Tiga model kincir angin american multi-blade sebelas sudu dari bahan dasar aluminium dengan pitch angle 10, 20 dan 30 derajat

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. TIGA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE SEBELAS SUDU DARI BAHAN DASAR ALUMINIUM DENGAN PITCH ANGLE 100, 200 DAN 300. SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin. Oleh : WAHYU BAYU AJI NIM : 115214007. PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. THREE MODELS OF ELEVEN BLADES OF AMERICAN MULTI-BLADE WIND MILL MADE FROM ALUMINUM MATERIAL WITH 100, 200 AND 300 PITCH ANGLE. FINAL PROJECT Presented as partial fullfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering. By : WAHYU BAYU AJI Student Number: 115214007. MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015. ii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. INTISARI Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk maka kebutuhan akan energi pun akan semakin meningkat. Meningkatnya kebutuhan energi ternyata tidak diimbangi dengan sumber daya fosil yang semakin berkurang. Energi angin adalah sumber energi terbarukan yang murah dan mudah untuk dimanfaatkan, untuk memanfaatkan energi angin diperlukan alat untuk mengkonversi energi kinetik dari angin menjadi energi mekanik yaitu kincir angin. Unjuk kerja kincir angin dipengaruhi oleh salah satunya yaitu pitch angle. Karena itu diperlukan penelitian yang bertujuan menyelidiki unjuk kerja dari tiga model kincir angin American multiblade. Model-model kincir angin yang diteliti adalah model kincir sebelas sudu dengan bahan dasar aluminium berdiameter 80 cm dengan variasi pitch angle 100, 200 dan 300. Penelitian dilakukan menggunakan terowongan angin (wind tunnel) yang ada pada Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogjakarta. Data yang diambil saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran kincir dan gaya pengimbang torsi. Dari data tersebut dapat dihitung daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio (TSR) untuk setiap model kincir angin yang diteliti. Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan pitch angle 100 menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 4,8% pada tip speed ratio optimal 0,85. Model kincir angin dengan pitch angle 200 dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 11,6% pada tip speed ratio optimal 1,0. Untuk model kincir angin dengan pitch angle 300 dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 16,8% pada tip speed ratio optimal 0,92. Dari ketiga model kincir angin, model kincir angin dengan pitch angle 300 adalah yang terbaik dengan menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 16,8% pada tip speed ratio optimal 0,92.. Kata kunci: American multi-blade, koefisien daya, dan tip speed ratio.. vii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. KATA PENGANTAR. Puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan sebaik-baiknya. Tugas akhir ini adalah salah satu syarat yang wajib diselesaikan bagi setiap mahasiswa program studi Teknik Mesin. Tugas akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat kelulusan untuk mendapat gelar sarjana S-1 untuk Program Studi Teknik mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini penulis mendapat banyak bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. PK. Purwadi, S.T. ,M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA 5. R.B. Dwiseno Wihadi, S.T., M.si. dan Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Kepala Laboratorium Proses Produksi dan Konversi Energi. 6. Pak Intan dan pak Martono selaku Laboran Laboratorium Proses Produksi dan Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.. viii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR ISI. HALAMAN JUDUL............................................................................................. i TITLE PAGE ........................................................................................................ ii HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI.............................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR................................................... v LEMBAR PUBLIKASI ........................................................................................ vi INTISARI.............................................................................................................. vii KATA PENGANTAR .......................................................................................... viii DAFTAR ISI......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii DAFTAR TABEL................................................................................................. xv. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 2 1.3 Tujuan ............................................................................................................. 3 1.4 Batasan Masalah.............................................................................................. 3 1.5 Manfaat ........................................................................................................... 3 BAB II DASAR TEORI 2.1 Angin............................................................................................................... 5 2.2 Energi Angin ................................................................................................... 5 2.3 Kincir Angin ................................................................................................... 5 2.3.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal .................................................................. 6 2.3.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ...................................................................... 10 2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR ................................................... 13 2.5 Rumus Perhitungan ......................................................................................... 13. x.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. 2.5.1 Rumus Energi Kinetik.................................................................................. 13 2.5.2 Rumus Torsi ................................................................................................. 15 2.5.3 Rumus Daya Kincir...................................................................................... 15 2.5.4 Rumus tip speed ratio .................................................................................. 16 2.5.5 Rumus Koefisien Daya ................................................................................ 17. BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................................. 18 3.2 Bahan-bahan.................................................................................................... 19 3.3 Alat-alat........................................................................................................... 19 3.4 Prosedur Pembuatan Kincir Angin ................................................................. 21 3.5 Variabel Penelitian .......................................................................................... 23 3.6 Variable Yang Diukur ..................................................................................... 24 3.7 Variabel Yang Dihitung .................................................................................. 24 3.8 Pengujian dan Pengambilan Data ................................................................... 25 3.9 Pengolahan Data.............................................................................................. 26. BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Percobaan................................................................................................ 28 4.2 Perhitungan ..................................................................................................... 30 4.2.1 Perhitungan Daya Angin .............................................................................. 30 4.2.2 Daya Kincir .................................................................................................. 30 4.2.3 Tip speed ratio ............................................................................................. 32 4.2.4 Koefisien Daya Kincir.................................................................................. 32 4.3 Data Hasil Perhitungan ................................................................................... 32 4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan..................................................... 34 4.5 Grafik koefisien daya dan tip speed ratio untuk Tiga Variasi Percobaan....... 42. xi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 44 5.2 Saran................................................................................................................ 45 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 46 LAMPIRAN.......................................................................................................... 47. xii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR GAMBAR. Gambar 2.1 upwind dan downwind wind turbine ................................................. 7 Gambar 2.2 Kincir angin Propeller ....................................................................... 8 Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade................................................... 9 Gambar 2.4 Kincir angin Savonius ....................................................................... 11 Gambar 2.5 Kincir angin Darrieus ........................................................................ 11 Gambar 2.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir ................................................ 13 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...................................................................... 18 Gambar 3.2 Terowongan angin............................................................................. 20 Gambar 3.3 Mekanisme pengereman(kiri) dan neraca pegas (kanan) .................. 21 Gambar 3.4 Desainsudu kincir dan ukurannya ..................................................... 22 Gambar 3.5 Sudu kincir yang sudah disatukan dengan aluminium profil U ........ 23 Gambar 3.6 Bentuk jadi kincir angin yang diuji ................................................... 24 Gambar 3.7 Skema alat pengujian ........................................................................ 26 Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir dengan pitch angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,6 m/s ........................ 35 Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir dengan pitch angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,6 m/s....................... 35 Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio pada kincir dengan pitch angle 100 ...................................................................... 36 Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir dengan pitch angle 200 pada kecepatan angin rerata 8,53 m/s ...................... 37 Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir dengan pitch angle 200 pada kecepatan angin rerata 8,53 m/s...................... 38 Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya(Cp) dengan tip speed ratio pada kincir dengan pitch angle 200............................................................ 38 Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir dengan xiii.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. pitch angle 300 pada kecepatan angin rerata 8,52 m/s ...................... 40 Gambar 4.8 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir dengan pitch angle 300 pada kecepatan angin rerata 8,52 m/s2 ..................... 40 Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio pada kincir dengan pitch angle 300 ....................................................................... 41 Gambar 4.10 Hubungan koefisien daya dan tip speed ratio 3 model kincir angin yang diteliti ........................................................................................ 43. xiv.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data percobaan kincir dengan pitch angle 100...................................... 28 Tabel 4.2 Data percobaan kincir dengan pitch angle 200...................................... 28 Tabel 4.3 Data percobaan kincir dengan pitch angle 300...................................... 29 Tabel 4.4 Data perhitungan kincir dengan pitch angle 100 ................................... 33 Tabel 4.5 Data perhitungan kincir dengan pitch angle 200 ................................... 33 Tabel 4.6 Data perhitungan kincir dengan pitch angle 300 ................................... 34. xv.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk di Indonesia mengakibatkan kebutuhan energi semakin meningkat. Tetapi meningkatnya kebutuhan energi tidak diimbangi dengan sumber daya fosil yang semakin berkurang. Menurut data Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) tahun 2005 mengatakan bahwa cadangan minyak bumi di Indonesia akan habis pada tahun 2023 sedangkan untuk gas alam akan habis dalam kurun waktu 40 tahun dan batubara 38 tahun. Karena itu dibutuhkan sumber energi alternatif untuk mengurangi penggunaan sumber daya fosil terutama sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Terdapat banyak sumber daya alternatif yang dapat dikembangkan seperti energi angin, energi air, energi surya, energi panas bumi dan lain sebagainya. Dari sekian banyak energi alternatif yang ada, energi angin adalah energi yang paling mudah dimanfaatkan karena angin ada dimana-mana dan melimpah sehingga mudah didapatkan dan biaya yang dibutuhkan tidak terlalu mahal. Untuk menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan energi angin dibutuhkan sebuah kincir angin untuk mengubah energi potensial dari angin menjadi energi mekanik yang memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik. Terdapat banyak jenis dan karakteristik kincir angin yang sudah dikembangkan secara global. Secara umum jenis-jenis kincir angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan posisi porosnya terhadap permukaan bumi, yaitu. 1.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2. kincir angin dengan sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) dan kincir angin dengan sumbu horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). Kincir angin American multi-blade termasuk dalam jenis kincir angin sumbu horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT), kincir angin American multi-blade adalah kincir angin yang mudah berputar atau mampu bekerja dengan kecepatan angin yang rendah dan menghasilkan torsi yang cukup besar. Dalam memanfaatkan energi angin, besar kemiringan sudu (pitch angle) pada kincir angin akan mempengaruhi gaya lift dan drag yang dihasilkan oleh energi angin. Penelitian model kincir angin jenis American multi-blade dengan variasi pitch angle ini diharapkan dapat menemukan efisiensi terbaik dari modelmodel kincir angin yang diteliti. 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang diatas maka permasalahan yang muncul adalah: 1.. Energi angin adalah salah satu sumber energi yang berlimpah, murah, ramah lingkungan dan memiliki potensi yang baik tetapi belum dimanfaatkan secara optimal di Indonesia.. 2.. Perlu mendesain kincir angin yang sesuai dengan potensi energi angin yang tersedia di suatu tempat serta pemilihan material bahan yang tepat sehingga dapat meningkatkan efisiensi yang dihasilkan oleh kincir angin.. 3.. Perlu diketahui nilai koefisien daya dan tip speed ratio untuk beberapa variasi pitch angle kincir angin American multi-blade.. 4.. Perlu diketahui pengaruh penambahan kerapatan sudu pada unjuk kerja dari kincir angin yang diteliti..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1.. Merancang dan membuat model kincir angin American multi-blade 11 sudu dengan bahan sudu aluminium berdiameter 80 cm dengan variasi pitch angle 100, 200 dan 300.. 2.. Mengetahui koefisien daya dan tip speed ratio untuk ketiga variasi model kincir angin yang akan dibuat.. 3.. Mengetahui model kincir angin American multi-blade yang memiliki unjuk kerja terbaik dari tiga model yang diteliti.. 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah yang ada pada penelitian ini adalah: 1.. Model kincir angin yang digunakan adalah American multi-blade 11 sudu berbahan aluminium dan berdiameter 80 cm.. 2.. Penelitian dilakukan dengan menggunakan terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.. 3.. Variasi dari penelitian adalah besarnya sudut kemiringan pada sudu (pitch angle) sebesar: 100, 200 dan 300.. 4.. Data yang diambil saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah: 1.. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir angin American multi-blade berbahan aluminium..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4. 2.. Memberikan manfaat bagi berkembangnya teknologi energi terbarukan di Indonesia, khususnya energi angin.. 3.. Sebagai sumber referensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi energi angin yang besar yang ingin memberdayakan energi terbarukan..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB II DASAR TEORI 2.1 Angin Angin adalah udara yang bergerak dari suatu tempat yang bertekanan udara tinggi ketempat lain yang bertekanan udara rendah. Permukaan bumi senantiasa mendapatkan pemanasan yang berbeda disetiap tempat, karena tekanan udara disetiap tempat berbeda pula, kondisi ini menimbulkan gerakan angin yang berbeda-beda arah dan kecepatannya. Alat untuk mengukur kecepatan angin adalah Anemometer. 2.2 Energi angin Energi angin adalah salah satu jenis sumber energi terbarukan yang potensial untuk menghasilkan energi listrik maupun mekanik melalui proses konversi energi kinetik dari angin menjadi energi mekanik dan selanjutnya ke energi listrik. Energi kinetik yang terdapat pada angin dapat diubah menjadi energi mekanik untuk memutar peralatan (pompa piston, penggilingan, dan lain-lain). Sementara itu, pengolahan selanjutnya dari energi mekanik yaitu untuk memutar generator yang dapat menghasilkan listrik. Kedua proses pengubahan ini disebut konversi energi angin, sedangkan sistem atau alat yang melakukannya disebut SKEA (Sistem Konversi Energi Angin). 2.3 Kincir Angin kincir angin adalah sebuah alat yang mampu mengkonversi energi kinetik dari angin menjadi energi mekanik atau dalam arti lain yaitu alat untuk. 5.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6. menangkap angin atau memperoleh energi angin yang dapat dipergunakan untuk menumbuk biji-bijian, memompa air atau dikonversikan menjadi energi listrik. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di Belanda, Denmark dan negaranegara Eropa lainnya yang digunakan sebagai sistem irigasi, menumbuk hasil pertanian dan menggiling gandum, istilah yang dipakai pada saat itu adalah windmill.. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi. kebutuhan listrik masyarakat dengan mengubah energi mekanik yang dihasilkan dari energi angin menjadi energi listrik yang biasa disebut dengan turbin angin. Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibelakang bagian turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua jenis, yaitu: kincir angin dengan sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) dan kincir angin dengan sumbu horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). 2.3.1 Kincir angin Sumbu Horisontal Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) merupakan kincir angin yang sumbu rotasi rotornya sejajar terhadap permukaan tanah. Kincir angin sumbu horizontal memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara dan diarahkan menuju arah datangnya angin untuk dapat memanfaatkan energi angin. Rotor turbin angin kecil diarahkan menuju.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7. arah datangnya angin dengan menggunakan ekor yang terdapat pada sisi belakang kincir, sedangkan kincir angin besar umumnya menggunakan sensor angin dan motor yang digunakan untuk mengubah rotor kincir mengarah pada angin. Berdasarkan prinsip aerodinamis, rotor turbin angin sumbu horizontal mengalami gaya lift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih besar dari gaya drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift, Kincir angin sumbu horisontal dapat dibedakan dalam dua varietas dasar, yakni upwind dan downwind (Gambar 2.1). Perbedaan dari kedua jenis ini hanyalah arah datangnya angin yang akan melewati kincir, untuk upwind arah angin datang dari depan kincir sedangkan untuk downwind arah angin berasal dari belakang kincir angin.. Gambar 2.1 upwind dan downwind wind turbine (sumber: http://www.cleanenergybrands.com/). Beberapa jenis turbin angin sumbu horisontal yang telah banyak dikenal diantaranya:.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 8. 1.. Kincir angin Propeller Kincir angin Propeller adalah kincir angin sumbu horizontal yang memiliki. jumlah blade yang relatif lebih sedikit dibandingkan kincir angin sumbu horizontal lainnya seperti American multi-blade.. Gambar 2.2 Kincir angin Propeller. (sumber: www.bombayharbor.com) 2.. Kincir angin American multi-blade Kincir angin jenis American multi-blade adalah kincir angin yang. memiliki jumlah blade relatif lebih banyak dibandingkan dengan kincir angin sumbu horizontal lainnya seperti Propeller. Kincir angin jenis ini mampu berputar pada kecepatan angin rendah dan dapat menghasilkan torsi yang besar. Kincir angin sumbu horisontal memiliki beberapa kelebihan diantaranya adalah: a.. Sudu-sudu berada di samping pusat gravitasi kincir, sehingga membantu stabilitas kincir.. b.. Menara yang tinggi memungkinkan kincir mendapatkan angin yang kuat dan smooth, karena terhindar dari kawasan turbulensi yang terjadi dekat dengan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 9. permukaan tanah. c.. Kincir angin sumbu horisontal dapat dibuat dengan kemampuan wing warp, sehingga pitch angle sudu-sudu turbin dapat diatur agar ditetapkan pada harga yang paling baik.. d.. Menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan kincir angin sumbu vertikal.. e.. Kincir angin sumbu horisontal dapat dibuat dengan kemampuan pitch control untuk sudu-sudunya, sehingga dapat menghindari kerusakan bisa terserang badai.. Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade (www.en.wikipedia.org) Selain memiliki kelebihan kincir angin sumbu horisontal juga memiliki kekurangan, yakni: a.. Menara-menara yang tinggi dan sudu-sudu yang panjang (mencapai hingga 60 m) sulit untuk diangkut ditempat pendirian kincir..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 10. b.. kincir angin sumbu horisontal sulit untuk dipasang karena memerlukan crane yang sangat tinggi dan mahal dan operator-operatur yang ahli.. c.. Kincir angin sumbu horisontal sulit dioperasikan dekat dengan permukaan tanah karena adanya angin turbolen.. d.. Kincir membutuhkan mekanisme kontrol tambahan untuk membelokkan kincir ke arah datangnya angin.. e.. Varian-varian downwind mengalami kelelahan dan kegagalan struktural yang disebabkan oleh turbulensi.. 2.3.2 KincirAngin SumbuVertikal Kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) merupakan kincir angin yang sumbu rotasi rotornya tegak lurus terhadap permukaan tanah dan kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin sumbu horisontal. Beberapa jenis kincir angin sumbu vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya: 1.. Kincir angin Savonius Kincir angin Savonius adalah. kincir. angin. sumbu. vertikal. yang. memanfaatkan gaya drag dari angin. Kincir angin Savonius ini menghasilkan torsi yang besar. Kincir angin jenis ini dapat menerima angin dari segala arah..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 11. Gambar 2.4 Kincir angin Savonius (www.cleangreenenergyzone.com) 2.. Kincir angin Darrieus Kincir angin Darrieus adalah kincir angin sumbu vertikal berbentuk aerofoil. dan memanfaatkan gaya lift dari angin. Kincir angin ini dapat menerima angin dari segala arah.. Gambar 2.5 Kincir angin Darrieus (http://img.bhs4.com).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 12. Kelebihan dari kincir angin poros vertikal diantaranya adalah: a.. Kincir angin sumbu vertikal menerima angin dari segala arah sehingga tidak perlu diubah posisinya jika arah angin berubah, tidak seperti kincir angin sumbu horizontal yang memerlukan mekanisme tambahan untuk menyesuaikan rotor turbin dengan arah angin.. b.. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar dan tinggi.. c.. Konstruksi kincir lebih sederhana.. d.. Kincir angin sumbu vertikal dapat didirikan dekat dengan permukaan tanah, sehingga memungkinkan menempatkan komponen mekanik dan komponen elektronik yang mendukung beroperasinya turbin.. e.. Perawatan lebih mudah karena sebagian besar komponennya terletak dekat dengan permukaan tanah.. Selain memiliki kelebihan, kincir angin sumbu vertikal juga memiliki kelemahan, yakni: a.. Tinggi dan swept area lebih terbatas dibanding dengan turbin angin sumbu horisontal.. b.. Memerlukan permukaan tanah yang relatif datar sehingga tidak cocok didirikan ditempat-tempat yang terlalu curam.. c.. Kebanyakan kincir angin sumbu vertikal hanya menghasilkan energi dengan efisiensi sekitar 50% dari efisiensi yang dapat dihasilkan oleh kincir angin sumbu horisontal..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 13. 2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR Menurut Albert Betz seorang ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.5 dan nama untuk batas maksimal tersebut dengan Betz limit.. Gambar 2.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir (Sumber: www.intechopen.com). 2.5 Rumus Perhitungan Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk perhitungan dan analisis kincir angin yang akan diteliti. 2.5.1 Rumus Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Energi kinetik pada angin adalah energi yang dimiliki angin ketika angin itu bergerak, dimana dapat dirumuskan:.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 14. =. dengan :. 1 2. .. (1). Ek = Energi kinetik m = masa udara v = kecepatan angin Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut: =. 1 ̇. 2. (2). dengan: Pin = daya angin (watt) ṁ = masa udara yang mengalir persatuan waktu (kg/s) v = kecepatan angin sedangkan untuk ṁ dapat dicari dengan rumus sebagi berikut: ̇ =. . .. (3). dengan : ρ = masa jenis udara (kg/m3) A = luas penampang sudu (m2) Dengan menggunakan persamaan (3) maka daya angin Pin dapat dirumuskan menjadi =. 1 ( . . ) 2.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 15. yang dapat disederhanakan menjadi :. = 2.5.2 Rumus Torsi. 1 ( . . 2. ). (4). Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sumbu kincir. Torsi dapat dihitung dengan mengkalikan gaya pembebanan (F) dengan jarak lengan torsi ke poros (r). Perhitungan torsi dapat dituliskan sebagai berikut : (5). = .. dengan: F = gaya pembebanan (N) r = jarak lengan torsi ke poros (m) 2.5.3 Rumus Daya Kincir. Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Pada umumnya persamaan daya gerak melingkar dapat dituliskan sebagai berikut: (6). = . dengan : T = torsi (N.m) ω = kecepatan sudut, dapat diperoleh dari: =. 2 60. /.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16. n = kecepatan putar poros kincir permenit , (rpm) Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dapat dirumuskan sebagai berikut: = .. =. /. 30. (7). dengan: Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt) n. = putaran poros (rpm). 2.5.4 Rumus Tip Speed Ratio Tip speed ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin. Kecepatan diujung sudu dapat dirumuskan sebagai : =. .. dengan : vt = kecepatan ujung sudu ω = kecepatan sudut (rad/sec) r = jari-jari kincir (m) sehingga tip speed ratio-nya dapat dirumuskan sebagai berikut: = dan dapat disederhanakan menjadi:. 2 60.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17. =. 30. (8). dengan : r = jari-jari kincir (m) n = putaran poros kincir tiap satuan menit (rpm) v = kecepatan angin (m/s) 2.5.5 Koefisien Daya Koefisien daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan perbandingan daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pin). Koefisien daya dapat dirumuskan: = dengan: Cp. = koefisien daya (%). Pout = daya yang dihasilkan kincir Pin. = daya yang disediakan angin. 100%. (9).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Perencanaan dan pembuatan kincir dilaksanakan di Laboratorium Proses Produksi, sedangkan untuk pengambilan data dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3.1 Diagram Alir Penelitian Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir hingga analisis data dapat disajikan dalam diagram alir sebagai berikut: MULAI Studi pustaka Perancangan kincir angin Pembuatan kincir angin Pengambilan data kecepatan angin, putaran poros dan pembebanan Pengolahan data mencari daya angin, daya kincir, Cp dan TSR untuk setiap variasi penelitian dan membandingkan hasilnya Analisis dan pembahasan data dan pembuatan laporan SELESAI. Gambar 3.1 Diagram alir penelitian. 18.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 19. 3.2 Bahan - bahan Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan kincir angin adalah sebagai berikut : 1.. Plat aluminium dengan ketebalan 0,7 mm sebagai bahan baku sudu-sudu kincir angin.. 2.. Tutup pipa paralon diameter 6 inchi digunakan sebagai hub kincir angin.. 3.. Aluminium profil U dengan panjang 35 cm digunakan sebagai penyangga sudu kincir.. 4.. Mur dan baut digunakan untuk menyambung sudu, penyangga sudu kincir, dan hub.. 3.3 Alat – alat Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu : A. Alat – alat pembuatan kincir angin meliputi : 1.. Busur, jangka, penggaris, dan spidol untuk menggambar pola pada plat aluminium.. 2.. Gerenda potong untuk memotong plat aluminium sesuai dengan pola yang telah digambar.. 3.. Gerenda duduk dan kikir untuk menghaluskan potongan sudu kincir.. 4.. Bor digunakan untuk membuat lubang baut pada kincir angin.. 5.. Mesin penekuk plat, digunakan untuk menekuk sudu kincir sesuai dengan sudut yang diinginkan.. 6.. Obeng dan kunci pas digunakan untuk mengencangkan mur dan baut..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 20. B. Alat – alat pengujian dan alat bantu pengukuran meliputi : 1.. Terowongan angin untuk pengkondisian angin yang dilengkapi dengan blower penyedot sebagai penghasil angin.. Gambar 3.2 Terowongan angin 2.. Anemometer untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan blower penyedot.. 3.. Tachometer untuk mengukur kecepatan poros kincir persatuan menit (rpm). 4.. Mekanisme pengereman atau alat ukur gaya tangensial yang dihubungkan dengan neraca pegas.. 5.. Neraca pegas untuk pengukuran pembebanan yang diberikan pada saat pengereman yang diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis.. 6.. Mekanisme pengereman berfungsi sebagai pengerem atau penghambat putaran kincir dalam melakukan pengambilan data gaya pembebanan.. 7.. Tiang penahan kincir. Tiang penahan kincir dipasang di dalam terowongan angin, pada penahan kincir terdapat dua bantalan yang akan dipasang di.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21. sebelah depan dan sebelah belakang rumahnya. Kedua bantalan ini digunakan untuk menumpu poros utama kincir angin.. Gambar 3.3 Mekanisme pengereman(kiri) dan neraca pegas(kanan) 8.. Poros utama kincir. Poros kincir yang dibuat dengan bahan dasar baja dengan bentuk dan ukuran yang sudah disesuaikan dengan kincir. Poros ini dipasang pada naf atau pusat kincir dan selanjutnya sebagian ujungnya (ujung belakang) dipasang pada tiang penyangga kincir melalui dua bantalan berdiameter 15 mm.. 3.4 Prosedur Pembuatan kincir angin Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan kincir angin tipe American Multiblade yang akan diteliti adalah: 1.. Menggambar desain sudu kincir angin pada plat aluminium. Pola sudu yaitu membagi lingkaran berdiameter 80 cm menjadi 10 bagian. Desain sudu kincir angin yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.4..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 22. Gambar 3.4 Desain sudu kincir dan ukurannya, sudut β menunjukan pitch angle dari sudu kincir. 2.. Memotong. plat. Aluminium. berdasarkan. pola. yang. sudah. dibuat. menggunakan gerinda tangan. 3.. Merapikan hasil potongan plat Aluminium dengan menggunakan mesin gerenda.. 4.. Setelah terbentuk 10 sudu kincir dari plat Aluminium lalu membuat satu sudu lagi sehingga terdapat 11 sudu kincir dengan besar yang sama.. 5.. Memotong batangan aluminium profil U menjadi 11 bagian dengan panjang 35cm sebagai penyangga sudu kincir.. 6.. Membuat lubang pada tutup paralon menggunakan mesin bor. Untuk poros kincir buatlah lubang sebesar 1cm sedangkan untuk lubang penyangga sudu sebesar 5mm..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 23. 7.. Membuat lubang pada sudu plat aluminium dan besi penyangga sebagai tempat membaut plat aluminium dan aluminium penyangga. Diameter lubang yang diperlukan sebesar 5mm.. 8.. Menekuk plat aluminium menggunakan mesin press agar memiliki kemiringan sesuai variasi penelitian yaitu 100, 200, 300.. 9.. Menyatukan sudu kincir plat aluminium dan besi penyangga menggunakan mur dan baut seperti pada Gambar 3.5.. 10. Menyatukan sudu-sudu kincir yang sudah berpenyangga pada hub yang terbuat dari tutup paralon menggunakan mur dan baut. Kincir angin yang sudah selesai dibuat dan digunakan dalam penelitian seperti pada Gambar 3.6.. Gambar 3.5 Sudu kincir yang sudah disatukan dengan Aluminium profil U 3.5 Variabel Penelitian Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum melakukan penelitian adalah sebagai berikut :.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 24. 1.. Variasi kemiringan sudut pada sudu-sudu kincir sebesar 100 ,200 ,300 .. 2.. Variasi pembebanan saat pengujian dimulai dari keadaan tanpa beban hingga beban maksimum kincir.. Gambar 3.6 Bentuk jadi kincir angin yang diuji 3.6 Variabel Yang Diukur Parameter yang akan diukur pada penelitian ini adalah: 1.. Kecepatan angin, (m/s). 2.. Gaya pengimbang, (N). 3.. Putaran kincir, (rpm). 3.7 Variabel Yang Dihitung Parameter yang dihitung untuk mendapatkan hasil perhitungan yang menunjukan karakteristik kincir angin yang diuji dalam penelitian ini adalah: 1. Daya angin (Pin) 2. Daya kincir (Pout) 3. Koefisien daya (Cp) 4. Tip speed ratio (TSR).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 25. 3.8 Pengujian dan pengambilan data Pengujian dan pengambilan data dilakukan menggunakan wind tunnel yang ada pada Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Saat pengujian, data yang diambil meliputi: kecepatan angin, besarnya pembebanan dan kecepatan putaran kincir. Pengambilan data dilakukan secara bersama-sama saat kincir sudah berputar. Untuk sekema alat dapat dilihat pada Gambar 3.7. Adapun langkahnya yaitu: 1.. Memasang kincir angin dan menghubungkan kincir angin dengan porosnya.. 2.. Menyambungkan poros kincir angin dengan cakram pada sistem pengereman.. 3.. Memasang neraca pegas yang terhubung dengan sistem pengereman.. 4.. Memasang anemometer untuk menghitung kecepatan angin. 5.. Menyiapkan tackometer untuk menghitung kecepatan putaran poros kincir.. 6.. Menyalakan blower setelah semua siap.. 7.. Mengatur kecepatan rata-rata angin dengan cara merubah jarak terowongan ke blower hingga mendapatkan kecepatan rata-rata angin yang diinginkan.. 8.. Setelah kecepatan rata-rata angin yang diinginkan didapatkan, mulailah mengukur kecepatan angin dan kecepatan putaran poros yang dihasilkan dari pembebanan. Untuk masing-masing data kecepatan angin dan kecepatan poros putar diambil 3 kali pengambilan data untuk setiap pembebanan. Pada pengambilan data pertama belum ada pembebanan atau beban masih kosong.. 9.. Menambahkan beban pada kincir dengan cara menambahkan karet pada pedal rem di sistem pengereman, setelah itu mengukur kembali putaran poros dan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 26. kecepatan. anginnya.. Untuk. memudahkan. dalam. pengolahan. data. pembebanan yang diberikan kurang lebih sebesar 50 gram dan kelipatannya. 10. Melakukan penambahan beban pada kincir hingga kincir berhenti berputar. 11. Lalu memvariasi penelitian dengan mengulangi langkah diatas dengan menggunakan kincir dengan sudut kemiriringan (pitch angle) yang berbeda.. Gambar 3.7 skema alat pengujian 3.9 Pengolahan data Dari data yang sudah diperoleh, maka data tersebut dapat diolah untuk membandingkan unjuk kerja dari 3 model kincir angin yang diteliti. Langkah-langkah pengolahan data adalah sebagai berikut: 1.. Setelah didapatkan data kecepatan angin(v) dan luasan kincir(swept area) (A), maka dapat dicari daya angin (Pin) menggunakan Persamaan(4).. 2.. Setelah didapatkan data gaya pengimbang (F) maka torsi (T) dapat dicari menggunakan Persamaan(5)..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 27. 3.. Dari data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) maka daya kincir (Pout) dapat dicari dengan menggunakan Persamaan(7).. 4.. Dengan menggunakan Persamaan(8) dengan membandingkan kecepatan ujung sudu dengan kecepatan angin maka diperoleh data tip speed ratio (TSR).. 5.. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan(9)..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Percobaan Dari pengujian kincir angin diperoleh data untuk masing-masing variasi pitch angle meliputi : kecepatan angin (m/s), beban pengimbang (gram) dan putaran kincir (rpm). Pitch angle yang digunakan pada pengujian kincir sebesar 100, 200, dan 300. Data dari pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1, 4.2 dan 4.3.. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9. No. 1 2 3 4 5 6 7. Tabel 4.1 Data percobaan kincir dengan pitch angle 100 KecepatanAngin, v Beban, F Putaran Kincir, n (m/s) (gram) (rpm) 9,01 8,97 8,57 0 350 347 8,65 8,49 8,78 50 318 315 8,81 8,79 8,77 100 261 263 8,44 8,44 8,55 150 246 255 8,62 8,86 8,62 200 212 218 8,34 8,8 8,86 250 187 180 8,66 8,56 8,65 300 139 139 8,24 8,19 8,31 350 41 38 8,42 8,65 8,34 400 17,3 16,5. 351 314 268 249 218 182 141 38 16,3. Tabel 4.2 Data percobaan kincir dengan pitch angle 200 KecepatanAngin, v Beban, F Putaran Kincir, n (m/s) ( gram ) (rpm) 8,49 8,91 8,67 0 461 440 8,35 8,67 8,5 50 429 435 8,81 8,53 8,59 100 398 402 8,67 8,63 8,8 150 370 366 8,77 8,24 8,6 200 350 353 8,63 8,56 8,92 250 328 322 9,1 8,86 8,48 300 316 314. 459 422 399 376 349 335 315. 28.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 29. No. 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21. Tabel 4.2 Data percobaan kincir dengan pitch angle 200 lanjutan KecepatanAngin, v Beban, F Putaran Kincir, n (m/s) ( gram ) (rpm) 8,84 8,74 8,65 350 296 294 8,58 8,42 8,73 400 278 275 9,03 8,6 8,39 450 248 238 8,39 8,32 8,32 500 207 210 8,24 8,59 8,31 550 180 177 8,13 8,29 8,49 600 142 144 8,42 8,65 8,34 650 117 114 8,2 8,53 8,65 700 88 93 8,23 8,11 8,14 750 45 47 8,38 8,41 8,22 800 26 29. 297 279 249 204 176 138 116 94 42 30. Tabel 4.3 Data percobaan kincir dengan pitch angle sudu 300 KecepatanAngin, v Beban, F Putaran Kincir, n (m/s) (gram) (rpm) 8,74 8,49 8,51 0 424 430 8,67 8,84 8,72 50 412 411 8,34 8,5 8,56 100 391 389 8,67 8,54 8,37 150 377 379 8,89 8,71 8,78 200 364 362 8,8 8,59 8,84 250 350 349 8,89 8,77 8,45 300 336 337 8,63 8,6 8,73 350 311 313 8,55 8,49 8,6 400 297 297 8,68 8,61 8,55 450 282 282 8,47 8,62 8,6 500 266 270 8,54 8,53 8,54 550 251 248 8,71 8,7 8,53 650 234 233 8,52 8,6 8,79 750 204 203 8,49 8,43 8,43 800 191 193 8,36 8,36 8,26 850 181 181 8,54 8,48 8,41 900 173 173 8,6 8,54 8,49 950 153 152 8,31 8,47 8,35 1000 139 136 8,47 8,39 8,2 1050 125 125 8,57 8,44 8,53 1100 114 116. 423 406 391 379 366 349 339 314 295 280 266 251 231 208 189 180 175 151 138 128 113.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 30. 4.2 Perhitungan Langkah-langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang diambil dari data tabel. Untuk mempermudah penjelasan semua sampel perhitungan yang digunakan adalah data terakhir (nomer 9) dari percobaan kincir dengan pitch angle 100. 4.2.1 Perhitungan daya angin Untuk perhitungan daya angin dengan luas penampang (swept area) sebesar : 0,5026 m2 dan kecepatan angin rata-rata sebesar 8,6 m/s. maka daya angin dapat dicari dengan menggunakan Persamaan(4). 1 = ( . . 2. ). = (1,18 kg/m3 . 0,5026 m2 . (8,47 m/s) ) =180,21 watt. 4.2.2 Daya Kincir Dengan menggunakan Persamaan(7) kita dapat menghitung daya yang dihasilkan kincir, tetapi untuk menghitung daya kincir diperlukan menghitung torsi dan kecepatan sudut terlebih dahulu. Untuk mencari torsi dan kecepatan sudut digunakan Persamaan(5) dan (6). Untuk menghitung torsi terlebih dahulu dicari gaya pengimbang torsi (F) dimana gaya pengimbang torsi (F) adalah hasil kali dari beban (gram) dengan gaya gravitasi. sedangkan untuk panjang lengan torsi (r) sebesar 0,2 m..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 31. F = m.g = 0,4 Kg . 9,81 m/s2 = 3,92 N Setelah diketahui besar gaya pembebanan (F) maka torsi dapat dihitung dengan Persamaan(5). T = F.r = 3,92 N . 0,2 m = 0,78 N.m Untuk perhitungan kecepatan sudut (ω) digunakan Persamaan(6), kecepatan putar poros kincir yang dipakai dalam perhitungan adalah rata-rata dari tiga pengambilan data kecepatan putar poros kincir pada pembebanan yang sama. =. =. 30. , .. /. = 1,75 rad/s. Setelah torsi dan kecepatan sudut diketahui maka dengan Persamaan(7) bisa didapatkan daya kincir Pout = T.ω = 0,78 N.m . 1,75 rad/s = 1,37 watt.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 32. 4.2.3 Tip Speed Ratio Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan(8): =. =. πrn 30 π ,. .. .. ,. = 0,083 rad/s. ,. /. rad/s. 4.2.4 Koefisien Daya Kincir Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan Persamaan(9), untuk sampel perhitungan koefisien daya kincir adalah sebagai berikut: =. =. ,. 100% ,. 100%. = 0,76 %. 4.3 Data Hasil Perhitungan Setelah semua data hasil percobaan dari ketiga pitch angle sudah diperoleh maka untuk mempermudah perhitungan data dan pembuatan grafik hubungan digunakan Microsoft excell. Grafik hubungan yang dibuat adalah grafik hubungan besar torsi yang dihasilkan dan kecepatan putar poros (Gambar 4.1 , 4.4 , 4.7), Grafik hubungan besar torsi yang dihasilkan dan daya yang dihasilkan kincir (Pout) (Gambar 4.2 , 4.5 , 4.8), dan Grafik koefisien daya dan tip speed ratio.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 33. (Gambar 4.3 , 4.6 , 4.9). Berikut adalah Tabel data hasil perhitungan dari pengambilan data tiap variasi pitch angle. Tabel 4.4 Data perhitungan kincir dengan pitch angle sudu 100. No.. Beban (gram). Putaran kincir, n (rpm). Torsi, T (N.m). Kecepatan Sudut, ω (rad/s). Daya angin, Pin (watt). 1 2 3 4 5 6 7 8 9. 0 50 100 150 200 250 300 350 400. 349,33 315,67 264,00 250,00 216,00 183,00 139,67 39,00 16,70. 0 0,10 0,20 0,29 0,39 0,49 0,59 0,69 0,78. 36,58 33,06 27,65 26,18 22,62 19,16 14,63 4,08 1,75. 205,56 191,28 201,41 180,63 195,29 193,05 190,17 166,32 180,21. Daya kincir, Pout (watt) 0 3,24 5,42 7,70 8,88 9,40 8,61 2,80 1,37. Tip speed ratio (TSR). koef. Daya (Cp) (%). 1,65 1,53 1,25 1,23 1,04 0,88 0,67 0,19 0,08. 0 1,69 2,69 4,26 4,54 4,86 4,52 1,68 0,76. Tabel 4.5 Data perhitungan kincir dengan pitch angle sudu 200. No.. Beban (gram). Putaran kincir, n (rpm). Torsi, T (N.m). Kecepatan Sudut, ω (rad/s). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800. 453,33 428,67 399,67 370,67 350,67 328,33 315,00 295,67 277,33 245,00 207,00 177,67 141,33 115,67 91,67 44,67 28,33. 0 0,10 0,20 0,29 0,39 0,49 0,59 0,69 0,78 0,88 0,98 1,08 1,18 1,28 1,37 1,47 1,57. 47,47 44,89 41,85 38,82 36,72 34,38 32,99 30,96 29,04 25,66 21,68 18,61 14,80 12,11 9,60 4,68 2,97. Daya angin, Pin (watt) 194,62 182,56 191,50 195,29 184,49 195,51 203,02 198,22 187,10 193,50 172,24 174,52 169,78 180,21 179,57 161,13 171,83. Daya kincir, Pout (watt) 0 4,40 8,21 11,42 14,41 16,86 19,42 21,26 22,79 22,65 21,27 20,08 17,42 15,45 13,18 6,88 4,66. Tip speed ratio (TSR). koef. Daya (Cp) %. 2,19 2,11 1,94 1,78 1,72 1,58 1,50 1,42 1,35 1,18 1,04 0,89 0,71 0,57 0,45 0,23 0,14. 0 2,41 4,29 5,85 7,81 8,63 9,56 10,73 12,18 11,71 12,35 11,50 10,26 8,57 7,34 4,27 2,71.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 34. Tabel 4.6 Data perhitungan kincir dengan pitch angle sudu 300. No.. Beban (gram). Putaran kincir, n (rpm). Torsi, T (N.m). Kecepatan Sudut, ω (rad/s). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 650 750 800 850 900 950 1000 1050 1100. 425,67 409,67 390,33 378,33 364,00 349,33 337,33 312,67 296,33 281,33 267,33 250,00 232,67 205,00 191,00 180,67 173,67 152,00 137,67 126,00 114,33. 0 0,10 0,20 0,29 0,39 0,49 0,59 0,69 0,78 0,88 0,98 1,08 1,28 1,47 1,57 1,67 1,77 1,86 1,96 2,06 2,16. 44,58 42,90 40,88 39,62 38,12 36,58 35,33 32,74 31,03 29,46 28,00 26,18 24,36 21,47 20,00 18,92 18,19 15,92 14,42 13,19 11,97. Daya angin, Pin (watt) 187,32 198,22 179,99 183,85 201,64 198,22 195,51 192,16 185,14 189,51 186,23 184,49 191,72 191,05 178,93 171,21 180,63 184,93 174,31 172,86 182,99. Daya kincir, Pout (watt) 0 4,21 8,02 11,66 14,96 17,94 20,79 22,48 24,35 26,01 27,46 28,25 31,07 31,59 31,39 31,55 32,11 29,67 28,29 27,18 25,84. tip speed ratio (TSR). Koef. daya (Cp) %. 2,08 1,96 1,93 1,86 1,73 1,67 1,62 1,51 1,45 1,37 1,31 1,23 1,13 0,99 0,95 0,91 0,86 0,75 0,69 0,63 0,56. 0 2,12 4,46 6,34 7,42 9,05 10,63 11,70 13,15 13,73 14,75 15,31 16,21 16,53 17,55 18,43 17,78 16,04 16,23 15,72 14,12. 4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Dari data perhitungan yang telah diperoleh dapat disederhanakan dalam bentuk grafik untuk melihat hubungan antara torsi (N.m) dengan kecepatan putar (rpm), daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan torsi (N.m), dan koefisien daya kincir dengan tip speed ratio. Dibawah ini akan disajikan grafik hubungan untuk setiap variasi yang diteliti..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 35. Kecepatan putar, n (rpm). 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0,0. 0,2. 0,4. 0,6. 0,8. 1,0. Torsi, T (N.m) Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir dengan pitch angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,6 m/s. Daya Output Pout (watt). 10 9 8 7 6 5 4 3 2. Pout= -56,2T2+46,19T-0,594. 1 0 0. 0,2. 0,4. 0,6. 0,8. 1. Torsi, T (N.m) Grafik 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir dengan pitch angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,6 m/s.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 36. Koefisien daya, Cp. 6 5 4 3 2 1. Cp = -7,076TSR2 + 11,93TSR -0,273. 0 0,0. 0,5. 1,0. 1,5. 2,0. Tip speed ratio, TSR Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya dengan Tip Speed Ratio pada kincir dengan pitch angle 100 Seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.1, bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka kecepatan putar kincir semakin kecil, atau dengan kata lain hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir adalah berbanding terbalik. Kecepatan angin rerata saat pengujian kincir dengan pitch angle 100 adalah sebesar 8,6 m/s, dengan kecepatan angin tersebut dapat menghasilkan kecepatan putar kincir maksimal sebesar 349,33 rpm saat tanpa pembebanan. Kincir masih dapat berputar dan menghasilkan torsi 0,78 N.m pada kecepatan putar kincir 16,7 rpm. Gambar 4.2 memperlihatkan bahwa besar daya kincir (Pout) berbanding lurus dengan torsi hingga mencapai titik maksimal daya kincir (Pout). Setelah melewati titik maksimal dari daya kincir (Pout) hubungan daya kincir dengan torsi menjadi berbanding terbalik. Dari Grafik 4.2 diketahui persamaan pendekatan kuadrat Pout= -56,2T2+46,19T-0,594, dari persamaan tersebut dapat dicari daya kincir maksimal dan torsi optimalnya. Daya kincir maksimal. yang didapat dari.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37. persamaan tersebut sebesar 8,89 watt pada torsi optimal 0,41 N.m pada kecepatan angin rerata 8,6 m/s. Dari Gambar grafik 4.3 didapatkan persamaan kuadrat Cp = -7,076TSR2 + 11,93TSR -0,273. Dengan menggunakan persamaan kuadrat tersebut dapat dicari koefisien daya maksimal dan tip speed ratio optimal. Koefisien daya maksimal yang didapat dari persamaan kuadrat tersebut sebesar 4,75 % pada tip speed ratio optimal 0,83. 500. Kecepatan putar, n (rpm). 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. Torsi, T (N.m) Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir dengan pitch angle 200 pada kecepatan angin rerata 8,53 m/s.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 38. Daya output, Pout (watt). 25 20 15 10 Pout = -32,53T2 + 54,35T - 0,961. 5 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. Torsi, T (N.m) Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir dengan pitch angle 200 pada kecepatan angin rerata 8,53 m/s. 14. Koefisien daya (Cp). 12 10 8 6 4 Cp = -9,925TSR2 + 21,74TSR - 0,217. 2 0 0,0. 0,5. 1,0. 1,5. 2,0. 2,5. Tip speed ratio (TSR) Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio pada kincir dengan pitch angle 200. Dari gambar 3.4 dapat dilihat bahwa hubungan torsi dan kecepatan putar kincir pada variasi pitch angle 200 seperti hubungan torsi dan kecepatan putar kincir pada variasi pitch angle 100 yaitu semakin besar torsi yang dihasilkan maka.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 39. kecepatan putar kincir semakin kecil, atau dengan kata lain hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir adalah berbanding terbalik. Kecepatan angin rerata saat pengujian kincir dengan pitch angle 200 adalah sebesar 8,53 m/s, dengan kecepatan angin tersebut dapat menghasilkan kecepatan putar kincir sebesar 453,33 rpm saat keadaan tanpa beban dan kincir masih dapat berputar dan menghasilkan torsi sebesar 1,57 N.m pada kecepatan putar kincir sebesar 28,33 rpm. Grafik yang dihasilkan pada Gambar 4.5 memiliki bentuk yang sama dengan grafik dari Gambar 4.2 hanya daya output yang dihasilkan pada Gambar 4.5 lebih tinggi dibandingkan daya output pada Gambar 4.2. Dari grafik pada Gambar 4.5 memperlihatkan bahwa hubungan antara besar daya kincir berbanding lurus dengan torsi hingga mencapai titik maksimal daya kincir dan setelah melewati titik maksimal, daya output yang dihasilkan menurun atau hubungan daya kincir dan torsi berbanding terbalik. Kecepatan rata-rata saat pengujian kincir angin dengan pitch angle 200 adalah sebesar 8,53 m/s dan dari persamaan pendekatan kuadrat Pout = -32,53T2 + 54,35T - 0,961 dapat diketahui daya kincir maksimal sebesar 21,73 watt pada torsi optimal sebesar 0,83 N.m. Dari Gambar 4.6 didapatkan persamaan pendekatan kuadrat Cp = -9,925TSR2 + 21,74TSR - 0,217. Dari persamaan kuadrat tersebut dapat dihitung untuk mencari koefisien daya maksimal dan tip speed ratio optimal. Dari persamaan pendekatan kuadrat tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 11,68% pada tip speed ratio optimal 1,09..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 40. Kecepatan putar, n (rpm). 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. 2,5. Torsi, T (N.m) Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir dengan pitch angle 300 pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s. 35. Daya output, Pout (watt). 30 25 20 15 10 5. Pout = -13,80T2 + 41,54T + 0,421. 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. 2,5. Torsi, T (N.m) Gambar 4.8 Grafik hubungan daya output dengan torsi pada kincir dengan pitch angle 300 pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s2.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41. 20,00. Koefisien daya (Cp). 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 Cp = -12,78TSR2 + 23,43TSR + 6,098. 2,00 0,00 0,00. 0,50. 1,00. 1,50. 2,00. 2,50. Tip speed ratio (TSR) Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio pada kincir dengan pitch angle 300 Pola Grafik pada Gambar 4.7 sama seperti pola Grafik pada gambar 4.1 dan 4.4 dimana menunjukan bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka kecepatan putar kincir semakin kecil, atau hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir adalah berbanding terbalik. Kecepatan angin rerata saat pengujian kincir dengan pitch angle 300 adalah sebesar 8,52 m/s, dengan kecepatan angin tersebut dapat menghasilkan kecepatan putar kincir maksimal sebesar 425,67 rpm saat tanpa pembebanan, dan kincir masih berputar dan menghasilkan torsi 2,16 N.m pada kecepatan putar kincir 114,33 rpm. Grafik pada Gambar 4.8 memperlihatkan bahwa daya kincir berbanding lurus dengan torsi hingga mencapai titik maksimal dari daya kincir. Setelah melewati titik maksimal dari daya kincir hubungan besar daya kincir dengan torsi menjadi berbanding terbalik. Saat pengambilan data kecepatan rata-rata adalah sebesar.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42. 8,52 m/s dan dari persamaan pendekatan kuadrat Pout = -13,80T2 + 41,54T + 0,421 dapat dicari daya kincir maksimal dan torsi optimalnya. Daya kincir maksimal yang dihasilkan dari persamaan pendekatan kuadrat tersebut sebesar 31,68 watt dan terjadi pada torsi optimal 1,5 N.m. Gambar 4.9 memperlihatkan hubungan koefisien daya dan tip speed ratio dari model kincir angin dengan pitch angle 300. Dari Gambar grafik 4.9 dihasilkan persamaan kuadrat Cp = -12,78TSR2 + 23,43TSR + 6,098. Dari persamaan kuadrat tersebut dapat digunakan untuk menentukan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio optimal. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan berdasarkan persamaan tersebut sebesar 16,87 % pada tip speed ratio optimal 0,92. 4.5 Grafik Cp-TSR Untuk Tiga Variasi Percobaan Dari perhitungan data dapat disimpulkan bahwa setiap variasi pitch angle memiliki unjuk kerja yang berbeda. Grafik koefisien daya dan tip speed ratio untuk ketiga variasi pitch angle adalah sebagai berikut:.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 43. 20. Koefisien daya, (Cp). 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,0. 0,5. 1,0. 1,5. 2,0. 2,5. Tip speed ratio, (TSR) Grafik 4.10 Hubungan koefisien daya dan tip speed ratio untuk 3 model kincir angin yang diteliti. Dari grafik 4.10 menunjukan bahwa hubungan koefisien daya dan tip speed ratio terbesar pada variasi pitch angle 300 dengan koefisien daya maksimal sebesar 16,87% pada tip speed ratio optimal 0,92. Kincir angin dengan pitch angle 300 adalah kincir angin terbaik dibandingkan dengan kincir angin dengan pitch angle 100 dan 200..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN. 5.1 Kesimpulan Dari pengujian kincir angin American multi-blade sebelas sudu berbahan aluminium dengan tiga variasi pitch angle diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1.. Telah berhasil dibuat model kincir angin American multi-blade sebelas sudu dengan bahan sudu aluminium berdiameter 80 cm dengan pitch angle 100,200 dan 300 dan sudah digunakan dalam penelitian.. 2.. Model kincir angin dengan pitch angle 100 menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 4,75% pada tip speed ratio optimal 0,83. Model kincir angin dengan pitch angle 200 menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 11,68% pada tip speed ratio optimal 1,09. Model kincir angin dengan pitch angle 300 menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 16,87% pada tip speed ratio optimal 0,92.. 3.. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar nilai pitch angle sudu maka koefisien daya yang dihasilkan pun semakin besar. Model kincir dengan pitch angle 300 merupakan model terbaik dibandingkan dengan model-model lainnya, yakni menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 16,87% dan terjadi pada tip speed ratio optimal 0,92.. 44.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 45. 5.2 Saran Setelah melakukan penelitian ini maka peneliti memiliki saran untuk penelitian berikutnya yaitu sebagai berikut: 1.. Meneliti model kincir angin ini dengan variasi pitch angle yang lebih besar, karena dimungkinkan koefisien daya yang dihasilkan masih bisa bertambah.. 2.. Meneliti model kincir angin ini dengan variasi penambahan kerapatan jumlah sudu yang lebih banyak.. 3.. Meneliti model kincir angin ini dengan variasi bahan sudunya. Karena kehalusan permukaan dan berat sudu dimungkinkan akan berpengaruh pada unjuk kerja yang dihasilkan.. 4.. Saat pengambilan data diusahakan mencatat data ketika kecepatan angin mendekati rata-rata kecepatan angin yang diinginkan agar hasil perhitungan lebih rapih..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 46. DAFTAR PUSTAKA. Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Pudjanarsa, A., dan Nursuhud, D,. 2008. Mesin Konversi Energi. Andi offset, Yogyakarta. Sastrowijoyo, F. 2008. Energi angin dan potensinya. Alamat web: http://konversi.wordpress.com. Diakses : 15 Mei 2015. Sutrisna, F. 2011. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Alamat web: https://indone5ia.wordpress.com/. Diakses: 15 Mei 2015..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 47. LAMPIRAN. Mesin penekuk plat. Hub kincir bagian belakang (kiri) dan bagian depan (kanan).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 48. Motor listrik pada blower. Pengujian kincir angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 49. Pemasangan kincir angin pada penahan kincir.