INTISARI
Kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pemakaian energi yang terus bertambah. Bahan bakar minyak (BBM), batubara dan gas menjadi sumber energi utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia. Namun peningkatan kebutuhan energi ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia. Hal ini dikarenakan ketersedian bahan bakar tersebut semakin menipis. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya yakni angin, dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 meter berbahan komposit yang diteliti seperti besar torsi, perbandingan daya, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio.
Kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 meter berbahan komposit. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan angin, variasi kecepatan angin pertama dengan kecepatan angin 9,5 m/s, variasi kecepatan angin kedua 8 m/s dan variasi kcepatan angin yang ketiga 7 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pemebebanan lampu yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada timbangan digital. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer.
Dari hasil penelitian kincir angin empat sudu dengan tiga variasi kecepatan angin, maka koefisien daya (cp) tertinggi yang didapat yaitu sebesar 19,30% pada tsr 3,06 dengan kecepatan angin 8 m/s dan Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,93 Nm pada kecepatan putar kincir 462 rpm terjadi pada kecepatan angin 8 m/s. Selanjutnya untuk daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin yaitu 53,10watt pada torsi 0,93 Nm dan kecepatan angin 9,5 m/s.
ABSTRACT
The need for electricity in Indonesia has increased year by year. This occurred due to increase in the number of people, economic growth and the use of energy continu. Of fuel oil, coal and gas to be a source of primary energy to the availability of electricity in Indonesia e to grow. But the increase in energy needs this is not followed by the increased availability of fuel oil, gas and coal as a source of energy a power plant in Indonesia. It was because the increased availability of the fuel becomes thin. On the basis of the present state this, appear the idea to produce alternative energy that cannot be discharged, for example the wind, with conducted research on windmills. This study attempts to assess working on windmills in question as large torque, comparison resources, the maximum resources and tip speed ratio
Windmills the treatment is windmills propeler four blade the shaft horizontal diameter 1 meter composite made. There are three variation treatment wind speed, variation wind speed first with wind 9,5 m/s, variation wind speed second 8 m/s and variation wind speeds are third 7 m/s. To get the power work, torque, the coefficients power maximum and tip speed ratio in work, so the shaft work connected to mechanism pemebebanan a lamp that serves to the provision of a load on work. The size of the burden work can be seen in weight digital Round windmills measured use a tachometer and wind speed measured use anemometer.
From the results of four studies windmill blade with three variations of wind speed, the power coefficient (cp) is the highest obtained in the amount of 19.30% on a TSR of 3.06 with wind speeds of 8 m / s and the largest torque generated by the windmill is 0 , 93 Nm at 462 rpm wheel rotational speed occurs at a wind speed of 8 m / s. Furthermore, to the greatest power that can be generated from the windmills that 53,10watt the torque of 0.93 Nm and a wind speed of 9.5 m / s.
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU DARI BAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 1 METER DENGAN POSISI
LEBAR POROS MAKSIMAL 10 SENTIMETER DARI PUSAT POROS
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
KUKUH WAHYU AJI SUKMA NIM : 125214037
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF FOUR BLADES PROPELLER WINDMILL MADE FROM COMPOSITE 1 METER IN DIAMETER POSITION WITH
MAXIMUM WIDTH 10 CENTIMETER THE CENTRAL SHAFT FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
KUKUH WAHYU AJI SUKMA Student Number : 125214037
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii INTISARI
Kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pemakaian energi yang terus bertambah. Bahan bakar minyak (BBM), batubara dan gas menjadi sumber energi utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia. Namun peningkatan kebutuhan energi ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia. Hal ini dikarenakan ketersedian bahan bakar tersebut semakin menipis. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya yakni angin, dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 meter berbahan komposit yang diteliti seperti besar torsi, perbandingan daya, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio.
Kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 meter berbahan komposit. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan angin, variasi kecepatan angin pertama dengan kecepatan angin 9,5 m/s, variasi kecepatan angin kedua 8 m/s dan variasi kcepatan angin yang ketiga 7 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pemebebanan lampu yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat dilihat pada timbangan digital. Putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer.
Dari hasil penelitian kincir angin empat sudu dengan tiga variasi kecepatan angin, maka koefisien daya (cp) tertinggi yang didapat yaitu sebesar 19,30% pada tsr 3,06 dengan kecepatan angin 8 m/s dan Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,93 Nm pada kecepatan putar kincir 462 rpm terjadi pada kecepatan angin 8 m/s. Selanjutnya untuk daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin yaitu 53,10watt pada torsi 0,93 Nm dan kecepatan angin 9,5 m/s.
viii
ABSTRACT
The need for electricity in Indonesia has increased year by year. This occurred due to increase in the number of people, economic growth and the use of energy continu. Of fuel oil, coal and gas to be a source of primary energy to the availability of electricity in Indonesia e to grow. But the increase in energy needs this is not followed by the increased availability of fuel oil, gas and coal as a source of energy a power plant in Indonesia. It was because the increased availability of the fuel becomes thin. On the basis of the present state this, appear the idea to produce alternative energy that cannot be discharged, for example the wind, with conducted research on windmills. This study attempts to assess working on windmills in question as large torque, comparison resources, the maximum resources and tip speed ratio
Windmills the treatment is windmills propeler four blade the shaft horizontal diameter 1 meter composite made. There are three variation treatment wind speed, variation wind speed first with wind 9,5 m/s, variation wind speed second 8 m/s and variation wind speeds are third 7 m/s. To get the power work, torque, the coefficients power maximum and tip speed ratio in work, so the shaft work connected to mechanism pemebebanan a lamp that serves to the provision of a load on work. The size of the burden work can be seen in weight digital Round windmills measured use a tachometer and wind speed measured use anemometer.
From the results of four studies windmill blade with three variations of wind speed, the power coefficient (cp) is the highest obtained in the amount of 19.30% on a TSR of 3.06 with wind speeds of 8 m / s and the largest torque generated by the windmill is 0 , 93 Nm at 462 rpm wheel rotational speed occurs at a wind speed of 8 m / s. Furthermore, to the greatest power that can be generated from the windmills that 53,10watt the torque of 0.93 Nm and a wind speed of 9.5 m / s.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan
berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi
Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta.
Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas
akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan
berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena
itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala
bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spirituil antara
lain kepada :
1. Sudi Mungkasi Ph. D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan
selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, S.T, M.T., selaku Ketua Program Studi
Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di
Program Studi Teknik Mesin.
3. Dr. Drs Vet. Asan Damanik, M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik
yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis
belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas
akhir.
5. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan
xi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
ρ Massa jenis (kg/m3)
r Jari-jari kincir (m)
A Luas penampang (m2)
� Kecepatan angin (m/s)
� Kecepatan sudut (rad/s)
n Kecepatan putar rotor (rpm)
F Gaya pengimbang (N)
T Torsi (Nm)
Pin Daya angin (watt)
Po Daya listrik (watt)
Pout Daya kincir (watt)
TSR Tip Speed Ratio
Cp Koefisien daya (%)
� massa udara (kg)
Ek Energi kinetic (wH)
� Volume (m3)
V Tegangan (Volt)
I Arus (Ampere)
Panjang (m)
Waktu (s)
� Kecepatan di ujung sudu
xii DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR SIMBOL ... xi
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang Masalah ... 1
Rumusan Masalah ... 2
Tujuan Penelitian ... 2
Batasan Masalah ... 2
xiii
BAB II DASAR TEORI ... 4
2.1 Dasar Teori ... 4
2.2 Kincir Angin... 5
2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ... 5
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 7
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp terhadap tsr ... 9
2.4 Kincir Angin Propeler ... 10
2.5 Komposit ... 11
2.5.1 Fiberglass ... 13
2.5.2 Matriks ... 14
2.6 Rumus Perhitungan ... 19
2.6.1 Rumus Energi Kinetik ... 19
2.6.2 Rumus Tip Speed Ratio ... 20
2.6.3 Rumus Torsi ... 21
2.6.4 Rumus Daya ... 21
2.6.5 Rumus Koefesien Daya (Cp) ... 22
BAB III METODE PENELITIAN ... 23
3.1 Diagram Penelitian ... 23
3.2 Alat Dan Bahan Kincir Angin ... 24
3.3 Desain Kincir Angin ... 31
xiv
3.4.1 Alat Dan Bahan Pembuatan Sudu ... 35
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu Kincir ... 35
3.5 Langkah Pengambilan Data ... 37
3.5 Langkah Pengolahan Data ... 39
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ... 40
4.1 Data Hasil Pengujian ... 40
4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan... 41
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ... 41
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ... 42
4.2.3 Perhitungan Torsi ... 42
4.2.4 Perhitungan Cp ... 42
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio ... 43
4.3 Data Hasil Perhitungan ... 43
4.4 Pembahasan ... 48
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 49
5.1 Kesimpulan ... 49
5.2 Saran ... 50
DAFTAR PUSTAKA ... 51
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ... 6
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 8
Gambar 2.3 Grafik hubungan antara koefesien daya (Cp) dengan Tip Speed Ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin ... 10
Gambar 2.4 Sketsa fiber dan metriks ... 12
Gambar 2.5 Fiber dan matriks (resin) ... 12
Gambar 2.6 Contoh jenis fiberglass ... 14
Gambar 2.7 Grafik Stress dan Strain ... 17
Gambar 2.8 Kurva tegangan/regangan sistem ideal matriks ... 18
Gambar 2.8 Kurva tegangan/regangan kegagalan serat ... 18
Gambar 3.1 Sudu Kincir Angin ... 25
Gambar 3.2 Dudukan Kincir Angin ... 26
Gambar 3.3 Dinamo Speda Listrik ... 27
Gambar 3.4 Fan Blower ... 27
Gambar 3.5 Anomemeter ... 28
Gambar 3.6 Tachometer ... 29
Gambar 3.7 Timbangan Digital... 29
Gambar 3.8 Volt Meter ... 30
Gambar 3.9 Ampere Meter ... 31
xvi
Gambar 3.11 Skema Instalasi Pembebanan ... 32
Gambar 3.12 Pembebanan Lampu ... 33
Gambar 3.13 Desain awal/ molding kincir angin poros horizontal dari bahan
ko-vcccvvvvvvvmposit berdiameter 1 meter dengan posisi poros lebar maksimal 10
cccccccccccccentimeter diatas pusat poros ... 34
Gambar3.14Desain kincir angin poros horizontal dari bahan komposit
cccccccccccberdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10
czccccccccccentimeter diatas pusat poros ... 35
Gambar3.15Desain kincir angin poros horizontal dari bahan komposit berdiameter
dssdsdsdsd1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10 centimeter diatas pusat
sdsdsdsdssdporos ... 35
Gambar3.16Skema pembebanan kincir angin poros horizontal dari bahan
sadnfksadn komposit berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin empat sudu dengan variasi kecepatan
vvvvvvvvangin 9,5 m/s ... 40
Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir angin empat sudu dengan variasi kecepatan
ccccccccc angin 8 m/s ... 40
Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir angin empat sudu dengan variasi kecepatan
angin 7 m/s ... 41
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin empat sudu dengan variasi
mmmmmm kecepatan angin 9,5 m/s ... 44
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin empat sudu dengan variasi
mmmmmm kecepatan angin 8 m/s ... 44
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin empat sudu dengan variasi
xviii Lampiran
Gambar L.1 Grafik Putaran poros dengan Torsi kecepatan angin 9,5 m/s ... 52
Gambar L.1 Grafik Putaran poros dengan Torsi kecepatan angin 8 m/s ... 52
Gambar L.1 Grafik Putaran poros dengan Torsi kecepatan angin 7 m/s ... 53
Gambar L.1 Grafik Daya Elektris dengan Torsi kecepatan angin 9,5 m/s ... 53
Gambar L.1 Grafik Daya Elektris dengan Torsi kecepatan angin 8 m/s ... 54
Gambar L.1 Grafik Daya Elektris dengan Torsi kecepatan angin 7 m/s ... 54
Gambar L.1 Grafik Daya Mekanis dengan Torsi kecepatan angin 9,5 m/s ... 54
Gambar L.1 Grafik Daya Mekanis dengan Torsi kecepatan angin 8 m/s ... 55
Gambar L.1 Grafik Daya Mekanis dengan Torsi kecepatan angin 7 m/s ... 55
Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR) Mmmmm Kecepatan angin 9,5 m/s ... 56
Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR) Kkkkkkkkk Kecepatan angin 8 m/s ... 56
Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR) Mmmmmm Kecepatan angin 7 m/s ... 57
Gambar 2.9 Grafik Koefisien Daya (Cp) mekanis dengan Tips Speed Ratio (TSR) Mmmmmm Kecepatan angin 9,5 m/s ... 57
xix
Gambar 3.0 Grafik Koefisien Daya (Cp) elektris dengan Tips Speed Ratio (TSR)
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat mengakibatkan
kebutuhan energi semakin meningkat. Tetapi peningkatan konsumsi ini tidak
diimbangi dengan sumber daya fosil semakin yang menipis, energi alternatif
mulai banyak dikembangkan terutama yang ramah lingkungan dalam
pengolahannya. Indonesia dengan sumber daya alam yang melimpah tentu
menyimpan banyak sekali sumber energi alternatif yang bisa dimanfaatkan seperti
energi air, energi surya, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak energi
yang sudah kita kenal selama ini energi anginlah yang mudah dalam
pengolahanya dan tidak membutuhkan biaya yang cukup besar. Untuk
mengkonversi energi angin menjadi energi listrik dibutuhkan alat berupa kincir
angin. Putaran kincir akan menggerakan generator yang nantinya menghasilkan
energi listrik.
Ada banyak bentuk dan karateristik kincir angin, yang dapat
diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu : Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertical Axiswind Turbine (VAWT) perberdaan kedua jenis kincir ini terletak
pada poros yang terpasang secara horisontal dan vertikal. Ada banyak faktor yang
mempengaruhi kecepatan putaran kincir, salah satunya yaitu : kecepatan angin,
tersebut penulis ingin melihat sejauh mana pengaruh kehalusan permukaan sudu
terhadap kecepatan putaran poros kincir angin.
1.2 Perumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
a. Indonesia adalah Negara kepulauan yang memiliki potensi energi angin
yang cukup besar tetapi belum dimanfaatkan secara maksimal.
b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut
dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat Kincir Angin poros horisontal empat sudu.
b. Mengetahui Koefisien Daya (Cp) yang dihasilkan kincir angin.
c. Tip Speed Ratio (tsr) yang dihasilkan kincir angin.
d. Mencari performa kincir angin yang terbesar.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
a. Model kincir angin berbahan komposit dengan diameter 1 meter
b. Penelitian dilakukan pada terowongan angin atau generator angin di
c. Kincir angin menggunakan tipe horizontal axis wind turbine (HAWT) dengan empat sudu.
d. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengunakan variasi kecepatan
angin dan dengan jumlah 4 sudu.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Mengetahui kinerja kincir angin empat sudu dengan variasi angin yang
berbeda.
b. Sumber referensi bagi pengembang teknologi untuk mengembangkan
teknologi alternatif, khususnya energi angin.
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Dasar Teori
Energi angin adalah energi yang sudah lama kita kenal dan sudah banyak
dimanfaatkan untuk membantu kehidupan sehari – hari sejak jaman dahulu.
Banyak perahu – perahu layar nelayan yang memanfaatkan energi angin untuk
mencari ikan dilaut. Sebagai mana sudah kita ketahui, Angin adalah udara
bergerak yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan. Perbedaan suhu udara
ini diakibatkan pemanasan atmosfer yang tidak merata oleh sinar matahari.
Kecepatan angin dipengaruhi letak dan ketinggiannya, orang yang tinggal di
daerah khatulistiwa cenderung merasakan hembusan angin yang lebih kencang
dari pada orang yang tinggal jauh dari khatulistiwa hal ini dikarenakan daerah
khatulistiwa lebih dekat dengan matahari. Dilihat dari faktor ketinggian, semakin
tinggi suatu tempat maka semakin kencang pula hembusan anginnya. Hal ini
disebabkan karna, semakin tinggi suatu tempat maka gesekan terhadap benda –
benda yang mempengaruhi laju kecepatan angin dipermukaan bumi kecil, begitu
pula di lautan.
Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau
–pulau memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik
tenaga angin. Dari 120 tempat menurut survei LAPAN (Lembaga Penerbangan
Tenggara timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, Pantai Selatan dan Bali
memiliki kecepatan angin rata-rata tahunan sebesar 4,5 sampai 5,9 m/s.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin
sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak
ditemukan dinegara – negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang pada
waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian,
penggilingan gandum dan pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin
digolongkan menjadi duajenisnya menurut porosnya yaitu : kincir agin poros
horisontal dan kincir angin poros vertikal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir Angin Poros Horisontal atau propeler adalah kincir angin yang
memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan
arah angin.Kincir angin Poros Horisontal ini memiliki jumlah bilah lebih dari dua,
kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang bekerja
pada suatu kincir.
Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak dikenal
Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal.
Kelebihan kincir angin poros horisontal:
1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
2. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada
di atas menara.
3. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju
rotor.
4. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.
Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:
1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah
yang berat (Gearbox dan Generator).
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah
angin (ekor pengarah atau sensor elektrik).
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah
angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari
segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan
torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal
a. Kincir angin Darrieus b. Kincir angin Savonius
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal
(Sumber:http://www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta.html)
Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros vertikal
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.
5. Tidak perlu mengatur sudut – sudut untuk menggerakan sebuah generator.
Kelemahan kincir angin poros vertikal :
2. Hanya dapat mengkonfersi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya
drag tambahan.
3. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.
4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr
Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari
kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 Batas
maksimal tersebut di namai dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat
[image:31.595.86.539.201.668.2]p
Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips
SpeedRatio (TSR) dari beberapa jenis kincir.
2.4 Kincir Angin Propeler
Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai kincir angin poros horisontal
atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) jenis propeler. Kincir angin propeler
merupakan kincir angin yang konvensional dimana suatu putaran tegak lurus
dengan arah angin dengan jumlah sudu dua, tiga atau pun lebih yang
berpenampang airfoil.
Kelebihan kincir angin propeler
1. Mampu menghasilkan daya yang besar.
2. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi.
3. Kontruksi kincir lebih sederhana.
4. Penempatannya jauh dari permukaan tanah sehingga memiliki faktor
keamanan yang cukup tinggi.
2.5 Komposit
Dalam tugas akhir ini bahan untuk membuat kincir angin adalah bahan
komposit. Komposit adalah material yang tersusun atas campuran dua atau lebih
material dengan sifat kimia dan fisika berbeda, dan menghasilkan sebuah material
baru yang memiliki sifat-sifat berbeda dengan material-material pengusunnya.
Material komposit tersusun atas dua tipe material penyusun yakni matriks
dan penguat (reinforcement). Keduanya memiliki fungsi yang berbeda, fiber
berfungsi sebagai material rangka yang menyusun komposit, sedangkan matriks
berfungsi untuk merekatkan fiber dan menjaganya agar tidak berubah posisi.
Gambar 2.4 Sketsa fiber dan Matriks
(http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/)
Gambar 2.5 Fiber dan matriks (resin)
(http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/)
Komposit yang diaplikasikan pada kincir angin terbuat dari bahan
fiberglass, serat karbon, dan kayu. Matriks pengikat yang digunakan yaitu polyester, epoxy, dan vinyl ester. Komposit yang paling umum diterapkan yaitu jenis GRP (fiberglass reinforced plastic). Pada sistem kincir angin, komposit
biasanya digunakan sebagai bahan pembuat sudu, tetapi pada bagian lain pun
menggunakan material komposit yaitu : (1) pabrikasi yang mudah walaupun
berbentuk aerodinamika, (2) memiliki kekuatan yang tinggi,(3) memiliki
perbandingan tingkat kekakuan yang tinggi terhadap beratnya. Bahan ini pun
lebih tahan terhadap korosi, merupakan isolator listrik, tahan terhadap degradasi
lingkungan dan fleksibel dalam variasi metode pembuatan.
2.5.1. Fiberglass
Fiberglass dibentuk dengan cara memilin kaca menjadi benang yang
panjang. Jenis fiberglass yang paling umum yaitu E-glass yang terbuat dari
calcium aluminosilicate glass. Material ini memiliki kekuatan tarik yang baik dan ekonomis. Jenis lain fiberglass yang umum digunakan yaitu S-glass yang terbuat
dari calcium-free aluminosilicate glass. Serat jenis ini memiliki kekuatan tarik
25-30% lebih tinggi dibanding jenis glass, akan tetapi tidak seekonomis jenis
E-glass karena harganya >200% harga E-E-glass.
Fiberglass terkadang langsung digunakan untuk proses produksi, akan
tetapi lebih umum dikombinasikan terlebih dahulu menjadi bentuk yang lain.
Biasanya fiberglass dianyam atau dirajut menjadi helai kain, dibentuk menjadi
lembaran yang kontinyu atau lembaran yang acak(kusut) atau dipersiapkan
sebagai bentuk yang tercacah. Apabila diinginkan material dengan kekuatan tarik
Gambar 2.6 Contoh jenis fiberglass
Komposit serat (fiber-matrik composites) dibedakan menjadi;
1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik.
2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.
3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.
4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal
5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.
2.5.2. Matriks
Resin epoksi akan cenderung dibahas dalam tulisan ini. Resin epoksi
mempunyai kegunaan luas dalam industri Teknik Kimia, listrik, mekanik dan sipil
sebagai perekat, cat pelapis, pencetakan cord an benda-benda cetakan.
1. Proses produksi bahan
Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari
Bisfenol A diganti dengan novolak ,atau senyawa tak jenuh,
siklopentadien, dsb. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi
unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi
bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya.
Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen epoksi (banyaknya resin yang
mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram).
2. Sifat-sifat bahan
a) Resin bisfenol A
Kelekatannya terhadap bahan lan banyak sekali. Bahan ini banyak
digunakan dalam cat untuk logam, perekat, pelapis dengan serat gelas,
dsb. Pada pengawetan tak dihasilkan produk tambahan seperti air, dan
penyusutan volume kurang. Kestabilan dimensinya baik. Sangat tahan
terhadap zat kimia dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam
pengoksid yang kuat, dan asam alifatik rendah, alkali dan garam. Karena
tak di serang oleh hampir semua pelarut, bahan ini baik digunakan
sebagai yang non-korosif.
b) Resin sikloalifatik
Bahan ini viskositsanya rendah dan ekivalensi epoksinya kecil.
Bahan berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah
penanganannya. Karena kaku dan rapuh, bahan terutama digunakan
untuk alat isolasi listrik yang diperkuat dengan serat gelas. Ketahanan
3. Pencetakan bahan
a) Pengecoran
Digunakan untuk produksi perkakas dan pembenam komponen listrik.
b) Pencetakan lapisan
Digunakan untuk produksi pelapis resin epoksi-serat gelas. Ada metode
laminasi basah(pengeras diletakkan dalam resin cair dan ditambah
pengecer atau pembasah, viskositasnya menurun), metoda laminasi
kering (resin padat dilarutkan dalam pelarut seperti aseton, dan pengeras
yang tak bereaksi pada suhu rendah, ditambahkan kemudian, dalam
masa serat gelas dijenuhkan dan dikeringkan), dan metoda penggulungan
filamen (serat gelas yang jenuh digulung pada inti dan diawetkan dengan
pemanasan).
4. Penggunaan bahan
a) Perekat
Hampir semua plastik dapat melekat cukup kuat kecuali resin silicon,
fluoresin, polietilen dan polipropilen. Jenis yang lain adalah jenis yang
paling sering dipakai. Paling luas digunakan dalam industry
penerbangan, konstruksi dan listrik.
b) Cat
Bahan cat dapat dipakai terhadap berbagai bahan, dan secara luas
digunakan karena pelapisannya kuat, unggul dalam ketahanan air dan
c) Pencetakan coran
Kebanyakan digunakan dalam industri listrik
Pada tahun 1987 matriks adalah bahan yang memberikan rupa bentuk dan
memegang bahan pengukuh dalam komposit secara umum, matriks jenis polimer
terbagi menjadi jenis termoplastik dan termoset. Menurut Schwartz ( 1997)
peranan matriks adalah memegang agen pengukuh, memindahkan tegasan yang
dikenakan kepada pengisi dan sebagai bahan yang akan memberikan rupa bentuk
[image:38.595.87.513.230.608.2]akhir komposit.
Gambar 2.7 Kekuatan Stress- Strain.
(Sumber: tekim.undip.ac.id/staf/ratnawati/files/2011/.../COMPOSITE-21.pptx)
Pada Gambar 2.8 memperlihatkan kurva tegangan/regangan untuk suatu
sistem matriks ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi,
kekakuan tinggi (ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi
terhadap kegagalan. Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada
Gambar 2.17 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal.
(Sumber:
http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5-0I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg)
Gambar 2.18 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat.
2.6 Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan
perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.
2.6.1 Rumus Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang
bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat
dirumuskan :
(1)
dengan :
Eк : energi kinetik m : massa udara v : kecepatan angin
Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan
rumus sebagai berikut :
(2)
dengan :
Pin : daya angin (watt).
m : massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s). dimana :
dengan :
� : massa jenis udara (kg/m³)
A : luas penampang sudu (m²)
Dengan mengunakan persamaan (3), maka daya angin dapat dirumuskan
menjadi :
,
yang dapat disederhanakan menjadi :
Pin = (4)
2.6.2 Rumus Tip Speed Ratio (tsr)
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan angin.
Kecepatan diujung sudu (Vt)dapat dirumuskan sebagai :
Vt = ω r (5)
dengan :
Vt : kecepatan ujung sudu.
ω : kecepatan sudut (rad/s).
r :jari – jari kincir (m).
sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:
dengan :
r : jari – jari kincir (m).
n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).
v : kecepatan angin (m/s).
2.6.3 Rumus Torsi
Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan torsi (l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
T = F l (7)
dengan :
F : gaya pembebanan (N).
l : panjang lengan torsi ke poros (m).
2.6.4 Rumus Daya
Daya yang dihasilkan kincir (Pout ) adalah daya yang dihasilkan kincir
akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang
dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan :
Pout = T ω (8)
dengan :
T : torsi dinamis (N.m).
ω : kecepatan sudut didapatkan dari
ω =
=
=
Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan
persamaan (7), yaitu :
Pout= T ω
(9)
dengan :
Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).
n : Putaran poros (rpm)
Untuk menentukan daya output elektris digunakan persamaan :
V I (10)
dengan keterangan V sebagai tegangan output generator, I sebagai arus output generator.
2.6.5 Koefisien Daya (Cp )
Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan
perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang
disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :
dengan :
Cp : Koefisien Daya, %
23 BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian
Langkah- langkah kerja di dalam diagram penelitian ini merupakan salah
satu untuk menganalisis sebuah penelitian untuk mendapatkan data yang kita
inginkan. Di bawah ini merupakan langkah kerja dalam suatu penelitian :
Mulai
Perancangan kincir angin empat sudu.
Pembuatan kincir angin berbahan komposit dengan panjang sudu
berdiameter 1m dengan lebar poros maksimal 10 cm dari pusat poros.
Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, kecepatan
angin dan data pembebanan dengan lampu pada kincir angin.
Pengolahan data untuk mencari :
1. koefisien daya (Cp)
2. Tip speed ratio (tsr)
3. Membandingan koefisien daya dan tip speed ratio pada masing – masing variasi kecepatan angin
Ada 3 macam jenis metode untuk melakukan sebuah penelitian :
1. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeler dilakukan di Laboratorium
Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi
dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir
2. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung
terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada wind tunnel.
3. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur
yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung
jawabkan kebenarannya.
3.2 Alat dan Bahan kincir angin.
Model kincir angin propeler dengan bahan komposit. Kincir ini dibuat
dengan diameter 100 cm dan lebar maksimal 12 cm.
Analisa dan pembahasan data dan pembuatan laporan
1. Sudu kincir angin.
Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang
menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin
berputar. Serta lekukan sudu kincir angin juga menentukan stat kincir angin
saat berputarnya kincir tersebut. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran
[image:47.595.85.509.240.626.2]yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Sudu Kincir Angin.
2. Dudukan sudu( hub)
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
alat penyambung kincir angin dengan dinamo. Untuk menyambungkan
dinamo dengan dudukan kincir angin perlu poros kincir dengan diameter
kurang lebih ¾” dan dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Dudukan Sudu Kincir Angin
3. Dinamo sepeda listrik
Merupakan alat yang kita butuhkan sebagai alat untuk
mengeluarkan aliran listrik saat kincir angin berputar. Kita menggunakan
dinamo sepeda dengan arus DC . Tipe generator yang dipakai adalah
generator DC Permanent Magnet dengan tegangan kerja 48 volt dan 18
Gambar 3.3 Dinamo sepeda listrik
4. Fan blower.
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp. Gambar 3.4 akan menunjukan bentuk dari fan blower.
5. Anemometer.
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan
juga digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan.
[image:50.595.85.514.211.662.2]Gambar 3.5 menunjukan bentuk dari anemometer.
Gambar 3.5 Anemometer
6. Tachometer.
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor,
pengolah data dan penampil. Gambar 3.6 menunjukan bentuk
Gambar 3.6 Tachometer
7. Timbangan Digital.
Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator
pada saat kincir angin berputar dan diberi beban lampu. Gambar 3.7
menunjukan bentuk dari timbangan digital yang digunakan dalam
penelitian. timbangan digital ini diletakan pada bagian lengan
generator serta kita perlu mengetahui jarak peletakan timbangan
dengan poros generator pada lengan beban/generator.
[image:51.595.84.516.103.704.2]8. Voltmeter.
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan beban lampu yang
dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar voltmeter seperti
[image:52.595.84.513.199.642.2]ditunjukan oleh Gambar 3.8
Gambar 3.8 Voltmeter
9. Amperemeter.
Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh
Kincir Angin dengan setiap variasinya. Gambar ampermeter seperti
Gambar 3.9 Ampermeter
10. Pembebanan.
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu
bermaksud untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi jumlah
lampu yang diberikan berjumlah 12 biji bermaksud supaya data yang
dihasilkan lebih bervariasi sehingga kita memperoleh 12 data variasi
[image:53.595.83.514.89.730.2]beban dapat dilihat pada gambar 3.10.
Merupakan skema instalasi beban lampu dari generator serta
[image:54.595.85.518.172.628.2]penetapan voltmeter dan amperemeter.
Gambar 3.11 Skema intalasi beban
Gambar 3.12 Pembebanan lampu
3.3 Desain kincir angin
Desain kincir angin yang dibuat dari pipa PVC 8’’ seperti yang ditunjukan
pada Gambar 3.13 dan Gambar 3.14. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir
Gambar 3.13 Desain awal / molding sudu Kincir Angin Poros horisontal empat
sudu dari bahan komposit berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros
maksimal 10 cm dari pusat poros terbuat dari PVC 8’’
Gambar 3.14 Desain Kincir Angin poros horisontal empat sudu dengan bahan
komposit, berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10 centimeter
[image:55.595.85.517.126.605.2]Gambar 3.15 Desain Kincir Angin poros horisontal empat sudu dari bahan
komposit, berdiameter 1 meter denggan posisi lebar poros maksimal 10 cm diatas
pusat poros.
3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin 3.4.1 Alat dan Bahan
Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara
[image:56.595.83.512.111.592.2]bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh tabel 1
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu / Blade
Alat Bahan
Gergaji besi Pipa peralon PVC 8’’
Gerindra Resin
Timbangan Dempul
Bor Plat besi 7 cm
Kuas Cat
Hardener
Alumunium foil
Baut
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 blade kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah
komposit. Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang
pipa yang diinginkan adalah 50 cm. Setelah pipa dipotong, kemudian
pipa di belah dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan pipa
dengan membuat pola langsung di pipa tersebut.
2. Menghaluskan pipa.
Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mall
yang kita buat di pipa sesuai ukuran yang kita perlukan, kemudian
pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah
B. Mencetak blade/ sudu
a) Menyiapkan semua alat dan bahan
b) Potong lembaran serat glas kaca sesuai ukuran sudu atau balde,
c) Sebeleum melalukan pencetakan perlu terlebih dahulu melapisi balde
dengan alumunium oil berserta oli/ pelumas. Fungsi dari alumunium
foil berserta oli supaya komposit tidak menyatu dengan cetakan.
d) Siapakan cairan komposit beserta katalis/hardaner, aduk merata dan
dilakukan dengan cepat . serta penpaduan dua cairan tersebut harus
tepat supaya tidak cepat kering, contoh misalkan hadaner terlalu
banyak akan mudah kering.
e) Lakukan pencetakan sebanyak 5 lapisan serat.
3.5. Langkah Pengambilan Data
Langkah langkah pengambilan data yang akan dilakukan yaitu dengan
memasangkan sistem kincir angin yang dapat beroperasi sebagai pembangkit
listrik di depan blower yang sudah ditentukan range kecepatan anginnya. Lalu
melakukan variasi kecepatan angin untuk mendapatkan karakteristik kincir
angin propeller empat sudu yang akan diteliti. Sebagai langkah penelitian
untuk pengambilan data, dilakukan dengan cara sebagai berikut
a) Langkah awal dari percobaan yaitu mempersiapkan alat-alat penunjang
pengambilan data seperti timbangan, takometer, multitester,
b) Memasang anemometer di depan blower lalu menentukan jarak antara
kincir angin dan blower yang arahnya tegak lurus agar berada pada
range kecepatan angin yang diinginkan untuk pengambilan data. Jika
ingin mengatur kecepatan angin silahkan geser kerangka kincir lebih
mundur.
c) Memasang timbangan yang dihubungkan dengan lengan generator
yang posisinya tegak lurus.
d) Memasang sudu kincir angin.
e) Memasang multitester untuk mengukur tegangan dan arus keluaran
generator, kemudian dihubungkan dengan beban lampu.
Gambar 3.16 Skema pembebanan Kincir angin poros horizontal empat sudu
dengan bahan komposit,berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal
[image:59.595.86.512.188.649.2]f) Setelah semua terpasang dan sudah siap, maka blower dinyalakan.
g) Posisi kincir dikalibrasi kembali dan apabila telah memenuhi range
kecepatan angin yang ditentukan, maka pengambilan data dapat
dilakukan.
h) Awal pengambilan data dilakukan dari beban lampu nol atau tanpa
beban. Dilakukan 12 variasi beban lampu dan dimulai dengan
pencatatan data kecepatan angin, putaran rotor yaitu dengan
mengarahkan takometer tegak lurus dengan casing generator, gaya pengimbang, tegangan keluaran generator, dan arus keluaran
generator.
i) Langkah tersebut diulangi sampai mendapatkan beban maksimum
pada setiap variasi kecepatan angin dan pengambilan data dilakukan
pada 3 variasi kecepatan angina yang berbeda.
3.6. Pengolahan Data
Setelah dilakukan pengambilan data, akan diolah lebih lanjut mengenai
daya kincir, daya listrik, koefisien performansi / Coeficient of Performance
(CP) dan juga pengolahan data putaran kincir yang akan dikalkulasi menjadi
data Tip Speed Ratio( TSR) sehingga didapat grafik perbandingan antara CP dan TSR. Selanjutnya membandingkan grafik-grafik yang dihasilkan dari
dan akan mengetahui unjuk kerja yang paling optimal apabila kincir ini akan
40 BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian
Di bawah ini merupakan data hasil penelitian kincir angin poros horizontal
[image:62.595.83.517.250.753.2]dengan variasi kecepatan angin 9,5 m/s , 8 m/s dan 7 m/s.
Tabel 4.1 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata-rata 9,5 m/s.
Tabel 4.2 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata-rata 8 m/s.
No Beban Putaran rotor Timbangan Tegangan I
gram Volt ampere
1 0 714 70 45,7 0
2 1 686 100 43,8 0,11
3 2 670 130 43,3 0,22
4 3 645 160 41,5 0,33
5 4 616 180 40,5 0,43
6 5 607 200 38,8 0,53
7 6 591 220 34,4 0,6
8 7 573 240 36,6 0,72
9 8 564 270 35,5 0,84
10 9 540 290 33,7 0,91
11 10 523 300 30,6 0,97
12 11 494 330 31,1 1,06
13 12 462 350 29,4 1,15
Timbangan Tegangan I
gram Volt ampere
1 0 773 60 50 0
2 1 751 90 49,5 0,08
3 2 736 110 47,8 0,19
4 3 728 160 46,2 0,31
5 4 711 170 45,9 0,42
6 5 701 180 46,3 0,47
7 6 690 200 43,6 0,57
8 7 666 230 43,1 0,68
9 8 644 250 41,1 0,78
10 9 621 290 39,9 0,89
11 10 617 320 37,9 0,97
12 11 592 340 37,5 1,05
13 12 547 350 34,9 1,15
Tabel 4.3 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata-rata 6,9 m/s
No Beban Putaran rotor Timbangan Tegangan I
gram Volt ampere
1 0 608 60 36,8 0
2 1 580 100 36,7 0,11
3 2 570 120 35,4 0,21
4 3 551 150 34,3 0,3
5 4 534 180 31,8 0,4
6 5 521 190 32,7 0,46
7 6 503 200 32,7 0,53
8 7 478 220 30,2 0,62
9 8 461 250 28,2 0,71
10 9 446 260 28,3 0,79
11 10 444 270 23,3 0,83
12 11 404 290 22,5 0,9
13 12 330 290 20,5 0,9
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam proses pengolahan data dan penghitungan data ini ada beberapa
[image:63.595.82.516.136.726.2]angkah-langkah perhitungan dan dapat dilihat pada sampel data yang diambil dari
Tabel diatas dan akan dirinci sebagai berikut
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomor 7. Dalam
perhitungan ini dapat mengetahui berapa Daya angin pada saat proses
pengambilan data :
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam
perhitungan ini kita dapat mengetahui daya yang dikeluarkan oleh kincir angin
saat melakukan proses pengambilan data :
4.2.3 Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam
perhitungan ini kita dapat mengetahui Torsi yang dikeluarkan oleh kincir angin
saat melakukan proses pengambilan data :
4.2.4 Perhitungan CP
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 baris nomer 7. Dalam
perhitungan ini kita dapat mengetahui Tip Speed Ratio (TSR) yang dikeluarkan oleh kincir angin saat melakukan proses pengambilan data :
4.3 Data Hasil Perhitungan
Hasil yang kita dapatkan dari penelitian diolah menggunakan software
Microsoft Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara RPM dengan torsi
44
Timbangan Tegangan
I
v
w
Torsi
Pin
Po mekanis Pout
v rotor
CPl
gram
Volt ampere m/s rad/s
Nm
watt
watt
watt
m/s
1
0
773
60
50
0 9,5 80,9
0,16
4,26
404,03
12,86
0,00
3,18
40,47
0,00
2
1
751
90
49,5
0,08 9,5 78,6
0,24
4,14
404,03
18,75
3,96
4,64
39,32
0,98
3
2
736
110
47,8
0,19 9,5 77,1
0,29
4,06
404,03
22,46
9,08
5,56
38,54
2,25
4
3
728
160
46,2
0,31 9,5 76,2
0,42
4,01
404,03
32,31
14,32
8,00
38,12
3,54
5
4
711
170
45,9
0,42 9,5 74,5
0,45
3,92
404,03
33,53
19,28
8,30
37,23
4,77
6
5
701
180
46,3
0,47 9,5 73,4
0,48
3,86
404,03
35,00
21,76
8,66
36,70
5,39
7
6
690
200
43,6
0,57 9,5 72,3
0,53
3,80
404,03
38,28
24,85
9,47
36,13
6,15
8
7
666
230
43,1
0,68 9,5 69,7
0,61
3,67
404,03
42,49
29,31
10,52
34,87
7,25
9
8
644
250
41,1
0,78 9,5 67,4
0,66
3,55
404,03
44,66
32,06
11,05
33,72
7,93
10
9
621
290
39,9
0,89 9,5
65
0,77
3,42
404,03
49,95
35,51
12,36
32,52
8,79
11
10
617
320
37,9
0,97 9,5 64,6
0,85
3,40
404,03
54,76
36,76
13,55
32,31
9,10
12
11
592
340
37,5
1,05 9,5
62
0,90
3,26
404,03
55,83
39,38
13,82
31,00
9,75
13
12
547
350
34,9
1,15 9,5 57,3
0,93
3,01
404,03
53,10
40,14
13,14
28,64
9,93
45
Timbangan Tegangan
I
v
w
Torsi
Pin
Po mekanis Pout
v rotor
CPl
gram
Volt ampere m/s rad/s
Nm
watt
watt
watt
m/s
1
0
714
70
45,7
0
8 74,8
0,19
4,67
241,27
13,86
0,00
5,75
37,38
0,00
2
1
686
100
43,8
0,11
8 71,8
0,26
4,49
241,27
19,03
4,82
7,89
35,92
2,00
3
2
670
130
43,3
0,22
8 70,2
0,34
4,39
241,27
24,16
9,53
10,01
35,08
3,95
4
3
645
160
41,5
0,33
8 67,5
0,42
4,22
241,27
28,62
13,70
11,86
33,77
5,68
5
4
616
180
40,5
0,43
8 64,5
0,48
4,03
241,27
30,75
17,42
12,75
32,25
7,22
6
5
607
200
38,8
0,53
8 63,6
0,53
3,97
241,27
33,67
20,56
13,96
31,78
8,52
7
6
591
220
34,4
0,6
8 61,9
0,58
3,87
241,27
36,06
20,64
14,95
30,94
8,55
8
7
573
240
36,6
0,72
8
60
0,64
3,75
241,27
38,14
26,35
15,81
30,00
10,92
9
8
564
270
35,5
0,84
8 59,1
0,72
3,69
241,27
42,24
29,82
17,51
29,53
12,36
10
9
540
290
33,7
0,91
8 56,5
0,77
3,53
241,27
43,44
30,67
18,00
28,27
12,71
11
10
523
300
30,6
0,97
8 54,8
0,79
3,42
241,27
43,52
29,68
18,04
27,38
12,30
12
11
494
330
31,1
1,06
8 51,7
0,87
3,23
241,27
45,22
32,97
18,74
25,87
13,66
13
12
462
350
29,4
1,15
8 48,4
0,93
3,02
241,27
44,85
33,81
18,59
24,19
14,01
46
Timbangan Tegangan
I
v
w
Torsi
Pin
Po mekanis Pout
v rotor
CPl
gram
Volt ampere m/s rad/s
Nm
watt
watt
watt
m/s
1
0
608
60
36,8
0
7 63,7
0,16
4,55
161,63
10,12
0,00
6,26
31,83
0,00
2
1
580
100
36,7
0,11
7 60,7
0,26
4,34
161,63
16,09
4,04
9,95
30,37
2,50
3
2
570
120
35,4
0,21
7 59,7
0,32
4,26
161,63
18,97
7,43
11,74
29,85
4,60
4
3
551
150
34,3
0,3
7 57,7
0,40
4,12
161,63
22,92
10,29
14,18
28,85
6,37
5
4
534
180
31,8
0,4
7 55,9
0,48
3,99
161,63
26,66
12,72
16,49
27,96
7,87
6
5
521
190
32,7
0,46
7 54,6
0,50
3,90
161,63
27,46
15,04
16,99
27,28
9,31
7
6
503
200
32,7
0,53
7 52,7
0,53
3,76
161,63
27,90
17,33
17,26
26,34
10,72
8
7
478
220
30,2
0,62
7 50,1
0,58
3,58
161,63
29,17
18,72
18,05
25,03
11,58
9
8
461
250
28,2
0,71
7 48,3
0,66
3,45
161,63
31,97
20,02
19,78
24,14
12,39
10
9
446
260
28,3
0,79
7 46,7
0,69
3,34
161,63
32,16
22,36
19,90
23,35
13,83
11
10
444
270
23,3
0,83
7 46,5
0,72
3,32
161,63
33,25
19,34
20,57
23,25
11,96
12
11
404
290
22,5
0,9
7 42,3
0,77
3,02
161,63
32,50
20,25
20,11
21,15
12,53
13
12
330
290
20,5
0,9
7 34,6
0,77
2,47
161,63
26,54
18,45
16,42
17,28
11,41
[image:68.842.67.806.96.507.2]Grafik dari hasil pengolahan data kincir angin poros horizontal emapt sudu dari
bahan komposit berdiameter 1 meter dengan posisi lebar poros maksimal 10
centimeter diatas pusat poros dengan tiga variasi kecepatan kincir angin yaitu 9,8
[image:69.595.84.535.196.628.2]m/s , 8 m/s dan 7 m/s.
Gambar 4.1 Grafik hubungan atara putaran poros (RPM) dengan Torsi
Gambar 4.1. memperlihatkan bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan
maka kecepatan putar kincir semakin kecil. 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
rp
m
torsi (Nm)
kec angin 9,5 kec angin 8 kec angin 7
Gambar 4.2. Grafik memperlihatkan hubungan daya dengan torsi elektris.
Gambar 4.3. Grafik memperlihatkan hubungan daya dengan torsi mekanis
Gambar 4.2 dan gambar 4.3 memperlihatkan bahwa semakin besar torsi
yang dikeluarkan maka semakin besar daya yang dihasilkan oleh kincir.
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
d a y a (w a tt )
torsi (Nm)
kec angin 9,5 kec angin 8 kec angin 7
Poly. (kec angin 9,5) Poly. (kec angin 8) Poly. (kec angin 7)
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
d a y a (w a tt ) torsi (Nm)
kec angin 9,5 kec angin 8 kec angin 7
Gambar 4.3. Grafik memperlihatkan hubungan koefesien daya (Cp)
dengan Top Speed Ratio ( TSR) mekanis
Gambar 4.3 dalam grafik diatas bahwa semakin besar tsr kincir maka
semakin besar Cp yang dihasilkan hingga pada keadaan maksmimalnya, koefisien
daya (Cp) mulai mengecil.
4.4 Pembahasan
Dalam pembahasan dalam pengambilan data , selanjutnya kita dapat
mengolah data dengan software Microsoft Excel . jika hasil data yang kita peroleh
dan sudah diolah sudah dinyatakan benar apabila hubungan grafik antara cp
dengan TSR sudah menunjukan angka yg maksimal dan menghasilkan grafik
dengan bentuk parabola/ trenlide parabolik pangakt dua yang tertutup degan
mengarahkan bentuk trendline kebawah dan posisi puncak parabola dibagian atas.
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Cp
(%
)
TSR
kec angin 9,5 kec angin 8 kec angin 7
Apabila hasil data yang telah dicatat dan sudah menunjukan kurva yang sesuai,
maka analisis data dapat dilanjutkan.
Diperlihatkan juga grafik hubungan antara rpm dengan torsi yang
dihasilkan dan grafik hubungan daya keluaran dengan torsi yang dihasilkan.
Selanjutnya dari ketiga grafik tesebut telah dihasilkan dan telah dinyatakan benar ,
maka kincir angin 4 sudu yang sudah kita buat telah diketahui rpm,torsi dan
koefesien daya ( Cp) pada variasi kecepatan angin.
Pada kincir angin 4 sudu ini kita juga dapat mengetahui berapa beban
setiap variasi kecepatan angin jika akan melakukan penerapan di masyarakat
sebagai pembangkit listrik tenaga angin
49
BAB V
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan proses pembuatan dan pengambilan data kincir angin
dengan 4 sudu dan pajang maksimal kincir angin 1 m dan lebar sudu 12 cm.
a) Telah menyelesaikan pembuatan dan pengambialan data kincir 4
sudu angin dengan bahan kompsit dan ukuran panjang 1 m dan
lebar sudu maksimal 12 cm.
b) Koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 19,30% pada
tsr 3,06 dengan kecepatan angin 8 m/s.
c) Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,93 Nm
pada kecepatan putar kincir 462 rpm terjadi pada kecepatan angin 8
m/s.
d) Daya terbesar yang dapat dihasilkan dari kincir angin yang dibuat
5.2 Saran
Dalam proses dan pengambilan data kincir angin 4 sudu ini memberi saran
bahwa :
a) Perlu adanya penambahan variasi pada kincir angin 4 sudu ini,
b) Perlu adanya percobaan dan pengambilan data dengan kecepatan
angin yg lebih tinggi dan rendah untuk menghitung berapa beban
yang dihasilkan.
c) Dalam proses pembuatan perlu ada pengamatan dan pembuatan
secara teliti serta dalam proses pembuatan harus lebih seimbang
supaya putaran setabil.
d) Perlu penambahan ekor pada sudu , supaya bisa mengetahui
Daftar Pustaka
Grogg,Kira., 2005, The Physics of Wind Turbines,Carlenton College.
Menwell,J,F ., J, G. Mcgowan, A,L,Rogers,2009,Wind Energy Explained ; Theory, Desain and application,Second Edition,John Wiley, USA.
http://www.alpensteel.com/article, 2013 www.fineartamerica.com
http://wikipedia.org/Kincir_angin
http://www.intechopen.com,2013
http://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/
Sumber:http://3.bp.blogspot.com/_94hwoBHsxoY/S4b1FWp5
0I/AAAAAAAAACU/75rb0kxiHCk/s1600-h/teg-reg-komposit.jpg. Diakses Juni 2016.
49
Gambar L. 1 Grafik hubungan antara Putaran Poros ( rpm ) dengan Torsi
pada kecepatan angin 9,5 m/s.
Gambar L.2 Grafik hubungan anatara Putaran Rotasi (rpm) dengan Torsi
pada kecepatan angin 8 m/s. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
rp m torsi (Nm) 9,5 Linear (9,5) 0 100 200 300 400 500 600 700 800
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
rp
m
torsi (Nm)
8
Gambar L. 3 Grafik hubungan antara Putaran Poros (rpm) dengan Torsi
Pada kecepatan angin 7 m/s.
Gambar L.4 Grafik hubungan antara Daya elektris dengan Torsi
pada kecepatan angin
