vii ABSTRAK
Cadangan energi fosil semakin lama semakin berkurang sedangkan kebutuhan konsumsi bahan bakar minyak terus meningkat, maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin karena ketersediaan angin yang melimpah dan memiliki sedikit dampak negatif bagi manusia. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja kincir angin jenis “WePower” dengan luasan frontal 0,225 �2 .
Model variasi pertama adalah kincir angin jenis WePower dengan derajat
kemiringan sudu 60˚, model variasi kedua dengan kemiringan sudu 70˚, dan model variasi ketiga dengan kemiringan sudu 80˚. Jumlah sudu yang digunakan
sebanyak enam buah berbentuk sebagian dari pipa PVC 8 inci. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros,daya kincir, dan koefisien daya.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan kincir angin jenis WePowerdengan variasi kemiringan sudu 80˚, yaitu 5,5 % pada tip speed ratio (tsr) 0,34 menghasilkan daya 23,03 watt pada kecepatan angin 15,11 m/s dengan torsi 0,76 Nm. Variasi kincir angin jenis Wepower
dengan kemiringan sudu 60˚ menghasilkan koefisien daya maksimal 1,22 % pada tip speed ratio 0,18 menghasilkan daya 7,3 watt pada kecepatan angin 15,63 m/s dengan torsi 0,56 Nm. Variasi kincir angin jenis WePower dengan kemiringan
sudu 70˚ menghasilkan koefisien daya maksimal 4,2 % pada tip speed ratio 0,21menghasilkan daya 17,4 watt pada kecepatan angin 15,24 m/s dengan torsi 0,72 Nm.
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS ”WEPOWER” SUDU PIPA PVC
DENGAN VARIASI KEMIRINGAN SUDU
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
A. BAGUS PRASETYO NUGROHO
NIM : 095214030
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF WEPOWER WINDMILL BLADE PVC PIPE
WITH BLADE TILT VARIATIONS
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the SarjanaTeknik degree
In Mechanical Engineering Study Program
by
A. BAGUS PRASETYO NUGROHO Student Number:095214030
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY DEPARTMENT OF ME SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii ABSTRAK
Cadangan energi fosil semakin lama semakin berkurang sedangkan kebutuhan konsumsi bahan bakar minyak terus meningkat, maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin karena ketersediaan angin yang melimpah dan memiliki sedikit dampak negatif bagi manusia. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja kincir angin jenis “WePower” dengan luasan frontal 0,225 �2 .
Model variasi pertama adalah kincir angin jenis WePower dengan derajat
kemiringan sudu 60˚, model variasi kedua dengan kemiringan sudu 70˚, dan model variasi ketiga dengan kemiringan sudu 80˚. Jumlah sudu yang digunakan
sebanyak enam buah berbentuk sebagian dari pipa PVC 8 inci. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros,daya kincir, dan koefisien daya.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan kincir angin jenis WePowerdengan variasi kemiringan sudu 80˚, yaitu 5,5 % pada tip speed ratio (tsr) 0,34 menghasilkan daya 23,03 watt pada kecepatan angin 15,11 m/s dengan torsi 0,76 Nm. Variasi kincir angin jenis Wepower
dengan kemiringan sudu 60˚ menghasilkan koefisien daya maksimal 1,22 % pada tip speed ratio 0,18 menghasilkan daya 7,3 watt pada kecepatan angin 15,63 m/s dengan torsi 0,56 Nm. Variasi kincir angin jenis WePower dengan kemiringan
sudu 70˚ menghasilkan koefisien daya maksimal 4,2 % pada tip speed ratio 0,21menghasilkan daya 17,4 watt pada kecepatan angin 15,24 m/s dengan torsi 0,72 Nm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
memberikan kasih-Nya serta kemampuan kepada penulis untuk dapat
menyelesaikan tugas akhir ini.
Penyusunan tugas akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat
untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa selama penyusunan tugas akhir ini, banyak pihak
yang telah memberikan bantuannya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini dengan
segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi
Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Doddy Purwadianto,ST,MT., sebagai Dosen Pembimbing Tugas
Akhir, dosen pembimbing akademik dan Kepala Laboratorium Konversi
Energi
4. Bapak Bambang Isnugroho dan Ibu Sri Haryanti selaku orang tua penulis,
karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis.
5. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah
ix
6. Rekan sekelompok yaitu Gede Sujane dan Eugenius Bramandika, yang
telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan
pengambilan data.
7. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman
lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala
bantuanya.
Penulis menyadari dalam penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna.
Segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi
penyempurnaan dikemudian hari. Semoga tugas akhir ini dapat memberikan
manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 24 Oktober 2013
x DAFTAR ISI
Halaman Judul ...i
Title Page ...ii
Halaman Pengesahan...iii
Daftar Dewan Penguji ...iv
Pernyataan Keaslian Karya ...v
Lembar Pernyataan Persetujuan Karya Ilmiah ...vi
Abstrak ...vii
Kata Pengantar ...viii
Daftar Isi ... ...x
Daftar Gambar ...xii
Daftar Tabel ...xiv
BAB I PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang Masalah ...1
1.2 Rumusan Masalah ...3
1.3 Batasan Masalah ...3
1.4 Manfaat Penelitian ...4
1.5 Tujuan Penelitian ...4
BAB II DASAR TEORI ...5
2.1 Energi Angin ...5
2.2 Kincir Angin ...9
2.3 Rumus-Rumus Perhitungan ...15
BAB III METODE PENELITIAN ...21
3.1 Diagram Alir Penelitian ...21
3.2 Objek Penelitian ...22
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ...22
3.4 Peralatan dan Bahan ...22
xi
3.6 Langkah-Langkah Percobaan ...33
3.7 Langkah Pengolahan Data ...36
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...38
4.1 Data Hasil Percobaan ...38
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ...38
4.3 Data Hasil Perhitungan ...46
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ...49
4.5 Pembahasan ...58
BAB V Kesimpulan dan Saran ...60
5.1 Kesimpulan ...60
5.2 Saran ...61
DAFTAR PUSTAKA ...62
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 energy mix nasional 2006-2025... 2
Gambar 2.1 Angin Laut ... 7
Gambar 2.2 Angin Darat ... 8
Gambar 2.3 Angin Lembah ... 8
Gambar 2.4 Angin Gunung ... 9
Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Vertikal ... 12
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horizontal... 14
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Cp dan tsr maksimal berapa jenis kincir ... 17
Gambar 3.1 Diagram alir langkah penelitian ... 21
Gambar 3.2 Gambar teknik kicir angin jenis WePower termodivikasi... 21
Gambar 3.3 Kincir angin jenis WePower termodifikasi... 21
Gambar 3.4 Pelat pembatas sudu... 24
Gambar 3.5 Sudu kincir 120˚... 25
Gambar 3.6 Poros kincir... 26
Gambar 3.7 Terowongan angin... 26
Gambar 3.8 . Blower... 27
Gambar 3.9 Tachometer... 28
Gambar 3.10 Anemometer... 29
Gambar 3.11 Rangkaian lampu pembebanan... 30
Gambar 3.12 Neraca pegas... 30
Gambar 3.13 Kabel ... 31
Gambar 3.14 Posisi generator dan tali pengait ... 32
Gambar 3.16 Anemometer... 34
Gambar 3.17 Cara menggunakan Takometer... 35
Gambar 3.18 Posisi Cara mengatur kecepatan angin... 36
Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran poros dan torsi Untuk variasi kemiringan sudu 60˚... 49
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dan torsiUntuk variasi kemiringan sudu 60˚...50
Gambar 4.3 Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi 6 sudu dan kemiringan sudu 60˚...51
Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran poros dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70˚...52
Gambar 4.5 Grafik hubungan daya kincir dan torsi dengan variasi Jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 70˚ ...53
Gambar 4.6 . Grafik hubungan Cp dan tsr dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70˚ ... …………...54
Gambar 4.7 Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80˚... 55
xiii
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Potensi Energi Terbarukan Nasional ...2 Tabel 2.1. Tingkat Kecepatan angin...5 Tabel 4.1 . Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut 60˚ ...39 Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut 70 ˚ ... 39 Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin dengan sudu dengan kemiringan 80 ˚.... 40 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu 60˚... 46
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin dengan sudu kemiringan 70˚...47
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Cadangan energi fosil semakin lama semakin berkurang sedangkan
kebutuhan konsumsi bahan bakar minyak terus meningkat. Diperkiraan
kandungan minyak bumi di Indonesia dengan tingkat konsumsi bahan bakar
minyak seperti saat ini akan habis dalam kurun waktu 22 tahun lagi atau pada
tahun 2035. Jutaan barrel minyak mentah dieksploitasi tanpa memikirkan
bahwa minyak tersebut merupakan hasil evolusi alam yang berlangsung
selama ribuan bahkan jutaan tahun yang mungkin tidak dapat terulang lagi
pada masa yang akan datang. Krisis energi bisa langsung dirasakan oleh
masyarakat khususnya menengah ke bawah seperti petani karena sebagian
besar alat pertanian seperti traktor menggunakan solar. Konsumsi bahan bakar
minyak (BBM) secara nasional mengalami peningkatan dari tahun ke tahun.
Kemampuan produksi minyak bumi semakin menurun akan tetapi
kebutuhan masyarakat akan minyak bumi di dalam negeri semakin meningkat.
Oleh karena itu, perlu dilakukan langkah-langkah untuk mendapatkan sumber
energi alternatif. Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh
manusia, kincir angin yang pertama kali dibuat oleh manusia digunakan untuk
memompa air. Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara
udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan
angin berbeda-beda. Energi angin yang melimpah di Indonesia ternyata belum
2
No Energi Terbarukan Sumber Daya (SD) Kapasitas Terpasang (KT)
1 Tenaga Angin 3-6 (m/s) 1,87 MW
2 Tenaga Air 75,670 MW 5.705,29 MW
3 Panas Bumi 29,938 MW 1.189 MW
4 Biomassa 49,810 MW 1.618,40 MW
5 Tenaga Surya 4,80 kWh/�2 /hari 13,5 MW
6 Uranium 3000 MW 30 MW
Tabel 1.1. Potensi Energi Terbarukan Nasional(Aryani,2012)
Gambar 1.1 Gambar energy mix nasional 2006-2025 (Aryani,2012)
Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang
memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat. Pemanfaatan
energi angin di dunia sebagai sumber energi alternatif nonkonvensional sudah
semakin mendapatkan perhatian. Hal ini, didorong oleh kesadaran terhadap
makin menipis cadangan bahan bakar fosil di dunia dan kebutuhan energi
3 1.2Perumusan Masalah
Masalah yang ingin dipecahkan dalam penelitian ini antara lain :
1. Angin merupakan energi yang berlimpah, gratis, kekal dan tidak
menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan dan manusia.
2. Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis sehingga indonesia
memiliki energi angin yang sangat berlimpah namun belum dimanfaatkan
secara optimal.
3. Diperlukan desain kincir angin yang terbaik agar mampu merubah energi
angin menjadi energi listrik dengan bantuan generator sehingga efisiensi
yang didapat tinggi.
1.3 Batasan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada :
1. Sudu kincir angin terbuat dari potongan pipa PVC dengan diameter 8
inci.
2. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros vertikal
dengan diameter 45 cm dan tinggi 60 cm dengan jumlah sudu 6 buah.
3. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin didalam sebuah
wind tunnel yang tersedia di laboratorium Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran
4
5. Variasi yang digunakan adalah variasi sudu dengan kemiringan sudu
60˚,70˚ dan 80˚
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin poros
vertikal dengan kemiringan sudu 60˚,70˚ dan 80˚
2. Memberi tambahan refrensi baru bagi perkembagan teknologi energi
terbarukan, khususnya energi angin.
3. Memberikan suatu ilmu baru bagi masyarakat khususnya di daerah dengan
potensi energi angin yang besar agar dapat menkonveksi energi angin
menjadi energi listrik sehingga biaya produksi masyarakat dapat
berkurang.
1.5 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat kincir angin model “WePower” dengan variasi derajat
kemiringan sudu.
2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin terhadap pengaruh variasi derajat
5 BAB II
STUDI PUSTAKA
2.1Energi Angin
Angin adalah salah satu bentuk energi yang sangat berlimpah
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 angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian
belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi
Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat
dimanfaatkan.
Syarat – syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk
menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut.
Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas permukaan Tanah
Kelas
Angin
Kecepatan
Angin m/d
Kondisi Alam di Daratan
1 0.00 – 0.02 ---
2 0.3 – 1.5 Angin bertiup, asap lurus keatas
3 1.6 – 3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin
4 3.4 – 5.4 Wajah terasa ada angin, daun bergoyang, petunjuk
arah angin bergerak.
5 5.5 – 7.9 Debu jalan, kertas berterbangan, ranting pohon
6
6 8.0 – 10.7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar.
7 10.8 – 13.8 Ranting pohon besar bergoyang, air plumpang
bergoyang kecil.
8 13.9 – 17.1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa
di telinga.
9 17.2 – 20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat
melawan arah angin.
10 20.9 – 24.4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh.
11 24.5 – 28.4 Dapat merubuhkan pohon menimbulkan
kerusakan.
12 28.5 – 32.5 Dapat menimbulkan kerusakan parah.
13 32.6 – 42.3 Angin Topan
Tabel 2.1. Tingkat Kecepatan angin
Sumber : http://www.kincirangin.info/plta-gbr.php. Agustus 2013
Angin kelas 3 adalah batas minimum untuk menggerakan sebuah kincir
angin dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat
dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Jenis - jenis angin antara lain :
1. Angin laut
Angin laut adalah angin yang berhembus dari arah laut ke arah
darat dan pada biasanya terjadi pada siang hari. Hal ini disebabkan
karena daratan memiliki temperatur yang lebih tinggi dari pada
7
biasa digunakan para nelayan untuk dapat pulang sehabis menangkap
ikan dilaut.
Gambar 2.1 Angin Laut (Sito,E.P.,2011) 2. Angin darat
Angin darat adalah angin yang berhembusannya dari arah daratan
ke arah lautan dan biasanya terjadi pada waktu malam hari. Hal ini
disebabkan karena temperatur lautan lebih tinggi dari temperatur yang ada
didaratan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Angin ini biasa
digunakan para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan perahu
8
Gambar 2.2 Angin Darat (Sito,E.P.,2011)
3. Angin lembah
Gambar 2.3 Angin Lembah (Sito,E.P.,2011)
Angin lembah adalah angin yang hembusannya dari arah lembah ke
arah puncak gunung dan biasanya terjadi pada siang hari. Arah hembusan
angin ini disebabkan karena perbedaan temperatur antara puncak gunung
dan lembah, puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari
sehingga tekanan yang ada dipuncak gunung menjadi turun dan terjadi
9
4. Angin gunung
Angin gunung adalah angin yang berhembus dari arah puncak
gunung ke arah lembah dan biasanya terjadi pada malam hari. Arah angin
ini diakibatkan lembah akan melepaskan energi panas lebih lambat dari
pada puncak gunung, dan puncak gunung yang telah mendingin akan
mengalirkan udara ke lembah seperti yang ditunjukkan Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Angin Gunung (Sito,E.P.,2011)
2.2Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin yang
digunakan untuk menkonversi energi kebentuk energi yang lain. Kincir
angin ini pada mulanya dimanfaatkan oleh petani untuk menumbuk hasil
pertanian, irigasi,memompa air dan pengiling gandum. Kincir angin awal
mulanya banyak dibuat di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa
lainnya dan yang lebih dikenal dengan nama windmill. Kincir angin modern
adalah kincir angin yang saat ini banyak digunakan untuk membangkitkan
tenaga listrik. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk memenuhi
10
dan menggunakan sumber daya alam yang tidak dapat habis yaitu angin.
Walaupun sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat
mengimbangi pembangkit listrik konvensonal (Contoh: PLTD, PLTU, dan
lain-lain) akan tetapi kincir angin akan terus dikembangkan oleh para
ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan
masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Contoh : batu bara,
minyak bumi dan gas) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua
kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros
vertikal. Dalam penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin
poros vertikal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axiz Wind Turbine
(VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak
lurus dengan arah datangnya angin atau dengan pengertian lain kincir jenis
ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah.
Kelebihan dari kincir angin poros vertical ini adalah
sebagai berikut :
1. Dapat menerima angin dari arah manapun
2. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros
rendah
11
4. Memiliki luasan frontal yang besar karena dalam perhitungan
luasan berbentuk persegi panjang.
Dari beberapa kelebihan kincir angin poros vertikal diatas namun
kincir angin poros vertikal juga memiliki beberapa kekurangan
antara lain :
1. Bekerja pada kecepatan angin rendah, sehingga energi yang
dihasilkan sangat kecil.
2. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat
resiko kecelakan yang besar bagi manusia
3. Sudu yang mampu mendapatkan energi angin dinamakan
downwind dan sudu yang menolak angin dinamakan upwind,
sudu bagian ini cenderung menghambat putaran poros.
4. Dari desinnya berat poros dan sudu yang bertumpu pada
bantalan (bearing) menjadi suatu beban tambahan dari
12
Beberapa jenis kincir angin poros vertical antara lain seperti Gambar 2.5
(a) (b) (c)
Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Vertical
(a) Quiet Revolution qr5 (b) Wepower (c) . Darrieus (Sumber :
http://www.unikgaul.com/2013/01/7-kincir-angin-tercanggih-di-dunia.html, diakses15 Mei 2013 )
2.2.2 Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir angin poros horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine
(HAWT) adalah jenis kincir angin yang poros utamanya sejajar dengan
arah datangnya angin. Kincir jenis ini banyak digunakan oleh petani garam
di Indonesia untuk memompa air laut. Adapun kelebihan dari kincir angin
jenis HAWT antara lain :
1. Adanya gaya angkat yang diberikan oleh angin sehingga
kecepatan sudu kincir bisa lebih besar dari kecepatan angin.
2. Kincir ini dapat mengkonversi angin pada saat kecepatan angin
13
3. Sudah banyak kincir yang diciptakan dan digunakan untuk
membangkitkan energi listrik sekala tinggi.
4. Lebih aman untuk manusia karena penempatan kincir diatas 3
meter.
Dari kelebihan diatas kincir jenis HAWT juga mempunyai
beberapa kekurangan antara lain :
1. Karena arah datangnya angin tidak menentu dibutuhkan
mekanisme lain selain penambahan sirip pada kincir.
2. Menimbulkan polusi suara 80-110 dB karena diakibatkan
putaran kincir yang cepat. Karena penempatan kincirnya pada
ketinggian yang sangat tinggi banyak burung-burung langka
yang tertabrak oleh sudu pada saat kicir angin sedang
beroprasi.
4. Pembuatan dan pemasangan sudu kincir angin poros horizontal
sangat sulit sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk
pengerjaannya.
Beberapa jenis kincir angin poros horosontal antara lain : American
windmill, cretan sail windmill, Dutch four arm dan Rival calzoniI,
14
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horizontal (Sito,E.P..2012)
15 2.3Rumus-Rumus Perhitungan
Dalam penelitian kerja kincir angin sangat diperlukan beberapa
rumus perhitungan, antara lain sebagai berikut.
2.3.1 Energi dan Daya Angin
Energi angin adalah tenaga yang dimiliki angin karena adanya
kecepatan, karena adanya tenaga yang dimiliki angin maka dinamakan
energi kinetik angin. Maka secara umum energi kinetik dapat dirumuskan :
�� = 0,5 . � . �2 (1)
dengan :
Ek : energi kinetik, Joule
m : massa udara, kg
v : kecepatan angin, m/s
Dari Persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi
kinetik angin tiap satuan waktu (J/s) sehingga persamaan tersebut dapat
ditulis menjadi :
�� = 0,5 . �̇ . �2 (2)
dengan :
Pa : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)
�̇ : massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s
16
aliran udara yang mengalir per satuan waktu adalah :
�̇= � .�.� (3)
dengan :
ρ : massa jenis udara, kg/�3
A : daerah sapuan kincir angin, �2
v : kecepatan angin, m/s
Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka
dapat diperoleh rumusan daya angin :
�� = 0,5 . (� .�.� ) �2
dapat disederhanakan menjadi :
�� = 0,5 . � .�.�3 (4)
2.3.2 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah suatu daya yang dihasilkan kincir angin
akibat adanya kerja yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi
energi kinetik angin menjadi energi potensial. Daya kincir angin tidak
sama dengan daya angin, karena daya kincir angin dipengaruhi koefisien
daya angin. Pada suatu penelitian yang dilakukan oleh seorang insiyur dari
17
kincir angin, yaitu sebesar 59,3 %. Angka ini dikatakan Betz Limit, pada
Gambar 2.9 disajikan koefisien daya beberapa kincir angin.
Gambar 2.7 Grafik hubungan koefisiensi daya dan tip speed ratio maksimal
beberapa jenis kincir (Sito,E.P..2012)
Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros
kincir angin dapat dirumuskan :
�� =� .� (5)
dengan :
Pk : daya yang dihasilkan kincir angin, watt
18
ω : kecepatan sudut, rad/s
Kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang
digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang
menghubungkan (rpm) dan (rad/s) adalah 1 rpm = 2π/60 rad/det, maka
Persamaan (6) dapat dirubah menjadi :
�� =� .2.60�.� (6)
dengan :
n : putaran poros, rpm
2.3.3 Torsi Kincir Angin
Gaya yang bekerja pada poros baik itu jenis kincir angin poros
horizontal ataupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya
gaya dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat
(arah putaran yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki
lengan atau jarak terhadap sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya
ini disebut dengan torsi (τ). Secara teori dapat dirumuskan :
T = r . F (7)
dengan :
19
r : jari-jari puli yang 1 sistem dengan poros, m
F : gaya yang diberikan pada kincir, N
2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya
sudu ujung sudu tersebut, tsr dapat dirumuskan :
Tsr = 2 .�.�.�
60 .� (8)
Atau bisa lebih disederhanakan menjadi
Tsr = �.�.�
Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah bilangan tak
berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan
kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin sesuai dengan teori yang
sudah ada, maka dapat dirumuskan :
Cp = ��
�� (10)
20
Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt
21 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian kerja ini dapat dilihat dari gambar 3.1
diagram alir penelitian
Gambar 3.1. Diagram alir yang menggambarkan langkah-langkah penelitian Mulai
Konsultasi dan studi pustaka
Perancangan kincir angin jenis“Wepower”
Pembuatan kincir angin jenis “Wepower”
Pengambilan data
Pengolahan data
Pembahasan dan Pelaporan
22 3.2. Objek Penelitian
Objek dalam penelitian yang dipakai adalah kincir angin jenis
“Wepower”, dengan variasi jenis potongan sudu memakai pipa PVC
dengan diameter 8 inci. Pipa PVC dipotong dengan ukuran 120˚, jumlah
sudu yang dipakai adalah 6 buah dengan variasi sudut 60˚,70˚ dan 80˚.
3.3. Waktu dan Tempat Penelitian
Peroses pembuatan kincir dan pengambilan data dilaksanakan pada
bulan Febuari sampai dengan bulan April 2013 di Laboratorium
Konveksi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
3.4. Peralatan dan Bahan
Model kincir angin jenis “WePower” dengan memvariasikan dejat
kemiringan sudu seperti pada gambar 3.2
Keterangan :
1. Pembatas sudu yang terbuat dari tripek
2. Sudu kincir yang terbuat dari pipa PVC berukuran 8 inci
3. Bilah penguat
23
Gambar 3.2. Gambar teknik kicir angin jenis “WePower” termodivikasi
dengan sudu menggunakan pipa PVC dengan diameter 8 inci
Gambar 3.3. Kincir angin jenis “WePower” termodifikasi
1
2
24
Kincir angin jenis “WePower” termodifikasi yang disajikan pada
Gambar 3.3 memiliki beberapa bagian pokok antara lain :
1. Pelat pembatas sudu
Pelat tumpuan ini berfungsi sebagai tempat meletakkan
sudu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2, sudu akan
menempel pada tempat yang sudah ditentukan. Untuk
menguatkan penempelan sudu dilem dan dijepit menggunakan
baut. Pelat untuk dudukkan ini berjumlah tiga buah yaitu di atas,
tengah dan bawah. Bahannya terbuat dari triplek setebal 5 mm
dan memiliki diameter 45 cm. Bentuk pelat yang kami gunakan
dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Pelat pembatas sudu
2. Sudu kincir
Seperti pada umumnya, sudu kincir berfungsi untuk
25
dipakai adalah pipa PVC berukuran 8inci dipotong dengat sudut
potong 120˚.sudu memiliki tebal 8 mm dengan jari-jari
kelengkungan 17 cm dan memiliki tinggi 45 cm. Pada bagian atas
dan bawah sisi sudu ditopang oleh bilah-bilah penguat, fungsinya
adalah untuk menguatkan bentuk lengkungan sudu dan sebagai
tempat yang akan dilem dan dibaut dengan dudukan sudu, seperti
yang terlihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Sudu kincir 120˚
3. Poros
Poros adalah alat yang berfungsi menopang kincir saat berputar dan
juga sebagai pusat putaran kincir. Disamping fungsi-fungsi diatas poros
26
adalah pipa besi berukuran 1 inch dan memiliki panjang 120 cm, seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Poros kincir
Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan pendukung,
peralatan tersebut antara lain :
1. Terowongan angin
Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong tempat
pengujian kincir angin yang memiliki ukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m,
seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.
27
2. Blower
Blower adalah alat yang digunakan untuk menggerakan udara yang
ada di dalam terowongan angin dan didepan mulut terowongan angin,
sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu. Blower
digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, sebagai penghubung
antara blower dengan motor listrik transmisinya menggunakan sabuk
dan puli seperti pada gambar Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Blower
3. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran
motor,putaran poros, putaran puli dan lain-lain. Jenis takometer yang
digunakan adalah digital light tachometer, prinsip kerjanya berdasarkan
28
alumunium foil yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada
puli yang terhubung pada kincir angin. Gambar takometer dapat dilihat
pada gambar 3.9.
Gambar 3.9. Tachometer
4. Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur
kecepatan angin . Anemometer diletakkan didepan terowongan angin.
Alat ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor elektrik yang
diletakkan di depan terowongan angin dan modul digital yang
menerjemahkan data dari sensor kemudian ditampilkan pada layar
29
Gambar 3.10. Anemometer
5. Lampu pembebanan
Lampu digunakan untuk memberikan variasi pembebanan atau
efek pengereman pada generator, dari generator ditranmisikan keporos
kincir angin menggunakan sabuk dan puli. Lampu disusun secara paralel
30
Gambar 3.11. Rangkaian lampu pembebanan
6. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi
kincir angin saat kincir berputar, seperti yang terlihat pada Gambar 3.12.
Neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan panjang lengan yang
telah ditentukan.
31
7. Kabel
Kabel digunakan sebagai penghantar arus listrik dari generator ke
lampu pembebanan dapat dilihat pada Gambar 3.13
Gambar 3.13. Kabel
8. Generator
Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi
mekanik putaran poros menjadi energi listrik, transmisi generator
menggunakan sabuk dan puli. Dengan memvariasikan lampu yang ada di
lampu pembebanan yang telah dihubungkan dengan generator kita dapat
mengetahui torsi maksimal dari kincir angin. Gambar generator dapat
32
Gambar 3.14. Posisi generator dan tali pengait
3.5. Variabel Penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan terlebih dahulu
sebelum penelitian dilaksanakan adalah :
1. Variasi sudut kemiringan : kincir angin dengan kemiringan sudu
60˚,70˚ dan 80˚.
2. Variasi kecepatan angin : setiap variasi sudut kemiringan sudu diikuti
4 variasi kecepatan angin.
3. Variasi pembebanan : dengan menyalakan lampu pembebanan secara
33
Variabel data yang diambil antara lain sebagai berikut :
a) Kecepatan angin ( V )
b) Putaran poros kincir ( n )
c) Gaya pengimbang ( F )
d) Temperatur udara ( T )
Setelah mendapatkan data-data diatas, maka dari variabel data tersebut
parameter yang dapat dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah
:
1. Daya angin (��)
2. Daya kincir (��)
3. Torsi ( t )
4. Koefisien daya (��)
5. Tip Speed Ratio ( tsr )
3.6. Langkah – Langkah Percobaan
Pengambilan data putarn poros, kecepan angin, beban pengimbang
dan temperatur udara diambil secara bersamaan. Hal yang pertama kali
dilakukan adalah memasang kincir angin yang akan di uji di dalam
terowongan angin. Selanjudnya hal yang perlu dilakukan untuk
pengambilan data sebagai berikut :
34
2. Memasang tali pengait yang telah menghubungkan neraca
pegas dengan lengan ayun pada dudukan generator. (lihat
Gambar 3.14)
3. Memasang anemometer di mulut terowongan angin (lihat
Gambar 3.15)
Gambar 3.15 Anemometer
4. Menghubungkan lampu pembebanan ke generator
menggunakan kabel yang ada, dan pastikan semua lampu
pebebanan dalam kondisi mati.
5. Untuk mengambil data putaran poros, letakan takometer tegak
lurus dengan puli yang telah ditempelkan alumunium foil agar
tachometer dapat membaca putaran poros kincir (lihat Gambar
35
Gambar 3.16. Cara menggunakan Takometer
6. Setelah semua sudah terpasang pada tempatnya blower siap
dinyalakan.
7. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara membuka
sedikit demi sedikit triplek yang ada di mulut terowongan
angin, sehingga mencapai kecepatan angin yang diinginkan
36
Gambar 3.17. Cara mengatur kecepatan angin
8. Setelah kecepatan angin yang diinginkan tercapai pengambilan
data dimulai dari pembacaan kecepatan angin pada layar
anemometer, pembacaan temperatur udara, pengukuran putaran
poros kincir dengan takometer, dan yang terakhir pembacaan
beban untuk penghitungan torsi dinamis pada neraca pegas.
9. Langkah 1 sampai 8 diulangi kembali dengan variasi empat
kecepatan angin.
3.7Langkah Pengolahan Data
Apabila data telah diperoleh dengan mengikuti langkah-langkah
37
a) Dari data kecepatan angin ( v ), massa jenis udara (ρ) dan dengan
diketahui luasan sapuan angin kincir ( A ) maka daya angin (��) dapat
dicari dengan persamaan (4)
b) Apabila beban pengimbang ( F) dan lengan ayun (r) akan dapat
digunakan untuk mencari torsi dinamis (��) dengan persamaan ( 7 )
c) Apabila data putaran poros telah diketahui ( n ) dan torsi dinamis telah
didapat (��) maka persamaan (6) dapat digunakan untuk mencari daya
kincir (��)
d) Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan
kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan
(8 atau persamaan 9).
e) Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coefficient
38 BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Percobaan
Dari hasil percobaan terdiri dari variasi sudut kemiringan sudu 60˚,70˚
dan 80˚. Untuk setiap variasi kemiringan dilakukan rata-rata empat kali
variasi kecepatan angin, dengan cara membuka penutup dari triplek yang
telah kami buat yang berada di mulut trowongan angin kurang lebih 5 cm
untuk setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti penutup yang telah kami buat
tidak digeser, posisi 1 berarti triplek telah digeser 5 cm, posisi 2 berarti
triplek telah di geser lebih jauh dari yaitu kurang lebih 10 cm dan begitu pula
untuk posisi 3. Untuk setiap variasi kincir angin data dianggap selesai apabila
putaran poros sudah tidak konstan dan gaya pembebanan (F) tidak mengalami
perubahan. Dari hasil percobaan didapatkan data seperti yang ditunjukan pada
tabel 4.1 sampai tabel 4.3.
4.2.Pengolahan Data dan Perhitungan
Contoh perhitungan yang disajikan diambil dari tabel 4.1. pada baris
pertama dengan kondisi triplek yang ada di mulut terowongan angin pada
posisi 0. Dari data tersebut diketahui kecepatan angin 15,63 m/s, putaran
39
Tabel 4.1. Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut 60 ˚
No
Tabel 4.2. Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut 70 ˚
No
kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm)
40
Lanjutan tabel 4.2.
No
kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm)
beban
Tabel 4.3. Data percobaan kincir angin dengan sudu dengan kemiringan 80 ˚
No
kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm)
41
Lanjutan Tabel 4.3.
No
kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm)
beban
4.2.1. Perhitungan Daya Angin
Untuk mengetahui daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan
persamaan 4 pada sub Bab 2.3.1. yaitu:
42
nilai massa jenis udara � diketahui dengan cara interpolasi dari tabel massa
jenis udara yang ada pada lampiran 1 , dari data suhu udara 29,4˚C maka � =
1,16 kg/�3 besarnya luas sapuan kincir (A) diketahui dengan persamaan :
A = d . t
dengan :
d : diameter kincir angin, m
t : tinggi kincir angin, m
maka dengan diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir angin(t) 0,60 m maka
daya angin (Pa) sebesar :
Pa = 0,5 . ρ . d . t .�3
Pa = 0,5. (1,16 kg/�3). (0,45 m). (0,60 m). (15,21 m/s) 3
Pa = 551,0353 watt
Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 551,0353 watt
4.2.2. Perhitungan Torsi
Untuk mengetahui perhitungan torsi pada kincir angin dapat dicari dengan
persamaan 8 pada sub Bab 2.2.3. yaitu :
T = r . F
dengan :
T : torsi akibat putaran poros kincir, Nm
r : jarak lengan ke poros, m
43
gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan :
F = m . a
dengan :
m : massa yang ditunjukkan pada neraca pegas, kg
a : percepatan gravitasi, �/�2
maka dengan jarak lengan 0,2 m, massa 0,32 kg dan percepatan gravitasi
9,81�/�2 besarnya gaya pengimbang (F) :
T = r . m . a
T = (0,2 m) . (0,32 kg ) . (9,81 �/�2)
T = 0,627 N.m
Jadi didapat torsi (T) sebesar 0,627 N.m
4.2.3. Perhitungan Daya Kincir
Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan
Persamaan 6 pada Sub Bab 2.3.2 yaitu :
�� =� .2.60�.�
dengan :
44
T : torsi kincir angin, Nm
n : putaran poros kincir, rpm
Maka dengan nilai torsi 0,627 N.m dan putaran poros 289,6 rpm besar
daya kincir adalah :
�� =� .2.60�.�
Pk = 0,627 . 2.�.289,6
60
Pk = 19,01 watt
Sehingga didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 19,01 watt
4.2.4. Perhitungan tip speed ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir
dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 9
pada Sub Bab 2.3.4 yaitu :
Tsr = �.�.�
30 .�
dengan :
r : jari-jari kincir, m
n : putaran poros, rpm
v : kecepatan angin, m/s
maka dengan jari-jari kincir 0,225 m, putaran poros 289,6 rpm dan
45
Sehingga didapatkan tsr sebesar 0,44
4.2.5. Perhitungan koefisien daya (Cp)
Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat dicari
dengan Persamaan 10 pada Sub Bab 2.3.5 yaitu :
Cp = ��
��
dengan :
Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt
Pa : daya yang dihasilkan angin, watt
maka dengan daya kincir 19,01 watt dan daya angin 551,0353watt besarnya
koefisien daya adalah :
46 4.3. Data Hasil Perhitungan
Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti Sub Bab 4.2, maka
untuk hasil pengolahan dan perhitungan data yang lain disajikan dalam Tabel
4.4 sampai Tabel 4.6.
Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu 60˚
No
Torsi Daya Angin Daya Kincir Koefisien Daya
47
Tabel 4.5. Data hasil perhitungan kincir angin dengan sudu kemiringan 70˚
No Torsi
Daya Angin
Daya
Kincir Koefisien Daya
48
Tabel 4.6. Data perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu 80˚
No Torsi
Daya Angin
Daya
Kincir Koefisien Daya
49 4.4. Grafik Hasil Perhitungan
Dari data hasil penelitian dan perhitungan, maka dapat dibuat beberapa
grafik hubungan antara torsi dan daya kincir, torsi dan putaran poros, serta Cp
dan tsr untuk setiap variasi.
4.4.1. Grafik Untuk Variasi Kincir Dengan Kemiringan Sudu 60˚
a. Grafik hubungan putaran poros dan torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka
dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir
angin untuk variasi kemiringan sudu 60˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
4.1. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa besarnya putaran poros berbanding
terbalik dengan torsi yang dihasilkan dan garis yang dibentuk berupa garis lurus
karena merupakan persamaan linier.
Gambar 4.1. Grafik hubungan putaran poros dan torsi
Untuk variasi kemiringan sudu 60˚
50
b. Grafik Hubungan Daya Kincir Dengan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka
dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir
angin untuk variasi kincir angin tanpa pengarah, seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 4.2. Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa hubungan
torsi dengan daya kincir membentuk suatu kurva poliminial karena
persamaanya merupakan persamaan kuadrat.
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dan torsi
Untuk variasi kemiringan sudu 60˚
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka
dapat dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio)
yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin kemiringan sudu 60˚,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. Dari grafik tersebut dapat
51
diketahui bahwa hubungan koefisien daya dengan tsr membentuk suatu kurva
polinomial yang mencapai puncak pada tsr 0,18 dan koefisien daya 0,012.
Gambar 4.3. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi 6 sudu dan kemiringan sudu 60˚
4.4.2. Grafik untuk variasi kincir dengan 6 buah sudu dan kemiringan
sudu 70˚
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka
dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan
kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dan kemiringan
sudu 70˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari gambar tersebut
dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,24 m/s kincir angin
0.000
0.000 0.050 0.100 0.150 0.200
Cp
52
menghasilkan putaran poros kurang lebih 230,9 rpm dan menghasilkan torsi
sebesar 0,72 Nm. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm
berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan.
Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran poros dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70˚
b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5
maka dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan
kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dan
kemiringan sudu 70˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5. Dari
gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,24 m/s
kincir angin menghasilkan torsi sebesar 0,72 Nm dan menghasilkan daya
kincir sebesar 17,4 watt.
53
Gambar 4.5. Grafik hubungan daya kincir dan torsi dengan variasi
Jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 70˚
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka
dapat dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio)
yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu
dan kemiringan sudu 70˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. Dari
gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada koefisien daya 0,042 dihasilkan
perbandingan kecepatan di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin
54
Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan tsr dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70˚
4.4.3. Grafik untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan
kemiringan sudu 80˚
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka
dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan
kincir angin untuk variasi kincir angin dengan jumlah sudu sebanyak 6 buah
dan kemiringan sudu 80˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. Dari
gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,11 m/s kincir
angin menghasilkan putaran poros kurang lebih 289,6 rpm dan menghasilkan
torsi sebesar 0.76 Nm, dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm
berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan.
0.0000
0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400
Cp
55
Gambar 4.7. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80˚
b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka
dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir
angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dengan kemiringan sudu
80˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8. Dari gambar tersebut dapat
diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,11 m/s kincir angin menghasilkan
56
Gambar 4.8. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80˚
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka
dapat dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio)
yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan jumlah sudu 6
buah dan kemiringan sudu 80˚, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9.
Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada koefisien daya 0,055
dihasilkan perbandingan kecepatan di ujung sudu kincir angin dengan
kecepatan angin kurang lebih 0,34.
57
Gambar 4.9. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu80˚
Dari data ketiga variasi kincir angin jenis WePower didapat grafik perbandingan
putaran kincir dan torsi ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.10.
Gambar 4.10. Grafik perbandingan putaran poros dengan torsi dari ketiga variasi kemiringan sudu kincir
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500
58
Dari data ketiga variasi kincir angin tersebut didapatkan grafik perbandingan
unjuk kerja unjuk ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.11.
Gambar 4.11. Perbandingan unjuk kerja ketiga variasi kincir angin
4.5. Pembahasan
Dalam penelitian ini telah berhasil membuat model kincir angin jenis
“Wepower” enam sudu dengan memvariasikan kemiringan sudu.
Memvariasikan kemiringan sudu ini diharapkan mampu meningkatkan unjuk
kerja kincir. Seperti telah diketahui sebelumnya bahwa kincir angin berfungsi
mengkonversi energi kinetik dari angin. Sudu-sudu kincir mengubah energi
tersebut menjadi energi mekanik yang dapat digunakan untuk berbagai
keperluan, seperti dihubungkan dengan pompa garam untuk mengisi tambak
petani garam, dihubungkan dengan generator untuk menghasilkan energi
listrik dan kebutuhan-kebutuhan lainnya. Untuk memperoleh data torsi kincir
angin diberikan variasi pembebanan. Pembebanan ini bertujuan untuk kemiringan sudu 60˚
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500
Cp
59
memberiakan efek pengereman pada poros kincir, beban yang diberiakan
mempunyai arah yang berlawanan dengan arah putaran poros sehingga gaya
yang berlawanan arah inilah yang menjadi data torsi pada kincir angin. Dari
hasil penelitian dengan memvariasikan ketiga jenis kincir angin yaitu kincir
angin dengan jumlah sudu 6 buah dengan memvariasikan kemiringan sudu
60˚,70˚ dan 80˚. Dapat dilihat pengaruh kemiringan sudu terhadap unjuk
kerjanya, yaitu kincir angin dengan kemiringan sudu 60˚ koefisien daya
sebesar 1,22 % pada kecepatan angin 15,63 m/s, kincir angin dengan
kemiringan sudu 70˚ mempunyai koefisien daya sebesar 4,2 % pada
kecepatan angin 15,24 m/s, dan kincir angin dengan kemiringan sudu 80˚
mempunyai koefisien daya sebesar 5,5 % pada kecepatan angin 15,11 m/s.
Dari grafik Betz Limit diketahui bahwa koefisien daya kincir angin
jenis “WePower” tertinggi adalah sebesar 31 %, namun pada penelitian ini
data yang diperoleh koefisien daya maksimal dari variasi drajat kemiringan
sudu 60˚,70˚ dan 80˚ yaitu 5,5%. Koefisien daya yang dihasilkan belum
cukup maksimal karena lebih banyak angin yang masuk ke sudu down wind
dari pada angin yang masuk pada sisi up wind dan berat dari kincir yang kami
buat tidak sebanding dengan luasan sapuan angin, sehingga daya yang di
60
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari pengujian model kincir angin jenis “WePower” yang telah
dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Telah dibuat kincir angin jenis “WePower” dengan sudu tebuat dari
potongan pipa PVC 8 inci dan memotong pipa PVC dengan ukuran 120˚
kemudian memvariasikan drajat kemiringan sudu.
2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin dengan jumlah
sudu 6 buah dan kemiringan sudu 60˚ adalah sebesar 1,22 % dengan nilai
tsr 0,18. Koefisien daya maksilal yang dimiliki kincir angin jenis
WePower dengan variasi jumlah sudu dengan kemiringan sudu 70˚ adalah
4,2 % dengan nilai tsr 0,21. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan
kincir angin WePower dengan variasi jumlah sudu dengan kemiringan
sudu 80˚ adalah 5,5% dengan nilai tsr 0,34.
3. Dengan melihat gambar grafik 4.10 maka dapat disimpulkan kincir angin
dengan variasi kemiringan sudu 80˚ memiliki torsi yang terbaik namun
putarannya rendah karena besarnya torsi berbanding terbalik dengan torsi
yangdidapat. Dengan melihat dari gambar grafik 4.11 maka dapat
disimpulkan kincir angin WePower dengan jumlah sudu 6 buah dan
61 5.2. Saran
Setelah dilakukan penelitian ini ada beberapa hal dapat menjadi saran
untuk penelitian selanjutnya antara lain :
1. Bisa dilakukan penelitian lebih lanjut menggungakan bahan yang lebih
ringan dari pada pipa PVC.
2. Untuk penelitian lebih lanjut bisa ditambahkan pengarah datangnya
angin.
3. Kepresisian dalam pemasangan kincir angin perlu diperhatikan untuk
mendapatkan hasil yang akurat.
4. Untuk penelitian selanjutnya khusus untuk kincir angin poros vertikal
lebih memperhatikan bearing yang ada pada dudukan poros kincir
62
DAFTAR PUSTAKA
Dewi Aryani. 2012. Skenario Kebijakan Energi Indonesia Hingga Tahun 2035. pada : http://20314950-D 1341- Skenario Kebijakan- full text_2pdf(diakses 25 Agustus 2013)
Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. BALAI PPTAGG-UPT-LAGG. Diakses : Tanggal
5 Agustus 2013.
Endro Pramulat Sito 2011. Unjuk Kerja Model Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Sirip-Sirip Pengarah Pada Lingkar
Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan.
Diakses : Tanggal 5 September 2013.
Robert Harrison dkk 2000. Large Wind Turbin Design And
Economic.New York : jhon wiley & sons,ltd.
http://www.unikgaul.com/2013/01/7- kincir-angin-
tercanggih-didunia.html, diakses,15 Mei 2013 )
63
LAMPIRAN
