Unjuk kerja kincir angin poros vertical model wepower.

(1)

i

HALAMAN JUDUL

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL

MODEL WePOWER

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Disusun oleh

YOSEF CAFASSO AMARA SEKAR PRABHADHANU

NIM : 095214004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

TITTLE PAGE

WORK METHOD OF VERTIKAL AXIS WIND

TURBINE TYPE OF WePOWER

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requerment

to obtain Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

Written By

YOSEF CAFASSO AMARA SEKAR PRABHADHANU

Student Number : 095214004

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

iii

HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING

MODEL WePOWER

Disusun oleh

YOSEF CAFASSO AMARA SEKAR PRABHADHANU

NIM: 095214004

Telah disetujui oleh

Dosen Pembimbing Skripsi

(4)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

MODEL WePOWER

Dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA : YOSEF CAFASSO AMARA SEKAR PRABHADHANU

NIM : 095214004

Telah dipertahankan didepan Dewan Penguji Skripsi Pada tanggal 27 Januari 2016

Susunan Dewan Penguji

Posisi Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua Ir. P. K. Purwadi, M.T. ……….

Sekretaris Budi Setyahandana, S.T., M.T. ……….

Anggota Doddy Purwadianto, S.T., M.T. ………...

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 27 Januari 2016 Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Dekan,

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 10 November 2015 Penulis,

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta :

Nama : Yosef Cafasso Amara Sekar Prabhadhanu NIM : 095214004

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya bersedia memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah yang berjudul :

Unjuk Kerja Kincir Angin Model WePOWER

Beserta perangkat yang diperlukan. Demikian saya berikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, dan mengelolanya di internet atau mengalihkan dalam bentuk media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 10 November 2015 Yang menyatakan,

(7)

vii

INTISARI

Pada penelitian ini kincir angin yang digunakan adalah kincir angin dengan menggunakan poros vertikal, dengan mengadopsi model kincir angin WePOWER dengan jumlah bilahnya 4 buah, berbahan pipa PVC 8 inch. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui unjuk kerja dan karakterisiknya. Seperti : Pa (daya angin/P-in), Pe (daya elektrik/P-out), Koefisien Daya (Cp), serta Tsr (tip-speed ratio) dari kincir angin.

Penelitian ini memiliki variasi, dengan sudut kemiringan pada bilah kincir. Setiap set kincir, masing masing menggunakan kemiringan bilah 25º, 30º, dan 35º. Dan pada setiap set kincir angin ini juga menggunakan variasi potongan bilah kincir yang berbeda. Yaitu dengan sudut lengkung : 100º, 135º, dan 165º. Pada saat pengujian di dalam Wind Tunnel digunakan setting kecepatan angin 7 m/s, 6,5 m/s, dan 6 m/s setiap delapan kali pengambilan datanya. Sebagai peralatan pendukung, digunakan 7 lampu dengan rangkaian paralel, setiap lampu berkapasitas 5 watt.

Telah berhasil dibuat kincir angin dari bahan PVC ukuran 8 inchi dengan tiga variasi pemotongan bilah dengan sudut 100°, 130°, dan 165° dengan variasi letak posisi sudunya 25°, 30°, dan 35° dalam model kincir yang sama. Kincir angin dengan sudut potong 100° menghasilkan daya elektrik maksimal 1,33 watt pada kecepatan angin 7 m/s dan koefisien daya (CP) 0,298 pada (tsr) 0,291. Kincir dengan sudut potong 130° menghasilkan

daya elektrik 1,60 watt pada kecepatan angin 7 m/s dan koefisien daya (CP)

0,359 pada (tsr) 0,321. Kincir dengan sudut potong 165° menghasilkan daya kincir 1,39 watt pada kecepatan angin 7 m/s dan koefisien daya (CP)

0,313 pada (tsr) 0,346.

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas semua kemurahan hati yang dilimpahkan-Nya sehingga saya mampu menyusun Skripsi, dan studi dengan hasil yang cukup. Dengan Judul Skripsi “Unjuk Kerja

Kincir Angin Poros Vertikal Model WePOWER."

Penyusunan Skripsi ini tentuberat, namun dengan jerih payah serta bantuan, bimbingan, dan saran yang membangun dari berbagai pihak, saya mampu menyelesaikanya. Dengan kerendahan hati, saya menyampaikan terima kasih kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik dan sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

4. Hadrianus Edy Suharyo dan Paulina Maria Srimaryati, selaku orang tua saya, kedua saudara saya Prabhadamar dan Prabhadatu yang selalu memberikan doa dan dukungan sehingga terselesaikan skripsi ini.

(9)

ix

6. Rekan saya Andreas Paulus yang turut serta membantu dalam proses pengerjaan alat dan pengambilan data.

7. Seluruh dosen beserta Staff Fakultas Sains dan Teknologi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas bantuan dan bimbingan yang diberikan.

8. Teman-teman Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga dengan naskah Skripsi yang telah disusun ini dapat memberikan manfaat bagi penerapan teknologi tepat guna bagi masa depan yang lebih baik serta menjadi sumber inspirasi bagi mahasiswa maupunn pembaca lainya dalam menciptakan inovasi dibidang teknologi terbarukan. Ketidaksempurnaan naskah ini menjadi motivasi bagi saya untuk terus belajar. Saya mohon maaf apabila terdapat informasi yang tidak lengkap dalam naskah ini.

(10)

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITTLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ...iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ...viii

DAFTAR ISI ... x

BAB I ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 5

1.3 Tujuan Penelitian ... 5

1.4 Batasan Penelitian ... 6

1.5 Manfaat Penelitian ... 7

BAB II ... 9

DASAR TEORI ... 9

2.1 Konsep Terbentuknya Angin ... 9

2.2.1 Faktor Pendukung Proses Terjadinya Angin ... 9

Faktor – faktor yang menjadi pendukung proses terjadinya angin meliputi: .... 9

2.2 Kincir Angin ... 17

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 18

2.2.2 Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 25

2.3 Rumus Perhitungan ... 30

2.3.1 Energi Angin ... 30

(11)

xi

2.3.3 Daya Kincir Angin ... 32

2.3.4 Daya Listrik yang Dihasilkan ... 33

2.3.5 Tip Speed Ratio ... 34

2.3.6 Koefisien Daya Kincir Angin ... 35

BAB III ... 38

METODE PENELITIAN ... 38

3.1 Persiapan Perakitan Alat... 38

3.2 Daftar Bahan dan Peralatan pada Penelitian ... 38

3.3 Variabel Penelitian ... 44

3.4 Variabel yang Diukur ... 44

3.5 Parameter yang Dihitung ... 44

3.6 Langkah Penelitian ... 45

BAB IV ... 48

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 48

4.1 Hasil Pengambilan Data ... 48

4.1.1 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 165˚ Terhadap Arah Putar Kincir. ... 48

4.2 Proses Pengolahan Data ... 58

4.2.1 Perhitungan daya yang tersedia dalam angin ... 58

4.2.2 Perhitungan Daya Listrik yang Dihasilkan ... 58

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ... 59

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ... 60

(12)

xii

4.3.1 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 165˚ Terhadap Arah

Putar Kincir. ... 61

4.3.2 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 130˚ Terhadap Arah Putar Kincir. ... 64

4.3.3 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 100˚ Terhadap Arah Putar Kincir. ... 67

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 71

4.4.1 Grafik Untuk Variasi Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ DenganPotongan Bilah Kincir 165˚ Terhadap Arah Putar Kincir... 71

BAB V ... 82

PENUTUP ... 82

5.1 Kesimpulan ... 82

5.2 Saran ... 83

(13)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi terbarukan adalah energi yang dihasilkan dari sumber alami, seperti cahaya matahari, angin, hujan, arus pasang surut, dan panas bumi, yang terbarui atau secara alami dapat muncul kembali setelah dipergunakan. Ketika dibandingkan dengan proses produksi energinya, terdapat perbedaan mendasar antara energi terbarukan dengan bahan bakar fosil. Proses produksi bahan bakar fosil sulit dan membutuhkan proses dengan peralatan, proses fisik dan kimia yang rumit. Di lain hal, energi alternatif dapat diproduksi dengan peralatan dasar dan proses alam yang sangat mendasar.

Telah dicetuskan pada 13 Desember 1957 oleh Perdana Mentri Indonesia Ir. H. Djuanda Kartawidjaja, deklarasi mengenai perbatasan laut Indonesia dan laut sekitar, diantara dan didalam kepulauan Indonesia menjadi satu kesatuan wilayah NKRI. Indonesia sendiri manganut prinsip-prinsip negara kapulauan sehingga laut-laut antar pulau pun merupakan wilayah milik NKRI. Selanjutnya diresmikan menjadi UU No.4/PRP/1960 tentang wilayah Perairan Indonesia.

(14)

2

sedangkan luas perairannya mencapai 3.257.483 km2. Secara keseluruhan Indonesia memiliki garis pantai terpanjang didunia yakni 81.000 km yang merupakan 14% dari garis pantai dunia.

Dengan garis pantai 81.000 km Indonesia memiliki kecepatan angin rata-rata 3 hingga 5 m/s. Mengacu pada data Kementrian ESDM, total potensi energi angin di Indonesia diperkirakan mencapai 9GW. Hal ini merupakan potensi besar jika dimanfaatkan untuk memanen energi guna ketahanan energi nasional.

Berdasarkan hasil survey yang dilakukan General Electric (GE) pada Juni tahun 2013 lalu menunjukan bahwa Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber daya energi, sekaligus sebagai konsumen energi terbesar di kawasan ASEAN. Selama 10 tahun ke depan, permintaan akan energi di Indonesia diproyeksikan akan meningkat 7% per tahunnya. Berdasarkan catatan, Indonesia menggunakan bahan bakar fosil sebesar hampir 70% dari total energi primer, dan 84% dari total bahan bakar pembangkit listrik. (Sumber: www.ge.com )

Gambar 1 : Peta potensi angin di Indonesia

(15)

3

Tabel 1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5 m/s atau lebih.

No Nama Daerah Kecepatan Rata-rata angin (m/s)

Masa Bertiup Angin, 4.0 m/s (%)

1 Blang Bintang 3,50 42,6

2 Tanjung Pinang 3,75 62,5

3 Tanjung Pandang 4,35 75,0

4 Pondok Betung 3,70 25,0

5 Margahayu 4,30 90,0

6 Rendole/Pati 5,30 84,8

7 Semarang 3,90 51,3

8 Iswahyudi 5,15 95,5

9 Kalianget 4,15 65,6

10 Denpasar 4,03 59,5

11 Pasir Panjang 4,95 66,7

12 Kupang/Penfui 5,75 78,6

13 Waingapu 3,65 32,7

Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000

(16)

4

optimalisasi pemanfatan energi alternatif yang terbarukan dengan kemudahan instalasi, perawatan dan biaya yang relatif kecil. Pertumbuhan ekonomi, dengan perkembangan jumlah penduduk yang memiliki beragam kebutuhan akan berdampak pada kebutuhan energi listrik. Meningkatnya kebetuhan akan energi listrik dikarenakan adanya perkembangan teknologi yang terus meningkat dan banyaknya konsumen dari peralatan elektronik.

Di Indonesia memiliki potensi angin yang cukup untuk perkembangan energi alternatif. Dengan menggunakan kincir angin sebagai alat pengkonversi energi angin menjadi energi listrik ataupun mekanik dapat menjadi solusi untuk pengganti energi fosil. Untuk instalasi yang mudah dan memiliki efektivitas kinerja, serta biaya perawatan yang relatif murah tentu bergantung pada desain kincir tersebut. Maka kincir ngin harus memiliki desain yang baik dan sudah melalui tahap uji yang memenuhi kriteria penelitian sebelum proses produksi untuk menekan biaya pembuatanya.

(17)

5

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan pada penelitian alat ini adalah sebagai berikut. 1. Pemanfaatan energi angin yang relatif murah dan mudah dalam

aplikasinya.

2. Penggunaan kincir angin model WePOWER dapat diaplikasikan dengan kecepatan angin yang rendah.

3. Guna mendapatkan efisiensi maksimal diperlukan kincir angin proros vertikal, sebagai alat konversi energi angin menjadi energi mekanis atau listrik.

4. Guna memenuhi kebutuhan energi alternatif yang memenuhi persyaratan ramah lingkungan.

5. Perancangan kincir angin yang memiliki torsi besar dan dapat tetap berfungsi dalam kecepatang angin rendah.

6. Membuat dan menguji kemampuan kincir angin model WePOWER untuk mengetahui unjuk kerja alat ini, agar dapat mengetahui kekurangan dalam kinerjanya.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian dijelaskan pada poin-poin dibawah ini.

(18)

6

2. Memperoleh data karakteristik dari kincir angin menurut koefisien daya kincir (Cp) dengan tip speed ratio (tsr).

3. Mengetahui besarnya daya terbaik yang dihasilkan kincir angin poros vertikal model WePOWER terbuat dari bahan triplek dengan tebal 6mm dengan diameter kincir 45 cm. Sudunya menggunakan potongan pipa PVC 8 inch dipotong dengan variasi 100°, 135°, dan 165°.

4. Mengetahui besarnya daya yang dihasilkan oleh kincir, koefisien daya dan pengaruh dari pemasangan sudu dengan kemiringan 25°, 30°, dan 35°.

1.4 Batasan Penelitian

Pada skripsi ini akan diteliti kincir angin model WePOWER dengan jumlah sudu 4 namun menggunakan 3 jenis sudut potong yang berbeda. Dipilihnya kincir angin model WePOWER ini dikarenakan penulis ingin mengetahui keluaran daya maksimal dari model ini, melalui posisi sudut yang berbeda dengan proses pembebanan dengan menggunakan lampu.

Agar penelitian yang dilakukan dapat berjalan lancar tanpa mengalami kesulitan, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut:

Sebagai informasi tentang unjuk kerja kincir angin poros vertikal model We-Power yang berbahan triplek dan pipa PVC.

(19)

7

kecepatan angin, dan penempatan posisi sudu dengan 3 arah yang berbeda terhadap arah datangnya angin.

2. Penelitian kincir angin poros vertikal model WePOWER terbuat dari bahan triplek dengan tebal 6mm dengan diameter kincir 45cm. Sudunya menggunakan potongan pipa PVC 8 inch dipotong dengan variasi sudut 100°, 135°, dan 165°. Kemudian menggunakan variasi kemiringan 25°, 30°, 35°.

3. Pembebanan menggunakan motor sepeda listrik yang dihubungkan langsung ke lampu. Jumlah lampu yang digunakan ada 7 buah.

4. Data yang diambil meliputi : kecepatan angin, putaran poros kincir, dan beban daya lampu.

5. Penelitian dilakukan pada terowongan angin di Lab Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang ingin diberikan penulis kepada masyarakat adalah sebagai berikut.

1. Sebagai informasi tentang unjuk kerja kincir angin sumbu vertikal model WePOWER berdasarkan varian yang telah diuji.

2. Memberikan dukungan pada perkembangan teknologi terbarukan yang ramah lingkungan.

(20)

8

(21)

9

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Konsep Terbentuknya Angin

Angin adalah udara yang bergerak karena adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran angin dari tempat yang bertekanan rendah atau daerah yang memiliki temperatur rendah ke daerah bertemperatur tinggi.

Angin memiliki hubungan yang erat dengan sinar matahari karena wilayah yang terpapar sinar matahari akan memiliki suhu yang lebih tinggi serta tekanan udara yang lebih rendah dibandingkan daerah lain dan disekitarnya. Sehingga, menyebabkan terjadinya aliran udara. Angin dapat juga ditimbulkan oleh pergerakan benda sehingga mendorong udara disekitarnya untuk bergerak ke tempat lain. Telah dipahami bahwa udara yang bergerak / angin memiliki energi kinetik. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin digunakan sebagai alat konversi energi angin. Tenaga angin menunjuk kepada pengumpulan energi yang berguna dari angin.

2.2.1 Faktor Pendukung Proses Terjadinya Angin

Faktor – faktor yang menjadi pendukung proses terjadinya angin meliputi: a) Gradien Barometris, yaitu bilangan yang memnunjukkan perbedaan tekanan

udara dari dua isobar yang jaraknya 111km. Semakin besar gradien barometrisnya, maka akan semakin kencang tiupan anginnya.

(22)

10

c) Tinggi lokasi, semakin tinggi lokasinya semakin kencang pula angin yang bertiup. Hal ini dipengaruhi oleh gaya gesek yang menghambat laju udara. Untuk dapat memanfaatkan energi angin tersebut perlu diketahui kriterianya dari berbagai macam jenis angin sebagai berikut :

a. Angin Pasat

Angin pasat adalah angin yang bergerak dari daerah maksimum (daerah sedang) menuju daerah minimum (khatulistiwa) secara terus menerus. Hal ini terjadi karena penyinaran matahari di daerah khatulistiwa yang tinggi sepanjang tahun sehingga tekanan udaranya minimum. Sebaliknya, di daerah sedang hingga kutub, penyinaran matahari tidak sepanjang tahun sehingga tekanan udaranya maksimum.

Gambar : 2.1 Gambaran Pola Aliran Angin Global

(23)

11

Gambar : 2.2 Skema angin pasat.

(Sumber:http://www.google.co.id/search?q=sirkulasi+angin&ie=UTF-8tbm=isch&prmd )

b. Angin Muson

Angin muson atau angin musim adalah angin yang bergerak terusmenerus selama setengah tahun ke arah yang sama dan setengah tahun berikutnya berganti arah, yaitu bergerak dari arah yang berlawanan dengan arah sebelumnya. Angin musim terjadi sebagai akibat dari gerakan semu tahunan matahari yang memengaruhi tekanan udara.

(24)

12

tinggi sehingga terjadilah gerakan massa udara dari Asia ke Australia yang disebut angin musim barat.

Gambar 2.3 (a) Angin Muson Barat, (b) Angin Muson Timur.

Jika matahari di belahan Australia (selatan bumi) maka jenis anginnya disebut angin musim barat dan bila matahari di belahan Asia (utara bumi) maka jenis anginnya disebut angin musim timur. Kedua angin musim ini sangat memengaruhi pola angin di Indonesia.

c. Angin Lokal

(25)

13

d. Angin Fohn

Angin fohn atau angin terjun adalah angin yang pada awalnya banyak membawa hujan pada lereng pegunungan ketika angin itu mendaki atau naik mengikuti lereng pegunungan. Setelah mencapai puncak pegunungan, angin tersebut menuruni lereng di seberangnya. Pada saat itu, angin tidak mengandung uap air atau kering yang kemudian menyebabkan naiknya suhu udara, setiap turun 100m udara naik 1 ฀C. Dengan demikian angin yang turun bersifat panas dan dapat merusak.

Gambar 2.4 (Sirkulasi angin fohn).

e. Angin Siklon

(26)

14

Gambar 2.5 Siklus Angin Siklon

Angin ini disebut angin taifun atau angin siklon tropik. Angin taifun atau siklon tropik banyak terjadi di atas laut pada daerah sekitar lintang 10º LU ke utara dan 10ºLS ke selatan. Indonesia terletak di daerah lintang kecil sehingga Indonesia bebas dari pengaruh buruk siklon tropik.

f. Angin Darat dan Angin Laut

Pada malam hari, energi panas yang diserap permukaan bumi sepanjang hari akan dilepaskan lebih cepat oleh daratan (udara dingin). Sementara itu di lautan energi panas sedang dalam proses pelepasan ke udara. Gerakan konvektif tersebut menyebapkan udara dingin dari daratan bergerak menggantikan udara yang naik ke lautan sehingga terjadi aliran udara dari darat ke laut. Itulah yang disebut angin darat (the land breeze).

(27)

15

Gambar 2.6 (Sirkulasi angin darat terjadi pada malam hari.)

Gambar 2.7 Sirkulasi angin laut terjadi pada siang hari.

( Sumber : http://www.cuacajateng.com/angindaratdananginlaut.htm )

g. Angin Lembah dan Angin Gunung

(28)

16

Gambar 2.8 valley and mountain breeze.

(Sumber : http://www.cuacajateng.com/angingunungdananginlembah.htm dan http://www.britanica.com/EBchecked/topic/394868/mountain-breeze)

Pada malam hari, daratan tinggi puncak gunung / diatas lereng gunung menjadi dingin secara cepat akibat dari kehilangan radiasi matahari. Maka, di puncak gunung bertekanan lebih tinggi dibandingkan dengan di lembah. Udara yang lebih dingin memiliki densitas (kerapatan udara) yang lebih besar kemudian akan mengalirkan udara ke lembah. Disebut juga arus Katabatik (catabatik flows).

(29)

17

gunung. Karena itu udara lereng guunung menjadi labil dan cenderung naik ke lereng gunung. Hal ini disebut juga arus Anabatik (anabatic flows).

2.2 Kincir Angin

Kincir angin / turbin angin merupakan sebuah alat pengkonversi dari energi gerak (kinetik) kedalam energi listrik. Putaran pada poros ini kemudian dapat digunakan untuk berbagai keperluan masyarakat. Pada awalnya kincir angin dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani melakukan penggilingan padi, gandum, juga keperluan irigasi, dll. Kincir angin terdahulu dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa juga Amerika yang lebih dikenal dengan nama Windmill.

Melalui perkembangan ilmu dan teknologi, kini angin menjadi energi terbarukan dan kincir angin lebih banyak dipakai untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dengan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Dan banyak negara termasuk di Indonesia sendiri melakukan pengembangan dalam teknologi angin. Walaupun hingga saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional seperti : PLTD, PLTU, PLTN, dan lain-lain.

Perhitungan daya yang mampu dihasilkan untuk sebuah turbin angin dengan diameter sudu adalah :

(30)

18

Prinsip dasar kerja turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari pergerakan rotor yang memutar motor / generator yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Namun, diperlukan berbagai macam sub-sistem yang dapat meningkatkan keamanan dan efisiensi dari turbin angin tersebut.

Desain turbin angin yang ada saat ini terbagi menjadi dua macam berdasarkan posisi sumbunya, dibedakan menjadi turbin angin sumbu horizontal (TASH) dan turbin angin sumbu vertikal (TASV). Dalam penelitian ini akan mengamati karakteristik dan mengembangkan turbin angin sumbu vertikal.

2.2.1 Turbin Angin Sumbu Vertikal

(31)

19

a. Turbin Angin Savonius

Tipe Savonius diciptakan oleh seorang insinyur Finlandia yaitu, Sigurd Johanes Savonius pada tahun 1929. Kincir angin ini merupakan model yang paling sederhana dan menjadi versi besar dari anemometer. Kincir angin Savonius dapat berputar karena adanya gaya dorong angin, sehingga putaran rotorpun tidak akan melebihi kecepatan angin. Meskipun daya koefisien untuk turbin angin bervariasi antara 30% sampai 45%, menurut banyak peneliti untuk model Savonius biasanya tidak lebih dari 25%. Jenis turbin ini cocok untuk aplikasi daya yang rendah dan biasanya digunakan pada kecepatan angin yang berbeda.

(32)

[image:32.595.139.489.113.670.2]

20

Gambar 2.9 Aliran fluida / angin pada Savonius (by Savonius)

(33)

[image:33.595.140.510.110.555.2]

21

Gambar 2.11 Profile of shapes Alt Rich Savonius was experimenting (by savonius)

Gambar 2.12 Varian of rotor with wich Savonius was experimenting (by savonius)

b. Turbin Angin Darrieus

Tipe Darrieus diciptakan oleh seorang insinyur Perancis yaitu, George Jeans Maria Darrieus yang dipatenkan pada tahun 1931. Beliau memiliki 2 bentuk turbin yang digunakan diantaranya adalah “Eggbeater /

Curved Bladed” dan “Straightbladed” TASV. Sketsa dari kedua variasi

(34)

[image:34.595.138.456.97.655.2]

22

Gambar 2.13 Darrieus Eggbeater / Curved Bladed.

Gambar 2.14 Straightbladed / H-rotor concept.

(35)

23

Dalam posisi ini cukup efektif pada saat menangkap angin dari berbagai arah. Berbeda dengan model milik Savonius, kincir Darrieus Eggbeater / Curved Bladed bergerak dengan memanfaatkan gaya angkat / drag lift yang

terjadi saat angin bertiup. Bilah sudu turbin bergerak berputar mengelilingi sumbu.

c. Turbin Angin H-rotor

[image:35.595.142.513.307.707.2]

Tipe H-rotor ditunjukan pada gambar 2.14 di atas, dikembangkan di Inggris melalui penelitian yang dilakukan pada tahun 1970 hingga 1980an. Diuraikan bahwa mekanisme yang digunakan pada bentuk bilah lurus (straight-bladed) Darrieus TASV tidak diperlukan, ternyata ditemukan efek hambatan yang dihasilkan dari sebuah pisau bilah akan membatasi kecepatan aliran angin. Olehkarena itu, H-rotor akan mengatur semua kecepatan angin untuk dapat mencapti kecepatan putaran optimalnya.

(36)

24

d. Turbin Angin WePOWER / WePOWER Eco

[image:36.595.134.498.338.651.2]

Turbin angin jenis ini merupakan salah satu dari 7 turbin angin terbaik dunia. Turbin angin ini merupakan perkembangan dari teknologi paling baru di abad ini. Turbin jenis ini menggunakan sistem yang minim polusi, penyeimbang energy yang sangat baik, tidak menimbulkan suara bising, ramah lingkungan, pemaasangan yang mudah, tidak membutuhkan perawatan khusus, dapat terlihat oleh burung, sehingga tidak menggangu dari kinerja turbin ini, dan mampu bekerja dengan baik pada kecepatan angin yang rendah. Pembuatnya mengklaim bahwa WePOWER akan sangat efektif bila diletakan dilahan pertanian, perumahan, dan atap gedung. Turbin ini telah dipublikasikan oleh WePOWER Eco Corp. sejak tahun 2011.

(37)

25 2.2.2 Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin dengan sumbu horizontal terbagi menjadi beberapa macam. Yaitu:

a. Turbin Angin Propeller

Turbin angin jenis ini memiliki poros rotaor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin yang sederhana, sedangkan turbin angin yang berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digabungkan dengan sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah putaran kincir yang pelan dapat berputar menjadi lebih cepat.

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi dibelakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Setiap bilahnya dibuat kaku agar tidak melengkung atau terdorong kearah menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan bilah-bilah itu diberi jarak ruang tertentu dengan menara dan sedikit dimiringkan.

(38)

[image:38.595.133.525.119.512.2]

26

Gambar 2.17 Turbin angin propeller. Enercon E66 (kiri) dan Aerostar Wind Turbine (kanan).

b. Dutch Windmill

Dutch Windmill atau windmolen berasal dari negara Netherland, salah-

satunya berada di desa Kinderdijk, Rotterdam. Kincir angin ini dibangun pada tahun 1740. Kincir angin Kinderdijk ini memiliki fungsi yang sama dengan (c) Cretan Sail Windmill, German. Yaitu berfungsi sebagai mekanisme

(39)

[image:39.595.132.473.106.542.2]

27

Gambar 2.18 Dutch windmolen, Kinderdijk 1740 (Sumber:

https://ourdistantsojourns.wordpress.com/tag/dutch-windmills/)

(Sumber: www.deutsches-museum.de/en/exhibitions/energi/power-engines/wind-power/)

c. Cretan Sail

Cretan Sail Windmill dibangun antara tahun 1850. Model ini merupakan

(40)

[image:40.595.130.496.105.559.2]

28

Gambar 2.19 Cretan Sail Windmil, German

(Sumber: www.deutsches-museum.de/en/exhibitions/energi/power-engines/wind-power/ )

d. American Windmill

(41)

29

bahan dasar besi mulai digunakan untuk menggantikan konstruksi sebelumnya yang berbahan kayu untuk bilah pisaunya (sudu).

(42)

30

2.3 Rumus Perhitungan

2.3.1 Energi Angin

Angin adalah udara yang bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah. Udara ini memiliki massa (m) dan kecepatan (v). Hal ini menunjukkan bahwa angin merupakan energi kinetik ( ).

(1)

yang dalam hal ini:

: energi kinetik (Joule)

m : massa udara (kg)

v : kecepatan angin (m/s)

Sedangkan daya adalah energi per satuan waktu, maka dari persamaan (1) dapat dituliskan :

̇

(2)

yang dalam hal ini:

: daya angin (watt)

̇

: massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s)

Dimana :

(43)

31 yang dalam hal ini :

: massa jenis udara (kg/ ), besar massa jenis udara = 1,2 kg/

A : luas penampang melintang arus angin yang ditangkap oleh kincir ( )

Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin ( ) dapat dirumuskan menjadi :

, disederhanakan menjadi :

(4)

Bila diasumsikan besarnya massa jenis udara ( ) adalah 1,2 kg/ , maka dari persamaan (4) dapat disederhanakan menjadi :

(5)

2.3.2 Perhitungan Torsi

Torsi merupakan perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Yang dapat dirumuskan sebagai berikut.

T = r.F

(6)

yang dalam hal ini :

T : torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)

(44)

32 r : jarak lengan ke poros (m)

2.3.3 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin karena adanya kerja yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi energi kinetik menjadi energi listrik. Daya kincir angin berbeda dengan daya angin, sebab daya kincir angin dipengaruhi oleh koevisien daya angin.

Perhitungan daya pada gerak melingkar pada umumnya dapat dituliskan sebagai berikut.

=

(7)

yang dalam hal ini:

: daya yang dihasilkan kincir (watt)

T : torsi dinamis (Nm)

: kecepatan sudut (rad/s)

Jika pada kincir angin besarnya daya kecepatan sudut ( ) dirumuskan sebagai :

(8)

= kecepatan sudut

(45)

33

=

rad/s

=

Maka besarnya daya kincir berdasarkan persamaan (7) dapat dinyatakan dengan :

(9)

: daya poros kincir angin (Watt)

T : torsi dinamis (Nm)

n : putaran poros setiap menit (rpm)

Dengan asumsi besarnya efisiensi generator ( ) adalah 0,8 sebagaimana telah disepakati, maka dari persamaan (9) dapat disederhanakan menjadi:

(10)

(46)

34

Diasumsikan ( ) efisiensi generator adalah 0,8 sebagaimana telah disepakati. Besarnya daya listrik yang dihasilkan generator dapat dinyatakan dengan:

(11)

yang dalam hal ini:

: daya listrik yang dihasilkan (Watt)

: Arus listrik (Ampere)

V : Tegangan (Volt)

2.3.5 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (tsr) merupakan perbandingan antara kecepatan linear pada ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin sebelum melewati sudu kincir. Besarnya tsr dapat dirumuskan sebagi berikut:

(12)

: diameter kincir (m)

: putaran poros kincir tiap menit (rpm)

(47)

35

2.3.6 Koefisien Daya Kincir Angin

[image:47.595.138.481.212.579.2]

Daerah sapuan oleh kincir angin / swept area dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

Gambar 2.20 Perhitungan daerah sapuan angin / swept area.

Maka digunakan rumus :

A : swept area / daerah sapuan angin.

W : width / lebar (cm)

H : height / tinggi (cm)

(48)

36

(13)

: koefisien daya (%)

: daya yang dihasilkan oleh kincir (watt)

: daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

Penyelesaian lain untuk kasus ini, digunakan rumus berikut :

(14)

: koefisien daya (%)

: daya yang dihasilkan oleh kincir (watt)

: daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

: efisiensi generator 0,8

(49)

37

[image:49.595.139.532.180.587.2]

kincir terbaik pun tidak akan mampu menyerap seluruh energi kinetik yang tersedia pada aliran angin.

Gambar 2.16 Grafik hubungan koefisiensi daya dan tip speed rasio maksimal dari beberapa jenis kincir.

(50)

38

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Persiapan Perakitan Alat

Dalam perakitan kincir angin sumbu vertikal model WePOWER ini, diperlukan beberapa persiapan. Persiapan yang dibutuhkan antara lain adalah persiapan bahan-bahan yang akan digunakan, persiapan pendukung perakitan alat, dan persiapan alat penguji benda kerja itu sendiri.

Persiapan bahan-bahan yang akan digunakan meliputi penentuan material dasar, membuat gambar rancangan tiap bagiannya, pembelian material yang dibutuhkan, dan menentukan jadwal perakitan.

3.2 Daftar Bahan dan Peralatan pada Penelitian

Untuk bahan-bahan yang digunakan untuk membuat kincir model WePOWER terdiri dari :

1. Pembatas Sudu

Berbahan dasar triplek dengan ukuran diameter 45cm, memiliki ketebalan 6 mm, dan bebentuk lingkaran. Berjumlah 2 buah, untuk sisi atas dan bawah. Berfungsi sebagai alas dan atap kincir sekaligus penentu luas kincir angin.

2. Sudu/ Bilah Kincir

(51)

39

terbuat dari PVC 8 inci dipotong bervariasi dengan sudut 100°, 135°, dan 165°. Panjang bilah 60cm kemudian ke-empat ujungnya dipasang pegangan dari alumunium sebagai penghubung pada alas dan atap kincir.

3. Handle Shaft

Merupakan bagian yang berfungsi sebagai poros utama yang memiliki komponen pengunci yang menghubungkan sisi atas dan bawah terhadap poros.

4. Shok

Merupakan komponen tambahan sebagai penghubung handle shaft terhadap bantalan.

5. Berring / bantalan

(52)

40

Sedangkan alat pendukung guna melakukan pengujian benda kerja dalam pengambilan data, meliputi :

1. Wind Tunnel / Lorong Simulasi Angin

Sarana untuk mensimulasikan kecepatan angin yang akan mempengaruhi kerja kincir angin.

(53)

41

Sebagai bagian pendukung dari lorong simulasi yang bekerja menghisap angin kemudian akan masuk kedalam lorong dan menggerakan kincir.

3. Anemometer

(54)

42 4. Tachometer

Berfungsi untuk mengetahui laju putaran pada poros sebagai data yang dibutuhkan.

5. Rangkaian Beban Lampu

(55)

43 6. Motor lisrik

Mekanisme motor listrik sesuai pada gambar sebagai pembangkit listrik dan dihubungkan pada rangkaian lampu yang nantinya sebagai penghambat / mekanisme pengereman pada putaran kincir.

7. Multimeter

(56)

44

3.3 Variabel Penelitian

1. Variasi ukuran potong bilah kincir adalah : 100˚, 135˚, dan 165˚. 2. Variasi kemiringan sudut pada bilah kincir adalah : 25˚, 30˚, dan 35˚. 3. Variasi kecepatan angin yang diujikan adalah : 7m/s, 6,5m/s, dan

6m/s.

3.4 Variabel yang Diukur

Variabel diukur mengacu pada tujuan dari penelitian ini, yaitu :

1. Kecepatan angin (v) 2. Putaran kincir / poros (n) 3. Hambatan (A)

4. Tegangan listrik (V)

3.5 Parameter yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mengetahui karakterisik kincir angin adalah : 1. Daya angin ( )

2. Daya kincir ( ) 3. Koefisien daya ( ) 4. Tip speed ratio (tsr)

(57)

[image:57.595.126.511.110.569.2]

45

Gambar 3.1 Pemasangan kincir kedalam Win Tunnel.

3.6 Langkah Penelitian

Pengambilan data dilakukan secara bersamaan dan untuk melihat karakteristik kincir angin ini meliputi beberapa tahapan yang perlu dilakukan, sebagai berikut.

1. Rangkaian lampu paralel disiapkan dan pastikan lampu tidak ada yang rusak/ mati.

2. Hubungkan kabel dari generator ke dalam rangkaian lampu, kemudian pasang multimeter sebagai alat untuk mengetahui nilai arus dan tegangan.

(58)

[image:58.595.139.522.109.580.2]

46

Gambar 3.2 Pengaturan dan pemasangan anemometer

4. Saklar pada rangkaian lampu diposisikan pada posisi off semua terlebihdahulu, pengujian dilakukan hingga seluruh variasi yang diujikan.

5. Lakukan pengecekan ulang yang meliputi semua instalasi kincir angin hingga sambungan kabel dan rangkaian lampu.

6. Jika semua sudah benar, blower dinyalakan untuk mulai mensimulasikan aliran angin yang masuk kedalam wind tunnel. 7. Atur laju kecepatan angin dengan cara memberikan jarak yang

berbeda antara wind tunnel dengan blower untuk memperoleh variasi angin; 7m/s, 6,5m/s, dan 6m/s.

(59)

47

9. Bersamaan dengan itu, nyalakan lampu satu per satu setelah pencatatan kecepatan putaran poros, nilai arus dan tegangan. Dari lampu 1 hingga 7.

(60)

48

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengambilan Data

Pengambilan data percobaan Kincir Angin WePOWER ini dilakukan pengelompokan dengan variasi kemiringan bilah kincir terhadap arah putar kincir angin. Kemiringan bilah dikondisikan mulai dari 25˚, 30˚, dan 35˚. Masing-masing kemiringan bilah kincir angin ini diuji coba dengan 3 variasi kecepatan angin yang berbeda. Mulai dari kecepatan angin 7m/s, 6,5m/s, dan 6m/s. Dari pergesran posisi blower ini didapat nilai rata-rata penurunan kecepatan angin sebesar 0,5m/s. Pembebanan pada kincir angin diatur dengan menyalakan satu per satu dari ketujuh lampu yang digunakan. 1 buah lampu = 10 watt. Namun, dalam perhitungan yang digunakan untuk mencari adalah hasil perkalian nilai arus dan nilai tegangan. Data pembebanan diambil setiap perubahan kecepatan angin dan variasi kemiringan bilah terhadap arah putar kincir angin, serta pergantian variasi potongan bilah kincir angin.

4.1.1 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 165˚ Terhadap Arah Putar Kincir.

Tabel 4.1 Diperoleh data hasil pengujian kincir pada posisi kemiringan bilah 25˚, dengan jumlah bilah 4 buah.

No. Pembebanan

v angin N

Jumlah Lampu Pengujian

I (ampere) V (volt) m/s Rpm

1 0 5,25 7 130,2 0

1

2 0,1 5,21 7 128,6 1

(61)

[image:61.595.113.526.145.628.2]

49

Tabel 4.1 Diperoleh data hasil pengujian kincir pada posisi kemiringan bilah 25˚, dengan jumlah bilah 4 buah. (Lanjutan).

No.

Pembebanan v angin N

I (ampere) V (volt) m/s Rpm

4 0,3 4,55 7 122,2 3

1

5 0,36 3,76 7 120,6 4

6 0,42 3,46 7 115,2 5

7 0,48 3,02 7 107,8 6

8 0,51 2,73 7 102,7 7

9 0 3,85 6,5 10,9 0

2

10 0,09 3,81 6,5 105,9 1

11 0,16 3,2 6,5 103,1 2

12 0,22 2,63 6,5 90,76 3

13 0,28 2,52 6,5 89,85 4

14 0,33 2,31 6,5 81,54 5

15 0,37 2,20 6,5 80,6 6

16 0,41 1,93 6,5 72,56 7

17 0 3,01 6 97,8 0

3

18 0,07 2,97 6 93,32 1

19 0,15 2,88 6 91,98 2

20 0,21 2,42 6 89,74 3

21 0,27 2,36 6 86,18 4

22 0,32 2,11 6 77,45 5

23 0,35 1,84 6 73,12 6

(62)

[image:62.595.103.526.144.702.2]

50

No.

Pembebanan v angin n

I (ampere) V (volt) m/s rpm

1 0 4,25 7 141,10 0

1

2 0,09 4,23 7 124,30 1

3 0,18 3,83 7 118,60 2

4 0,25 3,34 7 112,80 3

5 0,32 3,28 7 96,03 4

6 0,36 2,52 7 94,19 5

7 0,43 2,48 7 92,07 6

8 0,47 2,24 7 82,45 7

9 0 3,55 6,5 11,42 0

2

10 0,08 3,52 6,5 10,63 1

11 0,15 2,89 6,5 10,27 2

12 0,22 2,67 6,5 91,05 3

13 0,28 2,46 6,5 89,48 4

14 0,34 2,32 6,5 83,87 5

15 0,39 2,18 6,5 81,96 6

16 0,42 1,68 6,5 75,62 7

17 0 2,12 6 93,08 0

3

18 0,07 2,11 6 82,47 1

19 0,12 1,95 6 76,90 2

20 0,17 1,69 6 72,69 3

21 0,24 1,62 6 70,56 4

22 0,26 1,53 6 69,32 5

23 0,29 1,43 6 66,42 6

(63)

[image:63.595.109.525.151.697.2]

51

No.

1 0 2,10 7 68,12 0

1

2 0,05 1,68 7 63,24 1

3 0,09 1,36 7 53,18 2

4 0,12 0,97 7 51,19 3

5 0,14 0,86 7 50,31 4

6 0,17 0,77 7 48,42 5

7 0,18 0,54 7 43,27 6

8 0,2 0,44 7 40,29 7

9 0 0,92 6,5 51,32 0

2

10 0,04 0,88 6,5 48,63 1

11 0,05 0,68 6,5 46,31 2

12 0,08 0,54 6,5 44,12 3

13 0,09 0,48 6,5 42,57 4

14 0,11 0,38 6,5 40,91 5

15 0,12 0,34 6,5 37,77 6

16 0,13 0,33 6,5 36,21 7

17 0 0,62 6 44,12 0

3

18 0,02 0,56 6 40,28 1

19 0,03 0,48 6 34,82 2

20 0,04 0,27 6 31,31 3

21 0,05 0,29 6 28,04 4

22 0,06 0,23 6 27,16 5

23 0,07 0,24 6 26,28 6

(64)

52

[image:64.595.110.526.192.696.2]

4.1.2 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 130˚ Terhadap Arah Putar Kincir.

No.

1 0 5,10 7 138,12 0

1

2 0,1 4,80 7 136,23 1

3 0,2 4,30 7 127,31 2

4 0,28 3,75 7 116,52 3

5 0,37 3,49 7 107,43 4

6 0,49 3,44 7 106,64 5

7 0,49 2,67 7 100,33 6

8 0,52 2,48 7 98,26 7

9 0 4,51 6,5 117.21 0

2

10 0,1 4,22 6,5 115,52 1

11 0,2 3,96 6,5 111,74 2

12 0,28 3,52 6,5 108,62 3

13 0,37 3,21 6,5 101,44 4

14 0,46 2,71 6,5 91,81 5

15 0,49 2,41 6,5 90,91 6

16 0,52 2,34 6,5 89,18 7

17 0 3,41 6 98,12 0

3

18 0,08 3,29 6 96,31 1

19 0,15 2,58 6 85,48 2

20 0,23 2,36 6 84,15 3

21 0,28 2,32 6 82,34 4

22 0,31 1,75 6 75,33 5

23 0,35 1,42 6 70,1 6

(65)

53

No.

1 0 4,62 7 145,21 0

1

2 0,1 4,58 7 142,40 1

3 0,2 4,28 7 139,40 2

4 0,28 3,75 7 122,21 3

5 0,35 3,56 7 111,40 4

6 0,42 3,24 7 104,50 5

7 0,48 3,07 7 98,57 6

8 0,56 2,85 7 95,43 7

9 0 4,65 6,5 121,05 0

2

10 0,09 4,39 6,5 118,20 1

11 0,18 4,15 6,5 107,90 2

12 0,25 3,32 6,5 100,70 3

13 0,31 2,78 6,5 92,04 4

14 0,37 2,55 6,5 90,21 5

15 0,45 2,41 6,5 90,15 6

16 0,51 2,39 6,5 84,26 7

17 0 3,04 6 96,83 0

3

18 0,09 3,01 6 93,79 1

19 0,15 2,82 6 91,18 2

20 0,22 2,55 6 86,48 3

21 0,27 2,35 6 82,46 4

22 0,32 2,15 6 79,75 5

23 0,37 1,92 6 74,49 6

(66)

54

No.

Jumlah

Lampu Pengujian

1 0 4,02 7 126,7 0

1

2 0,1 3,92 7 124,8 1

3 0,19 3,85 7 114,9 2

4 0,26 3,38 7 108,9 3

5 0,33 3,05 7 105,8 4

6 0,38 2,82 7 97,10 5

7 0,45 2,45 7 89,65 6

8 0,55 2,34 7 86,18 7

9 0 3,38 6,5 100,12 0

2

10 0,08 3,24 6,5 96,82 1

11 0,15 2,78 6,5 91,26 2

12 0,23 2,65 6,5 85,14 3

13 0,27 2,23 6,5 78,51 4

14 0,31 1,96 6,5 76,11 5

15 0,36 1,83 6,5 73,20 6

16 0,46 1,68 6,5 71,86 7

17 0 2,62 6 88,21 0

3

18 0,07 2,41 6 83,79 1

19 0,13 2.05 6 75,29 2

20 0,18 1,84 6 73,90 3

21 0,22 1,54 6 64,48 4

22 0,27 1,36 6 62,21 5

23 0,28 1,2 6 57,94 6

(67)

55

4.1.3 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 100˚ Terhadap Arah Putar Kincir.

No.

Beban Lampu Pengujian

1 0 4,62 7 133,2 0

1

2 0,10 4,40 7 124,4 1

3 0,19 3,90 7 116,6 2

4 0,27 3,60 7 112,8 3

5 0,33 3,30 7 104,1 4

6 0,40 2,94 7 99,37 5

7 0,47 2,70 7 97,35 6

8 0,53 2,50 7 86,43 7

9 0 3,93 6,5 115,7 0

2

10 0,09 3,71 6,5 107,1 1

11 0,17 3,25 6,5 100,7 2

12 0,22 2,60 6,5 85,64 3

13 0,29 2,45 6,5 83,15 4

14 0,33 2,34 6,5 80,90 5

15 0,40 1,98 6,5 78,67 6

16 0,45 1,68 6,5 73,46 7

17 0 2,84 6 92,10 0

3

18 0,07 2,61 6 84,17 1

19 0,14 2,25 6 81,20 2

20 0,18 1,93 6 73,65 3

21 0,21 1,70 6 67,31 4

22 0,25 1,30 6 56,16 5

23 0,29 0,28 6 53,27 6

(68)

56

No.

1 0 4,42 7 127,4 0

1

2 0,10 4,30 7 122,3 1

3 0,19 3,99 7 115,8 2

4 0,25 3,35 7 110,9 3

5 0,33 3,21 7 110,3 4

6 0,41 3,12 7 99,73 5

7 0,49 2,90 7 95,28 6

8 0,57 2,41 7 94,20 7

9 0 4,30 6,5 123,7 0

2

10 0,09 3,91 6,5 119,1 1

11 0,19 3,70 6,5 106,6 2

12 0,25 3,08 6,5 100,7 3

13 0,30 2,65 6,5 90,81 4

14 0,35 2,40 6,5 86,44 5

15 0,40 2,25 6,5 83,27 6

16 0,49 1,90 6,5 75,71 7

17 0 3,22 6 100,8 0

3

18 0,08 3,15 6 95,63 1

19 0,15 2,84 6 94,09 2

20 0,22 2,65 6 90,13 3

21 0,28 2,50 6 84,31 4

22 0,34 2,18 6 79,60 5

23 0,40 2,10 6 77,53 6

(69)

[image:69.595.109.525.144.698.2]

57

No.

1 0 2,42 7 124,5 0

1

2 0,06 2,29 7 118,2 1

3 0,13 2,24 7 115,3 2

4 0,18 2,04 7 113,5 3

5 0,23 1,99 7 104,4 4

6 0,32 1,93 7 103,2 5

7 0,34 1,91 7 99,13 6

8 0,41 1,71 7 98,03 7

9 0 2,92 6,5 99,12 0

2

10 0,07 2,80 6,5 89,84 1

11 0,15 2,74 6,5 87,69 2

12 0,21 2,45 6,5 86,07 3

13 0,27 2,29 6,5 85,67 4

14 0,33 2,19 6,5 76,90 5

15 0,36 1,89 6,5 74,11 6

16 0,38 1,45 6,5 67,08 7

17 0 2,51 6 86,08 0

3

18 0,07 2,38 6 75,26 1

19 0,13 2,02 6 74,47 2

20 0,17 1,66 6 65,99 3

21 0,21 1,54 6 62,46 4

22 0,25 1,31 6 56,74 5

23 0,27 0,93 6 54,53 6

(70)

58

4.2 Proses Pengolahan Data

Dalam pengolahan data hasil pengujian kincir angin dua sudu ini menggunakan sampel data pada variasi kemiringan bilah kincir 30˚ terhadap arah putaran kincir angin dengan potongan bilah kincir 100˚, pada tabel 4.8 pada baris ke delapan pada saat ke tujuh beban lampu dinyalakan dengan = 7 m/s.

4.2.1 Perhitungan daya yang tersedia dalam angin

Kincir angin yang diuji memiliki lebar 45cm dan tinggi 60cm, sehingga luasan frontal kincir ini dapat ditentukan sebesar :

Kecepatan angin yang terjadi pada kondisi ini adalah 7m/s, maka dengan persamaan (5) daya yang tersedia pada angin dapat ditentukan.

watt

4.2.2 Perhitungan Daya Listrik yang Dihasilkan

Perhitungan daya listrik mengacu pada persamaan (11) yang telah dibahas pada sub bab 2.3.3 , dimana kecepatan angin yang terjadi pada kondisi ini adalah 7m/s. Maka, dengan persamaan (11) daya yang dihasilkan dapat ditentukan.

(71)

59 : daya listrik yang dihasilkan (Watt)

: Arus listrik (Ampere)

V : Tegangan (Volt)

Berdasarkan data yang diperoleh, nilai (I) sebesar 0,57 A dengan nilai tegangan (V) sebesar 2,41. Maka, besar nilai ( ) daya listrik :

0,57 2,41

watt

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)

Perhitungan (tsr) mengacu pada persamaan (12) yang telah dibahas pada sub bab 2.3.4 , dimana kecepatan angin yang terjadi pada kondisi ini adalah 7m/s. Maka, dengan persamaan (12) daya yang dihasilkan dapat ditentukan.

yang dalam hal ini:

: jari-jari kincir (m)

: putaran poros kincir tiap menit (rpm)

: kecepatan angin (m/s)

(72)

60

Berdasarkan data yang diperoleh, nilai (n) sebesar 94,20 rpm pada kecepatan angin (v) sebesar 7 m/s. Sedangkan nilai (r) jari-jari kincir sebesar 22,5 cm. Maka, besar nilai tip speed ratio yaitu :

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Berdasarkan data yang diperoleh, nilai ( )sebesar 7,887 watt dan )sebesar 555,66 watt dengan efisiensi generator 0,8. Maka besar koefisien daya

yaitu: 444,528

= 0,309 %

4.3 Hasil dan Pembahasan

(73)

61

mengetahui daya yang dihasilkan kincir angin, daya listrik dengan asumsi nilai efisiensi generator 0,8. Kemudian tip speed ratio, dan koefisien daya kincir yang diperlukan.

4.3.1 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Bilah Kincir 25˚,

30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 165˚ Terhadap Arah Putar

Kincir.

a. Berdasarkan data percobaan yang diperoleh dari Tabel 4.1, hasil perhitungan dengan variasi kemiringan bilah 25˚ terhadap arah putar angin dapat dilihat dari tabel (4.10). Hasil perhitungan pada tabel (4.10) berdasarkan variasi kecepatan angin yang dipengaruhi posisi blower yang mensimulasi kecepatan angin dalam proses pengujian.

Tabel 4.10 Hasil pengujian kincir pada posisi kemiringan bilah 25˚, dengan jumlah bilah 4 buah.

No.

Pembebanan Daya v

angin n

Tsr

Cp

Lampu Uji I (ampere) V (volt) Pa (watt) Pe

(watt) m/s rpm %

1 0 5,25 555,66 0 7 130,20 0,438 0 0

1

2 0,1 5,21 555,66 0,521 7 128,60 0,433 0,117 1

3 0,2 4,66 555,66 0,932 7 125,40 0,422 0,210 2

4 0,3 4,55 555,66 1,365 7 122,20 0,411 0,307 3

5 0,38 3,76 555,66 1,4288 7 120,60 0,406 0,321 4

6 0,42 3,46 555,66 1,4532 7 115,20 0,388 0,327 5

7 0,48 3,32 555,66 1,5936 7 107,80 0,363 0,358 6

8 0,51 2,73 555,66 1,3923 7 102,70 0,346 0,313 7

9 0 3,85 444,89 0 6,5 109,90 0,398 0 0

2

10 0,09 3,81 444,89 0,3429 6,5 105,90 0,384 0,096 1

11 0,16 3,20 444,89 0,512 6,5 103,10 0,374 0,144 2

12 0,22 2,63 444,89 0,5786 6,5 90,76 0,329 0,163 3

13 0,28 2,52 444,89 0,7056 6,5 89,85 0,326 0,198 4

14 0,33 2,31 444,89 0,7623 6,5 81,54 0,295 0,214 5

15 0,37 2,20 444,89 0,814 6,5 80,60 0,292 0,229 6

16 0,41 1,93 444,89 0,7913 6,5 72,56 0,263 0,222 7

17 0 3,01 349,92 0 6 97,80 0,384 0 0

3

18 0,07 2,97 349,92 0,2079 6 93,32 0,366 0,074 1

19 0,15 2,88 349,92 0,432 6 91,98 0,361 0,154 2

20 0,21 2,42 349,92 0,5082 6 89,74 0,352 0,182 3

[image:73.595.91.526.192.773.2]

(74)

62

22 0,32 2,11 349,92 0,6752 6 77,45 0,304 0,241 5

23 0,35 1,84 349,92 0,644 6 73,12 0,287 0,230 6

24 0,37 1,69 349,92 0,6253 6 70,15 0,275 0,223 7

b. Berdasarkan data percobaan yang diperoleh dari Tabel 4.2, hasil perhitungan dengan variasi kemiringan bilah 30˚ terhadap arah putar angin dapat dilihat dari tabel (4.11). Hasil perhitungan pada tabel (4.11) berdasarkan variasi kecepatan angin yang dipengaruhi posisi blower yang mensimulasi kecepatan angin dalam proses pengujian.

No.

Pembebanan Daya v

angin n

Tsr

Cp

1 0 4,25 555,66 0 7 141,10 0,475 0 0

1

2 0,09 4,23 555,66 0,3807 7 124,30 0,418 0,086 1

3 0,18 3,83 555,66 0,6894 7 118,60 0,399 0,155 2

4 0,25 3,34 555,66 0,835 7 112,80 0,379 0,188 3

5 0,32 3,28 555,66 1,0496 7 96,03 0,323 0,236 4

6 0,36 2,52 555,66 0,9072 7 94,19 0,317 0,204 5

7 0,43 2,48 555,66 1,0664 7 92,07 0,310 0,240 6

8 0,47 2,24 555,66 1,0528 7 82,45 0,277 0,237 7

9 0 3,55 444,89 0 6,5 114,20 0,414 0 0

2

10 0,08 3,52 444,89 0,2816 6,5 106,30 0,385 0,079 1

11 0,15 2,89 444,89 0,4335 6,5 102,70 0,372 0,122 2

12 0,22 2,67 444,89 0,5874 6,5 91,05 0,330 0,165 3

13 0,28 2,46 444,89 0,6888 6,5 89,48 0,324 0,194 4

14 0,34 2,32 444,89 0,7888 6,5 83,87 0,304 0,222 5

15 0,39 2,18 444,89 0,8502 6,5 81,96 0,297 0,239 6

16 0,42 1,68 444,89 0,7056 6,5 75,62 0,274 0,198 7

17 0 2,12 349,92 0 6 93,08 0,365 0 0

3

18 0,07 2,11 349,92 0,1477 6 82,47 0,324 0,053 1

19 0,12 1,95 349,92 0,234 6 76,90 0,302 0,084 2

20 0,17 1,69 349,92 0,2873 6 72,69 0,285 0,103 3

21 0,24 1,62 349,92 0,3888 6 70,56 0,277 0,139 4

22 0,26 1,53 349,92 0,3978 6 69,32 0,272 0,142 5

23 0,29 1,43 349,92 0,4147 6 66,42 0,261 0,148 6

(75)

63

c. Berdasarkan data percobaan yang diperoleh dari Tabel 4.3, hasil perhitungan dengan variasi kemiringan bilah 35˚ terhadap arah putar angin dapat dilihat dari tabel (4.12). Hasil perhitungan pada tabel (4.12) berdasarkan variasi kecepatan angin yang dipengaruhi posisi blower yang mensimulasi kecepatan angin dalam proses pengujian.

No.

Pembebanan Daya v

angin n

tsr

Cp

1 0 2,10 555,66 0 7 68,12 0,229 0 0

1

2 0,05 1,68 555,66 0,084 7 63,24 0,213 0,019 1

3 0,09 1,36 555,66 0,1224 7 33,18 0,112 0,028 2

4 0,12 0,97 555,66 0,1164 7 51,19 0,172 0,026 3

5 0,14 0,86 555,66 0,1204 7 50,31 0,169 0,027 4

6 0,17 0,77 555,66 0,1309 7 48,42 0,163 0,029 5

7 0,18 0,54 555,66 0,0972 7 43,27 0,146 0,022 6

8 0,2 0,44 555,66 0,088 7 40,29 0,136 0,020 7

9 0 0,92 444,89 0 6,5 51,32 0,186 0 0

2

10 0,04 0,88 444,89 0,0352 6,5 48,63 0,176 0,010 1

11 0,05 0,68 444,89 0,034 6,5 46,31 0,168 0,010 2

12 0,08 0,54 444,89 0,0432 6,5 44,12 0,160 0,012 3

13 0,09 0,48 444,89 0,0432 6,5 42,57 0,154 0,012 4

14 0,11 0,38 444,89 0,0418 6,5 40,91 0,148 0,012 5

15 0,12 0,34 444,89 0,0408 6,5 37,77 0,137 0,011 6

16 0,13 0,33 444,89 0,0429 6,5 36,21 0,131 0,012 7

17 0 0,62 349,92 0 6 44,12 0,173 0 0

3

18 0,02 0,56 349,92 0,0112 6 40,28 0,158 0,004 1

19 0,03 0,48 349,92 0,0144 6 34,82 0,137 0,005 2

20 0,04 0,27 349,92 0,0108 6 31,31 0,123 0,004 3

21 0,05 0,29 349,92 0,0145 6 28,04 0,110 0,005 4

22 0,06 0,23 349,92 0,0138 6 27,16 0,107 0,005 5

23 0,07 0,24 349,92 0,0168 6 26,28 0,103 0,006 6

(76)

64

4.3.2 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Bilah Kincir 25˚, 30˚, dan 35˚ Dengan Potongan Bilah Kincir 130˚ Terhadap Arah Putar Kincir.

[image:76.595.84.525.292.662.2]

a. Berdasarkan data percobaan yang diperoleh dari Tabel 4.4, hasil perhitungan dengan variasi kemiringan bilah 25˚ terhadap arah putar angin dapat dilihat dari tabel (4.13). Hasil perhitungan pada tabel (4.13) berdasarkan variasi kecepatan angin yang dipengaruhi posisi blower yang mensimulasi kecepatan angin dalam proses pengujian.

No.

Pembebanan Daya v

angin n

Tsr

Cp

Lampu Uji

I (ampere) V (volt) Pa (watt) Pl

1 0 5,1 555,66 0 7 138,12 0,465 0 0

1

2 0,1 4,8 555,66 0,48 7 136,23 0,458 0,108 1

3 0,2 4,3 555,66 0,86 7 127,31 0,428 0,193 2

4 0,28 3,75 555,66 1,05 7 116,52 0,392 0,236 3

5 0,37 3,49 555,66 1,29 7 107,43 0,361 0,290 4

6 0,49 3,44 555,66 1,69 7 106,64 0,359 0,379 5

7 0,49 2,67 555,66 1,31 7 100,33 0,338 0,294 6

8 0,52 2,48 555,66 1,29 7 98,26 0,331 0,290 7

9 0 4,51 444,89 0 6,5 117,21 0,425 0 0

2

10 0,1 4,22 444,89 0,42 6,5 115,52 0,419 0,119 1

11 0,2 3,96 444,89 0,79 6,5 111,74 0,405 0,223 2

12 0,28 3,52 444,89 0,99 6,5 108,62 0,394 0,277 3

13 0,37 3,21 444,89 1,19 6,5 101,44 0,368 0,334 4

14 0,46 2,71 444,89 1,25 6,5 91,81 0,333 0,350 5

15 0,49 2,41 444,89 1,18 6,5 90,91 0,329 0,332 6

16 0,52 2,34 444,89 1,22 6,5 89,18 0,323 0,342 7

17 0 3,41 349,92 0 6 98,12 0,385 0 0

3

18 0,08 3,29 349,92 0,26 6 96,31 0,378 0,094 1

19 0,15 2,58 349,92 0,39 6 85,48 0,336 0,138 2

20 0,23 2,36 349,92 0,54 6 84,15 0,330 0,194 3

(77)

65

Tabel 4.13 Hasil pengujian kincir pada posisi kemiringan bilah 25˚, dengan jumlah bilah 4 buah. (Lanjutan).

No.

Pembebanan Daya v

angin n

Tsr

Cp

Lampu Uji I (ampere) V (volt) Pa (watt) Pl

22 0,31 1,75 349,92 0,54 6 75,33 0,296 0,194 5

3

23 0,35 1,42 349,92 0,50 6 70,10 0,275 0,178 6

24 0,42 1,34 349,92 0,56 6 64,21 0,252 0,201 7

[image:77.595.76.525.145.757.2]

b. Berdasarkan data percobaan yang diperoleh dari Tabel 4.5, hasil perhitungan dengan variasi kemiringan bilah 30˚ terhadap arah putar angin dapat dilihat dari tabel (4.14). Hasil perhitungan pada tabel (4.14) berdasarkan variasi kecepatan angin yang dipengaruhi posisi blower yang mensimulasi kecepatan angin dalam proses pengujian.

No.

Pembebanan Daya v

angin n

tsr

Cp

1 0 4,62 555,66 0 7 145,21 0,489 0 0

1

2 0,1 4,58 555,66 0,46 7 142,40 0,479 0,103 1

3 0,2 4,28 555,66 0,86 7 139,40 0,469 0,1926 2

4 0,28 3,75 555,66 1,05 7 122,21 0,411 0,2362 3

5 0,35 3,56 555,66 1,25 7 111,40 0,375 0,2803 4

6 0,42 3,24 555,66 1,36 7 104,50 0,352 0,3061 5

7 0,48 3,07 555,66 1,47 7 98,57 0,332 0,3315 6

8 0,56 2,85 555,66 1,60 7 95,43 0,321 0,359 7

9 0 4,65 444,89 0 6,5 121,05 0,439 0 0

2

10 0,09 4,39 444,89 0,40 6,5 118,20 0,428 0,111 1

11 0,18 4,15 444,89 0,75 6,5 107,90 0,391 0,2099 2

12 0,25 3,32 444,89 0,83 6,5 100,70 0,365 0,2332 3

13 0,31 2,78 444,89 0,86 6,5 92,04 0,333 0,2421 4

14 0,37 2,55 444,89 0,94 6,5 90,21 0,327 0,2651 5

(78)

66

Tabel 4.14 Hasil pengujian kincir pada posisi kemiringan bilah 30˚, dengan jumlah bilah 4 buah. (Lanjutan).

No.

Pembebanan Daya v angin n

tsr

Cp

Lampu Uji I

(ampere) V (volt)

Pa (watt)

Pl

16 0,51 2,39 444,89 1,22 6,5 84,26 0,305 0,3425 7 2

17 0 3,04 349,92 0 6 96,83 0,380 0 0

3

18 0,09 3,01 349,92 0,27 6 93,79 0,368 0,0968 1

19 0,15 2,82 349,92 0,42 6 91,18 0,358 0,1511 2

20 0,22 2,55 349,92 0,56 6 86,48 0,339 0,2004 3

21 0,27 2,35 349,92 0,63 6 82,46 0,324 0,2267 4

22 0,32 2,15 349,92 0,69 6 79,75 0,313 0,2458 5

23 0,37 1,92 349,92 0,71 6 74,49 0,292 0,2538 6

24 0,39 0,39 349,92 0,15 6 64,89 0,255 0,0543 7

[image:78.595.76.529.149.767.2]

c. Berdasarkan data percobaan yang diperoleh dari Tabel 4.6, hasil perhitungan dengan variasi kemiringan bilah 30˚ terhadap arah putar angin dapat dilihat dari tabel (4.15). Hasil perhitungan pada tabel (4.15) berdasarkan variasi kecepatan angin yang dipengaruhi posisi blower yang mensimulasi kecepatan angin dalam proses pengujian.

No.

Pembebanan Daya v

angin n

tsr

Cp

1 0 4,02 555,66 0 7 126,70 0,426 0 0

1

2 0,1 3,92 555,66 0,39 7 124,80 0,420 0,088 1

3