Unjuk kerja model kincir angin propeler tiga sudu mengerucut dari bahan dasar kayu dengan tiga variasi lapisan permukaan sudu.

(1)

ABSTRAK

Pemakaian energi yang senantiasa meningkat dari waktu ke waktu menyebabkan kelangkaan energi, karena menurut perkiraan dalam waktu dekat masyarakat dunia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti minyak bumi, batubara, dan gas) sebagai sumber energi untuk membangkitkan listrik. Salah satu sumber energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan sebagai alternatif adalah energi angin dengan menggunakan kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin dengan mencari torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio.

Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dan berbahan dasar kayu, dengan tiga variasi lapisan permukaan yakni, tanpa lapisan, lapisan anyaman bambu dan lapisan seng. Untuk mendapatkan torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio pada kincir, kincir diuji dengan menggunakan terowongan angin yang dilengkapi dengan fan blower. Poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai alat untuk memvariasikan beban kincir. Besarnya beban pada kincir dapat dilihat dari neraca pegas. Putaran kincir diukur dengan mengunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya lebih besar dari pada kincir angin lapis seng maupun kincir angin lapisan anyaman bambu. Koefisien daya puncak yang dihasilkan oleh kincir tanpa lapisan adalah sekitar 5,7% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,22 N.m pada putaran sekitar 526 rpm dan kecepatan angin 9,13 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis seng adalah sekitar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,15 N.m pada putaran sekitar 536 rpm dan kecepatan angin 8,67 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis anyaman bambu adalah sekitar 3% pada tip speed ratio 2,2. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,13 N.m pada putaran sekitar 385 rpm dan kecepatan angin 8,63 m/s.

(2)

ABSTRACT

Energy consumption is constantly increasing from time to time causing shortages of energy , because according to forecasts in the near future the world community will be faced with the problem of shortage of non-renewable natural resources ( such as petroleum , coal , and gas ) as an energy source to generate electricity . One of the renewable energy sources that can be used as an alternative to wind energy using wind-turbine. This study aims to assess the performance of the model wind-turbine to get torque, power turbines , power coefficient and tip speed ratio.

The model wind-turbine in this research 80 cm of diameter and made from wood , with three variations of the surface layer , without lining, woven bamboo and zinc coating . To get torque, power turbines , power coefficient and tip speed ratio at the wind-turbine , wind-turbine tested using a wind tunnel equipped with a fan blower . Wheel shaft is connected to a braking mechanism that serves as a tool to vary the wheel load . The magnitude of the load on the wind-turbine can be seen on the spring balance . Round pinwheel is measured by using tachometers and the wind speed measured by an anemometer.

The result showed that the model of a wind-turbine with no layers generate power coefficient greater than wind-turbine and wind-turbine zinc coated layer of woven bamboo . The coefficient of peak power generated by wind-turbine without coating is approximately 5.7 % on a tip speed ratio of 2.5. The torque generated by this model is 0,22 N.m at about 526 rpm rotation and wind speed 9.13 m/s . The coefficient of peak power generated wind-turbine zinc layer is approximately 4.3 % on a tip speed ratio of 2.5. The torque generated by this model is 0,15 N.m at around 536 rpm rotation and wind speed of 8.67 m/s . The coefficient of peak power generated wind-turbine woven bamboo plywood is about 3 % at the tip speed ratio of 2.2 . The torque generated by this model is 0,13 N.m at about 385 rpm rotation and wind speed of 8.63 m/s. Coefficient of peak power generated wind-turbine woven bamboo plywood is about 3 % at the tip speed ratio of 2.2 . The torque generated by this model is 0,13 N.m at about 385 rpm rotation and wind speed of 8.63 m/s.

(3)

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA

SUDU MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN

TIGA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

BERY WIDONO

NIM : 115214003

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(4)

ii

THE PERFORMANCE OF CONICAL THREE BLADE

PROPELLER WINDMILL MODELS FROM WOOD MATERIAL

WITH THREE SURFACE LAYER VARIATIONS OF THE

BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

BERY WIDONO

Student Number : 115214003

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINERING DEPARTMENT

FACULITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016

(5)

UNJUK

KEzuA

MODEL

KINCIR

ANGIN

PROPELER

TIGA

ST]DU

MENGERUCUT DARI

BAHAN

DASAR

KAYU

DENGAN

TIGA

VARIASI

LAPISAN PERMT]KAAN

SUDU

Disusun oleh :

r;

q

u

;rfl

A

_d

@

(6)

UNJUK

KERIA

MODEL KINCIR

ANGIN

PROPELER

TIGA

SUDU

MENGERUCUT

DARI BAI{AN

DASAR

KAYU

DENGAN

TIGA

VARTASI

LAPISAN

PERMUKAAN

SUDU

Dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA

: BERY WIDONO

NIM

: 115214003

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 27 J anuai 2016

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

: Wibowo Kusbandono S.T.,M.T.

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

. Ir. Rines, M.T.

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Ketua

Sekretaris

Anggota

1V

6-

m*s

ff

a-fiY.rxtr I

a]rry

'&!*

t

VdLryff,I

Yogyakarta, 27 I arutari 20 16

Fakultas Sains dan Teknologi

lsih Prima Rosa, S.Si.,M.Sc.

(7)

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam tugas akhir dengan judul:

UNJUK

KERJA MODEL KINCIR ANGIN

PROPELER

TIGA

SUDU

MEI{GERUCUT DARI BAHAN

DASAR

KAYU

DENGAN

TIGA VARIASI

LAPISA1Y

PERMUKAAN

SUDU

Yang dibuat untuk rnelengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi

Sa{ana Teknik pada program Sfrata-l, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains san

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan

merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di Perguruan tinggr

manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat

di

:

Yogyakarta

Pada tanggal : 27 Januari 2016

(8)

LEMBAR PERI'{YATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama

:

BERY WIDONO

NomorMahasiswa

:

115214003

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

UNJUK

KERJA MODEL

KTITCIR A1YGTN

PROPf,LER

TIGA

SUDU

MENGERUCUT

DARI

BAIIAN

DASAR

KAYU

DENGAN

TIGA YARIASI

LAPISAN

PERMUKAAI{

SUDU

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan _UniversitasSanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk rnedia lain, mengelolanya

dalam bentuk

pangkalan

data,

mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikanya di internet atau media lain unttrk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pemyataan _{ini yang saya buat dengan sebenarnya.}

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 27 Januart

2}fi

Yang menyatakan

vl

(9)

vii INTISARI

Pemakaian energi yang senantiasa meningkat dari waktu ke waktu menyebabkan kelangkaan energi, karena menurut perkiraan dalam waktu dekat masyarakat dunia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti minyak bumi, batubara, dan gas) sebagai sumber energi untuk membangkitkan listrik. Salah satu sumber energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan sebagai alternatif adalah energi angin dengan menggunakan kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin dengan mencari torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio.

Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dan berbahan dasar kayu, dengan tiga variasi lapisan permukaan yakni, tanpa lapisan, lapisan anyaman bambu dan lapisan seng. Untuk mendapatkan torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio pada kincir, kincir diuji dengan menggunakan terowongan angin yang dilengkapi dengan fan blower. Poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai alat untuk memvariasikan beban kincir. Besarnya beban pada kincir dapat dilihat dari neraca pegas. Putaran kincir diukur dengan mengunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya lebih besar dari pada kincir angin lapis seng maupun kincir angin lapisan anyaman bambu. Koefisien daya puncak yang dihasilkan oleh kincir tanpa lapisan adalah sekitar 5,7% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,22 N.m pada putaran sekitar 526 rpm dan kecepatan angin 9,13 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis seng adalah sekitar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,15 N.m pada putaran sekitar 536 rpm dan kecepatan angin 8,67 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis anyaman bambu adalah sekitar 3% pada tip speed ratio 2,2. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,13 N.m pada putaran sekitar 385 rpm dan kecepatan angin 8,63 m/s.

(10)

viii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “

UNJUK KERJA MODEL

KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI

BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISAN

PERMUKAAN SUDU”.

Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam laporan tugas akhir ini membahas mengenai perancangan, perbandingan efisensi dan pembuatan kincir angin propeler.

Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak 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.

3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

(11)

5'

Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan

ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sarna dan dukungan kepada

penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir.

7. Bapak Kianto dan Ibu Tan Cheng sun sebagai orang tua dari penulis, serta

Budianto, Desi Yeransiska sebagai kakak dan Rico Vernando sebagai adik dmi

penulis yang selalu berdoa dan mendukung secara material dan lain

-

lain kepada

penulis.

8. Rekan

-

rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan

20lI khususnya, yang telah

memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi.

9. Semua pihak yang tidak murgkin disebut satu per satu yang telah ikut membantu

penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi.

Penulis rnenyadari bahwa masih ada kekurangan

-

kekurangan yang perlu

diperbaiki pada pembuatan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan saran dan

kritikan yafig

membangun

untuk

menyempurnakan

tugas

akhir.

penulis

mengharapkan semoga tugas akhir

ini

berguna dan bermanfaat untuk dapat

memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta

para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, 27 I anuari 2A16

(12)

x

DAFTAR ISI

Halaman Sampul ... i

Halaman Judul ... ii

Halaman Pengesahan ... iv

Halaman Pernyataan... v

Lembar Pernyataan Persetujuan ... vi

Intisari ... vii

Kata Pengantar ... viii

Daftar Isi... x

Daftar Gambar ... xiii

Daftar Tabel ... xv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Energi Angin ... 5

(13)

xi

2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin ... 6

2.3.1 Kincir Angin Poros Horizontal ... 7

2.3.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 8

2.4 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio ... 9

2.5 Kincir Angin Propeler ... 10

2.6 Rumus Perhitungan ... 10

2.6.1 Energi Kinetik ... 10

2.6.2 Daya Angin ... 11

2.6.3 Torsi ... 12

2.6.4 Tip Speed Ratio ... 12

2.6.5 Daya Kincir Angin ... 13

2.6.6 Koefisien Daya ... 14

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian ... 15

3.2 Alat dan Bahan ... 16

3.3 Variabel Penelitian ... 22

3.4 Variabel yang Diukur ... 22

3.5 Parameter yang Dihitung ... 22

3.6 Langkah Penelitian ... 23

(14)

xii

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian ... 25

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 27

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ... 27

4.2.2 Perhitungan Torsi ... 27

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ... 28

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio ... 28

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ... 29

4.3 Hasil Perhitungan ... 30

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 32

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan ... 43

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 44

5.2 Saran ... 45

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Kincir angin Poros horizontal 7

2. Gambar 2.2 Kincir angin Poros vertical 8

3. Gambar 2.4 Grafik hubungan Cpdengan tsr 9

5. Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin 15 6. Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin 16

7. Gambar 3.3 Dudukan sudu 17

8. Gambar 3.4 Terowongan angin 18

9. Gambar 3.5 Fan blower 18

10. Gambar 3.6 Anemometer 19

11. Gambar 3.7 Sistem Pengereman 20

12. Gambar 3.8 Tachometer 20

13. Gambar 3.9 Neraca pegas 21

14. Gambar 3.10 Desain kincir 24

15. Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin 24 16. Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu

tanpa lapisan 32

17. Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu

lapis seng 33

18. Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu

(16)

xiv

19. Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin

sudu polos 35

20. Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu

lapis seng 36

21. Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu

lapis anyaman bambu 37

22. Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk

kincir angin sudu polos 39

kincir angin sudu lapis seng 40

kincir angin sudu lapis anyaman bambu 42 25. Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk

(17)

xv

DAFTAR TABEL

1. Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan 24 2. Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng 25 3. Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu 25 4. Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan 29 5. Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng 30 6. Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir angin merupakan sarana pengubah energi kinetik menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM dan terbesar di berbagai negara seperti Persia, Babilonia, China dan di benua Eropa dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros jenis- jenis kincir angin terbagi menjadi dua kategori, yaitu kincir angin sumbu horisontal dan kincir angin sumbu vertical. Kincir angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan gandum, keperluan irigasi dan lain-lain.

Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi. Walaupun sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional ( seperti PLTD, PLTU dan lain-lain), untuk sekarang kincir angin masih dikembangkan oleh para ilmuwan karena menurut perkiraan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Kincir angin yang penulis gunakan adalah kincir angin berporos horisontal. Efisiensi menjadi suatu hal yang utama dalam kincir angin ini, nilai

(19)

efisiensi yang tinggi dapat meningkatkan nilai koefisien daya yang dihasilkan yang tentu menghasilkan daya keluaran yang tinggi pula. Permukaan sudu kincir juga berpengaruh terhadap performa yang dihasilkan oleh kincir angin.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah prinsip kerja kincir angin yang diuji, penelitian ini juga untuk menghasilkan unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir angin dari bahan kayu, seng, dan anyaman bambu. Penelitian ini juga digunakan untuk mengetahui besar torsi dan daya yang biasa dihasilkan oleh kincir angin

1.3Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat model kincir angin jenis propeler tiga sudu poros horizontal dengan tiga variasi perlakuan permukaan sudu.

2. Mengetahui unjuk kerja dari ketiga variasi kincir angin dengan mencari torsi, koefisien daya maksimal dan tip speed ratio.

(20)

3

1.4Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini meliputi:

1. Kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal tiga sudu tipe propeler.

2. Bahan dasar sudu kincir angin terbuat dari kayu.

3. Terdapat tiga variasi lapisan permukaan sudu yang digunakan dalam kincir angin ini seperti kayu tanpa lapisan, kayu lapis anyaman bambu dan kayu lapis seng.

4. Bahasan yang dilakukan dalam penelitian ini mencakup tentang torsi, daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio

1.5Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian model kincir angin ini adalah : 1. Bagi masyarakat/Industri.

a. Diharapkan dapat mengatasi masalah listrik yang dialami oleh masyarakat yang tinggal di daerah yang mendapat pasokan listrik dari pemerintah.

b. Bahan yang murah dan mudah di dapat, diharapkan masyarakat dapat membuat kincir sendiri dan menghasilkan sumber listrik sendiri.

2. Bagi Akademik

a. Menjadikan sumber bacaan untuk membantu pembelajaran tentang penilitian kincir angin.

(21)

b. Melakukan penelitian yang lebih baik tentang kincir angin. 3. Bagi Penulis

a. Mempelajari tentang energi angin yang dapat dimanfaatkan sebagai energi terbarukan untuk di kemudian hari.

(22)

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Energi angin yang jumlahnya sangat tak terbatas dan banyak dimanfaatkan untuk meringankan kerja manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu mengerakan energi kincir angin, perahu layar dan bahkan bisa dimanfaatkan untuk pembangkit energi listrik yang berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di atmosfer atau lapisan udara bumi yang mengandung banyak partikel udara dan gas.

Kondisi atmosfer atau lapisan udara yang menyelimuti bumi mengandung berbagai macam molekul gas dan terdiri dari beberapa lapisn. Lapisan atmosfer yang paling terendah berupa troposfer. Lapisan troposfer sangat tipis bila dibandingkan dengan diameter bumi. Pada troposfer, semua peristiwa cuaca seperti angin terjadi.

Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.

(23)

2.2 Asal Energi Angin

Hampir semua energi terbarukan, termasuk energi pasang surut, arus dan gelombang air, bahkan energi fosil berasal dari energi matahari. Matahari meradiasikan 1,74 x 1017 joule energi ke permukaan bumi pada setiap detikntya. Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi bentuk energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak dari pada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada dimuka bumi.

Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena perbedaan temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0o, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.

2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin

(24)

7

2.3.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal atau propeler adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah blade lebih dari dua, kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir.

Beberapa jenis kincir dengan poros horisontal adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal (Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014)

Kelebihan kincir angin poros horisontal diantaranya adalah: 1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Setiap sepuluh meter keatas, kecepatan angin meningkat 20% keatas. 3. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju

rotor.

4. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.

Disamping memiliki kelebihan, kincir angin poros horizontal juga memiliki kekurangan diantaranya adalah:

(25)

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan

gearbox yang berat.

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin.

2.3.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi porosnya lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisintal.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kincir Angin Sumbu Vetikal (Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014)

(26)

9

3. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

4. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator. Adapun kekurangan Kincir angin poros vertikal diantaranya adalah:

1. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil. 2. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya

drag tambahan.

3. Dipasang ditempat rendah sehingga faktor keselamatan perlu diperhatikan

2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Menurut Albert Betz ilmuwan Jerman koefisien daya maksimal dari kincir angin adalah 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 :

Gambar 2.3 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan

tips speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir. (Sumber :

www.gunturcuplezt.com, diakses 13 desember 2014)

2.5 Kincir Angin Propeler

Dalam tugas akhir ini saya akan membahas tentang kincir angin sumbu horisontal jenis propeler. Kincir angin propeler merupakan kincir angin yang

(27)

konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudu tiga.

Kelebihan kincir angin propeler, diantaranya adalah : 1. Mampu menghasilkan daya yang besar. 2. Konstruksi kincir lebih sederhana.

3. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi.

4. Penempatannya jauh dari tanah sehingga memiliki faktor keamanan yang cukup tinggi.

2.6 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.6.1 Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang di miliki oleh suatu benda yang bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan :

Ek = ½ m v2 (1)

dengan :

Ek= energi kinetic (Joule)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan angin (m/s)

(28)

11

̇ v2 (2)

dengan :

Pin = daya angin (watt)

̇ = massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s) dimana :

̇= ρ A v (3)

dengan :

ρ = massa jenis udara (kg/m3)

A = luas penampang sudu (m2)

Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin Pin dapat

dirumuskan menjadi:

Pin= ½ (ρ A v) v2,

yang dapat disederhanakan menjadi.

Pin= ½ ρ A v3 (4)

2.6.2 Daya Angin

Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu. Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada dasarnya daya angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat ditulisa dalam rumus sebagai berikut :

Daya = kerja / waktu

= energi kinetik / waktu P = ½ . m . ν2 /t

= ½ (ρ.A.d).ν2 /t

= ½ . ρ. A . ν2. (d/t) d/t = ν = ½ . ρ . A . ν3

(29)

dalam hal ini :

Pin = Daya yang disediakan oleh angin (watt)

 = massa jenis aliran (kg/m3)

ν = kecepatan angin (m/s)

A = Luas penampang sudu (m2)

2.6.3 Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan (F) dengan panjang lengan torsi(l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T =F l (5)

dengan :

T = Torsi (Nm)

F = gaya pembebanan (N)

l = panjang lengan torsi ke poros (m)

2.6.4 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir dengan kecepatan angin.

Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai :

vt = ω r (6)

dengan :

vt = kecepatan ujung sudu

ω = kecepatan sudut (rad/s)

(30)

13

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut :

(7) dengan :

r = jari jari kincir (m)

n = putaran poros kincir tiap menit (rpm)

v = kecepatan angin (m/s).

2.6.5 Daya kincir angin

Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir

akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout= T ω (8)

dengan:

T = torsi dinamis (N.m)

ω = kecepatan sudut didapatkan dari

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan:

Pout= T ω

Pout= (9)

dengan :

Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n = putaran poros (rpm).

(31)

2.6.6 Koefisien daya

Koefisien daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan

perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang

disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :

(10)

dengan :

Cp = Koefisien Daya,

Pout = daya yang dihasilkan kincir.

(32)

15

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Diagram Penelitian

[image:32.595.108.504.245.640.2]

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram aliran metode penelitian kincir angin

Mulai

Perancangan kincir angin propeler tiga sudu

Pembuatan kincir angin dengan bahan dasar triplek dengan tiga variasi perlakuan permukaan depan sudu

Pengambilan data. Untuk mengetahui kecepatan putaran poros kincir, kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio . Membandingan koefisien daya dan tip speed ratio pada masing –masing

variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai

(33)

6.2.Alat dan Bahan

Kincir ini merupakan jenis kincir angin propeler dengan variasi tanpa lapisan dan dengan lapisan seng. Kincir ini dibuat dari bahan kayu dengan ukuran tebal 0,8 cm dan dilapisi dengan lapisan berbahan seng dengan diameter 80 cm. Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini :

1. Sudu kincir angin

[image:33.595.103.515.239.639.2]

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan atau jatuhnya angin, sebagai tempat yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi kehalusan permukaan pada sudu, yaitu sudu tanpa lapisan, sudu dengan lapisan seng, dan sudu dengan lapisan anyaman bambu. Dimana semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2

(34)

17

2. Dudukan sudu

[image:34.595.102.499.246.541.2]

Dudukan sudu merupakan bagian dari komponen kincir yang berfungsi sebagai tempat terpasangnya sudu, seperti yang ditunjukan Gambar 3.3. Dudukan sudu ini memiliki empat buah lubang untuk pemasangan sudu namun pada penelitian ini, hanya digunakan dua lubang saja karena hanya dua buah sudu yang akan dipasang.

Gambar 3.3 Dudukan sudu

3. Terowongan Angin (Wind Tunnel)

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir angin. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan cara menarik blower.

(35)

[image:35.595.100.515.103.684.2]

Gambar 3.4 Terowongan angin

4. Blower

Blower, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5. Berfungsi sebagai penggerak gaya angin untuk menghisap udara dan disalurkan ke terowongan angin (wind tunnel).

(36)

19

5. Anemometer

[image:36.595.100.496.194.566.2]

Anemometer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 . Berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang ditimbulkan di dalam lorong angin.

Gambar 3.6 Anemometer

6. Mekanisme pengereman

Mekanisme pengereman ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7. Berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir untuk mengetahui besar-nya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Terdapat sebuah piringan atau disc pada komponen ini sebagai tempat terjadinya gaya gesek untuk pengereman.

(37)

[image:37.595.100.513.101.734.2]

Gambar 3.7 Mekanisme pengereman

7. Tachometer

Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per minute). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Jenis takometer yang digunakan adalah jenis digital dengan meletakkan sinar yang dimunculkan oleh takometer ke piringan poros yang berputar.

(38)

21

8. Neraca pegas

[image:38.595.101.495.244.599.2]

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui nilai beban pengereman pada kincir disaat kincir angin berputar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.9. Neraca pegas ini diletakan pada bagian mekanisme pengereman dan dihubungkan dengan kopling sederhana menggunakan benang dan pemberat yang jarak telah disesuaikan.

Gambar 3.9 Neraca pegas

9. Penopang kincir

Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu pada saat kincir berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan mekanisme pengereman.

(39)

3.3Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai kincir dalam posisi diam.

2. Variasi kehalusan permukaan triplek, dengan menggunakan lapisan plat seng dan variasi tanpa menggunakan lapisan.

3.4Variabel yang diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Kecepatan angin, (m/s)

2. Beban pengimbang, (N) 3. Putaran kincir, (rpm)

3.5Parameter yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angina adalah:

1. Daya angin (Pin)

2. Daya kincir (Pout)

(40)

23

3.6Langkah Penelitian

Pengambilan data kecepatan angin, beban pengereman, dan putaran poros dilakukan secara bersamaan melalui langkah-langkah sebagai berikut :

1. Memasang kincir di dalam terowongan angin.

2. Kincir di hubungkan dengan dengan mekanisme pengereman yang terhubung langsung lewat sebuah poros.

3. Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin.

4. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.

5. Memasang benang beserta pemberatnya sebagai penghubung antara neraca pegas dengan lengan poros pada mekanisme pengereman.

6. Jika langkah 1 sampai 5 telah dilakukan, blower di hidupkan untuk menghembuskan angin pada terowongan angin.

7. Percobaan pertama adalah variasi triplek tanpa lapisan, percobaan kedua triplek dengan lapisan seng.

8. Variasi beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan variasi beban di gunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan seterusnya.

9. Ukur kecepatan kincir angin melalui putaran porosnya dengan menggunakan takometer, beban untuk menghitung torsi yang terbaca pada neraca pegas secara bersamaan.

10. Jika pengamatan pertama selesai, matikan blower.

11. Melepaskan kincir kemudian ganti sudu dengan variasi yang lain.

(41)

terowongan angin.

13. Menghidupkan kembali blower untuk melakukan pengamatan berikutnya. 14. Mengulangi langkah 6 hingga 13 untuk variasi sudu- sudu yang

berikutnya .

6.7. Desain Kincir

[image:41.595.93.541.235.675.2]

Desain kincir yang dibuat seperti pada Gambar 3.1. dari gambar tersebut dapat kita ketahui bahwa model kincir angin yang dibuat berukuran 80 cm dengan sudut patahan 10o.

Gambar 3.10 Desain kincir angin

Gambar 3.11 Sudut patahan kincir angin. 2,5 cm

Sudut patahan

10o

8,5 cm

35,5 cm

4,5 cm

6 cm

30 cm

(42)

25

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1Data Hasil Penelitian

[image:42.595.102.496.302.652.2]

Berikut ini data pengujian kincir angin tiga sudu jenis propeler. Dengan variasi tanpa lapisan (polos), lapis seng lengkung, dan lapis anyaman bambu. Data yang diperoleh dapat dilihat dari Tabel 4.1,Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu triplek tanpa lapisan (polos)

No Kecepatan angin, v (m/s)

Gaya pengimbang,F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

1

9,4 0 829

9 60 755

8 100 685

8,2 140 619

8,5 170 597

9,2 200 531

8,7 210 476

2

9,3 0 807

8,8 60 766

9,2 100 654

8,4 150 582

9,2 180 560

8,7 200 530

9,2 220 473

3

9,2 0 817

8,9 60 754

8,8 100 650

9,2 150 578

8,7 170 533

9,1 200 516

8,9 210 484

(43)

[image:43.595.98.505.137.720.2]

Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis seng

No Kecepatan angin, v

(m/s)

Gaya pengimbang,F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

1

8,8 0 821

8,8 60 713

8,9 100 668

8,7 130 537

9,2 170 440

2

8,7 0 819

8,6 80 683

8,6 120 558

8,8 150 531

8,6 160 430

3 8,6 0 801

8,8 60 706

8,5 110 606

8,5 130 541

8,9 160 429

Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis anyaman bambu.

No Kecepatan angin, v

(m/s)

Gaya pengimbang,F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

1

8,4 0 689

8,5 40 641

8,3 70 566

9 100 436

8,6 120 390

2

8,5 0 696

8,6 40 656

8,5 70 556

8,6 100 452

8,7 130 379

3

8,6 0 693

8,9 40 644

8,4 70 586

8,5 90 529

(44)

27

4.2Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi utuk mempermudah pengolahan dan perhitungan datasebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2 b. Massa jenis udara 1.18 kg/m3

4.2.1Perhitugan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian pertama dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg/m3, dan luas penampang (A) = 0,50 m2. Dari data ini daya angina yang disediakan adalah :

Pin = ½ . ρ . A . v3

= ½ . 1,18 . 0,50 . (9,07)3 = 215 watt

4.2.2Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi dapat kita hitung. Diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama, dan pembebanan ke dua. Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 0,5886 Newton dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,11 m. maka torsi dapat dihitung :

T = F . l

= 0,5886 . 0,11 = 0,0647 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,0647 N.m

(45)

4.2.3Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, putaran poros (n) sebesar 758,33 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.2 sebesar = 0,0647 N.m, maka besarnya daya kincir terhitung adalah :

Pout = T . ω

= 0,0647 .

= 5,14 watt

4.2.4Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 79,4 rad/s, jari jari (r) kincir angin sebesar 0,4 m, dan kecepatan angin sebesar 9,07 m/s, maka

tip speed ratio terhitung adalah :

tsr =

=

(46)

29

4.2.5Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin pada sub bab 4.21 sebesar 221 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub bab 4.2.3 sebesar 5,14 watt, maka koefisien daya terhitung adalah :

= 5,14 / 221 = 0,02 Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 0,02

(47)

[image:47.842.112.763.167.442.2]

30 Dari pengujian kincir angin yang dilakukan dengan variasi lapisan yang berbeda maka dapat diperhitungkan seperti pada Sub Bab 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan . Data - data perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.4 - 4.6

Tabel 4.4 Perhitugan model kincir angin tanpa lapisan/polos kec. Angin

rata – rata,

v

(m/s)

Gaya pengimbang rata – rata, F

(gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

Gaya pengimbang

rerata, F (N)

Beban torsi, T

(N.m)

Kecepatan sudut, ω

(rad/s) Daya angin, Pin (watt) Daya output kincir, Pout

(watt) Tip speed ratio, tsr Koefisien daya,

Cp (%)

9,30 0 818 0 0 85,6 239 0.00 3,68 0

8,90 60 758 0,59 0,06 79,4 209 5,14 3,57 2,46

8,67 100 663 0,98 0,11 69,4 193 7,49 3,20 3,88

8,60 147 593 1,44 0,16 62,1 189 9,83 2,89 5,21

8,80 173 563 1,70 0,19 59 202 11 2,68 5,46

9,00 200 526 1,96 0,22 55 216 11,9 2,45 5,49

(48)

[image:48.842.130.744.95.419.2]

31 Tabel 4.5 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan seng

kec. Angin rata – rata, v

(m/s)

Gaya pengimbang

rata – rata,

F (gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

Gaya pengimbang rerata, F (N) Beban torsi, T (N.m) Kecepatan sudut, ω

Cp (%)

8,70 0 814 0 0 85,20 195 0 3,92 0

8,73 67 701 0,65 0,07 73,36 198 5,28 3,36 2,67

8,67 110 611 1,08 0,12 63,95 193 7,59 2,95 3,93

8,67 137 536 1,34 0,15 56,14 193 8,28 2,59 4,29

8,90 163 433 1,60 0,18 45,34 209 7,99 2,04 3,82

Tabel 4.6 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan anyaman bambu. kec. Angin

rata – rata, v

(m/s)

Gaya pengimbang

rata – rata,

F (gram)

Putaran kincir,

n (rpm)

Gaya pengimbang rerata, F (N) Beban torsi, T (N.m) Kecepatan sudut, ω

Cp (%)

8,50 0 693 0 0 72,54 182 0 3,41 0

8,67 40 647 0,39 0,04 67,72 193 2,92 3,13 1,51

8,40 70 569 0,69 0,08 59,60 176 4,50 2,84 2,56

8,70 97 472 0,95 0,10 49,46 195 5,16 2,27 2,64

8,63 123 385 1,21 0,13 40,34 191 5,37 1,87 2,81

(49)

4.4GRAFIK HASIL PERHITUNGAN

Dari pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 maka dapat diperoleh grafik. Grafik hubungan tersebut antara lain grafik antara Cp dan

tsr, grafik hubungan torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara daya dengan torsi. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut :

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin Tanpa

Lapisan

[image:49.595.98.514.186.596.2]

Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan daya kincir (Pout).

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk model kincir angin tanpa lapisan

Dari Gambar 4.1 diatas dapat diketahui daya kincir (Pout) yang dihasilkan

model kincir angin tanpa lapisan sekitar 11,7 watt pada torsi sekitar 0,23 N.m.

0 2 4 6 8 10 12 14

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Da y a ki n ci r, Po u t ( wa tt )

(50)

33

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin lapis

Seng

[image:50.595.98.499.214.573.2]

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan daya untuk model kincir angin lapis seng lengkung

Dari Gambar 4.2 diatas dapat diketahui, model kincir angin yang dilapis dengan seng lengkung, menghasilkan daya kincir (Pout) sekitar 8,1 watt pada torsi

sekitar 0,17N.m

0 1 2 3 4

5

6 7

8

9

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Da

y

a

ki

n

ci

r,

P

out

(

wa

tt

)

Torsi , T (N.m)

(51)

4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi untuk KIncir Angin lapis

Anyaman Bambu

[image:51.595.98.494.205.600.2]

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara daya dan torsi untuk model kincir angin lapis anyaman bambu

Dari Gambar 4.3 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis anyaman bambu daya kincir (Pout) yang dihasilkan sekitar 5,4 watt pada torsi sekitar 0,14

N.m.

0 1 2 3

4

5 6

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

Da

y

a

ki

n

ci

r,

Pout

(

wa

tt

)

(52)

35

4.4.4Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin

Tanpa Lapisan

[image:52.595.99.509.210.616.2]

Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan putaran (rpm).

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Torsi dan Putaran untuk model kincir angin tanpa lapisan

Dari Gambar 4.4 diatas dapat diketahui, model kincir angin tanpa lapisan dapat menghasilkan torsi sekitar 0,23 N.m dan terjadi pada putaran 478 rpm.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

P

ut

ar

an

,

n

(

R

pm

)

Torsi , T (N.m)

(53)

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Lapis

Seng

[image:53.595.101.497.203.574.2]

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan putaran untuk model kicir angin lapis seng lengkung

Dari Gambar 4.5 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis seng lengkung dapat menghasilkan torsi sekitar 0,18 N.m pada putaran 433 rpm.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

0 0,05 0,1 0,15 0,2

P

ut

ar

an

,

n

(

R

pm

)

(54)

37

4.4.6 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Lapis

Anyaman Bambu

[image:54.595.99.512.210.627.2]

Gambar 4.6 grafik hubungan antara torsi dan putaran untuk model kincir angin lapis anyaman bambu

Dari Gambar 4.6 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis anyaman bambu dapat menghasilkan torsi sekitar 0,13 N.m pada putaran 385 rpm.

0 100 200 300 400 500

600

700 800

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

P

ut

ar

an

,

n

(

R

pm

)

Torsi , T (N.m)

(55)

4.4.7Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (Cpmax) dan tip speed

ratio (tsr) untuk Kincir Angin Tanpa Lapisan

Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh persamaan y = -3,8576x2 + 19,639x- 19,34 dimana y adalah koefisien daya dan x

menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derivatif yang diatur sama dengan nol.

(-3,8576x

2

+ 19,639x- 19,34) = 0

2(-3,8576)x + 19,639 = 0 -7,7152x + 19,639 = 0 7,7152x = 19,639

x =

x = 2,55

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa tip speed ratio

optimal, diperoleh sebesar 2,55

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut :

y = -3,8576x2 + 19,639x- 19,34

y = -3,8576(2,55)2 + 19,639(2,55) – 19,34

(56)

39

[image:56.595.97.508.176.565.2]

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa koefisien daya maksimal (Cpmax), diperoleh sebesar 5,78%

Gambar 4.7 grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk model kincir

angin tanpa lapisan

4.4.8Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (Cpmax) dan tip speed

ratio (tsr) untuk Kincir Angin Lapis Seng

Pada Gambar 4.8 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis seng diperoleh persamaan y = -2,1762x2 + 10,914x– 9,3743 dimana y adalah koefisien daya dan x

menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derivatif persamaan diatas yang diatur sama dengan nol.

y = -3,8576x2_{+ 19,639}_x_{- 19,34}

0 1 2 3 4 5 6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

K o ef is ie n da y a, % ( Cp )

Tip speed ratio, tsr

(57)

(-2.1762x

2

+ 10.914x - 9.3743) = 0

2(-2,1762)x + 10,914 = 0 -4,3524x + 10,914 = 0 4,3524x = 10,914

x =

x = 2,5

y = -2,1762x2 + 10.914x - 9.3743

y = -2,1762 (2,5)2 + 10,914 (2,57) – 9,3743

y = 4,3

(58)

[image:58.595.98.514.121.596.2]

41

Gambar 4.8 Garfik hubungan antara Cp dan tsr unutk model kincir

angin lapis seng

4.4.9Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (Cpmax) dan tip speed

ratio (tsr) untuk Kincir Angin Lapis Anyaman Bambu

Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk model kincir angin variasi sudu lapis anyaman bambu diperoleh persamaan y = -2,2306x2 + 10,16x – 8,5503 dimana y adalah koefisien daya dan x menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derevatif persamaan diatas yang diatur sama dengan nol.

(-2,2306x

2

+ 10,16x– 8,5503) = 0

2(-2,2306)x + 10,16 = 0 -4,4612x + 10,16 = 0 4,4612x = 10,16

y = -2.1762x2_{+ 10.914}_x_{- 9.3743}

0 1 2 3 4 5

tip speed ratio, tsr

(59)

x =

x = 2,2

y = -2,2306x2 + 10,16x– 8,5503

y = -2,2306 (2,2)2 + 10,16 (2,02) – 8,5503

y = 3,00

[image:59.595.101.513.221.702.2]

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa koefisien daya maksimal (Cpmax), diperoleh sebesar 3,00%

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin lapis

anyaman bambu.

y = -2.2306x2_{+ 10.16}_x_{- 8.5503}

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 1 2 3 4

K o ef is ie n da y a, % ( CP )

(60)

43

4.5Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Lapisan Sudu Permukaan

Berikut ini adalah grafik-grafik perbandingan tiga variasi yakni, grafik daya dengan torsi, grafik torsi dengan putaran/rpm, dan grafik koefisien daya (Cp)

dengan tip speed ratio (tsr).

4.5.1Grafik Perbandingan Koefisien Daya Maksimal (Cp) dan tip speed ratio

(tsr)

Data yang sudah diolah, dapat dilihat pada Gambar 4.12, grafik ini menunjukan perbandingan antar ketiga variasi yang diteliti, yakni perbandingan antara koefisien daya maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr). Dapat diketahui

[image:60.595.102.514.206.688.2]

bahwa model kincir angin dengan sudu tanpa lapisan memiliki koefisien daya yang lebih besar dibandingkan dengan variasi yang lainnya, dikarenakan kincir angin yang tanpa lapisan memiliki permukaan yang halus, sehingga tidak terjadi hambatan.

Gambar 4.12. Grafik perbandingan koefisien daya maksimal(Cpmax) dan

tip speed ratio (tsr) untuk tiga variasi lapisan permukaan sudu

0 1 2 3 4 5 6

0 2 4 6

Tip speed ratio, tsr

1. polos

2. lapis seng

3. lapis anyaman bambu

1

2

3

(61)

44

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin propeler tiga sudu dalam bentuk kerucut dari bahan triplek ukuran 8 mm, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu poros horizontal dengan tiga variasi, yakni sudu tanpa lapisan, sudu lapis seng, dan sudu lapis anyaman bambu, dan telah digunakan untuk penelitian.

2. Kincir angin propeler tanpa lapisan dapat menghasilkan daya kincir output sebesar 11,9 watt, pada kecepatan angin rata-rata 9,0 m/s dan koefisien daya puncak sebesar 5,7% pada tip speed ratio 2,5.

Kincir angin propeler lapis seng dapat menghasilkan daya kincir output sebesar 8,28 watt, pada kecepatan angin rata-rata 8,67 m/s dan koefisien daya puncak sebesar 4,3% pada tip speed ratio 2,5.

Kincir angin propeler lapis anyaman bambu dapat menghasilkan daya kincir output sebesar 5,37 watt, pada kecepatan angin rata-rata 8,63 m/s dan koefisien daya puncak sebesar 3% pada tip speed ratio 2,2

(62)

45

5.2. Saran

Setelah selesai melakukan penelitian pada model kincir angin poros horizontal dengan tiga variasi, maka didapatkan kekurangan dan kelebihan dari masing – masing variasi kincir angin. Saran-saran berikut ini bisa menjadi referensi untuk penelitian kincir angin selanjutnya.

a. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai berbagai bentuk sudu yang mampu meningkatkan unjuk kerja kincir.

b. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal, kehalusan kincir perlu diperhatikan, karena semakin halus permukaan sudu kincir bagian belakang, maka hambatannya akan semakin kecil.

c. Kepresisian dalam pemasangan kincir angin perlu diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang akurat.

d. Periksa dengan teliti komponen kincir dan komponen pendukung kincir sebelum pengambilan data. Hal ini perlu dilakukan untuk meminimalisir rugi-rugi yang dapat mempengaruhi unjuk kerja kincir.

(63)

DAFTAR PUSTAKA

Culp, Archie W., 1985, “Prinsip-Prinsip Konversi Energi.”, Terjemahan oleh Darwin Sitompul, Erlangga, Bandung.

Daryanto,Y., 2007, “Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga

Bayu”, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan Energi Nasional.

Daryanto, T. 2012, Energi Terbarukan, http://www.Kompas.comDiakses : Tanggal 22April 2012.

Ginting, Soeripno, J., 1993, “Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir

Angin Poros Horisontal.”, Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung

Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 12

April 2015.

Kadir, A., 1995, “ Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial

Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

Sari, Eka. 2012, “Belanda Sang Negeri Kincir Angin”,