Unjuk kerja kincir angin darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan sudu 70°

(1)

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN DARRIEUS DELTA 4 SUDU DENGAN KEMIRINGAN SUDU 70

^o

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh

YOSEP DEDI ADI WIBOWO 185214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2022

(2)

PERFORMANCE OF DARRIEUS DELTA 4 BLADE WINDFORMER WITH 70

^o

POLE TILLING

Submitted to fulfill one of the requirements to obtain a Bachelor of Engineering degree Mechanical Engineering study program

BY

YOSEP DEDI ADI WIBOWO 185214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2022

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

v INTISARI

Indonesia adalah salah satu negara yang memiliki sumber daya manusia terbesar keempat di dunia dengan jumlah penduduk mencapai 277 juta jiwa. Kondisi demikian ini sudah selayaknya diimbangi dengan pasokan energi yang memadai, karena konsumsi energi yang semakin meningkat dari tahun ke tahun. Dengan menipisnya ketersediaan energi berbahan bakar fosil di dunia dan khususnya di Indonesia dan juga menimbulkan berbagai masalah lingkungan dan kesehatan masyarakat, sudah saatnya masyarakat Indonesia beralih menggunakan energi berbahan bakar alternatif baru dan terbarukan yang dapat memenuhi kebutuhan energi nasional dan dunia.

Kincir angin yang digunakan dalam penelitian adalah kincir angin tipe Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan sudu 70⁰, perancangan sudu menggunakan material berbahan komposit dengan tinggi 80 cm. Poros yang digunakan dari pipa besi dengan diameter 3 cm dan ketebalan 2 mm. Kincir angin Darrieus delta memiliki diameter 83 cm dan tinggi 90 cm. Terdapat empat variasi model kincir yang diteliti yakni dengan pitch angle 0ô,5ô,10ô,15ôPenelitian ini menggunakan pembebanan dengan sistem pengereman dan jarak antara kincir dan blower 1,5 m serta menggunakan kecepatan angin 8 m/s.

Model kincir angin tipe Darrieus delta dengan pitch angle sudu 0ô koefisien daya maksimal 2,8 %, pada variasi 5ô menghasilkan koefisien daya maksimal 6 %, pada variasi 10ômenghasilkan koefisien daya maksimal 3,2 %, dan pada variasi 15ô menghasilkan koefisien daya maksimal 4 %.

Kata Kunci: Darrieus delta , koefisien daya, variasi pitch angle sudu.

(8)

vi ABSTRACT

Indonesia is one of the countries that has the fourth largest human resources in the world with a population of 277 million people. This condition should be balanced with adequate energy supply, because energy consumption is increasing from year to year. With the depletion of fossil fuel energy availability in the world and especially in Indonesia and also causing various environmental and public health problems, it is time for the Indonesian people to switch to using alternative, new and renewable energy fuels that can meet national and world energy needs.

The windmill used in this study is a 4-blade Darrieus delta windmill with a blade slope of 70^o, the blade design uses a composite material with a height of 80 cm.

The shaft used is made of iron pipe with a diameter of 3 cm and a thickness of 2 mm.

The Darrieus delta windmill has a diameter of 83 cm and a height of 90 cm. There are four variations of the wheel model studied, namely the pitch angle 0ô,5ô,10ô,15ô using a wedge. In this study using a loading with a braking system and the distance between the windmill and the blower is 1.5 m and uses a wind speed of 8 m/s.

The Darrieus delta type windmill model with a blade pitch angle of 0ô has a maximum power coefficient of 2,8 %, at a variation of 5ô produces a maximum power coefficient of 6 %, at a variation of 10ô produces a maximum power coefficient of 3,2%, and at a variation of 15ô produces a power coefficient maximum 4 %.

Keywords: Darrieus delta, power coefficient, pitch angle variation of the blade.

(9)

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan berkat, sehingga penulis dapat melaksanakan penelitian dan menyelesaikan naskah tugas akhir yang berjudul “ UNJUK KERJA KINCIR ANGIN DARRIEUS DELTA 4 SUDU DENGAN VARIASI KEMIRINGAN SUDU 70^o”.

Penyusunan Tugas Akhir bertujuan untuk memenuhi syarat wajib bagi mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penyusunan dapat terselesaikan berkat rahmat Allah Bapa Yang Maha Kuasa. Penulis juga menyampaikan rasa hormat dan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ir. Drs. Haris Sriwindono, M.Kom., Ph. D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Budi Setyahandana, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Doddy Purwadianto, ST.,M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan waktu, tenaga dan arahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir.

5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Yang telah membimbing dan memberikan ilmu yang sangat berguna bagi penulis selama perkuliahan.

6. Intan Widanarko, selaku asisten laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

7. Romo Agustinus Parso Subroto MSF, yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis selama ini.

8. Yohanes Sugiyanto dan Maria Antonia Sugiyarti, selaku orang tua penulis yang telah memberikan doa,semangat, dukungan dan kasih sayang kepada penulis.

9. Gregorius Adi Pramono dan Menik, selaku kakak penulis yang telah memberikan dukungan dan hiburan kepada penulis.

10. Alm. Paulus Adi Wisnu Bangun, selaku kakak penulis yang selama masih hidup selalu mendukung dan memberikan semangat kepada penulis.

(10)

(11)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... iv

INTISARI ... v

ABSTRACT ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiii

BAB I PENAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Energi Terbarukan ... 4

2.2 Energi Angin ... 4

2.3 Kincir Angin ... 4

2.3.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ... 5

2.3.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 5

2.4 Airfoil ... 7

2.5 Grafik Hubungan 𝑪_𝒑 Dan TSR ... 8

2.6 Persamaan Perhitungan ... 9

2.6.1 Daya Angin ... 9

2.6.2 Torsi ... 10

2.6.3 Daya Kincir Angin ... 10

(12)

x

2.6.4 Koefisiensi Daya ... 10

2.6.5 Tip Speed Ratio ... 10

2.7 Penelitian sejenis yang pernah dilakukan ... 11

BAB III METODE PENELITIAN... 12

3.1 Objek Penelitian ... 12

3.2 Pembebanan ... 14

3.3 Alat Bantu Penelitian ... 15

3.5 Variabel yang dihitung ... 18

3.6 Variabel yang diukur ... 18

3.7 Langkah Perancangan ... 18

3.8 Proses Penelitian ... 18

3.9 Diagram Alir ... 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 21

4.1 Hasil Penelitian ... 21

4.2 Pengolahan Data ... 25

4.2.1 Perhitungan daya angin ... 25

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir Angin ... 26

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio... 26

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya ... 27

4.3 Hasil Pengolahan Data ... 27

4.4 Grafik Hasil Data Pengolahan ... 29

4.4.1 Grafik Hasil Pengolahan Data Pada Variasi Pitch Angle 0° ... 29

4.5 Pembahasan ... 38

BAB V PENUTUP ... 41

5.1 Kesimpulan ... 41

5.2 Saran ... 41

DAFTAR PUSTAKA ... 42

(13)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh jenis kincir angin sumbu horizontal ... 5

Gambar 2.2 Kincir angin Darrieus ... 6

Gambar 2. 3 Kincir angin Savonius ... 7

Gambar 2.4 Airfoil NACA 0021 ... 7

Gambar 2.5 Bagian Airfoil ... 8

Gambar 2.6 Grafik Hubungan Koefisien Daya (𝐶_𝑝) dengan tip speed ratio (TSR) ... 9

Gambar 3.1 Kontruksi kincir angin Darrieus delta ... 12

Gambar 3.2 Dimensi kincir angin Darrieus delta ... 13

Gambar 3.3 Variasi Pitch Angle... 13

Gambar 3.4 Gambar pengereman ... 14

Gambar 3.5 Mekanisme pengereman ... 15

Gambar 3.6 Tachometer ... 16

Gambar 3.7 Anemometer ... 16

Gambar 3.8 Fan Blower ... 17

Gambar 3.9 Neraca pegas ... 17

Gambar 3.10 Diagram alir... 20

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar poros dan torsi pada variasi pitch angle 0° ... 30

Gambar 4.2 Grafik koefisien daya dan tsr pada variasi pitch angle 0° ... 30

Gambar 4.7 Grafik hubungan kecepatan putar poros dan torsi pada variasi pitch angle 15°. ... 36

Gambar 4.8 Grafik koefisien daya dan tsr pada variasi variasi pitch angle 15° ... 36

Gambar 4.9 Grafik kecepatan poros dan torsi pada semua variasi pitch angle ... 38

(14)

xii

Gambar 4.10 Grafik antara koefisien daya dengan tsr pada semua variasi pitch angle ... 39

(15)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian dari variasi pitch angle 0° ... 21

Tabel 4.5 Data hasil pengolahan pada variasi pitch angle 0° ... 27

Tabel 4.9 Data hasil masing-masing variasi ... 39

(16)

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Indonesia adalah salah satu negara yang memiliki sumber daya manusia terbesar keempat di dunia dengan jumlah penduduk mencapai 277 juta jiwa. Oleh karena itu sudah selayaknya diimbangi dengan pasokan energi yang memadahi, karena konsumsi energi yang semakin meningkat dari tahun ke tahun. Mayoritas energi yang digunakan sekarang tidak menggunakan energi terbarukan dan masih menggunakan energi berbahan seperti bakar minyak bumi, gas bumi, batu bara yang tidak ramah lingkungan.

Penggunaan energi tak terbarukan ini bisa jadi karena minimnya jumlah penelitian tentang energi terbarukan ataupun tidak bakunya prosedur penggunaan energi terbarukan.

Dengan menipisnya ketersediaan energi berbahan bakar fosil didunia dan khususnya di Indonesia dan juga menimbulkan berbagai macam penyakit, sudah saatnya masyarakat Indonesia beralih menggunakan energi berbahan bakar alternatif, baru dan terbarukan yang dapat memenuhi kebutuhan energi nasional dan dunia.

Energi terbarukan adalah energi yang ramah lingkungan, yang tidak akan habis jika digunakan terus menerus. Karena energi terbarukan dihasilkan dari sumber energi secara alami bahkan berkelanjutan. Adapun beberapa macam energi alternative yaitu energi surya, energi panas bumi, energi air, energi angin, energi biomassa, dan lain- lain. Berbagai energi alternatif telah digunakan diberbagai negara termasuk Indonesia.

Negara Indonesia telah memanfaatkan berbagai energi alternatif salah satunya adalah energi angin.

Berdasarkan hasil penelitian berdasarkan data satelit, kecepatan angin di Indonesia berkisar 2-8 m/s dan kecepatan angin tersebut yang kemudian diolah menjadi energi terbarukan. Kecepatan angin diberbagai daaerah dapat dipergunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik di berbagai daerah, namun harus dikonversi terlebih dahulu menggunakan kincir angin.

(17)

2

Energi angin juga memiliki kelebihan yang tidak dimiliki energi berbahan bakar fosil yaitu ramah lingkungan, namun energi terbarukan bukan berarti tidak memiliki kekurangan yaitu energi yang dihasilkan dalam pembangkit listrik tidak dapat konstan seperti yang dihasilkan pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Hal ini dikarena energi terbarukan tergantung dengan kondisi alam, sehingga untuk menentukan pembangkit listrik yang akan digunakan harus sesuai lingkungan yang ada disekitar. Sumber energi angin bayu berasal dari pergerakan udara akibat perubahan temperature udara karena pemanasan dari radiasi matahari. Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah pembangkit listrik energi terbarukan yang tumbuh pesat di berbagai negara maju.

Adapun di Indonesia teknologi turbin angin yang modern belum sepenuhnya dikuasai, sehingga masih dibutuhkan riset yang intensif untuk mengembangkan turbin angin yang cocok dengan kondisi potensi angin di Indonesia.

Kincir angin dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu horizontal axis wind turbine (HAWT) dan vertical axis wind turbine (VAWT). Pengelompokan kincir tersebut berdasarkan posisi porosnya. Kincir angin poros horizontal merupakan kincir angin dengan posisi poros sejajar dengan arah angin. Kincir angin vertikal merupakan kincir angin dengan posisi poros tegak lurus dengan arah datangnya angin. Kincir angin sumbu vertikal memiliki dua jenis tipe kincir yaitu tipe Savonius dan tipe Darrieus.

Kincir angin Darrieus ini memiliki kriteria putaran yang cukup tinggi. Mengetahui kemampuannya, tampaknya kincir angin Darrieus cocok digunakan di Indonesia.

Maka dari itu penulis melakukan penelitian terhadap kincir angin Darrieus Delta 4 sudu dengan variasi sudut sudu 70ô dan kemiringan tiap sudunya 0ô,5ô,10ô,15ô.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun beberapa rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

a) Berapa nilai kecepatan putar maksimal kincir angin yang dapat dicapai oleh masing-masing model kincir angin dengan empat variasi pitch angle sudu ? b) Berapa nilai koefisien daya tertinggi dan tip speed ratio kaitannya yang dihasilkan

oleh keempat model kincir angin tipe Darrieus delta ?

c) Bagaimana pengaruh variasi kemiringan sudu terhadap kecepatan rotor, torsi, koefisien daya, dan tip speed ratio pada kincir angin Darrieus delta ?

(18)

3 1.3 Tujuan

Ada beberapa tujuan dalam melaksanakan penelitian ini sebagai berikut:

a) Merancang dan membuat model kincir angin Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan sudu 70^o.

b) Mengetahui kecepatan putar maksimal poros dari keempat variasi pitch angle kincir angin Darrieus delta dengan kemiringan sudu 70^o.

c) Mengetahui nilai koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh setiap variasi kincir angin tipe Darrieus delta.

1.4 Batasan Masalah

Model kincir angin Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan sudu 70^o dengan memperhatikan batasan-batasan sebagai berikut:

a) Pengambilan data dilaksanakan dalam skala laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

b) Sumber angin yang digunakan berasal dari fan blower yang diatur pada kecepatan angin 8 m/s.

c) Kecepatan angin diasumsikan konstan.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian kincir angin model Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan sudu 70^oyaitu:

a) Dapat menambah informasi energi terbarukan khususnya energi angin

b) Menjadi referensi tentang kincir angin Darrieus delta 4 sudu dengan sudut kemiringan 70^o.

(19)

4 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1Energi Terbarukan

Energi terbarukan merupakan sumber energi yang berasal dari alam yang sangat melimpah dan tidak akan habis jika digunakan secara terus-menerus. Energi terbarukan merupakan energi yang ramah lingkungan, karena tidak menimbulkan dampak terhadap lingkungan disekitar. Energi terbarukan terbagi menjadi beberapa macam yaitu: energi angin, energi air, energi surya, energi panas bumi, energi biomassa, dan lain-lain. Sementara energi yang tidak dapat diperbaruhi adalah minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Energi terbarukan sudah dimanfaatkan di berbagai negara termasuk Indonesia. Energi yang sudah dimanfaatkan di Indonesia yaitu, energi surya, energi air, energi angin, panas bumi, biomassa, dan lain-lain.

2.2 Energi Angin

Angin adalah udara yang bergerak karena adanya perubahan dari tekanan bumi, angin sendiri akan bergerak dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang memiliki tekanan rendah. Terjadinya angin ketika matahari memanaskan udara dan menimbulkan terjadinya peristiwa udara naik. Ketika dipanaskan udara memuai. Udara yang memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Udara disekitar mengalir ke tempat bertekanan rendah.

2.3 Kincir Angin

Kincir angin digunakan untuk mengkonversi energi angin menjadi pembangkit listrik. Kincir angin pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dan lain-lain. Kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaruhi yaitu angin. Kincir angin dapat bergerak karena adanya gaya hambat (drag force) dan gaya angkat (lift force) yang dihasilkan oleh angin saat hembusan melewati sudu. Gaya hambat atau (drag force) adalah gaya yang dihasilkan sejajar dan berlawanan arah dari arah datangnya angin. Gaya angkat atau (lift force) adalah gaya yang dihasilkan tegak lurus terhadap arah datangnya angin. Kincir angin jika dilihat

(20)

5

dari sumbu rotor dibagi menjadi dua yaitu horizontal axis wind turbine (HAWT) dan vertical axis wind turbine (VAWT).

2.3.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah jenis kincir angin yang poros rotor utamanya tegak lurus dengan menara dan arah poros utama sejajar dengan arah datangnya angin. Kincir angin ini memiliki poros utama dipucuk menara. Kincir angin sumbu horizontal dibagi menjadi dua yaitu up wind dan down wind. Rotor up wind menghadap arah angin dan terletak di depan menara sedangkan down wind terletak pada bagian belakang menara.

Kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu dapat mengkonversi energi angin berkecepatan tinggi dan banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar. Sedangkan kekurangannya adalah membutuhkan tempat yang luas dan jauh dari pemukiman penduduk, membutuhkan mekanisme tambahan untuk membelokkan kincir sesuai arah angin.

2.3.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Vertical Axis Wind Turbin (VAWT) adalah kincir angin yang pemasangan poros utamanya tegak lurus. Pada tipe ini sangat baik digunakan pada lingkungan yang arah anginnya tidak menentu, karena sudu yang tegak lurus terhadap arah angin memungkinkan turbin berputar terdadap sumbu yang vertikal. Berikut ini adalah turbin angin sumbu vertikal:

Gambar 2.1 Contoh jenis kincir angin sumbu horizontal

(21)

6 1. Kincir Angin Darrieus

Turbin angin Darrieus adalah turbin angin sumbu vertikal berbasis lift yang dipatenkan oleh George Darrieus pada tahun 1931, dengan menggunakan dua atau tiga bilah melengkung atau lurus bergabung bersama di bagian atas dan bawah dan membungkuk ke luar di tengah troposkein. Tipe Darrieus ini umumnya memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi dari tipe lain untuk start up atau awalan. Hal tersebut membuat turbin angin Darrieus memerlukan suatu penggerak mula untuk keperluan start up tersebut.

2. Kincir Angin Savonius

Kincir angin Savonius adalah kincir angin sumbu vertikal berbasis drag driven devices. Diciptakan oleh insinyur finlandia SJ Savonius pada tahun 1922 menggunakan dua pisau berbentuk “S” untuk rotor. Kincir angin ini mampu mengawali putaran dengan sendirinya (self- start) pada kecepatan angin rendah (<2 m/s). Torsi (juga putarannya) diakibatkan oleh perbedaan drag diantara sudu- sudu kiri dan kanan. Kecepatan ujung terluar sudunya tidak melebihi 2 kali

Gambar 2.2 Kincir angin Darrieus

(22)

7

kecepatan angin yang datang. Efisiensi turbin ini relatif rendah tetapi torsinya cukup tinggi.

2.4 Airfoil

Airfoil adalah bentuk aerodinamika yang dianggap efektif untuk menghasilkan gaya angkat atau disebut gaya Lift. Airfoil sendiri memberikan nilai koefisien Drag yang kecil jika dibandingkan dengan Lift yang diberikan. Pada airfoil sendiri terdapat beberapa variable yang dinyatakan dengan Lift yang terdapat pada Gambar 2.4, 2.5.

Pada penelitian ini menggunakan Airfoil NACA 0021 Gambar 2. 3 Kincir angin Savonius

Gambar 2.4 Airfoil NACA 0021

(23)

8

Gambar 2.5 Bagian Airfoil Dari gambar airfoil diatas, dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Leading edge adalah bagian depan pada airfoil atau sayap yang secara umum berbentuk cembung.

2. Camber adalah besarnya jarak antara garis rata-rata airfoil atas dan bawah terhadap garis tengah (Chord line).

3. Thickness adalah ketebalan maksimal airfoil.

4. Mean camber line adalah garis pertengahan yang membagi antara permukaan atas dan permukaan bawah airfoil.

5. Chord line adalah garis yang menghubungkan antara leading edge ke trailing edge.

6. Chord adalah Panjang dari Leading edge hingga Trailing edge.

7. Trailing edge adalah bagian paling ujung airfoil atau sayap yang secara umum berbentuk runcing.

2.5 Grafik Hubungan 𝑪_𝑷 Dan TSR

Berdasarkan penelitian dari fisikawan asal Deutschland, Albert Betz, efisiensi maksimum yang dapat dimiliki oleh suatu turbin angin hanyalah sebesar 59,3% dan penemuan ini yang kemudian dikenal dengan nama Betz limit. Seperti yang terlihat pada Gambar 2.6.

(24)

9 2.6 Persamaan Perhitungan

Persamaan yang diginakan dalam penelitian bersadarkan skema perhitungan, skema tersebut yaitu:

𝑃_𝑖𝑛 𝑃_𝑜𝑢𝑡

2.6.1 Daya Angin

Angin adalah bergerak dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang memiliki tekanan rendah. Daya dipengaruhi oleh massa jenis udara, luasan sudu yang terkena angin.

𝑃_𝑖𝑛 = ¹

2. 𝜌. 𝐴. 𝑣³ (1)

dengan: 𝜌 adalah massa jenis udara (kg/m³) 𝐴 adalah luasan kincir (m²)

𝑉 adalah kecepatan angin (m/s) Kincir angin Darrieus

4 sudu dengan kemiringan 70⁰

Gambar 3.1 Gambar Kontruksi Kincir Angin

Darrieus deltaKincir angin Darrieus 4 sudu dengan kemiringan 70⁰

Gambar 2.6 Grafik Hubungan Koefisien Daya (𝐶_𝑃) dengan tip speed ratio (TSR)

(25)

10 2.6.2 Torsi

Torsi adalah momen puntir yang terdapat pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong yang terdapat pada poros, gaya poros memiliki jarak terhadap sumbu putar, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝑇 = 𝐹. 𝑙 (2)

dengan : 𝑇 adalah torsi (Nm)

𝐹 adalah gaya pada poros akibat puntiran (N) 𝐼 adalah jarak lengan torsi (m)

2.6.3 Daya Kincir Angin

Daya kincir dihasilkan karena adanya angin yang melewati sudu-sudu kincir angin sehingga kincir angin berputar. Daya kincir angin dapat dihitung sebagai berikut:

𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 𝑇. 𝜔 (3)

dengan : 𝑃_𝑜𝑢𝑡adalah daya yang dihasilkan kincir (watt) 𝑇 adalah torsi (Nm)

𝜔 adalah kecepatan sudu (rad/detik) 2.6.4 Koefisiensi Daya

Koefisiensi daya adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin dengan adanya daya yang terjadi oleh angin, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :

𝐶_𝑃 = ^𝑃^𝑜𝑢𝑡

𝑃_𝑖𝑛 . 100% (4)

dengan : 𝐶_𝑃 adalah koefisiensi daya (%)

𝑃_𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan kincir (watt) 𝑃_𝑖𝑛 adalah daya yang dihasilkan angin (watt) 2.6.5 Tip Speed Ratio

Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan di ujung sudu turbin angin dengan kecepatan angin. Sehingga dapat rumuskan sebagai berikut:

(26)

11 𝜆 = ^{𝜋.𝐷.𝑛}

60𝑣 (5)

dengan : λ adalah tip speed ratio 𝐷 adalah diameter turbin (m)

𝑛 adalah kecepatan putar poros (rpm) 𝑣 adalah kecepatan angin (m/s)

2.7 Penelitian sejenis yang pernah dilakukan

Eldo Elmer Kharisma Widodo meneliti “unjuk kerja turbin angin Darrieus delta tipe H berpenampang sudut naca 2415 dengan tiga variasi diameter”. Pada penelitian ini digunakan turbin angin vertikal jenis Darrieus tipe H tiga sudu dengan penampang sudu berbentuk NACA seri 2415. Penelitian ini menggunakan variasi diameter 60 cm, 70 cm, 80cm, variasi kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s, 8,5m/s, 9,5 m/s, serta variasi pembebanan. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa semakin kecil diameter turbin koefisien daya yang dihasilkan semakin meningkat, semakin tinggi kecepatan angin yang dilewatkan ke turbin maka koefisin daya turbin menurun. Koefisien daya maksimal turbin ditunjukkan pada saat turbin berputar pada kecepatan angin 7,5 m/s dengan diameter turbin 60 cm sebesar 7,4 % dengan tip speed ratio sebesar 1,51.

Nobertus Dodi, Karnowo meneliti “pengaruh jumlah sudu terhadap kinerja turbin angin sumbu vertical tipe Darrieus - H ”. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar daya output yang dihasilkan oleh turbin angin vertical Darriues tipe-H dengan menggunakan NACA 4415, kemudian selain itu untuk mengetahui apakah turbin angin 2 sudu, 3 sudu, 4 sudu, ini akan menghasilkan daya yang besar atau sebaliknya.

Mahayuddin, Usman meneliti “perancangan dan uji kincir angin vertical Darrieus tipe-H dengan daya 0,31 HP”. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada kecepatan angin minimum yaitu 4,5 m/s, kincir angin mampu berputar mencapai 746 rpm dengan kecepatan putar generator 4183 rpm, pada kecepatan angin maksimum yaitu 7,3 m/s, kincir angin mampu berutar mencapai 2953 rpm dengan kecepatan putar generator mencapai 6850 rpm.

(27)

12 BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Objek Penelitian

Dalam penelitian yang digunakan adalah model kincir angin Darrieus Delta yang memiliki kemiringan sudu 70°. Variasi pitch angle yang digunakan adalah 0°,5°,10°,15°. Kincir angin Darrieus delta memiliki jumlah sudu 4. Sudu yang digunakan menggunakan NACA 0021, yang memiliki panjang 800 mm dan berat 700 g serta diameter kincir 83 cm dan tinggi 75,17 cm. Model kincir angin yang digunakan saat penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1, 3.2, 3.3.

Gambar 3.1 Kontruksi kincir angin Darrieus delta

(28)

13

Gambar 3.2 Dimensi kincir angin Darrieus Delta

Gambar 3.3 Variasi Pitch Angle

(29)

14 3.2 Pembebanan

Poros kincir yang berputar diberi pembebanan, pembebanan berupa mekanisme pengereman, dimana karet sebagai beban diberikan pada bagian tuas. Mekanisme pembebanan dilakukan berangsur hingga kincir angin berhenti berputar. Sistem pengereman bertujuan untuk mengetahui besar gaya dan nilai gaya yang diketahui dengan pemasangan neraca pegas di sistem pengereman. Gambar pengereman dapat dilihat pada Gambar 3.4.

3.3 Mekanisme Pembebanan

Sistem pembebanan memiliki dua tuas yang bertujuan untuk meletakkan karet, pada bagian tengah tuas yang bergesekan dengan pulley diberi gulungan kain sebagai pengganti kampas. Ketika tuas diberi karet maka tuas akan menekan sehingga tuas yang diberi gulungan kain akan bergesekan dengan pulley. Poros pengereman dihubungkan dengan poros kincir, supaya dapat memutar sistem pengereman. Sistem pengereman ini diletakan diatas kincir dan dibuat garis lurus supaya kincir berputar dengan lancar. Pulley digunakan sebagai piringan, pulley nantinya bergesekan dengan

Gambar 3.4 Gambar pengereman

(30)

15

gulungan kain yang terdapat pada tuas sehingga terjadi gesekan yang dapat menghambat putaran. Gambar mekanisme pembebanan dapat dilihat pada Gambar 3.5.

3.3 Alat Bantu Penelitian a) Tachometer

Tachometer adalah alat ukur yang digunakan dalam penelitian. Tachometer berfungsi sebagai alat ukur untuk mengetahui besarnya gaya. Terlihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.5 Mekanisme pengereman

(31)

16 b) Anemometer

Anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan dengan satuan yang ditunjukkan adalah m/s. Anemometer yang digunakan tampilannya digital. Terlihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.6 Tachometer

Gambar 3.7 Anemometer

(32)

17 c) Fan Blower

Fan Blower berfungsi sebagai sumber angin dalam penelitian, dengan cara mengatur kecepatan angin yang diinginkan. Pada penelitian ini kecepatan angin yang digunakan sebesar 8 m/s dengan jarak antara Fan Blower dan Frame 1,5 m.

Terlihat pada Gambar 3.8.

d) Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur pengimbang saat dilakukan pembebanan dengan mekanisme pengereman, neraca pegas dihubungkan menggunakan benang supaya pengukuran beban dapat akurat. Terlihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.8 Fan Blower

Gambar 3.9 Neraca pegas

(33)

18 3.5 Variabel yang dihitung

Variable yang diukur dalam peneltian yaitu:

1. Daya angin 2. Torsi kincir angin 3. Daya yang dihasilkan 4. Tip Speed Ratio 5. Koefisien daya

3.6 Variabel yang diukur

Variable yang diukur dalam peneltian yaitu:

1. Kecepatan angin (𝑣) 2. Putaran kincir (𝑛) 3. Kemiringan sudu 4. Dimensi kincir

3.7 Langkah Perancangan

1. Menyiapkan alat dan peralatan pendukung untuk pengambilan data.

2. Sesudah dirancang, cek kembali kondisi alat apakah sudah kencang, supaya dalam pengambilan data dapat berjalan dengan lancar.

3. Melakukan pengambilan data.

4. Mencatat semua data dengan variasi yang berbeda-beda.

5. Melakukan pengolahan data dan Analisa menggunakan persamaan.

6. Membuat kesimpulan.

3.8 Proses Penelitian

Dalam penelitian ini menggunakan kincir angin Darrieus delta 4 sudu. Variasi yang digunakan yaitu variasi 0ô,5ô,10ô,15ô. Cara untuk memiringkan variasi sudu dengan cara di ganjal menggunakan pipa yang sudah diukur. Untuk kemiringan sudu supaya mendapatkan kemiringan 70⁰ menggunakan alat yaitu protactor, dengan menggunakan protactor dapat mengatur kemiringan sesuai yang diinginkan.

Proses penelitian diawali dengan menyiapkan alat-alat yang digunakan untuk proses pengambilan data. Alat yang digunakan yaitu neraca pegas, Anemometer, Tachometer. Lalu merakit sudu, sudu yang digunakan 4 sudu. Setelah dirakit kincir

(34)

19

dipasang ke rangka dan diposisikan dari kincir ke blower dengan jarak 1,5 m. Setelah menenentukan jarak langkah selanjutnya menyalakan saklar, baru blower bisa di nyalakan. Untuk memperoleh kecepatan angin yang diinginkan menggunakan anemometer untuk mengukur kecepatan angin. Cara mendapatkan kecepatan angin yang dinginkan yaitu dengan memposisikan anemometer tepat di titik yang sudah diukur yaitu 1,5 m. Setelah mendapatkan angin yang diinginkan kemudian rangka didorong dan di letakkan di titik 1,5 m dari blower.

Ketika kincir sudah berputar stabil maka pengambilan data dapat dilakukan.

Pengambilan data pertama tanpa pembebanan, tanpa pembebanan yaitu ketika tuas pengereman tidak diberi karet sehingga pulley bebas. Jika sudah mendapatkan data selanjutnya diberi pembebanan dengan menggunakan karet. Ketika satu karet sudah ditambahkan terjadi pembebanan karena pulley bergesekan dengan tuas yang dibalut kain. Lengan gaya yang dihubungkan neraca pegas dengan benang kemudian neraca pegas ditarik ke posisi tengah sehingga nilai gaya dapat diketahui dengan pembacaan beban di neraca pegas. Selain pembacaan beban juga mengukur kecepatan putar poros menggunakan tachometer.Setelah mendapatkan nilai gaya dan putaran poros selanjutnya pengambilan data berikutnya. Untuk pengambilan data dilakukan sampai kincir berhenti.

Setelah data pertama sudah diperoleh, maka dapat dilanjutkan untuk pengambilan data variasi berikutnya. Untuk jarak dan kecepatan angin pada variasi berikutnya sama seperti variasi sebelumnya.

(35)

20 3.9 Diagram Alir

Diagram alir dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.10

Gambar 3.10 Diagram alir

(36)

21 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian

Pada penelitian ini telah didapatkan hasil dari masing-masing variasi berupa gaya pengimbang torsi 𝐹 dan kecepatan putar poros 𝑛. Hasil tersebut kemudian diterapkan menggunakan persamaan yang kemudian mendapatkan hasil dari koefisien daya dan nilai tip speed ratio. Penelitian ini dilakukan dengan kacepatan angin 8 m/s dan jarak fan blower 1,5 . Variasi yang digunakan merupakan kemiringan pitch angle 0ô,5ô,10ô,15ô dan memiliki kemiringan 70ô. Pengambilan data dilakukan dengan tiga kali percobaan disetiap variasinya agar mendapatkan hasil yang akurat. Data penelitian untuk variasi kincir angin Darrieus delta dengan posisi pitch angle 0° dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data penelitian dari variasi pitch angle 0°

No Beban Putaran poros Putaran poros rata-rata

(N) (rpm) (rpm)

167.5

0 0 174.5 168.9

164.8 147.4

1 0.3 160.5 150.5

143.8 127.7

2 0.6 128.6 128.0

127.8 112.1

3 0.9 109.3 111.3

112.6 92.2

4 1.2 87.4 89.1

87.9 74.1

5 1.6 77.6 74.5

71.8 57.2

6 1.7 62.8 60.3

61.1

(37)

22

Tabel 4.1 Data penelitian dari variasi pitch angle 0° (lanjutan)

No Beban

(N)

Putaran poros (rpm)

Putaran poros rata-rata (rpm)

39.5

7 1.8 42.4 39.7

37.2 23.7

8 2 27.5 27.0

30

Data penelitian untuk variasi kincir angin Darrieus delta dengan posisi pitch angle 5° dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4. 2 Data penelitian dari variasi pitch angle 5°

(N) (rpm) (rpm)

184.2

0 0 182.4 184.7

184.8 179.3

1 0.3 178.2 179.3

180.4 162.4

2 0.8 167.7 166.2

168.6 158.7

3 1.1 161.1 161

163.2 141.6

4 1.4 141.1 143.1

146.7 136.3

5 1.6 136.8 137.1

138.3 124.3

6 1.8 117.5 120.5

119.8 105.8

7 2 102.8 103

100.4

(38)

23

Tabel 4.2 Data penelitian dari variasi pitch angle 5° (lanjutan)

(N) (rpm) (rpm)

190.8

0 0 192.1 191

190.1 172.1

1 0.2 170 170.1

168.4 150.7

2 0.5 154.8 154.3

157.4 141.6

3 0.7 144.3 144.1

146.6 136.4

4 0.9 131.7 133.8

133.5 115.2

5 1.1 116.1 114.5

112.2 103.8

6 1.2 101.2 104.6

108.9 86.5

7 1.4 92.5 89.4

89.4 79.6

8 1.5 72.8 76.6

77.4

(N) (rpm) (rpm)

49.2

9 2.2 47.4 49.2

50.2 33.4

10 2.3 34.1 35.2

38.1

(39)

24

Tabel 4.3 Data penelitian dari variasi pitch angle 10° (lanjutan) 61.7

9 1.7 69 64.2

62 25

10 1.8 24.8 26.3

29.1

(N) (rpm) (rpm)

193.2

0 0 197.2 196.9

200.4 182.4

1 0.1 184.1 183.7

184.8 176.4

2 0.4 175.3 175

173.3 162.2

3 0.7 163.5 159.8

153.8 145.3

4 0.9 149.5 145.7

142.5 134.3

5 1 133.5 133.5

132.9 125.7

6 1.3 130.7 127.5

126.1 106.6

7 1.4 109.7 106.3

102.7 95.1

8 1.5 96.5 95.4

94.6

(40)

25

Tabel 4.4 Data penelitian dari variasi pitch angle 15° (lanjutan) 70

9 1.6 76.5 73.0

72.7 41.1

10 1.7 40.2 40.9

41.4

4.2 Pengolahan Data

Pengolahan data pada penelitian dibutuhkan asumsi guna mempermudah perhitungan atau pengolahan data. Asumsi tersebut yaitu:

1. Tinggi kincir (t) : 0,75 m

2. Diameter dan jari-jari rotor (D) (r) : 0,83 m dan 0,415 m 3. Luas tangkapan angin (A) : 0,4182 m²

4. Densitas massa udara : 1,15 kg/m³ 5. Kecepatan angin (v) : 8 m/s

6. Lengan torsi (l) : 0,3 m

7. Gaya pengimbang torsi yang tertera sudah merupakan hasil kalkulasi dari beban yang tertera pada neraca dengan beban neraca.

Data-data tersebut kemudian diolah akan menghasilkan parameter-parameter yang menjadi tujuan dari penelitian, parameter-parameter tersebut adalah koefisien daya dan tip speed ratio. Demi mencapai nilai parameter yang diinginkan, maka penulis harus memperhatikan skema parameter, terlihat pada skema parameter bahwa parameter- parameter tersebut dipengaruhi oleh 𝑃_𝑖𝑛 dan 𝑃_𝑜𝑢𝑡. Pengolahan dan perhitungan data di bawah ini akan dilakukan dengan menggunakan satu data dari salah satu tabel, sebagai contoh.

4.2.1 Perhitungan daya angin

Dengan menggunakan persamaan, diketahui bahwa 𝜌= 1,15 kg/m³, A= 0,4182 m², diameter 0,83, dan V= 8 m/s, maka:

𝑃_𝑖𝑛 = ¹

2𝑥 𝜌 𝑥 𝐴 𝑥 𝑣³

(41)

26 𝑃_𝑖𝑛= 1

2𝑥 1,15 𝑥 0,4182 𝑥 8³ 𝑃_𝑖𝑛 = 123,1 𝑤𝑎𝑡𝑡 4.2.2 Perhitungan Daya Kincir Angin

Untuk mengetahui hasil daya kincir angin (𝑃_𝑜𝑢𝑡) maka mencari hasil torsi dan kecepatan sudut (𝜔) dengan menggunakan rumus persamaan

Dengan menggunakan Tabel 4.4, diketahui bahwa F = 0,4 N, lengan torsi = 0,3 m 𝑇 = 𝐹. 𝐼

𝑇 = 0,4 𝑥 0,3 𝑇 = 0,12 𝑁𝑚

Dengan mengetahui kecepatan putar poros kincir (n)= 175 rpm, maka kecepatan sudut adalah:

𝜔 = 2 𝜋 𝑛

60 𝑟𝑎𝑑/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝜔 = 2 𝑥 𝜋 𝑥 175

60 𝑟𝑎𝑑/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝜔 = 18,32 𝑟𝑎𝑑/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Setelah mendapatkan hasil dari Torsi dan Kecepatan sudut maka dapat mengetahui hasil perhitungan daya kincir angin

𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 𝑇. 𝜔 𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 0,12 𝑥 18,32

𝑃_𝑜𝑢𝑡 = 2,19 𝑤𝑎𝑡𝑡 4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio

Dengan menggunakan rumus persamaan, diketahui kecepatan sudut (ω) = 18,32 rad/detik, jari-jari kincir angin= 0,415 dan kecepatan angin (v)= 8 m/s

𝜆 = 𝜔. 𝑟 𝑣

(42)

27

𝜆 = 18,32 𝑥 0,415 8 𝜆 = 0,95 4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya

Dengan mengetahui hasil perhitungan daya kincir angin (𝑃_𝑜𝑢𝑡) yaitu watt dan hasil perhitungan daya angin (𝑃_𝑖𝑛) yaitu watt, maka perhitungan koefisien daya (𝐶_𝑃) dapat dilakukan. Dengan menggunakan rumus persamaan

𝐶_𝑃 =𝑃_𝑜𝑢𝑡

𝑃_𝑖𝑛 𝑥 100%

𝐶_𝑃 = 2,19

123,1𝑥 100%

𝐶_𝑃 = 0,17 % 4.3 Hasil Pengolahan Data

Berikut adalah hasil pengolahan data yang telah didapat dari penelitian kincir angin Darrieus delta dapat dilihat pada Tabel 4.5,4.6,4.7,4.8.

Tabel 4.2 Data hasil pengolahan pada variasi pitch angle 0°

Beban (N)

Kecepatan putar (rpm)

Torsi (Nm)

Kecepatan sudut (rad/detik)

𝑃_𝑖𝑛 (watt)

𝑃_𝑜𝑢𝑡 (watt)

TSR 𝐶_𝑃

(%)

0 168.9 0 17.68 123.1 0.00 0.92 0.00

0.3 150.6 0.09 15.76 123.1 1.41 0.82 1.15

0.6 128.0 0.18 13.40 123.1 2.41 0.70 1.96

0.9 111.3 0.27 11.65 123.1 3.14 0.60 2.56

1.2 89.2 0.36 9.33 123.1 3.35 0.48 2.73

1.6 74.5 0.48 7.80 123.1 3.74 0.40 3.04

1.7 60.4 0.51 6.32 123.1 3.22 0.33 2.62

1.8 39.7 0.54 4.16 123.1 2.24 0.22 1.82

2 27.1 0.6 2.83 123.1 1.69 0.15 1.38

(43)

28

Beban (N)

Torsi (Nm)

TSR 𝐶_𝑃

(%)

0 184.2 0 19.33 123.1 0.00 1.00 0.00

0.3 179.4 0.08 18.77 123.1 1.68 0.97 1.45

0.8 162.4 0.18 17.39 123.1 4.17 0.90 3.58

1.1 158.7 0.24 16.85 123.1 5.56 0.87 4.77

1.4 141.6 0.27 14.98 123.1 6.29 0.78 5.40

1.6 136.3 0.33 14.28 123.1 6.85 0.74 5.89

1.8 124.3 0.42 12.61 123.1 6.81 0.65 5.85

2 105.8 0.49 10.78 123.1 6.46 0.56 4.82

2.1 82.6 0.54 8.91 123.1 5.61 0.46 4.82

2.2 49.2 0.58 5.16 123.1 3.41 0.27 2.93

2.3 33.4 0.62 3.68 123.1 2.54 0.19 2.18

Beban (N)

Torsi (Nm)

TSR 𝐶_𝑃

(%)

0 191.0 0 19.99 123.1 0.00 1.04 0.00

0.2 170.2 0.06 17.81 123.1 1.07 0.92 0.87

0.5 154.3 0.15 16.15 123.1 2.42 0.84 1.97

0.7 144.2 0.21 15.09 123.1 3.17 0.78 2.57

0.9 133.9 0.27 14.01 123.1 3.78 0.73 3.07

1.1 114.5 0.33 11.98 123.1 3.95 0.62 3.21

1.2 104.6 0.36 10.95 123.1 3.94 0.57 3.2

1.4 89.5 0.42 9.36 123.1 3.93 0.49 3.19

1.5 76.6 0.45 8.02 123.1 3.61 0.42 2.93

1.7 64.2 0.51 6.72 123.1 3.43 0.35 2.79

1.8 26.3 0.54 2.75 123.1 1.49 0.14 1.21

1.8 24.8 0.54 2.60 123.1 1.40 0.13 1.14

(44)

29

Beban (N)

Torsi (Nm)

TSR 𝐶_𝑃

(%)

0 196.9 0 20.6 123.1 0.00 1.07 0.00

0.1 183.8 0.03 19.2 123.1 0.58 1.00 0.47

0.4 175.0 0.12 18.3 123.1 2.20 0.95 1.79

1.7 159.8 0.21 16.7 123.1 3.51 0.87 2.85

1.9 145.8 0.27 15.3 123.1 4.12 0.79 3.35

1 133.6 0.3 14.0 123.1 4.19 0.73 3.41

1.3 127.5 0.39 13.3 123.1 5.20 0.69 4.23

1.4 106.3 0.42 11.1 123.1 4.67 0.58 3.8

1.5 95.4 0.45 10.0 123.1 4.49 0.52 3.65

1.6 73.1 0.48 7.6 123.1 3.67 0.40 2.98

1.7 40.9 0.51 4.3 123.1 2.18 0.22 1.77

4.4 Grafik Hasil Data Pengolahan

Dari data diatas yang telah dilakukan sebelumnya dengan menggunakan persamaan yang diinginkan. Selanjutnya data tersebut dapat membuat grafik hubungan kecepatan 𝑛(rpm) serta grafik hubungan nilai torsi 𝑇(Nm) dan grafik hubungan nilai tip speed ratio (λ) terhadap koefisien daya C_p (%) dari sertiap data variasi.

4.4.1 Grafik Hasil Pengolahan Data Pada Variasi Pitch Angle 0°

Pada pengolahan data di Tabel 4.5 dengan variasi pitch angle 0° dapat dibuat grafik sebagai berikut, grafik tersebut berupa grafik hubungan kecepatan putar poros 𝑛 (rpm) terhadap hubungan nilai torsi 𝑇(Nm).

(45)

30

Dari Gambar 4.1 terdapat grafik yang menunjukkan adanya penurunan linier dengan bertambahnya nilai torsi yang dihasilkan.

Pada Gambar 4.2 terdapat hubungan antara nilai tip speed ratio (λ) terhadap nilai koefisien daya 𝐶_𝑝 (%) pada variasi sudut sudu 0° terdapat persamaan yang dapat menghasilkan nilai tip speed ratio pada koefisien daya maksimal yang dapat dihasilkan kincir angin Darrieus delta.

𝐶_𝑝 = −14.244𝜆²+ 13.404𝜆 − 0.3117

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

KecepatanPutar, n (rpm)

Torsi, T (Nm)

y = -14.244λ2 + 13.404λ - 0.3117

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

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Koefisien Daya, CP(%)

Tip Speed Ratio, λ

Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar poros dan torsi pada variasi pitch angle 0°

Gambar 4.2 Grafik koefisien daya dan tsr pada variasi pitch angle 0°

(46)

31 Mencari 𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} sebagai berikut:

𝑑𝐶_𝑝 𝑑𝜆 =∪

0 = 2(−14,244𝜆²) + 13,404𝜆 0 = −28,488 + 13,404

28,488 = 13,404 𝜆 =13,404

28,488 𝜆 = 0,470

Nilai maksimal tip speed ratio kemiringan sudut sudu 0° adalah 0,470.

Dengan demikian nilai koefisien daya maksimal dapat dicari sebagai berikut:

𝐶_{𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −14,244𝜆²+ 13,404𝜆 + (−0,3117) 𝐶_{𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −14,244(0,470)²+ 13,404(0,470) + (−0,3117)

𝐶_{𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = 2,8 %

Dengan demikian nilai C_{p maksimal} pada kincir angin Darrieus delta dengan variasi kemiringan sudut sudu 0° sebesar 2,84% dan nilai tip speed ratio 0,470.

(47)

32

Pada pengolahan data di Tabel 4.6 dengan variasi pitch angle 5° dapat dibuat grafik sebagai berikut, grafik tersebut berupa grafik hubungan kecepatan putar poros 𝑛(rpm) terhadap hubungan nilai torsi 𝑇(Nm).

Dari Gambar 4.3 terdapat grafik yang menunjukkan adanya penurunan linier dengan bertambahnya nilai torsi yang dihasilkan.

0 50 100 150 200 250

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Kecepatan Putar, n(rpm)

Torsi, T (Nm)

y = -29.146λ2 + 34.144λ - 3.901

0 1 2 3 4 5 6 7

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Gambar 4.4 Grafik koefisien daya dan tsr pada variasi pitch angle 5°

(48)

33

Pada Gambar 4.4 terdapat hubungan antara nilai tip speed ratio (λ) terhadap nilai koefisien daya 𝐶_𝑃 (%) pada variasi sudut sudu 5° terdapat persamaan yang dapat menghasilkan nilai tip speed ratio pada koefisien daya maksimal yang dapat dihasilkan kincir angin Darrieus delta.

𝐶_𝑃 = −29,146𝜆²+ 34,144𝜆 − 3,901 Mencari 𝐶_{𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} sebagai berikut:

𝑑𝐶_𝑃 𝑑𝜆 =∪

0 = 2(−29,146𝜆²) + 34,144𝜆 0 = −58,292 + 34,144

58,292 = 34,144 𝜆 =34,144

58,292 𝜆 = 0,585

Nilai maksimal tip speed ratio kemiringan sudut sudu 5° adalah 0,585

Dengan demikian nilai koefisien daya maksimal dapat dicari sebagai berikut:

𝐶_{𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −29,146𝜆²+ 34,144𝜆 + (−3,901) 𝐶_{𝑃 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −29,146(0,585)²+ 34,144(0,585) + (−3,901)

𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = 6 %

Dengan demikian nilai 𝐶_𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙 pada kincir angin Darrieus delta dengan variasi kemiringan sudut sudu 5° sebesar 6 % dan nilai tip speed ratio 0,585.

(49)

34

Pada pengolahan data di Tabel 4.7 dengan variasi pitch angle 10° dapat dibuat grafik sebagai berikut, grafik tersebut berupa grafik hubungan kecepatan putar poros 𝑛(rpm) terhadap hubungan nilai torsi 𝑇(Nm).

Dari Gambar 4.5 terdapat grafik yang menunjukkan adanya penurunan linier dengan bertambahnya nilai torsi yang dihasilkan

0 50 100 150 200 250

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Kecepatan Putar,n(rpm)

Torsi, T (Nm)

y = -13.277λ2 + 14.173λ - 0.5255

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

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

(50)

35

Pada Gambar 4.6 terdapat hubungan antara nilai tip speed ratio (λ) terhadap nilai koefisien daya 𝐶_𝑃 (%) pada variasi sudut sudu 10° terdapat persamaan yang dapat menghasilkan nilai tip speed ratio pada koefisien daya maksimal yang dapat dihasilkan kincir angin Darrieus delta.

𝐶_𝑝 = −13,277𝜆²+ 14,173𝜆 − 0,5255 Mencari 𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} sebagai berikut:

0 = 2(−13,277𝜆²) + 14,173𝜆 0 = −28,554 + 14,173

28,554 = 14,173 𝜆 =14,173

28,554 𝜆 = 0,496

Nilai maksimal tip speed ratio kemiringan sudut sudu 10° adalah 0,496 Dengan demikian nilai koefisien daya maksimal dapat dicari sebagai berikut:

𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −13,277𝜆²+ 14,173𝜆 + (−0,5255) 𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −13,277(0,496)²+ 14,173(0,496) + (−0,5255)

𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = 3,2 %

Dengan demikian nilai 𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} pada kincir angin Darrieus delta dengan variasi kemiringan sudut sudu 10° sebesar 3,2% dan nilai tip speed ratio 0,496.

(51)

36

Pada pengolahan data di Tabel 4.8 dengan variasi pitch angle 15° dapat dibuat grafik sebagai berikut, grafik tersebut berupa grafik hubungan kecepatan putar poros 𝑛(rpm) terhadap hubungan nilai torsi 𝑇 (Nm).

Dari Gambar 4.7 terdapat grafik yang menunjukkan adanya penurunan linier dengan bertambahnya nilai torsi yang dihasilkan.

0 50 100 150 200 250

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Kecepatan Putar, n (rpm)

Torsi, T (Nm)

y = -17.481λ2 + 20.621λ - 2.1502

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

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Tip Speed Ratio,λ

Gambar 4.7 Grafik hubungan kecepatan putar poros dan torsi pada variasi pitch angle 15°

(52)

37

Pada Gambar 4.8 terdapat hubungan antara nilai tip speed ratio (λ) terhadap nilai koefisien daya 𝐶_𝑝 (%) pada variasi sudut sudu 15° terdapat persamaan yang dapat menghasilkan nilai tip speed ratio pada koefisien daya maksimal yang dapat dihasilkan kincir angin Darrieus delta.

𝐶_𝑝 = −17,481𝜆²+ 20,621𝜆 − 2,1502 Mencari 𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} sebagai berikut:

0 = 2(−17,481𝜆²) + 20,621𝜆 0 = −34,962𝜆 + 20,621

34,962 = 20,621 𝜆 =20,621

34,962 𝜆 = 0,589

Nilai maksimal tip speed ratio kemiringan sudut sudu 15° adalah 0,589 Dengan demikian nilai koefisien daya maksimal dapat dicari sebagai berikut:

𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −17,481𝜆²+ 20,621𝜆 + (−2,1502) 𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = −17,481(0,589)²+ 20,621(0,589) + (−2,1502)

𝐶_{𝑝 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙} = 3,9 %

Dengan demikian nilai C_{p maksimal} pada kincir angin Darrieus delta dengan variasi kemiringan sudut sudu 15° sebesar 3,9 % dan nilai tip speed ratio 0,589.

(53)

38 4.5 Pembahasan

Dari Gambar 4.9 mendapatkan hasil bahwa kincir angin sumbu vertikal Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan 70^𝑜 pada variasi 0^𝑜 mendapatkan torsi 0.6 N.m pada kecepatan poros 27,1 rpm. Kincir angin sumbu vertikal Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan 70^𝑜 pada variasi 5^𝑜 mendapatkan torsi 0.62 N.m pada kecepatan poros 35.2 rpm. Kincir angin sumbu vertikal Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan 70^𝑜 pada variasi 10^𝑜 mendapatkan torsi 0,54 N.m pada kecepatan poros 26,3 rpm. Kincir angin sumbu vertikal Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan 70^𝑜 pada variasi 15^𝑜 mendapatkan torsi 0.51 pada kecepatan poros 40,9 rpm

Gambar 4.9 Grafik kecepatan poros dan torsi pada semua variasi pitch angle

0 50 100 150 200 250

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Kecepatan Putar Poros, n (rpm)

Torsi, T (Nm)

0 5 10 15 Linear (0) Linear (5) Linear (10) Linear (15)

(54)

39 Tabel 4.6 Data hasil masing-masing variasi

No Variasi Kincir angin

Daya angin (P_in) watt

Daya angin (P_out)

watt

Tip speed ratio maksimal (λ_maksimal)

Koefisien Daya maksimal (C_{P maksimal}) 1 Sudut sudu 0° 123.1 watt 3,74 watt 0,470 2,8 %

2 Sudut sudu 5° 123.1 watt 6,85 watt 0,585 6 % 3 Sudut sudu 10° 123.1 watt 3,95 watt 0,496 3,2 % 4 Sudut sudu 15° 123.1 watt 5,20 watt 0,589 4 %

Dari Gambar 4.10 ringkasan dari kincir angin Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan 70^𝑜, variasi 0^𝑜 kemiringan sudut sudu mengdapatkan hasil nilai tip speed ratio maksimal (TSR maksimal) 0,470, untuk nilai koefisien daya maksimal (C_{P maksimal}) 2,84 %. Variasi 5^𝑜 kemiringan sudut sudu mengdapatkan hasil nilai tip speed ratio maksimal (TSR maksimal) 0,585, untuk nilai koefisien daya maksimal (C_{P maksimal}) 6 %, variasi 10^𝑜 kemiringan sudut sudu mengdapatkan hasil nilai tip speed ratio maksimal (TSR maksimal) 0,496, untuk nilai koefisien daya maksimal (C_{P maksimal}) 3,2 %, variasi 15^𝑜 kemiringan sudut sudu mengdapatkan hasil nilai tip

Gambar 4.10 Grafik antara koefisien daya dengan tsr pada semua variasi pitch angle

0 1 2 3 4 5 6 7

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Koefisien Daya,Cp(%)

0 5 10 15 Poly. (0) Poly. (5) Poly. (10) Poly. (15)

(55)

40

speed ratio maksimal (TSR maksimal) 0,589, untuk nilai koefisien daya maksimal (C_{P maksimal}) 4 %. Nilai terbaik terdapat pada variasi 5^𝑜 dengan mengdapatkan hasil nilai tip speed ratio maksimal (TSR maksimal) 0,585, untuk nilai koefisien daya maksimal (C_{P maksimal}) 6 %.

(56)

41 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisa , didapatkan kesimpulan sebagai berikut:

a) Telah selesai dirancang dan dibuat model kincir angin Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan sudu 70^𝑜 dan sudah digunakan dalam penelitian.

b) Kecepatan putar poros tertinggi pada saat tanpa pembebanan diperoleh pada model kincir angin dengan pitch angle 15^𝑜 menghasilkan kecepatan putar poros 196.9 rpm.

c) Kincir angin sumbu vertikal Darrieus delta 4 sudu dengan kemiringan 70^𝑜 yang menghasilkan nilai terbaik diperoleh pada model kincir angin pitch angle 5^𝑜 dengan koefisien daya 6 %.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian, terdapat beberapa saran :

a) Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai pitch angle yang nilainya lebih dari 0^𝑜, 5^𝑜, 10^𝑜, 15^𝑜 supaya dapat mengetahui variasi sudut yang menghasilkan nilai C_P lebih besar dari 5^𝑜.