i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER TIGA SUDU DARI
BAHAN PIPA PVC BERDIAMETER 6 INCHI
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Memperoleh gelar sarjana teknik
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
WAHYU CATUR PAMUNGKAS
NIM : 095214002
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF HORIZONTAL AXES WINDMILL
PROPELLER TYPE WITH THREE-BLADE FROM PVC PIPE SIX INCH
IN DIAMETER
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the SarjanaTeknik degree
Science and Technology Faculty
Mechanical Engineering Study Program
by
WAHYU CATUR PAMUNGKAS Student Number:095214002
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas
Akhir dengan judul :
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER TIGA SUDU DARI BAHAN PIPA PVC BERDIAMETER 6 INCHI
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 : 23 Januari 2013
Penulis
vii INTISARI
Dewasa ini keberadaan energi fosil semakin berkurang. Dengan eksploitasi secara besar-besaran, maka dikawatirkan 25 tahun lagi tidak ada energi fosil yang bisa dimanfaatkan oleh manusia. Oleh karena itu perlu dikembangkan energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros horisontal berbahan PVC.
Model kincir angin dibuat dalam tiga variasi sudut potong, yakni 60,75,dan 90 derajat. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 80 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang. Sehingga diperoleh daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr), kemudian dilakukan
perbandingan daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr)
untuk masing-masing variasi sudut potong kincir.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kincir angin dengan sudut potong 60 derajat menghasilkan daya kincir sebesar 8,7 watt dengan CP 0,075 pada tsr
4,15. Kincir angin dengan sudut potong 75 derajat menghasilkan daya kincir sebesar 44,3 watt dengan Cp 0,37 pada tsr 4,19. Sedangkan kincir angin dengan
sudut potong 90 derajat menghasilkan daya kincir 36,4 watt dengan CP 0,30 pada
tsr 3,2. Sehingga dapat disimpulkan kincir dengan sudut potong potong 75 derajat menghasilkan daya kincir (Pout), koefisien daya (CP), dan tip speed ratio (tsr)
yang lebih besar dari pada kincir angin dengan sudut potong 60 dan 90 derajat.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang
diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap
mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka
memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik
Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap
kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. Rines, M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.
5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., dan Ir. YB Lukiyanto, M.T.,
selaku Kepala Laboratorium Manufaktur.
6. Pudji Edi dan Partini selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan
hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat
disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir.
ix
8. Rekan sekelompok saya, yaitu Leonardo Bayu dan Hermansyah yang telah
membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan
data.
9. 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 akan sangat penulis
harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang
penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita
semua.
Yogyakarta, 22 Januri 2013
x
xiii
xiv
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 (watt)
P out Daya yang dihasilkan (watt)
tsr Tip speed ratio
CP Koefisien daya
r Jarak lengan torsi (m)
d Diameter kincir (m)
xv
DAFTAR GAM BAR
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Horisontal ………...….…….. 6
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ...….….. …….. 8
Gambar 2.3 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (CP) Dengan Tip speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin ……...….….. 11
Gambar 3.8 Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman ....…... 17
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan sudut potong 60° ...….….. 24
Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan sudut potong 75° ………. 25
Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan sudut potong 90° .….…………... 26
Tabel 4.3. Lanjutan tabel 4.3 ...….…….. 27
Tabel 4.4 - Tabel 4.8. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 60°
………...….……… 30
Tabel 4.6 – Tabel 4.13. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 75°
.….………. 31
Tabel 4.14 – Tabel 4.18. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 90°
xvii
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk
sudut potong 60° ...…………. 36
Grafik 4.2 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut potong
60° ...……… 37
Grafik 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk
sudut potong 60° ...……….. 38
Grafik 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk
sudut potong 75° ...……… 39
Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut potong
75° ...……….... 39
Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk
sudut potong 75° ...…………... 40
Grafik 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk
sudut potong 90° ...……….... 41
Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut potong
90° ...……… 41
Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.Latar belakang
Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali oleh masyarakat.
Masyarakat yang maju atau berkembang umumnya memerlukan listrik dalam
jumlah besar dengan biaya serendah mungkin, maka dari itu banyak orang
melakukan eksperimen dengan mencoba energi alternatif untuk menghasilkan
listrik dengan biaya yang murah dan aman bagi lingkungan. Di indonesia
banyak sekali energi alternatif yang dapat dimanfaatkan seperti energi surya,
energi air, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak sumber energi
yang paling mudah dimanfaatkan adalah energi angin karena angin ada
dimana-mana sehingga mudah didapatkan dan biaya yang dibutuhkan tidak
begitu mahal, untuk menghasilkan listrik dengan tenaga angin dibutuhkan
kincir angin yang berguna untuk menangkap angin dan menggerakkan
generator yang kemudian menghasilkan energi listrik.
Ada banyak jenis kincir angin yang dikembangkan. Jenis-jenis kincir
angin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu kincir angin dengan poros
vertikal dan kincir angin dengan poros horisontal, yang masing-masing jenis
mempunyai berbagai macam bentuk kincir angin.
Disini yang penulis buat adalah kincir angin poros horisontal dengan tiga
2
variasi sudut potongnya berbeda yang bertujuan untuk mengetahui sudu mana
yang lebih baik digunakan.
1.2.Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Mengetahui koefisien daya ( ) dan tip speed ratio (tsr) yang
dihasilkan kincir angin.
b. Membandingkan daya yang dihasilkan kincir angin untuk tiga variasi
sudut potong kincir dengan bentuk dan ukuran yang sama.
1.3.Manfaat
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler
tiga sudu berbahan PVC dengan variasi sudut potong yang berbeda.
b. Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di
indonesia, khususnya energi angin.
c. Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi
energi angin yang besar untuk memberdayakan energi tepat guna.
1.4.Perumusan masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
a. Indonesia adalah negara yang memiliki potensi energi angin yang
3
b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin
tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.
1.5.Batasan masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
a. Sebagai bahan uji dibuat kincir angin bahan sudunya dari pipa PVC
dengan diameter 6 inchi, dalam bentuk yang sama dengan sudut potong
60, 75, dan 90 derajat.
b. Kincir di uji pada terowongan angin dengan lima variasi posisi kecepatan
4
BAB 2
Tinjauan pustaka
2.1. Dasar teori
Angin adalah udara bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan adanya
perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Pada daerah yang bertemperatur tinggi,
udara akan memuai dan massa jenis udara akan turun, sehingga tekanan udara di
daerah tersebut akan rendah. Tekanan rendah ini akan diisi oleh udara yang datang
dari tekanan yang lebih tinggi.
Kecepatan angin sangat dipengaruhi oleh beberapa hal : pertama, oleh letak
tempat atau topografi, dimana jika angin menerpa pada topografi berupa gunung,
angin akan cenderung naik dan jika angin menerpa pada topografi berupa dataran,
maka angin akan cenderung lurus-lurus saja. Kedua, saat angin bergerak di atas
daratan dan lautan juga sangat berbeda. Walau bagaimanapun angin yang
bergerak di daratan akan cenderung mengikuti keadaan permukaan daratan,
berbeda jika angin yang berhembus di atas lautan maka ia akan ikut
mempengaruhi bentuk muka air laut, bahkan pergerakan arus di atas laut.
Sehingga ia lebih bebas bergerak di atas lautan daripada di daratan. Ketiga,
adanya pepohonan sangat berpengaruh jika pohon tersebut cukup tinggi, maka
akan menggangu laju angin.
Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau
5
angin, tentunya dengan bantuan alat yang kita sebut dengan kincir angin.
Kepulauan yang memiliki potensi tersebut diantaranya kepulauan Sumbawa,
Sumba, Lombok, dan Bali yaitu sebesar 4,5 sampai 5,8 m/s. ( Mulyani, 2008 ).
2.2. Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga
menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan
di Belanda, Denmark, dan negara-negara eropa lainya yang pada waktu itu banyak
digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan penggilingan gandum.
Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu adalah Windmill.
(Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin, diakses 22 Februari 2012).
Berdasarkan posisi poros 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 horizontal.
2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir Angi Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah
poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan
kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360⁰
terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.
( Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin, diakses 22 Februari 2012).
Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal
6
a. Kincir angin American WindMill.
b. Kincir angin Cretan Sail Windmill.
c. Kincir angin Dutch four arm.
d. Kincir angin Rival calzoni.
a. Kincir angin American WindMill b. Kincir angin Cretan SailWindmill
c. Kincir angin Dutch four arm d. Kincir angin Rival calzoni
7
Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah :
1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.
3. Material yang digunakan lebih sedikit.
4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang
berada diatas menara.
5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang diakibatkan
gaya angkat atau lift force oleh angin.
Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal adalah :
1. Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan denga arah
angin.
3. Biaya pemasangannya mahal.
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi
porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat
mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau
bawah.Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang besar daripada kincir angin poros
horisontal.
Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah :
8
2. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.
3. Dapat bekerja pada putaran rendah.
4. Tidak memerlukan mekanisme yaw. 5. Biaya pemasangan lebih murah.
Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :
1. Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai
berputar.
2. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.
3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan
merupakan beban tambahan.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang ada di sekitar kita diantaranya
seperti terlihat pada Gambar 2.2
a. Kincir angin Darrieus b. Kincir angin Savonius
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal (Sumber :
9
Dalam tugas akhir yang saya buat ini akan membahan mengenai kincir angin
poros horisontal tiga sudu dengan jenis American Wind Mill.
2.2.3. Kincir Angin American Wind Mill
Kincir angin jenis american wind mill merupakan salah satu dari kincir angin poros horisontal yang biasanya bersudu dua,tiga,empat,atau juga bersudu
banyak.Kincir jenis ini dapat bekerja pada putaran yang tinggi sehingga dapat
menghasilkan daya listrik yang besar.
2.2.4. Faktor yang mempengaruhi kincir angin
1. Energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan
sudu-sudu yang terdapat pada kincir angin tersebut.
2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat
gerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan :
Energi kinetik = ½ m.V2 ………(1)
m = massa (kg)
V = kecepatan dari benda yang bergerak
3. Daya angin ( ) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap
luasan sudu, yang dapat dirumuskan :
= ½ .A.V3 ……….( 2)
= massa jeni s udar a ( kg)
10
V = kecepatan alir an angin ( m/ s)
4. Tip speed r atio (t sr) adalah per bandingan kecepatan pada
ujung-ujung sudu yang ber putar , tsr dapat dir umuskan :
=
. . .. ………( 3)
r = jari jari lingkaran / penampang sudu kincir.
n = putaran kincir.
5. Daya yang dihasilkan kincir ( ) adalah daya yang dihasilkan kincir
akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir
yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :
= T . ω ………( 4)
sumbu poros kincir yang berputar, untuk perhitungan torsi dapat
dihitung dengan menggunakan rumus :
T = F . r ………( 5)
F = gaya (N)
11
7. Kecepatan sudut kincir adalah kecepatan putar kincir dalam satuan
radian per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan
rumus :
= .
.….……….(6)
8. Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang
menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan
daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga CP dapat dirumuskan :
=
………...(7)
Cp dari suatu kincir angin juga dapat ditentukan dengan grafik
Hubungan antara Cpdan tsr dari beberapa jenis kincir.
Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Cp dan tsr dari beberapa jenis kincir .
12
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Diagram alir penelitian.
Langkah kerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir sebagai
berikut :
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian MULAI
Perancangan kincir angin poros horizontal.
Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan PVC. Variasi sudut potong 60,75, dan 90 derajat dengan bentuk yang sama.
Pengambilan data mencari kecepatan angin, nilai putaran poros kincir dan gaya pengimbang pada kincir angin.
Pengolahan data mencari daya angin, daya kincir, CP, dan tsr,kemudian membandikan
antara daya kincir, CP, dan tsr pada
masing-masing variasi sudut potong kincir angin.
Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan.
13
3.2. Objek penelitian
Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal tiga sudu
berdiameter enam inchi dengan variasi sudut potong (60,75,dan 90 derajat),
dengan bentuk yang sama.
3.3. Waktu dan tempat penelitian
Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai pada
semester ganjil tahun ajaran 2012/2013 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan
Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3.4. Alat dan bahan
Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC ukuran 6 inchi (15cm)
dapat dilihat pada Gambar 3.2
14
Kincir angin tersebut memiliki beberapa bagian penting yaitu :
1. Sudu Kincir
Sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang, terbuat dari
pipa PVC ukuran 6 inchi dengan tebal 3 mm. Banyak sudu yang dipakai
tiga buah. Ada tiga macam variasi sudut potong yaitu sudut potong 60, 75,
dan 90 derajat, Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.3.
15
2. Piringan kincir
Piringan berfungsi sebagai dudukan sudu. Piringan terbuat dari plastik
dengan ukuran diameter 30 cm. Sudu ditempelkan pada piringan kincir
kemudian dibaut, seperti pada Gambar 3.4 dan Gambar 3.5
Gambar 3.4 Piringan kincir
16
3. Poros penopang kincir untuk menopang piringan kincir agar dapat berputar
Gambar 3.6 Poros penopang kincir
4. Poros penyangga berfungsi sebagai penyangga mekanisme kincir
keseluruhan.
5. Poros pada ujung kincir dan poros pada sistem pengereman dihubungkan
dengan menggunakan poros penyambung, kemudian sistem pengereman
diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan putaran
kincir angin. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan Gambar
17
Gambar 3.7. Poros penyambung dihubungkan ke poros ujung kincir
Gambar 3.8. Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman
Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang,
diantaranya :
1. Terowongan Angin
Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong
berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana
18
pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9. Di dalam
lorong udara tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan
sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu.
Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind
tunnel dan blower sesuai keinginan.
Gambar 3.9 Terowongan Angin atau Wind Tunel
2. Blower
Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam
terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan
tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, dapat dilihat
19
Gambar 3.10. Blower
3. Takometer
Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer
yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya berdasarkan
pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa benda warna
yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.Takometer
ditunjukkan pada Gambar 3.11.
20
4. Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan
terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Anemometer
5. Neraca Pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir
angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada kopling dengan
jarak yang telah ditentukan. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.13.
21
3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 5 posisi variasi kecepatan angin
yang dilakukan di dalam terowongan angin.
3.6. Parameter yang diukur :
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. Kecepatan angin, (m/s)
2. Gaya pengimbang, (N)
3. Putaran kincir, (rpm)
3.7. Langkah percobaan
Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir
dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah
memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk
pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :
1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.
22
Gambar 3.14 Pemasangan neraca
pegas pada sistem pengereman
2. Menempatkkan anemometer dan takometer pada tempatnya.
3. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan
4. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser blower
dengan troli pada angka kecepatan angin yang diinginkan.
5. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dimulai
mengukur kecepatan putaran, kecepatan angin, dan besarnya torsi.
6. Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan lima
variasi kecepatan angin.
3.8. Langkah pengolahan data.
Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan
23
1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka dapat dicari daya angin (Pin).
2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk mencari torsi (T).
3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya kincir (Pout).
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan
kecepatan angin, maka tip speed ratiodapat dicari.
5. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya
24
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data hasil percobaan.
Data hasil percobaan kincir angin untuk masin-masing variasi sudut potong dapat
27
Data dari hasil percobaan kincir tiga sudu dengan jarak pembebanan dari
sistem pengereman ke sumbu poros kincir adalah 0,1 m dan luas penampang
28
variasi sudut potong kincir yang berbeda. Percobaan dilakukan sampai kincir
berhenti berputar pada setiap variasi kecepatan angin.
4.2. Pengolahan data dan perhitungan.
1. Besarnya daya angin (Pin) yang diterima kincir dengan luas penampang 0,5 m
dengan kecepatan angin 6,95 m/s. Maka daya angin dapat dicari dengan
Persamaan 2 :
= ½ .A.V3
= 1,17 . 0,5 m . (6,95m/s)3
= 97,98 watt
Jadi daya yang tersedia pada angin adalah 97,98 watt
2. Besarnya daya kincir (Pout) dapat dicari dengan persamaan 4 dengan terlebih
dahulu mencari kecepatan sudut dan torsi, yang dicari dengan Persamaan 5 dan 6 :
= .
= .579,9
= 60,7 /
Maka kecepatan sudut yang didapatkan adalah 60,7 rad/s
T = F . r
= 6 N . 0,1 m
= 0,6 N.m
Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,6 N.m
Maka daya yang dihasilkan kincir adalah
29
= 0,6 N.m . 60,7 rad/s
= 36,42 watt
Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 36,42 watt.
3. Besarnya tsr (tip speed ratio) dapat dicari dengan Persamaan 3, jadi besarnya
Sehingga tsr yang didapatkan 3,5
4. Besarnya Koefisien daya (Cp) dapat dicari dengan Persamaan 7, jadi besarnya
Cp adalah :
Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan sudut potong
30
4.3.1. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudut pemotongan 60°.
Data perhitungan kincir angin dengan sudut pemotongan 60° dapat dilihat
pada tabel 4.4 sampai dengan tabel 4.8.
Tabel 4.4. Data perhitungan pada posisi pertama dengan kecepatan angin 7,19 m/s.
No V n F jarak ρ A r Torsi ω Pout Pin Cp t sr
Tabel 4.5. Data perhitungan pada posisi kedua dengan kecepatan angin 6,76 m/s.
No V n F jarak ρ A r Torsi ω Pout Pin Cp t sr
Tabel 4.6. Data perhitungan pada posisi ketiga dengan kecepatan angin 6,33 m/s.
No V n F jarak ρ A r Torsi ω Pout Pin Cp t sr
m / s rpm N m m m N.m rad/ s w at t w at t
1 6,41 758,70 0 0,1 1,17 0,5 0,4 0 79,41 0 77,04 0 4,96
2 6,45 723,33 0,3 0,1 1,17 0,5 0,4 0,03 75,71 2,27 78,31 0,02 4,70
3 6,14 607,10 0,8 0,1 1,17 0,5 0,4 0,08 63,54 5,08 67,71 0,07 4,14
31 Tabel 4.8. Data perhitungan pada posisi kelima dengan kecepatan angin 5,66 m/s.
No V n F jarak ρ A r Torsi ω Pout Pin Cp t sr
m / s rpm N m m m N.m rad/ s w at t w at t
1 6,23 646,43 0 0,1 1,17 0,5 0,4 0 67,66 0 70,73 0 4,34
2 5,30 525,57 0,6 0,1 1,17 0,5 0,4 0,06 55,01 3,3 43,55 0,07 4,15
3 5,44 428,53 0,75 0,1 1,17 0,5 0,4 0,08 44,85 3,36 46,96 0,07 3,3
4.3.2. Data perhitungan untuk kincir variasi sudut pemotongan 75°.
Data perhitungan kincir angin dengan sudut pemotongan 75° dapat dilihat pada
tabel 4.9 sampai dengan tabel 4.13.
Tabel 4.9. Data perhitungan pada posisi pertama dengan kecepatan angin 7,01 m/s.
No V n F jarak ρ A r Torsi ω Pout Pin Cp t sr
32
Tabel 4.11. Data perhitungan pada posisi ketiga dengan kecepatan angin 6,11 m/s.
No V n F jarak ρ A r Torsi ω Pout pin Cp t sr
Tabel 4.12. Data perhitungan pada posisi keempat dengan kecepatan angin 5.87 m/s
33
Tabel 4.13. Data perhitungan pada posisi kelima dengan kecepatan angin 5,52 m/s
No V N F jarak ρ A R Torsi ω Pout Pin Cp t sr
4.3.3. Data perhitungan untuk variasi kincir dengan sudut pemotongan 90°.
Data perhitungan kincir angin dengan sudut pemotongan 90°, dapat dilihat pada
tabel 4.14 sampai dengan tabel 4.18.
Tabel 4.14. Data perhitungan posisi pertama dengan kecepatan angin 6,9 m/s
34
Tabel 4.15. Data perhitungan posisi kedua dengan kecepatan angin 6,48 m/s
No V n F jarak ρ A R Torsi ω Pout Pin Cp t sr
Tabel 4.16. Data perhitungan posisi ketiga dengan kecepatan angin 6,15 m/s
35
Tabel 4.17. Data perhitungan posisi keempat dengan kecepatan angin 5,97 m/s
No V n F jarak ρ A R Torsi ω Pout Pin Cp t sr
36
Dari data perhitungan yang diperoleh, kemudian diolah kembali dalam
bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara putaran dan torsi, daya kincir
dan torsi, serta grafik hubungan antara koefisien daya (CP) dan tip speed ratio
(tsr).
4.4.1. Grafik untuk variasi pemotongan sudut kincir 60°
1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.
Grafik 4.1 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi
37
Grafik 4.1. menunjukkan kecepatan maksimal 863,63 rpm dengan torsi 0 N.m
pada posisi kecepatan angin 1 tanpa pembebanan. Pada posisi kecepatan angin 2
dan 3 kecepatan putaran dan torsi mulai berubah tetapi nilai perubahannya tidak
begitu jauh dengan posisi kecepatan angin 1. Pada posisi kecepatan angin 4 dan 5,
terjadi perubahan yang agak besar.Ini terjadi karena pada posisi kecepatan angin 4
dan 5 kecepatan angin menurun dan beban pengereman semakin besar hal ini
yang menyebabkan putaran menjadi rendah tetapi torsi yang dihasilkan cukup
tinggi.
2. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.
Grafik 4.2. Grafik hubungan antara daya kincir dan beban torsi
Grafik 4.2. menunjukkan pada posisi kecepatan angin 1 yaitu 7,19 m/s, daya
kincir maksimal 8,7 watt dan torsi maksimal 0,14 N.m. Pada posisi kecepatan
angin 2 hasil tidak beda jauh dengan posisi kecepatan angin 1, karena kecepatan
angin sekitar 6-7 m/s. Pada posisi kecepatan angin 3,4, dan 5 terjadi penurunan,
karena kincir berhenti pada dua pembebanan.Ini disebabkan karena kecepatan
38
variasi sudut pemotongan 60°, luas penampangnya kecil sehingga kurang baik
jika digunakan untuk kecepatan angin rendah.
3. Grafik hubungan antara koefisien daya (CP) dengan tip speed ratio (tsr).
Grafik 4.3 .Grafik hubungan antara CP dan tsr
Grafik 4.3. menunjukkan perbandingan antara CP dan tsr menunjukkan
nilai maksimal CP 0,075 pada tsr 4,1 pada posisi kecepatan angin 5. Jika CP
yang diperoleh tinggi maka tsr yang diperoleh rendah, begitupun sebaliknya
jika CP yang diperoleh rendah maka tsr yang diperoleh tinggi.
3.4.2. Grafik untuk variasi pemotongan sudut kincir 75°.
1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi
39
Grafik 4.4. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi
Grafik 4.4. menunjukkan putaran maksimal 1170,67 rpm dengan torsi 0
N.M pada posisi kecepatan angin 1 tanpa pembebanan.Pada posisi kecepatan
angin 2, 3, 4, dan 5 terjadi penurunan putaran yang disebabkan oleh pembebanan
pada kincir dan kecepatan angin yang semakin menurun. Perbedaan yang terjadi
tidak begitu jauh, kemungkinan sudu kincir dapat menyapu / memaksimalkan
angin yang diterima dengan baik
2. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.
Grafik 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi
Grafik 4.5 menunjukkan daya maksimal kincir 44,3 watt pada torsi 0,56
N.m pada posisi kecepatan angin 1 yaitu 7,01 m/s. Pada kecepatan angin 2,3,4,
dan 5 terjadi penurunan torsi yang disebabkan oleh turunnya kecepatan angin,
yang mengakibatkan turunnya daya kincir. Dengan kata lain jika torsi tinggi maka
0
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60
40
daya kincir akan tinggi begitu pula sebaliknya, jika torsi rendah maka daya kincir
juga akan turun.
3. Grafik hubungan koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (tsr)
Grafik 4.6.Grafik hubungan antara CP dan tsr
Grafik 4.6 menunjukkan CP maksimal 0,37 pada tsr 4,19. Besarnya CP dan tsr
dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Jika CP yang diperoleh tinggi maka tsr
yang diperoleh rendah, begitupun sebaliknya jika unjuk kerja kincir angin rendah
maka CP yang diperoleh rendah maka tsr yang diperoleh tinggi.
3.4.3. Grafik untuk variasi pemotongan sudut kincir 90°.
1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi
41
Grafik 4.7. Grafik hubungan antara Putaran poros kincir dan beban torsi
Grafik 4.7. menunjukkan putaran maksimal 858 rpm dengan torsi 0 N.m pada
posisi kecepatan angin 1 tanpa pembebanan. Pada posisi kecepatan angin 2,3,4,
dan 5 terjadi penurunan putaran dan peningkatan torsi.Ini disebabkan karena
beban pengereman yang semakin besar pada kecepatan angin yang semakin
rendah. Semakin rendah kecepatan angin maka akan menurunkan putaran kincir
sehingga torsi yang dihasilkan semakin besar.
2. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi
42
Grafik 4.8. menunjukkan daya kincir maksimal 36,4 watt dengan torsi 0,6
pada posisi kecepatan angin 1 yaitu 6,9 m/s. Pada posisi kecepatan angin
2,3,terjadi penurunan torsi yang mengakibatkan turunnya daya kincir, tetapi
penurunannya tidak jauh berbeda dengan posisi kecepatan angin 1. Pada posisi
kecepatan angin 4 dan 5 terjadi penurunan torsi karena turunnya kecepatan angin
yang menyebabkan turunnya daya kincir.
3. Grafik hubungan koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (tsr)
Grafik 4.6. Grafik hubungan antara CP dan tsr
Grafik 4.6 menunjukkan CP maksimal 0,30 pada tsr 3,2. Besarnya CP dan
tsr sama-sama dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Jika CP yang diperoleh
tinggi maka tsr yang diperoleh rendah, begitupun sebaliknya jika CP yang
dihasilkan rendah maka tsr yang diperoleh tinggi.
43
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari pengujian kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan tiga
variasi pemotongan sudut telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut :
1. Telah berhasil dibuat kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan
tiga variasi pemotongan sudut (60°,75°,90°) dalam bentuk yang sama.
2. Kincir angin dengan sudut potong 60° menghasilkan daya kincir 8,7 watt
pada kecepatan angin 7,19 m/s dan koefisien daya (CP) 0,075 pada (tsr)
4,1. Kincir dengan sudut potong 75° menghasilkan daya kincir 44,3 watt
pada kecepatan angin 7,01 m/s dan koefisien daya (CP) 0,37 pada (tsr)
4,19. Kincir dengan sudut potong 90° menghasilkan daya kincir 36,4 watt
pada kecepatan angin 6,9 m/s dan koefisien daya (CP) 0,30 pada (tsr) 3,2.
3. Besar kecilnya sudut potong mempengaruhi unjuk kerja kincir angin. Pada
kincir angin dengan sudut potong 75° daya kincir (Pout), koefisien daya
(CP) dan tip speed ratio (tsr) yang diperoleh lebih besar dibandingkan
44
5.2. Saran
Setelah dilakukan penelitian ternyata terdapat kelebihan dan kekurangan yang
perlu diperhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan lebih
lanjut tentang kincir angin antara lain :
1. Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja kincir angin perlu dilakukan
percobaan lebih lanjut tentang variasi sudut potong dengan mencoba
memvariasikan sudut potong antara 60° sampai dengan 90°, hingga
menemukan sudut potong yang dapat menghasilkan daya kincir (Pout),
45
DAFTAR PUSTAKA
Andika, N.M, Triharyanto, T.Y., Prasetya, O.R. 2008. Kincir Angin Sumbu
Horisontal Bersudu Banyak. Yogyakarta.
Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu.
BALAI PPTAGG-UPT-LAGG. Diakses : Tanggal 5 Agustus 2007.
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2012.
Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2012.
Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute
Technology Bandung. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2012.
Sastrowijoyo, F. 2008. Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Wind
Turbine di Indonesia. Alamat web: http://konversi.wordpress.com.
Diakses : Tanggal 28 Agustus 2012.
Sutrisna, F. K. 2011. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Alamat web
: http://indone5ia.wordpress.com. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2012.
www. wikipedia.org/wiki/Kincir angin. : Diakses tanggal 22 Februari 2012
