MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU DATAR EMPAT RUANG YANG DAPAT MEMBENTANG DAN MENGATUP SECARA OTOMATIS Tugas Akhir - Model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar empat ruang yang dapat membentang dan mengatup secara otomatis

(1)

i Tugas Akhir

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Oleh: Momon Arifudhin

NIM : 065214040

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT

Presented as fulfillment of the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme

by

Momon Arifudhin Student Number : 065214040

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

vi

empat ruang yang membentang dan mengatup otomatis .

Ukuran sudu dibuat dalam tiga variasi, yakni 20x24 cm, 25x24 cm dan 30x24 cm. Kemudian agar menghasilkan listrik, kincir angin dihubungkan dengan generator. Generator diberi empat variasi beban berupa lampu pijar, yakni 8 watt, 16 watt, 24 watt, dan 32 watt. Pada setiap pembebanan dilakukan pengukuran putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer serta tegangan dan arus listrik yang dihasilkan diukur dengan menggunakan multimeter. Lalu dilanjutkan mencari koefisian daya dan efisiensi sistem.

Daya poros maksimal diperoleh pada model kincir angin dengan ukuran sudu 30x24 cm sebesar 1,69 pada kecepatan angin 7,8 m/s. Demikian juga koefisien daya maksimal tertinggi di capai oleh model kincir angin dengan ukuran sudu 30x 24 cm yakni sebesar 1,57 ℅ pada tip speed ratio (TSR) 0,35 dengan efisiensi sistem maksimal sebesar 0,51 % .

(7)

(8)

viii

sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Tugas akhir ini mengambil judul “Kincir Angin Poros Vertikal dengan empat Sudu Datar Dengan Empat Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup Secara Otomatis“.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Budi Sugiharto, S.T, M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan dosen Pembimbing Akademik.

3. Ir. Rines, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

5. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

6. Semua rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2006 khususnya. 7. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini

(9)

ix

Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.

(10)

x

Daftar Dewan Penguji ... iv

Pernyataan keaslian karya ... v

Intisari ... vi

Lembar persetujuan ... vii

Kata pengantar ... viii

Daftar Isi ... x

Daftar Gambar ... xii

Daftar Tabel ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar belakang ... 1

1.2. Perumusan masalah ... 2

1.3. Batasan masalah ... 2

1.4. Tujuan penelitian... 3

1.5. Manfaat penelitian... 3

1.6. Langkah perancangan………. 3

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1. Dasar turbin angin ... 5

2.2. Desain kincir angin ... 6

2.3. Gaya drag dan lift ... 9

2.4. Rumus perhitungan ... 11

2.5. Efisiensi sistem ... 15

(11)

xi

3.4. Variabel yang diukur ... 27

3.5. Langkah penelitian ... 28

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 32

4.1. Data Penelitian ... 32

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ... 52

4.3. Grafik hasil Perhitungan ... 58

4.4. Pembahasan ... 65

BAB V PENUTUP ... 67

5.1. Kesimpulan ... 67

5.2. Saran ... 68

(12)

xii

Gambar 2.3 Kincir Savonius ... 8

Gambar 2.4 Gaya pada setiap blade ... 10

Gambar 2.5 Grafik Betz limit... 12

Gambar 2.6 Kurva hubugan Cp – TSR ... 15

Gambar 3.1 Bagian-bagian kincir angin poros vertical ... 17

Gambar 3.2 Poros Utama ... 18

Gambar 3.3 Beaaring 6202z ... 18

Gambar 3.4 Poros dalam ... 19

Gambar 3.5 Poros dudukan sudu ... 19

Gambar 3.6 sudu ... 20

Gambar 3.7 Stopper ... 20

Gambar 3.8 Wind tunnel ... 21

Gambar 3.9 Fan blower ... 21

Gambar 3.10 Generator ... 22

Gambar 3.11 Multimeter ... 23

Gambar 3.12 Pengukur torsi statis ... 24

Gambar 3.13 Alat pengukur beban ... 24

Gambar 3.14 Stopwatch ... 25

Gambar 3.15 Anemometer ... 25

Gambar 3.16 Beban lampu ... 26

Gambar 3.17 Tachometer ... 26

Gambar 3.18 Pengambilan data torsi statis ... 28

Gambar 3.19 Pengambilan data torsi statis ... 28

Gambar 3.20 Rangkaian alat ukur ... 30

Gambar 3.21 Pengambilan data torsi dinamis ... 31

Gambar 4.1 Penampang Kincir ... 52

(13)

xiii

tambahan ... 59

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 8 watt ... 59

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada tanpa beban tambahan ... 62

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada beban tambahan 8 watt ... 63

(14)

xiv

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran

sudu 25 cm x 24 cm ... 33 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran

sudu 30 cm x 24 cm ... 34 Tabel 4.4 Data hasil pengukuran dengan ukuran

sudu 20 cm x 24 cm tanpa beban ... 35 Tabel 4.5 Data hasil pengukuran dengan ukuran

sudu 20 cm x 24 cm beban 8 watt ... 38 Tabel 4.8 Data hasil pengukuran dengan ukuran

(15)

xv

(16)

1 1.1. Latar Belakang

(17)

tidaknya alat tersebut. Berawal dari hal tersebut maka dibuat suatu model kincir angin yang baru.

1.2. Perumusan Masalah

1. Indonesia mempunyai potensi energi angin yang cukup besar.

2. Pembuatan kincir angin dengan modifikasi pada sudu yang bisa bergerak buka tutup dengan sudut yang ditentukan memberi kemungkinan untuk menambah torsi yang akan dihasilkan. Unjuk kerja kincir angin poros vertikal ini akan ditunjukkan oleh daya generator, daya poros, power coefficient dan torsi yang dapat dihasilkan.

Perlunya dibuat desain alat yang baru untuk pembangkit energi angin, yaitu kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar yang membentang dan mengatup otomatis dengan empat ruang.

1.3. Batasan masalah

1. Sudu menggunakan 3 variasi ukuran 24cm x 20cm, 24cm x 25cm, dan 24cm x 30cm.

2. Menggunakan 5 variasi kecepatan angin dari 7,8 m/s sampai 5,5 m/s . 3. Menggunakan beban lampu yang dimulai dari 8 watt sampai dengan 32

(18)

1.4. Tujuan penelitian

1. Membuat sebuah model kincir angin yang dapat membuka dan mengatup secara otomatis.

2. Mengetahui torsi statis yang dihasilkan model kincir angin untuk tiga variasi ukuran sudu dan lima variasi kecepatan angin.

3. Mengetahui koefisien daya (Cp) model kincir angin untuk tiga variasi ukuran sudu dengan lima variasi kecepatan angin yang dipilih.

4. Mengetahui daya poros yang dihasilkan kicir angin untuk tiga variasi ukuran sudu dan lima variasi kecepatan angin.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

1. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit tenaga listrik.

2. Ikut serta dalam upaya memasyarakatkan pemanfaatan energi alternatif. 3. Mengurangi penggunaan sumber daya alam tak terbarukan dan

menciptakan teknologi pembangkit listrik yang ramah lingkungan.

1.6. Langkah Perancangan pengambilan data

(19)

(20)

5 2.1. Dasar Turbin Angin

Pada dasarnya kincir angin merupakan mesin yang berfungsi untuk membantu kegiatan pertanian seperti menumbuk biji-bijian dan juga memompa air untuk mengairi sawah. Seiring dengan berkembangnya jaman, diciptakanlah kincir angin modern yang bisa menghasilkan listrik, yang kemudian disebut turbin angin.

Kincir angin dapat berputar karena memiliki sumbu putar. Berdasarkan sumbu putarnya, kincir angin didesain dalam dua tipe besar yakni turbin dengan sumbu putar horizontal dan turbin dengan sumbu putar vertikal. Turbin sumbu horizontal biasanya sumbunya diarahkan pada arah angin, sedangkan turbin sumbu vertikal tidak perlu diarahkan sesuai arah angin

(http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin).

(21)

2.2 Desain Kincir Angin

Kincir angin poros vertical, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1. memiliki poros rotor utama yang disusun tegak lurus. Umumnya posisi sudu terpasang pada poros tersebut dan dapat dimodifikasi untuk mendapatkan output yang besar. Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. Kincir angin poros vertikal ini mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah.

Gambar 2.1. Contoh kincir angin poros vertikal (sumber : http://www.alpensteel.com)

(22)

tangkapan angin dan semakin besar gaya hambat yang didapat sehingga berpengaruh terhadap output dari kincir tersebut. Setelah poros berputar, secara otomatis menggerakkan generator yang tersambung oleh belt pada ujung poros. Dari sinilah listrik itu dihasilkan.

Biasanya kincir angin poros vertikal meletakkan generator di permukaan bawah, karena dinilai lebih mudah untuk perawatan dan mengurangi beban pada menara. Untuk pemasangan secara utuh bisa dipasang di permukaan tanah bahkan di puncak bangunan, tentunya disesuaikan dengan desain kincir terhadap kecepatan angin.

Pada dasarnya kincir angin poros vertikal dibagi menjadi dua jenis yaitu: Savonius dan Darrieus.

1. Kincir angin Darrieus

Kincir angin darrieus, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.2. mulai diperkenalkan di Perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah tegak yang berputar ke dalam dan ke luar dari arah angin.

(23)

2. Kincir angin Savonius

Kincir Savonius,seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3. diciptakan pertama kalinya di negara Finlandia dan berbentuk-S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar.

Gambar 2.3 Kincir Savonius http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

Keuntungan dari kincir angin poros vertikal :

1. Kincir angin dapat menerima angin dari segala arah.

2. Tidak perlu struktur menara yang besar untuk mendirikan kincir angin.

3. Bekerja pada rpm rendah.

4. Kincir angin sumbu vertikal biasanya memiliki tips speed ratio

(24)

Kekurangan dari kincir angin poros vertikal :

1. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinnggian yang rendah, sehingga yang tersedia energi angin yang seidikit.

2. Kebanyakan kincir angin sumbu vertikal mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.

3. Sudu yang mengambil energi angin disebut downwind, sedangkan sudu yang melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini yang dapat mengurangi kecepatan rotor

(http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin).

2.3 Gaya Drag dan Lift

(25)

Gambar 2.4 Gaya pada setiap blade

(Sumber : digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-5125-4203109009-bab2.pdf)

Sedangkan gaya lift sangat akrab didengar pada pada teknologi pesawat terbang. Karena gaya lift memiliki arti gaya angkat terhadap permukaan benda yang mengacu pada hukum Newton III aksi dan reaksi. Dalam pesawat terbang, gaya lift dihasilkan oleh permukaan sayap yang merupakan aksi dan dirancang agar tekanan udara di atas permukaan lebih kecil dari bagian bawah yang akhirnya menimbulkan reaksi yaitu gaya angkat (lift). Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap.

(26)

Resultan gaya angkat (lift) akan membantu perputaran baling-baling sedangkan gaya seret (drag) akan melawan perputaran dari baling-baling itu. Ketika gaya angkat nol pada sisi kiri (0 derajat) dan sisi kanan (180 derajat) dimana baling-baling simetris bergerak pararel menuju arah angin, torsi berubah menjadi negatif disekitar posisi ini. Mendekati posisi depan (90

derajat) dan posisi dibelakang (270 derajat), komponen dari gaya angkat (lift) lebih besar dibandingkan gaya seret (drag) sehingga menghasilkan torsi. Torsi total per satu putaran akan bernilai positif jika baling-baling diposisikan pada tempat yang tepat sehingga rotor akan berputar pada arah yang benar.

2.4 Rumus Perhitungan 2.4.1 Daya angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik (http://www.gurumuda.com/energi-potensial-energi-kinetik) :

0,5 . (1) yang dalam hal ini :

m = massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg

m = ρAv (2) v = kecepatan angin, m/s

Energi kinetik angin per satuan waktu :

0,5 , diubah menjadi :

(27)

daya angin,watt

massa jenis udara, kg/ m3

luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, m2

Apabila diasumsikan massa jenis udara 1,2 kg/ maka persamaan (3) di atas dapat disederhanakan menjadi :

0,6 • • (4) Umumnya daya efektif yang dapat diperoleh oleh sebuah kincir angin poros vertikal hanya sebesar 59,3%. Angka ini disebut batas Betz (Betz limit, atas nama ilmuwan Jerman Albert Betz), seperti yang ditunjukan pada gambar 2.5. angka ini secara teori menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor kincir angin tipe sumbu vertikal.

Gambar 2.5 Grafik Betz limit

(28)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya 2.4.2.1 Torsi Statis

Torsi statis dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

• (5) yang dalam hal ini :

Gaya pada poros akibat puntiran ( Newton ) jarak lengan ke poros ( meter )

2.4.2.2 Torsi Dinamis

Torsi dinamis data dihitung dengan menggunakan rumus :

torsi yang dihasilkan dari putaran poros ( ⁄ ) gaya pada poros akibat puntiran

jarak lengan ke poros

2.4.2.3 Daya Output Poros

Perhitungan daya pada gerak melingkar secara umum dirumuskan : P = • (7) yang dalam hal ini :

Torsi dinamis .

(29)

Untuk perhitungan daya output pada kincir angin dapat dinyatakan dengan :

•

• 2₆₀

(8) yang dalam hal ini :

daya putar poros

banyaknya putaran poros tiap menit

2.4.2.4 Daya Generator

Daya yang dihasilkan oleh generator dapat dihitung dengan rumus :

daya generator

tegangan

arus

2.4.3 Tip Speed ratio

Tip speed ratio adalah perbandingan dari kecepatan ujung sudu yang

berputar dengan kecepatan dari aliran udara. Dapat diketahui dengan rumus :

(30)

yang dalam hal ini :

Tip speed rasio

jari – jari kincir

kecepatan aliran angin / putaran poros

Tip speed ratio mempengaruhi besaran koefisien daya. Hubungan ini

digambarkan sebagai berikut :

1. Koefisien daya bergantung pada perbandingan ujung sudu.

2. Ditandai dengan kurva Cp berbanding dengan perbandingan kecepatan ujung sudu – Tip Speed Ratio.

Gambar 2.6 Kurva hubugan Cp – TSR

(sumber:http://practicalaction.org/practicalanswers/product_info.php?products_id=3 71)

2.5 Efisiensi Sistem

Efisiensi sistem dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan

oleh generator ( ) dengan daya yang dihasilkan oleh angin ( ), sehingga

dapat dituliskan sebagai berikut :

(31)

yang dalam hal ini :

efisiensi system %

daya generator

daya angin

2.6 Koefisien Daya

Perhitungan koefisien daya (Cp) pada kincir angin dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( ) dengan

daya teoritis yang disediakan oleh angin ( ), sehingga dapat dituliskan rumusnya sebagai berikut :

• 100% (12) yang dalam hal ini :

koefisien daya kincir %

daya yang dihasilkan oleh kincir

(32)

17 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat penelitian dilakukan di laboratorium konversi energi kampus Sanata Dharma.Pengambilan data dilakukan selama empat jam dalam sehari yaitu pada pukul 18.00 – 23.00 dan dilakukan selama tiga puluh hari yaitu pada tanggal 12 Mei – 7 Juni 2010.

3.2. Peralatan dan Bahan

(33)

Kincir angin poros vertikal dengan sudu mengatup otomatis terdiri dari :

1. Satu buah poros utama (tengah) dengan ukuran panjang 1260 cm, diameter 1,5 inci.

2. Delapan buah bearing dengan kode 6202z.

Gambar 3.2 Poros Utama

(34)

1. Empat buah poros dalam dengan posisi horizontal sebagai penggerak sudu dengan ukuran diameter 2 cm dan panjang 15 cm.

Gambar 3.4 Poros dalam

2. Empat buah pipa besi sebagai poros rotasi sudu yang dihubungkan langsung dengan poros dalam, dan sebagai dudukan untuk sudu dengan ukuran diameter 2 cm dan panjang 24 cm.

Gambar 3.5 Poros dudukan sudu

(35)

4. Sudu kincir dengan 3 variasi ukuran 24 cm x 20 cm, 24 cm x 25 cm, 24cm x 30 cm.

Gambar 3.6 sudu

5. Rangka penahan sudu (stopper).

Pada rangka penahan sudu yang ditunjukan pada gambar 3.7 untuk penahan sudu agar bias membuka dan mengatup secara otomatis.

Gambar 3.7 Stopper

Dalam pengambilan data, peralatan yang digunakan meliputi:

24cm 24cm

24cm

20cm

(36)

1. Wind tunnel

Wind tunnel ditunjukan pada gambar 3.8 Alat ini berfungsi untuk menangkap dan mengumpulkan angin yang disedot oleh fan blower, sekaligus menjadi tempat sirkulasi udara yang digunakan untuk menguji kincir angin.

Gambar 3.8 Wind tunnel 2. Fan blower

Fan yang ditunjukan pada gambar 3.9 ini digerakkan oleh motor berdaya 5,5 kw yang berfungsi menghirup angin yang masuk melalui wind tunel/lorong udara.

(37)

3. Generator

Generator yang ditunjukan pada gambar 3.10 ini berfungsi untuk menghasilkan arus dan tegangan listrik dari energi gerak yang berasal dari putaran poros yang dihasilkan oleh kincir angin. Output yang diperoleh akan digunakan untuk mencari besar nilai daya yang dihasilkan.

Gambar 3.10 Generator

(38)

4. Multimeter

Multimeter yang ditunjukan pada gambar 3.11 ini membantu untuk mengukur besar tegangan dan arus yang dihasilkan generator listrik sesuai beban yang diberikan.

Gambar 3.11 Multimeter

5. Pengukur torsi statis

(39)

Gambar 3.12 Pengukur torsi statis

6. Alat pengukur beban

Alat pengukur beban yang ditunjukan pada gambar 3.13 ini berfungsi sebagai alat pengukur beban yang diberikan terhadap kincir angin.

(40)

7. Stopwatch

Stopwatch yang ditunjukan pada gambar 3.14 ini untuk mencatat waktu pada waktu pengambilan data kincir angin.

Gambar 3.14 Stopwatch

8. Anemometer

Anemometer yang ditunjukan pada gambar 3.15 ini berfungsi untuk mengukur sekaligus mengetahui kecepatan angin.

(41)

9. Rangkaian beban lampu

Rangkaian beban lampu yang ditunjukan pada gambar 3.16 ini berfungsi sebagai beban variatif yang digunakan sekaligus sebagai alat ukur kemampuan dari kincir angin. Beban yang digunakan 8 watt, 16 watt, 24 watt, dan 32 watt.

Gambar 3.16 Beban lampu 10. Tachometer

Tachometer yang ditunjukan pada gambar 3.17 ini berfungsi untuk mengukur putaran poros kincir angin pada saat berputar sebagai kebutuhan data.

(42)

3.3. Variabel penelitian

Beberapa hal yang harus dilakukan dalam variable penelitian : 1. tiga Ukuran sudu : 24 cm x 20 cm, 24 cm x 25 cm, 24 cm x 30 cm,

2. lima variasi kecepatan angin yang dimulai dari 7,8 m/s , 7,5 m/s, 7 m/s, 6,5 m/s, 6 m/s, 5,5 m/s

3. beban lampu yang digunakan : 8w, 16w, 24w.32w

3.4. Variabel yang Diukur

Beberapa hal yang harus dilakukan dalam variable yang akan diukur : 1. Torsi statis (Ts), Torsi dinamis (Td)

2. Tegangan (V) 3. Arus (A)

4. Putaran poros (Rpm) 5. Kecepatan angin (v)

6. Daya angin ( , Daya poros ( , Daya Generator (

7. Koefisien daya kincir (Cp) menggunakan persamaan yang ada.

Untuk pengambilan data, terdiri beberapa langkah pengambilan data yang harus diurutkan untuk memudahkan data yang akan diambil yaitu :

1. Pengambilan data torsi statis,

2. Pengambilan data torsi dinamis dan daya yang dihasilkan oleh kincir.

(43)

Gambar 3.18 Pengambilan data torsi statis

3.5Langkah Penelitian

3.5.1 Pengambilan data torsi statis

Beberapa hal yang harus dilakukan dalam pengambilan data torsi statis 1. Memasang alat pengukur torsi

2. Setelah pengukur terpasang, kemudian memasang kincir angin pada wind tunnel, dan kencangkan baut pemegangnya supaya tidak bergerak.

3. Merangkai anemometer seperti pada gambar untuk mengetahui kecepatan angin di dalam wind tunnel.

Gambar 3.19 Pengambilan data torsi statis

(44)

4. Jika semua sudah siap, menyalakan blower untuk menghembuskan angin ke dalam wind tunnel dan menentukan kecepatan angin dengan merubah keduudukan blower maju-mundur untuk menentukan 5 variasi kecepatan angin (dimulai dari kecepatan yang paling tinggi)

5. Setelah kecepatan angin tercapai, maka pengukuran beban mulai dapat dilakukan dengan menggunakan pasir.

6. Mengulang langkah 1-5 dan pengambilan data dilakukan 5 kali dengan 3 ukuran variasi sudu.

3.5.2 Pengambilan data daya yang dihasilkan kincir

Beberapa hal yang harus dilakukan dalam pengambilan data daya yang dihasilkan kincir :

1. Merangkai kincir angin pada wind tunnel sama seperti pada pengambilan data sebelumnya, namun alat pengukur torsi dilepas.

2. Memasang puli besar yang terdapat di bawah wind tunnel yang berhubungan dengan poros dengan generator.

3. Memasang anemometer seperti pada posisi pengambilan data pertama untuk mengetahui kecepatan angin yang dibutuhkan (5 variasi kecepatan) 4. Merangkai amperemeter secara parallel dengan lampu, dan voltmeter

(45)

Gambar 3.20 Rangkaian alat ukur

5. Setelah semua siap, kemudian menyalakan blower untuk menghembuskan angin ke dalam wind tunnel, dan diatur dengan maju-mundur untuk mendapatkan variasi kecepatan angin.

6. Memulai mengukur tegangan dan arus lampu yang bisa dilihat pada multimeter yang sudah dirangkai sebelumnya, dan diukur juga putaran porosnya menggunakan tachometer.

7. Mencatat data yang diperoleh pada kertas yang sudah dipersiapkan.

(46)

1.5.3 Pengambilan data torsi dinamis

Untuk data torsi dinamis sebenarnya bisa diperoleh dalam satu rangkaian yang digunakan untuk mencari data daya yang dihasilkan kincir.

Alat yang dibutuhkan adalah pengukur pegas dan tali nilon sepanjang 1 m.

Gambar 3.21 Pengambilan data torsi dinamis

1. Memasang alat pengukur pegas pada tempat yang ditentukan.

2. Memasang tali yang dikaitkan ke pengukur pegas terhadap ujung batang pegangan poros generator.

3. Memulai mengambil data secara bersamaan pada saat mengambil data daya yang dihasilkan oleh kincir.

(47)

32 BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

4.1.1. Data gaya pengimbang yang diperoleh pada saat pengamatan untuk menghasilkan torsi statis dengan menggunakan sudu yang berbeda Kecepatan angin dengan variasi mulai dari kecepatan tertinggi kurang lebih 7,8m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir tidak berputar.

Dari hasil penelitian didapatkan data seperti yang ditunjukan pada table 4.1 sampai table 4.18 :

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm.

No Kecepatan Angin (m/s) Massa beban (gram)

1 7,8 850

2 7,8 830

3 7,8 820

4 7,8 840

5 7,8 810

6 7 760

7 7 740

8 7 750

9 7 770

10 7 780

11 6 530

12 6 520

13 6 540

14 6 550

15 6 510

16 5 430

17 5 400

18 5 420

19 5 440

20 5 460

21 4 320

22 4 330

23 4 300

24 4 310

(48)

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm

No Kecepatan Angin (m/s)

Massa beban (gram)

1 7.8 785

2 7.8 795

3 7.8 810

4 7.8 820

5 7.8 825

6 7 745

7 7 750

8 7 730

9 7 735

10 7 740

11 6 680

12 6 660

13 6 650

14 6 655

15 6 670

16 5 580

17 5 575

18 5 555

19 5 565

20 5 560

21 4 420

22 4 435

23 4 440

24 4 450

(49)

Tabel 4.3 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm

No Kecepatan Angin (m/s)

Massa beban (gram)

1 7,8 1500

2 7.8 1480

3 7.8 1390

4 7.8 1350

5 7.8 1330

6 7 1270

7 7 1250

8 7 1230

9 7 1210

10 7 1190

11 6 1020

12 6 990

13 6 950

14 6 930

15 6 900

16 5 820

17 5 800

18 5 780

19 5 750

20 5 730

21 4 680

22 4 660

23 4 630

24 4 600

(50)

4.1.2. Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan sudu yang berbeda.

Kecepatan angin dengan variasi mulai dari kecepatan tertinggi kurang lebih 7,8m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir tidak berputar.Dari hasil penelitian didapatkan data sebagai berikut :

Tabel 4.4 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm tanpa beban

No

Kecepatan

angin Tegangan Arus Putaran

Beban

pengimbang

m/s volt ampere rpm gram

1

7.8

2.25 0 54.4 50

2 2.15 0 54.1 50

3 2.27 0 53.9 50

4 2.21 0 52.8 50

5 2.17 0 53.7 50

6

7.5

2.08 0 49.3 50

7 1.97 0 49 50

8 1.93 0 48.7 50

9 1.81 0 47.3 50

10 1.78 0 47 50

11

7

1.68 0 42.8 50

12 1.63 0 41.6 50

13 1.56 0 40.9 50

14 1.58 0 42.5 50

15 1.65 0 42 50

16

6.5

1.33 0 26.4 45

17 1.25 0 25.6 45

18 1.15 0 25.6 45

19 1.1 0 24.8 45

(51)

No

Kecepatan

Beban

pengimbang

1

7.8

2.62 0 65.1 60

2 2.53 0 62.5 60

3 2.74 0 71.9 60

4 2.68 0 67.2 60

5 2.62 0 64.5 60

6

7.6

2.44 0 61.2 60

7 2.39 0 60.3 60

8 2.36 0 59.5 60

9 2.42 0 58.2 60

10 2.4 0 58.1 60

11

7

2.09 0 46.2 5.5

12 1.9 0 47.5 5.5

13 2.08 0 48.8 5.5

14 2.06 0 50.6 5.5

15 2.03 0 49.8 5.5

16

6.5

1.72 0 39.7 50

17 1.65 0 39.2 50

18 1.63 0 38.8 50

19 1.59 0 40.7 50

20 1.58 0 38.2 50

21

6

0.92 0 24.7 40

22 0.89 0 24.5 40

23 0.85 0 25 40

24 0.84 0 23.7 40

(52)

No

Kecepatan

Beban

pengimbang

1

7.8

3.17 0 78.1 60

2 3.09 0 77.5 60

3 2.95 0 76.7 60

4 2.89 0 76.1 60

5 2.82 0 75.6 60

6

7.5

2.71 0 72.3 60

7 2.7 0 72 60

8 2.68 0 71.8 60

9 2.67 0 70.8 60

10 2.65 0 70 60

11

7

2.59 0 59.7 55

12 2.58 0 59 55

13 2.51 0 58.8 55

14 2.56 0 58.3 55

15 2.49 0 57.4 55

16

6

1.87 0 43.7 45

17 1.85 0 43 45

18 1.81 0 42.8 45

19 1.77 0 41 45

20 1.75 0 40.3 45

21

5.5

1.09 0 31.5 40

22 1.07 0 30.7 40

23 1.05 0 30 40

24 0.97 0 29.7 40

(53)

Tabel 4.7 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm beban 8 watt

No

Kecepatan

Beban

pengimbang

m/s volt ampere rpm Gram

1

7.8

0.97 0.13 52.8 60

2 0.94 0.12 51.6 60

3 0.89 0.13 50.1 60

4 0.87 0.14 48.5 60

5 0.91 0.12 49.6 60

6

7.5

0.89 0.12 46.3 55

7 0.83 0.11 46.1 55

8 0.77 0.12 45 55

9 0.75 0.11 45.3 55

10 0.71 0.13 44.3 55

11

7

1.68 0.1 38.6 55

12 1.63 0.09 37.3 55

13 1.56 0.1 36.5 55

14 1.58 0.11 37.1 55

15 1.65 0.1 35.7 55

16

6.5

0.51 0.02 23.3 50

17 0.5 0.010 23 50

18 0.48 0.02 22.8 50

19 0.49 0.02 24 50

(54)

No

Kecepatan

Beban

pengimbang

1

7.8

1.25 0.18 64.7 65

2 1.13 0.19 63.3 65

3 1.1 0.19 61.3 65

4 1.13 0.2 63.6 65

5 1.11 0.2 65.4 65

6

7.6

1.28 0.17 56.4 60

7 1.23 0.16 56.1 60

8 1.2 0.17 55.3 60

9 1.18 0.16 54.2 60

10 1.17 0.17 53.1 60

11

7

1.18 0.15 45.5 55

12 1.13 0.160 44.3 55

13 1.16 0.18 46.5 55

14 1.16 0.16 45.8 55

15 1.13 0.17 43.1 55

16

6.5

1.09 0.09 37.2 50

17 1.07 0.07 37.1 50

18 1.05 0.07 35.7 50

19 1.06 0.08 34.8 50

20 1.03 0.07 34 50

21

6

0.61 0.04 22.7 45

22 0.59 0.03 22.3 45

23 0.6 0.04 21.6 45

24 0.57 0.03 20 45

(55)

No

Kecepatan

Beban

pengimbang

1

7.8

2.18 0.23 72.5 70

2 2.09 0.22 71.3 70

3 2.03 0.23 71 70

4 1.98 0.24 70.5 70

5 1.95 0.24 70 70

6

7.5

1.76 0.21 68.2 60

7 1.71 0.22 67.7 60

8 1.68 0.21 76 60

9 1.65 0.22 66.8 60

10 1.63 0.21 65.5 60

11

7

1.53 0.18 54.8 60

12 1.5 0.190 54 60

13 1.47 0.18 53.6 60

14 1.45 0.19 52.3 60

15 1.41 0.19 51.6 60

16

6

1.29 0.13 39.1 50

17 1.27 0.14 38.8 50

18 1.24 0.13 37.3 50

19 1.2 0.13 36.2 50

20 1.18 0.14 35.1 50

21

5.5

0.72 0.07 26.7 50

22 0.69 0.08 26 50

23 0.63 0.07 25.3 50

24 0.61 0.07 24.3 50

(56)

No

Kecepatan

angin Tegangan Arus Putaran Beban pengimbang

1

7.8

0.71 0.15 47.1 65

2 0.74 0.16 49.1 65

3 0.78 0.16 46.7 65

4 0.72 0.15 45.7 65

5 0.74 0.150 48.3 65

6

7.5

0.65 0.14 42.3 60

7 0.63 0.12 42 60

8 0.66 0.13 41.3 60

9 0.64 0.14 40.4 60

10 0.61 0.15 39.8 60

11

7

0.45 0.12 34.7 55

12 0.49 0.13 35.9 55

13 0.44 0.13 34 55

14 0.42 0.12 35.5 55

15 0.4 0.12 34.2 55

16

6.5

0.45 0.04 21 50

17 0.43 0.05 20.8 50

18 0.44 0.04 20.3 50

19 0.41 0.05 19.7 50

(57)

No

Kecepatan

1

7.8

0.85 0.24 59.7 65

2 0.84 0.23 58.3 65

3 0.8 0.25 58 65

4 0.83 0.24 57.2 65

5 0.82 0.240 56.4 65

6

7.6

0.79 0.23 50.1 65

7 0.76 0.23 49.5 65

8 0.75 0.24 48.1 65

9 0.77 0.24 47.3 65

10 0.73 0.23 46.3 65

11

7

0.78 0.22 41 60

12 0.74 0.23 42.5 60

13 0.79 0.24 39 60

14 0.76 0.23 38.3 60

15 0.74 0.23 38.2 60

16

6.5

0.97 0.11 33.9 55

17 0.95 0.12 32.7 55

18 0.96 0.11 30.3 55

19 0.93 0.12 31.3 55

20 0.9 0.13 29.1 55

21

6

0.48 0.06 19.5 45

22 0.46 0.06 18.9 45

23 0.47 0.07 17.3 45

24 0.43 0.07 16.8 45

(58)

No

Kecepatan

1

7.8

1.93 0.27 68.7 80

2 1.9 0.28 68.6 80

3 1.87 0.28 67.1 80

4 1.86 0.29 66.3 80

5 1.84 0.290 65.1 80

6

7.5

1.12 0.24 64.3 65

7 1.1 0.25 63.7 65

8 1.08 0.25 62.4 65

9 1.06 0.24 63 65

10 1.04 0.24 62.8 65

11

7

0.99 0.22 50 65

12 0.96 0.23 49.8 65

13 0.95 0.23 49.3 65

14 0.93 0.22 48.6 65

15 0.89 0.22 47.1 65

16

6

0.75 0.2 33.6 55

17 0.73 0.21 33 55

18 0.7 0.21 32.3 55

19 0.68 0.2 31.1 55

20 0.67 0.21 30.6 55

21

5.5

0.53 0.11 22.3 50

22 0.51 0.12 22 50

23 0.49 0.11 21.3 50

24 0.47 0.11 20.8 50

(59)

No

Kecepatan

1

7.8

0.6 0.160 45.3 65

2 0.6 0.15 44.2 65

3 0.7 0.17 43 65

4 0.6 0.18 44.7 65

5 0.6 0.17 43.4 65

6

7.5

0.53 0.15 38.7 60

7 0.5 0.16 38.1 60

8 0.47 0.15 37.3 60

9 0.45 0.16 36.7 60

10 0.43 0.16 35.6 60

11

7

0.39 0.13 33.3 55

12 0.37 0.12 32.4 55

13 0.38 0.13 34.2 55

14 0.37 0.13 35.2 55

15 0.36 0.12 32.5 55

16

6.5

0.35 0.05 18.3 55

17 0.34 0.06 18 55

18 0.33 0.05 17.7 55

19 0.31 0.06 16.3 55

(60)

No

Kecepatan

Beban

pengimbang

1

7.8

0.8 0.260 53.4 70

2 0.79 0.27 53 70

3 0.76 0.29 54.7 70

4 0.71 0.26 53.4 70

5 0.74 0.28 52.7 70

6

7.6

0.74 0.24 45.3 65

7 0.76 0.25 45.1 65

8 0.73 0.25 44.5 65

9 0.7 0.26 43.9 65

10 0.69 0.26 43.1 65

11

7

0.76 0.25 36.3 60

12 0.75 0.26 37.3 60

13 0.73 0.25 38.6 60

14 0.74 0.24 35.6 60

15 0.71 0.25 33.9 60

16

6.5

0.56 0.14 28.7 55

17 0.54 0.16 27.3 55

18 0.52 0.14 28.1 55

19 0.55 0.15 26.3 55

20 0.52 0.15 26.1 55

21

6

0.41 0.08 15.8 45

22 0.4 0.09 14.7 45

23 0.39 0.09 14.3 45

24 0.38 0.08 15.3 45

(61)

No

Kecepatan

1

7.8

1.72 0.32 63.1 85

2 1.7 0.33 62.6 85

3 1.68 0.32 61.3 85

4 1.66 0.34 60.9 85

5 1.63 0.34 60.1 85

6

7.5

0.98 0.27 59.8 70

7 0.92 0.28 59 70

8 0.9 0.28 58.1 70

9 0.87 0.27 57.5 70

10 0.85 0.28 57 70

11

7

0.87 0.25 44.3 65

12 0.85 0.24 43.8 65

13 0.83 0.25 42.1 65

14 0.79 0.26 41.3 65

15 0.77 0.25 41 65

16

6

0.55 0.23 28.6 60

17 0.53 0.23 27.8 60

18 0.5 0.22 26.3 60

19 0.49 0.22 26 60

20 0.48 0.23 25.8 60

21

5.5

0.43 0.14 17.8 55

22 0.41 0.14 16.6 55

23 0.4 0.15 16.1 55

24 0.39 0.15 15.3 55

(62)

No

Kecepatan

1

7.8

0.57 0.17 42.4 65

2 0.52 0.18 41.3 65

3 0.55 0.19 40.5 65

4 0.58 0.18 39.45 65

5 0.56 0.18 40.1 65

6

7.5

0.44 0.16 33.5 60

7 0.39 0.17 32.8 60

8 0.4 0.17 32.1 60

9 0.41 0.18 31.3 60

10 0.38 0.17 31 60

11

7

0.36 0.14 27.3 55

12 0.37 0.150 27 55

13 0.34 0.14 26.4 55

14 0.36 0.13 25.3 55

15 0.35 0.14 24.2 55

16

6.5

0.44 0.07 15.7 55

17 0.39 0.07 15.1 55

18 0.4 0.08 14.6 55

19 0.41 0.07 13.9 55

(63)

No

Kecepatan

1

7.8

0.74 0.3 49.9 70

2 0.73 0.29 48.6 70

3 0.65 0.27 47.1 70

4 0.69 0.28 46.2 70

5 0.74 0.28 45.4 70

6

7.6

0.73 0.29 41.9 65

7 0.7 0.280 40.3 65

8 0.72 0.29 39.6 65

9 0.73 0.29 37.5 65

10 0.68 0.27 37 65

11

7

0.67 0.28 30.3 55

12 0.65 0.27 31.1 55

13 0.63 0.28 30.3 55

14 0.66 0.29 29.6 55

15 0.55 0.26 28.9 55

16

6.5

0.45 0.19 24.3 50

17 0.44 0.18 23.9 50

18 0.45 0.19 22.3 50

19 0.42 0.17 21.8 50

20 0.41 0.19 20.3 50

21

6

0.32 0.11 13.7 45

22 0.3 0.12 12.6 45

23 0.28 0.11 11.3 45

24 0.27 0.13 11 45

(64)

No

Kecepatan

1

7.8

1.64 0.350 58.3 85

2 1.62 0.35 57.1 85

3 1.57 0.36 56.7 85

4 1.53 0.36 56 85

5 1.51 0.36 55.1 85

6

7.5

0.98 0.31 52.1 75

7 0.86 0.300 51.7 75

8 0.84 0.31 50.8 75

9 0.82 0.32 49.6 75

10 0.79 0.32 49.1 75

11

7

0.75 0.28 38.3 70

12 0.73 0.27 38 70

13 0.7 0.28 37.9 70

14 0.68 0.27 36.7 70

15 0.65 0.28 35.1 70

16

6

0.43 0.26 23.8 65

17 0.42 0.25 23 65

18 0.4 0.26 22.1 65

19 0.39 0.25 21.7 65

20 0.36 0.26 20.3 65

21

5.5

0.36 0.16 13.6 60

22 0.35 0.17 13.1 60

23 0.37 0.16 12.7 60

24 0.33 0.16 11.8 60

(65)

Contoh perhitungan untuk kincir angin dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm pada kecepatan angin 7,8 m/s ditunjukan pada sub Bab 4.2 :

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan 4.2.1 Torsi Statis

Torsi statis di hitung dengan menggunakan rumus : •

yang dalam hal ini : : torsi statis, (Nm)

: gaya yang nilainya diambil dari (lampiran), (N)

: jarak lengan pengukur torsi yang tegak lurus terhadap poros kincir yang diketahui berjarak 0,1 m, (m).

Sebagai contoh perhitungan torsi statis diambil data dari table 4.3 no 1 : •

,

(66)

4.2.2 Torsi Dinamis

Cara menghitung torsi dinamis adalah : •

yang dalam hal ini : : torsis dinamis, (Nm)

: gaya yang nilainya diambil dari tabel L6 pada lampiran, (N)

: jarak lengan yang dihitung dari poros kincir menuju ke poros generator yang berjarak 0,3 m, (m).

Sebagai contoh perhitungan diambil data dari L6 pada lampiran no 1 :

,

0,6867 0,6867 0,3 0,21

4.2.3 Luas Penampang Kincir

Kincir angin memiliki luas penampang yang berbentuk persegi panjang, karena dilihat dari posisi sudu saat sudu terbuka dan diambil ukuran panjangnya yang diambil dari diameter kincir dan lebar dari tinggi bentangan sudu, sehingga bisa dirumuskan :

(67)

A : luas penampang kincir , (m2)

D : diameter kincir yang dihitung sebagai panjang kincir = 0,66 m, (m)

t : tinggi bentangan sudu tertinggi , (m)

Gambar 4.1 Penampang Kincir Untuk mencari tinggi bentangan sudu diperoleh dari rumus : Dihitung mulai dari sudu yang berukuran 20x24,

Cos 12⁰ x 20 cm = 19,56 cm

Gambar 4.2 Tinggi bentangan saat sudu 20x24 terbuka Maka :

t = (19,56 x 2) + 5cm = 44,13 cm ≈ 0,44 m D

t 5cm

Lebar sudu

tinggi sudu

(68)

A = D x t = 0,6 m x 0,44 = 0,26 m2

Tinggi bentangan untuk sudu ukuran 25x24, Cos 12⁰ x 25 cm = 24,45 cm

Gambar 4.3 Tinggi bentangan saat sudu 25x24 terbuka Maka :

t = (24,45 x 2) + 5cm = 53cm ≈ 0,53 m A = D x t = 0,6 m x 0,53 = 0,318 m2

Tinggi bentangan untuk sudu ukuran 30x24, Cos 12⁰ x 30 cm = 29,34 cm

Gambar 4.4 Tinggi bentangan saat sudu 30x24 terbuka

Maka :

t = (29,34 x 2) + 5cm = 63,6 cm ≈ 0,63 m

A = D x t = 0,6 m x 0,63 = 0,38 m2 Tinggi

yang dicari

(69)

4.2.4 Daya Angin Yang Diterima Cara menghitung daya angin adalah :

0,5 yang dalam hal ini :

Pin : daya angin , (watt)

ρ : massa jenis udara , (kg/m3)

A : luas permukaan penampang kincir yang terkena angin, (m2)

V : kecepatan angin , (m/s).

Diasumsikan untuk massa jenis udara memiliki nilai : 1,2 kg/m3 , maka: 0,6

Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari L6 pada lampiran sudu ukuran 30x24 kecepatan angin 7,8 mm/s :

0,6

(70)

4.2.5 Daya Poros

Cara menghitung daya poros adalah : 2п

yang dalam hal ini : : daya poros , (watt)

n : putaran poros, (rpm)

: torsi dinamis pada poros , (Nm)

contoh perhitungan diambil data penelitian dari L6 pada lampiran no 1: 2п 60

2 3,14 72,5₆₀ 0,21

1,56

4.2.6 Daya Generator dan Efisiensi Sistem Cara menghitung daya generator adalah :

Keterangan :

: daya generator ,(watt) : tegangan, (volt) : arus ,(ampere)

contoh perhitungan diambil data penelitian dari L6 pada lampiran no 1 :

(71)

4.2.6Efisiensi Sistem :

Cara menghitung efisiensi sistem adalah 100℅

yang dalam hal ini : : efisiensi sistem , (℅)

Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari L6 pada lampiran untuk ukuran sudu 30x24 :

100℅

0,501

107,63 100℅ 0,48 ℅

4.2.7 Koefisien Daya (Cp)

Cara menghitung koefisien daya adalah : 100℅

Keterangan :

: koefisien daya , (℅)

Sebagai contoh perhitungan data diambil dari L6 pada lampiran no 1 : 100℅

1,56

(72)

4.2.8 Tip Speed Ratio

Cara menghitung TSR adalah : 2п

60 yang dalam hal ini : TSR : tip speed ratio

r : jari jari kincir

n : putaran poros kincir, (rpm)

V : kecepatan angin, (m/s)

Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari L6 pada lampiran sudu ukuran 30x24 kecepatan 7,8 m/s :

(73)

4.3 Grafik Hasil Perhitungan

Dari hasil perhitungan yang sudah dilakukan dibuatlah grafik sebagai berikut : a. Grafik hubungan antara Torsi statis dengan kecepatan angin

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan torsi statis

Gambar 4.5 menjelaskan tentang hubungan kecepatan angin dengan torsi statis yang diperoleh melalui penelitian. Dijelaskan bahwa semakin tinggi kecepatan angin torsi yang diperoleh semakin besar. Pada grafik diperoleh torsi yang terbesar (1,47 Nm) dimiliki oleh sudu ukuran 30x24 pada kecepatan angin7,8 m/s. Dan maksud torsi statis ini adalah untuk mengetahui seberapa besar kekuatan kincir / kemampuan kincir terhadap kecepatan angin.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 2 4 6 8 10

Torsi St a ti s (N/m)

Kecepatan Angin (m/s)

20 x 24

25 x 24

(74)

b. Grafik hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan TSR 1. Tanpa beban tambahan

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada tanpa beban tambahan

Grafik 4.6 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip Speed Ratio pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik Tip Speed Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,38℅ dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,81 ℅.

2. Beban tambahan 8 watt

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 8 watt 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Cp ℅ TSR 20x24 25x24 30x24 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

(75)

Grafik 4.7 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip Speed Ratio pada variasi beban tambahan 8 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,42 ℅ dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,82 ℅.

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 16 watt

Grafik 4.8 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip Speed Ratio pada variasi beban tambahan 16 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,54 ℅ dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 071 ℅.

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

(76)

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 24 watt

Grafik 4.9 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip Speed Ratio pada variasi beban tambahan 16 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,50 ℅ dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,67 ℅.

Gambar 4. 10 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 32 watt

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Cp ( ℅ ) TSR 20x24 25x24 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

(77)

Grafik 4.10 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip Speed Ratio pada variasi beban tambahan 32 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,38 ℅ dan koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,56℅.

c. Grafik hubungan daya poros dengan kecepatan angin 1. Tanpa beban tambahan

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada tanpa beban tambahan

Grafik 4.11 menunjukkan hubungan antara Daya poros dengan kecepatan angin pada variasi tanpa beban tambahan. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x24 yaitu 1,42 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dan daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 20x24 yaitu 0,35 watt pada kecepatan angin 6,5 m/s.

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

0 2 4 6 8 10

Daya po ros (watt)

Kecepatan angin (m/s)

20x24

25x24

(78)

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada beban tambahan 8 watt

Gambar 4.13 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada beban tambahan 16 watt

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

0 2 4 6 8 10

Da ya po ro s (watt)

Kecepatan angin (m/s)

20x24 25x24 30x24 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

0 2 4 6 8 10

Daya po ro s (w a tt)

20x24

25x24

(79)

Gambar 4.14 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada beban tambahan 24 watt

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

0 2 4 6 8 10

Daya po ro s (watt)

20x24

25x24

(80)

Gambar 4.15 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin pada beban tambahan 32 watt

4.4 Pembahasan

Pada penelitian tugas akhir ini diketahui cara kerja sudu adalah membuka dan mengatup secara otomatis yang bekerja dengan adanya tiupan angin. Saat posisi sudu terbuka berarti itulah sudu yang menerima angin dan secara otomatis sudu yang sejajar dalam satu poros posisinya mengatup. Posisi yang mengatup ini memiliki tujuan untuk mengurangi kerugian pada saat kincir angin berputar karena melawan arah angin.

Sesuai dengan prinsip kerjanya, dari hasil tiupan angin yang memutar kincir lalu meneruskan energi yang diterima ke poros dan akhirnya diteruskan ke generator dan menghasilkan listrik.

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

0 2 4 6 8 10

Daya po ros (watt)

20x24

25x24

(81)

Diperoleh data dari hasil penelitian, dilihat untuk daya dan koefisien daya terlebih dahulu. Daya poros yang dihasilkan tergolong kecil, yaitu maksimal diperoleh 1,56 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s dengan ukuran sudu 30x24. Dan untuk koefisien daya (CP) terbesarnya diperoleh 1,03 ℅ pada kecepatan angin 5,5 m/s dengan ukuran sudu 30x24.

Untuk perhitungan TSR dan koefisien daya diperoleh koefisien daya terbesar adalah 1,54 ℅ pada TSR 0,32 dengan ukuran sudu 30x24 dan pada kecepatan angin 7,8 m/s. Nilai TSR sangat dipengaruhi oleh jari-jari kincir angin.

Terdapat banyak faktor yang dapat menentukan besar kecilnya nilai daya pada kincir. Salah satunya adalah mengurangi rugi rugi gesekan dengan mengganti bantalan yang sudah seret. Poros kincir yang oleng juga mempengaruhi, karena putaran kincir yang dihasilkan tidak stabil. Sudut yang ditentukan pada saat mengatup juga mempengaruhi, karena berpengaruh terhadap besar kecilnya permukaan yang diterima angin.

Putaran poros (rpm) yang diperoleh relative kecil yaitu antara 23,8rpm pada kecepatan angin 5,5 m/s (sudu 30x24) hingga 78,1 rpm pada kecepatan angin 7,8 m/s (sudu 30x24).

(82)

67 5.1 Kesimpulan

Dari data yang diperoleh dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :

1. Model kincir angin dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm menghasilkan torsi statis 0,83 Nm pada kecepatan angin 7,8 m/s. Daya yang di hasilkan sebesar 0,98 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s, dan koefisien daya 1,30 ℅ pada TSR 0,24.

2. Model kincir angin dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm menghasilkan torsi statis 0,79 Nm pada kecepatan angin 7,8 m/s. Daya yang di hasilkan sebesar 1,30 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s, dan koefisien daya 1,41 ℅ pada TSR 0,29.

3. Kincir angin dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm menghasilkan torsi statis 1,47 Nm pada kecepatan angin 7,8 m/s. Daya yang di hasilkan sebesar 1,69 watt pada kecepatan angin 7,8 m/s, dan koefisien daya 1,57 ℅ pada TSR 0,35.

4. Semakin besar kecepatan angin dan luas penampang sudu, maka torsi dan daya nilainya akan semakin besar.

(83)

5.2 SARAN

Beberapa hal penting yang bisa menjadi saran untuk penelitian berikutnya : 1. Jika ingin melakukan penambahan sekat, sebaiknya digunakan bahan yang

lebih ringan untuk mencegah penambahan berat yang berpengaruh terhadap putaran poros.

2. Bantalan bearing wajib dicek, untuk menghindari bearing seret sehingga poros tidak berputar maksimal.

3. Dalam pembuatan kincir, poros pada kincir harus lurus jangan sampai bengkok sedikit. Karena putaran poros nanti tidak akan stabil.

(84)

69

Boyle, G., Renewable Energy, Oxford university Press : New York, 2004

Nugraha,E.S.,Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Empat Sudu Datar Empat Ruang Yang Dapat Membentang Dan Mengatup Secara Otomatis, FST-

Universitas Sanata Dharma :Yogyakarta, 2010

“http://aerostellar.quasar.co.id/index.php/perkiraan-kecepatan-angin”

“http://bankskripsi.com/pemanfaatan-turbin-angin-dua-sudu-sebagai-penggerak-mula-alternator-pada-pembangkit-listrik-tenaga-angin.pdf.doc.htm”

“http://educationmachine.blogspot.com/2010/01/ayo-kita-coba-mengenal-turbin.html”

“http://fauzankamal.blogspot.com/2010/01/diterjemahkan-secara-bebas-dengan_1440.html ( gaya drag pada pesawat )”

“http://id.wikipedia.org/wiki/Daftar_pembangkit_listrik_di_Indonesia”

“http://practicalaction.org/practicalanswers/product_info.php?products_id=371 ( hubungan CP dan TSR)”

“http://renewableenergyindonesia.wordpress.com/2008/03/05/pembangkit-listrik-tenaga-angin”

“http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/795--pembangkit-listrik-tenaga-angin-menjadi-solusi.html”

(85)

(86)

1 7.8

8.3385 0.83385

2 7.8

8.1423 0.81423

3 7.8

8.0442 0.80442

4 7.8

8.2404 0.82404

5 7.8

7.9461 0.79461

6 7

7.4556

0.74556

7 7

7.2594

0.72594

8 7

7.3575

0.73575

9 7

7.5537

0.75537

10 7

7.6518

0.76518

11 6

5.1993

0.51993

12 6

5.1012

0.51012

13 6

5.2974

0.52974

14 6

5.3955

0.53955

15 6

5.0031

0.50031

16 5

4.2183

0.42183

17 5 3.924 0.3924

18 5

4.1202

0.41202

19 5

4.3164

0.43164

20 5

4.5126

0.45126

21 4

3.1392

0.31392

22 4

3.2373

0.32373

23 4 2.943 0.2943

24 4

3.0411

0.30411

25 4

2.8449

0.28449

(87)

1 7.8 7.70085

0.77009

2 7.8 7.79895

0.7799

3 7.8 7.9461

0.79461

4 7.8 8.0442

0.80442

5 7.8 8.09325

0.80933

6 7 7.30845

0.73085

7 7 7.3575

0.73575

8 7 7.1613

0.71613

9 7 7.21035

0.72104

10 7 7.2594

0.72594

11 6 6.6708

0.66708

12 6 6.4746

0.64746

13 6 6.3765

0.63765

14 6 6.42555

0.64256

15 6 6.5727

0.65727

16 5 5.6898

0.56898

17 5 5.64075

0.56408

18 5 5.44455

0.54446

19 5 5.54265

0.55427

20 5 5.4936

0.54936

21 4 4.1202

0.41202

22 4 4.26735

0.42674

23 4 4.3164

0.43164

24 4 4.4145

0.44145

25 4 4.2183

0.42183

(88)

1 7.8 14.715

1.4715

2 7.8 14.5188

1.45188

3 7.8 13.6359

1.36359

4 7.8 13.2435

1.32435

5 7.8 13.0473

1.30473

6 7 12.4587

1.24587

7 7 12.2625

1.22625

8 7 12.0663

1.20663

9 7 11.8701

1.18701

10 7 11.6739

1.16739

11 6 10.0062

1.00062

12 6 9.7119

0.97119

13 6 9.3195

0.93195

14 6 9.1233

0.91233

15 6 8.829

0.8829

16 5 8.0442

0.80442

17 5 7.848

0.7848

18 5 7.6518

0.76518

19 5 7.3575

0.73575

20 5

7.1613

0.71613

21 4

6.6708

0.66708

22 4

6.4746

0.64746

23 4

6.1803

0.61803

24 4

5.886

0.5886

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)