c. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju rotor.
Namun kincir angin poros horisontal memiliki beberapa kelemahan antara lain : a. Konstruksi yang tinggi sehingga menjadi kendala pada pemasangannya.
b. Perlu adanya alat tambahan untuk menyesuaikan arah angin. c. Timbul suara yang berisik pada putaran tinggi.
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal adalah kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan permukaan tanah serta tegak lurus dengan arah datangnya angin.
Terdapat dua jenis kincir angin poros vertikal yaitu kincir Savonius dan Darrieus. a. Savonius
Kincir Savonius adalah salah satu jenis dari kincir angin berporos vertikal yang diciptakan oleh insinyur asal Finlandia pada tahun 1922, Sigurd
Johannes Savonius.
Gambar 2.4 Penampakan turbin Savonius dan skema gerakan angin yang mengenai sudunya Sumber :
http:www.reuk.co.ukSavonius-Wind-Turbines.htm ,
diakses 3 Mei 2015.
Arah angin yang datang tegak lurus terhadap sudu kincir yang terkena angin.
Gambar 2.5 Turbin Savonius Sumber : http:www.britannica.comEBcheckedtopic525828
Savonius-rotor , diakses tanggal 3 Mei 2015.
Sudu pada kincir ini tampak seperti huruf “S” jika dilihat dari sisi atas seperti
pada Gambar 2.4 dan putarannya lebih rendah jika dibandingkan dengan kincir angin sumbu horisontal. Kincir angin jenis Savonius juga dapat dilihat pada
Gambar 2.5.
b. Darrieus Kincir jenis Darrieus merupakan kincir yang didesain oleh insinyur
Perancis bernama Georges Jean Marie Darrieus dan dipatenkan pada tahun 1931. Kincir ini terdiri dari sejumlah sudu yang melengkung seperti pada
Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Turbin Darrieus Sumber :
http:www.reuk.co.ukDarrieus-Wind- Turbines.htm
, diakses 3 Mei 2015.
Namun dalam beberapa pengembangan terdapat juga sudu yang datar dan lurus sejajar dengan poros seperti pada Gambar 2.7.
Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar mengelilingi sumbu.
Gambar 2.7 Turbin Darrieus “H” dengan bilah sudu
yang datar Sumber : http:www.rc-
network.deforumshowthread.php55180-Brushless- als-Generator-fC3BCr-Windradpage3
, diakses 3 Mei 2015.
Kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kelebihan antara lain : a. Dapat menerima angin dari segala arah.
b. Memiliki torsi yang besar pada putaraan rendah. c. Dapat bekerja pada putaran yang rendah.
Kincir angin sumbu vertikal juga memiliki kekurangan-kekurangan antara lain sebagai berikut :
a. Karena memiliki torsi awal yang rendah diperlukan energi yang besar awal putarannya.
b. Bekerja pada putaran yang rendah sehingga daya yang dihasilkan kecil. c. Posisi pemasangannya yang rendah membuat resiko kecelakaan bagi manusia
menjadi besar. d. Poros dan sudu yang vertikal bertumpu pada sebuah bearing di bawahnya
menjadikan beban yang besar pada bearing.
2.3 Kincir Angin Propeler
Kincir angin propeler ini merupakan jenis kincir angin sumbu horisontal. Kincir angin propeler merupakan jenis kincir angin sumbu horisontal yang
memiliki jumlah sudu lebih sedikit dari jenis kincir lainnya.
Gambar 2.8 Kincir Angin Propeler Sumber : https:indone5ia.wordpress.com20110521prinsip-kerja-pembangkit-
listrik-tenaga-angin-dan-perkembangannya-di-dunia , diakses 3 Mei
2015.
Kincir angin tipe propeler dapat ditunjukkan pada Gambar 2.8. Jenis kincir propeler ini memiliki keunggulan yakni :
a. Konstruksi kincir lebih sederhana. b. Mampu berputar dengan kecepatan yang tinggi.
c. Daya yang dihasilkan lebih besar. d. Angin langsung jatuh menuju rotor sudu.
e. Tidak memerlukan sudut orientasi. f. Posisi pemasangan yang tinggi jauh dari permukaan tanah sehingga aman.
2.4 Rumus perhitungan
Rumus-rumus yang digunakan untuk perhitungan dan analisis dari kerja kincir angin yang diteliti adalah sebagai berikut.
2.4.1 Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang terdapat di dalam suatu benda yang bergerak, dapat dihitung dengan Persamaan 1
E
k
= ½ m v
2
1 pada Persamaan 1
E
k
= energi kinetik, Joule m
= massa udara, kgm
3
v = kecepatan angin, ms
Daya adalah energi per satuan waktu, maka dituliskan dengan Persamaan 2
P
in
= ½
ṁ v
2
2 pada Persamaan 2
P
in
= daya angin, Watt ṁ = massa udara yang mengalir dalam satuan waktu, kgs
maka ṁ dapat dihitung dengan Persamaan 3
ṁ = ρ A v 3 pada Persamaan 3
ρ = massa jenis udara, kgm
3
A = daerah sapuan kincir swept area, m
2
Dengan menggunakan Persamaan 3, maka daya angin P
in
dapat dinyatakan dengan persamaan :
P
in
= ½
ρ A v v
2
, yang dapat disederhanakan menjadi Persamaan 4 :
P
in
= ½
ρ A v
3
4
2.4.2 Tip Speed Ratio tsr
Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir
angin dengan kecepatan angin. Kecepatan pada ujung sudu dapat dihitung dengan Persamaan 5
v
t
= ω r 5
pada Persamaan 5 v
t
= kecepatan ujung sudu ω = kecepatan sudut, rads
r = jari-jari kincir, m
sehingga tsr dapat dihitung dengan Persamaan 6 tsr =
6
pada Persamaan 6 r
= jari-jari kincir, m n
= putaran poros kincir per menit, rpm v
= kecepatan angin, ms
2.4.3 Torsi
Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan F dengan panjang lengan torsi l, yang dapat dinyatakan dengan Persamaan 7
T = F l 7
pada Persamaan 7 F
= gaya pembebanan, N l
= panjang lengan torsi ke poros, m
2.4.4 Daya
Daya yang dihasilkan kincir P
out
adalah daya yang dihasilkan akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir, sehingga daya kincir yang dihasilkan
oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan : P
out
= T ω 8
pada Persamaan 8 T
= torsi, N.m ω = kecepatan sudut, rads
kecepatan sudut dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut : ω = n
= n =
Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan Persamaan 9
P
out
= T ω
P
out
= T 9 pada Persamaan 9 :
P
out
= daya yang dihasilkan kincir, watt n
= putaran poros, rpm
2.4.5 Koefisien Daya C
p
Koefisien daya adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir P
out
dengan daya yang dihasilkan oleh angin P
in
sehingga, dapat dinyatakan pada Persamaan 10
C
p
= 10
pada Persamaan 10 C
p
= koefisien daya, P
out
= daya yang dihasilkan oleh kincir, Watt P
in
= daya angin, Watt
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah proses kerja dalam penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir pada Gambar 3.1 berikut :
MULAI
Konsultasi desain kincir angin yang akan dibuat
Perancangan kincir angin propeler dua sudu dengan bahan dasar triplek dengan pemberian tiga variasi lapisan permukaan depan
Pembuatan kincir
Pengambilan data dari kincir angin yang telah selesai dibuat
Pengolahan data untuk memperoleh koefisien daya Cp dan tip speed ratio tsr kemudian membandingkan keduanya dari masing-masing variasi kincir
Analisa serta pembahasan data
Pembuatan laporan
SELESAI
Gambar 3.1 Diagram alir proses penelitian kincir angin propeler dua sudu dengan tiga variasi lapisan permukaan depan sudu.
17
