin yang dicampurkan dengan fiberglass akan menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi.
Sifat-sifat fiberglass yaitu:
a. Density cukup rendah (skitar 2,55 g/cc).
b. Tensile strenghtnya cukup tinggi (sekitar 3,2 Gpa). c. Stabilitas dimensinya baik.
d. Tahan korosi.
Keuntungan menggunakan fiberglass adalah:
a. Biaya murah. b. Tahan korosi
c. Biaya relative rendah dari komposit lainnya.
Jenis-jenis fiberglass:
a. E-glass b. C-glass c. S-glass
29
Tabel 2.4 Sifat-sifat dari setiap jenis fiberglass
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT.
Pradnya Paramita 2005.
Tabel 2.5 Sifat-sifat serat
Sumber: Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan ke-6 PT.
Pradnya Paramita 2005. Serat Kekuatan Tarik Perpanjangan Patah Massa Jenis Modulus Young Modulus Jenis (GN/m2) (%) (g/cm3 ) (GN/M2) (MJ/Kg) Karbon (Dasar Rayon Viskus) 2 0,6 1,66 350 210 Karbon* (Dasar PAN) 1,8 0,5 1,99 400 200 Gelas (Jenis E) 3,2 2,3 2,54 75 30 Baja 3,5 2 7,8 200 26 Kevlar 3,2 6,5 1,44 57 40 Nilon 66 0,9 14 1,14 7 6 Poliester 1,1 9 1,38 15 11
30 2.12 Resin
Resin adalah zat kimiawi yang bersifat agak kental, cenderung transparan, tidak larut dalam air, mudah terbakar dan akan mengeras dengan cepat. Menurut beberapa sumber, resin sudah dipakai sejak zaman purba kebanyakan sebagai pelapis pernis atau perekat contohnya adalah getah resin dammar, resin gumpalan dupa sebagai bahan pembuatan patung dan sesajian. Seiring berkembangnya jaman dan kemungkinan resin organic lebih susah diproduksi, manusia mulai membuat sintetis dari bahan-bahan kimia. Resin ini diproduksi bermacam-macam jenis yaitu:
1. Resin akrilik adalah rantai polimer yang terdiri dari unit-unit metal metakrilat yang berulang. Resin akrilik digunakan untu membuat basisi gigi tiruan dalam proses rehabilitative, untuk pelat ortodonsi, maupun restorasi crown
and bridge.
2. Resin epoxy adalah suatu bahan kimia yang merupakan salah satu jenis resin yang dieroleh dari proses polimerisasi dari epoksida. Epoxy resin bereaksi dengan beberapa bahan kimia lain seperti amina poifungsi, asam serta fenol, dan alcohol, umumnya dikenal sebagai bahan pengeras atau harderner. 3. Resin melamin ini termasuk dalam golongan resin amino yang diproduksi
mellui reaksi polikondensasi antara melamin dan formaldehida, resin ini mempunyai kelebihan yakni transparan, kekerasan (hardeness) yang lebih baik, tahan terhadap air, dan goresan.
31 2.13 Reinforcement
Reinforcement (penguat) adalah salah satu bagian utama dari komposit
yang berperan untuk menahan beban yang diterima oleh material komposit sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari penguat yang digunakan. Bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Bahan yang umum digunakan adalah jenis partikel, serat alam, serat karbon, serat gelas dan keramik.
2.14 Tinjauan Pustaka
Kurniawan, 2017, “Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Berbahan Komposit Berdiameter 1 m Lebar Maksimum 12 cm Berjarak 18,5 cm dari Pusat Poros Dengan Variasi Panjang Sirip 10cm dan 13cm”. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kincir angin propeler tiga sudu menghasilkan koefisien daya maksimal yang tertinggi adalah 43,69 % dengan nilai tip speed ratio sebesar 3,89 pada variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s.
Mangu, 2016, “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros horizontal dua Sudu Bahan Komposit Diameter 1 m Lebar Maksimum 13 cm Dengan Jarak 12,5 cm Dari Pusat Poros”. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kincir angin kincir angin poros horizontal dua sudu menghasilkan koefisien daya maksimal yang tertinggi adalah 33,73 % pada tip speed ratio 5,66pada variasi kecepatan angin 6,4 m/s.
32
Wiranto, 2016, “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal Empat Sudu Berbahan Komposit Berdiameter 100 cm Lebar Maksimum 13 cm Dengan Jarak 20 cm Dari Pusat Poros”. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan variasi kecepatan 6,2 m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal sebesar 36,4 % dan tip speed ratio sebesar 2,9.
33
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja penelitian
Perancangan desain kincir angin
Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan kincir angin
Pembuatan sudu bahan komposit
Uji coba sudu
Menentukan variasi penelitian
Penngambilan data
Hasil penelitian, perhitungan, pengolahan data dan pembahasan
Kesimpulan dan saran
Tidak Mulai
34
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu : 1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian keputakaan dilakukan dengan membaca literature-literature yang berhubungsn dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir angin yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai suber tenaga untuk emutar fan blower yang 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 jenis propeller pada wind
tunel.
3.2 Alat Penelitian
Model kincir angin oropeler dengan bahan komposit. Kincir ini dibuat dengan diameter 1 meter.
1. Sudu kincir angin.
Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energy angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada gambar 3.1.
35
Gambar 3.1 Blade / Sudu
2. Dudukan sudu.
Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu, untuk mengatur sudu kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan. Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.2
36 3. Fan blower.
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp. Gambar 3.3 akan menunjukkan
bentuk dari fan blower.
Gambar 3.3 Fan Blower
4. Tachometer.
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
putaran poros kincir angin yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup sedherhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data dan penampil. Gambar 3.4 menujukkan bentuk tachometer.
37 5. Timbangan Digital.
Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.5 menunjukkan bentuk dari Timbangan Digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakkan pada bagian lengan generator.
Gambar 3.5 Timbangan Digital Gantung
6. Anemometer.
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari anemometer.
38 7. Voltmeter.
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar Voltmeter seperti ditujukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Voltmeter
8. Amperemeter.
Amperemeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir angin dengan setiap variasinya. Gambar amperemeter seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.
39 9. Potensio.
Potensio ini digunakan untuk mengatur peningkatan dan pengurangan arus yang masuk menuju rangkaian lampu. Gambar potensio seperti ditunjukan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Potensio
10. Lampu Pijar.
Fungsi dari lampu pijar ini sebagai beban atau sebagai pengereman putaran kincir, dimana jika lampu menyala semakin terang maka putaran kincir akan semakin rendah. Gambar lampu pijar seperti ditunjukan pada Gambar 4.0.
40 11. Pembebanan.
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi volttase lampu yang diberikan bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu 60 watt sebanyak 5 buah, lampu 40 watt sebanyak 5 buah. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan pada Gambar 3. 11.
Gambar 3.11 Skema Pembebanan
3.3 Desain Sudu
Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12. Gambar tersebut menunjukkan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameternya berukuran 1 m dengan lebar maksimum sudu 16 cm. Gambar 4.2 menunjukkan desain dari sudu kincir angin.
41
Gambar 3.12 Desain Sudu
3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin 3.4.1 Alat dan Bahan
Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu
ALAT BAHAN
Bor Tepung
Kuas Resin
Gunting Harderner
Gerinda Serat gelas
Amplas Isolasi
Timbangan Pipa 8 inchi Kertas karton Plat besi
42 3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade
Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.
Tahapan - tahapan pembuatan sudu seperti berikut :
A. Pembuatan Cetakan Pipa :
1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.
Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu kincir angin yang berbahan dari komposit. Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 50 cm. setelah pipa dipotong, kemudian pipa dibelah menjadi dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan. Pipa yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8 inchi.
Gambar 3.13 Pemotongan Pipa PVC 8 inch
2. Membentuk Mal / cetakan kertas
Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi sebuah sudu / blade. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai sesuai mal menggunakan spidol.
43
Gambar 3.14 Membentuk Mal pada Kerta Karton 3. Membentuk pipa dengan mal kertas.
Pipa yang telah ditandai oleh mal kertas, kemudian dipotong menggunakan gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, pemotongan di mulai dari garis mal yang mudah dipotong.
Gambar 3.15 Membentuk Pipa dengan Mal Kertas Karton 4. Menghaluskan pipa.
Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas, kemudian tepi - tepi pipa dihaluskan menggunakan amplas. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah presisi ukuran dan estetika dari pipa.
44 B. Proses pencetakan sudu :
1. Pelapisan cetakan pipa.
Setelah cetakan dari pipa telah siap, kemudian dilanjutkan pada tahap dua yaitu pembuatan sudu / blade. Sebelum perpaduan dari resin dan hardener dioleskan dipermukaan cetakan. Mal pipa dilapisi dengan isolasi. Hal ini bertujuan agar sudu yang sudah jadi tidak menempel pada cetakan dan mempermudah untuk melepas sudu dari cetakan.
Gambar 3.16 Pelapisan Cetakan menggunakan Isolasi
2. Pencampuran Resin dan Harderner.
Pencampuran resin dan harderner dilakukan dengan perbandingan 5 : 1. Resin berfungsi untuk mengeraskan campuran, hardener adalah bahan yang dikeraskan. Pencampuran kedua bahan seperti yang ditunjukkan pada gambar.
45
Gambar 3.17 Pencampuran Resin dan Harderner
3. Pembuatan Sudu / Blade.
Dalam membuat sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari Resin, Hardener dan Serat Glass. Proses pembuatan sudu / blade dilakukan secara berulang dan cepat. Karena saya mengharapkan sebuah sudu yang jadi nantinya terdiri dari beberapa lapis glass sesuai variasi yang di tentukan. Diantara lapisan kedua dan ketiga serat glass diberikan sebuah plat besi dangan tebal 1 mm pada pangkal sudu yang berukuran 2 cm x 10 cm. Pemberian sebuah plat besipada lapisan serat glass bertujuan untuk menambah ketahanan pangkal sudu terhadap gaya tekan yang diberikan oleh baut.
Langkah-langkah pembuatan sudu sebagai berikut :
a. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada permukaan pipa yang telah dilapisi isolasi menggunakan kuas.
b. Menempelkan lapisan pertama serat gelas pada cetakan yang telah dioleskan campuran resin dan harderner.
46
c. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan serat glass pertama.
d. Menempelkan serat glass untuk lapisan kedua.
e. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan serat glass kedua.
f. Menempelkan plat besi diantara lapisan kedua dan ketiga serat glass. g. Menempelkan lapisan ketiga serat glass.
h. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan ketiga serat glass.
i. Menempelkan lapisan keempat serat glass.
j. Mengoleskan campuran resin dan harderner pada lapisan keempat serat glass, proses ini dilakukan berulang-ulang sesuai dengan tebal yang diinginkan.
k. Setelah proses tersebut selesai, kemudian lapisan paling atas dilapisi cetakan yang sama dan di jepit menggunakan penjepit kertas/klip. l. Pengeringan Sudu / Blade.
Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu / blade dikeringkan dengan cara dijemur dibawah matahari. Proses pengeringan yang dilakukan dibawah matahari memelukan waktu 2–3 hari.
m. Finishing Sudu / Blade.
Proses finishing sudu / blade meliputi : pemotongan, penghalusan, pengurangan berat sudu, dan pendempulan sudu / blade. Yang dimaksud pengurangan berat sudu adalah menyamakan berat sudu menggunakan timbangan duduk digital.
47 n. Pembuatan Lubang Baut.
Pembuatan lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan diameter lubang baut 10.
3.5 Variasi Penelitian 1. Variasi Berat Sudu 2. Variasi Kecepatan Angin
3.6 Variabel Pengukuran 1. Kecepatan angin 2. Gaya pengimbang
3. Kecepatan putar poros kincir angin 4. Tegangan dan Arus output generator
3.7 Parameter Perhitungan 1. Daya angin 2. Daya kincir 3. Daya listrik 4. Kecepatan sudut 5. Torsi
6. Koefisien daya mekanis (Cp) 7. Tip speed ratio (tsr)
48 3.8 Langkah Penelitian
Gambar 3.18 Skema Penelitian
Langkah yang dilakukan sebelum pengembilan data penelitian adalah pemasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan komponen poros penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada dibagian belakang kincir angin. Proses pengambilan data Kecepatan Angin, Putaran Poros (rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal yang perlu dilakukan yaitu :
1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu. 2. Memasang Blade / Sudu pada dudukan sudu.
3. Memasang anemometer pada tiang didepan kincir angin untuk mengukur kecepatan angin.
4. Memasang timbangan digital gantung pada lengan generator. 5. Memasang generator pada poros kincir angin.
49
7. Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kincir angin.
8. Percobaan pertama kincir angin empat sudu dengan kecepatan angin 5 m/s, percobaan kedua kincir angin dengan kecepatan 7 m/s. 9. Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara memumtar tombol invertor pada blower agar dapat menentukan variasi kecepatan angin.
10. Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang terukur pada timbangan digital.
11. Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan kincir angin dengan menggunakan tachometer.
50
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Tabel 4.1 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,20 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s NO. Kec. Angin Tegangan Putaran Kincir Gaya Penyeimbang Arus m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 5 18.2 264 75 0.00 2 5 17.7 228 105 0.11 3 5 17.2 218 115 0.17 4 5 16.7 210 125 0.22 5 5 16.2 203 135 0.26 6 5 15.7 194 145 0.30 7 5 15.2 186 165 0.33 8 5 14.7 172 170 0.37 9 5 14.2 168 175 0.40 10 5 13.7 152 180 0.42 11 5 13.2 146 185 0.45 12 5 12.7 127 195 0.48
Tabel 4.2 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,24 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s NO. Kec. Angin Tegangan Putaran Kincir Gaya Penyeimbang Arus m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 5 22.8 237 75 0.00 2 5 22.3 221 105 0.12 3 5 21.8 212 115 0.18 4 5 21.3 206 125 0.22 5 5 20.8 200 135 0.26 6 5 20.3 190 145 0.30 7 5 19.8 185 165 0.34 8 5 19.3 175 170 0.37 9 5 18.8 170 175 0.40 10 5 18.3 145 180 0.42 11 5 17.8 117 185 0.45
51
Tabel 4.3 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,33 kg dan Kecepatan Angin 5 m/s NO. Kec. Angin Tegangan Putaran Kincir Gaya Penyeimbang Arus m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 5 15.7 240 80 0.00 2 5 15.2 221 100 0.12 3 5 14.7 215 115 0.18 4 5 14.2 203 120 0.22 5 5 13.7 197 140 0.26 6 5 13.2 191 155 0.30 7 5 12.7 182 165 0.33 8 5 12.2 170 175 0.37 9 5 11.7 161 180 0.40 10 5 11.2 140 195 0.43 11 5 10.7 133 200 0.45 12 5 10.2 125 205 0.48 13 5 9.7 108 170 0.43
Tabel 4.4 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,20 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s NO. Kec. Angin Tegangan Putaran Kincir Gaya Penyeimbang Arus m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 7 22.2 352 80 0.00 2 7 21.7 327 120 0.17 3 7 21.2 320 150 0.29 4 7 20.7 305 175 0.39 5 7 20.2 292 200 0.46 6 7 19.7 288 215 0.55 7 7 19.2 282 235 0.64 8 7 18.7 275 245 0.68 9 7 18.2 265 265 0.75 10 7 17.7 255 280 0.81 11 7 17.2 249 295 0.88 12 7 16.7 236 305 0.93 13 7 16.2 226 320 0.99 14 7 15.7 192 330 1.04 15 7 15.2 180 345 1.08 16 7 14.7 164 315 0.97
52
Tabel 4.5 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,24 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s NO. Kec. Angin Tegangan Putaran Kincir Gaya Penyeimbang Arus m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 7 24.1 371 80 0.00 2 7 23.6 346 135 0.21 3 7 23.1 332 165 0.34 4 7 22.6 322 200 0.48 5 7 22.1 315 220 0.58 6 7 21.6 309 235 0.65 7 7 21.1 297 245 0.73 8 7 20.6 286 275 0.80 9 7 20.1 279 280 0.87 10 7 19.6 270 295 0.94 11 7 19.1 261 300 1.00 12 7 18.6 249 340 1.06 13 7 18.1 242 345 1.12 14 7 17.6 199 365 1.18 15 7 17.1 171 385 1.23
Tabel 4.6 Data Pengujian Empat Sudu dengan Variasi Berat 0,33 kg dan Kecepatan Angin 7 m/s NO. Kec. Angin Tegangan Putaran Kincir Gaya Penyeimbang Arus m/s Volt n (rpm) F (gram) Ampere
1 7 24.8 373 80 0.00 2 7 24.3 343 110 0.34 3 7 23.8 336 200 0.45 4 7 23.3 314 235 0.63 5 7 22.8 305 265 0.74 6 7 22.3 292 280 0.84 7 7 21.8 281 305 0.93 8 7 21.3 274 330 1.01 9 7 20.8 255 350 1.09 10 7 20.3 235 370 1.17 11 7 19.8 159 375 1.25 12 7 19.3 134 355 1.11
53 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk mempermudah pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi (ɡ) = 9,81 m/s2 b. Massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg/m3 c. Luas penampang (Α) = 0,785 m2
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Sebagai contoh perhitungan di bawah ini menggunakan data pengujian kincir angin Empat sudu variasi berat 0,20 kg dan kecepatan angin 5 m/s. maka diketahui bahwa massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg / m3, luas penampang (Α) = 0,785
m2 dan kecepatan angin (v) = 5 m/s. Sehingga dapat dihitung angin sebesar:
Pin = ½ ρ A v3
Pin = ½ × 1,18 × 0,785 × 53 Pin = 58 watt
Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 58 watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi dapat kita hitung. Diambil dari tabel 4.7 pada pengujian keenam. Dari data yang diperoleh besaran gaya (F) = 1,42 F dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,27 m, maka torsi dapat dihitung :
T = F × l T = 1,42 × 0,27 T = 0,38 N.m
54 4.2.3 Perhitungan Daya Mekanis
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.7 pada pengujian keenam diperoleh putaran poros (n) sebesar 194 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar (T) = 0,38 N.m, maka besarnya daya kincir dapat dihitung : Pout = T × ω Pout = 0,38 Pout = 0,38 Pout = 7,80 watt
Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 7,80 watt.
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik
Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari Tabel 4.6 pada pengujian keenam. Diperoleh tegangan sebesar 15,7 volt dan arus sebesar 0,30 ampere, maka daya listrik dapat dihitung :
Plistrik = V × I Plistrik = 15,7 × 0,30 Plistrik = 4,71 watt
