i
KARAKTERISTIK KINCIR ANGIN ”
MAGWIND”
DENGAN JUMLAH SUDU 2
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
Thio Viko Sulistio
NIM : 085214048
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE TWO
BLADES ”
MAGWIND”
WINDMILLS
CHARACTERISTIC
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
Thio Viko Sulistio
Student Number : 085214048
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
INTISARI
Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga angin, tentunya dengan bantuan alat yang kita sebut dengan kincir angin. Salah satu kincir angin yang akan dibuat kincir angin ”MAGWIND”. Kincir ini mempunyai kelebihan penempatanya dapat diletakan diatas atap rumah dan tidak membutuhkan kontruksi kincir angin yang besar. Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat unjuk kerja kincir angin ”MAGWIND” dengan jumlah sudu 2.
Kincir angin yang diuji memiliki diameter 200 mm dan tinggi 400 mm. Pengujian dilakukan didalam terowongan angin yang ada di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan beban pengereman.
Hasil penelitian berupa daya output (Pout), koefisien daya (Cp), dan perbandingan kecepatan ujung sudu dengan kecepatan angin (Tip Speed Ratio/tsr). Koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin ”MAGWIND” tanpa lubang 18,96 % pada tip speed ratio (tsr) 56,15 menghasilkan daya 5,21 watt pada kecepatan angin 8,68 m/s dengan torsi 0,187 Nm. Sedangkan kincir angin ”MAGWIND” dengan lubang menghasilkan koefisien daya maksimal 9,11 % pada tip speed ratio (tsr) 42,15 menghasilkan daya 2,54 watt pada kecepatan angin 8.73 m/s dengan torsi 0,12 Nm.
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yesus Kristus karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen pembimbing akademik dan Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Doddy Purwadianto,ST,MT., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Kepala Laboratorium Konversi Energi.
4. Bapak Thio Eddy Sulistio dan Ibu Tjoe Mitha selaku orang tua penulis dan Thio Verdy selaku adik kandung. Karena kepercayaan dan kesabarannya dalam menunggu penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
viii
6. Lamhot Hutapea kerabat saya, yang telah membantu dalam pembuatan grafik penelitian.
7. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuannya.
.
Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 12 Mei 2014
x
2.6. Torsi Kincir …...……...……...………...…….... 13
2.7. Daya Yang Dihasilkan Angin (Pout) ...…………...….... 13
2.8. Kecepatan Sudut Kincir…………... 14
2.9. Tip Speed Ratio (tsr) ………... 14
2.10. Koefisien Daya (efisiensi) Pada Kincir ……... 15
BAB III METODE PENELITIAN………...……….………... 16
3.1. Diagtam Alir Penelitian ...………...…...…... 16
3.2. Waktu Dan Tempat Penelitian ………... 17
3.3. Peralatan Dan Bahan Penelitian ...………...…. 17
3.4. Variabel Penelitian …...……...………..…...…... 23
4.2.4. Perhitungan Koefisien Daya Kincir (Cp) …...………....……….. 31
xi
Gambar 2.5 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (tsr) Dari Beberapa jenis Kincir. ... 14
Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian ...….. 15
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara daya yang dihasilkan kincir dengan kecepatan putar ...….. 33
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data Percobaan kincir 5 sudu …………...….….. 26
Tabel 4.1. Data Percobaan kincir 5 sudu (Lanjutan) ……...….….. 27
Tabel 4.2. Data hasil perhitungan untuk posisi 1 …………...….….. 30
Tabel 4.3. Data hasil perhitungan untuk posisi 2 …………...….….. 30
Tabel 4.4. Data hasil perhitungan untuk posisi 3 …………...….….. 31
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Negara Indonesia memiliki kekayaan alam yang berlimpah. Kebutuhan energi di dunia dan di Indonesia pada khususnya terus meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan sistem penggunaan energi yang terus meningkat. Ketersediaan energi bahan bakar yang selama ini merupakan sumber utama, kini ketersediannya mulai terbatas dan terus mengalami penipisan, karena selalu dipakai secara terus menerus. Sedangkan proses alami dari energi fosil sendiri memerlukan waktu yang sangat lama, sehingga perlu energi pengganti untuk mengurangi ketergantungan akan energi bahan bakar.
Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang sedang berkembang saat ini. Kincir angin “MAGWIND” merupakan salah satu jenis kincir angin yang biasa digunakan di wilayah Indonesia.
1.2. Rumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dibuat kincir angin “MAGWIND” dengan 2 sudu yang sudu dan alasnya terbuat dari alumunium. Kincir angin ini akan diteliti unjuk kerjanya pada berbagai variasi kecepatan angin.
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada pada penelitian ini adalah :
1. Jumlah sudu kincir angin “MAGWIND” yang digunakan adalah 2 sudu. 2. Tinggi kincirangin “MAGWIND” 20 cm dengan diameter 40 cm. 3. Beban pengujian menggunakan rem.
4. Penelitian dilakukan pada terowongan angin yang ada di Laboratorim Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Membuat kincir angin “MAGWIND” dengan 2 sudu.
2. Mengetahui Daya dan Efisiensi kincir angin “MAGWIND” dengan 2 sudu.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah :
1. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin “MAGWIND”
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Konsep Dasar Angin
Angin adalah udara bergerak yang dipengaruhi oleh udara disekitarnya. Ketika matahari bersinar, udara akan memanas dan bergerak naik. Udara panas yang naik digantikan oleh udara dingin. Kemudian matahari memanaskan juga udara yang dingin sehingga menjadi panas dan bergerak naik juga. Gerakan udara yang bergerak bergantian disebut aliran udara. Aliran udara inilah yang disebut sebagai angin.
Negara Indonesia memiliki beberapa daerah yang memiliki potensi angin yang baik, sebagai pembangkit listrik tenaga angin dengan bantuan alat kincir angin.
2.2. Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin pertama kali digunakan di kawasan Eropa, di negara Belanda kincir angin sering juga dipergunakan sebagai salah satu sarana pembantu dalam bidang pertanian dan industri. Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu adalah Windmill. Kincir angin memang memegang peranan penting berbagai bidang di
Berdasarkan posisi poros kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.
2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir Angin Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360⁰ terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.
Pada kincir angin poros horizontal memiliki beberapa kelebihan, di antaranya adalah :
1. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar. 2. Material yang digunakan lebih sedikit.
3. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
4. Memiliki faktor keamanan yang baik karena posisi sudu yang berada diatas menara tidak membahayakan keselamatan lingkungan di sekitarnya
Kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal adalah :
1. Biaya pemasangan yang sangat mahal.
2. Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir. 3. Dapat mempengaruhi radar di bandara.
Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang ditunjukan pada Gambar 2.1
a. Kincir angin American WindMill. b. Kincir angin Dutch four arm
a.Kincir angin American WindMill. b. Kincir angin Dutch four arm. Gambar 2.1. Kincir Angin Poros Horizontal (Sumberwww.fineartamerica.com, )
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbin (VAWT) adalah jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah angin. Dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah mata angin.
Pada kincir angin poros vertikal memiliki kelebihan, di antaranya adalah :
3. Dapat bekerja pada putaran rendah.
4. Tidak membutuhkan kontruksi menara yang besar. 5. Biaya pemasangan lebih murah.
Kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal adalah :
1. Penempatan yang berada di ketinggian yang rendah maka tingkat keamanannya rendah karena membahayakan keselamatan lingkungan di sekitarnya.
2. Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi yang besar untuk mulai berputar.
3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan merupakan beban tambahan.
4. Lebih banyak membutuhkan material.
5. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi listrik yang dihasilkan kecil.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang ditunjukan pada Gambar 2.2. berikut :
a. Kincir angin Darreus b. Kincir angin Savonius
Gambar 2.2. Kincir Angin Poros Vertikal (Sumber ::http://wikipedia.org/Kincir_angin.)
2.3 Kincir angin “MAGWIND”
Kincir angin “MAGWIND” merupakan salah satu jenis kincir angin poros vertikal yang pada umumnya mempunyai 3 sudu, 4 sudu, ataupun banyak sudu. Kincir jenis ini memiliki torsi yang besar pada putaran rendah, Kincir angin ini mempunyai beberapa kelebihan.
Kelebihan kincir angin MAGWIND :
• Tidak memerlukan struktur menara yang besar
Gambar 2.3. Penempatan kincir angin “MAGWIND”
2.4. Putaran Pada Kincir
Angin sebagai penggerak rotor pada kincir angin yang bertujuan untuk menghasilkan tenaga. Hal ini terlihat dengan adanya gaya yang diberikan angin kepada kincir. Yaitu obyek yang bergerak searah dengan angin, akan menghasilkan gaya yang disebut gaya seret atau “drag”. Seperti ditunjukan pada
Gambar 2.3. berikut :
ARAH PUTARAN
Gambar 2.4. Arah putaran angin
Cara kerja pada kincir angin “MAGWIND” yaitu dengan mengkonversikan
energi angin menjadi energi mekanis dalam bentuk gaya dorong “drag force”. UP WIND
ARAH ANGIN
Salah satu sudu (downwind) mengambil energi angin dan sebagian sudu lagi (upwind) melawan angin. Besarnya torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm)
tergantung pada selisih “drag force” sudu upwind dan sudu downwind.
Terkait dengan sumber daya angin, kincir angin dengan sudu banyak seperti “MAGWIND” lebih cocok diterapkan diwilayah dengan potensi energi angin
rendah karena rated wind speed dapat tercapai pada putaran rendah dan kecepatan angin tidak terlalu tinggi. sedangkan kincir angin dengan sudu sedikit tidak akan beroperasi secara efisien pada daerah yang memiliki kecepatan angin rendah.
2.5. Energi Angin (Pin)
Energi angin adalah energi yang dimiliki oleh angin karena kecepatannya,
yang merupakan suatu bentuk energi kinetik. Sehingga dapat ditulis persamaan 1:
... (2)
dengan :
Pin : Daya yang tersedia pada angin (watt)
m : Massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s),
v : Kecepatan angin (m/s),
Massa udara (ρ) yang mengalir per satuan waktu adalah
m = ρ. A . v ... (3)
dengan :
ρ : Massa jenis udara (Kg/m3),
A : Luasan penampang kincir (m2),
Persamaan 2 disubtitusikan ke persamaan 3, maka diperoleh daya yang terdapat pada angin :
Pin = 0,5 . ρ . A . v3 ... (4)
Dalam penggunaannya dapat disederhanakan dengan mengansumsikan massa jenis udara (ρ) = 1,2 Kg/m3, maka diperoleh persamaan daya pada angin :
2.6. Torsi Kincir
Gaya yang bekerja pada poros dihasilkan oleh gaya dorong pada sudu kincir yang dikurangi dengan gaya hambat (gaya yang berlawanan arah). Gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros kincir yang berputar. Dengan mengkalikan keduannya maka akan menghasilkan torsi (T).
Untuk perhitungan Torsi dapat dituliskan dengan persamaan berikut :
T = F . ... (6)
dengan :
F : Gaya pembebanan, (N)
: Panjang lengan torsi, (m)
2.7. Daya Yang Dihasilkan Kincir (Pout)
Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dituliskan dengan persamaan berikut :
Pout = T . ω ... (7)
dengan :
Pout : Daya yang dihasilkan, (watt)
T : Torsi, (N.m)
2.8. Kecepatan Sudut Kincir
Kecepatan sudut dapat dikatakan juga sebagai perubahan sudut persatuan waktu dalam gerak melingkar, untuk mengkonversikanya perlu di ingat bahwa 1 rpm = 2π/60 rad/sec. Kecepatan sudut dapat dituliskan dengan persamaan berikut:
... (8)
dengan :
n : Kecepatan putar kincir, (rpm)
2.9. Tip Speed Ratio (tsr)
Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu dengan kecepatan angin, tsr dapat dituliskan dengan persamaan berikut :
... (9)
dengan :
r :Jari-jari kincir, (m)
n : Kecepatan putar kincir, (rpm)
v : Kecepatan angin, (m/s)
2.10. Koefisien Daya (Efisiensi) Pada Kincir
Gambar 2.5. Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (tsr) Dari Beberapa Jenis Kincir.
Koefisien daya (Power Coefficient/Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang tersedia (Pin) dengan daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout). Sehingga Cp dapat dirumuskan :
... (10)
dengan :
Pout : Daya yang dihasilkan kincir, (watt)
16
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
Langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Diagram Alir Langkah–langkah Penelitian
Mulai
Perancangan Kincir Angin ”MAGWIND”
Pembuatan Kincir Angin Poros Vertikal dengan Jumlah Sudu 2
Pengambilan Data n, v, dan F
Pengolahan Data P in, P out, CP, dan TSR
Pembahasan dan Pembuatan Laporan
Selesai
3.2. Waktu Dan Tempat Penelitian
Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai pada semester genap tahun ajaran 2012/2013 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3.3. Peralatan Dan Bahan Penelitian
Model kincir angin ”MAGWIND” ditunjukkan pada gambar 3.2.
Kincir angin pada konstruksi diatas memiliki beberapa bagian penting, yaitu :
1. Sudu
Sudu kincir untuk kincir angin plat datar terbuat dari plat aluminium yang digunakan untuk menangkap angin yang melintasi kincir. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.4.
2. Penyangga Kincir
Gambar 3.5.Penyangga Kincir
3. Sistem Pembebanan
Sistem pembebanan yang dipakai adalah sistem pengereman pada sepeda tromol. Sistem ini menggunakan kampas rem yang berbentuk lingkaran dan terpasang didalam rumah tromolnya. Sistem ini dapat disetting dengan menggunakan sepasang baut yang berfungsi untuk mengatur kerapatan kampas rem dengan poros tromol. Sedangkan untuk pembebanan digunakan baut untuk memvariasikan beban, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.6. Sistem pembebanan
Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang, diantaranya :
1. Terowongan Angin
Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai keinginan.
Gambar 3.7. Terowongan Angin atau Wind Tunnel
2. Blower
transmisinya menggunakan sabuk dan puli, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Blower
3. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa alumunium foil atau benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9.
4. Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin. Alat ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor elektrik yang diletakkan di depan terowongan angin dan modul digital yang menerjemahkan data dari sensor kemudian ditampilkan pada layar digital, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Anemometer
5. Neraca Pegas
Gambar 3.11. Neraca Pegas
3.4. Variabel Penelitian
Variabel penelitian yang digunakan adalah :
1. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 4 variasi.
2. Variasi bentuk sudu (berlubang dan tanpa lubang)
Variabel yang diambil adalah :
1. Kecepatan Angin, (m/s)
2. Gaya Pengimbang, (N)
3.5. Langkah Percobaan
Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :
1. Memasang neraca pegas serta pengaitnya pada tempat yang sudah ditentukan.
2. Memasang tali pengait pada neraca pegas yang dihubungkan dengan sistem pembebanan, seperti pada Gambar 3.12.
3. Memasang anemometer pada bagian depan terowongan angin, seperti pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12. Penyangga anemometer
4. Menempatkan tachometer pada tempatnya.
6. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser blower dengan troli yang sudah diberi tanda sehingga jarak celah antara blower dengan terowongan angin dapat disesuaikan.
7. Setelah mendapat kecepatan angin yang konstan pengambilan data dapat dimulai dari pembacaan kecepatan putar kincir, besar torsi, dan kecepatan angin.
8. Ulangi langkah 4 sampai 7 sampai variasi posisi ke empat.
3.6.Langkah Pengolahan Data
Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Dari data kecepatan angin (v) dan dengan diketahui luasan frontal kincir (A), maka daya angin (Pin) dapat dicari dengan Persamaan 2.
2. Data beban pegas (F) dapat digunakan untuk mencari torsi (T) dengan Persamaan 7.
3. Data putaran poros (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan Persamaan 6.
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio (tsr) dapat dicari dengan Persamaan 8.
27
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Percobaan
Data hasil percobaan ditampilkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Data percobaan kincir 2 sudu (TANPA LUBANG)
4.2. Pengolahan Data Dan Perhitungan
Contoh perhitungan untuk kincir angin bersudu 2 pada Tabel 4.1. pada baris kedua dengan kondisi kincir bergerak dan jarak antara blower dengan terowongan pada posisi 1 (rapat). Perhitungan yang dilakukan untuk mengetahui besarnya daya angin (Pin), daya kincir (Pout), Tip Speed Ratio (tsr) dan koefisien daya kincir (Cp).
4.2.1. Perhitungan Daya Angin (Pin)
Besar daya yang tersedia pada angin pada kincir angin dengan luasan frontal A= 700 m2 dan kecepatan angin 8,84 m/s, maka daya angin dapat dicari dengan menggunakan persamaan 5 :
Pin = 0,6 . A . v3
= 0,6 . 700 m2 . (8,84 m/s)3 = 48,01 watt
Jadi daya yang tersedia pada angin adalah 48,01 watt
4.2.2. Perhitungan Daya Kincir (Pout)
= 34,08 rad/sec
Maka kecepatan sudut yang didapatkan adalah 34,08 rad/sec
Untuk mencari besar torsi yang terjadi pada kincir, maka dapat menggunakkan persamaan 7. Sehingga torsi yang didapat adalah :
T = F .
= 0,1 N . 0,11 m = 0,01 N.m
Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,01 N.m
Dengan kecepatan sudut 34,08 rad/sec dan torsi 0,01 N.m, maka daya yang dihasilkan oleh kincir adalah :
Pout = T . ω
= 0,01 N.m . 34,08 rad/sec = 0,34 watt
Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 0,34 watt.
4.2.3. Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)
Dengan memgetahui kecepatan putar kincir 288,9 rpm dan kecepatan angin 8,84 m/s, maka tsr dapat dicari dengan menggunakan persamaan 9 :
=
1,10Sehingga tsr yang didapatkan adalah 1,10
4.2.4. Perhitungan Koefisien Daya Kincir (Cp)
Dengan mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin 99,79 watt dan daya yang dihasilkan oleh kincir 3712,8 watt, maka koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan persamaan 10 :
= 0,70 %
Maka Cp yang dihasilkan adalah 0,70 %
4.3.Hasil Perhitungan
Tabel 4.2. Hasil perhitungan untuk kecepatan 1, sudu tanpa lubang
Tabel 4.3. Hasil perhitungan untuk kecepatan 2, sudu tanpa lubang
Tabel 4.4. Hasil perhitungan untuk kecepatan 3, sudu tanpa lubang
Tabel 4.5. Hasil perhitungan untuk kecepatan 4, sudu tanpa lubang
Tabel 4.6. Hasil perhitungan untuk kecepatan 1, sudu dengan lubang
Tabel 4.7. Hasil perhitungan untuk kecepatan 2, sudu dengan lubang
Tabel 4.8. Hasil perhitungan untuk kecepatan 3, sudu dengan lubang
Tabel 4.9. Hasil perhitungan untuk kecepatan 4, sudu dengan lubang
4.4. Grafik Hasil Penelitian Sudu Tanpa Lubang
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara Pout (Watt) dengan Torsi (N.m)
Gambar 4.1. Grafik hubungan antara Pout dengan Torsi
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara Kecepatan putar kincir (rpm) dengan Torsi (N.m)
Gambar 4.2. Grafik hubungan antara rpm dengan torsi
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tsr
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)
4.5. Grafik Hasil Perhitungan (DENGAN LUBANG)
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara Pout (Watt) dengan Torsi (N.m)
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara Pout dengan Torsi
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara Kecepatan putar kincir (rpm) dengan Torsi (N.m)
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara rpm dengan torsi
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tsr
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr)
41 BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari pengujian model kincir angin ”MAGWIND” yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat model kincir angin ”MAGWIND” dengan jumlah sudu 2.
2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin ( tanpa lubang) adalah sebesar 18,96 % dengan nilai tsr 56,15
3. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin (dengan lubang) adalah sebesar 9,11 % dengan nilai tsr 42,15
5.2 Saran
Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang ini adalah :
1. Untuk mendapatkan daya maksimal pada kincir dibutuhkan kecepatan angin yang besar dengan keadaan yang stabil.
2. Sebaiknya dilakukan pengambilan data lebih banyak, agar mendapatkan hasil yang maksimal.
4. Untuk lebih meningkatkan kinerja kincir angin perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut dengan memvariasikan jumlah sudu dan kelengkungan sudu.
5. Penambahan alat bantu untuk pengukuran kecepatan putaran kincir didalam terowongan angin.
DAFTAR PUSTAKA
Anwar, M. S.2008. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik, Tugas Akhir, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institute Teknologi Sepuluh November Surabaya, Surabaya.
Betz, A.1966. Introduction to the Theory of Flow Machines. (D. G. Randall, Trans.) Oxford: Pergamon Press.
Burton, T., Sharpe, D. 2001. Wind Energi Handbook. England.
Daryanto, T. 2012, Energi Terbarukan, http://www.Kompas.com Diakses : Tanggal 22 April 2012.
Daryanto,Y. 2007, Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga Bayu.
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan Energi Nasional.
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus
2011.
Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute Technology Bandung.
Okbrianto, C.2009.Yogyakarta.Unjuk Kerja Kincir Angin Savonius Dua Tingkat,Tugas Akhir,Teknik Mesin,Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta..
Sastrowijoyo, F. 2008. Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Wind Turbine di Indonesia. Alamat web: http://konversi.wordpress.com. Diakses : Tanggal 22 Februari 2012.
Sutrisna, F. K. 2011. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Alamat web :
