Unjuk kerja model kincir angin american multi-blade sembilan sudu dengan tiga variasi pitch angle.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

INTISARI
Kebutuhan energi yang semakin meningkat saat ini membuat energi
terbarukan mulai banyak dikembangkan. Angin merupakan salah satu sumber
energi terbarukan ramah lingkungan yang berlimpah, diperoleh gratis dari alam
dan dapat dikembangkan di Indonesia. Kincir angin adalah suatu alat yang dapat
mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanis ataupun energi listrik.
Desain kincir angin yang baik harus terus diteliti dan dikembangkan untuk
meningkatkan efisiensi pemanfaatan konversi energi angin, untuk itu penelitian
ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan
sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi pitch angle model kincir.
Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dari bahan aluminium
dengan tiga variasi pitch angle 100, 200, dan 300. Penelitian dilakukan dengan
menggunakan terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi
Universitas Sanata Dharma. Data yang diambil pada penelitian ini adalah
kecepatan angin yang dapat diketahui dengan menggunakan anemometer, putaran
poros kincir diukur dengan takometer, dan gaya pengimbang torsi yang diukur
menggunakan neraca pegas. Data yang diperoleh dari penelitian kemudian diolah
untuk mencari hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio
optimal pada setiap variasi pitch angle, kemudian membandingkan dan mencari

unjuk kerja terbaik dari model kincir angin dari ketiga variasi pitch angle tersebut.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa model kincir dengan variasi pitch
angle 100 memiliki koefisien daya maksimal 4,2% pada tip speed ratio 0,86.
Model kincir angin dengan pitch angle 200 memiliki koefisien daya maksimal
11,5% pada tip speed ratio 1,09. Unjuk kerja terbaik diperoleh dari model kincir
dengan pitch angle 300 yang memiliki koefisien daya maksimal sebesar 14,5%
pada tip speed ratio 1,03.
Kata kunci: American multi-blade, koefisien daya, tip sped ratio.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN
MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN
TIGA VARIASI PITCH ANGLE

SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin

Oleh :
YULIUS ANGGERIYANTOPO
NIM : 115214028

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015

i

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

THE PERFORMANCE OF NINE BLADES
AMERICAN MULTI-BLADE WINDMILL MODEL
WITH THREE PITCH ANGLE VARIATONS

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering

By :
YULIUS ANGGERIYANTOPO
Student Number : 115214028

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015

ii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

T}NJUK KERJA MODEL KINCIR A}IGIN A]UTERICAN

T{ALTI.B LADE SEMBILAI\I SUDU DENGAI\I

TIGA VARIASI PITCH ANGLE

Disusun Oleh:

111

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KTNCIR ANGIN AMERICAN

MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN

TIGA VARIASI PITCH ANGLE
Yang dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA
N.I.M

: YULIUS ANGGERIYANTOPO
z

115214028

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
pada tangg al 24 Juli 201 5
Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

Ketua

:

Doddy Purwadianto, S.T., M.T.

Sekretaris : A. Prasetyadi, S.Si., M.Si.

Anggota : Ir. Rines, M.T.

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

Yogyakarta,

30 Sulf Zoltr

Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma

Dekan
Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.

lv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan

ini

saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas

Akhir dengan judul

:

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN

MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN

TIGA VARIASI PITCH ANGLE

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk
menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya

ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di

Universitas Sanata Dharma maupun

di

Perguruan Tinggi manapun. Kecuali

bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat

di

Padatanggal

: Yogyakarta

:

24 Juli 2015

Yulius Anggeriyantopo

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Nama

:

:

YULIUS ANGGERIYANTOPO

Nomor Mahasiswa : 115214028

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang beriudul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN

*u"',ulifu'^!i,Hi;#H'1##NGAN

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata
Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
mempublikasikanya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa
perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama
tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal 24

luli 2015

Yang menyatakan

( Yulius Anggeriyantopo)

VI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

INTISARI
Kebutuhan energi yang semakin meningkat saat ini membuat energi
terbarukan mulai banyak dikembangkan. Angin merupakan salah satu sumber
energi terbarukan ramah lingkungan yang berlimpah, diperoleh gratis dari alam
dan dapat dikembangkan di Indonesia. Kincir angin adalah suatu alat yang dapat
mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanis ataupun energi listrik.
Desain kincir angin yang baik harus terus diteliti dan dikembangkan untuk
meningkatkan efisiensi pemanfaatan konversi energi angin, untuk itu penelitian
ini ditujukan untuk membuat model kincir angin American mutli-blade sembilan
sudu dan mencari unjuk kerja terbaik dari tiga variasi pitch angle model kincir.
Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dari bahan aluminium
dengan tiga variasi pitch angle 100, 200, dan 300. Penelitian dilakukan dengan
menggunakan terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi
Universitas Sanata Dharma. Data yang diambil pada penelitian ini adalah
kecepatan angin yang dapat diketahui dengan menggunakan anemometer, putaran
poros kincir diukur dengan takometer, dan gaya pengimbang torsi yang diukur
menggunakan neraca pegas. Data yang diperoleh dari penelitian kemudian diolah
untuk mencari hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio
optimal pada setiap variasi pitch angle, kemudian membandingkan dan mencari
unjuk kerja terbaik dari model kincir angin dari ketiga variasi pitch angle tersebut.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa model kincir dengan variasi pitch
angle 100 memiliki koefisien daya maksimal 4,2% pada tip speed ratio 0,86.
Model kincir angin dengan pitch angle 200 memiliki koefisien daya maksimal
11,5% pada tip speed ratio 1,09. Unjuk kerja terbaik diperoleh dari model kincir
dengan pitch angle 300 yang memiliki koefisien daya maksimal sebesar 14,5%
pada tip speed ratio 1,03.
Kata kunci: American multi-blade, koefisien daya, tip sped ratio.

vii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala
kasih dan karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan laporan Tugas Akhir yang berjudul “UNJUK KERJA KINCIR
ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE SEMBILAN SUDU DENGAN TIGA
VARIASI PITCH ANGLE”.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan penelitian yang telah kami
lakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
Pembuatan laporan Tugas akhir merupakan salah satu syarat wajib yang
harus ditempuh untuk menyelesaikan jenjang pendidikan S-1 pada Program Studi
Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta. Penulis berharap laporan Tugas Akhir ini juga dapat bermanfaat bagi
masyarakat dan sebagai referensi pengembangan teknologi konversi energi angin,
khususnya di Indonesia.
Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan
bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh sebab itu penulis ingin
mengungkapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. P.K. Purwadi selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah
membimbing, dan memberikan waktunya untuk mendampingi penulis
dalam menyelesaikan pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan
Tugas Akhir ini.
4. Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.
5. Ambrosius Santoso dan Theresia Sutrinem sebagai orangtua saya yang
telah memberikan semangat, motivasi, doa, dan dukungan material kepada
saya hingga saat ini.

viii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

6.

Wahyu Bayu

Aji dan Dimas Christian Nugroho

sebagai teman satu

kelompok dalam pembuatan Tugas Akhir ini yang telah bekerja sama dan
membantu saya untuk menyelesaikan pembuatan Tugas

Akhir dari awal

sampai selesai.
7.

Rekan

-

rekan mahasiswa teknik mesin yang telah banyak memberikan

nasihat, saran, dan pelajaran yang sangat berharga bagi saya hingga saat

ini.
Segenap dosen dan karyawan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi yang telah membantu untuk menyelesaikan laporan Tugas

Akhir ini.
Penulisan Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh sebab itu

penulis berharap segala kritik dan saran yang membangun derni perbaikan dan
penyempurnaan dikemudian hari.

Akhir kata semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan banyak manfaat
bagi kita semua.

Yogyakarta,

5

Penulis

1X

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................

i

TITLE PAGE ...................................................................................................

ii

HALAMAN PENGESAHAN ..........................................................................

iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI.........................................................................

iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..............................................

v

LEMBAR PUBLIKASI ...................................................................................

vi

INTISARI......................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................

x

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................

1

1.1 Latar Belakang ..........................................................................................

1

1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................................

2

1.3 Rumusan Masalah .....................................................................................

2

1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................................

3

1.5 Batasan Masalah........................................................................................

3

BAB II DASAR TEORI ..................................................................................

5

2.1 Konsep Dasar Angin .................................................................................

5

2.2 Kincir Angin .............................................................................................

6

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal...............................................................

6

2.2.2 Kekurangan dan Kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal ..................

8

2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal ..................................................................

9

2.2.4 Kekurangan dan Kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal...................... 11
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr .................................................. 12
2.4 Rumus Perhitungan .................................................................................... 13
2.4.1 Energi Angin ........................................................................................... 13
2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya .................................................................... 14
2.3.4 Torsi ........................................................................................................ 14
x

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.4.4 Daya Kincir ............................................................................................. 15
2.4.5 Tip Speed Ratio ....................................................................................... 16
2.4.6 Koefisien Daya ........................................................................................ 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN......................................................... 17
3.1 Diagram Penelitian .................................................................................... 18
3.2 Bahan Pembuatan Model Kincir Angin .................................................... 19
3.3 Alat – alat Pembuatan Model Kincir Angin .............................................. 19
3.4 Alat – alat Pengujian dan Alat Bantu Pengukuran .................................... 20
3.5 Prosedur Pembuatan Model Kincir Angin ................................................ 25
3.6 Variabel Penelitian .................................................................................... 26
3.7 Variabel yang diukur ................................................................................. 27
3.8 Parameter yang dihitung ........................................................................... 27
3.9 Langkah Percobaan ................................................................................... 28
3.10 Langkah Pegolahan Data......................................................................... 29
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN......................................... 31
4.1 Data Percobaan.......................................................................................... 32
4.2 Perhitungan ............................................................................................... 34
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ........................................................................ 34
4.2.2 Daya Kincir ............................................................................................ 34
4.2.3 Tip Speed Ratio ...................................................................................... 35
4.2.4 Koefisien Daya ....................................................................................... 35
4.3 Data Hasil Perhitungan ............................................................................. 36
4.4 Grafik Hasil Perhitungan........................................................................... 38
4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Pitch Angle ......................................... 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 49
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 49
5.2 Saran .......................................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 51

xi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6

Upwind dan downwind ................................................................
Kincir angin poros horisontal jenis propeler ...............................
Kincir angin poros horisontal jenis American multi-blade .........
Kincir angin poros vertikal jenis Savonius .................................
Kincir angin poros vertikal jenis Darrieus ..................................
Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed
ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin..................................
Gambar 3.1 Diagram alir.................................................................................
Gambar 3.2 Mesin penekuk plat .....................................................................
Gambar 3.3 Terowongan angin yang dilengkapi blower ................................
Gambar 3.4 Anemometer ................................................................................
Gambar 3.5 Takometer....................................................................................
Gambar 3.6 Mekanisme pengereman ..............................................................
Gambar 3.7 Neraca pegas ...............................................................................
Gambar 3.8 Kincir angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan
poros utama kincir didalam wind tunnel .....................................
Gambar 3.9 Sudu model kincir angin jenis American multi-blade yang
digunakan dalam penelitian ........................................................
Gambar 3.10 Hub .............................................................................................
Gambar 3.11 Model kincir angin American multi-blade sembilan sudu yang
digunakan dalam penelitian ........................................................
Gambar 3.12 Skema alat pengujian .................................................................
Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan Torsi untuk pitch
angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s .........................
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 100
pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s .........................................
Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan Tip speed ratio
(tsr) untuk pitch angle 10˚ ..........................................................
Gambar 4.4 Grafik hubungan Putaran kincir dengan torsi untuk pitch
angle 200 pada kecepatan angin rerata 8,47 m/s .........................
Gambar 4.5 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 200
pada kecepatan angin rerata 8,47 m/s .........................................
Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio
(tsr) untuk pitch angle 20˚ ..........................................................
Gambar 4.7 Grafik hubungan Putaran kincir dengan torsi untuk pitch
angle 300 pada kecepatan angin rerata 8,77 m/s .........................
Gambar 4.8 Grafik hubungan daya output dengan torsi untuk pitch angle 300
pada kecepatan angin rerata 8,77 m/s .........................................
Gambar 4.9 Grafik hubungan Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed ratio
(tsr) untuk pitch angle 300 ..........................................................

xii

7
7
8
10
10
12
18
20
21
21
22
23
24
24
25
26
27
29
38
39
39
41
42
42
44
45
45

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.10Grafik hubungan koefisien daya dan tip speed ratio untuk tiga
variasi pitch angle 100, 200, dan 300 ......................................... 48

xiii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data percobaan dengan pitch angle 100 ........................................... 31
Tabel 4.2 Data Percobaan dengan pitch angle 200 ........................................... 32
Tabel 4.3 Data Percobaan dengan pitch angle 300 ........................................... 33
Tabel 4.4 Data perhitungan pitch angle 100 ..................................................... 36
Tabel 4.5 Data perhitungan pitch angle 200 ..................................................... 36
Tabel 4.6 Data perhitungan pitch angle 300 ..................................................... 37

xiv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi yang semakin meningkat saat ini membuat energi
terbarukan mulai banyak dikembangkan. Angin merupakan salah satu sumber
energi terbarukan ramah lingkungan yang berlimpah dan dapat diperoleh gratis
dari alam. Kondisi geografis Indonesia yang spesifik memungkinkan terjadinya
pola angin yang bermacam–macam, diantaranya mempunyai prospek dalam
pengembangan energi angin. Beberapa lokasi di Indonesia memiliki kecepatan
angin rata – rata tahunan > 4,0 m/s, bahkan didaerah Atambua, NTT memiliki
kecepatan angin rata – rata mencapai 7,3 m/s. Dari data tersebut dapat dikatakan
bahwa pengembangan pemanfaatan energi angin di Indonesia sangat menjanjikan.
Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dengan menggunakan kincir angin,
pada prinsipnya energi angin akan memutar kincir angin, kemudian putaran kincir
angin tersebut dapat dimanfaatkan sebagai penggerak mekanis ataupun menjadi
energi listrik.
Sudut pada sudu – sudu turbin (pitch angle) dapat mempengaruhi unjuk kerja
sebuah kincir angin, jika pitch angle ditetapkan pada harga yang paling baik,
kincir angin akan mampu mengkonversi energi angin secara maksimal, maka dari
itu penulis ingin meneliti unjuk kerja terbaik dari kincir angin jenis American
multi-blade dengan tiga variasi pitch angle. Penulis berharap penelitian ini dapat

1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2

berguna

sebagai

referensi

untuk

mengembangkan

pengetahuan

tentang

pemanfaatan energi angin, dan meningkatkan efisiensi konversi energi angin.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
a. Merancang dan membuat kincir angin poros horisontal jenis American
multi-blade sembilan sudu yang terbuat dari bahan aluminium dengan
diameter 80 cm dan variasi pitch angle 10o, 20o, 30o.
b. Mengetahui unjuk kerja masing – masing model kincir angin American
multi-blade sembilan sudu dengan diameter 80 cm dari tiga variasi pitch
angle.
c. Mendapatkan unjuk kerja terbaik dari model kincir angin American multiblade sembilan sudu dengan tiga variasi pitch angle 100, 200, dan 300.
1.3 Rumusan Masalah
Setiap jenis kincir angin memiliki karakteristik yang berbeda – beda, salah
satunya adalah kincir angin jenis American multi-blade yang memiliki koefisien
daya maksimal sebesar 15%. Karakteristik setiap jenis kincir angin dapat
dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya adalah desain dari kincir angin itu
sendiri, maka dari itu desain kincir angin yang baik harus terus dikembangkan
untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi angin sebagai salah satu energi
alternatif yang ramah lingkungan.
Kincir angin jenis American multi-blade memiliki karakteristik tersendiri,
dengan desain yang terus dikembangkan, nilai Koefisien daya (Cp) dan tip speed

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3

ratio (tsr) akan berbeda – beda setiap desainnya. Dalam penelitian ini akan
diketahui unjuk kerja kincir angin jenis American multi-blade yang mencakup
besar koefisien daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio (tsr) optimal.
Unjuk kerja dari sebuah kincir angin dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah
satunya adalah pitch angle. Pengaruh pitch angle terhadap unjuk kerja kincir
angin jenis American multi-blade dapat diketahui dari penelitian ini.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapat dari penelitian kincir angin adalah sebagai berikut :
a. Referensi bagi pengembang teknologi untuk mengembangkan teknologi
alternatif, khususnya energi angin.
b. Sebagai referensi untuk memanfaatkan energi angin dengan bahan yang
murah dan sederhana.
c. Memicu pengembangan pemanfaatan energi angin sebagai pengganti bahan
bakar fosil untuk menjaga dan melestarikan bumi.
1.5 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Model kincir angin American multi-blade dengan sembilan sudu dan
dengan diameter 80 cm.
b. Variasi yang dilakukan adalah dengan menggunakan variasi pitch angle
sudu kincir dengan sudut 10o , 20o, dan 30o.
c. Kincir angin dibuat dari bahan baku plat aluminium dengan tebal 1 mm.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Angin
Angin adalah udara yang bergerak horisontal melintasi permukaan bumi,
pada dasarnya angin terjadi karena adanya perbedaaan tekanan udara diantara dua
kawasan, angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat
bertekanan rendah. Perbedaan tekanan tersebut terjadi karena adanya perbedaan
pemanasan oleh sinar matahari pada permukaan bumi, maka kecepatan angin di
setiap daerah dapat berbeda – beda.
Angin tidak mengalir secara smooth diatas permukaan bumi, selama bergerak
angin mengalami beberapa hambatan yang disebut gesekan. Gesekan ini
memunculkan fenomena yang disebut ground drag. Gesekan adalah gaya yang
menahan gerakan salah satu material terhadap material lainnya. Ground drag yang
disebabkan oleh gesekan ini bervariasi, bergantung pada kekasaran permukaan.
Semakin kasar atau semakin tak beraturan suatu permukaan, maka semakin besar
gesekan yang terjadi. Gesekan terjadi hingga mencapai ketinggian sekitar 500 m,
namun efek – efek paling besar terjadi disekitar daerah yang paling dekat dengan
permukaan bumi. Gesekan memiliki efek yang besar terhadap kecepatan angin
pada ketinggian – ketinggian yang berbeda. Angin bergerak lebih lambat di
permukaan tanah yang disebabkan oleh gesekan. Gesekan akan semakin kecil
pada ketinggian yang semakin tinggi, sehingga kecepatan angin pun meningkat.
Angin memiliki arah dan kecepatan yang berbeda – beda. Untuk mengukur
kecepatan angin kita dapat menggunakan anemometer, sedangkan untuk
5

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6

mengetahui arah angin kita dapat menggunakan windsocks.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin (windmill) adalah mesin yang digunakan untuk mengkonversikan
energi angin kedalam bentuk energi yang lain, yang kebanyakan dalam bentuk
energi mekanis. Pada awalnya kincir angin dirancang untuk menggiling biji –
bijian dan memompa air, namun lambat laun kincir angin didesain untuk
membangkitkan listrik. Kincir angin pembangkit listrik umumnya disebut sebagai
turbin angin (wind turbine) atau generator angin (wind generator). Mesin angin
untuk memompa air pada umumnya disebut sebagai kincir angin (windmill).
Berdasarkan kedudukan poros yang digunakan, turbin angin dibedakan dalam
dua jenis, yaitu : HAWT (horizontal axis wind turbine) yakni turbin angin
bersumbu horisontal dan VAWT (vertical axis wind turbine) yakni turbin angin
bersumbu vertikal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
HAWT (horizontal axis wind turbine) yakni turbin angin bersumbu
horisontal. Turbin angin HAWT memiliki poros utama sejajar dengan
permukaan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Turbin
angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja
pada suatu kincir.
Kincir angin sumbu horisontal dibedakan dalam dua varietas dasar, yakni
upwind dan downwind (Gambar 2.1)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7

Gambar 2.1. Upwind dan downwind
(sumber: www.cleanenergybrands.com)
Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang telah banyak dikenal
diantaranya ditunjukan pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.

Gambar 2.2 Kincir angin poros horisontal jenis propeler.
(Sumber http://www.renergyteda.com/windmill.jpg)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8

Gambar 2.3 Kincir angin poros horisontal jenis American multi-blade
(Sumber :
https://img.okezone.com/content/2013/12/02/373/906056/NdGjDBZm2n.jpg)
2.2.2 Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros horisontal memilki beberapa kelebihan jika dibanding
dengan kincir angin poros vertikal, beberapa kelebihan yang dimiliki oleh kincir
angin poros horisontal adalah sebagai berikut :
1.

Sudu – sudu kincir angin sumbu horisontal berada disamping pusat
garvitasi turbin, sehingga membantu stabilitas turbin.

2. Kincir angin sumbu horisontal dapat dibuat dengan kemampuan wing
warp, sehingga sudut serang sudu – sudu turbin dapat diatur atau
ditetapkan pada harga yang paling baik.
3. Menara yang tinggi memungkinkan turbin mendapatkan angin yang
kuat dan smooth.
4. Menara yang tinggi memungkinkan penempatan kincir pada landasan
yang tidak datar atau di lokasi garis pantai.
5. Kincir angin sumbu horisontal dapat didirikan di kawasan hutan diatas
treeline.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9

Kincir angin poros horisontal adalah kincir angin yang paling umum
digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga angin, akan tetapi kincir angin poros
horisontal masih memiliki beberapa kekurangan jika dibanding dengan kincir
angin poros vertikal. Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal
adalah :
1. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan juga
memerlukan biaya besar untuk pemasangannya, bisa mencapai 20%
dari seluruh biaya peralatan turbin angin.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah
angin (sirip penggerak atau sensor elektrik).
3. Varian – varian downwind menderita kelelahan dan kegagalan
struktural yang disebabkan oleh turbulensi.
2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (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,
terutama pada kincir angin poros vertikal jenis Savonius yang sering
dimanfaatkan sebagai pengangkat air.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal
diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.3.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10

Gambar 2.4 Kincir angin poros vertikal jenis Savonius
(Sumber:
http://sinarharapan.co/sh_img/14/09/29/l/14092903214092903214092903214092
903214092903214092903214092903214092903214092903214092903214092903
21409290321)

Gambar 2.5 Kincir angin poros vertikal jenis Darius
(Sumber : http://2.bp.blogspot.com/glRuxbxiKNs/T_z3Pg5aGqI/AAAAAAAAArs/8WSqiopuHNo/s1600/Turbin+an
gin+sumbu+vertikal.gif)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11

2.2.4 Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal
Pada umumnya kincir angin poros vertikal menghasilkan torsi yang lebih
besar dibanding dengan kincir angin poros horisontal, oleh karena itu kincir angin
poros vertikal lebih cocok dimanfaatkan sebagai penggerak mekanis. Kelebihan
lain yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :
1. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar, dan perawatannya lebih
mudah karena sebagian besar komponen – komponennya terletak dekat
dengan permukaan tanah.
2. Tidak memerlukan yaw device atau alat pemutar turbin terhadap sumbu
vertikal sehingga orientasi turbin selalu sesuai dengan arah angin.
3. Memiliki pitch-angle airfoil yang lebih besar, yang berarti memperbaiki
aerodinamika turbin.
4. Dapat menerima arah angin dari segala arah.
5. Kincir angin sumbu vertikal yang kecil dapat dengan mudah diangkut dan
dipasang.
6. Bisanya memiliki tip-speed-ratio yang lebih rendah sehingga kecil
kemungkinannya untuk rusak dalam kondisi angin kencang.
Dari beberapa kelebihan yang dimiliki, kincir angin poros vertikal masih
memiliki kekurangan. Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal
diantaranya :
1. Hanya dapat mengkonfersi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya
drag tambahan.
2. Tinggi dan swept area kincir angin sumbu vertikal lebih terbatas

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12

dibanding dengan kincir angin sumbu horisontal.
3. Kebanyakan kincir angin sumbu vertikal memerlukan permukaan tanah
ynag relatif datar sehingga tidak cocok didirikan ditempat - tempat yang
terlalu curam.
4. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr
Dari gambar 2.5 dapat dilihat bahwa koefisien daya maksimal yang dapat
dihasilkan oleh kincir angin ideal adalah sebesar 59%, sedangkan kincir angin
American multi-blade memiliki koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 15%.

Gambar 2.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio
(tsr) dari beberapa jenis kincir angin.
(Sumber: www.intechopen.com)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13

2.4 Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus – rumus yang digunakan untuk melakukan
perhitungan dan analisis unjuk kerja kincir angin yang diteliti.
2.4.1 Energi Angin
Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, maka
dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ek= 0,5m v2

(1)

dengan :
Ek = energi kinetik (joule).

m = massa udara (kg).
v = kecepatan angin (m/s).
Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga perhitungan daya angin
dapat dituliskan sebagai berikut:
Pin = 0,5 ṁ v2

(2)

dengan :
Pin = daya angin (watt).

ṁ = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).
dengan :
ṁ =ρAv

(3)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14

dengan :
ρ = massa jenis udara (kg/m3).
A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).
dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat
dirumuskan menjadi :
Pin = 0,5(ρAv)v2
yang dapat disederhanakan menjadi:

Pin = 0,5 ρ A v3

(4)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya
Untuk mengetahui unjuk kerja dari setiap model kincir angin dengan tiga
variasi pitch angle, maka perlu dicari besarnya torsi dan daya yang dihasilkan oleh
model kincir angin yang diteliti.
2.4.3 Torsi
Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar
dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu pusat.
Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga

dapat

dirumuskan sebagai berikut:
T = Fr
dengan:
T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm).

(5)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15

F = gaya pada poros akibat puntiran (N).

r = jarak lengan torsi ke poros (m).
2.4.4 Daya Kincir
Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak
melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:
Pout = T ω

(6)

dengan :
T = torsi dinamis (Nm).
ω = kecepatan sudut didapatkan dari
ω = n rpm

=

=
(7)

ω=

Dari persamaan diatas, daya yang dihasilkan oleh kincir dapat dinyatakan dengan
persamaan :

Pout =T

rad/s

dengan:
Pout = Daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
n = Putaran poros (rpm).

(8)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16

2.4.5 Tip Speed Ratio
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan angin.
Kecepatan di ujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai:
vt = ω r

(9)

dengan.:
vt = kecepatan ujung sudu
ω = kecepatan sudut (rad/s).
r = Jari-jari kincir (m).
sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:

tsr =

(10)

dengan:
r = jari – jari kincir (m).
n = putaran poros kincir tiap menit (rpm).
v = kecepatan angin (m/s).
2.4.6 Koefisiensi Daya
Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17

Cp =

100%

dengan:
Cp = koefisien daya (%).
Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).
Pin = daya yang dihasilkan oleh angin (watt).

(11)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir hingga
analisis data, pembahasan, serta pembuatan laporan. Langkah kerja tersebut
disajikan dalam bentuk diagram alir yang ditampilkan pada Gambar 3.1.

Mulai

Perancangan model kincir angin American multi-blade 9 sudu

Pembuatan model kincir angin American multi-blade berbahan baku plat aluminium,
dengan variasi pitch angle 10o, 20o, dan 30o

Pengambilan data untuk mencari kecepatan angin, kecepatan putaran poros kincir
angin, dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) kemudian
membandingkan antara koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) pada masing – masing
variasi kincir angin

Hasil olah data
ya
ya
Analisis data dan pembahasan serta pembuatan laporan

Selesai

Gambar 3.1 Diagram alir
18

tidak

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19

3.2 Bahan Pembuatan Model Kincir Angin
Model kincir angin American multi-blade dibuat dari bahan – bahan yang
murah dan sederhana. Bahan – bahan yang digunakan untuk membuat model
kincir angin adalah sebagai berikut :
1. Plat aluminium dengan ketebalan 1 mm untuk membuat sudu kincir angin
dengan diameter 80 cm.
2. Tutup pipa paralon diameter 6 inchi digunakan untuk membuat hub kincir
angin.
3. Aluminium profil U dengan panjang 35 cm digunakan untuk membuat
tulang sudu.
4. Mur dan baut ukuran m5.
3.3 Alat – Alat Pembuatan Model Kincir Angin
Adapun beberapa peralatan yang digunakan dalam pembuatan model kincir
angin adalah sebagai berikut :
1. Busur, jangka, penggaris, dan spidol untuk menggambar pola pada plat
aluminium.
2. Gerinda potong untuk memotong plat aluminium sesuai dengan pola yang
telah digambar.
3. Gerinda duduk dan kikir untuk menghaluskan potongan sudu kincir.
4. Bor digunakan untuk membuat lubang baut pada model kincir angin.
5. Mesin penekuk plat, digunakan untuk menekuk sudu kincir sesuai dengan
sudut yang diinginkan. Gambar 3.2 menunjukkan mesin penekuk plat yang
digunakan dalam penelitian ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20

Gambar 3.2 Mesin penekuk plat
6. Obeng dan kunci pas.
3.4 Alat – Alat Pengujian dan Alat Bantu Pengukuran
Penelitian ini menggunakan alat pengujian dan alat bantu pengukuran yang
telah dikalibrasi secara berkala. Alat pengujian dan alat bantu pengukuran yang
digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Terowongan angin yang dilengkapi blower.
Alat ini digunakan untuk pengkondisian angin. Blower akan menyedot
udara luar dan mengalirkannya melalui terowongan angin, kemudian angin
yang dihasilkan oleh blower akan memutar kincir angin. Gambar dari
terowongan angin yang dilengkapi blower ditunjukkan pada Gambar 3.3.
2. Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk pengukuran kecepatan
angin yang dihasilkan blower. Anemometer dipasang di bagian depan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21

blower dan ditempatkan sejajar dengan arah angin. Anemometer dapat
dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.3 Terowongan angin yang dilengkapi blower
3. Takometer
Takometer digunakan untuk mengukur kecepatan putar poros kincir angin.
Pengukuran dilakukan dengan mengarahkan takometer tegak lurus dengan
piringan mekanisme pengereman yang dihubungkan dengan poros utama
kincir angin. Gambar 3.5 menunjukan takometer yang digunakan dalam
penelitian ini.

Gambar 3.4 Anemometer

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22

Gambar 3.5 Takometer
4. Mekanisme pengereman
Mekanisme pengereman atau alat ukur gaya tangensial terdiri dari piringan
yang terhubung dengan poros utama kincir angin, penjepit karet yang
digunakan untuk pengereman, dan tali yang terhubung ke neraca pegas.
Alat ini berfungsi sebagai pengerem atau penghambat putaran kincir yang
dilakukan untuk pengambilan data putaran kincir (rpm) dan pembebanan
(gram/N). Mekanisme pengereman ditunjukkan pada Gambar 3.6.
5. Neraca pegas
Neraca pegas adalah alat yang digunakan untuk pengukuran pembebanan
yang diberikan pada saat pengereman. Alat ini dapat membaca beban
dalam satuan gram dan Newton serta memiliki range 0 – 1.000 gram
dengan subdivision 10. Neraca pegas dihubungkan dengan mekanisme
pengereman menggunakan tali dan diasumsikan sebagai pengimbang torsi
dinamis. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.7.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23

6. Tiang penahan kincir
Tiang penahan kincir terpasang didalam terowongan angin, alat ini
digunakan untuk menopang kincir angin yang berputar didalam blower.
Kincir angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan poros utama
kincir dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.6 Mekanisme pengereman
7. Poros utama kincir
Poros utama kincir berfungsi sebagai penghubung kincir angin dengan
mekanisme pengereman. Alat ini terpasang pada pusat kincir dan akan
berputar mengikuti putaran kincir angin. Gambar 3.8 menunjukkan kincir
angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan poros utama kincir
didalam terowongan angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24

Gambar 3.7 Neraca pegas

Gambar 3.8 Kincir angin yang terpasang pada tiang penahan kincir dan
poros utama kincir didalam wind tunnel

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25

3.5 Prosedur Pembuatan Model Kincir Angin
Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan model kincir angin
tipe American multi-blade sembilan sudu adalah:
1. Menyiapkan plat alumunium sebagai bahan dasar pembuatan sudu kincir.
2. Menggambar pola pada plat aluminium sesuai dengan ukuran yang sudah
ditentukan. Pola berupa lingkaran berdiameter 80 cm yang dibagi menjadi 8
bagian.
3. Memotong pola dengan gerinda potong. Salah satu pola yang telah
dipotong digunakan sebagai mal untuk membuat satu sudu lagi. Sudu
model kincir angin yang sudah dipotong dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Sudu model kincir angin jenis American multi-blade yang
digunakan dalam penelitian
4. Memotong aluminium profil U sepanjang sudu kincir (35 cm) yang akan
digunakan sebagai tulang sudu.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26

5. Mengebor sudu kincir, hub, dan tulang sudu dengan diameter 5 mm sesuai
dengan ukuran baut yang digunakan.
6. Menyatukan tulang kincir dengan sudu kincir dengan membautnya.
7. Memasang sudu – sudu kincir angin pada hub yang sudah dibor. Hub yang
terbuat dari tutup pipa paralon dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Hub
8. Model kincir angin siap diuji. Model kincir angin American multi-blade
sembilan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.11.

3.6 Variabel Penelitian
Variabel penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Variasi pembebanan turbin yaitu dari posisi berputar maksimal sampai
turbin dalam posisi diam (terhenti).
2. Variasi pitch angle yaitu 10o, 20o, dan 30o.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27

Gambar 3.11 Model kincir angin American multi-blade sembilan sudu
yang digunakan dalam penelitian
3.7 Variabel yang diukur
Untuk mencapai tujuan penelitian, parameter yang harus diukur dalam
penelitian unjuk kerja model kincir angin American multi-blade sembilan sudu
adalah :
1. Kecepatan angin, v (m/s).
2. Gaya Pengimbang, F (N).
3. Putaran turbin, n (rpm).
3.8 Parameter yang dihitung
Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin yang
diuji dalam penelitian ini adalah :
1. Daya angin (Pin)
2. Daya kincir (Pout)
3. Koefisien daya (Cp)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28

4. Tip speed ratio (tsr)
3.9 Langkah Percobaan
Pengambilan data dilakukan pada terowongan angin laboratorium konversi
energi Universitas Sanata Dharma. Skema alat pengujian dapat dilihat pada
Gambar 3.12. Pengambilan data yang meliputi kecepatan angin, beban, dan
kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama – sama dan dilakukan sebanyak
tiga kali pada setiap variasi beban yang diberikan. Pertama - tama mengatur pitch
angle model kincir dan memasang model kincir angin pada terowongan angin,
sedangkan untuk pengambilan data memerlukan langkah - langkah sebagai
berikut :
1. Memastikan validitas alat ukur yang digunakan dalam pengujian dan
memastikan alat pengujian sudah dikalibrasi secara berkala.
2. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.
3. Memasang anemometer pada tempat yang sudah disediakan pada bagian
depan terowongan angin.
4. Mempersiapkan takometer.
5. Menyambungkan model kincir angin dengan poros utama kincir agar
kincir angin terhubung ke sistem pengereman.
6. Mengecek semua peralatan yang akan digunakan.
7. Menghidupkan blower.
8. Mengukur kecepatan

putar kincir, kecepatan angin,

dan beban

pengereman. Pegambilan data dilakukan tiga kali pada setiap variasi
pengambilan beban.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29

9. Mengulangi langkah nomor 8 sampai kincir angin berhenti, setelah itu
melakukan pengujian dengan variasi pitch angle sudu turbin lainnya.
10. Pengolahan data dan pembahasan.

Anemometer

Takometer

Mekanisme pengereman
Kincir

Blower

Gambar 3.12 Skema alat pengujian
3.10 Langkah Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui beberapa tahapan
berikut :
1. Untuk mengetahui daya angin (Pin) digunakan data kecepatan angin (v)
dan luasan kincir angin (A) dengan menggunakan Persamaan (2).
2. Torsi (T) dapat diperoleh menggunakan data dari beban pegas (gr) dan dari
panjang lengan torsi sepanjang 0,2 m dengan memakai Persamaan (5).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30

3. Data putaran poros (n) dan hasil perhitungan torsi (T) dapat digunakan
untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan menggunakan
Persamaan (8).
4. Tip Speed Ratio (tsr) dapat dicari dengan membandingkan kecepatan
keliling ujung sudu kincir angin (ω) dan kecepatan angin (v), dengan
menggunakan Persamaan (10).
5. Untuk mengetahui koefisien daya kincir angin (Cp) dapat dicari dari
perbandingan daya kincir angin (Pout) dan daya angin (Pin) dengan
menggunakan Persamaan (11).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan
Data yang diperoleh dari hasil pengujian kincir angin meliputi : kecepatan
angin (m/s), putaran poros (rpm), dan gaya pengimbang (N). Pengambilan data
dilakukan dengan 3 (tiga) variasi pitch angle 10˚, 20˚, dan 30˚ yang disajikan pada
Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

Tabel 4.1 Data percobaan dengan pitch angle 100
Kec. Angin, v
(m/s)
8,67
8,50

Putaran Poros, n
(rpm)
348
301

Gaya Pengimbang,
F (N)
0
0,49

8,39

268

0,98

4

8,50

237

1,47

5

8,74

187

1,96

6

8,37

134

2,45

7

8,55

103

2,94

8

8,71

19

3,43

No.
1
2
3

Pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa putaran poros maksimal yang dihasilkan
oleh model kincir angin American multi-blade sembilan sudu dengan pitch angle
10o adalah 348 rpm tanpa dilakukan pembebanan pada kecepatan angin 8.67 m/s,
dan model kincir angin ini masih mampu berputar pada putaran poros sebesar 19
rpm dengan beban yang diberikan sebesar 3,43 N.

31

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32

Tabel 4.2 Data Percobaan dengan pitch angle 200
Kec. Angin, v

Putaran Poros, n

Gaya Pengimbang,

(m/s)

(rpm)

F (N)

1

9,02

452

0

2

8,52

416

0,49

3

8,55

394

0,98

4

8,53

379

1,47

5

8,56

346

1,96

6

8,62

328

2,45

7

8,73

297

2,94

8

8,43

267

3,43

9

8,36

253

3,92

10

8,40

219

4,41

11

8,23

192

4,91

12

8,40

153

5,40

13

8,28

135

5,89

14

8,28

101

6,38

15

8,35

70

6,87

16

8,30

34

7,36

No.

Tabel 4.2 menunjukkan putaran poros maksimal yang mampu dihasilkan oleh
kincir angin American multi-blade sembilan sudu dengan pitch angle 20o adalah
452 rpm pada beban nol dan pada kecepatan angin 9,02 m/s, model kincir angin ini
masih dapat berputar pada putaran poros sebesar 34 rpm saat dilakukan
pembebanan sebesar 7,36 N.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33

Tabel 4.3 Data Percobaan dengan pitch angle 300
Kec. Angin, v

Putaran Poros, n

Gaya Pengimbang, F

(m/s)

(rpm)

(N)

1

9,27

451

0

2

8,99

444

0,49

3

8,68

419

0,98

4

8,99

412

1,47

5

8,76

376

1,96

6

8,94

361

2,45

7

9,12

346

2,94

8

8,87

324

3,43

9

8,94

312

3,92

10

8,85

280

4,41

11

8,85

266

4,91

12

8,77

249

5,40

13

8,78

231

5,89

14

8,90

219

6,38

15

8,64

200

6,87

16

8,60

184

7,36

17

8,69

168

7,85

18

8,56

159

8,34

19

8,47

132

8,83

20

8,54

102

9,32

21

8,69

87

9,81

22

8,23

74

10,3

23

8,66

56

10,8

No.

Data percobaan yang diperoleh dari kincir angin American multiblade sembilan
sudu dengan pitch angle 30o ditunjukkan pada Tabel 4.3. Nilai putaran poros

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34

maksimal yang dapat dicapai tanpa pembebanan adalah sebesar 451 rpm pada
kecepatan angin 9,27 m/s dan masih dapat berputar pada putaran poros sebesar 56
rpm pada beban sebesar 10,8 N.
4.2 Perhitungan
Langkah-langkah perhitungan diambil dari contoh sampel yang dapat dilihat
pada Tabel 4.3 dan pada data ke-14.
4.2.1

Perhitungan Daya Angin
Daya yang dihasilkan angin pada model kincir angin American multi-blade

sembilan sudu dengan luas penampang (A) = 0,50265 � dapat dicari dengan

menggunakan Persamaan (4).
Pin = ,5. ⍴ . A .v3

= 0,5 . 1,18 . 0,50265 (8,90 m/s)3

= 209,30 watt
4.2.2

Daya Kincir
Daya yang dihasilkan oleh model kincir angin dapat dicari dengan

menggunakan Persamaan (6), akan tetapi harus diketahui kecepatan sudut dan torsi
terlebih dahulu. Nilai torsi dan kecepatan sudut dapat dicari menggunakan
Persamaan (5) dan (7).
Kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:
ω=
=

π

tik
π

tik

��/

��/

= 22,97 rad/s

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35

T = Fr
= 6,38 . 0,2
= 1,28 Nm
sehingga daya kincir dapat diketahui dengan :
Pout = Tω
= 1,28 Nm. 22,97 rad/s
= 29,29 watt
4.2.3

Tip Speed Ratio
Tip speed ratio (tsr) diperoleh dari perbandingan antara kecepatan ujung

kincir angin dengan kecepatan angin yang dapat dicari dengan menggunakan
Persamaan (10) :
πr

tsr =

π ,

=

= 1,03
4