i
BERBAHAN KOMPOSIT, BERDIAMETER 100 CM, LEBAR MAKSIMUM 13 CM, DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
ANDRA ADITYA ARIVANGGA NIM :125214092
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2017
ii
BLADE MADE FROM COMPOSITE, IN DIAMETER 100 CM, THE MAXIMUM OF WIDE 13 CM, AND THE DISTANCE 20 CM FROM THE
CENTER OF A SHAFT
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
ANDRA ADITYA ARIVANGGA Student Number :125214092
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2017
vii
Di Indonesia kebutuhan energi listrik semakin meningkat dari tahun ke tahun.
Hal ini di sebabkan karena, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pemakaian energi listrik yang terus bertambah. Namun peningkatan kebutuhan energi listrik ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan sebagai pengganti bahan bakar minyak yang semakin terbatas
Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin sumbu horizontal dua sudu berbahan komposit berdiameter 100cm, lebar maksimum 13cm dengan jarak dari pusat poros 20cm. Terdapat tiga variasi kecepatan angin yaitu kecepatan angin 8,4 m/s, variasi kecepatan angin 7,2 m/s, dan kecepataan angin 6,2 m/s. Untuk mencari karateristik kincir angin maka poros kincir angin dihubungkan pada mekanisme pembebanan lampu. Besarnya torsi diperoleh dari mekanisme timbangan digital, putaran kincir angin diukur menggunakan tachometer, kecepatan angin diukur mengguanakan anemometer dan ketersediaan angin dengan menggunakan wind tunnel 15 Hp.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan kecepatan angin 8,4 m/s dapat menghasilkan koefisien daya mekanis maksimum sebesar 18,03% pada tip speed ratio 4,45, daya mekanis sebesar 49,51 watt dan daya listrik 23,56 watt pada torsi sebesar 0,66 Nm. Kincir angin dengan kecepatan angin 7,2 m/s dapat menghasilkan koefisien daya mekanis maksimum sebesar 19,05% pada tip speed ratio 3,60 daya mekanis sebesar 32,95 watt dan daya listrik 20,6 watt pada torsi sebesar 0,64 Nm.
Kincir angin dengan kecepatan angin 6,2 m/s dapat menghasilkan koefisien daya mekanis maksimum sebesar 23,06% pada tip speed ratio 4,07, daya mekanis sebesar 25,40 dan daya listrik 12,4 watt pada torsi sebesar 0,48 Nm.
Kata kunci: kincir angin poros horisontal, koefisien daya, tip speed ratio
viii
In indonesia demand of electrical power increase from year to year. This caused the increase of population, economic growth, and the electric energy consumption continues to grow. But the increase in electric energy demand is not followed by the availability of fuel oil, gas or coal as a source of energy power plant in Indonesia. The utilization of renewable energy is currently very needed as a replacement for oil fuel that is increasingly limited.
The Windmill has been explored is the horizontal axis windmill with two vanes made from composite with a diameter of 100 cm, maximum width 13 cm, with the distance from the Center shaft 20 cm. There are three variations of wind speed, wind speed 8.4 m/s, wind speed variations of 7.2 m/s, and wind speed 6.2 m/s. To find characteristics windmills so the shaft windmills connected to the mechanism of imposition lights. The magnitude of torque obtained from the mechanisms of digital scales , spin the windmill measured using a tachometer , wind speeds measured using the anemometer and availability of the wind using wind tunnel 15 Hp.
From the results of this research, windmills with wind speed 8.4 m / s can be produce the coefficients mechanical power maximum of 18,03 % in a tip speed ratio 4,45 , mechanical power of 49,51 watts and electrical power 23,56 watts to torsion of 0,66 nm .Windmills with wind speed 7.2 m / s can be produce the coefficients mechanical power maximum of 19,05 % in a tip speed ratio 3,60, mechanical power of 32,95 watts and electrical power 20.6 watts to torsion of 0,64 nm .Windmills with wind speed 6.2 m / s can be produce the coefficients mechanical power maximum of 23,06 % in a tip speed ratio 4.07 , mechanical power of 25,40 and electrical power 12.4 watts to torsion of 0,48 nm .
Keywords : the horizontal axis windmill, power coefficient, tip speed ratio
ix
Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih serta anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horisontal Dua Sudu, Berbahan Komposit, Berdiameter 100 cm, Lebar Maksimum 13 cm Dengan Jarak 20 cm Dari Pusat Poros”
Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa/mahasiswi 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, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis dan unjuk kerja kincir angin terhadap variasi kecepatan angin.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi,S.Si., M.Math.,Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan Dosen Pembimbing Akademik. .
3. Doddy Purwadianto, S.T. M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
5. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
x
6. Ngarjo dan Rubiyem sebagai orang tua dari penulis, serta Betty Novita Utami dan Celvina Dinda Auliani sebagai saudara dari penulis yang selalu berdoa, mendukung secara material dan lain-lain kepada penulis.
7. Sahabat dan Rekan–rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian laporan tugas akhir.
8. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu persatu yang telah berperan serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki pada pembuatan laporan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan laporan tugas akhir. Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini berguna dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta bagi para pembaca pada umumnya.
Yogyakarta, Februari 2017
Penulis
xi
HALAMAN JUDUL... ... i
HALAMAN PERSETUJUAN... ... iii
HALAMAN PENGESAHAN... ... iv
PERYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... ... vi
INTISARI ... ... vii
ABSTRACT... ... viii
KATA PENGANTAR ... ... ix
DAFTAR ISI ... ... xi
DAFTAR GAMBAR ... ... xiv
DAFTAR TABEL... ... xvi
DAFTAR SIMBOL... ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... ... 3
1.4 Batasan Masalah ... ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... ... 4
BAB II DASAR TEORI ... ... 5
2.1 Energi Angin ... ... 5
2.2 Kincir Angin ... ... 8
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ... ... 9
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... ... 12
xii
2.3.1 Energi Daya Angin ... ... 14
2.3.2 Daya Kincir Angin ... ... 15
2.3.3 Daya Listrik ... ... 17
2.3.4 Torsi kincir Angin ... ... 17
2.3.5 Tip Speed Ratio (TSR)... ... 18
2.3.6 Koefisien Daya ... ... 18
2.4 Komposit ... ... 19
2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit ... ... 19
2.4.2 Tipe Komposit Serat ... ... 21
2.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Komposit ... ... 23
2.4.4 Kelebihan Komposit ... ... 26
2.4.5 Kekurangan Komposit ... ... 26
2.5 Serat ... ... 27
2.5.1 Serat Alami ... ... 27
2.5.2 Serat Buatan ... ... 29
2.5.3 Serat Kaca ... ... 30
2.6 Polimer ... ... 32
2.6.1 Resin Polyester ... ... 34
2.6.2 Kelebihan dan Kekurangan Resin ... ... 34
BAB III METODE PENELITIAN... ... 35
3.1 Diagram Alir Penelitian ... ... 35
3.2 Alat Penelitian ... ... 36
3.3 Desain Sudu Kincir Angin ... ... 41
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ... ... 42
3.5 Langkah Penelitian ... ... 47
xiii
4.1 Data Hasil Penelitian... ... 49
4.2 Pengolahan Data Perhitungan ... ... 52
4.2.1 Perhitungan Daya Angin... ... 52
4.2.2 Perhitungan torsi ... ... 53
4.2.3 Perhitungan Daya kincir... ... 54
4.2.4 Perhitungan daya Listrik ... ... 54
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)... ... 55
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) Mekanis ... ... 56
4.3 Data Hasil Perhitungan ... ... 57
4.4 Pembahasan grafik ... ... 59
4.4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan putar poros dan Torsi ... ... 59
4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Output dan Torsi ... ... 60
4.4.3 Grafik Hubungan Antara Cp (mekanis) dan TSR... ... 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... ... 65
5.1 Kesimpulan ... ... 65
5.2 Saran ... ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... ... 67
xiv
Gambar 2.1 Angin Laut ... ... 7
Gambar 2.2 Angin Darat ... ... 7
Gambar 2.3 Angin Lembah ... ... 8
Gambar 2.4 Angin Gunung ... ... 8
Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal ... ... 11
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal ... ... 13
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Daya dan tip speed ratio... ... 16
Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya ... ... 20
Gambar 2.9 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriknya ... ... 21
Gambar 2.10 Tipe discountinus fibre ... ... 22
Gambar 2.11 Tipe Komposit Serat... ... 23
Gambar 2.12 Jenis-jenis Serat Buatan ... ... 28
Gambar 2.13 Jenis-jenis Serat Alami ... ... 29
Gambar 2.14 Jenis – Jenis Serat Buatan ... ... 31
Gambar 3.1 Diagram Alir yang Menggambarkan Langkah-langkah penelitian... ... 35
Gambar 3.2 Blade / Sudu ... ... 37
Gambar 3.3 Tampilan Kincir Angin ... ... 37
Gambar 3.4 Fan Blower ... ... 38
Gambar 3.5 Tachometer ... ... 39
Gambar 3.6 Timbangan Digital ... ... 39
Gambar 3.7 Anemometer... ... 39
Gambar 3.8 Voltmeter... ... 40
Gambar 3.9 Ampermeter ... ... 40
Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ... ... 41
xv
Gambar 3.12 Pemotongan Pipa PVC ... ... 42
Gambar 3.13 Mal / Cetakan Kertas ... ... 43
Gambar 3.14 Mal / Cetakan Pipa ... ... 43
Gambar 3.15 Pelapisan Cetakan Pipa Dengan Alumunium Foil ... ... 44
Gambar 3.16 Resin Dan Herdener ... ... 45
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Poros dengan Torsi Pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin ... ... 60
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada variasi kecepatan angin 8,4 m/s... ... 61
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Output dan Torsi Untuk Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s... ... 61
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Daya Output dan Torsi Untuk Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s... ... 62
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Poros Dan Torsi Untuk Ketiga Variasi Kecepatan Angin 8,4 m/s, 7,2 m/s, 6,2 m/s... 65
xvi
Tabel 2.1Tingkat Kecepatan Angin ... ... 5
Tabel 2.2 Sifat-sifat Serat... ... 32
Tabel 2.3 Karakteristik Serat E-glass ... ... 32
Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin 8,4 m/s. ... ... 50
Tabel 4.2 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s. ... ... 50
Tabel 4.3 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s ... ... 51
Tabel 4.4 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 8,4 m/s ... ... 57
Tabel 4.5 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... ... 58
Tabel 4.6 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s ... ... 58
xvii
Simbol Keterangan
Massa jenis (kg/m3)
r Jari-jari kincir (m)
A Luas penampang (m2)
Kecepatan angin (m/s) Kecepatan sudut (rad/s)
n Kecepatan putar poros (rpm)
F Gaya pembebanan (N)
T Torsi (Nm)
Daya angin (Watt) Daya listrik (Watt) Daya kincir (Watt) Tip Speed Ratio Koefisien daya (%)
Koefisien daya maksimal (%)
m massa (kg)
Energi kinetic (wH)
V Tegangan (Volt)
I Arus (Ampere)
Waktu (s)
ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)
Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)
L Panjang lengan torsi (m)
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Di Indonesia kebutuhan energi listrik semakin meningkat dari tahun ke tahun. Hal ini di sebabkan karena, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pemakaian energi listrik yang terus bertambah. Namun peningkatan kebutuhan energi listrik ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia.
Dengan meningkatnya populasi manusia maka sumber daya energi fosil akan lebih cepat terkuras dan lambat laun akan menipis dan akhirnya habis.
Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan sebagai pengganti bahan bakar minyak yang semakin terbatas.
Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan energi angin. Potensi pemanfaatan energi angin di Indonesia masih terbuka luas karena Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki banyak pantai di setiap pulaunya, demikian juga potensi kecepatan angin yang dimiliki juga cukup besar. Pemanfaatan energi angin di Indonesia belum optimal dan penggunaannya masih belum efektif, maka diperlukan suatu mekanisme yang tepat untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi yang tepat guna, salah satunya adalah mengubah energi angin menjadi energi listrik.
Selama ini kincir angin yang digunakan di berbagai negara menggunakan sudu yang terbuat dari material logam seperti aluminium, besi dan lain sebagainya. Kelemahan unsur logam sebagai sudu kincir angin yaitu kecepatan putaran kincir tidak maksimal karena potensi kecepatan angin di Indonesia tidak begitu besar sehingga jika kincir angin seperti ini diterapkan di Indonesia membutuhkan tenaga angin yang besar untuk mendorong sudu berputar (Taselan, 2005). Fibreglass merupakan nama dagang dari campuran resin polyester tidak jenuh dengan penguatserat. Fibreglass merupakan bahan yang sangat bermanfaat dalam dunia teknik. Polimer mudah dibuat dan penerapannya pun mencakup berbagai bidang industri seperti industri serat, karet, plastik, cat dan perekat (Sofyan, 2000). Resin polyester tidak jenuh berupa resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengerasan seperti banyak resin lainnya maka resin polyester tidak jenuh perlu diberi tekanan untuk pencetakkan.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
a. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.
b. Pengggunaan bahan komposit dalam pembuatan sudu.
c. Semakin menipisnya cadangan bahan bakar jenis fosil yaang digunakan terlalu berlebihan.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat kincir angin sumbu horizontal dua sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum 13 cm, dengan jarak 20 cm dari pusat poros.
b. Mengetahui koefisien daya tertinggi dari ketiga kecepatan angin.
c. Mengetahui unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal 2 sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum 13 cm, dengan jarak 20 cm dari pusat poros.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
a. Model kincir angin di desain memiliki tipe horisontal berbahan komposit.
b. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah dua sudu dan setiap sudu memiliki berat 200 gram.
c. Menggunakan pipa berdiameter 8 inchi sebagai cetakan.
d. Pembebanan dalam penelitian menggunakan lampu bohlam.
e. Menggunakan beberapa alat diantaranya sebagai berikut: Menggunakan fan blower dengan kekuatan 15 Hp, anemometer, tachometer, timbangan digital, voltmeter, amperemeter.
f. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dalam penelitian ini adalah:
a. Kincir angin ini dapat di manfaatkan sebagai salah satu alternatif pemanfaatan energi terbarukan.
b. Dapat digunakan masyarakat luas
c. Kincir angin ini dalam pembuatan skala besar mampu menghasilkan energi listrik dalam jumlah besar dan dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan masyarakat luas.
5 BAB II DASAR TEORI
2.1 Energi Angin
Angin adalah suatu energi yang sangat berlimpah yang tersedia di alam, pembangit listrik tenaga angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan sebuah alat yang disebut kincir angin atau turbin angin. Caranya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin atau kincir angin dan diteruskan pada rotor pada generator dibagian belakang kincir angin, sehingga akan menghasilkan listrik yang biasanya akan disimpan kedalam sebuah baterai terlebih dahulu sebelum di manfaatkan.
Syarat- syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin.
Sumber :http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf, diakses November 2016.
Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas Permukaan Tanah Kelas
Angin
Kecepatan angin (m/d)
Kondisi Alam di Daratan
1 0.00 – 0.02 --- 2 0.3 – 1.5 Angin bertiup, asap lurus keatas.
3 1.6 – 3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin.
4 3.4 – 5.4 Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang pelan, petunjuk arah angin bergerak.
5 5.5 – 7.9 Debu dijalan, 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 kolam berombak kecil.
8 13.9 – 17.1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa ditelinga.
9 17.2 – 20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin.
10 20.9 – 24.4 Dapat mematahkanranting pohon, rumah rubuh.
11 24.5 – 28.4 Dapat merubuhkan pohon, dapat menimbulkan kerusakan.
12 28.5 – 32.5 Dapat menimbulkan kerusakan parah.
13 32.6 – 42.3 Tornado
Angin kelas 3 adalah batas minimun angin untuk menggerakan sebuah kincir angin dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dipergunakan untuk menghasilkan energi listrik.
Jenis – jenis angin antara lain : 1. Angin laut
Angin laut adalah angin yang berhembus dari dari arah laut ke arah darat dan biasanya ngain laut ini terjadi pada siang hari. Hal ini disebabkan karena daratan memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan temperatur di laut seperti yang didapat dilihat pada gambar 2.1 angin laut biasanya digunakan oleh para nelayan untuk pulang sehabis menangkap ikan.
2. Angin darat
Angin darat adalah angin yang berhembus dari arah daratan ke arah lautan dan biasanya angin darat ini berlangsung pada malam hari. Hal ini terjadi karena temperatur laut lebih tinggi dari pada temperatur yang ada didaratan seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2 angin darat ini biasa dimanfaatkan oleh para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan menggunakan perahu layar.
Gambar 2.1 Angin Laut. Gambar 2.2 Angin darat.
Sumber : https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/09/unsur- unsur-iklim-dan-cuaca-ii-angin/angin-laut-dan-angin-darat/,diakses Februari
2017.
3. Angin lembah
Angin lembah adalah angin yang berhembus dari lembah ke puncak gunung dan biasanya angin jenis ini terjadi pada siang hari. Arah hembusan angin yang disebabkan karna adanya perbedaan temperature antara puncak gunung dan lembah, puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari sehingga tekanan yang ada dipuncak menjadi turun dan terjadi aliran udara.
4. Angin gunung
Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung menuju lembah. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.3 Angin Lembah Gambar 2.4 Angin Gunung Sumber: https://luciafebriarlita17.wordpress.com/?s=angin+lembah&submit
diakses Februari 2017.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh energi angin yang digunakan untuk mengkonversi energi ke energi yang lain. Kincir angin pada awalnya dimanfaatkan oleh para petani untuk menumpuk hasil pertanian, irigasi, memompa air dan penggiling gandum. Kincir angin awalnya banyak dibuat di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya yang lebih dikenal dengan nama windmill. Kincir angin modern adalah kincir angin yang saat ini banyak digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang tidak dapat
habis yaitu angin. Walaupun saat ini pembangunan kincir angin belum bisa mengimbangi pembangkit listrik konvensional (contoh : PLTU, PLTD dan lain – lain) akan tetapi kincir angin saat ini terus dikembangkan oleh para ilmuwan dikarenakan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbarui ( Batu bara, minyak bumi, gas) sebagai bahan dasar pembangkit listrik.
Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibagi menjadi dua kelompok utama yaitu : kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horisontal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) adalah kincir angin yang poros utamnya sejajar dengan arah datangnya angin.
Kincir angin jenis ini banyak digunakan oleh para petani garam di Indonesia untuk memompa air laut. Adapun kelebihan dari kincir angin jenis HAWT antara lain :
1. Adanya gaya angkat yang di berikan angin sehingga membuat kecepatan sudu kincir bisa lebih besar dari pada kecepatan angin.
2. Kincir jenis ini dapat mengkonversi angin pada saat kecepatan angin tinggi.
3. Tidak memerlukan sudut orientasi.
4. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.
5. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara.
6. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju rotor.
7. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.
Dari beberapa kelibihan diatas kincir jenis HAWT ini juga mempunyai beberapa kekurangan antara lain :
1. Karna arah datangnya angin yang tidak menentu dibutuhkan mekanisme lain antara lain penambahan ekor pengarah angin.
2. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah yang berat (Gearbox dan Generator).
3. Pembuatan dan pemasangan sudu kincir angin poros horisantal yang sulit sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk proses pengerjaannya.
Beberapa jenis kincir angin poros horisontal antara lain : American windmill, cretan sail windmill, Dutch four arm dan Rival calzonil, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.5.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal
(a) American windmill, (b) cretan sail windmill, (c) Dutch four arms, (d) Rival calzoni
(a) Sumber : http://www.awwasc.com diakses November 2016 (b) Sumber : http://www.dilos.com diaakses November 2016
(c) Sumber ; http://s-media-cache-ak0.pining.com diakses November 2016 (d) Sumber : http://www.awwasc.com diakses November 2016
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau vertical axis wind turbine (VAWT) adalah salah satu kincir angin yang arah posisi porosnya tegak lurus dengan datangnya angin atau dengan pengertian lain jenis kincir seperti ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah. Adapun kelebihan dari kincir angin jenis VAWT antara lain :
1. Dapat menerima angin dari arah manapun.
2. Memiliki torsi yang besar walaupun putaran porosnya rendah.
3. Mampu bekerja pada putaran yang rendah.
4. Memiliki luasan frontal yang besar karna dalam perhitungan luasan berbentuk persegi panjang.
Dari beberapa kelebihan yang terdapat pada kincir angin jenis VAWT di atas namun kincir angin jenis VAWT ini juga memiliki beberapa kekurangan yaitu :
1. Bekerja pada 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 desainnya, 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) (d)
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal.
(a) Quet Revolution , (b) Wepower, (c) Darrieus wind turbine , (d) Savonius wind turbine.
(a) Sumber : http://www.bdonline.co.uk diakses November 2016.
(b) Sumber : http://www.alternativeconsumer.com diakses November 2016.
(c) Sumber : https://en.wikipedia.org diakses November 2016.
(d) Sumber : www.pinterest.com diakses November 2016.
2.3 Rumus-Rumus Perhitungan
Dalam penelitian kerja kincir angin sangat diperlukan beberapa rumus perhitungan, antara lain sebagai berikut.
2.3.1 Energi dan Daya Angin
Energi angin adalah energi yang dimiliki angin karna adanya kecepatan, karna adanya tenaga yang dimiliki angin maka dinamakan energi kinetik angin.
Maka secara umum energi kinetik angin dapat dirumuskan :
Ek= m v2 (1)
yang dalam hal ini :
Ek : Energi kinetik, J (joule) m : massa udara (kg) v : kecepatan angin (m/s)
Dari persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi kinetik angin tiap satuan waktu ( J/s ) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :
Pin= ṁ v2 (2)
yang dalam hal ini :
Pin : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)
ṁ : massa udara yang menggalir dalam satuan waktu (kg/s) v : kecepatan angin (m/s)
Aliran udara yang menggalir per satuan waktu adalah :
ṁ = ρ A v (3)
yang dalam hal ini :
ρ : massa jenis udara (kg/m3) A : daerah sapuan angin, (m2) v : kecepatan angin (m/s)
Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka dapat diperoleh rumusan daya angin :
Pin= ( ρ A v) v2 dapat disederhanakan menjadi :
Pin= ρ A v3 (4)
2.3.2 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah suatu daya yang dihasilkan oleh kincir angin akibat adanya kerja yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi energi kinetik menjadi energi potensial. Daya kincir angin tidak sama dengan daya angin, karna daya kincir angin dipengaruhi oleh koefesien daya angin. Pada suatu penelitian yang dilakukan oleh seorang insiyur dari Jerman yang bernama Albert Bets telah ditemukan efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3%.
Angka ini dikatakan Bets Limits, pada gambar 2.7 disajikan koefisien daya beberapa kincir.
Gambar 2.7 Grafik hubungan Koefisien daya dan tip speed ratio maksimal beberapa jenis kincir.
Sumber : http://mcensustainableenergy.pbworks.com diakses November 2016.
Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin dapat dirumuskan :
Pout= T ω (5)
yang dalam hal ini :
Pout : daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
T : torsi (N.m).
ω : kecepatan sudut (rad/s).
Kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konvesi satuan yang menghubungkan putaran dan keepatan sudut adalah 1 rpm = 2 /60 rad/det, maka persamaan (6) dapat di konversi menjadi :
Pk= T (6) yang dalam hal ini :
: putaran poros (rpm)
2.3.3 Daya Listrik
Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator, daya listrik dapat ditulis dengan persamaan sabagai berikut :
Pout= V I (7)
yang dalam hal ini : Pout: daya listrik (watt) V : tegangan (Volt)
I : arus yang menggalir pada beban (Ampere)
2.3.4 Torsi Kincir Angin
Gaya yang bekerja pada poros baik itu pada jenis kincir angin poros horizontal maupun 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 smbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi. Secara teori dapat dirumuskan :
T = F l (8)
yang dalam hal ini :
T : torsi akibat putaran poros (N.m)
l : panjang lengan torsi ke poros (m) F : gaya yang di berikan pada kincir (N)
2.3.5 Tip Speed Ratio (TSR)
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya, tsr dapat dirumuskan :
TSR = (9)
yang dalam hal ini : r : jari-jari kincir (m) n : putaran poros (rpm) v : kecepatan angin (m/s)
2.3.6 Koefisien Daya
Koefisien daya atau power coeffisient (Cp) adalah bilangan daya tak berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan angin sesuai teori yang sudah ada, maka dapat dirumuskan :
Cp = 100% (10)
yang dalam hal ini :
Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt) Pin : daya yang dihasilkan angin (watt)
2.4 Komposit
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu dan mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari bahan material pembentuknya. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu :
a. Filler (pengisi)
Filler mempunyai fungsi sebagai pengisi, filler digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada komposit dan juga berfungsi untuk menentukan karakteristik dari komposit seperti kekakuan, kekuatan, serta sifat mekanik lainnya.
b. Matrik
Matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi.
oleh karena itu untuk bahan filler sebaiknya menggunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan untuk bahan matrik sebaiknya menggunakan bahan-bahan yang liat dan tahan terhadap perlakuan kimia.
2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit
Klasifikasi komposit berdasarkan penguat yang digunakannya : a. Fibrous Composites (Komposit Serat)
Komposit ini merupakan komposit yang terdiri dari satu lapisan atau dua lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat yang digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fiber, dan aramid fiber. Serat ini
bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu, bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman.
b. Laminated Composites (Komposit Laminat)
Komposit ini merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristiknya sendiri.
c. Particulate Composite (Komposit Partikel)
Komposit ini merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai bahan penguatnya dan terdistribusikan secara merata dalam matriknya.
Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya.
Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu : a. Polymer Matrik Composites (komposit matrik polimer)
Komposit jenis ini adalah komposit yang sering digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya.
Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah untuk dibentuk mengikuti profil yang digunakan, memiliki kekuatan yang baik, dan lebih ringan dibandingkan jenis komposit yang lainnya.
b. Metal Matrik Composites (Komposit Matrik Logam)
Komposit jenis ini adalah jenis komposit yang menggunakan suatu logam seperti alumunium sebagai matriknya. Kelebihan dari jenis komposit model ini adalah tahan terhadap temperature tinggi, memiliki kekuatan tekan dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembaban udara.
c. Ceramic Matrik Composites (Komposit Matriks keramik)
Komposit jenis ini merupakan komposit yang menggunakan bahan keramik sebagai bahan matriknya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi serta tahan terhadap temperature yang tinggi.
Gambar 2.9 Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya.
2.4.2 Tipe Komposit Serat
Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :
1. Continuous Fibre Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus serta membentuk lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antara lapisan.
2. Woven Fibre Composite (bi-directional)
Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.
3. Discontinous Fibre Composite
Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek, tipe ini dibedakan lagi menjadi 3, yaitu :
a. Aligned discontinous fibre
b. Off-axis aligned discontinous fibre c. Randomly oriented dicontinous fibre
a) aligned b) off-axis c) randomly Gambar 2.10 Tipe discontinous fibre.
4. Hybrid Fibre Composite
Hybrid Fibre Composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite
Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite Gambar 2.11 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994).
2.4.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Komposit 1. Faktor Serat
Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.
2. Letak Serat
a. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.
b. Two dimensional reinforcement (planer), mempunyai kekuatan pada arah atau pada masing-masing arah orientasi serat.
c. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic yang kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya. Pada pencapuran dan arah serat mempunyai beberapa keunggulan, jika orientasi serat semakin acak (random) maka sifat mekanik pada 1 arahnya akan melemah, bila arah tiap serat menyebar maka kekuatannya juga akan menyebar kesegala arah maka kekuatan akan meningkat.
3. Panjang Serat
Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan. Ada dua pengunaan serat dalam campuran komposit, yaitu serat pendek dan serat panjang. Serat panjang lebih kuat dibandingkan serat pendek. Serat alami dibandingkan serat sintetis mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya.
Oleh karena itu panjang dan diameter sangat bepengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Ditinjau dari teorinya, serat panjang dapat mengalirkan beban maupun tegangan dari titik tegangan ke arah serat yang lain. Pada struktur continous fiber yang ideal, serat akan bebas tegangan atau mempunyai tegangan yang sama. Selama fabrikasi, beberapa serat akan menerima tegangan yang tinggi dan yang lain mungkin tidak terkena tegangan sehingga keadaan di atas tidak dapat tercapai.
4. Bentuk Serat
Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Pada umumnya, semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang lebih tinggi. Selain bentuknya kandungan seratnya juga mempengaruhi.
5. Faktor Matrik
Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan terhadap cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik. Bahan yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam, yaitu thermoplastik dan termoset.
Macam-macam jenis dari thermoplstik dan termoset yaitu : 1) Thermoplastik
a. Polyamide (PI) b. Polysulfone (PS)
c. Poluetheretherketone (PEEK) d. Polyhenylene Sulfide (PPS) e. Polypropylene (PP)
2) Termoset a. Epoksi b. Polyester
c. Phenolic d. Plenol e. Resin Amino
6. Katalis
Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.
2.4.4 Kelebihan Komposit
Kelebihan-kelebihan menggunakan bahan komposit yaitu :
1. Komposit dapat dirancang dengan kekakuan dan kekuatan yang tinggi.
2. Komposit dapat terhindar dari korosi,
3. Komposit memiliki mampu redam yang baik,
4. Komposit lebih ringan dan kuat. (Viktor Malau, 2010)
2.4.5 Kekurangan Komposit
Disamping dari kelebihan yang dipunyai oleh komposit, komposit ini juga mempunya beberapa kekuranngan yaitu :
1. Komposit bersifat anisotropik yang memiliki sifat berbeda antara satu lokasi / orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya,
2. Komposit tidak aman terhadap serangan zat-zat tertentu,
3. Komposit relatif mahal,
4. Komposit memerlukan pembuatan yang relatif lama. (Viktor Malau, 2010) Komposit dari bahan serat (fibrous composite) terus diteliti dan dikembangkan guna menjadi bahan alternatif pengganti bahan logam, hal ini disebabkan sifat dari komposit serat yang kuat dan mempunyai berat yang lebih ringa dibandingkan logam. (Hendriwan Fahmi, et all., 2011)
2.5 Serat
Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang berbentuk seperti jaringan yang memanjang yang utuh. Serat ini dibagi menjadi dua kategori, yakni serat alam dan serat buatan. Serat alam menurut Jumaeri (1997:5) yaitu “Serat yang langsung diproleh dialam”. Sedangkan serat buatan menurut Jumaeri, (1979:35), yaitu “Serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yakni kuat dan tahan terhadap gesekan”. Klasifikasi serat dapat dilihat pada Gambar 2.8.
2.5.1 Serat Alami
Serat alami meliputi serat yang diproduksi oleh tumbuh-tumbuhan, hewan, dan proses giologis. Serat jenis ini memiliki sifat yang dapat lapuk atau dapat mengalami pelapukan. Serat alami dapat digolongkan kedalam :
1. Serat tumbuhan / serat pangan, biasanya tersusun atas selulosa, hemiselulosa dan kadang-kadang mengandung pula lignin. Contoh dari serat jenis ini yaitu, katun dan kain ramie. Saat tumbuhan digunakan sebagai bahan pembuat
kertas dan tekstil serta serat tumbuhan itu juga penting bagi nutrisi bagi manusia.
2. Serat kayu, umumnya serat kayu didapat dari tumbuhan yang memiliki batang yang besar dan tumbuhan yang berkayu.
3. Serat hewan, umumnya serat ini tersusun atas protein tertentu. Contoh serat hewan yang di pergunakan oleh manusia adalah serat ulat (sutra) dan bulu domba (woll).
4. Serat mineral, pada umumnya serat ini dibuat dari asbetos. Saat ini asbestos adalah satu-satunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat yang panjang. Jenis – jenis serat alami dapat dilihat pada gambar 2.13
Gambar 2.12 Jenis-jenis serat buatan.
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam- Serat-Sintetis.bmp. diakses November 2016.
Gambar 2.13 Jenis-jenis serat alami.
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam- Serat-Alam.bmp. Diakses November 2016.
2.5.2 Serat Buatan
Serat buatan atau serat sintesis umumnya berasal dari bahan petrokimia.
Namun, ada pula serat sintetis yang dibuat dari selulosa alami seperti rayon. Serat sintetis dapat diproduksi secara murah dalam jumlah yang besar. Serat buatan terbentuk dari polimer-polimer yang berasal dari alam maupun polimer-polimer buatan yang dibuat dengan cara kepolimeran senyawa-senyawa kimia. Semua proses pembuatan serat dilakukan dengan menyemprotkan polimer yang berbentuk cairan melalui lubang-lubang kecil (spinneret).
Serat buatan mempunyai sifat-sifat umum antara lain:
1. Sangat kuat dan tahan gesekan,
2. Dalam keadaan kering atau basah kekuatannya tetap sama kecuali asetat, 3. Sulit mengisap air karena memberi rasa lembab,
4. Tahan alkali, tahan ngengat, jamur, serangga, dan lain-lain, 5. Peka terhadap panas.
2.5.3 Serat Kaca
Serat kaca atau yang biasa disebut fiberglass adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi. Serat kaca adalah bahan yang paling sering digunakan sebagai bahan penguat. Sebagai bahan baku penguat, pada umumnya dipakai gelas-non alkali (gelas jenis E). Serat gelas ini memiliki kekuatan tarik yang tinggi, kira-kira 1000 kali lebih kuat dari kawat baja (90 kgf/mm2). Selanjutnya massa jenisnya kira-kira 2,5 lebih rendah dibandingkan dengan baja 7,9 sedangkan modulus elastikya agak rendah.
Serat gelas terbagi menjadi 3 jenis yaitu serat E-glass, serat C-glass dan serat S- glass. Sifat - sifat serat gelas dapat dilihat pada tabel 2.2 sedangkan tabel 2.3 berisi karakteristik mekanik komposit dari beberapa serat glass.
Gambar 2.14 Jenis-jenis serat buatan.
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam- macam-Serat-Sintetis.bmp. diakses November 2016.
Tabel 2.2 Sifat-sifat serat.
Sumber: Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009
Tabel 2.3 Karakteristik serat E-glass.
Sumber: Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009.
2.6 Polimer
Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunkan biasa disebut polimer penguat serat (FRP-Fibre Reinforced Polymers of Plastic). Klasifkasi jenis-jenis polimer berdasarkan ketahanan terhadap perlakuan panas antara lain sebagai berikut:
a. Polimer Thermosplastic
Polimer thermoplastic adalah polimer yang dapat digunakan berulang kali dengan menggunakan bantuan panas, karena polimer jenis ini tidak tahan
terhadap perlakuan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu panas tertentu dan mengeras seiring perubahan suhu serta mempunyai sifat dapat kembali ke sifat aslinya yaitu kembali mengeras apabila didinginkan.
Contoh polimer thermoplastic sebagai berikut:
1. Poliestilena(PE) antara lain botol plastic, mainan, ember, drum, pipa saluran, kantong plastik dan jas hujan.
2. Polivinilklorida (PVC) antara lain pipa air, pipa kabel listrik, kulit sintetis, ubin plastik, dan botol detergen.
3. Polipropena (PP) antar lain karung, tali, bak air, kursi plastic dan pembungkus tekstil.
4. Polistirena antar lain penggaris dan gantungan baju (hanger).
b. Polimer thermosetting
Polimer thermosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan tidak akan meleleh sehigga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer jenis ini bersifat permanen.
Pemanasan dengan suhu tinggi tidak akan melunakan polimer thermoseting melaikan membetuk arang dan terurai karena sifat-sifat yang demikian maka thermoset sering digunakan sebagai penutup ketel. Contoh dari termoset yaitu fitting lampu listrik, steker listrik, dan asbak.
2.6.1 Resin Polyester
Resin Polyester merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya sering disebut polyester. Resin ini berupa cairan dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya.
(Hendriwan Fahmi, et all., 2011).
Resin polyester terbagi menjadi beberapa jenis antara lain:
1. Polyester (Orthophtalic)
Merupakan salah satu tipe resin yang memiliki daya tahan yang baik terhadap proses korosi air laut dan reaksi kimia.
2. Polyester (Isophtalic)
Sifat resin ini memiliki daya tahan yang baik terhadap panas dan larutan asam, memiliki kekerasan yang lebih tinggi, serta kemampuan menahan resapan air (abesion) yang lebih baik bila dibandingkan dengan resin tipe Orthophtalic.
2.6.2 Kelebihan dan Kekurangan Resin
Jenis polimer yang sering dipakai adalah resin polyester yang memiliki kelebihan : ringan, mudah dibentuk, tahan korosi dan murah. Tetapi polyester juga memiliki kekurangan karena sifat dasarnya kaku dan rapuh sehingga sifat mekaniknya lemah terutama ketahanan terhadap uji impact.
35 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alir yang menggambarkan langkah-langkah penelitian.
Perancangan sudu kincir angin sumbu horisontal 2 sudu Mulai
Pembuatan kincir angin sumbu horisontal 2 sudu berbahan komposit dengan diameter sebesar 100 cm, lebar maksimum sudu
13 cm pada jarak 20 cm dari pusat poros
Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir, gaya pengimbang, hambatan, tegangan dan arus
Pengolahan data untuk mencari Koefisien daya mekanis pada TSR optimal, daya output mekanis dan daya output listrik pada torsi dan
putaran poros
Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan
Selesai
36 Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu:
1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
3. Pengamatan secara langsung (Observasi)
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada wind tunnel.
3.2 Alat Penelitian
Model kincir angin propeler dengan bahan komposit, kincir dibuat dengan diameter 1 meter.
1. Sudu kincir angin
Ukuran sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu berputar. Semua sudu
37 memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.
gafaf
Gambar 3.2 Sudu kincir angin.
2. Dudukan sudu
Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini memiliki dua belas lubang untuk pemasangan sudu, untuk mengatur sudu kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disusaikan dengan kebutuhan yang diperlukan. Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Dudukan Sudu kincir angin.
38 3. Fan blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara dan menghembuskannya ke arah kincir angin. Fan blower dengan kekuatan 15 Hp. Gambar 3.4 menunjukkan bentuk dari fan blower.
Gambar 3.4 Fan Blower.
4. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengatur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup sederhana, kita hanya menekan tombol utama dan mengarahkan cahaya merah ke arah yang sudah ditentukan. Gambar 3.5 bentuk dari menunjukkan tachometer.
5. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari timbangan
39 digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakkan pada bagian lengan generator.
Gambar 3.5 Tachometer. Gambar 3.6 Timbangan Digital.
6. Anemometer.
Anemometer berfungsi unutk mengukur kecepatan angin dari fan blower. Anemometer diletakkan diantara fan blower dan kincir. Gambar 3.7 menunjukkan bentuk dari anemometer.
Gambar 3.7 Anemometer.
40 7. Voltmeter
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Voltmeter ini dipasang pada terminal yang telah disediakan. Gambar 3.8 menunjukkan gambar dari voltmeter.
8. Amperemeter
Amperemeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir angin dengan setiap variasinya. Amperemeter juga diletakkan pada terminal. Gambar 3.9 menunjukkan bentuk dari amperemeter.
G
Gambar 3.8 Amperemeter Gambar 3.9 Voltmeter
9. Pembebanan
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu, lampu bermaksud untuk mengetahui performa dar kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan bermaksud supaya yang dihasilkan bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu 100 Watt, 75 Watt, 60 Watt, 40 Watt, dan 25 Watt. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan pada gambar 3.10
41 Gambar 3.10 Pembebanan lampu
3.3 Desain Sudu Kincir Angin
Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.
Gambar tersebut menunjukkan bahwa kincir angin yang dibuat diameternya berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 13 cm. Gambar 3.11 menunjukkan desain dari sudu kincir angin.
Gambar 3.11 Desain sudu kincir angin.
42 3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin
Dalam proses pembuatan sududilakukan melalui beberapa tahapan. Adapun tahapan tersebut sebagai berikut:
A. Pembuatan cetakan pipa
1. Melakukan pemotongan pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.
Pipa 8 inchi berfungsi sebagai cetakan dari proses pembuatan sudu kincir angin yang dimana bahan yang digunakan dalam proses pembuatannya adalah komposit. Proses pemotogan menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang digunakan adalah 50 cm. setelah dilakukan proses pemotongan, kemudian pipa dengan panjang 50 cm tersebut dibelah menjadi 2 bagian. Pipa yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8 inchi, pemotongan pipa seperti ditujukkan pada gambar 3.12.
Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa.
2. Membentuk cetakan kertas.
Cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa yang akan dijadikan cetakan sudu. Setelah cetakan kertas dibentuk, kertas tersebut ditempelkan ke pipa, kemudian pipa ditandai sesuai dengan cetakan
43 menggunakan spidol. Cetakan kertas seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.13
Gambar 3.13 Cetakan Kertas 3. Membentuk pipa dengan menggunakan cetakan kertas.
Pipa yang telah ditandai dengan cetakan kertas tersebut kemudian dipotong menggunakan gerinda. Proses ini harus dilakukan secara teliti karena harus benar-benar mengikuti cetakan dari kertas tersebut. Proses pembentukan pipa menjadi cetakan tersebut ditunjukkan pada gambar 3.14.
Gambar 3.14 Cetakan Pipa
44 4. Menghaluskan sisi-sisi pipa.
Setelah pipa dibentuk sesuai dengan cetakan kertas tahap selanjutnya adalah menghaluskan pinggir-pinggir pipa tersebut karena masih kasar karena potongan dari gerinda agar mendapatkan ukuran yang presisi seperti yang kita inginkan.
B. Proses pencetakan sudu
1. Pelapisan cetakan pipa dengan alumunium foil.
Setelah pipa siap digunakan untuk pencetakan sudu, pipa sebelumnya dilapisi menggunakan alumunium foil, tujuannya agar pipa nantinya setelah dipakai pencetakan masih bisa dipakai kembali, karena bila tidak dilapisi maka resin akan menempel pada pipa dan pipa. Proses pelapisan cetakan dapat dilihat pada gambar 3.15.
Gambar 3.15 Pelapisan cetakan pipa.
2. Pencampuran resin dan hardener.
Pencampuran resin dan herdener dilakukan dengan perbandingan 10:1, karena resin adalah bahan utama dari pembuatan sudu ini sedangkan
45 hardener adalah bahan tambahan yang digunakan untuk membuat resin lebih cepat mengeras. Adapun kedua bahan tersebut dapat dilihat pada gambar 3.16
3.16 Resin dan Harderner.
3. Pembuatan sudu.
Dalam pembuatan sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari resin, hardener dan serat kaca. Proses pembuatan sudu dilakukan secara berulang dan cepat, karena menghindari resin yang mengeras akibat terlalu lama dan juga saya melakukan empat kali pelapisan agar mencapai berat yang ideal. Langkah-langkah pembuatan sudu tersebut adalah sebagai berikut:
1. Melakukan pelapisan cetakan menggunakan alumunium foil.
2. Mengoleskan campuran resin yang telah dicampur dengan hardener.
46 3. Melakukan peletakkan serat kaca pada cetakan yang telah dioleskan resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada cetakan dan juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan agar tidak ada udara yang tertinggal didalamnya.
4. Melakukan pengoleskan kembali dengan campuran resin dan hardener diatas serat kaca yang pertama secara merata.
5. Melakukan peletakkan serat kaca kedua pada cetakan yang telah dioleskan resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada cetakan dan juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan agar tidak ada udara yang tertinggal didalamnya.
6. Melakukan pengolesan kembali campuran resin dan hardener diatas serat kaca kedua secara merata.
7. Melakukan peletakkan serat kaca ketiga pada cetakan yang telah dioleskan resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada cetakan dan juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan agar tidak ada udara yang tertinggal didalamnya.
8. Melakukan pengolesan kembali campuran resin dan hardener diatas serat kaca ketiga secara merata.
9. Melakukan peletakkan serat kaca keempat pada cetakan yang telah dioleskan resin dan herdener dengan hati-hati agar tepat pada cetakan dan juga ditambahkan dengan menekan secara perlahan agar tidak ada udara yang tertinggal didalamnya.
47 10. Melakukan kembali pengolesan resin dan hardener pada serat kaca yang terakhir dan sebisa mungkin meratakannya karena akan mempermudah nantinya pada saat proses finishing.
4. Pengeringan sudu
Setelah proses pembuatan sudu dilakukan, kemudian sudu dikeringan dengan dijemur dibawah terik matahari. Proes pengeringan ini dilakukan selama kurang lebih 2 hari.
5. Finishing sudu
Proses finishing sudu meliputi: Pemotongan sisi samping sudu yang masih kurang rapi karena sisa serat kaca, penghalusan permukaan, dan pewarnaan sudu, dan pengurangan berat sudu. Pengurangan berat sudu dilakukan agar berat sudu semua sama yaitu 200 gram.
6. Pembuatan lubang baut
Pembuatan lubang baut dilakukan menggunakan mesin bor dengan diameter 10 mm.
3.5 Langkah Penelitian
Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah pemasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan poros penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di bagian belakang kincir angin.
Proses pengambilan data kecepatan angin, rpm, tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal yang perlu dilakukan, yaitu:
48 1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.
2. Dilakukan pemasangan blade/sudu pada dudukan sudu.
3. Dilakukan pemasangan anemometer pada tiang yang berada diantara kincir dan fan blower untuk mengukur kecepatan angin.
4. Dilakukan pemasangan timbangan digital pada lengan generator.
5. Alat pengukur berupa voltmeter, amperemeter, dan pembebanan lampu dihubungkan pada terminal.
6. Jika sudah siap, fan blower dihidupkan dan atur kecepatannya dengan melihat anemometer.
7. Percobaan pertama kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 6,2 m/s, percobaan kedua kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 7,2 m/s, percobaan ketiga kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 8,4 m/s.
8. Dilakukan pengamatan selama waktu yang telah ditentukan.
49 BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Pada pengujian unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal 2 sudu berbahan komposit dilakukan dengan tiga variasi angin yaitu angin 8,4 m/s, 7,2 m/s, dan 6,2 m/s. Pengujian yang dilakukan meliputi pengukuran kecepatan angin, kecepatan putaran poros, masa yang bekerja serta mengetahui arus dan tegangan yang dihasilkan oleh generator. Pengujian selesai apabila beban yang diberikan kincir angin sudah mencapai maksimal dan penuruan putaran kincir angin semakin pelan atau massa yang bekerja tidak mengalami perubahan. Pada kecepatan angin variasi 8,4 m/s pengujian dilakukan dengan 13 lampu pembelahan. Dari hasil pengujian kecepatan angin variasi 8,4 m/s diperoleh data seperti yang ditunjukan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin poros horisontal dua sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros, dengan kecepatan angin 8,4 m/s.
Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin poros horisontal dua sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros, dengan kecepatan angin 7,2 m/s.
NO
Kecepatan
Angin Putaran Gaya
pengimbang Tegangan Arus
m/s rpm F (gram) Volt Ampere
1
7.2
676 80 44.62 0
2 633 120 42.82 0.17
3 590 160 39.42 0.33
4 560 190 36.25 0.43
NO
Kecepatan
Angin Putaran Gaya
pengimbang Tegangan Arus
m/s rpm F (gram) Volt Ampere
1
8.4
804 100 52.4 0
2 766 150 49.9 0.18
3 743 190 48.1 0.35
4 714 250 45.3 0.52
5 664 260 42 0.62
6 650 270 39.2 0.73
7 587 290 36.3 0.8
8 551 310 34.1 0.88
9 532 320 31.4 0.92
10 508 330 30.1 0.98
11 489 340 28.9 1.01
12 446 350 26.3 1.02
13 406 360 24.8 1.04
Lanjutan Tabel 4.2 5
7.2
522 210 34.49 0.5
6 495 240 32.9 0.59
7 468 250 30.56 0.64
8 443 260 28.57 0.67
9 422 280 27.6 0.71
10 392 290 25.12 0.74
11 362 300 24.85 0.76
Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros, dengan kecepatan angin 6,2 m/s.
NO Kecepatan
Angin Putaran
kincir Gaya
pengimbang Tegangan Arus
m/s rpm F (gram) Volt Ampere
1
6.2
620 110 41.9 0
2 575 140 39.12 0.16
3 540 160 37.85 0.26
4 510 180 34.95 0.33
5 482 190 32.66 0.36
6 438 200 30.46 0.4
7 411 210 28.5 0.43
8 384 220 27.17 0.48
9 352 230 25.92 0.53
10 333 240 23.7 0.55
4.2 Pengolahan Data Perhituaan
Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi variabel untuk mempermudah untuk pengolahan data dan perhitungan data sebagai berikut
a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2 b. Masa jenis udara = 1,18 kg/m3
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Perhitungan daya angin diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian pertama didapat rata – rata kecepatan angin 8,4 m/s, massa jenis udara (ρ) adalah 1,18 kg/m3 dan luas sapuan angin (A) adalah 0,785 m2. Maka dari data tersebut dapat dihitung daya angin sebesar:
= 1 2 Dengan :
ρ : massa jenis udara, kg/m3 A : daerah sapuan angin, m2 v : kecepatan angin, m/s
dengan diketahui densitas udara sebesar 1,18 kg/m3,diameter kincir adalah 100 cm, dan kecepatan angin rata – rata adalah 8,4 m/s dapat diperoleh daya angin sebesar :
= 1 2 . .
= 1
2 . ( ( )²).
= (1,18 / ). ( (0,5 ) ). (8,4 / )
Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 275 Watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Perhitungan nilai torsi diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian pertama. Dari data yang diperoleh besaran gaya (F) = 0,15 N dan untuk jarak lengan ke pusat poros adalah 0,27 m, maka torsi dapat dihitung :
= Dengan :
T : torsi akibat putran poros, N.m l : pannjang lengan torsi ke poros, m F : gaya yang diberikan pada kincir, N
Dengan massa sebesar 0,15 kg ( 150 gram) dan panjang lengan ke pusat poros adalah 0,27 m dapat diperoleh torsi sebesar :
=
= (0,15 ). (9,81 / ). ( 0,27 )
= 0,398 .
Jadi Torsi yang dihasilkan sebesar 0,398 N.m
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir
Perhitungan daya kincir diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian pertama yang diperoleh kecepataan angin sebesar 8,4 m/s (n) putaran poros sebesar 776 rpm, dan torsi yang dihasilkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,398 N.m , maka besarnya kincir dapat dihitung sebagai berikut :
= Dengan :
Pout :daya yang dihasilkan kincir angin, watt T : torsi, Nm
ω : kecepatan sudut, rad/s n : putaran poros, rpm
dengan yng diketahui torsi yang bekerja sebesar 0,03 Nm dan kecepatan putar poros 776 rpm dihasilkan daya mekanis sebesar :
= 2
60
= 0,4 2 (776 ) 60
Jadi Daya yang dihasilkan sebesar 32,32 watt.
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik
Sebgai contoh perhitungan daya listrik yang diambil dari tabel pengujian 4.1 pada penguian pertama. Diperoleh tegangan sebesar 49,9 volt dan arus sebesar
0,18 Ampere, maka daya listrik dapat dihitung :
= . Dengan :
Pout: daya listrik( watt) V : tegangan( volt)
I : arus yang mengalir pada beban( Ampere)
Dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 49,9 volt dan arus yang mengalir pada beban adalah 0,18 A dihasilkan daya listrik sebesar :
= .
= (49,9). (0,18)
= 8,98
Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 8,98 watt.
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian kedua dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 776 rpm jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 8.4 m/s, maka tip speed ratio dapat dihitung :
= 2 π r n 60 v
Dengan :
r : Jari – jari kincir (m) n : Putaran poros (rpm) v : Kecepatan angin (m/s)
= , ,,
= 4,84
Jadi tsr yang dihasilkan sebesar 4,84
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) Mekanis
Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 265 Watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada sub bab 4.2.3 sebesar 32.5 Watt, maka koefisien daya dapat dihitung :
= 100 %
Dengan :
Pout: Daya kincir (watt)
Pin : Daya angina (watt)
Maka dengan diketahui daya mekanis yang yang dihasilkan kincir sebesar 32,32 watt dan daya yang dihasilkan angina sebesar 275 watt diperoleh koefisien daya sebesar :
