Selain memiliki kelebihan, desain kincir angin ini juga memiliki kekurangan yaitu sebagai berikut :
a
Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50 dari efisiensi HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
b
VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang lebih tinggi.
c
Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.
d
Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada
bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.
2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin
Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak, besarnya
energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa jenis angin atau udara yang bergerak tersebut.
2.1.6 Pengukuran Angin
Parameter yang diukur pada proses konversi energi angin pada umumnya adalah kecepatan dan arahnya, kecepatan angin diukur dengan menggunakan alat
anemometer. Anemometer mempunyai banyak jenis dan salah satunya adalah anemometer digital
Anemometer digital merupakan alat yang terdiri atas tombol-tombol dan layar tampilan display. Anemometer digital memiliki tiga skala pengukuran yaitu
metersekon, kmjam, dan knots. Pada anemometer digital pengukuran dapat dilakukan berulang-ulang dan data akan otomatis tersimpan dalam memori.
Gambar 2.3 Anemometer digital Sumber: http:google.com
2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio
Berikut ini grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio dari berbagai jenis kincir dapat di lihat pada grafik batas Betz betz limit diperkenalkan
oleh ilmuan Jerman, Albert Betz berikut ini :
Gambar 2.4 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Cp dengan Tips Speed Ratio TSR dari beberapa jenis kincir
Sumber : Johnson, 2006, hal. 18
2.1.8 Rumus Perhitungan
Rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan kincir angin dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
2.1.8.1 Rumus Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya. Dapat ditulis dalam
rumus sebagai berikut : E
k
= m v
2
1 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
yang dalam hal ini : E
k
: Energi kinetik J m : massa benda kg
v : kecepatan benda ms
2.1.8.2 Rumus Daya Angin
Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu. Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada dasarnya daya
angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat ditulis dalam rumus sebagai berikut :
Daya = kerja waktu = energi kinetik waktu
P
in
= ½ . m . ν
2
t = ½
ρ.A.d.ν
2
t = ½ .
ρ. A . ν
2
. dt dt = ν
= ½ . ρ . A . ν
3
2 dalam hal ini :
P
in
: Daya yang disediakan oleh angin watt
: massa jenis aliran
kg m
3
ν : kecepatan angin ms A : Luas penampang sapuan sudu m
2
2.1.8.3 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 :
V
t
= ω r
3 dengan :
V
t
: kecepatan ujung sudu. ω
: kecepatan sudut rads. r
: jari – jari kincir m.
sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:
4 dengan :
r : jari
– jari kincir m. n
: putaran poros kincir tiap menit rpm. v
: kecepatan angin ms.
2.1.8.4 Rumus Torsi
Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan F dengan panjang lengan torsi l. Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
T = F l 5
dengan : F
: gaya pembebanan N. l
: panjang lengan torsi ke poros m.
2.1.8.5 Rumus Daya Mekanis
Daya yang dihasilkan kincir Pout adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh
gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :
P
out mekanis
= T ω
6 dengan :
T = torsi dinamis N.m.
ω = kecepatan sudut didapatkan dari
= =
= Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan
7, yaitu : PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
P
out mekanis
7 dengan :
P
out
: Daya yang dihasilkan oleh kincir angin watt. n
: Putaran poros rpm.
2.1.8.6 Rumus Daya Listrik
Daya yang dihasilkan Pout adalah daya yang dihasilkan generator. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :
P
out Listrik
= V I 8
Dengan : V
: Tegangan volt I
: Arus ampere
2.1.8.7 Rumus Koefisien Daya Cp
Koefisien Daya Cp adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir P
out
dengan daya yang disediakan oleh angin P
in
. Sehingga Cp dapat dirumuskan :
9 dengan :
C
p
: Koefisien Daya. P
out
: daya yang dihasilkan kincir watt. P
in
: daya yang disediakan oleh angin watt.
2.1.9 Komposit
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua
unsur, yaitu serat fiber sebagai penguat renforcement dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan
pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta
sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja
pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan
serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.
2.1.9.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat
Klasifikasi komposit serat fiber - matrik composites dibedakan menjadi; 1. Fibre composites komposit serat adalah gabungan serat dengan matrik.
2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik. 3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.
4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal. 5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.
Klasifikasi komposit ditunjukkan pada gambar dibawah ini ;
Gambar 2.5 Klasifikasi Bahan Komposit Hadi, 2001
Bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu komposit partikel particulate Composite dan komposit serat fibre composite. Bahan komposit partikel terdiri
dari partikel yang diikat matrik. Komposit serat ada dua macam, yaitu serat panjang continuos fibre dan serat pendek short fibre atau whisker. Hadi, 2001
2.1.9.2 Tipe Komposit Serat
Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :
1. Continuous Fibre Composite Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina
diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan. 2. Woven Fibre Composite bi-directional
Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak
begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah. 3. Discontinous Fibre Composite
Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 :
a Aligned discontinous fibre b Off-axis aligned discontinous fibre
c Randomly oriented discontinous fibre
a aligned b off-axis
c randomly Gambar 2.6 Tipe discontinous fibre Gibson, 1994
4. Hybrid Fibre Composite Hybrid fibre composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus
dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite
Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite
Gambar 2.7 Tipe Komposit Serat Gibson, 1994
2.1.9.3 Faktor Kekuatan Komposit
Faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit : 1. Faktor Serat
2. Letak Serat a. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.
b. Two dimensional reinforcement planar, mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing arah orientasi serat.
c. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya.
3. Panjang Serat Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Oleh karena itu panjang dan
diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat panjang continous fibre lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.
4. Bentuk Serat Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter
seratnya. Semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.
5. Faktor Matrik Matrik berfungsi mengikat serat. Polimer sering dipakai termoplastik dan
termoset. a. Thermoplastik
1. Polyamide PI, 2. Polysulfone PS,
3. Poluetheretherketone PEEK, 4. Polypropylene PP,
5. Polyethylene PE dll. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
b. Thermosetting 1. Epoksi,
2. Polyester. 3. Resin Furan dll.
6. Katalis Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan curring pada bahan
matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit
yang dihasilkan semakin getas.
2.1.10 Serat
Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Saat ini terdapat berbagai macam
jenis serat baik yang berasal dari alam maupun yang dibuat oleh manusia man made, Contoh serat yang paling banyak dijumpai adalah serat pada kain. Manusia
menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk membuat benang, kain atau kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis
serat buatan manusia. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 2.2 Kekuatan Serat.
Sumber : http:imamengineering.blogspot.co.id201503makalah-mekanika-bahan- komposit.html.
2.1.10.1 Serat Alami
Serat alam menurut J umaeri, 1977:5, yaitu “serat yang langsung diperoleh di
alam. Pada umumnya kain dari serat alam mempunyai sifat yang hampir sama yaitu kuat, padat, mudah kusut, dan tahan penyetrikaan”. Serat alam digolongkan lagi
menjadi : PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2.8 Jenis –jenis serat alami
Sumber: http:teknologitekstil.comwp-contentuploads201509Macam- macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.
a Serat Protein
Serat proteina dapat berbentuk staple atau filamen. Serat protein berbentuk stapel berasal dari rambut hewan berupa domba, alpaca, unta, cashmer, mohair,
kelinci, dan vicuna. Yang paling sering digunakan adalah wol dari bulu domba.
Gambar 2.9 Serat wol dari bulu domba Sumber: http:teknologitekstil.comwp-contentuploads201509Macam-
macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
b Serat Selulosa
Serat tumbuhanserat pangan biasanya tersusun atas selulosa, semiselulosa dan kadang
– kadang mengandung pula lignin. Sifat umum serat yang dari selulosa adalah mudah menyerap air higroskopis, mudah kusut dan jika dilakukan uji pembakaran
menimbulkan baud an arang seperti terbakar.
Gambar 2.10 Serat Pisang Sumber: http:teknologitekstil.comwp-contentuploads201509Macam-macam-
Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.
c Serat mineral
Serat mineral, umumnya dibuat dari asbestos. Saat ini asbestos adalah satu- satunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat panjang
.
Gambar 2.11 Serat Asbes Sumber: http:teknologitekstil.comwp-contentuploads201509Macam-
macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.1.10.2 Serat Buatan
Serat buatan menurut Jumaeri, 1979:35, yaitu “serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan
gesekan”.
Gambar 2.12 Jenis serat buatan Sumber:http:teknologitekstil.comwp-contentuploads201509Macam-
macam-Serat-Sintetis.bmp
a Serat Fiberglass
Kaca serat Bahasa Inggris: fiberglass atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah
sekitar 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun
menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal. Dia
juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik, material komposit yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuat-gelas glass-reinforced plastic,
GRP atau epoxy diperkuat glass- fiber GRE, disebut “fiberglass” dalam
penggunaan umumnya. Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen dengan
gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah majunya mesin.
Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah pakaian di World Columbian Exposition menggunakan glass fiber dengan diameter dan tekstur fiber
sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai “fiberglass”, diciptakan pada 1938 oleh
Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai sebuah material yang digunakan sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk dagang Fiberglas sic,
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk
menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama matrik
– matrix dan suatu jenis penguatan reinforcement yang ditambahkan untuk
meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat fibre, fiber.
Gambar 2.13 Serat Kaca
2.1.11 Matrik
Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau
memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan.
Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia
agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti
tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik.
Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam yaitu thermoplastik dan termoset. Thermoplastik dan
thermoset ada banyak macam jenisnya yaitu : PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1. Thermoplastik
Polyamide PI,
Polysulfone PS,
Poluetheretherketone PEEK,
Polyhenylene Sulfide PPS,
Polypropylene PP,
Polyethylene PE dll.
2. Thermosetting
Epoksi,
Polyester.
Phenolic,
Plenol,
Resin Amino,
Resin Furan dll.
a. Sistem Matriks
Apapun sistem matriks yang digunakan dalam bahan komposit akan memerlukan sifat-sifat berikut :
1. Sifat-sifat mekanis yang bagus. 2. Sifat-sifat daya rekat yang bagus.
3. Sifat-sifat ketangguhan yang bagus. 4. Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus.
1 Sifat-sifat mekanis yang bagus Gambar 2.14 dibawah memperlihatkan kurva teganganregangan untuk suatu
sistem matriks ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi, kekakuan tinggi ditunjukkan dengan kemiringan awal dan regangan tinggi terhadap
kegagalan. Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada waktu yang sama tidak akan mengalami kegagalan getas.
Gambar 2.14. Kurva TeganganRegangan Sistem Matriks Ideal. Sumber:http:material-teknik.blogspot.co.id201002defenisi-komposit.html
Matriks harus mampu berubah panjang paling tidak sama dengan serat. Gambar 2.15 memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki untuk serat
kaca-E, serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi yaitu bukan dalam bentuk komposit. Disini terlihat, sebagai contoh, serat kaca-S dengan
perpanjangan 5,3, akan membutuhkan matriks dengan perpanjangan paling tidak sama dengan nilai tersebut untuk mencapai sifat tarik yang maksimum.
Gambar 2.15 Kurva TeganganRegangan Terhadap Kegagalan Serat. Sumber:http:material-teknik.blogspot.co.id201002defenisi-komposit.html
2 Sifat-sifat daya rekat yang bagus. Daya rekat yang tinggi antara matriks dan serat penguat diperlukan untuk
apapun jenis sistem matriks. Hal ini akan menjamin bahwa beban dipindahkan secara efisiensi dan akan menjaga pecahnya atau lepasnya ikatan serat dan matriks ketika
ditegangkan. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3 Sifat-sifat ketangguhan yang bagus. Ketangguhan adalah suatu ukuran dari ketahanan bahan terhadap propaganda
retak, tetapi dalam komposit hal ini akan susah untuk diukur secara akurat. Bagaimanapun juga, kurva tegangan dan regangan yang dimiliki sistem matriks
menyediakan beberapa indikasi ketangguhan bahan. Sistem matriks dengan regangan terhadap kegagalan yang rendah akan cenderung menciptakan komposit yang getas,
dimana retak dapat mudah terjadi. 4 Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus.
Ketahanan terhadap lingkungan, air dan substansi agresif lain yang bagus, bersama-sama dengan kemampuan untuk bertahan terhadap siklus tegangan konstan,
adalah sifat yang paling esensi untuk apapun jenis sistem matriks.
2.1.12 Jenis-jenis PolimerResin
