UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN
WEPOWER
DENGAN ENAM SUDU PIPA PVC DAN DENGAN
BESAR SUDU BERVARIASI
Tugas Akhir
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
EUGENIUS BRAMANDHIKA NUGROHO
NIM : 105214077
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
THE PERFORMANCE OF WEPOWER WIND MILL
WITH SIX BLADES PVC PIPE AND VARIOUS
BLADE SIZES
Final Project
Submitted as fulfill of the requirements for obtaining theSarjana TeknikDegree in
Mechanical Engineering
By :
EUGENIUS BRAMANDHIKA NUGROHO
Student ID Number : 105214077
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
INTISARI
Kebutuhan akan energi listrik terus meningkat dan ketersediaan energi fosil
saat ini mengalami penurunan maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan adalah energi angin dengan ketersediaan yang melimpah dan ramah lingkungan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja model kincir anginWePOWERsudu pipa pvc enam sudu dengan variasi besar sudu.
Model variasi pertama adalah kincir angin dengan besar sudu 900, model variasi kedua besar sudu diganti 1200, lalu kemudian yang ketiga besar sudu diganti 1500. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros, daya kincir, dan koefisien daya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya (Cp) puncak diperoleh dengan model kincir angin WePOWER 6 sudu besar sudu 900, yaitu 2,2 % pada tip speed ratio (tsr) 0,191 menghasilkan daya 6,23 watt pada kecepatan angin 12,2 m/s dengan torsi 0,6 Nm. Model kincir angin WePOWER 6 sudu besar sudu 1200 menghasilkan koefisien daya (Cp) puncak 4,3 % padatip speed ratio 0,261 menghasilkan daya 6,75 watt pada kecepatan angin 10 m/s dengan torsi 0,58 Nm. Model kincir angin WePOWER6 sudu besar sudu 1500 menghasilkan koefisien daya (Cp) puncak 4,6 % padatip speed ratio0,394 menghasilkan daya 25,73 watt pada kecepatan angin 15,3 m/s dengan torsi 0,96 Nm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat karuniaNya penulis bisa menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang
berjudul, “Unjuk Kerja Model Kincir AnginWepowerSudu Pipa Pvc Enam Sudu Dengan Variasi Besar Sudu” dengan baik. Tugas Akhir merupakan salah satu
persyaratan wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan, dukungan, dan nasihat dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
2. Ign Ketut, S.T., M.Si., selaku dosen pembimbing akademik.
3. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. 4. Segenap dosen dan laboran program studi Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma.
5. Sugeng Budi Prasetya, Kristianto Wibison dan Bernadus Dedi Purwanto serta semua saudara-saudara penulis yang telah memberi semangat dan nasihat kepada penulis.
6. A. Bagus Prasetyo dan Gede Sujane, selaku teman sekelompok pengerjaan Tugas Akhir.
7. Semua teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu terima kasih penulis ucapkan atas semua bantuannya.
Penulis menyadari naskah Tugas Akhir ini jauh dari sempurna dan masih perlu
pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak akan penulis terima dengan senang hati.
ix
terdapat kesalahan dalam naskah Tugas Akhir ini penulis mohon maaf dan sekali lagi penulis mengucapkan terima kasih.
Yogyakarta, 16 Mei 2014
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Title Page ... ii
Halaman Pengesahan ... iii
Daftar Dewan Penguji ... iv
Pernyataan Keaslian Karya ...v
Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah... vi
Intisari ... vii
Kata Pengantar ... viii
Daftar Isi...x
Daftar Gambar... xii
Daftar Tabel ...xv
BAB I : PENDAHULUAN...1
1.1. Latar Belakang ...1
1.2. Rumusan Masalah...4
1.3. Tujuan Penelitian ...4
1.4. Manfaat Penelitian ...5
1.5. Batasan Masalah ...5
BAB II : DASAR TEORI ...6
2.1. Angin ...6
2.2. Energi Angin...6
2.2.1. Potensi Angin ...8
2.3. Kincir Angin ...10
2.3.1. Kincir Angin Poros Vertikal...11
2.3.2. Kincir Angin Poros Horisontal ...12
2.3.3. Kincir AnginWePOWER...13
2.4. Rumus-Rumus Perhitungan ...14
2.4.1. Energi dan Daya Angin ...14
xi
2.4.3. Torsi Kincir Angin...17
2.4.4. Tip Speed Ratio(tsr)...17
2.4.5. Koefisien Daya (Cp)...18
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN ...19
3.1. Diagram Alir Penelitian...19
3.2. Objek Penelitian ...20
3.3. Perancangan Kincir Angin WePOWER...20
3.4. Peralatan dan Bahan ...20
3.5. Variabel Penelitian ...27
3.6. Langkah Percobaan...28
3.7 Langkah Pengolahan Data ...31
BAB IV : PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...32
4.1. Data Hasil Penelitian ...32
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ...32
4.2.1. Perhitungan Daya Angin ...32
4.2.2. Perhitungan Torsi ...33
4.2.3. Perhitungan Daya Kincir ...34
4.2.4. Perhitungantip speed ratio(tsr) ...35
4.2.5. Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ...35
4.3. Data Hasil Perhitungan ...39
4.4. Grafik Hasil Perhitungan ...41
4.4.1. Gravik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 900...42
4.4.2. Gravik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 1200...44
4.4.2. Gravik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 1500...46
4.5. Pembahasan ...49
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN ...50
5.1. Kesimpulan ...50
5.2. Saran ...50
DAFTAR PUSTAKA ...52
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Konsumsi Energi Dunia ...1
Gambar 1.2 Konsumsi Energi Dalam Negri ...2
Gambar 1.3 Perubahan Suhu Global...2
Gambar 1.4 Emisi karbon dunia dalam persen ...3
Gambar 2.1 Peta Indonesia ...8
Gambar 2.2 Angin Darat dan Angin laut ...9
Gambar 2.3 Angin Lembah...10
Gambar 2.4 Angin Gunung ...10
Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal...12
Gambar 2.2 Kincir angin poros horisontal...13
Gambar 2.3 Kincir anginWePOWER...13
Gambar 2.5 Gragik hubungan Cpdan tip speed ratio (tsr)...16
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...19
Gambar 3.2 Model Kincir AnginWePOWER...20
Gambar 3.3 Tempat posisi Sudu ...21
Gambar 3.4 Ukuran dan posisi variasi sudu 1...21
Gambar 3.5 Variasi sudu ke 2 ...22
Gambar 3.6 Variasi sudu ke 3 ...22
Gambar 3.7 Sudu...23
Gambar 3.8 Poros...23
Gambar 3.9Wind tunnel...24
Gambar 3.10Fan Blower...24
xiii
Gambar 3.12 Neraca pegas ...25
Gambar 3.13 Lampu pembebanan ...26
Gambar 3.14 Generator...26
Gambar 3.15 Takoemeter...27
Gambar 3.16 Seting posisi kincir angin ...28
Gambar 3.17 Tali penguat...29
Gambar 3.18 Posisi Anemometer ...29
Gambar 3.19 Posisi pengaturan kecepatan angin...30
Gambar 4.1. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu 900...42
Gambar 4.2. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu 900...43
Gambar 4.3. Grafik hubunganCpdantsruntuk kincir angin variasi besar sudu 900...43
Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu 1200...44
Gambar 4.5. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu 1200...45
Gambar 4.6. Grafik hubunganCpdantsruntuk kincir angin variasi besar sudu 1200...45
Gambar 4.7. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu 1500...46
Gambar 4.8. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu 1500...47
xiv
Gambar 4.10. Grafik perbandingan putaran poros dengan torsi dari ketiga variasi besar sudu kincir ...48
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin 10 m diatas tanah ...7
Tabel 4.1 Data percobaan kincir anginWePOWERdengan besar sudu 900...37
Tabel 4.2 Data percobaan kincir anginWePOWERdengan besar sudu 1200...37
Tabel 4.2 Data percobaan kincir anginWePOWERdengan besar sudu 1500...38
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin dengan besar sudu 900...39
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin dengan besar sudu 1200...40
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan energi di dunia terus meningkat, khususnya di Indonesia konsumsi energi yang terus meningkat dikarenakan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan industri dan perkembangan teknologi. Minyak bumi dan batu bara
adalah sumber energi utama dan sumber devisa negara. Sedangkan energi fosil yang selama ini merupakan sumber energi utama ketersediaannya sangat terbatas, dan akan habis pada suatu saat nanti, padahal kebutuhan energi terus meningkat sejalan pertumbuhan indrustri, penduduk dan teknologi. Pemakaian energi fosil tersebut juga akan menyebabkan pemanasan global akibat sisa pembakarannya yang berupa gas CO2.
(Sumber : ourfiniteworld.com)
(Sumber: BPPT Outlook Energi Indonesia 2013 , September 2013)
Gambar 1.2. Konsumsi Energi Dalam Negri
(Sumber : www.newscientist.com, November 2013)
(Sumber :http://ilmupengetahuan7.blogspot.com September 2013) Gambar 1.4. Emisi karbon dunia dalam persen
Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil menyemangati para peneliti diberbagai negara untuk mencari energi lain yang kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat diproduksi kembali melalui proses alam. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari, angin, biogas, bio masa serta samudra. Beberapa kelebihan energi terbarukan antara lain: Sumbernya relatif mudah didapat, dapat diperoleh dengan gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi dan tidak terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan bakar.
Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel. Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan air untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, dan lain-lain. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di dataran rendah maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut.
Berdasarkan kondisi diatas, maka diadakanlah penelitian kincir angin WePOWER dalam rangka pengembangan energi terbarukan. Kincir angin WePOWER adalah kincir angin poros vertikal pengembangan dari kincir angin jenis savonius yang mampu bekerja pada kecepatan angin yang rendah. Kincir ini dikembangkan oleh perusahaan PacWind yang bekerja sama dengan WePower, United States, kemudian menamai kincir tersebut WePOWER. Penelitian ini bermaksud untuk mendapatkan unjuk kerja kincir angin WePOWER poros vertikal, 6 sudu, kemiringan 50 dengan fariasi besar sudu 900, 1200, 1500. Desain kincir angin dibuat sesederhana mungkin menggunakan bahan-bahan yang mudah diperoleh agar setiap orang dapat mengaplikasikan penelitian ini.
1.2. Rumusan Masalah
Masalah yang mendasari dalam penelitian ini antara lain :
1. Angin merupakan energi yang berlimpah, kekal, gratis dan tidak menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan maupun kehidupan manusia.
2. Indonesia merupakan Negara yang beriklim tropis sehingga Indonesia memiliki potensi energi terbaharukan yang besar salah satundiya energi
angin, namun belum dimanfaatkan secara optimal.
3. Dibutuhkan disain kincir angin yang terbaik agar mampu mengubah
energi angin menjadi energi listrik melalui generator guna memperoleh efisiensi yang tinggi.
1.3. Tujuan Penelitan
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Membuat kincir WePOWER dengan luas frontal 0,27 m2, 6 sudu, kemiringan sudu 50, dengan variasi besar sudu 900, 1200, 1500.
2. Mengetahui koefisien daya maksimal, daya output makximal, yang dihasilkan oleh model kincir anginWePOWERdi tiap variasinya.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Dapat menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin
WePOWER6 sudu, dengan variasi besar sudu.
2. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat yang membutuhkan sumber energi alternatif selain sumber energi fosil.
3. Menjadi sumber referensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi energi angin yang besar untuk memberdayakan energi terbarukan.
4. Dapat menambah literature (pustaka) mengenai kincir angin yang dapat digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan bagi perkembagan teknologi energi terbarukan, khususnya energi angin.
1.5. Batasan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada :
1. Kincir model yang digunakan adalah kincir poros vertikal dengan 6 sudu yang memiliki, derajat kemiringan sudu 50 dengan tiga variasi besar sudu 900, 1200, 1500.
2. Sudu kincir angin terbuat dari pipa PVC dengan diameter 8 inci.
3. Luas frontal 3 variasi kincir angin dibuat sama yaitu 0,27 m2, dengan rincian lebar 0,45 m dan tinggi 0,6 m.
4. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin didalam sebuah wind tunnel yang tersedia di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Besaran-besaran yang diukur meliputi kecepatan angin, putaran poros, suhu udara, dan gaya penyeimbang torsi.
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Angin
Angin merupakan udara yang bergerak yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis udara. Massa jenis udara yang lebih tinggi memiliki tekanan udara yang tinggi sehingga mengisi ke tekanan udara yang rendah. Perbedaan massa jenis disebabkan perbedaan temperatur sedangkan perbedaan temperatur disebabkan perbedaan letak dan konsisi suatu tempat oleh sinar matahari.
Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak dan ketinggiannya. Ada 2 tempat yang memiliki kecepatan angin yang tinggi yakni di pegunungan
dan pantai. Hal ini disebabkan oleh, semakin minimnya gaya gesekan yang dipengaruhi permukaan yang tidak datar.
2.2. Energi Angin
Angin adalah salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, ditransmisikan untuk memutar rotor atau stator pada generator, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin 10 meter di atas tanah Tingkat kecepatan angin 10 meter di atas tanah
Kelas Angin
Kecepatan Angin
m/s Keadaan di daratan
1 0.00 - 0.02 Tidak ada angin
2 0.3 - 1.5 Angin bertiup, asap lurus keatas
3 1.6 - 3.3 Asap bergerak megikuti arah angin
4 3.4 - 5.4 Wajah terasa ada angin, daun bergoyang, petunjuk arah angin bergerak.
5 5.5 - 7.9 Debu jalan, kertas berterbangan, ranting pohon bergoyang.
6 8.0 - 10.7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar.
7 10.8 - 13.8 Ranting pohon besar bergoyang, air plumpang bergoyang kecil.
8 13.9 -17.1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga.
9 17.2 - 20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin.
10 20.9 - 24.4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah roboh.
11 24.5 - 28.4 Dapat menumbangkan pohon menimbulkan kerusakan.
12 28.5 - 32.5 Dapat menimbulkan kerusakan parah.
13 32.6 - 42.3 Angin Topan
(Sumber : http://www.kincirangin.info/plta-gbr.php, November 2013) Batasan-batasan kelas angin yang dapat dimanfaatkan yaitu antara kelas 3
2.2.1. Potensi Angin
1. Indonesia Negara Kepulauan
Indonesia sebagai Negara kepulauan dapat di tunjukan pada Gambar 2.2. Peta Negara Indonesia sesuai dengan pascal 47 ayat 9 dari konverensi Perserikatan Bangsa Bangsa tentang hukum laut.
(sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Negara_kepulauan, November 2013) Gambar 2.1 Peta Indonesia
Data departemen dalam negeri pada tahun 2004 menyatakan bahwa Indonesia memiliki 7.870 pulau yang bernama, dan 9.634 pulau tak bernama. Karena Indonesia merupakan Negara kepulauan maka potensi angin darat dan angin laut sangat berlimpah.
Ada 2 jenis angin di pesisir pantai: 1. Angin Laut
2. Angin Darat
Angin Darat adalah angin yang hembusanya kita rasakan dari darat ke laut, angin ini terjadi pada malam hari karena suhu lautan lebih tinggi dibandingkan suhu daratan. Gambar 2.2 (b)
(Sumber : http://drmrenfrew.wordpress.com/ September 2013) Gambar 2.2 (a) Angin Darat (b) Angin Laut
3. Negara yang memiliki gunung dan pegunungan
Indonesia merupakan Negara yang memiliki gunung dan pegunungan yang beragam, potensi terbentuknya angin lembah dan angin gunung sering terjadi. 1. Angin Lembah
(Sumber : www.wikipedia.org/wiki/angin, September 2013) Gambar 2.3 Angin Lembah
2. Angin Gunung
Angin gunung adalah angin yang berhembus dari arah puncak gunung ke arah lembah dan biasanya terjadi pada malam hari. Arah angin ini diakibatkan lembah akan melepaskan energi panas lebih lambat dari pada puncak gunung, dan puncak gunung yang telah mendingin akan mengalirkan udara ke lembah seperti yang ditunjukkan Gambar 2.4.
(Sumber : www.wikipedia.org/wiki/angin, November 2013) Gambar 2.4 Angin Gunung
2.3. Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumbuk biji – bijian dan memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga digunakan sebagai
Menurut porosnya kincir angin dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu: kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
2.3.1 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axiz Wind Turbine (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah datangnya angin atau dengan pengertian lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah pada orientasi arah angin horizontal.
Kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kelebihan adalah sebagai berikut :
1. Dapat menerima angin dari segala arah.
2. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah. 3. Mampu bekerja pada putaran rendah.
4. Memiliki luasan frontal yang besar karena dalam perhitungan luasan berbentuk persegi panjang.
Kincir angin poros vertikal juga memiliki beberapa kekurangan antara lain 1. Bekerja pada kecepatan angin rendah, sehingga energi yang dihasilkan
sangat kecil.
2. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko
kecelakaan yang besar bagi manusia.
3. Sudu yang mampu mendapatkan energi angin dinamakan downwind dan sudu yang menolak angin dinamakan upwind, sudu bagian ini cenderung menghambat putaran poros.
4. Dari desinnya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan (bearing)menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir angin poros vertikal yang ada.
(a) (b) (c) (Sumber : www.peswiki.com, November 2013)
Gambar 2.5 Kincir angin poros vertikal. (a). Magwind, (b). Windspire, (c).
Windterra
2.3.2. Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros Horisontal atau Horizontal Axiz Wind Turbine (HAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya sejajar dengan arah datangnya angin atau dengan pengertian lain, kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari satu arah pada orientasi arah angin horizontal.
Kincir angin poros Horisontal memiliki beberapa kelebihan adalah sebagai berikut
1. Adanya gaya angkat yang diberikan oleh angin sehingga kecepatan sudu kincir bisa lebih besar dari kecepatan angin.
2. Kincir ini dapat mengkonversi angin pada saat kecepatan angin tinggi. 3. Lebih aman untuk manusia karena penempatan kincir diatas 3 meter.
Selain kelebihan kincir angin jenis HAWT juga mempunyai beberapa kekurangan antara lain :
1. Karena arah datangnya angin tidak menentu dibutuhkan mekanisme lain selain penambahan sirip pada kincir.
3. Karena penempatan kincirnya pada ketinggian yang sangat tinggi banyak burung-burung yang tertabrak oleh sudu pada saat kicir angin sedang beroprasi.
Beberapa jenis kincir angin poros horisontal antara lain seperti
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horisontal. (a). Totempower (b). Honeywell (c).
O’Conner (d). Energy Ball (Sumber : www.peswiki.com, November 2013)
2.3.3. Kincir AnginWePOWER
Kincir angin WePOWER adalah kincir angin jenis poros vertikal buatan perusahaan yang bernama PacWind dan bekerja sama dengan WePower, United Stateslalu dikembangkan dalam proyekgreen energy(energi ramah lingkungan). Kincir model ini mampu menerima angin dari segala arah dan mampu menerima kecepatan angin yang rendah, kincir ini cocok di tempatkan pada gedung gedung bertingkat, pedesaan, dan di rumah-rumah.
2.4. Rumus-Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus – rumus yang dipergunakan untuk melakukan perhitungan dan analisa unjuk kerja kincir angin.
2.4.1. Energi Angin dan Daya Angin
Energi angin adalah tenaga yang dimiliki angin karena adanya kecepatan, karena adanya tenaga yang dimiliki angin maka dinamakan energi kinetik angin. Maka secara umum energi kinetik dapat dirumuskan :
= 0,5 . . ……….(1)
dengan:
Ek adalah energi kinetik (Joule). m adalah massa udara (kg). v adalah kecepatan angin (m/s).
Dari persamaan (1), didapat diketahui daya adalah energi kinetik tiap satuan waktu (J/s) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :
= 0,5 . ̇ . ……….(2)
dengan:
Pa adalah daya yang dihasilkan angin (J/s). atau (watt)
̇ adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s).
v adaah kecepatan angin (m/s).
massa udara yang mengalir persatuan waktu memiliki persamaan
̇ = . . ………(3)
ρ adalah massa jenis udara dalam (kg/m3). A adalah daerah sapuan kincir angin, dalam (m2). v adalah kecepatan angin dalam (m/s).
Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka daya angin (Pa) dirumuskan menjadi:
=0,5 . ( . . )
disederhanakan menjadi:
=0,5 . . . ………..………(4)
2.4.2. Daya Kincir Angin
Gambar 2.8 Grafik hubungan koefisiensi daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir (Sumber : Johnson, 2006, hal 18)
Daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin dapat
dihitung menggunakan rumus:
= . ………(5)
dengan:
Pk adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), T adalah torsi (Nm).
ω adalah kecepatan sudut (rad/s).
kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang digunakan
= . . . ……….(6)
dengan:
n adalah putaran poros (rpm).
2.4.3. Torsi Kincir Angin
Gaya yang bekerja pada poros baik itu jenis kincir angin poros horizontal ataupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi (T). Secara teori dapat dirumuskan:
T = rlengan. F………(7)
dengan:
T adalah torsi akibat putaran poros (Nm).
rlengan adalah jari-jari puli yang 1 sistem dengan poros (m).
F adalah gaya yang diberikan pada kincir (N).
2.4.4. Tip Speed Ratio (tsr)
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya sudu ujung sudu tersebut,tsrdapat dirumuskan :
tsr= . . .
.
.
………..…….(8)dengan:
v adalah kecepatan angin (m/s).
2.4.5. Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya ataupower coefficient(Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin, sesuai dengan teori yang sudah ada, maka dapat dirumuskan :
Cp= . 100% ………(9)
dengan
19
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1.
Diagram Alir PenelitianLangkah kerja penelitian ditunjukkan pada diagram alir yang dapat di lihat pada Gambar 3.1:
Gambar 3.1 Diagram Alir yang menunjukkan langkah kerja penelitian Judul
Studi Pustaka
Konsultasi
Perancangan Kincir AnginWePower
Pembuatan Kincir AnginWePower
Pengambilan Data
Pengolahan Data
Pembahasan
Selesai Kesimpulan
3.2. Objek Penelitian
Objek Penelitian yang dipakai adalah kincir angin jenisWePOWER, dengan variasi jenis besar sudu memakai pipa PVC dengan diameter 8 inci. Pipa PVC dipotong dengan panjang 0,6 m, variasi besar sudu 900, 1200, 1500, jumlah sudu 6 ditiap variasi dan dengan sudut 50.
3.3. Perancangan Kincir AnginWePOWER
Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah kincir angin WePOWER 6 sudu, kemiringan sudu 50, panjang poros vertical 120 cm (sesuai dengan tinggiwind tunnel), diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir 0,6 m
3.4. Peralatan dan Bahan
Model kincir angin WePOWERpada Gambar 3.2 memiliki 3 bagian utama yaitu:
1. Batas sudu yang terbuat dari triplek. 2. Sudu kincir yang terbuat dari pipa PVC. 3. Poros kincir yang terbuat dari besi pejal.
Gambar 3.2. Model kincir anginWePOWER 3
2
1. Batas sudu
Tempat posisi sudu seperti yang terlihat pada Gambar 3.3 adalah komponen tempat sudu-sudu berada sekaligus tempat untuk saling menghubungkan komponen-komponen kincir angin. Bagian ini merupakan salah satu komponen utama, karena bentuk dan rancangan harus simetris. Ukuran tiap variasi sama yaitu berdiameter 0,45cm dengan ketebalan 5mm.
Gambar 3.3 Tempat Posisi Sudu
Berikut ini merupakan gambar penempatan sudu yang akan dibuat:
Gambar 3.5 Variasi sudu ke 2
2. Sudu
Sudu seperti dapat dilihat pada Gambar 3.7, adalah komponen kincir yang berfungsi untuk menangkap angin. Pada komponen ini saat unjuk kerja akan divariasikan menjadi 3 variasi besar sudu, yaitu 900, 1200, 1500 dan komponen ini terbuat dari bahan pipa PVC.
Gambar 3.7 Sudu
3. Poros
Poros seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8 terbuat dari pipa besi dengan panjang 120 cm dan diameter 1 inci. Poros terbuat dari bahan yang keras dengan tujuan agar mampu menahan getaran tinggi, yang disebabkan karena kecepatan angin yang tinggi.
Adapun peralatan yang mendukung dalam pengambilan data antara lain:
1. Wind Tunnel
Komponen ini pada Gambar 3.9, wind tunnelatau terowongan angin berfungsi untuk menangkap angin yang dihisap olehfan blower. Sekaligus menjadi tempat untuk pengujian kincir.
Gambar 3.9.Wind tunnel
2. Fan Blower
Komponen ini ditunjukkan pada Gambar 3.8 yang berfungsi untuk
menghisap angin atau penghasil angin yang terhubung dengan wind tunnel.Komponen ini memiliki daya sekitar 5,5 KW.
3. Anemometer
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan angin dan suhu udara yang ada di dalamwind tunnel. Anemometer ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Anemometer
4. Neraca Pegas
Neraca pegas yang ditunjukan pada Gambar 3.12 digunakan untuk mengukur beban pengimbang torsi.
5. Lampu pembebanan
Rangkaian lampu seperti pada Gambar 3.11 berfungsi untuk memberikan variasi beban dalam menguji kincir angin.
Gambar 3.13. Lampu pembebanan
6. Mekanisme Pembebanan
Generator seperti ditunjukan pada Gambar 3.14 dihubungkan dengan susunan beban lampu, yang nantinya berfungsi sebagai penghambat atau
pengerem putaran kincir dalam pengambilan data torsi dan daya kincir.
7. Takometer
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan putaran kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Takometer yang dipakai ditunjukkan pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Takometer
3.5. Variabel Penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian adalah:
1. Variasi besar sudu yaitu: 900, 1200, 1500.
2. Disetiap variasi sudu diikuti dengan 4 variasi kecepatan angin.
3. Variasi pembebanan yaitu dengan menyalakan lampu pembebanan
secara bertahap.
Variabel yang diukur sesuai dengan tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Kecepatan angin (v)
Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah:
1. Torsi (T)
2. Daya angin (Pa) 3. Daya kincir (Pk) 4. Koefisien daya (Cp) 5. Tip speed ratio (tsr)
3.6. Langkah Percobaan
Data-data percobaan ini diambil secara bersamaan, yaitu berupa: putaran poros, kecepatan angin, beban pengimbang dan, temperatur udara. Langkah pertama dalam pengambilan data penelitian adalah memposisikan kincir angin seperti Gambar 3.16, di dalamwind tunnel.
Gambar 3.16 Setting posisi kincir angin
Saat pengambilan data hal lain yang perlu dilakukan adalah: 1. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah ditentukan.
Gambar 3.17 Tali Pengait
3. Memposisikan anemometer seperti Gambar 3.18 untuk mengukur kecepatan angin dan suhu udara didalamwind tunnel.
Gambar 3.18 Posisi anemometer
4. Menghubungkan generator kerangkaian lampu, yang berfungsi sebagai rem atau beban.
5. Rangkaian lampu diposisikan pada posisi saklar off semua terlebih dahulu, pengujian dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu. 6. Jika sudah siap, nyalakan bloweruntuk menghembuskan angin pada
membuka sedikit demi sedikit triplek seperti yang ditunjukkan pada Gamber 3.19 Untuk menentukan variasi angin mulai dari sekitar 8 m/s hingga 15 m/s.
Gambar 3.19. Posisi pengaturan kecepatan angin
7. Bila kecepatan angin sudah sesuai dengan yang diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang terukur pada neraca pegas, pembacaan temperatur udara, mengukur putaran poros dengan takometer, mengukur kecepatan angin udara dengan anemometer, pembacaan suhu, dan yang terakhir
pembacaan beban untuk perhitungan torsi dinamis pada neraca pegas.
8. Ulangi langkah 5, 6, dan 7 sanpai pembebanan maksimal hingga lengan generator yang terhubung dengan neraca pegas tidak bisa bergerak lagi.
9. Mematikan saklar lampu pembebanan
11. Menekan tombol stop untuk mematikan blower, putar saklar blower dari posisi on ke posisi off.
12. Melepas anemometer untuk mengganti sudu kincir angin. 13. Setelah sudu diganti ulangi langkah 1 s/d 13.
14. Melepaskan dan kembalikan semua peralatan seperti semula.
3.7. Langkah Pengolahan Data
Data yang diperoleh kemudian diolah dengan langkah berikut :
1. Dari data kecepatan angin (v) dan dengan diketahui luasan frontal kincir (A) maka daya angin (Pa) dapat dicari dengan Persamaan (4). 2. Data beban pegas (F) dapat digunakan untuk mencari torsi dinamis (T)
dengan Persamaan (7).
3. Data putaran poros (n) dan torsi dinamis (T) dapat digunakan untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (Pk) dengan Persamaan(6).
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio (tsr) dapat dicari dengan Persamaan (8).
5. Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coeffisiet
32
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil PenelitianDari hasil percobaan setiap variasi yaitu besar sudu 90⁰, 120⁰ dan 150⁰,
dilakukan rata-rata empat kali variasi kecepatan angin, dengan cara membuka penutup triplek yang berada di mulut terowongan angin, kurang lebih 5 cm untuk setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti penutup tidak digeser, posisi 1 berarti triplek telah digeser 5 cm, posisi 2 berarti triplek di geser lebih jauh yaitu kurang lebih 10 cm dan begitu pula untuk posisi 3. Untuk setiap variasi kincir angin data dianggap selesai apabila putaran poros sudah berhenti dan gaya pembebanan (F) tidak mengalami perubahan. Dari hasil percobaan didapatkan data seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.3.
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan
Contoh perhitungan yang disajikan diambil dari Tabel 4.1. Pada baris
pertama dengan kondisi triplek yang ada di mulut terowongan angin pada posisi 0. Dari data tersebut diketahui kecepatan angin 15,3 m/s putaran poros 145 rpm gaya pengimbang 336 gram dan suhu 270C.
4.2.1. Perhitungan Daya Angin
Untuk mengetaui daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan persamaan (4) pada Sub Bab 2.4.1 yaitu:
=0,5 . . .
dengan:
Pa adalah daya angin (watt).
nilai massa jenis udara (ρ) diperoleh dengan cara interpolasi tabel massa jenis udara yang ada pada lampiran, dari data suhu udara 270C makaρ diperoleh 1,17 kg/m3, besarnya luas sapuan kincir (A) diperoleh dengan persamaan:
A = d . t
dengan:
d adalah diameter kincir angin (m). t adalah tinggi kincir angin (m).
maka dengan diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir angin 0.6 m, maka daya angin (Pa) sebesar:
Pa =0,5 . . .
= 0,5 . 1,17 kg/m3. (0,45 m . 0,6 m ) . (15,3)3m3/s3 = 573,1 watt
Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 573,1 watt
4.2.2. Perhitungan Torsi
Untuk mengetahui perhitungan torsi pada kincir angin dapat dicari dengan persamaan (7) pada Sub Bab 2.4.3. yaitu:
T = rlengan.F
dengan:
T adalah torsi yang diakibatkan putaran poros kincir (Nm). rlengan adalah jarak lengan torsi (m).
F adalah gaya pengimbang (N).
F = m.a
dengan:
m adalah massa yang ditunjukan pada neraca pegas (kg). a adalah percepatan gravitasi (m/s2).
maka dengan jarak lengan 0,2 m, massa 0,336 kg dan percepatan gravitasi 9,81 m/s2diperoleh besarnya gaya pengimbangF, maka torsi (T) :
T = r.(m.a)
T= (0,2 m).(0,336 kg . 9,81 m/s2) T= 0,659 Nm
Diperoleh torsi (T) sebesar 0,659 Nm
4.2.3. Perhitungan Daya Kincir Angin
Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan persamaan (6) pada Sub Bab 2.3.2. yaitu:
Pk=T
.
. .dengan:
Pk adalah daya yang dihasilkan kincir (watt).
T adalah torsi kincir angin (Nm). n adalah putaran poros kincir (rpm).
maka dengan putaran poros 145 rpm, torsi 0,627 Nm daya kincir (Pk) sebesar:
Pk = T.
. .
Pk = 0,659 .
. .
Pk = 10 watt
4.2.4. Perhitungantip speed ratio(tsr)
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angintau tip speed ratiodapat dicari dengan persamaan (8) pada Sub Bab 2.3.4 yaitu:
tsr= . . .
.
dengan:
r adalah jari-jari kincir (m).
n adalah putaran poros (rpm). v adalah kecepatan angin (m/s).
diketahui jari-jari kincir 0,225 m, putaran poros adalah 145 rpm dan kecepatan angin 15,3 m/s maka besarnyatip speed ratioadalah:
tsr= . . .
.
tsr= . . , .
. , /
tsr= 0,223
Didapatkan nilaitsrsebesar 0,223
4.2.5. Perhitungan koefisien daya (Cp)
Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat menggunakan
persamaan (9) pada Sub Bab 2.4.5 yaitu:
dengan
Pk adalah daya yang dihasilkan kincir (watt). Pa adalah daya yang dihasilkan angin (watt).
dengan daya kincir sebesar 10 watt, dan daya angin 573,1 watt besarnya koefisien daya adalah:
C
p=
.
100%C
p=
,
.
100%Cp= 1,8%
Tabel 4.1. Data percobaan kincir angin dengan besar sudu 90⁰
Tabel 4.2. Data percobaan kincir angin dengan besar sudu 120⁰
Lanjutan Tabel 4.2.
Tabel 4.3. Data percobaan kincir angin dengan besar sudu 150⁰
Lanjutan Tabel 4.3.
4.3. Data Hasil Perhitungan
Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti Sub Bab 4.2. maka diperoleh data Tabel 4.4. sampai Tabel 4.6.
Tabel 4.4. Data hasil pergitungan kincir dengan besar sudu 900
NO Torsi
3 0,88 603,9 11,73 0,019 1,9 0,192
4 1,02 570,0 10,74 0,019 1,9 0,155
5 1,18 569,8 9,32 0,016 1,6 0,116
6 1,24 565,7 8,04 0,014 1,4 0,096
7 1,28 543,2 7,03 0,013 1,3 0,082
8 0,60 289,8 6,23 0,022 2,2 0,191
9 0,74 304,4 5,13 0,017 1,7 0,126
10 0,86 303,7 4,39 0,014 1,4 0,093
11 0,90 283,1 2,95 0,010 1,0 0,061
12 0,52 173,2 2,62 0,015 1,5 0,110
13 0,60 166,2 1,55 0,009 0,9 0,057
14 0,64 184,5 1,02 0,006 0,6 0,034
15 0,46 112,3 0,54 0,005 0,5 0,030
Tabel 4.5. Data hasil perhitungan kincir dengan besar sudu 1200
1 0,72 557,1 17,40 0,031 3,1 0,357
2 0,82 548,4 17,97 0,033 3,3 0,325
3 0,96 533,4 18,59 0,035 3,5 0,290
4 1 553,9 17,50 0,032 3,2 0,259
5 1,08 533,4 17,31 0,032 3,2 0,240
6 1,14 564,9 17,59 0,031 3,1 0,227
7 1,2 554,9 17,80 0,032 3,2 0,219
8 1,3 537,6 16,46 0,031 3,1 0,189
9 1,34 552,8 16,37 0,030 3,0 0,181
10 1,4 562,6 16,91 0,030 3,0 0,178
11 1,44 543,0 16,81 0,031 3,1 0,174
12 1,48 563,7 16,19 0,029 2,9 0,161
13 1,5 544,1 15,52 0,029 2,9 0,154
14 1,5 553,9 15,06 0,027 2,7 0,148
15 1,54 553,9 14,99 0,027 2,7 0,144
16 0,62 286,1 10,17 0,036 3,6 0,302
17 0,76 277,8 11,53 0,042 4,2 0,282
18 0,8 284,0 10,57 0,037 3,7 0,244
19 0,86 295,4 10,28 0,035 3,5 0,218
20 0,94 284,0 9,95 0,035 3,5 0,195
21 0,98 302,6 9,91 0,033 3,3 0,183
22 1 286,1 9,12 0,032 3,2 0,168
23 1,08 293,2 9,24 0,032 3,2 0,156
24 1,08 284,7 8,32 0,029 2,9 0,142
25 0,58 158,7 6,75 0,043 4,3 0,261
26 0,66 169,9 6,34 0,037 3,7 0,211
27 0,7 161,1 5,52 0,034 3,4 0,176
28 0,78 166,4 5,98 0,036 3,6 0,169
29 0,78 166,9 5,28 0,032 3,2 0,149
30 0,82 163,0 4,34 0,027 2,7 0,118
31 0,86 165,5 4,16 0,025 2,5 0,107
32 0,54 100,1 3,76 0,038 3,8 0,182
33 0,56 98,0 3,53 0,036 3,6 0,166
34 0,62 93,2 2,81 0,030 3,0 0,121
Tabel 4.6. Data hasil perhitungan kincir dengan besar sudu 1500
1 0,86 587,9 25,33 0,043 4,3 0,427
2 0,96 563,2 25,73 0,046 4,6 0,394
3 1,1 578,8 25,78 0,045 4,5 0,342
4 1,22 566,5 24,93 0,044 4,4 0,300
5 1,36 574,3 25,37 0,044 4,4 0,273
6 1,38 592,4 23,88 0,040 4,0 0,250
7 1,46 575,4 23,29 0,040 4,0 0,233
8 1,52 561,2 21,22 0,038 3,8 0,206
9 1,62 608,8 20,16 0,033 3,3 0,178
10 1,7 586,9 18,33 0,031 3,1 0,156
11 1,76 597 17,34 0,029 2,9 0,142
12 0,68 297,6 12,28 0,041 4,1 0,329
13 0,82 293,3 12,06 0,041 4,1 0,269
14 0,92 299,8 11,79 0,039 3,9 0,233
15 0,98 314,5 9,45 0,030 3,0 0,172
16 1,04 291,1 8,55 0,029 2,9 0,151
17 1,1 304,2 6,54 0,021 2,1 0,107
18 1,14 296,2 5,05 0,017 1,7 0,081
19 0,64 193,1 7,47 0,039 3,9 0,245
20 0,78 184 6,16 0,033 3,3 0,169
21 0,82 184 3,05 0,017 1,7 0,080
22 0,52 101,7 2,35 0,023 2,3 0,118
23 0,56 102 1,48 0,015 1,5 0,069
24 0,56 103,1 1,03 0,010 1,0 0,048
4.4. Grafik Hasil Perhitungan
4.4.1. Grafik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 900
a. Grafik hubungan putaran poros dan torsi.
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi besar sudu 900, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa besarnya putaran poros berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan dan garis yang dibentuk berupa garis lurus karena merupakan persamaan linear.
Gambar 4.1. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu 900 b. Grafik Hubungan Daya Kincir Dengan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka
dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi angin tanpa pengaruh, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Grafik tersebut dapat diketahui bahwa hubungan torsi dengan daya kincir membentuk suatu kurva linear.
Gambar 4.2. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu 900 c. Grafik HubunganCpdantsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubunganCp(power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang dihasilkan kincir angin untuk variasi besar sudu 900seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa hubungan koefisien daya dengan tsr membentuk suatu kurva polynomial yang mendapat puncak pada koefisien daya 0,022 dan tsr 0,191.
4.4.2 Grafik kincir angin 6 sudu untuk variasi besar sudu 1200
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi besar sudu 1200, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,2 m/s kincir angin menghasilkan putaran poros kurang lebih 142 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 1,2 Nm. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan.
Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran dan torsi poros untuk variasi besar sudu 1200
b. Grafik Hubungan Daya kincir dan Torsi
Gambar 4.5. Grafik
c. Grafik HubunganC
Berdasarkan ha dapat dibuat grafik hub variasi besar sudu 120 tersebut dapat dike perbandingan kecepa
fik hubungan daya kincir dan torsi dengan varia
1200 nCpdantsr
n hasil perhitungan yang ditampilkan pada T k hubungan Cp dan tsr, yang dihasilkan kinc
1200, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. diketahui bahwa pada koefisien daya 0,042
patan di ujung sudu kincir angin dengan ke .
rafik hubunganCpdantsrdengan variasi besar
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
variasi besar sudu
da Tabel 4.5 maka kincir angin untuk r 4.6. Dari gambar 0,042 dihasilkan n kecepatan angin
4.4.3. Grafik untuk variasi besar sudu 1500
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi besar sudu 1500, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 12,6 m/s kincir angin menghasilkan putaran poros kurang lebih 92 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 0,98 Nm, dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan.
Gambar 4.7. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu 1500
b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi
Gambar 4.8. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu 1500
c. Grafik HubunganCpdantsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka dapat dibuat grafik hubungan Cp dan tsr yang dihasilkan kincir angin 6 sudu dengan variasi besar sudu 1500, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa koefisien daya 0,046 dihasilkan
pergandingan kecepatan di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin kurang leih 0,39.
Dari data ketiga variasi kincir angin jenisWePOWERdidapat grafik perbandingan putaran kincir dan torsi ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.10.
Gambar 4.10. Grafik perbandingan putaran poros dengan torsi dari ketiga variasi besar sudu kincir
Dari ketiga variasi kincir angin tersebut didapatkan grafik perbandingan unjuk kerja untuk ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.11.
Gambar 4.11. PerbandinganCpdantsruntuk ketiga variasi kincir angin 0 Variasi besar sudu 1500
Variasi besar sudu 1200
Variasi besar sudu 900
Variasi besar sudu 1500 Variasi besar sudu 1200
4.5. Pembahasan
Dalam penelitian ini telah berhasil membuat model kincir angin jenis
“WePOWER” enam sudu dengan memvariasikan besar sudu. Memvariasikan besar sudu ini diharapkan mampu meningkatkan unjuk kerja kincir. Seperti telah diketahui sebelumnya bahwa kincir angin berfungsi mengkonversi energi kinetik dari angin. Sudu-sudu kincir mengubah energi tersebut menjadi energi mekanik yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan, seprti dihubungkan dengan pompa air untuk irigasi, dihubungkan dengan generator untuk menghasilkan energi listrik dan kebutuhan-kebutuhan lainya. Untuk memperoleh data torsi kincir angin diberikan variasi pembebanan. Pembebanan ini bertujuan untuk memberikan efek pengereman ada poros kincir, beban yang diberikan mempunyai arah yang berlawanan dengan arah putaran poros sehingga gaya yg berlawanan arah inilah yang menjadi data torsi pada kincir angin. Dari hasil penelitian dengan memvariasikan ketiga jenis kincir angin yaitu kincir dengan jumlah sudu 6 buah dangan memvariasikan besar sudu 900 1200 dan 1500. Dapat dilihat pengaruh besar sudu terhadap unjuk kerjanya, yaitu kincir angin dengan besar sudu 900 koefisien daya sebesar 2,2% pada kecepatan angin 12,2 m/s, kincir angin dengan
besar sudu 1200mempunyai koefisien daya sebesar 4,3% pada kecepatan angin 10 m/s, dan kincir angin dengan besar sudu 1500 mempunyai koefisien daya sebesar 4,6% pada kecepatan angin 15,3 m/s.
Dari grafik Betz limit diketahui bahwa koefisien daya kincir angin jenis
50
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari pengujian model kincir angin jenis “WePOWER” yang telah
dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Telah dibuat kincir angin jenis “WePOWER” dengan luas frontal 0,27m2, sudu terbuat dari potongan pipa PVC 8 inci, derajat kemiringan sudu 50 dan dengan memvariasikan besar sudu 900,1200,1500.
2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin jenis WePOWER dengan jumlah sudu 6 buah dan besar sudu 900 adalah sebesar 2,2% dengan nilai tsr 0,191. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin jenis WePOWER dengan jumlah sudu 6 buah dan besar sudu 1200 adalah sebesar 4,3% dengan nilaitsr0,261. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin jenis WePOWER dengan jumlah sudu 6 buah dan besar sudu 1500adalah sebesar 4,6% dengan nilaitsr0,394.
3. Kincir angin WePOWER dengan variasi besar sudu 1500 memiliki nilai koefisien daya dan tip speed ratio terbaik dibandingkan kedua variasi lainya.
5.2. Saran
Setelah dilakukan penelitian ini ada beberapa hal dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya antara lain:
1. Bisa dilakukan penelitian lebih lanjut menggunakan bahan yang lebih ringan dari pada pipa PVC.
2. Untuk penelitian lebih lanjut bisa ditambahkan pengaruh datangnya angin.
DAFTAR PUSTAKA
Catherine, The cooling after 1940 shows Co2 does not cause warming, ; www.newscientist.com 2007
Cengel , Yunus A., Boles, Michael A.Thermodynamics An Engineering Approach ,Fifth Edition, ; New York 2006
Endro Pramulat Sito 2011.Unjuk kerja Model Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Sirip-Sirip Pengarah Pada Lingkar Terluar KincirMahasiswa Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi, tidak diterbitkan. Yogyakarta: FST USD.
Gail Tverberg.World energy consumption since 1820 in charts.; ourfiniteworld.com 2012
Johnson, G.L.Wind Energy system,; Manhattan 2006
Sugeng Budi Prasetya 2007.Unjuk Kerja Model Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dua Sudu Dengan Dua Variasi Porsi Busur Lingkaran Pada Sudu Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi tidak diterbitkan. Yogyakarta: FST USD.
http://id.wikipedia.org/wiki/Negara_kepulauan
www.kincirangin.info/plta-gbr.php
55
LAMPIRAN
56
