Unjuk kerja kincir angin tipe propeler dua sudu dari bahan pipa PVC 6 IN

(1)

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU

DARI BAHAN PIPA PVC 6 IN

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

LEONARDO BAYU ADI PRASETYA NIM : 115214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

TWO BLADES PROPELLER OF 6 INCH PVC PIPE WIND

TURBINE PERFORMANCE

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the bachelor degree

TITLE PAGE

Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department

by

LEONARDO BAYU ADI PRASETYA Student Number: 115214022

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

iii

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU

DARI BAHAN PIPA PVC 6 IN

Disusun Oleh:

LEONARDO BAYU ADI PRASETYA NIM : 115214022

Telah Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing:

Ir. Rines, MT

(4)

iv

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU

DARI BAHAN PIPA PVC 6 IN

Yang dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA : LEONARDO BAYU ADI PRASETYA N.I.M : 115214022

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 15 Januari 2013

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda tangan

Ketua : Ir. PK. Purwadi, MT ...

Sekretaris : A. Prasetyadi, S. Si., M. Si. ...

Anggota : Ir. Rines, MT ...

Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 15 Januari 2013 Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

Dekan

DAFTAR DEWAN PENGUJI

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir dengan judul:

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU

DARI BAHAN PIPA 6 PVC IN

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat di : Yogyakarta Pada tanggal : 15 Januari 2013 Penulis

(6)

vi

INTISARI

Pengembangan energi angin dengan cara yang cepat dan ringkas sangat diperlukan untuk percepatan dalam memenuhi kebutuhan energi di wilayah tertinggal serta untuk mengantisipasi krisis energi sebagai akibat dari berkurangnya sumber energi fosil. Penelitian pada kincir angin tipe propeler dengan bahan sudu pipa PVC berdiameter 6 inch bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja kincir pada kemiringan sudu 0°, 10°, dan 20° terhadap arah putar serta pengaruh pemasangan moncong pengarah angin.

Kincir berdiameter 800 mm diuji dalam lorong angin di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Variasi unjuk kerja kincir angin pada posisi kemiringan sudu 0°, 10°, dan 20° dilakukan dengan dan tanpa pemasangan moncong. Pengambilan data meliputi kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengereman.

Kincir angin dengan kemiringan sudu 20° menghasilkan daya maksimal sebesar 19,1 watt pada kecepatan angin 7,3 m/s, koesfisien daya (Cp) maksimal yang dihasilkan sebesar 14,1% pada tip speed ratio (tsr) 1,75, pemasangan moncong menambah Cp maksimal sebesar 2,5%. Pada kemiringan sudu 10°, kincir angin menghasilkan daya maksimal sebesar 30,35 watt pada kecepatan angin 7,1 m/s, Cp maksimal yang dihasilkan sebesar 24% pada tsr 3,4, pemasangan moncong menambah Cp maksimal sebesar 2,1%. Pada kemiringan sudu 0°, kincir angin menghasilkan daya maksimal sebesar 29,58 watt pada kecepatan angin 7,01 m/s, Cp maksimal yang dihasilkan sebesar 26% pada tsr 4,25, pemasangan moncong menambah Cp maksimal sebesar 4,6%. Unjuk kerja terbaik dihasilkan oleh kincir angin dengan kemiringan sudu 0°.

(7)

vii

ABSTRACT

Research to produce simple and reliable wind turbine is compulsory effort to fullfill the demand of energy, especially for remote area. This research using 6 inch PVC pipe of wind turbine blades to know wind turbine performance on blade position 0°, 10°, and 20° to the direction of blade rotary and also performance when the winds directional spout when installed or not.

Wind turbine with 800 mm in swap diameter being tested on Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Wind turbine performance test on variation of blade position 0°, 10°, and 20° to the direction of blade rotary were done with installation and unistallation wind directioanl spout. Data were taken on this performance test include wind speed, rotation, and brake load.

The result of 20° blade position shown that wind turbine maximum power is 19.1 watt at 7.3 m/s of wind velocity, maximum power coefficient (Cp) is 14.1% at 1.75 of tip speed ratio (tsr), wind directional spout increased 2.5% of tsr. The result of 10° blade position shown that wind turbine maximum power is 30.35 watt at 7.1 m/s of wind velocity, maximum power coefficient (Cp) is 24% at 3.4 of tip speed ratio (tsr), wind directional spout increased 2.1% of tsr. The result of 0° blade position shown that wind turbine maximum power is 29.6 watt at 7.01 m/s of wind velocity, maximum power coefficient (Cp) is 26% at 4.25 of tip speed ratio (tsr) wind directional spout increased 4.6% of tsr. The best result of wind turbine performance test is wind turbine with 0° blade position.

(8)

viii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Leonardo Bayu Adi Prasetya

Nomor mahasiswa : 115214022

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Karya Ilmiah saya yang berjudul:

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU DARI BAHAN PIPA 6 PVC IN

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikiansaya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mendistribusi secara terbatas, dan mempublikasikan di Internet untuk kepentingan akademis tanpa perlu ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan seksama.

Dibuat di Yogyakarta

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas semua kebaikan yang telah dilimpahkan-Nya dalam keadaan apapun sehingga penulis mampu menyelesaikan studi dengan hasil yang memuaskan dan menyusun Tugas Akhir dengan judul UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU DARI BAHAN PIPA 6 PVC IN

Tugas akhir ini dibuat guna menyelesaikan studi dan mendapatkan gelar sarjana pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penyusunan Tugas Akhir ini tentunya sangat berat, namun dengan bantuan, bimbingan, dan masukan yang baik dari berbagai pihak, penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir dengan hasil yang baik. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan rasa terimakasih 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 Ir. Rines, MT, sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.

5. Seluruh Dosen, Staf Karyawan, dan Laboran Universitas Sanata Dharma yang telah bekerja keras melayani semua hal demi kelancaran pendidikan. 6. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah

mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Para Volunteer di Kampung Sosial Pingit, rekan-rekan Vitalis ATMI Surakarta yang telah mewarnai kehidupan penulis selama menyelesaikan studi S-1.

(10)

x

9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Semoga dengan naskah tugas akhir yang telah disusun ini dapat memberi banyak manfaat bagi penerapan teknologi tepat guna untuk masa depan yang lebih baik serta menjadi sumber inspirasi bagi mahasiswa maupun pembaca lainya untuk menciptakan inovasi dalam karya teknologi. Ketidaksempurnaan penulisan naskah ini menjadi cambuk bagi penulis untuk terus belajar, maka segala bentuk kritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Penulis mohon maaf jika terdapat kesalahan dan informasi yang kurang dalam naskah ini.

Yogyakarta, 15 Januari 2013

(11)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

INTISARI ... vi

ABSTRACT ... vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

ISTILAH PENTING ... xv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL ... xx

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Tujuan Penelitian ... 4

(12)

xii

2.1 Konsep Dasar Terbentuknya Angin ... 5

2.2 Kincir Angin ... 6

2.2.1 Kincir Angin Poros Vertikal ... 7

2.2.2 Kincir Angin Poros Horisontal ... 8

2.3 Rumus Perhitungan ... 10

2.3.1 Energi Angin ... 10

2.3.2 Torsi Kincir ... 12

2.3.3 Kecepatan Sudut Kincir ... 13

2.3.4 Daya yang Dihasilkan Kincir Angin ... 13

2.3.5 Tip Speed Ratio ... 14

2.3.6 Koefisien Daya Kincir ... 14

3.1 Skema Kerja Penelitian ... 17

3.2 Obyek Penelitian ... 18

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ... 18

3.4 Alat dan Bahan ... 18

3.5 Variabel Penelitian ... 25

3.6 Parameter Penelitian yang Dihitung ... 26

3.7 Langkah Pengambilan Data ... 26

3.8 Langkah Pengolahan Data ... 27

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA ... 29

4.1 Hasil Pengambilan Data. ... 29

(13)

xiii

4.1.2 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Sudu 10° Terhadap

Arah Putar Kincir. ... 32

4.1.3 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Sudu 0° Terhadap Arah Putar Kincir. ... 35

4.2 Proses Pengolahan Data Hasil Pengujian. ... 38

4.2.1 Perhitungan Daya yang Tersedia Dalam Angin (P in) ... 38

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (P out) ... 38

4.2.1 Perhitungan Tip Speed Ratio ... 39

4.2.1 Koefisien Daya Kincir (Cp) ... 40

4.3 Hasil Pengolahan Data Pengujian. ... 40

4.3.1 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 20° Dengan Pemakaian Moncong ... 40

4.3.2 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 20° Tanpa Pemakaian Moncong ... 43

4.3.3 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 10° Dengan Pemakaian Moncong ... 45

4.3.4 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 10° Tanpa Pemakaian Moncong. ... 47

4.3.5 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 0° Dengan Pemakaian Moncong. ... 49

4.3.6 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 0° Tanpa Pemakaian Moncong. ... 51

(14)

xiv

4.4.1 Variasi Sudut Sudu 20° Terhadap Arah Putar Kincir ... 53

4.4.4 Analisa Grafik Pada Setiap Variasi Kincir Angin ... 65

BAB V KESIMPULAN ... 69

5.1 Kesimpulan ... 69

5.2 Saran ... 70

DAFTAR PUSTAKA ... 71

(15)

xv

ISTILAH PENTING

Simbol Keterangan

v Kecepatan angin (m/s)

n Kecepatan putar kincir (rpm)

F Gaya pengimbang (N)

A Luas penampang (m2)

T Torsi (N.m)

ω Kecepatan sudut (rad/sec)

P in Daya yang tersedia oleh angin (watt) P out Daya yang dihasilkan kincir (watt) tsr Tip speed ratio

Cp Koefisien daya (%)

r Jarak lengan torsi (m)

d Diameter kincir (m)

(16)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Peta Potensi Angin Indonesia ... 6

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal: (a) Kincir Angin Savonius, (b) Kincir Angin Daerius, (c) Kincir Angin Mag ... 8

Gambar 2. 3 Kincir Angin Poros Horisontal: (a) Kincir Angin Propeler, (b) American Wind Mill, (c) Cretan Wind Mill, (d) Dutch Four Arm Wind Mill. ... 9

Gambar 2. 4. Ilustrasi Energi Angin ... 11

Gambar 2. 5. Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (tsr) Dari Beberapa jenis Kincir. ... 15

Gambar 3. 1. Skema Kerja Penelitian ... 17

Gambar 3. 2. Posisi Sudu Kincir: (a) posisi 0°, (b) posisi 10°, (c) posisi 20 °. ... 18

Gambar 3.3. Desain Kincir Angin Tipe Propeler Dua Sudu ... 19

Gambar 3.4. Bagian-Bagian Pemegang Sudu Kincir ... 20

Gambar 3.5. Komponen Kincir Angin: (a) Sudu Kincir, (b) Sistem Pengereman, (c) Moncong. ... 21

Gambar 3. 6. Peralatan Penunjang Pengambilan Data: (a) Terowongan Angin, (b) Blower, (c) Anemometer, (d) Tachometer, (e) Neraca Pegas. ... 23

(17)

xvii

Gambar 4. 2 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 20°

terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong. ... 54 Gambar 4. 3 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan

daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian

moncong. ... 55 Gambar 4. 4 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan

daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan

sudu 20° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong. ... 55 Gambar 4. 5 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed

ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 20° terhadap arah

putar kincir. ... 57 Gambar 4. 6 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan

kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 10°

terhadap arah putar kincir dengan pemakain moncong. ... 58 Gambar 4. 7 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan

kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 10°

terhadap arah putar kincir tanpa pemakain moncong. ... 58 Gambar 4. 8 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan

daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian

(18)

xviii

Gambar 4. 9 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan

sudu 10° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong. ... 59 Gambar 4. 10 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed

ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 10° terhadap arah

putar kincir. ... 61 Gambar 4. 11 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir

dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan pemasangan

moncong. ... 62 Gambar 4. 12 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir

dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa pemasangan

moncong. ... 62 Gambar 4. 13 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir

dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan

pemasangan moncong. ... 63 Gambar 4. 14 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir

dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa

(19)

xix

Gambar 4. 15 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 0° terhadap arah

putar kincir. ... 65 Gambar 4.16 Grafik hubungan torsi dan kecepatan putar masing-masing

variasi kincir pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s). ... 66 Gambar 4. 17 Grafik hubungan torsi dan daya kincir masing-masing variasi

kincir pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s). ... 67 Gambar 4. 18 Grafik perbandingan koefisien daya kincir pada setiap variasi

(20)

xx

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan moncong ... 30 Tabel 4. 2 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20° terhadap arah

putar kincir tanpa moncong ... 31 Tabel 4. 3 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah

putar kincir dengan moncong. ... 32 Tabel 4. 4 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah

putar kincir tanpa moncong. ... 34 Tabel 4. 5 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 0° terhadap arah

putar kincir dengan moncong. ... 36 Tabel 4. 6 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 0° terhadap arah

putar kincir tanpa moncong. ... 37 Tabel 4. 7 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,28 m/s pada variasi

kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong. ... 40 Tabel 4. 8 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 6,58 m/s pada variasi

(21)

xxi

Tabel 4. 12 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,14 m/s pada variasi

kemiringan sudut sudu 20° tanpa pemasangan moncong. ... 43 Tabel 4. 13 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 6,91 m/s pada variasi

(22)

xxii

(23)

xxiii

(24)

(25)

1

BAB I

PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

(26)

Salah satu keanekaragaman sumber energi terbarukan di indonesia adalah pemanfaatan tenaga angin. Pemanfaatan tenaga angin yang paling populer adalah dengan menggunakan kincir angin. Kincir angin merupakan alat pengonversi energi angin menjadi energi listrik maupun mekanik sehingga bisa menjadi salah satu solusi untuk menggantikan energi fosil. Kemudahan instalasi, perawatan, dan biaya yang murah sangat tergantung dari desain kincir itu sendiri. Maka kincir angin harus memiliki desain yang sederhana serta menjalani uji kerja dan penelitian sebelum proses produksi untuk menekan biaya pengerjaan.

Desain kincir angin yang akan diteliti adalah kincir angin poros horisontal dua sudu dengan jenis propeller wind mill. Sudu dari kincir angin ini dibuat dari pipa PVC 6 inch dengan bentuk yang bervariasi. Kincir dengan dua sudu ini akan mudah dibuat, sederhana dalam pengepakan,dan mudah dalam instalasinya. Sehingga proses pengembangan energi listrik dipelosok bisa dipercepat dan kebutuhan energi di kota-kota besar Indonesia terjamin dari krisis energi sebagai alternatif dari eksploitasi sumber energi tak terbarukan.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:

1. Banyak daerah terpencil di Indonesia yang belum dialiri listrik, sementara di kota-kota besar kebutuhan energi meningkat.

2. Pemanfaatan energi angin yang murah dan mudah dalam aplikasinya. 3. Untuk mendapatkan efisiensi maksimal diperlukan kincir angin sebagai

(27)

4. Tuntutan perkembangan teknologi energi masa depan yang memenuhi prasyarat ramah lingkungan.

5. Mendapatkan rancangan kincir angin yang memenuhi aspek kesederhanaan, mudah dalam pemasangan, dan mudah dalam perawatan. 1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diperlukan untuk memfokuskan dalam pembahasan penelitian ini adalah:

1. Penelitian dibatasi pada perhitungan daya, dan koefisien daya kincir yang dihasilkan dari variasi ukuran sudu, pemasangan moncong, kecepatan angin, dan besar sudut posisi sudu terhadap arah datangnya angin.

2. Penelitian kincir angin poros horisontal dua sudu terbuat dari potongan pipa 6” dengan diameter sapuan 800 mm.

3. Besar sudut sudu kincir yang divariasikan terhadap arah putar kincir yaitu 0°, 10°, dan 20°.

4. Kerapatan udara (ρ) yang menjadi acuan yakni sebesar 1,18 kg/m3

5. Penelitian dilakukan pada terowongan angin di Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan melalui hasil penelitian ini adalah:

1. Sebagai sumber informasi tentang unjuk kerja kincir angin dua sudu yang terbuat dari potongan pipa.

(28)

3. Memberi manfaat bagi percepatan pengembangan teknologi energi terbarukan.

4. Mendorong munculnya industri pemroduksi alat-alat pengonversi energi. 5. Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah yang mempunyai

potensi energi angin untuk memberdayakan energi alternatif. 1.5 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Membuat kincir angin poros horisontal tipe propeller dua sudu dari pipa 6 in dengan diameter sapuan 800 mm.

2. Memperoleh data karakteristik kincir angin menurut hubungan koefisien daya kincir (Cp) dengan tip speed ratio (tsr).

3. Mengetahui besarnya daya maksimal yang dihasilkan kincir, koefisien daya dan pengaruh pemasangan moncong pada kincir dengan kemiringan sudu 0°.

(29)

5

BAB II

DASAR TEORI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Terbentuknya Angin

Energi angin semula berawal dari matahari dan Bumi yang berputar menerima panas dari matahari secara bergantian. Ketika matahari memanaskan sebagian luasan daerah di permukaan bumi, udara yang berada di daerah itu menyerap panas yang dilepaskan pada daerah tersebut. Udara yang dipanaskan ini akan memuai sehingga berpengaruh terhadap penurunan massa jenis. Udara yang lebih panas ini akan lebih ringan daripada udara dingin di sekitarnya karena penurunan massa jenis, akibatnya udara panas ini bergerak naik. Hal ini dapat dibuktikan melalui pengamatan balon udara yang bergerak naik karena berisi udara yang lebih panas. Jika udara panas ini bergerak naik, maka tekanan udara turun karena udara pada tempat itu berkurang. Udara yang lebih dingin di sekitarnya akan mengalir ke tempat yang bertekanan lebih rendah tadi. Naiknya udara ini akan menjaga tekanan udara di daerah tersebut tetap normal sesuai kondisi semula. Ketika udara yang lebih panas ini bergerak naik secara tiba-tiba, udara yang lebih dingin mengalir cepat untuk mengisi celah yang ditinggalkan oleh udara yang bergerak naik tersebut. Udara yang bergerak menuju celah dengan kecepatan tertentu inilah yang disebut dengan angin. (Sumber: http://express.howstuffworks.com/exp-wind-power.htm, tanggal 27 Juli 2012).

Indonesia memiliki total garis pantai mencapai 81.000 km dengan kecepatan

angin rata-rata 3 sampai 5 m/s, di beberapa tempat bisa mencapai 10 m/s.

(30)

diperkirakan mencapai 9 GW. Hal ini merupakan potensi besar jika dimanfaatkan

untuk memanen energi untuk ketahanan energi nasional.

Gambar 2. 1. Peta Potensi Angin Indonesia (Sumber: konversi.wordpress.com, 19 September 2012)

Tantangan pengembangan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia

adalah isu atau masalah klasik tentang kecepatan angin di Indonesia yang lebih

rendah jika dibandingkan negara-negara Eropa Utara dan Amerika. Selain itu,

fluktuasi kecepatan angin tersebut sering membuat turbin tidak bekerja maksimal. Namun kendala tersebut bisa diatasi dengan teknologi generator dan konverter daya dimana dengan kecepatan angin rendah sekitar 2,5 m/s alat masih mampu mengonversi energi angin menjadi energi listrik.

(Sumber: http://www.hijauku.com/2012/04/10/indonesia-pun-bisa-memanen-angin/, 19 September 2012)

2.2 Kincir Angin

(31)

berbagai keperluan. Jika energi mekanik ini digunakan sebagai pembangkit listrik maka alat ini disebut turbin angin atau wind turbine. Sedangkan jika digunakan untuk menggerakan peralatan yang bersifat mekanik seperti penggilingan granulat atau proses pemompaan maka alat ini disebut kincir angin atau windmill. Kincir angin terdahulu banyak ditemukan di Belanda, Denmark, dan negara-negara Eropa. Pada waktu itu penggunaannya lebih banyak untuk proses memompa air, menumbuk hasil pertanian dan penggilingan. Kini desain kincir angin semakin disempurnakan dan lebih banyak digunakan sebagai pembangkit listrik. (Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, tanggal 27 Juli 2012)

Berdasarkan posisi porosnya, jenis kincir angin dibedakan menjadi dua yaitu kincir angin poros vertikal dan kincir angin poros horisontal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Vertikal

(32)

Kerugian dari jenis kincir ini adalah putaran yang dihasilkan kecil sehingga energi yang diperoleh pun kecil, sehinga efisiensi kincir ini lebih kecil dibanding kincir dengan poros horisontal. Secara ekonomis, pembuatan kincir ini memerlukan jumlah material yang banyak. (Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, tanggal 27 Juli 2012)

(a) (b) (c)

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal: (a) Kincir Angin Savonius, (b) Kincir Angin Daerius, (c) Kincir Angin Mag

(Sumber: http://www.ecosources.info)

Ada banyak jenis kincir angin jenis poros vertikal yang dikembangkan dengan berbagai variasi dan kelebihannya. Kincir poros vertikal yang sudah umum diteliti dan dikembangkan antara lain kincir Savonius, kincir angin Darius, dan kincir Mag.

2.2.2 Kincir Angin Poros Horisontal

(33)

yang maksimal. Sudu dari kincir ini dibuat sedemikian rupa dengan penambahan penguat atau stiffener untuk menghindari deformasi atau lengkungan yang diakibatkan hembusan angin yang kuat.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2. 3 Kincir Angin Poros Horisontal: (a) Kincir Angin Propeler, (b) American Wind Mill, (c) Cretan Wind Mill, (d) Dutch Four Arm Wind Mill.

(Sumber: http://www.ristek.go.id)

(34)

mengoptimalkan daya angin yang dikonversi menjadi energi listrik maupun mekanis.

Dalam skala besar jika dibandingkan kincir angin poros vertikal, kincir jenis ini lebih banyak digunakan dalam pembangkit tenaga listrik karena mampu mengonversi tenaga angin dengan kecepatan tinggi. Banyaknya material dalam pembuatan kincir jenis poros horisontal lebih sedikit dibanding jenis poros vertikal. Dengan adanya gaya angkat angin, kecepatan putar pada kincir jenis ini lebih besar dari pada kecepatan angin.

Beberapa kekurangan kincir ini jika dibandingkan jenis poros vertikal yaitu instalasi yang lebih sulit karena menggunakan menara yang tinggi. Posisi menara yang tinggi ini juga menyulitkan pada saat proses perbaikan atau maintenance sehingga memerlukan biaya ekstra. Karena harus menyesuaikan dengan arah angin maka konstruksi kincir ini lebih rumit, mengingat bahwa komponen tambahan seperti kotak roda gigi dan generator terpasang di atas menara dan terhubung dengan poros utama. (Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, tanggal 27 Juli 2012)

2.3 Rumus Perhitungan

Data penelitian yang diolah berpedoman pada rumus-rumus perhitungan untuk menganalisa unjuk kerja dari variasi kincir yang diuji.

2.3.1 Energi Angin

(35)

(m) dan kecepatan (v). Hal ini menunjukan bahwa angin merupakan energi kinetik (Ek).

Gambar 2. 4. Ilustrasi Energi Angin =1

2∙ ∙

2 ₍₁₎

keterangan:

: energi kinetik (joule) : massa udara (kg) v : kecepatan angin (m/s) A : luas penampang kincir (m2)

B : hasil kali kecepatan angin dan waktu

: massa jenis udara (kg/m3), besarnya massa jenis udara = 1,18 kg/m3

Pada skema energi angin (Gambar 2.4) diperlihatkan untuk mencari besarnya massa udara dengan mengilustrasikan udara yang melewati kincir menyerupai tabung. Besarnya massa udara diperoleh melalui perhitungan berikut:

(36)

B = v∙

= ∙ ∙

= ∙ ∙ ∙ (2)

Dalam perhitungan selanjutnya, dari Persamaan (2) dapat ditentukan laju aliran masa per satuan waktu:

= ∙ ∙ (3)

: Laju alir massa udara (kg/s)

Dengan mendapatkan laju alir massa per satuan waktu pada Persamaan (3), daya aliran angin dalam satuan watt dapat ditentukan melalui persamaan berikut:

�� = 1 2∙ ∙

2 ₍₄₎

�� : Daya yang tersedia pada angin (watt)

Substitusi anatara persamaan (3) dan (4) akan menghasilkan bentuk lain dalam perhitungan daya yang disediakan oleh angin:

�� =

Dengan harga ρ sebesar 1,18 kg/m3, perhitungan daya yang disediakan oleh angin dapat disederhanakan menjadi:

�� = 0,6∙ ∙ 3 (6)

2.3.2 Torsi Kincir

(37)

sepanjang (r) terhadap sumbu putar poros, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut:

�= ∙ (7)

T : torsi kincir (Nm) F : gaya pembebanan (N) r : panjang lengan torsi (m)

2.3.3 Kecepatan Sudut Kincir

Pada saat pengambilan data di lapangan, besarnya kecepatan sudut kincir angin diperoleh melalui besarnya angka putaran yang dihasilkan dengan satuan putaran per menit (rpm). Besarnya angka putaran dalam rpm akan dikonversikan menjadi radian per sekon.

�= 2

60 . (8)

ω : Kecepatan sudut (rad/sec) n : Putaran per menit (rpm)

2.3.4 Daya yang Dihasilkan Kincir Angin

Daya yang diperoleh melaui poros kincir angin merupakan transformasi energi kinetik yang diperoleh dari angin. Susunan sudu pada kincir ini mengubah aliran udara menjadi gerakan yang memutar poros. Dengan variabel data kecepatan sudut dan torsi yang terdapat pada kincir maka besarnya daya yang dihasilkan kincir dapat diketahui.

Pout = � ∙ � (9)

(38)

2.3.5 TipSpeed Ratio

Tip speed ratio (tsr) merupakan perbandingan antara kecepatan linier pada ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin sebelum melewatt sudu kincir. Besarnya tsr dapat ditulis secara matematis dengan rumus berikut:

= ∙ ∙

60∙ ʋ (10)

D : diameter kincir (m)

n : putaran per menit yang dihasilkan kincir (rpm) v : kecepatan angin sebelum melewatt sudu kincir (m/s)

2.3.6 Koefisien Daya Kincir

Koefisien daya kincir (Cp) disebut juga efisiensi kincir. Angka ini merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang disediakan angin (Pin). Pada kenyataannya tidak semua energi yang disediakan oleh angin dapat ditransformasikan oleh sudu-sudu kincir menjadi gerak putar poros. Perbandingan tersebut dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

=�

�� .100% (11)

Cp : koefisien daya kincir

Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt) Pout : daya yang dihasilkan oleh kincir (watt)

(39)

dengan Batas Bezt. Teori Batas Bezt ini mengklaim ketidakmungkinan suatu desain kincir jenis apapun untuk mencapai angka efisiensi yang melebihi pada kisaran anggka 59% karena desain kincir terbaik pun tidak akan mampu menyerap seluruh energi kinetik yang tersedia pada aliran angin.

Gambar 2. 5. Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (tsr) Dari Beberapa jenis Kincir.

(40)

(41)

17

BAB III

METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Kerja Penelitian

Tahapan kerja dalam unjuk kerja kincir angin poros horisontal dua sudu dilakukan seperti pada skema kerja Gambar (3.1)

MULAI

Perancangan Kincir Angin Tipe Propeler 2

Sudu

Pembuatan Prototip Kincir Angin Tipe Propeler 2 Sudu

Variasi Sudut 0, 10, 20

Pemasangan

moncong Tanpa moncong

Pengambilan Data n, v, dan F

Pengolahan Data Pin, Pout, tsr, Cp

Pembahasan dan Penyusunan Laporan

SELESAI

(42)

3.2 Obyek Penelitian

Model kincir angin yang diteliti unjuk kerjanya adalah kincir angin poros horisontal dengan jenis propeller dua sudu. Sudu kincir ini dibuat dengan menggunakan bahan pipa berukuran 6 in. Variasi posisi sudut sudu kincir terhadap arah putar sudu kincir dari masing-masing sudu adalah 0°, 10°, dan 20 °. Pengambilan data dari ketiga variasi sudu divariasikan lagi dengan pemakaian moncong pengarah angin dan tanpa pemakaian moncong.

(a) (b) (c)

Gambar 3. 2. Posisi Sudu Kincir: (a) posisi 0°, (b) posisi 10°, (c) posisi 20 °. 3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Proses yang terkait mulai dari perancangan model, pembuatan model, pengambilan data, penelitian dilakukan mulai bulan Juni 2012 sampai September 2012 dengan menggunakan fasilitas Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.4 Alat dan Bahan

(43)

1 5

2 4

3

Gambar 3.3. Desain kincir angin tipe propeler dua sudu

Pembahasan secara detail dari bagian-bagian penting kincir pada gambar (3.2) adalah sebagai berikut:

1. Tiang Penyangga Kincir

Fungsi dari Tiang Penyangga Kincir adalah untuk menopang keseluruhan komponen pada kincir. Bahan dalam pembuatannya menggunakan pipa berukuran 1,5 in. Rumahan bantalan dibuat dengan menggunakan profil persegi berukuran 60 x 60 mm. Komponen tiang penyangga dibuat dengan sambungan pengelasan.

2. Pemegang Sudu Kincir

(44)

a

b

Gambar 3.4. Bagian-Bagian Pemegang Sudu Kincir Keterangan gambar:

a. Support b. Blade Holder

Blade holder dan support di terpasang seperti pada Gambar (3.3), posisi ini membuat kedua jenis komponen itu dapat diatur posisinya sehingga besar sudut sudu kincir terhadap arah datang angin dapat divariasikan. Pemasangan blade holder pada support menggunakan pengencang set screw M4. Blade holder terbuat dari plat MS (mild steel) yang disambung secara pengelasan pada aksis dengan bahan MS berdiameter 6 mm. Sedangkan support terbuat dari alumunium.

3. Sudu Kincir

(45)

mm. Untuk memperoleh diameter kincir sebesar 800 mm maka kedua sudu dibuat masing-masing sepanjang 380 mm. Bentuk sudu dibuat meruncing ke ujung dengan sudut 10°. Sudu dipasang pada blade holder untuk mengatur variasi sudut terhadap arah datang angin.

(a) (b)

(c)

Gambar 3.5. Komponen Kincir Angin: (a) Sudu Kincir, (b) Sistem Pengereman, (c) Moncong.

4. Moncong

(46)

terhadap hasil pengambilan data. Pembuatan moncong menggunakan bahan fiber glass dengan pertimbangan beban yang ringan.

5. Sistem Pembebanan

Sistem pembebanan pada penelitian ini dengan menggunakan sistem pengereman melalui sebuah piringan. Tujuan sistem pembebanan ini adalah untuk mencari besarnya momen puntir yang dihasilkan oleh kincir yang diakibatkan oleh beban atau gaya pengereman. Besar gaya pengereman pada piringan ini dapat diatur dengan besar beban tertentu. Prinsip kerja pembebanan ini adalah dengan memberi gaya pengereman pada sebuah piringan yang terhubung pada poros utama kincir angin. Piringan yang terbebani ini akan menarik neraca pegas dengan panjang lengan tertentu. Torsi diperoleh melalui angka yang terbaca pada neraca pegas dikalikan dengan panjang lengan torsi.

Pengambilan data unjuk kerja kincir angin tipe propeler dua sudu memerlukan peralatan penunjang yang sangat vital sebagai sarana simulasi sumber angin dan alat ukur yang terkalibrasi untuk mencatat prestasi yang dicapai dalam pengujian kincir, peralatan tersebut antara lain:

1. Terowongan Angin

(47)

dibuat lebih rendah daripada tekanan udara sekitar. Pengurangan tekanan ini dengan menggunakan blower yang diatur pada jarak yang bervariasi hingga mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan sesuai yang ditunjukan pada anemometer.

(a) (b)

(c) (d)

(e)

(48)

2. Blower

Hembusan angin yang terjadi pada terowongan angin dibuat dengan menciptakan tekanan yang lebih rendah pada ruangan terowongan terhadap tekanan udara sekitar. Tekanan yang lebih rendah ini terjadi karena udara yang berada dalam ruang terowongan disedot keluar menuju udara sekitar sehingga tekanan yang berada dalam terowongan menjadi lebih rendah dan udara luar mengalir untuk menyeimbangkan tekanan. Penghisapan udara ini menggunakan blower yang digerakan oleh motor listrik 5,5 kw yang ditransmisikan pada poros baling-baling penghisap dengan transmisi puli. 3. Anemometer

Pengaturan kecepatan angin sesuai kebutuhan pengambilan data menggunakan indikator anemometer. Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan angin. Dalam pengukuran kecepatan angin sesuai dengan data yang diutuhkan, posisi anemometer diletakan di bagian depan terowongan angin. Kecepatan angin yang diperoleh ditampilkan dalam bentuk digital pada display anemometer yang dipakai.

4. Tachometer

(49)

karena perbedaan intensitas yang diakibatkan oleh reflektor. Reflektor ini dipasang pada sebuah piringan yang terdapat pada alat pembebanan.

5. Neraca Pegas

Dalam pengolahan data diperlukan variabel berupa torsi atau momen puntir yang diderita poros kincir. Torsi pada kincir dapat diketahui dengan mengukur beban pengimbang torsi yang dialami kincir. Beban ini diukur dengan mengguanakan neraca pegas. Neraca pegas terpasang pada sebuah lengan dengan jarak tertentu dari sumbu putar kincir yang telah ditentukan.

3.5 Variabel Penelitian

Untuk memperoleh rancangan kincir yang mampu bekerja secara maksimal diperlukan eksperimen dengan variabel pemasangan kincir. Variabel yang

digunaan dalam penelitian yaitu

1. Variasi pembebanan pada kincir angin untuk memperoleh besar torsi yang dihasilkan.

2. Variasi posisi sudut sudu terhadap arah putar kincir yaitu sebesar 0°, 10°, dan 20°.

3. Variasi pemasangan dengan atau tanpa moncong pada kincir angin. 4. Variasi kecepatan angin.

Variabel yang diukur dalam penelitian yang didapat dari variasi tersebut antara lain:

1. Kecepatan angin (ʋ)

(50)

3.6 Parameter Penelitian yang Dihitung

Untuk mendapatkan rancangan terbaik dari variasi kincir angin dalam penelitian, parameter yang dihitung dan pertimbangan adalah:

1. Daya yang tersedia pada angin (Pin) 2. Daya yang dihasilkan kincir (Pout) 3. Koefisien daya kincir (Cp)

4. Kecepatan ujung sudu (tsr)

3.7 Langkah Pengambilan Data

Pada percobaan dalam penelitian kincir angin ini, data yang diambil adalah kecepatan angin, kecepatan putar poros kincir angin, besarnya pembebanan pada kincir. Data-data tersebut diambil dalam waktu yang bersamaan. Tahapan-tahapan pengambilan data adalah sebagai berikut:

1. Memposisikan neraca pegas dengan tali pengait terhadap sistem pembebanan.

2. Memposisikan besarnya sudut kemiringan sudu kincir sesuai data yang diambil dengan pemasangan moncong atau tidak.

3. Menghubungkan kincir angin dengan sistem pembebanan.

4. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser posisi blower terhadap bagian belakang terowongan angin.

5. Menghidupkan blower setelah semua peralatan siap.

(51)

7. Pengambilan data besar torsi dilakukan dengan pembebanan secara bertahap pada sistem pembebanan yang akan terbaca pada neraca pegas. 8. Kecepatan putar kincir diambil setiap tahap pembebanan

9. Mengulangi langkah 2 sampai 8 hingga posisi kecepatan angin kelima.

3.8 Langkah Pengolahan Data

Data percobaan yang diperoleh dapat diolah berdasarkan data-data awal yang tersedia. Langkah pengolahan data tersebut dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

1. Perhitungan daya yang tersedia pada angin (Pin) dapat dicari dengan Persamaan (4) berdasarkan data kecepatan angin (v) dan luasan frontal kincir.

2. Momen puntir atau Torsi kincir (T) diperoleh dengan Persamaan (7) berdasarkan data beban yang terbaca pada neraca pegas (F) dan lengan torsi pada sistem pembebanan (L).

3. Daya yang dihasilkan kincir (Pout) diperoleh berdasarkan data kecepatan putar kincir (n) dan torsi (T) yang dihasilkan dengan Persamaan (9) 4. Tip speed ratio (tsr) merupakan perbandingan kecepatan ujung sudu

kincir dengan kecepatan angin, diperoleh melalui Persamaan (10)

(52)

(53)

29

BAB IV

PERHITUNGAN DAN ANALISA

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA

4.1 Hasil Pengambilan Data.

Pengambilan data percobaan Kincir Angin Tipe Propeler Dua Sudu ini dilakukan dengan pengelompokan berdasarkan kemiringan sudu kincir angin terhadap arah putar sudu kincir angin. Kemiringan sudut ini dikondisikan mulai dari sudut 20°, 10°, dan terakhir 0°. Masing-masing variasi kemiringan sudu kincir angin ini diuji coba dengan 5 variasi kecepatan angin yang berkisar antara 5 m/s pada posisi blower ke lima sampai dengan kecepatan 7,5 m/s pada saat tidak ada celah antara blower dan terowongan angin. Dengan penggeseran posisi blower ini didapat rata-rata penurunan kecepatan angin sebesar 0,75 m/s. Pembebanan pada kincir diatur dengan kenaikan beban pada neraca pegas sebesar kurang lebih 0,5 Newton per penambahan beban. Pengambilan data beban dinyatakan selesai jika tidak ada perubahan besarnya beban yang ditunjukan neraca pegas dan atau pada saat kincir berhenti berputar. Data pembebanan diambil tiap perubahan posisi blower. Pengambilan data pada setiap posisi kemiringan sudut kincir terhadap arah putar kincir dilakukan dengan pemaikaian moncong dan dengan tanpa memakai moncong.

4.1.1 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Sudu 20° Terhadap Arah Putar Kincir.

(54)

Tabel 4. 1 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan moncong

(55)

Tabel 4.1 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan moncong (lanjutan).

No beban Posisi v angin terhadap arah putar kincir tanpa moncong

(56)

Tabel 4.2 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan moncong (lanjutan).

No beban Posisi v angin

Data yang diambil dalam posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir baik dengan pemakaian moncong maupun tanpa pemakaina moncong dapat ditampilkan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 berikut.

Tabel 4. 3 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan moncong.

(57)

Tabel 4. 3 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan moncong (lanjutan).

(58)

Tabel 4. 3 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan moncong (lanjutan).

No beban Posisi v angin terhadap arah putar kincir tanpa moncong.

(59)

Tabel 4. 4 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir tanpa moncong (lanjutan).

No beban Posisi v angin

(60)

Tabel 4. 5 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan moncong.

(61)

Tabel 4. 6 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa moncong.

(62)

4.2 Proses Pengolahan Data Hasil Pengujian.

Dalam pengolahan data hasil pengujian kincir angin dua sudu ini menggunakan sampel data pada variasi kemiringan sudut sudu 0° terhadap arah putaran kincir angin dengan pemakaian moncong pengarah angin. Lebih tepatnya data Tabel 4.5 pada baris kedelapan pada saat terowongan angin dan blower dalam posisi rapat.

4.2.1Perhitungan Daya yang Tersedia Dalam Angin (Pin)

Kincir angin dalam pengujian memiliki diameter 80 cm sehingga luasan frontal kincir ini dapat ditentukan sebesar:

= 4×

2

=

4× 0,8 2

= 0,5024 2

Kecepatan angin yang terjadi pada kondisi ini sebesar 6,86 m/s, maka dengan Persamaan (5) daya yang tersedia pada angin dapat ditentukan.

�� = 0,5∙ ∙ ∙ 3

�� = 0,5∙1,18∙0,5024∙6,863

�� = 96,46 �

4.2.2Perhitungan Daya Kincir (Pout)

(63)

didapat dari hasil kali antara beban sebesar 3,25 N yang terjadi pada kincir dengan jarak lengan 0,1 m pada sistem pembebanan menurut pada data Tabel (4.5)

�= ∙

�= 3,25∙0,1

�= 0,325 �

Dalam data Tabel (4.5) angka putaran yang terjadi pada kincir sebesar 838,9 rpm, maka kecepatan sudut yang dihasilkan sebesar:

� =2 60∙

� =2

60∙838,9

� = 87,8 � / �

Setelah besarnya kecepatan sudut dan torsi diketahui maka daya yang dihasilkan kincir dapat dihitung.

� =� ∙ �

� = 0,325∙87,8

� = 28,54 �

4.2.1Perhitungan Tip Speed Ratio

Perbandingan kecepatan angin sebesar 6,84 dengan kecepatan di ujung sudu akan menampilkan besar tip speed ratio.

= ∙ ∙

60∙

= ∙0,8∙838,9 60∙6,84

(64)

4.2.1 Koefisien Daya Kincir (Cp)

Persentase prestasi kincir angin propeler dua sudu dalam mengkonversi daya yang disediakan oleh angin dapat diperhitungkan dengan menggunakan Persamaan (11). Besarnya koefisien daya kincir ini sebesar:

= �

�� × 100%

= 28,54

96,46× 100%

= 29,58%

4.3 Hasil Pengolahan Data Pengujian.

Keseluruhan data yang diperoleh dalam pengujian kincir angin propeler dua sudu dengan bahan pipa 6 in diolah dalam tabel dengan persamaan menurut perhitungan yang sesuai untuk mengetahui daya yang dihasilkan kincir angin, Torsi yang terjadi, perbandingan kecepatan angin dengan kecepatan ujung sudu, dan koefisien daya kincir menurut variasi data yang diperlukan.

4.3.1 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 20° Dengan Pemakaian Moncong

(65)

Tabel 4.7 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,28 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong.

No v n F Pin Pout Torsi ω tsr Cp kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong.

No v n F Pin Pout Torsi ω tsr Cp

m/s rpm N watt watt Nm rad/s

(66)

Tabel 4. 9 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 6,45 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong (lanjutan).

No v n F Pin Pout Torsi ω tsr Cp kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong.

No v n F Pin Pout Torsi ω tsr Cp

Tabel 4. 11 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 5,49 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong.

(67)

4.3.2 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 20° Tanpa Pemakaian Moncong

Hasil perhitungan unjuk kerja kincir angin pada Tabel (4.12), Tabel (4.13), Tabel (4.14), Tabel (4.15), dan Tabel (4.16) diperoleh berdasarkan pengambilan data pada Tabel (4.2)

Tabel 4. 12 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,14 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 20° tanpa pemasangan moncong.

No kemiringan sudut sudu 20° tanpa pemasangan moncong.

(68)

No

(69)

4.3.3 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 10° Dengan Pemakaian Moncong

Hasil perhitungan pengujian kincir pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar sudu kincir angin dengan pemasangan moncong pada Tabel (4.17), Tabel (4.18), Tabel (4.19), Tabel (4.20), dan Tabel (4.21), diperoleh berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.3).

No kemiringan sudut sudu 10° dengan pemasangan moncong.

(70)

Tabel 4.18 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 6,80 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 10° dengan pemasangan moncong (lanjutan).

(71)

No

Hasil perhitungan pengujian kincir pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar sudu kincir angin tanpa pemasangan moncong pada Tabel (4.21), Tabel (4.22), Tabel (4.23), Tabel (4.24), dan Tabel (4.25), diperoleh berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.4).

Tabel 4.22 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,00 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 10° tanpa pemasangan moncong.

(72)

(73)

No 4.3.5 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 0° Dengan

Pemakaian Moncong.

Hasil perhitungan pengujian kincir pada variasi kemiringan sudu 0° dengan pemasangan moncong pada Tabel (4.26), Tabel (4.27), Tabel (4.28), Tabel (4.29), dan Tabel (4.30), diperoleh berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.5). hasil perhitungan kelima tabel tersebut dibuat berdasarkan variasi dari posisi jarak blower terhadap mulut terowongan angin, sehingga diperoleh variasi kecepatan angin.

(74)

(75)

Tabel 4. 31 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 5,49 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 0° dengan pemasangan moncong.

No Tabel (4.34), dan Tabel (4.35), diperoleh berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.6).

(76)

Tabel 4.33 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 6,54 m/s pada variasi kemiringan sudut sudu 0° tanpa pemasangan moncong (lanjutan).

(77)

No 4.4 Grafik Hasil Pengolahan Data Pengujian.

Tampilan grafik hasil pengolahan data bertujuan untuk menampilkan hubungan antara Gaya (F) dengan kecepatan putar kincir (n), Daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan kecepatan putar kincir (n), tip speed ratio (tsr) dengan koefisien daya kincir (Cp). Hubungan antar variabel tersebut dibandingkan dengan setiap masing masing posisi kincir angin berdasarkan kemiringan sudut sudu terhadap arah putar kincir dan dengan pemasangan moncong atau tidak. Dengan perbandingan masing-masing posisi kincir ini dapat diketahui pengaturan posisi kincir angin tipe propeler berbahan pipa yang paling efektif.

4.4.1 Variasi Sudut Sudu 20° Terhadap Arah Putar Kincir

(78)

Gambar 4. 1 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong.

Gambar 4. 2 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong.

(79)

Gambar 4. 3 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong.

Gambar 4. 4 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong.

(80)

Hubungan torsi dengan kecepatan putar yang dihasilkan kincir yang ditampilkan grafik pada Gambar (4.1) dan Gambar (4.2) menunjukan pengaruh kecepatan angin dan pembebanan terhadap besarnya kecepatan putar kincir angin. Pada kondisi kincir berputar tanpa beban dan kecepatan angin maksimal, putaran yang dihasilkan adalah 574,40 rpm dengan pemasangan moncong dan 573,97 rpm tanpa pemasangan moncong. Pada kecepatan angin maksimal ini, torsi maksimal yang dihasilkan kincir sebesar 0,5 Nm dengan kecepatan putar 347,43 rpm dengan pemasangan moncong. Uji coba kincir tanpa pemasangan moncong, torsi maksimal yang dihasilkan kincir sebesar 0,44 Nm dengan kecepatan putar 394,2 rpm.

Pada variasi kecepatan angin yang terkecil, torsi maksimal yang dihasilkan kincir angin dengan pemakaian moncong sebesar 0,24 pada kecepatan putar 245,4 rpm. Pada kondisi tanpa pemasangan moncong, torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 0,215 pada kecepatan putar 274,07 rpm.

Daya angin yang mampu dikonversi oleh kincir angin pada kecepatan maksimal yang ditunjukan grafik pada Gambar (4.3) dan Gambar (4.4) sebesar 19,9 watt dengan pemasangan sudu dan 18,5 watt tanpa pemasangan sudu. Semakin kecil kecepatan angin maka daya keluaran kincir semakin kecil, hal ini disebabkan karena daya yang tersedia pada angin yang semakin mengecil ketika kecepatannya menurun.

(81)

Koefisien daya kincir tanpa pemakaian moncong sebesar tip speed ratio 13,1% pada 2,4. Pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir, penambahan moncong memberikan selisih koefisien daya sebesar 2,51%. Pemasangan moncong dalam uji coba pengambilan data ini membantu mengarahkan agin yang menuju kincir menuju sudu kincirnya.

Gambar 4. 5 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir. 4.4.2 Variasi Sudut Sudu 10° Terhadap Arah Putar Kincir

Penyajian hasil perhitungan dalam bentuk grafik untuk variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong diambil berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel (4.17), Tabel (4.18) Tabel (4.19), Tabel (4.20), dan Tabel (4.21). Grafik untuk posisi tanpa pemakaian moncong ditampilkan berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel (4.22), Tabel (4.23) Tabel (4.24), Tabel (4.25), dan Tabel (4.26).

(82)

Gambar 4. 6 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan pemakain moncong.

Gambar 4. 7 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir tanpa pemakain moncong.

(83)

Gambar 4. 8 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong.

Gambar 4. 9 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong.

(84)

Pada posisi sudu dengan kemiringan yang telah dikurangi menjadi 10° terhadap arah putar kincir, terjadi penambahan kecepatan putar. Pada kondisi tanpa beban kecepatan putar menjadi 882,97 rpm tanpa pemasangan moncong dan 895,70 rpm dengan pemasangan moncong. Peningkatan kecepatan putar ini merupakan pengaruh aerodinamika posisi sudu kincir yang bergerak terhadap arah putarnya. Posisi kemiringan sudu yang lebih kecil mengurangi gaya hambat ketika sudu itu bergerak menuju arah putarnya. Pengaruh penurunan kecepatan angin terhadap kecepatan putar kincir seperti yang ditampilkan pada grafik dalam Gambar (4.6) dan Gambar (4.7) adalah semakin menurunnya kecepatan putar kincir.

Torsi yang mampu diberikan kincir pada saat kecepatan angin maksimal meningkat jika dibanding posisi kemiringan sudu 20° yaitu sebesar 0,53 Nm dengan pemasangan moncong dan 0,48 Nm tanpa pemasangan moncong. Pada saat kecepatan angin dalam posisi minimal, torsi yang dihasilkan kincir pada kemiringan sudut ini menjadi lebih kecil daripada kincir dengan posisi kemiringan sudut 20° terhadap arah putar kincir.

(85)

keluaran yang dihasilkan kincir pada kemiringan sudut ini juga lebih besar dibanding pada saat posisi kemiringan sudu 20°.

Gambar 4. 10 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 10° terhadap arah putar kincir. Koefisien daya variasi kincir ini dengan pemasangan moncong mencapai 25% pada tip speed ratio 3,2. Pada kondisi tanpa pemasangan moncong, koefisien dayanya turun 2,04% menjadi 24% pada tip speed ratio 3,4.

4.4.3 Variasi Sudut Sudu 0° Terhadap Arah Putar Kincir

(86)

Gambar 4. 11 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan pemasangan moncong.

Gambar 4. 12 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa pemasangan moncong.

(87)

Gambar 4. 13 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan pemasangan moncong.

Gambar 4. 14 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa pemasangan moncong.

(88)

Dengan posisi kemiringan sudu 0°, torsi yang mampu dihasilkan kincir angin pada kecepatan angin maksimal yaitu sebesar 0,39 Nm dengan pemasangan moncong dan 0,365 Nm tanpa pemasangan moncong. Angka ini lebih kecil jika dibandingkan dengan posisi kemiringan sudu kincir 20° dan 10°. Momen puntir yang lebih kecil dibanding posisi kemiringan sudu lainnya dalam percobaan dengan posisi ini disebabkan berdasar analisa hembusan angin yang mendorong bilah-bilah kincir memerlukan gaya yang lebih besar untuk menggerakan bilah ini ke arah putar karena kemiringan yang kecil.

Kecepatan putar kincir dengan posisi kemiringan sudu 0° lebih besar dibanding posisi kemiringan sudu kincir 20° dan 10° dalam keseluruhan variasi kecepatan angin yang diujicobakan. Posisi kemiringan sudu yang semakin kecil terhadap arah putar kincir berpengaruh terhadap gaya hambat terhadap arah pergerakan bilah kincir ke arah putarnya.

Daya keluaran maksimal yang dihasilkan kincir pada posisi ini sebesar 29,58 watt dengan pemasangan moncong dan 28,48 watt dengan kecepatan angin maksimal. Garfik pada Gambar (4.13) dan Gambar (4.14) menunjukan pengaruh kecepatan angin terhadap daya keluaran kincir. Semakin kecil kecepatan angin berakibat daya yang tersedia pada angin itu semakin kecil dan daya yang dikonversi oleh kincir sebanding dengan daya yang tersedia pada angin tersebut.

(89)

Berdasarkan koefisien daya yang ditunjukan grafik pada Gambar (4.15), daya yang tersedia pada angin yang dikonversi oleh kincir dengan posisi kemiringan sudu 0° lebih banyak dibading posisi sudu yang lain dalam percobaan.

Gambar 4. 15 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir. 4.4.4 Analisa Grafik Pada Setiap Variasi Kincir Angin

(90)

Gambar 4.16 Grafik hubungan torsi dan kecepatan putar masing-masing variasi kincir pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s).