Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu dari bahan triplek dan anyaman bambu berdiameter 80 centimeter

(1)

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DARI BAHAN

TRIPLEK DAN ANYAMAN BAMBU BERDIAMETER 80 CENTIMETER

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

PETRUS DODO ANGGRIAWAN

NIM : 095214024

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

THE PERFORMANCE OF THREE BLADES PROPELLER WINDMILL

MADE FROM PLYWOOD AND BAMBOO PLAITED 80 CENTIMETER

IN DIAMETER

FINAL PROJECT

Presented as partitial fullfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By :

PETRUS DODO ANGGRAWAN

Student Number : 095214024

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mencari dan membandingkan koefisien daya diantara dua model kincir yaitu kincir permukaan halus dan kincir permukaan kasar (dilapisi anyaman bambu). Kincir angin ini mengunakan model kincir angin horizontal tipe propeler dengan tiga sudu.

Kincir angin ini memiliki diameter 80 cm dengan luas penampang sudu 0,50 m² dan berat 420 gram. Kincir angin ini mengunakan variasi kemiringan sudu 10° dan 15°. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya dan tips speed ratio pada kincir, poros kincir dihubungakan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai variasi beban pada kincir. Besarnya beban pengereman pada kincir diukur dengan neraca pegas, putaran pada kincir diukur mengunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Hasil kincir menunjukan bahwa dengan kemiringan sudu 10° didapatkan kincir angin permukaan halus dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan kasar yaitu sebesar 15,2 watt,dengan beban torsi 0,40 Nm dan Cp 8,6 %.

Sedangkan pada kemiringan sudu 15° didapatkan kincir angin permukaan kasar dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan halus yaitu sebesar 14 watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan Cp 8,2 %.

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

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

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

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

(9)

ix

5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

6. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas laboratorium untuk keperluan penelitian ini.

7. Slamet Widodo dan Susiyati dengan kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat tanpa lelah kepada penulis sampai akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir.

8. Sodari Indrati Tyas Utami, yang selalu menemani dalam penyusunan tugas akhir ini.

9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya.

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 20 November 2013

(10)

x

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

ABSTRAK ... vii

2.2.1 Kincir Angin Horisontal ... 5

(11)

xi

2.3 Grafik Hubungan Cp terhadap Tsr ... 9

2.4 Kincir Angin Propeler ... 10

3.3 Kontruksi Kincir Angin ... 18

3.4 Peralatan Pendukung ... 19

3.5 Variable Penelitian ... 24

3.6 Variable yang Diukur ... 24

3.7 Langkah Percobaan ... 25

3.8 Pengolahan Data... 26

BAB IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 27

4.1 Data Percobaan... 27

4.1.1 Data percobaan kincir permukaan kasar ... 27

4.1.2 Data percobaan kincir permukaan halus ... 31

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 35

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ... 35

4.2.2 Perhitungan Torsi ... 36

4.2.3 Perhitungan Daya kincir ... 36

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ... 37

(12)

xii

4.3 Hasil Perhitungan... 38

4.3.1 Data Perhitungan Kincir pemukaan kasar 10° ... 38

4.3.3 Data Perhitungan Kincir pemukaan halus 10° ... 40

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 41

4.4.1 Grafik Kincir kemiringan 10° kecepatan angin 7,4 m/s ... 42

BAB V. PENUTUP ... 53

5.1Kesimpulan ... 53

5.2Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 56

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ………...….…….. 6

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 8

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr ... 9

Gambar 2.4 Kincir Angin Propeler ... 10

Gambar 3.1 Diagram alir langkah – langkah penelitian ... 15

Gambar 3.2 Desain kincir angin... 16

Gambar 3.3 Sudu kincir angin ... 17

Gambar 3.4 Dudukan kincir ... 18

Gambar 3.5 Kontruksi Kincir angin ... 18

Gambar 3.6 Penopang kincir angin ... 19

Gambar 3.7 Sistem pengereman ... 20

Gambar 3.8 Terowongan angin ... 21

Gambar 3.9 Blower ... 21

Gambar 3.10 Takometer... 22

Gambar 3.11 Anemometer ... 23

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 percobaan kincir kasar kemiringan 10° kecepatan angin 7,4 m/s ... 27

Tabel 4.5 percobaan kincir halus kemiringan 10° kecepatan angin 7,4 m/s ... 31

Tabel 4.9 hasil perhitungan kincir kasar kemiringan 10° kec. angin 7,4 m/s ... 38

Tabel 4.13 hasil perhitungan kincir halus kemiringan 10° kec. angin 7,4 m/s ... 40

(15)

xv

DAFTAR GRAFIK

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 10° dan kec. angin 7,4 m/s ... 42 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara putaran poros dengan torsi untuk kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 10° dan kec. angin 7,4 m/s ... 43 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Cp poros dengan Tsr untuk kincir

Permukaan halus dengan sudu 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s ... 43 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Cp poros dengan Tsr untuk kincir

Permukaan kasar dengan sudu 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s ... 44 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 10° dan kec. angin 8,4 m/s ... 45 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara putaran poros dengan torsi untuk kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 10° dan kec. angin 8,4 m/s ... 45 Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Cp poros dengan Tsr untuk kincir

(16)

xvi

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara Cp poros dengan Tsr untuk kincir

Permukaan kasar dengan sudu 15° dan kecepatan angin 7,4 m/s ... 49 Gambar 4.13 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 15° dan kec. angin 8,4 m/s ... 47 Gambar 4.14 Grafik hubungan antara putaran poros dengan torsi untuk kincir Permukaan halus dan permukaan kasar sudu 15° dan kec. angin 8,4 m/s ... 51 Gambar 4.15 Grafik hubungan antara Cp poros dengan Tsr untuk kincir

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat mengakibatkan kebutuhan energi semakin meningkat. Tetapi peningkatan konsumsi ini tidak diimbangi dengan sumber daya fosil semakin yang menipis, energi alternatif mulai banyak dikembangkan terutama yang ramah lingkungan dalam pengolahannya. Indonesia dengan sumber daya alam yang melimpah tentu menyimpan banyak sekali sumber energi alternatif yang bisa dimanfaatkan seperti energi air, energi surya, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak energi yang sudah kita kenal selama ini energi angin lah yang mudah dalam pengolahanya dan tidak membutuhkan biaya yang cukup besar. Untuk mengkonversi energi angin menjadi energi listrik dibutuhkan alat berupa kincir angin. Putaran kincir akan menggerakan generator yang nantinya mengahasilkan energi listrik.

(18)

Ada banyak faktor yang mempengaruhi kecepatan putaran kincir, salah satunya yaitu : kecepatan angin, banyaknya sudu dan kehalusan permukaan. Dengan alasan tersebut penulis ingin melihat sejauh mana pengaruh kehalusan permukaan sudu terhadap kecepatan putaran poros kincir angin.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Membandingkan koefisien daya yang dihasilkan kincir angin untuk dua variasi kincir angin permukaan halus dan kincir angin permukaan kasar dengan sudut kemiringan, bentuk, dan ukuran kincir yang sama.

b. Mengetahui Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio (tsr) yang dihasilkan kincir angin.

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Mengetahui kinerja kincir angin propeler tiga sudu permukaan halus dan kincir angin propeler tiga sudu permukaan kasar.

(19)

1.4 Perumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

a. Indonesia adalah negara kepulauan yang memiliki potensi energi angin yang cukup besar tetapi belum dimanfaatkan secara maksimal.

b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :

a. Model kincir angin dibuat dengan bahan baku kayu Triplek dengan diameter 80cm.

b. Penelitian dilakukan pada terowongan angin di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

c. Kincir angin menggunakan tipe horizontal axis wind turbine (HAWT) dengan tiga sudu.

d. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengunakan variasi kehalusan permukaan sudu (dilapisi gedek dan tanpa dilapisi gedek) dan variasi jarak

(20)

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

Energi angin adalah energi yang sudah lama kita kenal dan sudah banyak dimanfaatkan untuk membantu kehidupan sehari – hari sejak jaman dahulu. Banyak perahu – perahu layar nelayan yang memanfaatkan energi angin untuk mencari ikan dilaut. Sebagai mana sudah kita ketahui, Angin adalah udara bergerak yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran angin dari tempat yang memiliki tekanan rendah ketempat yang memiliki tekanan tinggi. Perbedaan suhu udara ini diakibatkan pemanasan atmosfer yang tidak merata oleh sinar matahari. Kecepatan angin dipengaruhi letak dan ketinggiannya, orang yang tinggal didaerah khatulistiwa cenderung merasakan hembusan angin yang lebih kencang dari pada orang yang tinggal jauh dari khatulistiwa hal ini dikarenakan daerah khatulistiwa lebih dekat dengan matahari. Dilihat dari faktor ketinggian, semakin tinggi suatu tempat maka semakin kencang pula hembusan anginnya. Hal ini disebabkan karna, semakin tinggi suatu tempat maka gesekan terhadap benda – benda yang mempengaruhi laju kecepatan angin dipermukaan bumi kecil, begitu pula dilautan.

(21)

baik diantaranya kepulauan Sumbawa, Sumba, Lombok, Nusa tenggara timur, Nusa tenggara barat, Sulawesi selatan, pantai selatan dan Bali memiliki kecepatan angin sebesar 4,5 sampai 5,9 m/s.

(sumber : http://www.alpensteel.com/article, 2013)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di negara – negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenisnya menurut porosnya yaitu : kincir agin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir Angin Poros Horisontal atau 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.

(22)

diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.1

Kincir Angin Poros Horisontal

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

(sumber : ret02n_wind, 2013)

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal.

Kelebihan kincir angin poros horisontal:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi. 2. Tidak memerlukan sudut orientasi.

3. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%. 4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada

diatas menara.

(23)

6. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah yang berat (Gearbox dan Generator).

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah angin (sirip pengarah atau sensor elektrik).

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal.

(24)

Kincir Angin Poros Vertikal

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal (sumber : ret02n_wind, 2013)

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal

Kelebihan kincir angin poros vertikal :

1. Dapat menerima arah angin dari segala arah. 2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. 3. Dapat bekerja pada putaran rendah.

4. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

5. Tidak perlu mengatur sudut – sudut untuk menggerakan sebuah generator.

Kelemahan kincir angin poros vertikal :

(25)

2. Hanya dapat mengkonfersi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya drag tambahan.

3. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil. 4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 dia menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.3

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir.

(26)

2.4 Kincir Angin Propeler

Dalam tugas akhir saya buat ini akan membahas mengenai kincir angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) jenis propeler. Kincir angin

propeler merupakan kincir angin yang konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudut dua, tiga ataupun lebih yang berpenampang

airfoil.

Kelebihan kincir angin Propeler

1. Mampu menghasilkan daya yang besar. 2. Mampu berputar dengan kecepanan tinggi. 3. Kontruksi kincir lebih sederhana.

4. Penempatanya jauh dari permukaan tanah sehingga memiliki faktor keamanan yang cukup tinggi.

Gambar 2.4 Penempatan kincir Propeler dipinggir pantai.

(27)

2.5 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.5.1 Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan :

Eк = 1/2 m v 2 (1)

dengan :

Eк : energi kinetik

m : massa udara

v : kecepatan angin

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut :

= 1/2 ṁ v 2 (2)

dengan :

: daya angin (watt).

ṁ = massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s). dimana :

ṁ = � A v (3)

(28)

� : massa jenis udara (kg/m³)

A : luas penampang sudu (m²)

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

= 1/2 (� A v ) v 2 , yang dapat disederhanakan menjadi :

= 1/2 � A v³ (4)

2.5.2 Rumus Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai :

= ω r (5)

dengan :

= kecepatan ujung sudu.

ω = kecepatan sudut (rad/s).

r = jari – jari kincir (m).

sehingga trs-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

(6)

dengan :

r : jari – jari kincir (m).

n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).

(29)

2.5.3 Rumus Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan torsi (l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T = F l (7)

dengan :

F : gaya pembebanan (N).

l : panjang lengan torsi ke poros (m).

2.5.4 Rumus Daya

Daya yang dihasilkan kincir ( ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

= T ω (8)

dengan :

T : torsi dinamis (N.m).

ω : kecepatan sudut didapatkan dari

ω =

=

(30)

=

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan (7), yaitu : = T ω

=

(9)

dengan :

: Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n : Putaran poros (rpm).

2.5.5 Koefisien Daya ( )

Koefisien Daya ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir ( ) dengan daya yang disediakan oleh angin ( . Sehingga CP dapat dirumuskan :

(10)

dengan :

Cp : Koefisien Daya, %

(31)

15

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir hingga analisis data yang diperoleh disajikan dalam bentuk gambar diagram alir yang dapat dilihat pada Gambar 3.1

(32)

3.2Alat dan Bahan

Pada Gambar 3.2 merupakan model kincir angin propeler dengan variasi tiga sudu. Kincir ini dibuat dari bahan kayu triplek yang dilapisi anyaman bambu (“gedek”) dengan diameter 80 cm yang memiliki 2 utama yaitu : sudu kincir dan poros kincir.

Gambar 3.2 Desain Kincir Angin

1. Sudu Kincir Angin

(33)

masing sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Sudu Kincir Angin 2. Dudukan Kincir

Dudukan kincir merupakan bagian dari kincir angin yang berfungsi sebagai tempat untuk meletakan rangka sudu kincir dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini terbuat dari alumunium dengan diameter lingkar luar 7 cm, diameter mur 8 mm dan diameter center 1 cm. Dudukan sudu ini memiliki tiga lubang dibagian samping yang berguna untuk meletakan rangka sudu dan memiliki dua buah lubang mur untuk mengencangkan rangka sudu agar rangka tidak mudah terlepas. Bentuk dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.4

21 4

32 10

(34)

Gambar 3.4 Dudukan Sudu

3.3 Kontruksi Kincir Angin

Gambar 3.5 dibawah ini merupakan kontruksi kincir angin dalam terowongan angin yang saya teliti. Dimana bagian – bagian kincir meliputi Sudu kincir, penopang kincir dan poros kincir yang merupakan satu kesatuan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini

(35)

3.4 Peralatan Pendukung

Peralatan penunjang merupakan hal yang penting dalam penelitian suatu objek, karena dapat membantu kita mengetahui besaran skala yang mempengaruhi hasil dari penelitian. Peralatan yang digunakan dalam penunjang pengujian kincir angin sebagai berikut :

1. Penopang Kincir Angin

Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan sistem pengereman, yang dihubungkan dengan poros penyambung. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.6

(36)

2. Sistem Pengereman

Sistem pengereman ini berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir, yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk mengetahui besar-nya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.7

Gambar 3.7 Sistem Pengereman

3. Terowongan angin

Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir angin, dapat dilihat pada Gambar 3.8. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dengan

(37)

Gambar 3.8 Terowongan Angin atau Wind Tunel

4. Blower

Blower (“Pompa udara”) sebagai penghisap udara dari terowongan angin menuju blower sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu. Blower ini digerakan oleh motor listrik berdaya 5,5 kw, bentuk blower dapat dilihat pada Gambar 3.9

(38)

5. Takometer

Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rovolutions per minute). Jenis takometer yang digunakan adalah digital light takometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data dan penampil. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Takometer

6. Anemometer

(39)

Gambar 3.11 Anemometer

7. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir pada saat kincir angin berputar. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah disesuaikan. Neraca pegas dapat dilihat pada Gambar 3.12

(40)

3.5. Variabel Penelitian :

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai kincir dalam posisi diam (terhenti).

2. Variasi jarak yaitu, mengunakan jarak antara terowongan angin dengan blower dan tanpa mengunakan jarak.

3. Variasi kemiringan sudu yaitu 10˚ dan 15 ˚.

4. Variasi Kehalusan permukaan yaitu dengan mengunakan anyaman bambu dan tanpa mengunakan.

3.6 Variable yang Diukur :

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Kecepatan angin, (m/s)

(41)

3.7 Langkah Percobaan

Pengambilan data meliputi : kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir, pengambilan data ini dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah mengatur kemiringan sudu kincir dan memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses - proses sebagai berikut :

1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman. 2. Memasang anemometer di tempat yang sudah disediakan pada bagian

depan terowongan angin.

3. Menempatkkan takometer pada bagian piringan sistem pengereman. 4. Menyambungkan antara kincir angin dengan sistem pengereman

dengan pipa penyambung.

5. Setelah siap semua blower siap untuk dihidupkan.

6. Pengaturan kecepatan angin, karna keterbatasan alat, maka variasi kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser dudukan blower dengan troli sesuai kecepatan angin yang di ingikan.

7. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang di inginkan kemudian dimulai mengukur kecepatan putaran kincir, kecepatan angin, dan besarnya torsi.

(42)

3.8. Pengolahan Data.

Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka dapat dicari daya angin (Pin).

2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk mencari torsi (T).

3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya kincir ( ).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratiodapat dicari.

5. Dari data daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya (Cp)

(43)

27

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Percobaan

Berikut ini data hasil percobaan kincir angin permukaan kasar (dilapisi anyaman bambu) dan permukaan halus, dengan variasi kecepatan angin dan sudu kemiringan yang berbeda. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.8.

4.1.1 Data percobaan kincir angin permukaan kasar

Tabel 4.1. Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10˚ kecepatan angin 7,4 m/s.

(44)

Tabel 4.2. Data percobaan kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10˚ dengan angin 8,4 m/s.

Pengujian Beban ke Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan

Poros (rpm) Gaya (newton)

(45)

Pengujian Beban ke Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan

(46)

(47)

4.1.2 Data percobaan kincir angin permukaan halus

Tabel 4.5 sampai 4.8 merupakan hasil percobaan kincir angin permukaan halus dengan variasi kemeringan sudu dan variasi kecepatan angin.

Tabel 4.5. Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10˚ kecepatan angin 7,4 m/s.

NO Beban ke Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan

(48)

Tabel 4.6. Data percobaan kincir permukaan halus dengan kemiringan 10˚ kecepatan angin 8,4 m/s

(49)

NO Beban ke Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan

(50)

(51)

Contoh perhitungan diambil dari kincir angin permukaan kasar dengan sudu kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s, seperti yang ditunjukan pada Sub Bab Tabel 4.1 halaman 27.

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan.

4.2.1 Perhitungan Daya Angin.

Besarnya daya angin (Pin) yang diterima kincir dengan luas penampang 0,5 m

dengan kecepatan angin 7,50 m/s. Maka daya angin dapat dicari dengan Persamaan berikut ini :

Diketahui diameter kincir d = 0,80 meter, maka luas penampang dapat dihitung dengan rumus :

A = .d²/4

= 3,14 . (0,80²) / 4 = 0,50 m²

Sehingga contoh diambil data dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama pada pembeban ke 1.

Dari data, kecepatan angin (v) sebesar 7,50 m/s, masa jenis udara (�) sebesar 1,16 kg/m³, dan luas penampang A = 0,50 m² maka dapat dihitung besarnya daya angin sebesar :

= ½ � A.V3

(52)

= 123,99 watt

Jadi daya yang tersedia pada angin adalah 123,99 watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1, pada pengujian pertama dan pembebanan ke 1. Dari data diperoleh besaran gaya (F) 0,19 Newton dan jarak lengan torsi ke sumbu poros (l) 0,1 meter maka besar torsi :

T = l F

= (0,1) (0,19) = 0,019 Nm

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1, pada pengujian pertama dan pembebanan ke 1 didapat kecepatan angin (v) 7,50 m/s, putaran poros (n) sebesar 546,5 rpm, dan torsi (T) yang telah diperhitungan pada sub Bab 4.2.2 sebesar 0,019 Nm maka besarnya kincir :

(53)

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1, pada pengujian pertama dan pembebanan ke 1, dari data didapat putaran poros per menit (n) 546,5 rpm, kecepatan angin (v) 7,50 m/s dan jari – jari kincir (r) sebesar 0,40 , maka tip speed rasionya dapat dihitung mengunakan rumus :

= 3,050

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1, pada pengujian pertama dan pembebanan ke 2. Daya kincir didapat dari sub Bab 4.2.3 sebesar 1,121 watt, dan daya didapat dari sub Bab 4.2.1 sebesar 123,99 watt. Maka koefisien dayanya sebesar :

Cp =

(54)

4.3. Hasil Perhitungan.

Dari hasil percobaan kincir angin yang telah dilakukan peneliti dengan memvariasikan kemiringan kincir dan jarak yang berbeda maka data perhitungan Pada tabel 4.9 sampai Tabel 4.16 langkah perhitungan dapat dilakukan menggunakan

cara yang sama pada sub Bab. 4.2 “Pengolahan data dan perhitungan”.

4.3.1. Data Perhitungan Kincir pemukaan kasar 10°

Tabel 4.9 Data perhitungan kincir angin dengan kecepatan angin 7,4 m/s.

(55)

Tabel 4.11 Data perhitungan kincir angin dengan kecepatan angin 7,4 m/s

(56)

4.3.3. Data Perhitungan Kincir pemukaan halus 10°

(57)

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Dari hasil perhitungan kincir yang diperoleh, maka data itu diolah kembali ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara putaran kincir dengan torsi kincir, daya kincir dengan torsi, dan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (tsr). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel berikut ini :

(58)

4.4.1. Grafik Kincir kemiringan 10° kecepatan angin 7,4 m/s

Gambar 4.1 menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan oleh masing – masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki kehalusan permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus (warna merah) dapat dilihat kecepatan angin 7,4 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 11,52 watt dan torsi maksimal 0,30 N.m dan dari grafik permukaan kasar (warna biru) dapat menghasilkan daya maksimal 9,32 watt dan torsi maksimal 0,25 N.m.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi

Gambar 4.2 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.13 untuk kincir permukaan halus (warna merah) menunjukan kecepatan maksimal yaitu 644,90 rpm dan hasil pengolahan data dari Tabel 4.9 untuk kincir permukaan kasar (warna biru) menunjukan kecepatan maksimal 559,27 rpm. masing – masing kincir memiliki torsi 0 N.m, kecepatan angin 7,4 m/s dan kemiringan sudu 10°.

(59)

0

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.

Gambar 4.3. menunjukan hubungan antar antara Koefisien Daya (Cp) terhadap

Tips Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan sudu kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s, menunjukan nilai cp maksimal 0,094.

(60)

0

Gambar 4.4. menunjukan hubungan antar antara Koefisien Daya (Cp) terhadap

Tips Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan sudu kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s, menunjukan nilai Cp maksimal 0,079.

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara CP dan tsr

(61)

0

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

Grafik 4.6 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.14 permukaan halus (warna merah) menunjukan kecepatan maksimal yaitu 691 rpm dan hasil pengolahan data dari Tabel 4.10 kincir permukaan kasar (warna biru) menunjukan kecepatan maksimal 631,67 rpm yang masing – masing kincir memiliki torsi 0 N.m kecepatan angin 8,4 m/s dan kemiringan sudu 10° yang sama.

(62)

0

Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan kemiringan 10° dan kecepatan angin 8,4 m/s menunjukan nilai Cp maksimal 0,086.

Grafik 4.7. Grafik hubungan antara CP dan tsr

Gambar 4.8 menunjukan hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips

Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan kemiringan 10° dan kecepatan angin 8 ,4 m/s menunjukan nilai Cp maksimal 0,079.

(63)

0

Gambar Grafik 4.9 diatas menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan oleh masing – masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki kehalusan permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus dapat dilihat kecepatan angin 7,4 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 8,89 watt dan torsi maksimal 0,25 N.m dan dari grafik permukaan kasar dapat menghasilkan daya maksimal 8,15 watt dan torsi maksimal 0,30 N.m.

Gambar 4.9. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi.

(64)

0 100 200 300 400 500 600

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4

P

ut

a

ra

n,

n (

rpm)

Torsi, T (N.m)

HALUS

KASAR

Gambar 4.10. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi.

(65)

0

Gambar 4.12 menunjukan hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan kasar dengan sudu kemiringan 15° dan kecepatan angin 7,4 m/s dengan nilai Cp maksimal kincir 0,0692.

(66)

0

Gambar 4.13 diatas menunjukan perbedaan daya yang dihasilkan oleh masing

– masing kincir dengan kecepatan angin yang sama tetapi memiliki kehalusan permukaan yang berbeda. Pada grafik kincir permukaan halus dapat dilihat kecepatan angin 8,4 m/s dapat menghasilkan daya maksimal 12,2 watt dan torsi maksimal 0,34 N.m dan dari grafik permukaan kasar dapat menghasilkan daya maksimal 14,0 watt dan torsi maksimal 0,40 N.m.

(67)

Gambar 4.14 merupakan hasil pengolahan data dari Tabel 4.16 kincir permukaan halus (warna merah) menunjukan kecepatan maksimal yaitu 570,60 rpm dan hasil pengolahan data dari Tabel 4.12 kincir permukaan kasar (warna biru) menunjukan kecepatan maksimal 601,87 rpm yang masing – masing kincir memiliki torsi 0 N.m, sudu kemiringan 15° dan kecepatan angin 8,4 m/s.

Gambar 4.11. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi

Speed Ratio (trs) pada kincir permukaan halus dengan sudu kemiringan 15° dan kecepatan angin 8,4 m/s dengan nilai Cp maksimal 0.0710.

(68)

0 kecepatan angin 8,4 m/s dengan nilai Cp maksimal 0.0825.

(69)

53

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin model propeler tiga sudu dalam bentuk prototipe, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1.Telah berhasil dibuat kincir angin model propeler mengunakan dua variasi kincir angin permukaan halus dan kincir angin permukaan kasar. Kincir yang dibuat mengunakan sudut kemiringan, bentuk, dan ukuran kincir yang sama. 2. Pada kincir angin permukaan kasar dengan kemiringan sudu 10° kecepatan

7,4 m/s dapat menghasilkan daya 9,32 watt dengan torsi 0,25 N.m. sedangkan kincir permukaan halus dengan kemiringan dan kecepatan angin yang sama dapat menghasilkan daya sebesar 10,89 watt dengan torsi 0,30 N.m. Dari percobaan kincir angin dengan kemiringan 10° dan kecepatan angin 7,4 m/s dapat disimpulkan bahwa kincir permukaan halus dapat menghasilkan daya (Pout) yang lebih besar dari pada kincir permukaan kasar yaitu 10,89 watt.

(70)

sedangkan kincir angin permukaan kasar hanya mampu menghasilkan daya sebesar 13,73 watt dengan torsi 0,34 N.m.

(71)

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian maka didapatkan kelebihan dan kekurangan yang diperhatikan untuk bahan refrensi peneliti berikutnya dibidang kincir angin antara lain :

1. Untuk mendapatkan daya maksimal kehalusan kincir perlu diperhatikan karna semakin halus permukaan sudu kincir maka hambatanya akan semakin kecil.

(72)

DAFTAR PUSTAKA

Calson .C.A. 2013. Wind Turbine Design. http://mcensustainableenergy.pbworks.com Dikases : tanggal 13 Oktober 2013.

Curvalho.C. 2013. Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Datar Tiga Variasi Lebar Sudu dan Lima Variasi Sudu Kemiringan Sudu, Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Kuijen.K.V. 2013. Turbine Topologies. http://www.mstudioblackboard.tudelft.nl.

Diakses : tanggal 15 Oktober 2013.

Mulyani. 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute Technology Bandung. Diakses : Tanggal 12 Oktober 2013.

Perdana.P.N. 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Bayu / Angin (PLTB).

http://jendeladenngabei.blogspot.com. Diakses : Tanggal 12 Oktober 2013.

Sihana. 2013. Teknik Perhitungan Energi Angin.http://sihana.staff.ugm.ac.id/s2/rets.

Diakses : tanggal 12 Oktober 2013.

(73)

LAMPIRAN

KINCIR ANGIN PERMUKAAN HALUS KINCIR ANGIN PERMUKAAN KASAR