Model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar tiga ruang bersekat yang membentang dan mengatup otomatis - USD Repository

(1)

i

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Progam Studi Sains dan Teknologi

Disusun oleh:

FRANSISKUS KRISTA JATI PRASETYA NIM : 065214004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

FINAL TESSIS

Presented as partial Fulfillment on the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree

Of Mechanical Engineering Study Program

By:

FRANSISKUS KRISTA JATI PRASETYA NIM : 065214004

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

iii

Model Kincir Angin Poros Vertikal dengan Empat Sudu Datar Tiga

Ruang Bersekat yang Membentang dan Mengatup Otomatis

Disusun oleh :

FRANSISKUS KRISTA JATI PRASETYA NIM : 065214004

Telah Disetujui Oleh :

Yogyakarta,... 2011 Pembimbing Utama

(4)

(5)

v

yang diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertuilis pada acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, …………2010

(6)

vi

dan koefisien daya output kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar serta tiga ruang yang membentang dan mengatup otomatis.

Sudu-sudu kincir angin yang dapat membentang dan mengatup secara otomatis ini dibuat dari bahan tripleks dengan ketebalan 6 mm. Pengujian kincir dilakukan untuk tiga variasi ukuran sudu dan lima variasi kecepatan angin. Pengujian poros kincir dilakukan dengan cara memasang kincir angin pada wind tunnel dan dihubungkan dengan generator sebagai pembangkit listrik melalui transmisi sabuk.

(7)

vii

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma

Nama : Fransiskus Krista Jati Prasetya Nomor Mahasiswa : 065214004

Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Model Kincir Angin Poros Vertikal dengan Empat Sudu Datar Tiga Ruang Bersekat yang Membentang dan Mengatup Otomatis

beserta perangkat yang diperluakan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan Kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti Kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta,

Pada tanggal :………..2010

Yang menyatakan,

(8)

viii

Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas Berkat kasih Kudus-Nya yang telah dianugerahkan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada henti di dalam penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Rines Alapan, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan , serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.

4. Kepada ayahanda Yohanes Widada dan ibunda Yuliana Sulastri, S.Pd., atas dukungan moral, financial, motivasi, cinta kasih serta doa restu yang tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.

5. Adik – adikku, Maria Tyas Palupi dan Elisabeth Kartika,yang telah mendukung selama ini.

6. Maria Widawati, atas segala ketulusan, kesabaran dan kasih sayang, dukungan moril juga semangatnya selama ini yang telah diberikan.

(9)

ix

10. Saudara - saudara, juga berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Saya menyadari penulisan Tugas Akhir ini banyak kekurangan, dengan sedikit inspirasi ini dapat menjadi jalan menuju suatu hal yang lebih baik untuk penulisan tugas akhir teman-teman nantinya serta melanjutkan ke arah pengembangan penelitian maupun kreativitas dan penciptaan demi kemajuan Universitas kita.

Yogyakarta, ...2010

(10)

x

Halaman Pengesahan... iii

Halaman Persetujuan... iv

Intisari... vi

Kata Pengantar... viii

Daftar Isi... x

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1. Latar belakang... 1

1.2. Perumusan masalah... 2

1.3. Batasan masalah ... 3

1.4. Tujuan ... 3

1.5. Manfaat penelitian... 4

BAB II DASAR TEORI... 5

2.1. Pengertian Angin... 5

2.2. Energi yang terdapat dalam angin... 5

2.3. Tipe Kincir Angin ... 6

2.4. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal... 8

2.5. Gerak Kincir... 9

2.6. Perhitungan Pada Kincir ... 9

2.7. Perhitungan Torsi dan Daya ... 10

2.8. Koefisien Daya... 12

2.9. Daya Generator ... 12

2.10. Efisiensi Total Sistem ... 13

(11)

xi

3.3. Bahan Penelitian ... 22

3.4. Data dan hasil yang dianalisis ... 24

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN... 27

4.1. Data Penelitian ... 27

4.2. Pengolahan dan Perhitungan Data ... 30

4.3. Grafik hasil Perhitungan ... 40

4.4. Pembahasan ... 45

BAB V PENUTUP... 47

5.1. Kesimpulan ... 47

(12)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di dunia. Ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi besar akan salah satu sumber energi terbarukan yaitu angin. Energi angin yang tersedia berlimpah, tidak habis-habis, dan tersebar luas. Penggunaan energi angin memiliki beberapa keunggulan yakni bersih dan tidak menimbulkan efek rumah kaca. Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi.

Energi angin merupakan energi terbarukan yang fleksibel. Karena fleksibilitasnya, energi angin dapat di manfaatkan sebagai pembangkit listrik. Alat yang di gunakan adalah kincir angin, energi potensial yang terdapat pada kicir angin akan memutar sudu-sudu pada kincir.Sudu- sudu ini terhubung pada poros dan akan memutarkan generator, sehingga menghasilkan listrik. Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi.

Dari data hasil tinjauan yang telah didapat keceparan angin relative di Indonesia rata-rata 3.5 m/s (sumber pusat meteorology dan geofisika,2000). kecepatan angin di daerah-daerah indonesia diatas, saya akan mencoba membuat kincir angin mengatup otomatis dengan jumlah sudu empat buah dan mengatup secara otomatis. Dengan variasi tiga ruang sekat pada masing sudu. Maka tiap-tiap

(13)

ruang pada sudu akan lebih mengoptimalkan penahanan angin yang ditangkap oleh ke empat sudu tersebut sehingga akan menekan dan menggerakkan kincir. Variasi yang dimiliki oleh kincir ini akan menambah meningkatnya unjuk kerja serta efektivitas kerja sudu dalam menghasilkan daya output yang akan di manfaatkan pada akhirnya.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:

1) Potensi angin di Indonesia sangat besar namun untuk kecepatan angin itu sendiri relatif rendah. Cukup sulit memprediksikan kesetabilannya.

2) Sumber daya manusia Indonesia masih tergolong rendah dalam bidang pendidikan terlebih dalam pengembangan ilmu teknologi dan latar belakang perekonomian indonesia tergolong masih rendah. Sehingga dalam hal ini masih butuh bantuan dari pihak luar, hal tersebut dikarenakan dalam penerapan teknologi tinggi memang membutuhkn biaya besar.

3) Kincir angin ini dibuat dengan mencoba mengembangkan kreatifitas dan dipadukan dengan teknologi dalam wujud variasi sudu. Agar mudah dalam pembuatan, maka dalam proses pengerjaan dilakukan dengan sistim kerja kelompok.

(14)

1.3 Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang meluas dan menjadi rumit, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

1. Jumlah sudu yang digunakan ialah sudu 4 buah dengan variasi tiga ruang sekat pada tiap sudu.

2. Tingkatan ukuran sudu yang di gunakan yaitu sudu 20cm × 24cm, 25cm × 24cm, dan 30cm × 24cm.

3. Bentuk sudu segi empat dan luas masing-masing sudu sama pada setiap variasi.

4. Kecepatan angin untuk setiap variasi di ambil 4 s/d 8 m/s dan berlaku sama pada setiap variasi tingkatan sudu.

1.4 Tujuan

1. Membuat dan menguji model kincir angin mengatup otomatis dengan jumlah sudu 4 sebagai pembangkit listrik.

2. Mengetahui torsi statis dan daya yang dihasilkan oleh kincir dengan tingkatan kecepatan angin.

3. Mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir dengan kecepatan angin pada variasi jumlah sudu dan variasai sekat.

4. Mendapatkan tingkat efisiensi kincir yang maksimal dengan variasi sudu. 5. Mengetahui hubungan koefisien daya dengan dengan tip speed ratio pada

(15)

1.5 Manfaat

1. Dapat dikembangkan untuk pembuatan dalam skala besar dengan harapan nantinya akan mampu menghasilkan daya listrik yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat pada umumnya, khususnya kalangan masyarakat dengan latar belakang ekonomi menengah ke bawah.

2. Mampu mengurangi dan menekan polusi akibat penerapan dan penggunaan teknlogi yang kurang ramah lingkngan.

3. Mampu mengurangi dan menekan penggunaan energi minyak bumi yang semakin lama akan semakin habis.

(16)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Angin

Terjadinya angin karena adanya perbedaan temperatur, menyebabkan adanya perbedaan tekanan udara. Tempat dengan tekanan yang lebih rendah akan ditempati oleh udara inilah yang disebut dengan angin. ( sumber : Arismunandar, W.,Penggerak Mula Turbin).

Angin terjadi di lapisan Atmosfer pada lapisan Troposfer. Lapisan Troposfer ini memiliki ketebalan kurang lebih 11 km (3600 ft) dari permukaan laut ke atas.

2.2 Energi yang terdapat dalam angin

Sistem angin di bumi dikarenakan adanya perpindahan massa udara pada atmosfer sebagai hasil dari variasi tekanan di atmosfer, dimana perubahannya merupakan hasil dari perbedaan pemanasan dari sinar matahari karena perbedaan permukaan bumi.

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik.

Energi kinetik = 0,5 mV2 (1)

dimana m dalam kilogram danVdalamm/s

Dengan m adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu. Yaitu:

m=ρAV (2)

Energi kinetik angin per satuan waktu = 0,5(ρAV )V2

(17)

P= 0,5ρAV3 (3) dengan :

ρ = massa jenis udara, kg / m3

A = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, m2 V = kecepatan angin, m / s

P = daya angin, watt

(sumber: Boyle,Goldfrey.Renewable energy,248)

Apabila massa jenis udara adalah ρ = 1,23 kg/m3 maka persamaan (3) di atas dapat disederhanakan menjadi :

P = 0,6 AV3 (4)

Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati kincir angin. Ketika melewati kincir angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang “hilang” ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar kincir angin yang terhubung dengan rotor dari generator. Generator akan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

2.3 Tipe Kincir Angin

(18)

angin poros vertikal atau TASV (Savonius) adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros turbin jenis TASV secara umum bergerak lebih perlahan dibanding jenis TASH, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan di beberapa negara, kincir angin Savonius ini belum dapat dipastikan berapa effisiensi yang tepat. Kincir angin Savonius dapat menyerap energi angin dengan effisiensi kurang lebih 30% ( sumber : Arismunandar, W., Penggerak Mula Turbin ). Menurut Profesor Betz, effisiensi maksimum kincir American sekitar 20%, yang dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1.Diagram Betz

Savonius

American multiblade

High Speed Propeller Ideal Propeller

(19)

Tabel 2.1.Unjuk kerja macam-macam kincir angin

Tipe CP Solidity %

Horizontal Axis

( Sumber : Ir. YB. Lukiyanto, M.T.,Kuliah Rekayasa Tenaga Angin).

2.4 Kelebihan kincir Angin Sumbu vertikal

1. Bisa menerima tekanan angin dari berbagai macam arah angin, sehingga putaran kincir relatif tinggi.

2. Torsi yang dihasilkan cukup tinggi.

(20)

2.5 Gerak Kincir

1. Pada dasarnya kerja kincir angin berkebalikan dengan kipas angin.

2. Turbin angin bukan untuk membuat angin yang dialiri listrik melainkan turbin angin digerakan oleh angin untuk menghasilkan listrik.

3. Angin yang mengenai sudu akan menghasilkan energi kinetik. Energi kinetik tersebut, akan memutar puli yang telah terpasang pada roda jalan dan generator. Lalu secara otomatis generator tersebut akan beputar dan menghasilkan energi listrik.

2.6 Perhitungan Pada Kincir

1. Daya Yang Dihasilkan Generator Listrik

Sebuah generator listrik berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik yang besarnya sebagai berikut :

Pout= V× I (1)

dengan :

V =Tegangan (Volt) A =Arus (Ampere) 2. Daya Yang Tersedia Pada Angin

Daya yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin

(21)

Apabila massa jenis udara ( standar 1,225kg/m3 ), maka persamaan di

atas dapat disederhanakan menjadi :

3

A = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, (m2)

V _{= kecepatan angin, (m/s)}

2.7 Perhitungan Torsi Perhitungan Torsi dan Daya

1. Torsi statis

Torsi statis dihitung dengan menggunakan rumus :

(6) dengan :

= Torsi statis, N.m

= Gaya pada poros akibat puntiran, N = Jarak lengan ke poros, m

2. Daya output

Perhitungan daya pada gerak melingkar secara umum dirumuskan sebagai:

(7) dengan :

= torsi dinamis, N.m

= kecepatan sudut, rad/detik

(22)

(8)

dengan :

= daya putar poros (watt)

= banyaknya putaran poros tiap menit 3. Torsi

Torsi dinamis dihitung dengan menggunakan rumus :

(9) dengan :

= Torsi yang dihasilkan akibat putaran poros (N.m) = Gaya pada poros akibat puntiran (N)

= Jarak lengan ke poros (m) 4. Tip Speed Ratio

Tip-speed ratio adalah perbandingan dari kecepatan ujung sudu –sudu yang berputar dengan kecepatan dari aliran udara.

(10)

dimana,

= Tip speed ratio = jari-jari kincir

= kecepatan aliran angin = putaran poros (rpm)

(23)

a. Koefisien daya bergantung pada perbandingan ujung sudu.

b. Ditandai dengan kurva Cp berbanding dengan perbandingan kecepatan ujung

sudu - Tip Speed Ratio Curve.

2.8 Koefisien daya

Perhitungan Koefisien daya (Cp) kincir dapat dihitung berdasarkan

perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (P) dengan daya teoritis (Pth) yang

disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

(11)

Dengan :

Cp= Koefisien Daya Kincir (%)

P =Daya Yang dihasilkan oleh Kincir (Watt)

Pth= Daya Teoritis (Watt)

2.9 Daya Generator

Perhitungan Daya Generator (Pgen) kincir dapat diperoleh dari perkalian

antara tegangan listrik (V) yang dihasilkan oleh motor dengan arus listrik (I) yang dihasilkan, dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

Pgen =V × I (12)

Dengan :

Pgen= Daya generator (Watt)

(24)

2.10 Efisiensi Total Sistem.

Perhitungan Efisiensi Total Sistem (ηTot) kincir dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya generator yang dihasilkan oleh kincir (Pgen) dengan daya

teoritis (Pth) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan

berikut :

(13)

Dengan :

ηTot = Efisiensi Total Sistem (%)

Pgen =Daya generator (Watt)

Pth = Daya Teoritis (Watt)

2.11 Perhitungan Koefisien daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) digunakan untuk menggantikan istilah efisiensi atau ujuk kerja, adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang tersedia dengan daya yang dihasilkan oleh system kincir angin.

x 100% (8)

Dengan :

Cp = Koefisien Daya Kincir (%)

Pout =Daya Yang dihasilkan oleh Kincir ( Watt )

Pin = Daya Teoritis ( Watt )

(25)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian

Metode yang digunakan untuk penelitian pada tugas akhir ini membutuhkan dua proses yang nantinya akan menentukan hasil unjuk kerja model kincir berupa torsi statis dan daya keluaran yang dihasilkan. Proses yang pertama adalah pengukuran dan pencatatan data. Data yang harus dicatat berkaitan dengan torsistatis adalah beban gaya penyeimbang berupa kantung pasir dikaitkan dengan tali pada tuas pros model kincir, yang berfungsi untuk menghentikan kincir saat akan berputar. Aalat yang dugunakan untuk pengambilan data berkaitan dengan torsi statis adalah tuas dan timbangan pegas. Pengambilan data tersebut dilakukan pada kecepatan angin dan variasi sudu yang berbeda dan setiap kecepatan angin dilakukan lima kali pengambilan data, kemudian data di ambil rata-rata. Data yang harus dicatat berkaitan dengan daya keluaran yang dihasilkan model kincir antara lain, arus, tegangan, torsi dinamis, dan kecepatan putar poros. Pengambilan dan pencatatan data tersebut juga dilakukan dengan tingkatan kecepatan angin dan variasi sudu yang berbeda. Untuk mendapatkan data yang berkaitan dengan daya keluaran digunakan alat ukur berupa, voltmeter, ampermeter, lampu beban, kabel penghubung, dan timbangan pegas.

Proses yang kedua adalah proses perhitungan dan pengolahan data yang telah tercatat pada saat proses pertama dilakukan yaitu baik untuk mengetahui torsi statis yang dihasilkan begitu juga dengan daya keluaran yang dihasilkan. Pengolahan data untuk mengetahui torsi statis dan daya keluaran (output)adalah

(26)

dengan cara menghitung data sesuai dengan rumus yang telah dicantumkan pada dasar teori.

Objek yang di teliti adalah model kincir angin poros vertikal dengan jumlah sudu 4 buah dengan variasi 2 sekat pada sudu dan dengan 3 tingkatan ukuran sudu (20cm × 24cm, 25cm × 24cm, dan 30cm × 24cm). Kemudian, dari data yang di peroleh selanjutnya akan kembali di olah untuk mendapatkan unjuk kerja kincir berupa daya, TSR, CP, dan efisiensi total seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Dalam proses pengambilan data tercatat baik gaya penyeimbang untuk torsi statis maupun data yang berkaitan untuk daya keluaran (output), kincir angin diberikan hembusan angin dengan kecepatan yang berbada-beda (mulai dari 4 m/s sampai 8 m/s) sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda. Transmisi dalam kincir ini berupa puli dengan penghubung berupa sabuk yang dihubungkan dengan poros rotor generator. Rotor generator akan berputar sehingga menghasilkan energi listrik, dan energi listrik tersebut yang nantinya akan dimanfaatkan untuk keperluan rumah tangga pada umumnya. Gambar sederhana kincir tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.1.

(27)

3.2. Peralatan Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 1. Generator

Generator berfungsi sebagai alat yang mengubah gerak putaran menjadi energi listrik, generator yang dimaksudkan ditunjukan pada Gambar 3.2. Generator menghasilkan arus listrik dan tegangan listrik yang berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.

Gambar 3.2.Generator 2. Tachometer

(28)

Gambar 3.3Tachometer 3. Terowongan Angin

Terowongan angin (wind tunnel) berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Dalam hal ini kincir diletakkan didalam terowongan angin tersebut.

(29)

4. Blower

Blower berfungsi untuk menyerap angin yang akan disalurkan ke terowongan angin, blower yang dimaksudkan ditunjukkan pada Gambar 3.5

Gambar 3.5.Blower 5. Amperemeter

Amperemeter berfungsi untuk mengukur arus listrik dalam satuan Ampere pada beban yang diberikan. Amperemeter yang dimaksudkan ditunjukkan pada gambar Gambar 3.6.

(30)

6. Voltmeter

Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan listrik pada beban yang diberikan. Voltmeter yang dimaksudkan ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Voltmeter 7. Lampu

Lampu berfungsi sebagai beban dalam penelitian, pada saat pengambilan data beban inilah yang diukur. Lampu yang dimaksudkan ditunjukkan pada Gambar 3.8.

(31)

8. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur dan mengetahui kecepatan angin, anemometer yang dimaksud ditunjukkan pada gambar Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Anemometer 9. Peralatan dan kunci-kunci

Peralatan yang digunakan untuk membongkar pasang seperti kunci pas 10 dan obeng plus, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.10.

(32)

10. Kabel penghubung

Kabel penghubung berfungsi sebagai penghubung pada rangkaian pengukur dengan generator. Kabel yang dimaksudkan, ditunjukkan pada Gambar 3.11

Gambar 3.11. Kabel penghubung 11. Timbangan pegas

Timbangan pegas berfungsi untuk mengetahui besarnya gaya pegas. Timbangan pegas yang dimaksudkan, ditunjukkan pada gambar Gambar 3.12.

(33)

3.3. Bahan Penelitian

1. Sudu kincir

Sudu kincir terbuat dari triplek dengan ketebalan 0,6 mm dan terpasang 4 buah.Bahan tersebut ringan sehingga dapat menggerakan kincir lebih mudah dengan daya tangkap angin tinggi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar Gambar 3.13.

Gambar 3.13Sudu kincir

2. Poros kincir dan dudukan sudu

a. Poros

Terbuat dari pipa baja, dengan panjang 120 cm, dilas dengan rangkaian dudukan kincir,agar kuat untuk menopang dan memudahkan putaran kincir angin.

b. Dudukan sudu

Terbuat dari pipa besi dengan posisi membentang dan diberi pengunci berupa baut dengan jarak yang telah ditentukan agar mempermudah dalam pemasangan sudu.Dudukan sudu terpasang pada bearing dan diantara pembatas, sehingga gerak membuka dan menutup sudu pun lebih fleksibel

(34)

namun teratur. Poros kincir dan dudukan sudu, dapatdilihat pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14Rangkaian poros kincir dan komponen. 1. Poros Sudu

Poros Sudu yang digunakan, terbuat dari besi pejal dengan diameter 15 mm.Seperti yang ditunjukkan pada gambar Gambar 3.15.

Gambar 3.15Poros sudu 2. Motor listrik sebagai generator.

(35)

Gambar 3.16.Generator 3.4. Data dan hasil yang dianalisis

Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Putaran poros kincir dan alternator yang dihasilkan (n). 2. Tegangan (Volt) dan arus (Ampere) listrik pada Lampu.

3. Kecepatan angin (V), didapat dari pengukuran anemometer yang diletakan didepan terowongan angin.

4. Pout diperoleh dari perkalian tegangan (Volt) dengan arus (Ampere) listrik

yang dihasilkan dari lampu.

5. Perhitungan daya kincir (Pin) agar dapat menghitungCp

6. Perhitungan TSR.

a. Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan saat proses penambilan data dari permulaan sampai selesai, sebagai berikut :

1. Pengambilan data berkaitan dengan torsi statis :

(36)

b) Memasang tuas aluminium (sebagai penunjuk gerak kincir). c) Memasang tali pengkait beban pasir dengan tuas poros. d) Memberi pemberat pada beban (pasir).

e) Memasang anemometer untuk mengetahui kecepatan angin yang ada dalam terowongan angin. Blower dihidupkan untuk menyerap angin masuk kedalamwind tunnel. Dorong saklar off (0) keposisi on (1) dan tekan tombol warna hijau.

f) Mengukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antarawind tunneldengan blower.

g) Menunggu sekitar 1 sampai dengan 2 menit agar sistem menjadi setabil (tunak).

h) Setelah kecepatan angin stabil; kemudian mengatur pembebanan yang sesuai untuk mengimbangi gerak kincir agar tidak berputar sampai lima kali.

i) Mencatat hasil lima pembebanan dan diambil nilai rata-ratanya. j) Langkah 4 s/d 8 berlaku pada tiap-tiap variasi tingkatan sudu dan

variasi kecepatan angin.

k) Menekan tombol warna merah (stop) untuk mematikan blower.

2. Pengambilan data berkaitan dengan daya keluaran :

(37)

b) Menghubungkan kabel yang keluar dari altenator pada volt meter, ampere meter dan beban lampu, dengan rangkaian sesuai prosedur pengambilan data.

Gambar 3.17. Rangkaian generator, alat ukur dan lampu beban. c) Memasang anemometer untuk mengetahui kecepatan angin yang ada

dalam terowongan angin.

d) Blower dihidupkan untuk menyerap angin masuk kedalamwind tunnel. Dorong saklar off (0) keposisi on (1) dan tekan tombol warna hijau. e) Mengukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak

antarawind tunneldengan blower.

f) Menunggu sekitar 1 sampai dengan 2 menit agar sistem menjadi setabil (tunak).

g) Mencatat kecepatan angin, putaran poros, arus dan tegangan, pada tiap-tiap 1x pembebanan, setiap-tiap pembebanan diambil data 2 menit sekali dan 5 kali pengambilan data. .

(38)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Penelitian

Data yang diperoleh pada percobaan dengan variasi jumlah sudu dengan ukuran 20cm × 24cm, 25cm × 24cm, dan 30cm × 24cm.Secara berturut-turut ditunjukkan dalam Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

Tabel 4.1. Data yang diperoleh dari kincir dengan sudu berukuran 20cm × 24cm, dan variasi kecepatan angin 6 – 8 m/s.

(39)

Tabel 4.2. Data perolehan dari kincir dengan sudu berukuran 25cm × 24cm dan variasi kecepatan angin 6 – 8 m/s.

(40)

Tabel 4.3. Data perolehan dari kincir dengan sudu berukuran 30cm × 24cm dan variasi kecepatan angin 6 – 8 m/s.

(41)

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data

Pada Perhitungan data, digunakan data dari sudu berukuran 30cm × 24cm, dan dengan kecepatan angin yang berbeda-beda.

Data yang berkaitan dengan kincir angin model dan dengan sudu berukuran 30cm × 25cm, adalah sebagai berikut:

d = diameter sudu = 0,60 m h = tinggi kincir = 0,40 m

1. Luas penampang kincir

Luas penampang kincir,A, dapat diperoleh dari rumus luas lingkaran A = d . x

Sudut kemiringan yang dimiliki oleh sudu saat tertutup adalah 12o dan panjang sudu = 20 cm

Gambar 3.17Sudut kemiringan pada sudu saat mengatup.

x =2(cos12o)(25) (1)

= 58,68 + 5 cm = 63,6 cm = 0,63 m

(42)

Dari rumus (1) maka didapatkan,

A = (0,6 m)(0,63 m) = 0,378 m2 (2)

2. Luas penampang kincir

Dari persamaan diperoleh daya yang tersedia (Pin) pada angin

3

V3= kecepatan angin, (m/s)

Perhitungan daya yang dihasilkan kincir dengan kecepatan angin berubah-ubah, maka diambil dari salah satu data variasi sudu, yaitu sudu 30cm × 24cm dan kecepatan angin 8,1 m/s.Dari persamaan (3), maka didapat hasil sebagai berikut :

Pin = (0,6)(0,378)(8,13)

= 120,53 watt

3. Daya keluaran (Pout) yang dihasilkan generator

1. Dari persamaan (4) dapat diperoleh daya keluaran (Pout) generator

Pout = V · I (watt) (4)

dengan :

Pout = daya output (watt)

V = tegangan (volt)

I = arus (ampere)

(43)

dengan :

V = 1,62 Volt I = 0,37 Ampere

maka dari persamaan (4) diperoleh hasil sebagai berikut : Pout= (1,62 Volt)(0,37Ampere)

= 0,599 watt

4. Torsi Statis dan Dinamis yang dihasilkan kincir

Dari persamaan, untuk sudu 30cm × 24cm, kecepatan angin 8,1 m/s diperoleh:

(44)

Dari persamaan (6) maka dapat diperoleh: Td = (0,15)(9,81)(0,3)

= 0,441N.m

5. Daya keluaran (Pout) yang dihasilkan poros

1. Daya keluaran (Pout) poros dapat diperoleh dari dari persamaan sebagai

berikut:

Pout =

dengan :

Pout = daya output (watt)

Td = torsi dinamis ( N.m)

n = putaran poros ( rpm )

2. Contoh data perhitungan yang diambil dari salah satu variasi sudu dengan ukuran 30cm × 24cm dan kecepatan angin 8,1 m/s.Maka data yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

Pout=

= 3,644 Watt

6. Menghitung TSR (tip speed ratio) danCp

1. Perhitungan TSR dengan data sudu berukuran 30cm × 24cm, dan kecepatan angin 8,1 m/s sebagai berikut :

(45)

Dengan :

λ = Tip speed ratio (TSR)

r = jari-jari kincir

v = kecepatan aliran angin n = putaran poros (rpm)

λ =

=0,309

2. Perhitungan TSR dengan data sudu berukuran 30cm × 24cm, dan kecepatan angin 8,1 m/s sebagai berikut :

Cp= 100% (9)

= 100%

= 2,261%

3. Perhitungan efisiensi menyeluruh sistem dengan data sudu 30cm × 24cm, kecepatan angin 8,1 m/s sebagai berikut :

ηTot = 100% (10)

Dengan :

ηTot = Efisiensi Total Sistem

Pgen = Daya generator

Pth = Daya Teoritis

(46)

Tabel 4.4. Data hasil perolehan dari kincir dengan variasi sudu dan kecepatan angin yang berbeda-beda, ditunjukkan sebagai berikut.

Variasi

8 1.64 81.1 53.66 0.2106 2.022

7.6 1.23 69.53 42.19 0.1743 1.769

7.1 0.78 56.69 30.25 0.1337 1.375

20cm × 24cm

6.5 0.57 43.5 23.57 0.1138 1.310

8 2.13 97.68 57.99 0.2276 2.180

7.5 1.37 65.44 47.2 0.2117 2.093

7 1.43 80.49 46.84 0.1961 1.776

6.6 1.07 54.85 38.84 0.1847 1.950

25cm × 24cm

6 0.65 41.21 25.08 0.1312 1.577

8.1 3.16 120.53 68.63 0.2660 2.620

7.5 2.28 95.68 61.91 0.2591 2.382

7.1 1.74 81.17 56.73 0.2508 2.143

6.5 1.52 82.28 52.26 0.2524 1.847

30cm × 24cm

(47)

Data torsi statis dan dinamis yang diperoleh dengan variasi sudu dan kecepatan Angin berbeda-beda ditunjukkan pada Tabel 4.5.1 sampai dengan Tabel 4.5.6 Tabel 4.5.1. Tabel data torsi statis untuk variasi sudu berukuran 20cm × 24cm

Kec Gaya Gaya Torsi statis

(48)

Tabel 4.5.2. Tabel data torsi statis untuk variasi sudu berukuran 25cm × 24cm

(49)

Tabel 4.5.3. Tabel data torsi statis untuk variasi sudu berukuran 30cm × 24cm

(50)

Tabel 4.5.4. Tabel data torsi dinamis untuk variasi sudu berukuran 20cm × 24cm

Kec Gaya Torsi Dinamis

Angin

(m/s) Penyeimbang Terhitung, Td, Rata-rata, F, (Kg) (N.m)

8 0.1 0.294

7.6 0.095 0.279

7.1 0.086 0.253

6.5 0.08 0.235

6 0 0

Angin

8 0.12 0.353

7.5 0.1 0.294

7 0.095 0.279

6.6 0.09 0.264

6 0.085 0.250

Angin

8.1 0.15 0.441

7.5 0.12 0.353

7.1 0.1 0.294

6.5 0.095 0.279

(51)

4.3 Grafik dan Pembahasan Data.

4.3.1Grafik hubungan torsi statis dengan kecepatan angin ditunjukkan pada Gambar 3.18 sampai dengan Gambar 3.20.

Gambar 3.18 Grafik hubungan torsi statis dengan kecepatan angin, untuk variasi sudu berukuran 20cm × 24cm

(52)

Gambar 3.20 Grafik hubungan torsi statis dengan kecepatan angin, untuk variasi sudu berukuran 30cm × 24cm

4.3.2Grafik hubungan kecepatan angin dengan Pout poros ditunjukkan pada

gambar Gambar 3.21 sampai dengan Gambar 3.23.

Gambar 3.21Grafik hubungan kecepatan angin denganPoutporos, untuk

(53)

variasi sudu berukuran 25cm × 24cm

(54)

4.3.3 Grafik hubungan Cp dengan TSR, ditunjukkan pada Gambar 3.24

sampai dengan Gambar 3.26.

Gambar 3.24 Grafik hubungan Cp dengan TSR, untuk variasi sudu

berukuran 20cm × 24cm

(55)

(56)

4.4 PEMBAHASAN

Dari data yang diperoleh terkait dengan torsi statis, sampai dengan pengolahan dan perhitungan data maka torsi statis maksimal dihasilkan oleh model kincir angin pada kecepatan angin 8 m/s, dengan ukuran sudu 30cm × 24cm. Dari hal tersebut bahwa semakin besar variasi ukuran sudu, maka semakin besar pula torsi statis yang dihasilkan, begitu pula sebaliknya. Dari data, hal tersebut juga berlaku, semakin besar kecepatan angin maka semakin besar pula torsi statis yang dihasilkan. Data tersbut dapat dilihat pada pembuktian hasil pengolahan data Tabel 4.5.1 sampai Tabel 4.5.3.

Dari data-data hasil pengujian, dapat dilihat bahwa semakin bertambahnya beban yang diberikan maka putaran pada poros kincir akan semakin berkurang. Saat penambahan beban, tegangan yang dihasilkan oleh generator akan semakin turun sedangkan arus yang dihasilkan akan semakin besar seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini terjadi karena semakin besar beban maka semakin besar arus yang dibutuhkan untuk menyalakan beban.

(57)

(58)

BAB V

PENUTUP

Kesimpulan

Dalam jangkauan kecepatan angin dari 4 m/s sampai dengan 8 m/s, dapat disimpulkan bahwa :

a) Semakin tinggi kecepatan angin maka torsi statis yang dihasilkan kincir angin semakin besar.

b) Semakin tinggi kecepatan angin maka daya yang dihasilkan kincir angin semakin besar.

c) Semakin besar ukuran sudu maka semakin besar pula torsi statis dan daya yang dihasilkan kincir.

Torsi statis, daya dan efisiensi yang dihasilkan oleh model kincir :

a) Torsi statis maksimal yang dihasilkan oleh model kincir adalah 1,39 N dengan ukuran variasi sudu 30cm × 24cm, pada kecepatan angin 8 m/s. b) Kincir angin dengan ukuran sudu 20cm × 24cm, Daya output maksimal yang

dihasilkan 1,85 Watt yang terjadi pada kecepatan angin 8 m/s dan koefisien daya (CP) 2.02 % pada TSR 0,210.

c) Kincir angin dengan ukuran sudu 25cm × 24cm, Daya output maksimal yang dihasilkan 2.55 Watt yang terjadi pada kecepatan angin 8 m/s dan koefisien daya (CP) 2.18 % pada TSR 0,227.

d) Kincir angin dengan ukuran sudu 30cm × 24cm, Daya output maksimal yang dihasilkan 6.93 Watt yang terjadi pada kecepatan angin 8,1 m/s dan koefisien daya (CP) 2.62 % pada TSR 0,266.

e) Koefisien daya (CP) tertinggi yang diperoleh adalah sebesar 2,62 %, pada kincir angin dengan sudu 30cm × 24cm dengan kecepatan angin 8,1 m/s, pada TSR 0,266.

(59)

5.1 Saran

Beberapa saran yang penting untuk penelitian selanjutnya adalah :

1. Kincir sebaiknya dibuat dengan bahan yang lebih ringan namun kuat, sehingga mampu berputar pada kecepatan angin yang lebih rendah.

2. Setiap akan melakukan pengujian kincir, sebaiknya periksa semua komponen kincir terutama bagian- bagian pengunci seperti baut, karena ada kemungkinan baut kendor setelah kincir berputar lama saat pengujian sebelumnya.

3. Pada saat pengujian pastikan alat-alat pengujian berfungsi dengan baik.

(60)

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W.,Penggerak Mula Turbin,ITB Press : Bandung, 2004 Lukiyanto, Y.B,Kuliah Rekayasa Tenaga Angin

http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=229058

http://www.scribd.com/document_downloads/24511217?extension=pdf&skip

http://www.scribd.com/document_downloads/7450830?secret_password=&e