KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 8, 4, DAN 2 TUGAS AKHIR - Kincir angin poros horizontal dengan variasi jumlah sudu 8,4 dan 2 - USD Repository

(1)

KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DENGAN VARIASI

JUMLAH SUDU 8, 4, DAN 2

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

JurusanTeknik Mesin

Diajukan oleh :

WIYAN AHMAD WAISLAM NIM : 085214058

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

(2)

VARIATION 8, 4, AND 2 BLADES THE HORIZONTAL AXIS

WIND TURBINES

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree

Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Department

by :

WIYAN AHMAD WAISLAM Student Number: 085214058

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

INTISARI

Pemakaian energi fosil sebagai pendukung dalam kehidupan manusia perlu

dibatasi karena ketersediaan yang sudah menipis, sehingga diperlukan energi alternatif

terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dikembangkan yaitu

energi angin. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja model kincir

angin poros horizontal dengan diameter 53 cm dengan variasi jumlah sudu 8, 4 dan 2.

Pengujian penelitian dilakukan pada wind tunnel. Pengukuran yang dilakukan dalam

pengujian yaitu gaya, kecepatan angin, dan kecepatan putar kincir.

Hasil penelitian kincir angin poros horizontal dengan variasi jumlah sudu 8, 4,

dan 2 menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh pada kincir dengan

jumlah sudu 8, yaitu 10,5 % pada tip speed ratio 0,8, pada kecepatan angin 7,27 m/s.

(8)

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa 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. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., 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 Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Budi Sugiharto, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Kepala Laboratorium

Konversi Energi, untuk dukungan dan saran yang penulis dapatkan.

5. Intan Widanarko selaku Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik Universitas

Sanata Dharma.

6. Ign. Tri Widaryanto selaku Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma.

7. Bardi Syafi’i dan Rumiyati selaku orang tua penulis dan Yahya Husein Choirullah

selalu kakak kandung penulis, yang selalu memberikan motivasi dan dorongan baik

secara materil dan spiritual pada penulis.

8. Sukma Hajar Nur Pambudi, S.Psi., selaku teman dekat penulis yang selalu

memberikan semangat tiada hentinya.

9. Ade Chandra Kusuma Negara selaku rekan sekelompok saya, yang telah membantu

(9)

(10)

ix

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

(11)

3.1 Diagram Alir Penelitian ... 10

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 23

4.1 Data Hasil Percobaan ... 23

4.2 Perhitungan Daya Angin (Pin 4.3 Perhitungan Daya Kincir (P ) ... 27

out 4.4 Perhitungan tip speed ratio (tsr) ... 28

) ... 27

(12)

xi Gambar 2.1 Grafik hubungan Cp

Gambar 3.1 Diagram alir langkah-langkah penelitian ... 10

dan tsr maksimal beberapa jenis kincir ... 7

Gambar 3.14 Pemasangan anemometer ... 21

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 8 sudu ... 33

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 8 sudu... 33

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 8 sudu ... 34

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 4 sudu ... 35

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 4 sudu... 35

(13)

2 sudu... 38

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara putaran kincir dengan torsi pada posisi 1

... 39

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara putaran kincir dengan daya output pada posisi 1 ... 40

(14)

xiii

Tabel 4.1. Data percobaan kincir 8 sudu ... 23

Tabel 4.2. Data percobaan kincir 4 sudu ... 25

Tabel 4.3 Data percobaan kincir 2 sudu ... 26

Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir 8 sudu ... 29

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir 4 sudu ... 31

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Masalah

Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan dari

kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk memenuhi segala

kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial maupun lingkungan.

Penggunaan energi di dunia dalam jangka waktu mendatang seperti yang

diperkirakan oleh lembaga Energy Information Administration (EIA) hingga tahun

2025 mendatang masih didominasi oleh bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil

merupakan energi yang tidak terbarukan (non renewable energy) sehingga pada suatu

saat nanti akan habis. Oleh karena itu diperlukan energi terbarukan yang ramah

dengan lingkungan, salah satunya adalah pemanfaatan energi angin.

Pemanfaatan energi angin saat-saat ini masih belum optimal meskipun di

beberapa daerah energi angin sudah dimanfaatkan untuk pembangkit listrik, pompa

dan dalam penggunaannya masih belum efektif. Maka dari itu diperlukan suatu

mekanisme yang tepat untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi yang tepat

(16)

1.2. Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Indonesia adalah negara dengan potensi angin yang melimpah, namun belum

dimanfaatkan secara optimal.

2. Diperlukan model kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin agar

memperoleh efisiensi yang maksimal.

3. Pengaruh jumlah sudu pada kincir angin poros horizontal terhadap torsi dan

koefisien daya.

1.3.Batasan Masalah

Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada :

1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horizontal dengan

sudu plat datar dengan sudut 60o dengan luas frontal 2205 cm2

2. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin di dalam sebuah

terowongan angin di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

.

3. Variasi yang dilakukan adalah dengan variasi posisi/ jarak wind tunnel dengan

fan blower 3 cm, 6 cm, 9 cm, dan 12 cm pada setiap jumlah sudu 8, 4, dan 2.

4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros

(17)

1.4.Tujuan Penelitian

1. Membuat kincir angin poros horizontal dengan variasi jumlah sudu.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal 8 sudu, 4 sudu, dan 2 sudu.

1.5.Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya energi

angin dan pemanfaatannya.

2. Mengembangkan minat dan kepedulian terhadap energi terbarukan untuk

menjaga dan melestarikan bumi ini.

3. Menambah referensi dalam pengembangan ilmu pengetahuan khususnya dalam

(18)

BAB II

DASAR TEORI

1.6.Konsep Dasar Angin

Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara

dengan arah aliran angin dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang

bertekanan rendah atau dari daerah yang memiliki suhu/ temperatur rendah ke

wilayah bersuhu tinggi. Angin memiliki hubungan yang erat dengan sinar matahari

karena daerah yang terkena banyak paparan sinar matahari akan memiliki suhu yang

lebih tinggi serta tekanan udara yang lebih rendah dari daerah lain di sekitarnya.

1.7. Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digunakan untuk menangkap atau

memperoleh energi angin, yang selanjutnya diubah menjadi bentuk energi mekanis.

Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani

dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu

banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih

dikenal dengan windmill.

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok

utama, yaitu : kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam

penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horizontal.

(19)

1.8. Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga secara umum

disampaikan pada Persamaan 1:

(1)

Daya adalah energi tiap satuan waktu (J/s) sehingga dari Persamaan 1 disusun

kembali menjadi :

(2)

dengan :

Pin

: massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)

v : kecepatan angin, m/s

Massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah :

(20)

Mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka dapat diperoleh rumusan

daya angin :

disederhanakan menjadi :

(4)

Secara sederhana dengan mengasumsikan ρ udara : 1,2 kg/m3

(5) maka diperoleh

persamaan :

1.9. Torsi Kincir Angin

Torsi adalah perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan gaya yang bekerja

pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Secara teori dapat dirumuskan:

dengan :

T : torsi akibat putaran poros, N.m

r : jarak lengan, m

(21)

1.10. Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya

angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Daya kincir angin berbeda dengan daya angin,

karena daya kincir angin dipengaruhi koefisien daya angin.

Daya efektif yang dapat diambil oleh kincir angin hanya sebesar 59,3 %. Angka

59,3 % adalah batas Betz (Betz Limit, diambil dari ilmuan Jerman Albert Betz).

Angka ini secara teori menunjukan efisiensi yang dapat dicapai oleh rotor kincir

angin. Gambar 2.1. memperlihatkan karakteristik dari beberapa tipe kincir.

Gambar 2.1. Grafik hubungan Cp

(Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)

(22)

Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir

angin dapat dirumuskan :

(7)

dengan :

Pout

T : torsi, N.m

: daya yang dihasilkan kincir angin, watt

ω : kecepatan sudut, rad/s

Kecepatan sudut adalah radian per second (rad/s), satuan lain yang digunakan

adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan (rpm) dan

(rad/s) adalah 1 rpm = 2π/60 rad/s, maka Persamaan (6) dapat dirubah menjadi :

(8)

dengan :

n : putaran poros, rpm

1.11. Tip speed ratio (tsr)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin

yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya. Tsr dapat

(23)

atau

dengan :

r : jari-jari kincir, m

n : putaran poros, rpm

v : kecepatan angin, m/s

1.12. Koefisien Daya

Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah perbandingan antara daya

yang dihasilkan oleh kincir angin (Pout) dengan daya yang dihasilkan oleh angin

(Pin), sesuai dengan teori yang ada, maka dapat dirumuskan :

dengan :

Pout

P

: daya yang dihasilkan kincir, watt

(24)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1.Diagram Alir Penelitian

Pelaksanaan penelitian yang dilakukan sesuai dengan Gambar 3.1.:

Gambar 3.1. Diagram Alir Langkah-Langkah Penelitian Mulai

Perancangan Kincir Angin

Pembuatan Kincir Angin

Pengambilan Data (v, n, F) sudu 8, 4, 2

Pengolahan Data

Pembahasan dan Pembuatan Laporan

Selesai

(25)

3.2.Obyek Penelitian

Obyek dalam penelitian ini adalah model kincir angin poros horizontal dengan

sudu plat datar. Sudu kincir angin divariasikan sesuai dengan jumlah 8, 4, dan 2.

Pengujian yang dilakukan pada sudut kemiringan sudu sebesar 60o

3.3.Waktu Dan Tempat Penelitian

.

Proses pembuatan kincir angin dan pengambilan data dilakukan pada bulan

Januari 2012 hingga bulan Maret 2012 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.4.Alat Dan Bahan

Model kincir angin beserta bagian-bagiannya dapat dilihat pada Gambar 3.2. dan

Gambar 3.3.

1

.

Sudu

2

.

Dudukan sudu

3

.

Nose Cone

(26)

Gambar 3.3 Kincir Angin Plat Datar (Lanjutan)

Kincir angin plat datar yang disajikan pada Gambar 3.2. memiliki beberapa

bagian utama antara lain:

1. Sudu Kincir

Pada umumnya, sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang

melintasi kincir.Sudu kincir angin terbuat dari plat akrilik dengan tebal 2 mm yang

berbentuk trapesium sama kaki dengan ukuran seperti pada Gambar 3.4. Plat akrilik

tersebut dibaut pada kerangka sudu. Kerangka sudu terdiri dari dua plat besi 1,5 mm

yang masing-masing mempunyai dua lubang baut diameter 3 mm. Plat besi tersebut

dilas dengan besi pejal silindris diameter 0,4 cm dan panjang 24 cm. Untuk lebih

jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.4.

(27)

3 cm

Gambar 3.4 Sudu Kincir

2. Dudukan Sudu

Dudukan sudu berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan sudu. Sudu dikunci

pada slot dengan menggunakan baut U. Dudukan sudu terbuat dari puli aluminium

dengan diameter 12 cm dan tebal 2 cm, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Dudukan Sudu 18 cm

(28)

3. Nose Cone

Nose Cone berfungsi agar angin dapat sepenuhnya diterima oleh sudu kincir.

Nose cone terbuat dari seng 1 mm yang dibentuk cone (corong kerucut) dan dipasang

pada dudukan sudu.

4. Dudukan Kincir

Dudukan kincir berfungsi sebagai dudukan poros kincir beserta sistem

pembebanannya. Dudukan tersebut terbuat dari besi profil L dengan ukuran 3 cm x 3

cm dengan tebal 2 mm dan plat besi dengan ukuran lebar 3 cm, tebal 2 mm yang dilas

dan pada bawah dudukan terdapat 4 lubang baut untuk mungunci dudukan kincir

pada wind tunnel. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6.

(29)

5. Poros Kincir

Poros kincir menggunakan hub belakang sepeda. Tromol dipasang pada sisi kiri

hub dan kincir dipasang pada sisi kanan hub yang dibaut pada lubang jeruji.

6. Mekanisme Pengereman/ Pembebanan

Mekanisme pengereman/ pembebanan berfungsi sebagai penghambat putaran

kincir untuk memperoleh torsi dan daya dari kincir angin. Pengereman/ pembebanan

menggunakan pengereman tromol pada sepeda. Mekanismenya adalah dengan

memvariasikan kerapatan kampas terhadap drum tromol yang ditarik dengan

menggunakan iner kabel oleh baut adjuster seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Sistem Pembebanan

1. Baut Pembebanan

(30)

Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan pendukung antara lain :

1. Terowongan angin

Terowongan angin atau wind tunnel adalah lorong yang berfungsi

menangkap angin yang dihisap oleh fan blower, sekaligus merupakan tempat

pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. Kecepatan angin

dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan fan blower sesuai

keinginan.

Gambar 3.8. Terowongan Angin atau Wind Tunel

2. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap angin yang akan disalurkan ke wind

(31)

Gambar 3.9. Fan Blower

3. Takometer

Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur

putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis takometer 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

(32)

Gambar 3.10.Takometer

4. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin.

Anemometer saat pengambilan data diletakkan didepan wind tunnel untuk

mengetahui kecepatan angin masuk wind tunnel. Anemometer ditunjukkan pada

Gambar 3.11.

(33)

5. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir

angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan

panjang lengan yang telah ditentukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

3.12.

Gambar 3.12. Neraca Pegas

3.5.Variabel Penelitian

Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum

penelitian dilaksanakan adalah:

1. Variasi jumlah sudu yaitu 8 sudu, 4 sudu, dan 2 sudu

2. Variasi pembebanan yaitu dari posisi kincir diam hingga kincir berputar tanpa

beban

3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 4 variasi posisi/ jarak wind tunnel

(34)

Variabel yang diambil adalah :

1. Kecepatan Angin, (m/s)

2. Putaran Kincir, (rpm)

3. Gaya Pengimbang, (N)

Setelah mendapatkan data-data diatas, maka dari variabel data tersebut parameter

yang dapat dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah :

1. Daya angin (Pin

3.6.Langkah Percobaan

Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir dilakukan

secara bersama-sama. Pertama-tama yang dilakukan adalah memasang kincir angin

pada wind tunnel. Selanjutnya untuk pengambilan data yang perlu dilakukan adalah

sebagai berikut :

1. Memasang neraca pegas serta pengaitnya pada tempat yang sudah

ditentukan.

2. Memasang tali pada pengait neraca pegas yang dihubungkan dengan sistem

(35)

Gambar 3.13. Tali pengait beban

3. Memasang anemometer pada bagian depan terowongan angin, seperti pada

Gambar 3.14.

Gambar 3.14. Pemasangan anemometer

4. Menempatkkan takometer pada posisinya.

5. Setelah semua siap, fan blower siap untuk dihidupkan.

(36)

7. Mencatat data kecepatan putar kincir, besar torsi, dan kecepatan angin masuk.

8. Ulangi langkah 4 sampai 7 hingga diperoleh empat variasi kecepatan angin.

9. Matikan fan blower.

10.Ulangi langkah 4 sampai 9 hingga diperoleh 3 variasi jumlah sudu.

3.7.Langkah Pengolahan Data

Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan

langkah-langkah sebagai berikut :

1. Dari data kecepatan angin (v) yang diperoleh dan dengan diketahui luasan

frontal kincir (A), maka daya angin (Pin

2. Dari data beban pegas (F) yang diproleh maka dapat digunakan untuk

mencari torsi (T) dengan Persamaan 7.

) dapat dicari dengan Persamaan 2.

3. Dari data putaran poros (n) yang diperoleh dan torsi (T) dapat digunakan

untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (Pout

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan

angin, maka tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 9.

) dengan Persamaan 6.

5. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin), maka power coefficient

(37)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Hasil Percobaan

Data hasil percobaan ditampilkan pada Tabel 4.1. untuk 8 sudu dan Tabel 4.2.

untuk 4 sudu dan Tabel 4.3. untuk 2 sudu.

Tabel 4.1. Data percobaan kincir 8 sudu

No. Variasi kecepatan

(38)

Tabel 4.1. Data percobaan kincir 8 sudu (Lanjutan)

(39)

(40)

Setiap variasi dilakukan pada jarak lengan poros 110 mm dan diameter kincir

530 mm. Setiap variasi jumlah sudu, percobaan dilakukan sebanyak empat kali

variasi kecepatan angin. Variasi kecepatan angin pertama dengan tidak memberi

celah pada blower terhadap terowongan, kedua dengan memberi jarak 3 cm antara

blower terhadap terowongan dan untuk setiap posisi diberi penambahan jarak 3 cm

hingga variasi kecepatan angin ke empat. Percobaan dilakukan hingga kincir tak

berbeban, yaitu 0 N. No. Variasi

kecepatan

(41)

4.2.Perhitungan Daya Angin (Pin

Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan luasan frontal A= 0,22 m )

2

dan kecepatan angin 8,81 m/s, dapat dicari menggunakan Persamaan 5 :

Pin = 0,6 . A . v

= 0,6 . 0,22 m

3

2

. (8,81m/s)

= 90,47 watt

3

Jadi daya yang dihasilkan oleh angin adalah 90,47 watt

4.3.Perhitungan Daya Kincir (Pout

Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari menggunakan Persamaan 6,

namun untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut dan torsi

kincir, maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan Persamaan 8 dan 7: )

maka dengan putaran poros 440,8 rpm, kecepatan sudut dan torsi kincir adalah :

= 46,14 rad/sec

Sehingga kecepatan sudut yang didapatkan adalah 49,39 rad/sec

T = F . r

(42)

Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,06 N.m

Dengan kecepatan sudut 46,14 rad/sec dan torsi 0,06 N.m, maka daya yang

dihasilkan oleh kincir adalah :

Pout

= 0,06 N.m . 46,14 rad/sec

= T . ω

= 2,54 watt

Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 2,54 watt.

4.4.Perhitungan tip speed ratio (tsr)

Dengan mengetahui kecepatan putar kincir 440,8 rpm dan kecepatan angin 8,81

m/s, maka untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan

kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 9 :

= 1,39

(43)

4.5.Perhitungan Koefisien Daya (Cp

Untuk mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh angin 90,47 watt dan

daya yang dihasilkan oleh kincir 2,54 watt, maka koefisien daya kincir dapat dicari

menggunakan Persamaan 10 :

)

= 3 %

Sehingga didapatkan nilai Cpadalah 3 %

4.6.Hasil Perhitungan

Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan jumlah sudu dan

mengatur jarak blower terhadap terowongan angin, maka didapatkan hasil

perhitungan yang disusun dalam Tabel 4.4. sampai dengan Tabel 4.6.

Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir 8 sudu

(44)

(45)

(46)

Tabel 4.6. Data hasil perhitungan kincir 2 sudu

Dari data hasil penelitian dan perhitungan yang dilakukan, maka diperoleh grafik

hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir, daya kincir dengan kecepatan

putar kincir dan koefisien daya kincir (Cp) dengan tip speed ratio (tsr) ditunjukkan

(47)

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 8 sudu

Gambar 4.1. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka

semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin

besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Torsi statis yang

dihasilkan adalah 0,41 N.m pada kecepatan angin 8,81 m/s.

Gambar 4.2. Grafik hubungan antara daya kincir

(48)

Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka

semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian

daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula daya yang

dihasilkan. Daya maksimal dicapai sebesar 7,5 watt pada kecepatan putar 250 rpm

pada kecepatan angin 8,81 m/s.

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 8 sudu

Gambar 4.3. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr kincir maka semakin besar

Cp yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian Cp mengecil. Cp

maksimal dicapai sebesar 10,5 % pada tsr 0,8 pada kecepatan angin 7,27 m/s. Grafik

ini sesuai dengan karakteristik American multi blade seperti pada Gambar 2.1.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

0 0.5 1 1.5 2

Cp

(49)

Gambar 4.4. dapat dilihat bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka

semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin

besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Torsi statis yang

dihasilkan adalah 0,17 N.m pada kecepatan angin 8,37 m/s.

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 4 sudu

(50)

pada kecepatan angin 8,2 m/s.

Gambar 4.6. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr kincir maka semakin besar

Cp yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian Cp mengecil. Cp

maksimal dicapai sebesar 4% pada tsr 0,75 pada kecepatan angin 7,5 m/s. Grafik ini

sesuai dengan karakteristik American multi blade seperti pada Gambar 2.1.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

0 0.5 1 1.5

Cp

(51)

Gambar 4.7. dapat dilihat bahwa bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka

semakin besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Torsi

statis yang dihasilkan adalah 0,15 N.m pada kecepatan putar kincir 150 rpm. Grafik

kecepatan 6,94 m/s memotong grafik kecepatan 8,1 m/s dan grafik kecepatan 7,48

dikarenakan jumlah data yang diperoleh sedikit.

(52)

Gambar 4.8. Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 2 sudu

pada kecepatan angin 8,26 m/s. Grafik kecepatan 6,94 m/s memotong grafik

kecepatan 8,1 m/s dan grafik kecepatan 7,48 dikarenakan jumlah data yang diperoleh

(53)

Gambar 4.9. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr kincir maka semakin besar Cp

yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian Cp mengecil. Cp

maksimal dicapai sebesar 5,5% pada tsr 0,7 pada kecepatan angin 8,26 m/s. Grafik

ini sesuai dengan karakteristik American multi blade seperti pada Gambar 2.1. Grafik

kecepatan 6,94 m/s memotong grafik kecepatan 8,1 m/s dan grafik kecepatan 7,48

dikarenakan jumlah data yang diperoleh sedikit.

(54)

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara putaran kincir dengan daya output pada posisi 1

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr pada posisi 1

Melihat Gambar 4.10. sampai dengan Gambar 4.12. menunjukan bahwa

besar daya output, torsi, dan Cp yang dihasilkan jumlah sudu 8 lebih besar

dari jumlah sudu 4.

Grafik hubungan antara Torsi, daya output dengan kecepatan putar

kincir serta koefisien daya dengan tip speed ratio pada posisi 2, 3 dan 4

dapat dilihat pada Lampiran.

(55)

BAB V

PENUTUP

5.1.Kesimpulan

Pengujian model kincir angin plat datar yang telah dilakukan dengan variasi

jumlah sudu 8, 4, dan 2 dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horisontal dengan model kincir angin

plat datar.

2. Semakin sedikit jumlah sudu maka semakin kecil harga torsi, daya output

maupun Cp yang dihasilkan. Kincir dengan sudu 8 daya maksimal yang

dicapai sebesar 7,5 watt, torsi statis yang dicapai sebesar 0,41 N.m , koefisien

daya maksimal yang dicapai sebesar 10,5% pada tsr 0,8. Kincir dengan sudu

4 daya maksimal yang dicapai sebesar 2,8 watt, torsi statis yang dicapai

sebesar 0,17 N.m, koefisien daya maksimum yang dicapai sebesar 4% pada

tsr 0,75. Kincir dengan sudu 2 daya maksimal yang dicapai sebesar 4,1 watt,

torsi statis yang dicapai sebesar 0,15 N.m, koefisien daya maksimal yang

(56)

5.2.Saran

Setelah dilakukan penelitian ini terdapat kekurangan dan kelebihan yang perlu di

perhatikan, maka perlu adanya saran untuk pengembangan kincir angin ini, antara

lain :

1. Jumlah data pada kincir dengan 2 sudu diperbanyak.

(57)

DAFTAR PUSTAKA

Burton, T., David Sharpe. 2001. Wind Energy Handbook. England.

Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. BALAIPPTAGG-UPT-LAGG.

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan.

(58)

LAMPIRAN

Gambar L.1. Grafik hubungan antara putaran kincir dengan torsi pada posisi 2

Gambar L.2. Grafik hubungan antara putaran kincir dengan daya output pada posisi 2

(59)

Gambar L.3. Grafik hubungan antara tsr dengan Cp pada posisi 2

(60)

(61)

Gambar L.7. Grafik hubungan antara putaran kincir dengan torsi pada posisi 4

Gambar L.8. Grafik hubungan antara putaran kincir dengan daya output pada posisi 4

(62)

Gambar L.9. Grafik hubungan antara tsr dengan Cp pada posisi 4 -0.01

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

0 0.5 1 1.5

Cp

tsr

8 sudu