INTISARI
Pemanfaatan sumber daya alam dapat digunakan untuk meminimalis masalah yang muncul dari meningkatnya kebutuhan akan energi. Salah satu sumber daya alam yang murah dan efektif untuk digunakan adalah angin. Salah satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin untuk pembangkit listrik dan penggerak mekanisme. Penelitian ini ditujukan untuk mendapatkan nilai koefisiensi daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio
(TSR) optimal kaitannya untuk 3 model kincir angin American multi-blade.
Proses pengujian yang dilakukan menggunakan model kincir angin
American multi-blade dengan 3 variasi pitch angle dan dipilih variasi manakah yang memiliki nilai Cp dan TSR yang paling baik. Kincir angin American
multi-blade yang digunakan berbahan aluminium dengan 12 sudu dan diameternya 80 cm. Variasi pitch angle yang digunakan adalah 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin yang dibuat diujikan di dalam wind tunnel yang didukung dengan alat ukur kecepatan angin, alat ukur putaran poros, neraca pegas, dan mekanisme pengereman. Tiap data yang diperoleh dicatat dan diolah hingga mendapatkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap variasi pitch angle.
Dari perhitungan yang dilakukan, pada kincir angin dengan variasi pitch angle 10o memiliki nilai Cp maksimum 0,057 atau 5,7% dan TSR optimal
kaitannya 0,91. Pada kincir angin dengan variasi pitch angle 20o memiliki nilai Cp
maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan TSR optimalnya pada 1,05. Dan pada kincir angin dengan variasi pitch angle 30o memiliki nilai Cp maksimum 0,14 atau
13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72. Dari ketiga nilai Cp maksimal dan TSR
optimal kaitannya dapat disimpulkan bahwa kincir angin American multi-blade
yang paling baik adalah kincir dengan variasi pitch angle 20o.
i
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE
BERBAHAN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI
PITCH ANGLE
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh :
DIMAS CITRA MANGGALA YUDA
115214031
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF ALUMINUM TWELVE BLADES AMERICAN
MULTI-BLADE WINDMILL WITH THREE VARIATIONS OF PITCH
ANGLE
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement
as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
by :
DIMAS CITRA MANGGALA YUDA
115214031
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Masa Esa yang telah melimpahkan
rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
Tujuan penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai persyaratan untuk dapat
menyelesaikan jenjang pendidikan S-1 pada program studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
Dalam laporan Tugas Akhir ini akan membahas mengenai unjuk kerja
model kincir angin American multi-blade. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si, M.Sc selaku Dekan
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T, selaku ketua program studi
Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
3. Bapak Ir. Rines, M.T, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir ini
4. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing
akademik
5. Ibu Yoke Sulistiani dan Devi Alcitra Candra, S.T, M.T, selaku orang
tua dan saudara yang telah mendukung dalam perjalanan studi hingga
terselesaikannya penulisan Tugas Akhir ini
6. Seluruh karyawan dan staf Universitas Sanata Dharma yang telah
memberikan pengalaman dan ilmu untuk kelancaran pembuatan
ix
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
1.1.Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
2.2Konsep Dasar Kincir Angin ... 7
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ... 7
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 10
2.3Grafik Hubungan Antara CpTerhadap TSR………….………...13
2.4Rumus Perhitungan………..14
2.4.1 Energi Angin ... 14
2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya ... 15
x
2.4.4 Perhitungan Daya Kincir ... 16
2.4.5 Tip Speed Ratio... 17
2.4.6 Koefisien Daya (Cp) ... 18
BABIII METODE PENELITIAN ... 19
3.1Metode Penelitian ... 19
3.2Alat dan Bahan ... 20
3.3Peralatan Pengujian ... 20
3.4 Variabel yang Diukur ... 22
3.5 Variabel yang Dihitung ... 22
3.6 Prosedur Penelitian ... 23
3.7 Flow Chart ... 26
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ... 27
4.1 Data Pengujian ... 27
4.2 Proses Pengolahan Data ... 30
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ... 31
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ... 32
xi
DAFTAR GAMBAR
hal
1. Gambar 2.1 Jenis-jenis kincir poros horisontal 7
2. Gambar 2.2 Kincir angin Propeler 8
3. Gambar 2.3Kincir angin American multi-blade 9 4. Gambar 2.4Kincir angin Propeler Dutch Four Arms 9 5. Gambar 2.5 Jenis-jenis kincir poros vertikal 11
6. Gambar 2.6 Kincir angin Savonius 12
7. Gambar 2.7 Kincir angin Darrieus 12
8. Gambar 2.8 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk beberapa
jenis kincir 13
9. Gambar 3.1 Skema alat pengujian kincir 22
10. Gambar 3.2 Gambar sudu kincir American multi-blade 24 11. Gambar 3.3 Gambar kincir American multi-blade 12 sudu 24 12. Gambar 3.4 Diagram alur proses penelitian 26
13.Gambar 4.8 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros pada kincir pitch angle 10o dengan kecepatan angin
rata-rata 9,37 m/s 37
14.Gambar 4.9 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch angle 10o dengan kecepatan angin
rata-rata 9,37 m/s 38
15.Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir
pitch angle 10o 39
16.Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan putaran
xii
rata-rata 8,4 m/s 41
17.Gambar 4.12 Grafik hubungan antara torsi dan daya output
pada kincir pitch angle 20o dengan kecepatan angin
rata-rata 8,4 m/s 42
18.Gambar 4.13 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir
pitch angle 20o 43
19.Gambar 4.14 Grafik hubungan antara torsi dan putaran
poros pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin
rata-rata 8,86 m/s 44
20.Gambar 4.15 Grafik hubungan antara torsi dan daya
output pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin
rata-rata 8,86 m/s 45
21.Gambar 4.16 Grafik hubungan antara Cp dan TSR
pada kincir pitch angle 30o 46
22.Gambar 4.17 Grafik gabungan hubungan antara Cp
xiii
DAFTAR TABEL
hal
1. Table 4.1 Tabel hasil pengambilan data pengujian
dengan variasi pitch angle 10o 27 2. Table 4.2 Tabel hasil pengambilan data pengujian
dengan variasi pitch angle 20o 28 3. Table 4.3 Tabel hasil pengambilan data pengujian
dengan variasi pitch angle 30o 29 4. Tabel 4.4 Tabel data pendukung perhitungan 30
5. Tabel 4.5 Tabel hasil pengolahan data pengujian
dengan variasi pitch angle 10o 34 6. Tabel 4.6 Tabel hasil pengolahan data pengujian
dengan variasi pitch angle 20o 35
7. Tabel 4.7. Tabel hasil pengolahan data pengujian
xiv INTISARI
Pemanfaatan sumber daya alam dapat digunakan untuk meminimalis masalah yang muncul dari meningkatnya kebutuhan akan energi. Salah satu sumber daya alam yang murah dan efektif untuk digunakan adalah angin. Salah satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin untuk pembangkit listrik dan penggerak mekanisme. Penelitian ini ditujukan untuk mendapatkan nilai koefisiensi daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio
(TSR) optimal kaitannya untuk 3 model kincir angin American multi-blade.
Proses pengujian yang dilakukan menggunakan model kincir angin
American multi-blade dengan 3 variasi pitch angle dan dipilih variasi manakah yang memiliki nilai Cp dan TSR yang paling baik. Kincir angin American
multi-blade yang digunakan berbahan aluminium dengan 12 sudu dan diameternya 80 cm. Variasi pitch angle yang digunakan adalah 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin yang dibuat diujikan di dalam wind tunnel yang didukung dengan alat ukur kecepatan angin, alat ukur putaran poros, neraca pegas, dan mekanisme pengereman. Tiap data yang diperoleh dicatat dan diolah hingga mendapatkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap variasi pitch angle.
Dari perhitungan yang dilakukan, pada kincir angin dengan variasi pitch angle 10o memiliki nilai Cp maksimum 0,057 atau 5,7% dan TSR optimal
kaitannya 0,91. Pada kincir angin dengan variasi pitch angle 20o memiliki nilai Cp
maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan TSR optimalnya pada 1,05. Dan pada kincir angin dengan variasi pitch angle 30o memiliki nilai Cp maksimum 0,14 atau
13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72. Dari ketiga nilai Cp maksimal dan TSR
optimal kaitannya dapat disimpulkan bahwa kincir angin American multi-blade
yang paling baik adalah kincir dengan variasi pitch angle 20o.
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia sebagai negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya meliputi lautan
sehingga memiliki panjang garis pantai ±80.791,42 km. Oleh karena itu Indonesia
merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga
angin. Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat
diperbarui (renewable energy) dan dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanik atau energi listrik melalui Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).
Pemanfaatan angin menjadi sumber energi telah dilakukan sejak abad ke-17 oleh
para petani di beberapa negara Eropa seperti Belanda, Denmark dan
negara-negara Eropa lainnya untuk memenuhi kebutuhan para petani dalam
melakukan kegiatan pertanian, seperti penggilingan padi dan irigasi.
Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan paling
berkembang sekarang. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association) sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 gigawatts (GW), mampu menghasilkan lebih dari
1% dari total kelistrikan secara global. Amerika Serikat, Spanyol dan China
merupakan negara-negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin baik
secara teknologi maupun ilmu pengetahuan.
tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, Indonesia hanya
baru memiliki total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat
ini kurang dari 800 kilowatt (kW). Di seluruh Indonesia, baru terdapat lima unit
kincir angin pembangkit listrik berkapasitas masing-masing 80 kilowatt yang
sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul
dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi
Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung,
masing-masing satu unit. Merujuk pada kebijakan energi nasional, maka Pembangkit
Listrik Tenaga Angin (PLTA) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada
tahun 2025.
Salah satu pemanfaatan angin untuk pembangkit listrik adalah dengan
menggunakan turbin angin atau kincir angin. Ada beberapa macam kincir yang
sering dipakai di industri, misal aincir angin Propeler, American multi-blade, dan Savonius. Dalam pengujian yang akan saya ambil sebagai bahan Skripsi atau
Tugas Akhir ini, saya akan mengambil sampel kincir angin American multi-blade. Kincir angin model ini salah satu kincir yang mudah berputar dengan kecepatan
angin yang rendah, oleh sebab itu saya mengambil kincir angin model American multi-blade sebagai bahan pengujian saya kali ini. Kincir angin ini dapat ditingkatkan efisiensinya untuk mendapat daya keluaran yang maksimal serta
nilai Cp dan TSR nya. Salah satunya mungkin dengan pengunaan sudu
berjumlah banyak. Sudu yang dipakai berjumlah 8, 10, 12 atau lebih sesuai
akan menggunakan kincir angin American multi-blade dengan jumlah sudu 12 dan variasi sudut atau pitch angle 10o, 20o, dan 30o. Kincir yang akan saya buat ini dengan bahan dasar plat aluminium sebagai sudunya dan tutup pipa paralon
sebagai hubnya.
Tulisan ini bertujuan sebagai kajian awal mengenai cara meningkatkan
efisensi turbin angin melalui variasi sudutnya demi pemanfaatannya untuk
kehidupan sehari-hari dan keperluan industri.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka masalah–masalah yang ingin
diteliti dalam Tugas Akhir ini adalah pemanfaatan energi angin untuk memenuhi
kebutuhan sehari-hari baik bagi masyarakat, industri, ataupun edukasi.
Angin merupakan energi yang dapat diperoleh di daerah manapun , gratis,
dan memiliki kecepatan yang dapat menggerakan sebuah kincir angin pembangkit
listrik atau penggerak mekanisme yang efektif, efisien, dan optimal.
Perancangan kincir yang memperhatikan aspek desain dan bahan baku
pembuatan, dengan bantuan generator akan mampu menghasilkan listrik, sehingga
dapat menghasilkan efisiensi yang tinggi. Bisa juga digunakan sebagai penggerak
mekanisme seperti pompa tanpa bantuan listrik dari luar ataupun generator.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun beberapa tujuan penting dalam pengujian atau penelitian kincir
1. Membuat kincir angin American multi-blade dengan sudu 12 dan 3 variasi pitch angle
2. Mendapatkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya untuk tiga
buah variasi pitch angle
3. Membandingkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap
pitch angle agar bisa dipilih yang terbaik
1.4. Manfaat Penelitian
Beberapa manfaat dari pengujian atau penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat memberikan pilihan kincir yang terbaik pada masyarakat yang
membutuhkan pembangkit listrik dengan tenaga angin untuk kehidupan
sehari-hari dan industri.
2. Dapat mengoptimalkan alam demi terbentuknya energi terbarukan yang
murah dan efisien.
3. Dapat menambah literatur data penelitian untuk para peneliti yang akan
melanjutkan penelitian yang sejenis
1.5. Batasan Masalah
Berikut merupakan beberapa batasan masalah dalam penelitian yang
dilakukan, diantaranya sebagai berikut :
1. Nilai Cp maksimal dan TSR optimal pada tiap variasi sudutnya pada
2. Faktor apa saja yang mempengaruhi nilai Cp maksimal dan TSR optimal
6 BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Angin
Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-
perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama
sekali. Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin merupakan udara yang
bergerak yang disebabkan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan
udara sekitar. Angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat
bertekanan rendah.
Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak tempat dan
ketinggiannya. Bila letak tempatnya di daerah khatulistiwa maka angin akan
lebih cepat dibandingkan dengan letak tempatnya jauh dari khatulistiwa.
Begitu pula ketinggianya. Semakin tinggi tempatnya semakin kencang juga
anginnya. Hal ini disebabkan oleh, semakin tinggi suatu tempat maka, gaya
gesekan yang di pengaruhi oleh permukaan bumi yang tidak datar, pohon,
gunung dan topografi semakin kecil.
Arah angin ditentukan oleh dari mana saja datangnya, apakah dari timur
ke barat atau dari selatan ke utara. Sebagai contoh windsocks yang digunakan sebuah bandara pesawat komersial sebagai penunjuk datangnya arah angin
2.2 Konsep Dasar Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin
untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik. Dari proses itu memberikan
kemudahan berbagai kegiatan manusia yang memerlukan tenaga yang besar
seperti memompa air untuk mengairi sawah atau menggiling biji-bijian. Kincir
angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik,
disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan
di Eropa dan Amerika Utara. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan
menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin
poros vertikal.
2.2.1Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros horisontal seperti contoh Propeler adalah kincir angin
yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai
dengan arah angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah bilah
lebih dari dua. Kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya
aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir. Beberapa jenis kincir angin poros
horisontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukan pada Gambar 2.1.
Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan
dikembangkan, seperti :
1. Kincir Angin Propeler
Kincir angin ini merupakan kincir angin yang biasa diaplikasi di
daerah dataran Amerika dan Eropa. Kincir angin model ini mampu
menghasilkan putaran poros yang tinggi. Kincir angin model ini
menggunakan 3 buah sudu atau lebih, seperti pada Gambar 2.2.
2. Kincir Angin American multi-blade
Kincir angin ini merupakan kincir angin dengan jumlah banyak,
biasanya jumlah sudunya memenuhi 1 lingkaran penuh. Kincir angin
yang sering dijumpai di dataran Amerika. Kincir model ini punya nilai
torsi yang tinggi. Kincir angin model ini bisa di lihat pada Gambar 2.3
3. Kincir Angin Propeler dutch four arms
Kincir angin ini merupakan kincir angin Propeler yang
biasanya ditemukan di daratan Belanda sebagai pembangkit listrik.
Jenis kincir ini dapat kita lihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.2 Kincir angin Propeler
Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade
(Sumber: http://panzoelgituloh.blogspot.com/2010/11/pembangkit-listrik-tenaga-angin.htmldiakses 14 Februari 2015)
Gambar 2.4 Kincir angin Propeler Dutch Four Arms
(Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill diakses 14 Februari 2015)
Kincir angin poros horisontal ini memiliki beberapa kelebihan dan
kekurangan seperti :
Kelebihan kincir angin poros horisontal:
1. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang
berada diatas menara.
2. Setiap penambahan tinggi menara sepuluh meter ke atas, kecepatan
3. Rata-rata memiliki nilai kecepatan putar poros yang lebih tinggi.
Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:
1. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan
juga memerlukan biaya besar untuk pemasangannya, bisa
mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan
arah angin (ekor atau sensor elektrik)
2.2.2Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus.
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 ini mampu mendayagunakan angin dari
berbagai arah. Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak
lurus. 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 ini mampu mendayagunakan angin dari
berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih
Gambar 2.5 Jenis-jenis kincir angin poros vertikal (Sumber: http://2.bp.blogspot.com diakses 14 Februari 2015)
Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan
dikembangkan:
1. Kincir Angin Savonius
Kincir angin Savonius merupakan salah satu kincir angin poros
vertikal yang sering diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin ini
diaplikasikan di daerah yang memiliki arus angin yang berubah-ubah
arahnya. Kincir model ini memiliki nilai torsi yang besar. Kincir angin
ini berbentuk seperti selimut tabung, seperti pada Gambar 2.6.
2. Kincir Angin Darrieus
Kincir angin Darrius merupakan salah satu kincir angin poros
vertikal yang sering diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin ini
diaplikasikan di daerah yang memiliki arus angin yang berubah-ubah
Gambar 2.6 Kincir angin Savonius
(Sumber: http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-savonius-wind-turbine/
diakses 14 Februari 2015)
Gambar 2.7 Kincir angin Darrieus
(Sumber:http://en.wikipedia.org/wiki/Darrieus_wind_turbine diakses 14 Februari 2015)
Kincir angin poros vertikal ini memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan
seperti :
Kelebihan kincir angin poros vertikal:
1. Dapat menerima angin dari segala arah
2. Komponen-komponennya dapat dipasang dekat dengan permukaan
tanah.
Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal :
1. Karena umum dipasang di dekat dengan permukaan tanah maka
kualitas angin yang didapat kurang bagus.
2. Memerlukan permukaan tanah yang rata dan datar
3. Nilai efisiensi yang dihasilkan lebih sedikit dibanding kincir poros
horisontal
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR
Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari
kincir angin adalah sebesar 59%, batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2 . 8 .
Gambar 2.8 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk beberapa jenis kincir
2.4 Rumus Perhitungan
Ada beberapa rumus perhitungan yang digunakan dalam proses analisis data.
Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan
analisis kerja kincir angin yang diteliti.
2.4.1Energi Angin
Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, maka
dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ek = 0,5m v2 (1)
dengan :
Ek = energi kinetik (joule).
m = massa udara (kg).
v = kecepatan angin (m/s).
Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat di tuliskan sebagai
berikut:
Pin=0,5mv2 (2)
dengan:
Pin = daya angin (watt).
yang dalam hal ini
ṁ=ρAv (3)
dengan:
ρ = massa jenis udara (kg/m3).
A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran ( m2 ).
Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin ( Pin) dapat
dirumuskan menjadi :
Pin = 0,5(ρAv)v2, yang dapat disederhanakan menjadi :
Pin = 0,5ρAv3 (4)
2.4.2Perhitungan Torsi dan Daya
Untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari setiap sudut kemiringan
sudu yang divariasikan, maka perlu mencari torsi dinamis dan daya yang
dihasilkan oleh kincir.
2.4.3Perhitungan Torsi
Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar
dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu pusat.
Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
T = Fr
dengan:
T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m).
F = gaya pada poros akibat puntiran (N).
r = jarak lengan torsi ke poros (m).
2.4.4. Perhitungan Daya Kincir
Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak
melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:
Pout= T .ω
(6)
dengan :
T = torsi dinamis (Nm).
ω = kecepatan sudut (ω) didapatkan dari
n rpm =
ω
=
rad/s
Dengan ini untuk daya yang dihasilkan oleh kincir dapat
dinyatakan dengan persamaan yaitu :
Pout= T
dengan :
Pout = Daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
n = Putaran poros (rpm)
2.4.5. Tip Speed Ratio
Tip spead ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujungsudu kincir angin dengan kecepatan angin.
Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai:
vt= ωr (8)
dengan :
vt = kecepatan ujung sudu ω = kecepatan sudut (rad/s).
r = jari-jari kincir (m).
sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan :
TSR= (9)
dengan :
r = jari – jari kincir (m).
n = putaran poros kincir tiap menit (rpm).
2.4.6. Koefisiensi Daya (Cp)
Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
Cp = 100% (10)
dengan :
Cp = koefisien daya (%).
Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).
19 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Metode Penelitian
Dalam penelitian ini data yang diperlukan dapat diperoleh melalui beberapa
metode yaitu:
1. Penelitian Kepustakaan
Penelitian kepustakaan yaitu penelitian untuk landasan teori dari
Tugas Akhir ini dengan cara membaca literatur - literatur yang
berhubungan dengan penulisan topik pengujian serta dapat
dipertanggungjawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Sebelum dilakukan penelitian maka terlebih dahulu dilakukan
pembuatan alat uji yaitu kincir angin American multi-blade.
3. Pengamatan secara langsung atau observasi
Dengan menggunakan metode observasi yaitu dengan
melakukan pengamatan secara langsung terhadap objek yang diteliti
3.2. Alat dan Bahan
Dalam proses pembuatan kincir angin American multi-blade ini membutuhkan beberapa alat dan bahan yang akan digunakan, di antaranya sebagai
berikut :
1. Plat aluminium 1x1 meter
2. Pipa aluminium profil U 5 meter
3. Tutup pipa paralon 6 inch
4. Mur dan Baut
5. Gerinda potong
6. Gunting plat
7. Bor
8. Kikir
9. Gerinda duduk
10. Penggaris
11. Pensil
12. Spidol
13. Penghapus pensil
3.3. Peralatan Pengujian
Dalam proses pengambilan data, ada beberapa peralatan pengujian yang
dibutuhkan untuk menunjang proses pengujian dan pengambilan data. Peralatan
ini wajib dipersiapkan dan dirangkai sesuai standar agar penggunaannya optimal
1. Fan, berfungsi sebagai sumber angin yang dipasang tepat di belakang
terowongan angin.
2. Motor, berfungsi merubah energy listrik menjadi eneri mekanik guna
menggerakkan fan.
3. V-belt, berfungsi sebagai penghubung antara Motor dan Fan.
4. Terowongan angin atau wind tunnel, berfungsi sebagai terowongan yang dilewati angin, di mana terowongan ini terbuat dari triplek.
5. Anemometer digital, berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan
suhu lingkungan.
6. Tachometer, berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros.
7. Neraca, berfungsi untuk mengukur berat pembebanan.
8. Tali, berfungsi untuk menggantungkan pembebanan.
Gambar 3.1 Skema alat pengujian kincir
3.4. Variabel yang Diukur
Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut:
1. Kecepatan angin, v ( m/s) 2. Gaya pengimbang, F (N) 3. Putaran poros kincir, n (rpm)
3.5. Variabel yang Dihitung
Untuk mendapatkan karakteristik yang didapat dalam penelitian
menggunakan parameter sebagai berikut:
1. Daya angin, (watt)
2. Torsi, T (Nm)
3. Daya kincir, (watt)
4. Koefisien daya, Cp
3.6. Prosedur Penelitian
Ada beberapa prosedur penelitian yang harus dilakukan demi optimalnya
pengambilan data dan keutamaan faktor keselamatan penguji. Prosedur yang
harus dilakukan diantaranya sebagai beikut :
1. Pembuatan alat
Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan alat kincir
angin tipe American multi-blade adalah: a. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan
b. Pembutan kincir angin meliputi :
1. Menyiapkan plat aluminium sebagai bahan dasar pembuatan sudu
kincir
2. Membuat pola atau gambar sudu pada plat aluminium sesuai ukuran
yang ditentukan
3. Memotong pola dengan alat gerinda potong dan gunting potong plat
4. Menghaluskan bekas potongan plat dengan gerinda mesin
5. Memotong pipa aluminium profil U sepanjang sudu kincir atau
sepanjang jari-jari kincir
6. Melubangi plat yang sudah dipotong dan pipa aluminium pada
tempat yang sama
8. Menyatukan pipa dengan sudu kincir dengan membautnya pada
lubang-lubang yang sudah dibuat.
9. Menyiapkan hub dengan tutup pipa paralon
10. Membuat pola lubang pada hub untuk pemasangan sudu dan lubang
poros
11. Memasangkan sudu pada hub yang sudah disiapkan
12. Menguji kincir dengan mengambil data yang diperlukan atau diukur,
seperti kecepatan angin, putaran poros, dan beban pengimbang torsi
13. Melepas kembali kincir hingga sudunya bisa ditekuk kembali
14. Mengulangi proses nomor 7 dengan pitch angle 20o dan dilanjutkan proses nomor 8 hingga 12
15. Mengulangi kembali proses nomor 13 dan 14 dengan pitch angle 30o
Gambar 3.2. Gambar sudu kincir
American multi-blade
`
Gambar 3.3. Gambar kincir
2. Memasang kincir angin tepat di dalam wind tunnel.
3. Memasang alat pengukur kecepatan angin (anemometer) di depan wind tunnel
4. Menghidupkan motor dan membiarkannya beroperasi beberapa menit
sampai putarannya stabil.
5. Mengukur putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer untuk
putaran awal tanpa beban.
6. Mengukur kecepatan angin dari anemometer
7. Data diambil 3 kali untuk variasi beban yang sama.
8. Menambahkan beban pada mekanisme pengereman menggunakan karet
sesuai dengan penambahan nilai beban yang diinginkan.
9. Mengukur putaran poros kincir angin dengan tachometer untuk variasi
kedua
10.Mengukur kecepatan angin dari anemometer.
11.Data diambil 3 kali untuk variasi beban yang sama.
12.Mengulangi prosedur 8-11 sampai putaran kincir berhenti.
13.Mematikan mesin dan melepas beban serta kincir yang terpasang setelah
kincir angin berhenti
14.Mengolah data dan membahas hasil penelitian yang telah dilakukan.
3.7. Flow Chart
Flow chart merupakan bagan alur dari proses penulisan yang dilakukan pada Tugas Akhir ini. Bagan ini berisikan diantaranya pengolahan data dan
pembahasan. Secera lebih lengkap dapat dilihat pada diagram alur seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Diagram alur proses penelitian
Ya
Selesai
Menganalisa Data
Pengolahan Data
Mencari Literatur
Pengambilan Data
Mulai
Pembuatan Alat
Mencatat Data
27 BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Pengujian
Hasil pengujian kincir angin American multi-blade ini meliputi: kecepatan angin, v (m/s), putaran poros, n (rpm), beban atau gaya pengimbang, F (N), dan α (°). Pengambilan data dengan memvariasikan pitch angle jumlah kincirnya. Variasi pitch angle meliputi 10o, 20o, dan 30o. Data dari hasil pengujian yang dilakukan diberikan dalam Tabel 4.1 hingga Tabel 4.4.
Tabel 4.1 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir
angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 10o. Dapat kita lihat bahwa tabel di atas memiliki 8 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh
jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Dan beban
maksimal yang mampu diberikan kepada kincir angin ini sekitar 5,30 N, jika
beban ditambahkan maka kincir akan berhenti berputar.
Tabel 4.2 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir
angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 20o. Dapat kita lihat bahwa tabel di atas memiliki 13 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh
jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Jumlah 13 data
ini merupakan jumlah data terbanyak dari semua variasi sudut atau pitch angle
yang diberikan pada kincir ini. Dan beban maksimal yang mampu diberikan
kepada kincir angin ini sekitar 10,30 N sebelum kincir berhenti sempurna.
Tabel 4.3 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir
angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 30o. Dapat kita lihat bahwa Tabel 4.3 memiliki 11 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh
jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Dan beban
maksimal yang mampu diberikan kepada kincir angin ini sekitar 10,79 N.
Tabel 4.4. Tabel data pendukung perhitungan
Diameter Kincir 80 cm
Panjang Lengan Torsi 20 cm
Swept Area 0.503 m
Suhu Udara 280C Densitas Udara 1.18 kg/m3
Tabel 4.4 merupakan variabel data yang ditetapkan untuk perhitungan data
selanjutnya.
4.2 Proses Pengolahan Data
Dari data–data yang ada dari pengujian, meliputi kecepatan angin, v (m/s), putaran poros, n (rpm), beban atau gaya pengimbang, F (N), sehingga dapat menghitung nilai torsi, T (N.m), daya input, Pin(watt), daya output, Pout (watt),
koefisien daya (Cp), dan tip speed ratio (TSR). Beberapa rumus yang digunakan
a. Torsi
T = F r (N.m) b. Kecepatan sudut
ω =
rad/s
c. Daya input
Pin= (watt)
d. Daya output
Pout = T ω (watt)
e. Tip Speed Ratio
TSR =
f. Koefisien daya
Cp =
100%
4.2.1Perhitungan Daya Angin
Daya angin adalah daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan
swept area (A) = 0.503 dan kecepatan angin 9 m/s, dapat dicari dengan menggunakan persamaan (4).
Pin =0,5 Av3
4.2.2Daya Kincir
Daya kincir adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari
dengan menggunakan Persamaan (5), untuk mendapatkan daya kincir kita harus
mengetahui kecepatan sudut dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu
menggunakan Persamaan (7) dan (6):
Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:
a. ω =
=
= 10,571 rad/s
b. T = Fr
= (4,32) (0,2)
= 0,864 N.m
c. Pout = Tω
= (0,864) (10,571)
= 9,133 watt
4.2.3Tip Speed Ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan
kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (8):
TSR =
=
= 0,469 rad/s
4.2.4Koefisien Daya Kincir
Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (9):
Cp =
100%
=
1
00%= 4,22 %
4.3 Data Hasil Perhitungan
Data yang diperoleh dari penelitian kemudian diolah dengan menggunakan
Microsoft Excel. Hasil perhitungan yang dihasilkan oleh kincir angin untuk setiap variasi pitch angle pada sudunya dapat dilihat pada Table 4.5, 4.6, dan 4.7.
Tabel hasil di bawah adalah tabel hasil perhitungan dari kincir angin
Tabel 4.5. Tabel hasil pengolahan data pengujian dengan variasi pitch angle 10o
Kecepatan angin rata-rata yang diberikan pada kincir kurang lebih 9,37 m/s. Jika
kita meilhat dari putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan putaran poros
tertinggi 408 rpm. Beban maksimum yang dapat diterima kincir ini adalah 5,30 N.
Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,06 atau 6% dan TSR optimal
Tabel 4.6. Tabel hasil pengolahan data pengujian dengan variasi pitch angle 20o
Dari Tabel 4.6 ada 13 buah variasi data. Pada Tabel 4.6 ini sudah memiliki
hasil perhitungan, seperti torsi, kecepatan sudut, daya input, daya output, TSR,
dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin yang relatif sama.
Kecepatan rata-rata yang dterima kincir sekitar 8,4 m/s. Jika kita meilhat dari
putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan putaran poros tertinggi 418
10,30 N. Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,18 atau 18% dan TSR
optimal kaitannya 0,94. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar 4.13.
Tabel 4.7. Tabel hasil pengolahan data pengujian dengan variasi pitch angle 30o
No
Dari Tabel 4.7 ada 11 buah variasi data. Pada Tabel 4.7 ini sudah memiliki
hasil perhitungan, seperti torsi, kecepatan sudut, daya input, daya output, TSR,
dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin rata-rata sekitar 8,86
putaran poros tertinggi 360 putaran per menitnya. Beban maksimum yang dapat
diterima kincir ini adalah 10,70 N. Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,142
atau 14,2% dan TSR optimal kaitannya 0,76. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar
4.16.
4.4 Grafik Data Pengujian
Data yang telah diperoleh kemudian diolah kembali ke dalam bentuk grafik
untuk mengetahui hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir (rpm),
torsi dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) serta koefisien daya kincir (Cp)
dengan tip speed ratio (TSR). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi percobaan dapat dilihat pada Gambar 4.8 sampai Gambar 4.17.
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros pada kincir pitch angle 10o dengan kecepatan angin rata-rata 9,37 m/s
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Pada grafik hubungan antara torsi dan putaran poros dapat dilihat bahwa
data yang dimasukkan akan membentuk garis miring lurus yang menghubungkan
tiap titiknya. Jika diamati pada grafik di atas nilai putaran poros semakin
menurun, namun nilai dari torsinya semakin bertambah. Hal ini dipengaruhi oleh
nilai F atau beban yang diberikan. Penambahan beban akan mengurangi nilai
putar poros, namun akan memperbesar nilai torsi. Hal ini menunjukkan bahwa
antara torsi dan putaran poros nilainya berbanding terbalik.
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch angle
10o dengan kecepatan angin rata-rata 9,37 m/s
Pada grafik hubungan antara torsi dan daya output dapat dilihat membentuk
garis lengkung. Pada kasus ini berbeda dengan grafik hubungan antara torsi dan
putaran poros yang perbandingan nilainya berbanding terbalik, namun pada pada
grafik ini ada beberapa kondisi yang berbeda. Dapat diamati jika nilai torsi pada
0 2 4 6 8 10 12 14 16
grafik terus meningkat, namun nilai daya output hanya mengalami pertambahan
pada titik ke 6 atau pada torsi sekitar 0,65 dan setelah itu adanya penurunan pada
nilai daya output tersebut. Nilai daya output mengalami penurunan dipengaruhi
karena kecepatan sudutnya juga mengalami penurunan. Kecepatan sudutnya
mengalami penurunan nilai, karena nilai putaran porosnya mengalami penurunan
pada proses pengujian kincirnya yang disebabkan oleh adanya penambahan
beban. Hal ini dapat kita buktikan dari beberapa rumus yang disajikan pada BAB
III.
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir pitch angle 10o
Pada grafik hubungan antara Cp dan TSR ini mempunyai bentuk grafik yang
melengkung, hampir sama seperti grafik hubungan antara torsi dan daya output.
Grafik ini akan menunjukkan nilai efisiensi dari kincir angin ini. Pada grafik ini
nilai TSR mengalami peningkatan nilainya, namun pada Cp hanya mengalami
y = -0,0764x2 + 0,1398x - 0,006
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
peningkatan pada titik/data ke 3 atau pada TSR sekitar 0,9 dan setelah itu nilainya
turun. Jika dilihat dari data perhitungan pada tabel, nilai Cp maksimumnya adalah
0,06 atau sekitar 6% dan jika ditarik garis lurus ke ke bawah yang tegak lurus,
akan menunjukkan nilai TSR optimalnya pada 0,94.
Pada grafik Gambar 4.10 menggunakan garis pendekatan yang memiliki
persamaan y = -0,076x2 + 0,139x - 0,006, dengan y menunjukkan Cp dan x
menunjukkan TSR. Dari persamaan tersebut akan mendapatkan nilai Cp maksimal
dan TSR optimal kaitannya yang lebih akurat sesuai dengan grafik. Setelah
dilakukan perhitungan dengan cara diferensial yang menghasilkan persamaan
= (2)(-0,076)x + 0,139, dengan
= 0
.
Nilai Cp maksimal yang dihasilkansebesar 0,057 atau setara 5,7% dan TSR optimal kaitannya sebesar 0,914.
Pada kasus ini, nilai Cp pada grafik mengalami penurunan dikarenakan nilai
daya output yang menurun juga. Nilai daya output ini sama seperti pada grafik
torsi dan daya output, nilainya dipengaruhi oleh besaran nilai kecepatan sudut dan
Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros pada kincir pitch angle 20o dengan kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s
Pada grafik hubungan antara torsi dan putaran poros dapat dilihat bahwa
data yang dimasukkan akan membentuk garis miring lurus yang menghubungkan
tiap titiknya. Jika kita amati pada grafik di atas nilai putaran poros semakin
menurun, namun nilai dari torsinya semakin besar. Hal ini dipengaruhi oleh nilai
F atau beban yang diberikan. Penambahan beban akan mengurangi nilai putaran
poros, namun akan memperbesar nilai torsi. Hal ini menunjukan bahwa antara
torsi dan putaran poros nilainya berbanding terbalik.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Gambar 4.12 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch angle 20o dengan kecepatan angin rata-rata 8,4 m/s
Pada grafik hubungan antara torsi dan daya output dapat dilihat membentuk
garis lengkung. Pada kasus ini berbeda dengan grafik hubungan antara torsi dan
putaran poros yang perbandingan nilainya berbanding terbalik, namun pada pada
grafik ini ada beberapa kondisi yang berbeda. Dapat diamati jika nilai torsi pada
grafik terus meningkat, namun nilai daya output hanya mengalami pertambahan
pada titik/ data ke 10 atau pada torsi sekitar 1,7 dan setelah itu adanya penurunan
pada nilai daya output. Nilai daya output mengalami penurunan dipengaruhi
karena kecepatan sudutnya juga mengalami penurunan. Nilai kecepatan sudutnya
mangalami penurunan karena disebabkan oleh nilai putaran porosnya yang turun
pada proses pengujian kincirnya.
0 5 10 15 20 25 30 35
Gambar 4.13 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir pitch angle 20o
Pada grafik hubungan antara Cpdan TSR ini mempunyai bentuk grafik yang
melengkung, hampir sama seperti grafik hubungan antara torsi dan daya output.
Pada grafik ini nilai TSR mengalami peningkatan nilainya, namun pada Cp hanya
mengalami peningkatan pada titik/data ke 5 atau pada tip speed ratio 0,9, setelah itu nilainya turun. Jika dilihat dari tabel perhitungan data, nilai Cpmaksimumnya
adalah 0,18 atau sekitar 18% dan jika ditarik garis lurus ke ke bawah yang tegak
lurus, akan menunjukkan nilai TSR optimalnya pada 0,94.
Pada grafik Gambar 4.13 menggunakan garis pendekatan yang memiliki
persamaan y = -0,153x2 + 0,320x - 0,001, dengan y menunjukkan Cp dan x
menunjukkan TSR. Dari persamaan tersebut akan mendapatkan nilai Cp
maksimal dan TSR optimal kaitannya yang lebih akurat sesuai dengan grafik.
Setelah dilakukan perhitungan dengan cara diferensial akan mendapatkan
persamaan
= (2)(-0,153)x + 0,320, dengan
= 0. Nilai Cp masimal yang
dihasilkan sebesar 0,166 atau setara 16,6% dan TSR optimal kaitannya sebesar
1,045.
Pada kasus ini, nilai Cp pada grafik mengalami penurunan dikarenakan nilai
daya output yang menurun juga. Nilai daya output ini sama seperti pada grafik
torsi dan daya output, nilainya dipengaruhi oleh besaran nilai kecepatan sudut dan
putaran poros nya.
Gambar 4.14 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin rata-rata 8,86 m/s
Pada grafik hubungan antara torsi dan putaran poros dapat dilihat bahwa
data yang dimasukkan akan membentuk garis miring lurus yang menghubungkan
0 50 100 150 200 250 300 350 400
tiap titiknya. Jika kita amati pada grafik di atas nilai putaran poros semakin
mengecil, namun nilai dari torsinya semakin besar. Hal ini dipengaruhi oleh nilai
F atau beban yang diberikan. Penambahan beban akan mengurangi nilai putar
poros, namun akan memperbesar nilai torsi. Hal ini menunjukan bahwa antara
torsi dan putaran poros nilainya berbanding terbalik.
Gambar 4.15 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin rata-rata 8,86 m/s
Pada grafik hubungan antara torsi dan daya output dapat kita lihat
membentuk garis lengkung. Pada kasus ini berbeda dengan grafik hubungan
antara torsi dan putaran poros yang perbandingan nilainya berbanding terbalik,
namun pada pada grafik ini ada beberapa kondisi yang berbeda. Dapat diamati
jika nilai torsi pada grafik terus bertambah, namun nilai daya output hanya
mengalami pertambahan pada titik/ data ke 8 atau pada torsi sekitar 1,7 dan
0 5 10 15 20 25 30 35
setelah itu adanya penurunan pada nilai daya output. Nilai daya output mengalami
penurunan dipengaruhi karena kecepatan sudutnya juga mengalami penurunan
karena nilai putaran porosnya yang mengalami penurunan pada proses pengujian
kincirnya.
Gambar 4.16 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir pitch angle 30o
Pada grafik hubungan antara Cp dan TSR ini mempunyai bentuk grafik yang
melengkung, hampir sama seperti grafik hubungan antara torsi dan daya output.
Pada grafik ini nilai TSR mengalami peningkatan nilainya, namun pada Cp hanya
mengalami peningkatan pada titik/data ke 3 pada TSR sekitar 0,75 setelah itu
nilainya turun. Jika dilihat dari tabel perhitungan, nilai Cp maksimumnya adalah
0,142 atau sekitar 14,2% dan jika ditarik garis lurus ke ke bawah yang tegak lurus,
akan menunjukkan nilai TSR optimalnya pada 0,76.
y = -0,149x2 + 0,216x + 0,060
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Pada grafik Gambar 4.16 menggunakan garis pendekatan yang memiliki
persamaan y = -0,149x2 + 0,216x + 0,060, dengan y menunjukkan Cp dan x
menunjukkan TSR. Dari persamaan tersebut akan mendapatkan nilai Cp
maksimal dan TSR optimal kaitannya yang lebih akurat sesuai dengan grafik.
Setelah dilakukan perhitungan dengan cara diferensial akan mendapatkan
persamaan
Pada kasus ini, nilai Cp pada grafik mengalami penurunan dikarenakan nilai
daya output yang menurun juga. Nilai daya output ini sama seperti pada grafik
torsi dan daya output, nilainya dipengaruhi oleh besaran nilai kecepatan sudut dan
putaran poros nya.
Gambar 4.17 Grafik gabungan hubungan antara Cp dan TSR pada kincir 12 sudu
Pada grafik gabungan Cp dan TSR ini menggabungkan ke 3 buah grafik Cp
dan TSR untuk membandingkan nilai efisiensi yang terbaik antara kincir dengan
pitch angle 10o, 20o, atau 30o. Jika dilihat grafik kincir dengan pitch angle 20o memiliki nilai Cp dan TSR yang lebih besar dari pada pitch angle yang lainnya
dengan nilai Cp maksimal yang dihasilkan sebesar 0,057 atau setara 5,7% dan
TSR optimal kaitannya sebesar 0,914. Sudah dapat dibuktikan bahwa nilai
efisiensi daya pada kincir pitch angle 20o jauh lebih baik daripada kincir pitch angle 10o dan 30o. Kincir angin dengan pitch angle 30o yang digambarkan pada grafik efisiensinya lebih baik dari pada kincir angin yang memiliki pitch angle
10o.
Jadi, inti dari pengujian kincir angin American multi-blade dengan beberapa variasi sudut ini adalah untuk memilih variasi sudut manakah yang memiliki nilai
efisiensi daya atau Cp dan TSR yang paling baik, sehingga masyarakat atau
industri yang akan menggunakan kincir jenis ini dapat memilih variasi sudut yang
49 BAB V
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian dan pengambilan data pada kincir angin
American multi-blade dengan 12 sudu berdiameter 80cm dan memiliki 3 buah variasi pitch angle, yaitu pitch angle 100, 200, dan 300, dapat disimpulkan bahwa:
1. Telah berhasil dibuat model kincir angin American multi-blade 12 sudu dengan 3 variasi pitch angle dan telah digunakan dalam penelitian.
2. Pada model kincir dengan pitch angle 10o dihasilkan nilai Cp maksimum
0,057 atau 5,7% dan TSR optimal kaitannya 0,91. Pada model kincir
dengan pitch angle 20o Cp maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan
TSR optimalnya pada 1,04. Pada variasi ketiga pitch angle 30o memiliki nilai Cp maksimum 0,138 atau 13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72.
3. Nilai Cp maksimum paling tinggi diperoleh dari model kincir angin dengan
variasi pitch angle 20o, yakni 0,166 atau 16,6% dan TSR optimal pada 1,04.
3.2 Saran
Dari pengujian dan analisis data yang telah dilakukan, banyak hal yang
dapat dipelajari bersama. Dari poin-poin penting yang didapatkan, ada beberapa
Akhir ini. Untuk beberapa penguji selanjutnya yang akan menguji dengan
jenis dan bahan kincir yang sama, disarankan untuk memberikan variasi sudut
atau pitch angle yang berbeda dan lebih variatif. Penguji berikutnya dapat memberikan variasi pitch angle dengan penambahan 5o dari tiap variasinya. Diharapkan dengan penambahan sudut 5o akan didapat hasil efisiensi yang lebih baik. Penguji juga dapat mengganti bahan hub dari yang semula berbahan tutup
pipa paralon diganti dengan hub yang berbahan kayu. Dengan begitu akan
51
DAFTAR PUSTAKA
Ahira, Anne. Penemu Kincir Angin. Tersedia http://www.anneahira.com/penemu-kincir-angin.htm. Diakses : 1 Maret 2015.
Daryanto,Y. 2007, Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga Bayu.
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan Energi Nasional.
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses: 17 Februari 2015.
