KINCIR ANGIN DENGAN SUDU DARI KIPAS ANGIN BERDIAMETER 18 INCHI TUGAS AKHIR - Kincir angin dengan sudu dari kipas angin berdiameter 18 inchi - USD Repository

  

KINCIR ANGIN DENGAN SUDU DARI KIPAS ANGIN

BERDIAMETER 18 INCHI

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

Nama : I Kadek Yoga Artana

  

NIM : 045214085

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2009

WIND ENERGY CONVERTER WITH FAN BLADE

  

18 INCH DIAMETER

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Mechanical Engineering Study Program

By:

Name : I Kadek Yoga Artana

  

Student ID Number : 045214085

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2009

  

INTISARI

  Tugas akhir ini adalah pembuatan kincir angin sederhana. Penelitian bertujuan untuk mengetahui kinerja sebuah kincir angin dengan sudu dari kipas angin yang berdiameter 18 inchi.

  Kincir dibuat dengan posisi poros horizontal dan kincir terbuat dari kipas angin rumah tangga dengan dudukan yang terbuat dari besi dimana kincir ini memiliki 3 sudu. Jumlah variasi kecepatan angin digunakan dalam penelitian ini adalah 6,98 m/s,6,1 m/s,5,2 m/s,4,5 m/s 2,9 m/s. Percobaan dilakukan dalam wind

  tunnel agar kecepatan angin dapat diatur.

  Dari percobaan tersebut dapat diketahui bahwa efisiensi tertinggi diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 13,13% dan TSR tertinggi diperoleh pada kecepatan 6,98 m/s sebesar 33,31. Cp dan TSR terendah diperoleh pada kecepatan 2,9 m/s sebesar 0,25% dan 8,88.

  Kata kunci : Cp ( power coefficient ),TSR ( tip speed ratio )

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa (“Bhatara Ida

  Sang Hyang Widhi Wasa”)atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

  Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan bimbingan, dorongan, tenaga, perhatian dan bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Yosef Agung Cahyanta S.T,M.T selaku Dekan Fakultas Teknik.

  2. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

  3. Ir.Y.B.Lukiyanto, M.T. selaku pembimbing terima kasih telah bersedia meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya sangat berguna untuk tugas akhir ini.

  4. Seluruh dosen Teknik Mesin atas ilmu yang telah diberikan selama kuliah di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  5. Segenap karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah membantu dalam hal fasilitas dan administrasi.

  6. Kedua orang tua penulis, Bapak I Made P. Antara dan Ibu Ni Wayan Ratnawati atas semua dukungan yang sudah diberikan baik jasmani maupun rohani.

  7. Abang dan adik penulis, I Gede Mertha dan Ni Luh Renny Antari atas semua dukungan dan kasihnya.

  DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS ........................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ....... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................... v

  

INTISARI ............................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ............................................................................................ viii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK .................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................... xvi

  

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

  1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1

  1.2 Perumusan Masalah ................................................................................ 2

  1.3 Batasan Masalah...................................................................................... 3

  1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................... 3

  1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 3

  1.6 Langkah Perancangan ............................................................................. 4

  

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 5

  2.1 Dasar teori ............................................................................................... 5

  2.2 Tipe Kincir Angin .................................................................................. 5

  2.3 Tip Speed Ratio ....................................................................................... 8

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 10

  3.1 Sarana Penelitian ..................................................................................... 10

  3.2 Peralatan Penelitian ................................................................................. 10

  3.3 Analisa Data ............................................................................................ 12

  3.4 Langkah Penelitian .................................................................................. 13

  3.5 Cara kerja Alat ........................................................................................ 16

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................... 18

  4.1 Data Penelitian ........................................................................................ 18

  4.1.1 Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan berbagai kecepatan angin yang berbeda ........................................ 18

  4.2 Pengolahan data dan Perhitungan ........................................................... 20

  4.2.1 Pehitungan kincir angin dengan kecepatan yang berbeda-beda untuk Memperoleh Cp dan TSR .............................................. ....... 20

  4.3 Tip Speed Ratio (TSR) dan Coefisien Of Power (Cp)........................ 23

  4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR .................................................... 26

  4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan Angin 6,98 m/s ............................................................................... 26

  4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan Angin 6,1 m/s ................................................................................ 27

  4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan Angin 5,2 m/s ................................................................................ 27

  4.4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan Angin 4,5 m/s .......................................................................... 28

  4.4.5 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan

  Angin 2,9 m/s .......................................................................... 28

  4.4.6 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan Keseluruhan .............................................................................. 29

  

BAB V PENUTUP ................................................................................................... 30

  5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 30

  5.2 Saran ........................................................................................................ 30

  

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 31

  

DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK

Gambar 2.1. Contoh Kincir Angin yang digunakan . ....................................... 8Gambar 3.1. Kincir Angin secara utuh tanpa kelistrikan .................................. 14Gambar 3.2. Bagian-bagian dari kelistrikan ..................................................... 15Gambar 3.3. Penampang sudu pada kincir angin...............................................16

  Grafik 4.2 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan angin 6,98 m/s.............................................................26 Grafik 4.3 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan angin 6,1 m/s...............................................................27 Grafik 4.4 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan angin 5,2 m/s...............................................................27 Grafik 4.5 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan angin 4,5 m/s.............................................................. 28 Grafik 4.6 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan angin 2,9 m/s.............................................................. 28 Grafik 4.7 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan angin keseluruhan....................................................... 29

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Cp dan TSR berbagai bentuk sudu terhadap kecepatan angin..........................................29

   DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data perolehan dari kecepatan angin 6,98 m/s.........................18Tabel 4.2. Data perolehan dari kecepatan angin 6,1 m/s...........................19Tabel 4.3. Data perolehan dari kecepatan angin 5,2 m/s...........................19Tabel 4.4. Data perolehan dari kecepatan angin 4,5 m/s...........................19Tabel 4.5. Data perolehan dari kecepatan angin 2,9 m/s...........................20

  

in out

Tabel 4.6. Tabel perolehan P dan P pada kecepatan angin

  6,98 m/s....................................................................................21

  

in out

Tabel 4.7. Tabel perolehan P dan P pada kecepatan angin

  6,1 m/s.....................................................................................21

  

in out

Tabel 4.8. Tabel perolehan P dan P pada kecepatan angin

  5,2 m/s....................................................................................22

  

in out

Tabel 4.9. Tabel perolehan P dan P pada kecepatan angin

  4,5 m/s...................................................................................22

  

in out

Tabel 4.10 Tabel perolehan P dan P pada kecepatan angin

  2,9 m/s..................................................................................23

Tabel 4.11 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada

  Kecepatan angin 6,98 m/s.......................................................24

Tabel 4.12 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada

  Kecepatan angin 6,1 m/s.........................................................25

Tabel 4.13 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada

  Kecepatan angin 5,2 m/s.........................................................25

Tabel 4.14 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada

  Kecepatan angin 4,5 m/s.........................................................25

Tabel 4.15 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada

  Kecepatan angin 2,9 m/s.........................................................26

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Sejak awal sejarahnya, kincir angin ditemukan awal tahun 5000 SM. Hal yang pertama kali dilakukan oleh kincir angin adalah memompa air didaerah Cina. Pada awal abad 20, windmills yang umum digunakan di Great Palins untuk pompa air dan tenaga listrik. Cara-cara baru untuk menggunakan energi angin, akhirnya menyebar ke seluruh dunia. Pada abad ke 11, orang-orang timur Tengah menggunakan windmills secara luas untuk produksi pangan.

  Kincir angin juga menjadi inspirasi Belanda untuk mengeringkan danau di Delta sungai Rhine. Ketika orang-orang mengambil teknologi ini, pada akhir abad ke-19 mereka mulai menggunakan windmills ke pompa air untuk kegiatan peternakan. Dan kemudian digunakan juga untuk menghasilkan listrik. Industrialisasi pertama di Eropa dan Amerika yang kemudian menyebabkan penurunan penggunaan windmills. Keadaan ini membuat

windmills berubah menjadi mesin uap Eropa yang mampu memompa air.

  Namun industrialisasi juga menyulut berbagi macam pengembangan windmills yang lebih besar untuk menghasilkan energi listrik. Lalu alat ini biasanya disebut dengan istilah ”Turbin Angin” di Denmark awal tahun 1890. Pada tahun 1940-an sejarah terbesar dari Turbin Angin yang mulai beroperasi adalah hilltop Grandpa’s Knop. Turbin Angin ini mempunyai daya output 1,25 megawatts, serta didalamnya kekuatan angin mempunyai kecepatan 30 mph.

  Turbin Angin teknologi R dan D dari tahun 1970-an memperkenalkan cara baru,yaitu mengkonversikan angin menjadi energi listrik.

  Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan

  tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

  Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensonal (Co: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui(Co : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

1.2 Rumusan Masalah

  Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: 1)

  Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak dan berubah –ubah kecepatannya

  2) Alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti kincir angin dengan variasi tertentu.

1.3 Batasan Masalah

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu: 1)

  Kincir angin yang digunakan memiliki diameter 18 inch yang terbuat dari besi.

  2) Pengendalian kecepatan angin menggunakan Wind Tunnel. 3) Jumlah sudu yang digunakan ialah 3 sudu fan. 4)

  Kecepatan angin yang dihitung adalah bervariasi yaitu : (6,98m/s),(6,1m/s),(5,2m/s),(4,5m/s),(2,9 m/s).

  5) Data energi yang masuk pada alat adalah energi yang disebabkan oleh adanya angin.

  6) Data energi yang keluar dari alat adalah energi listrik dengan pembebanan yang bervariasi.

1.4 Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian wind energy converter dengan sudu sebesar 18 inch ini adalah untuk mengetahui kinerja sebuah kincir angin yang mempunyai sudu 18 inchi.

1.5 Manfaat Penelitian

  Manfaat dari penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah:

  1) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi pada daerah berangin yang kekurangan sumber tenaga listrik, karena dapat digunakan membangkitkan tenaga listrik.

  2) Dapat menambah literatur (pustaka) tentang turbin angin sebagai pembangkit listrik.

1.6 Langkah Perancangan

  Sebelum memulai perancangan, terlebih dahulu harus diketahui kecepatan angin yang diperlukan dan daya yang dihasilkan generator. Dalam perhitungan daya perlu diketahui volt(V) dan amper(A) yang dihasilkan oleh lampu.Untuk selanjutnya poros kincir disambungkan ke generator sehingga menghasilkan energi listrik.

BAB II LANDASAN TEORI

  2.1 Dasar Teori

  Perhitungan daya masuk yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas r adalah :

  

(Sumber : Pengerak Mula Turbin, Wiranto Arismunandar, 2004)

₃

  dimana

  Kg m ) dan v adalah

  ρ adalah massa jenis udara (standar = 1.225 kecepatan angin pada waktu tertentu. Umumnya daya efektif yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus diatas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.

  Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi kinetik dari angin menjadi energi putar pada poros kincir, lalu putaran poros kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

  2.2 Tipe Kincir Angin Kincir angin poros horizontal adalah kincir dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik pada puncak menara. Sedangkan kincir angin poros vertikal adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros.

  Kincir angin modern yang sering dilihat saat ini adalah kincir dengan tiga sudu, terkadang 2 sudu atau bahkan 1 sudu (dengan counter-balanced), dan tertuju pada angin dengan motor computer-controlled. Menurut Danish turbin manufaktur, kincir tiga sudu mempunyai Tip speed ratio yang tinggi, efisiensi tinggi, dan mempunyai reaksi torsi rendah yangsering dipergunakan. Tipe ini biasanya diletakkan pada ketinggian 200 sampai 295 kaki. Terkadang tipe ini berputar pada 16.6 rpm dengan dipercepat gearbox, sehingga komponen generator dapat berputar hingga 2200 rpm.

  Untuk daya yang masuk adalah P dan persamaan untuk P adalah: _{in in}

  1 ³ P S _in V ...........................(2.1)

  2 ₃ = .

6 S

  V

  dengan;

  P = Daya yang dihasilkan angin. (watt) _{in 3} Massa jenis udara (standar = 1.225 Kg m )

  V Kecepatan angin ( m s ) ₂ S Luas sudu terpasang dengan pengaruh angle of attack ( m )

  Untuk daya yang dihasilkan adalah P dan persamaan P _{out out} adalah:

  P _out

  V I ...........................(2.2) dengan

  P Daya yang dihasilkan generator (watt) _out V = Tegangan listrik (volt)

  I = Arus listrik (ampere) t t

  Untuk kecepatan ujung sudu dihasilkan adalah V dan persamaa V adalah:

  t

   V

  = ω x r ...........................(2.3) Dengan;

  t V = kecepatan ujung sudu

  ω = Kecepatan sudut (rad/s)

   r = Jari-jari kincir

2.3 Tip Speed Ratio

  . Pada umumnya Tip speed ratio yang tinggi lebih baik, tetapi tidak berarti dimana mesin bertambah berisik dan terlalu tegang. Tip speed ratio akan menentukan berapa cepat kincir angin yang diinginkan akan berputar dan juga sebagai implikasi untuk alternator yang dapat digunakan. contoh

  tip speed ratio dapat ditunjukan pada Gambar 2.1;

Gambar 2.1 Penentuan tip speed ratio pada jumlah 3 sudu.

  Kincir angin modern dibuat untuk berputar pada kecepatan bervariasi. Menggunakan aluminium dan komposit pada sudu

• – sudunya menghasilkan putaran inertia rendah, yang mana kincir angin yang baru dapat dengan mudah mempercepat putaran jika angin dapat mengangkat, dan menjaga tip

  

speed ratio lebih mendekati konstan. Pengoperasian mendekati pada

  optimalnya tip speed ratio saat hembusan keras dari angin mengizinkan kincir angin untuk meningkatkan energi yang ditangkap dari hembusan

• – tiba adalah merupakan tipe di tempat berpopulasi. Sebaliknya, bentuk lama kincir angin dibuat dengan sudu besi yang berat, dimana lebih memiliki inertia yang besar, dan berputar pada kecepatan tertentu yang berpengaruh atas frekuensi AC (Alterning Current) pada hasil daya. Inertia yang tinggi menahan perubahan dalam kecepatan putaran dan itu membuat daya keluaran lebih stabil.

  Pada intinya aspek ratiosangat penting dan merupakan indikator dari liftdan drag pada sudu yang terbentuk. Di sebuah pesawat yang mempunyai

  aspek rasio tinggi

• – dengan sayap lebar dan tipis – akan menyebabkan drag berkurang, dimana keadaannya didominasi dengan angin kecepatan rendah. Itulah mengapa Para Gliders mempunyai sayap yang panjang.

  Tip speed ratio ditentukan sendiri tetapi bila perlu dapat hitungkan Dengan rumusan :

  Vt TSR =

  V

  ........................(2.4)

  (Sumber : hasil pembelajaran rekayasa tenaga angin)

  Dengan:

  TSR = Tip speed ratio Vt = Kecepatan ujung sudu V ω = Kecepatan angin

  Untuk power coefficient yang dihasilkan adalah Cp dan persamaan Cp adalah:

  P _out p

  P _in Dengan ; p

  C = power koefisien (%) P Daya yang dihasilkan generator (watt) _out P = Daya yang dihasilkan angin (watt) _in

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Sarana Penelitian

  Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah Kincir angin yang terbuat dari besi,yang diambil dari kipas angin duduk dengan ukuran diameter fan-nya 18 inci.

  3.2 Peralatan Penelitian

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 1.

   Tachometer Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC.

  Tachometer yang digunakan tachometer jenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (contoh alumunium foil) yang dipasang pada poros.

2. Wind Tunnel

  Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang juga diletakkan didalam Wind Tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan dialat ini.

3. Fan / Blower

  Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke Wind Tunnel .

  4. Multimeter Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.

  5. Lampu / beban

  Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.

  6. Anemometer Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

  7. Generator

  Berfungsi sebagai sumber arus listrik saat, kincir berputar sehingga dapat menghasilkan listrik.

  8. Kabel

  Berfungsi untuk menyambung antara lampu satu dengan lampu lain ke generator 9.

   Papan rangkaian lampu

  Berfungsi sebagai tempat penampang lampu-lampu bohlam supaya terlihat lebih teratur,

  10. Saklar

  Berfungsi sebagai tombol on off, sehingga memudahkan mematikan dan menghidupkan lampu bohlam yang berada pada penampang triplek. Adapun variabel yang digunakan dalam pengujian yaitu: a.

  Variasi kecepatan angin Variasi kecepatan angin yang diambil sebanyak lima variasi, yaitu: (6,98m/s), (6,1m/s),(5,2m/s),(4,5m/s),(2,9m/s).Variasi kecepatan ini merupakan variasi untuk mencari efisiensi b.

  Variasi beban Variasi jumlah beban yang diambil sebanyak 7 kali. Jumlah ini merupakan variasi kedua dalam mencari efisiensi.

3.3 Analisa Data

  Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a.

  Putaran poros kincir dan generator yang dihasilkan ( n ).

  b. V ) dan Arus ( I ) listrik pada Lampu.

  Tegangan ( L L c. Kecepatan angin (V ) yang digunakan didapat dari pengukuran Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.

  S yang didapat

  d. P maka haruslah mendapatkan Untuk mendapatkan in dari luasan ( A ) seluruh kincir dan dikalikan dengan besar sudu dan jumlah sudu.

  e. P diperoleh dari pengkalian tegangan ( V ) dan Arus ( I ) listrik _{out L L} yang dihasilka f. Kecepatan ujung sudu ( Vt ) didapatkan dari kecepatan putar (

  ω)

  dikalikan dengan jari-jari kincir ( r ) g.

  Untuk mendapatkan Tip speed ratio (TSR) maka kecepatan ujung sudu (Vt) dan kecepatan angin ( V ) harus dibagi.

  h.

  P ) dan _in

Untuk mencari koefisien power (Cp) maka daya masuk (

daya keluar ( P ) harus dibagi. _out

3.4 Langkah Penelitian a.

  Kincir angin dipasang didalam Wind Tunnel dan dibaut supaya tidak bergerak sedikitpun.

  b.

  Kincir angin dihubungkan dengan generator, kemudian generator dihubungkan dengan lampu yang sudah dirangkai secara paralel. Pada hubungan hubungan lampu diberi saklar, untuk memutus dan menyambungkan arus listrik.

  c.

  Didepan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam Wind Tunnel.

  d.

  Setelah semua siap. Blower dihidupkan untuk menghembuskan angin masuk kedalam Wind Tunnel.

  e.

  Setelah angin dapat memutar kincir pada kecepatan maksimum dan konstan, maka saklar pada lampu dihidupkan supaya generator memperoleh magnet dari arus listrik.

  f.

  Setelah lampu menyala maka dapat diukur tegangan dan arus pada lampu, diukur juga perputaran poros pada puli generator dengan menggunakan tachometer. g.

  Jalannya percobaan a-f dilakukan berulang dengan variasi kecepatan angin yaitu (6,98 m/s),(6,1 m/s),(5,2 m/s),(4,5 m/s),(2,9 m/s).

Gambar 3.1 Turbin angin secara utuh tanpa kelistrikan

  Lampu 1 (G) Generator Lampu 2 Lampu 3 Lampu 4 A

  Lampu 5 Lampu 6 Lampu 7

  V Gambar 3.2 Bagian

• – bagian dari kelistrikan Keterangan: V = Voltmeter A =Ampermeter G =Generator

  = Lampu/beban Keterangan bagian-bagian pada kincir angin 1.

  Sudu Merupakan bagian untuk menangkap angin

Gambar 3.3 Penampang sudu pada kincir angin

  3.5 Cara kerja alat Cara kerja dari Turbin angin adalah sebagai berikut; 1.

  Turbin dipasang pada wind tunnel.

  2. Setelah turbin dipasang pada wind tunnel,maka selanjutnya memasang kelistrikan seperti pada gambar 3.2

3. Pemasangan Anemometer diletakan pada wind tunnel bagian depan.

  4. Pada saat angin berhembus pada wind tunnel, maka akan mendorong sudu turbin untuk berputar.

  5. Setelah kincir berputar dan mencapai putaran yang stabil, maka saklar diposisikan ON. Untuk mengalirkan listrik dari generator dihidupkan hingga lampu dapat menyala dengan stabil.

  6. Setelah lampu dapat menyala dengan stabil, saklar kembali di- OFF-kan.

  7. Pada saat saklar posisi OFF dan lampu dapat menyala dengan hanya generator, dilakukanlah pengukuran terhadap Tegangan listrik, Arus listrik, Putaran pada generator. Setelah selesai pengukuran, angin berhenti dihembuskan, supaya tidak ada magnet pada generator.

  8. Setelah selesai melakukan pengukuran pada salah satu variasi kecepatan, maka selanjutnya dilakukan perubahan pada variasi beban.

  9. Setelah kincir angin berputar konstan pada satu variasi kecepatan,maka dapat dilakukan variasi beban dengan cara menghidupkan lampu yang sudah dirangkai secara paralel.

  10. Setiap lampu yang hidup dilakukan pengukuran dengan menggunakan multimeter.

  11. Percobaan 9 – 10 dilakukan secara terus menerus sampai lampu yang terakhir ( 7 lampu ,12 watt ).Dan dilakukan pada setiap variasi kecepatan.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

  

4.1.1 Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan

berbagai kecepatan angin yang berbeda adalah sebagai berikut :

  Data awal yang diperoleh didapat dari: Keterangan:

  V = kecepatan angin ( m s ) = 6,98 m s , 6,1 m s , 5,2 m s , 4,5 m s ,

  2,9 m s r = Jari - jari kincir = 0,2286 m

a. Data hasil percobaan setelah di rata - rata

  Percobaan dilakukan 3 kali supaya diperoleh hasil baik dan dirata-rata supaya mempermudah perhitungan, pada tiap percobaan disertakan variasi sudu supaya dapat dilihat secara langsung.

Tabel 4.1 Data perolehan dari kecepatan angin 6,98 m s ;

  no

  V A RPM 1 2,8 1,57 1017 2 2,5 1,62 976,7 3 2,18 1,7 953,2 4 2,04 1,78 943

  5 2 1,78 920,7 6 1,8 1,8 908,9 7 1,71 1,82 906,8

Tabel 4.2 Data perolehan dari kecepatan angin 6,1 m/s;Tabel 4.3 Data perolehan dari kecepatan angin 5,2 m/sTabel 4.4 Data perolehan dari kecepatan angin 4,5 m/s

  no

  V A RPM 8 1,9 1,24 788,4 9 1,75 1,28 752,2 10 1,44 1,3 681,8

  11 1,34 1,32 673,3 12 1,3 1,32 659,8 13 1,23 1,35 647,7 14 1,18 1,42 641,3 no

  V A RPM 15 1,18 0,8 549,2 16 1,12 0,8 500,9 17 0,92 0,82 499,1 18 0,88 0,82 488,3 19 0,8 0,84 462,9 20 0,77 0,84 455,6 21 0,72 0,85 426 no

  V A RPM 22 0,15 0,61 520,2 23 0,14 0,62 511,4 24 0,12 0,67 471,4 25 0,12 0,67 452,5 26 0,11 0,68 435,9 27 0,11 0,68 427,9 28 0,11 0,68 404,2

Tabel 4.5 Data yang diperoleh dari kecepatan 2,9 m/s

  Pengolahan data dan perhitungan

  Dari tabel data 4.1 diperoleh hasil sebagai berikut: V = Tegangan listrik yang dihasilkan generator (volt)

  = 2,8 volt I = Arus listrik yang dihasilkan dari generator (Ampere)

  = 1,57 ampere n = Putaran poros generator (rpm) = 1017 rpm Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.1, dari tabel juga . _in

  P diperoleh dengan persamaan sebagai berikut; ₃

  2

  1 V S P _in

  = ³ 6 .

  V S no

  V A RPM

29 0,03 0,2 146

30 0,03 0,2 142,9

31 0,03 0,2 141,6

32 0,03 0,2 131

33 0,03 0,2 129,6

34 0,03 0,2 124,3

35 0,03 0,2 112,7

4.1.2 Perhitungan kincir angin dengan kecepatan yang berbeda untuk memperoleh Cp dan TSR

  dan untuk P dapat menggunakan persamaan 2.2 bab II _out

  P _out

  V I

  = 2,8 × 1,57 = 4,39 watt

Tabel 4.6 perolehan , dan pada kecepatan angin 6,98 m/s

  P P

_{in out}

No

  V A RPM P.Out 1 2,8 1,57 1017 4,40 2 2,5 1,62 976,7 4,05 3 2,18 1,7 953,2 3,71 4 2,04 1,78 943 3,63

  5 2 1,78 920,7 3,56 6 1,8 1,8 908,9 3,24 7 1,71 1,82 906,8 3,11

  dengan : ₃ P , _in 6 , 16409 6 ,

  98 in

  = 33,4 watt

  P

Tabel 4.7 perolehan P , dan P pada kecepatan angin 6,1 m/s in out

  no

  V A RPM P.Out 8 1,9 1,24 788,4 2,36 9 1,75 1,28 752,2 2,24 10 1,44 1,3 681,8 1,87

  11 1,34 1,32 673,3 1,77 12 1,3 1,32 659,8 1,72 13 1,23 1,35 647,7 1,66 14 1,18 1,42 641,3 1,68 dengan : ₃

  , 6 16409 1 , 6 , _in

  P _in P 22,3 Watt

Tabel 4.8 perolehan in

  P , dan _out P pada kecepatan angin 5,2 m/s

  No

  V A RPM P.Out 15 1,18 0,8 549,2 0,94 16 1,12 0,8 500,9 0,90 17 0,92 0,82 499,1 0,75 18 0,88 0,82 488,3 0,72 19 0,8 0,84 462,9 0,67 20 0,77 0,84 455,6 0,65 21 0,72 0,85 426 0,61

  dengan : ₃

  , 5 16409 2 , 6 , _in

  P _in P 13,8 Watt

Tabel 4.9 perolehan in

  P , dan _out P pada kecepatan angin 4,5 m/s

  No

  V A RPM P.Out 22 0,15 0,61 520,2 0,09 23 0,14 0,62 511,4 0,09 24 0,12 0,67 471,4 0,08 25 0,12 0,67 452,5 0,08 26 0,11 0,68 435,9 0,07 27 0,11 0,68 427,9 0,07 28 0,11 0,68 404,2 0,07 dengan : ₃

  , 4 16409 5 , 6 , _in

  Dari persamaan 2.5 dan 2.6 dapat diperoleh hasil seperti berikut;

  No

  = 232,49 m/s

  V t

  = 1017 rpm x 0,2286 m

  V t

  = ω x r

  V t

  Dari percobaan yang dilakukan ditemukan beberapa hal yang dapat mempengaruhi laju putaran kincir angin. Seperti pada bab II, telah dituliskan persamaan yang mempengaruhi laju putaran angin, yaitu tentang Tip Speed Ratio dan Coefficient of Power.

  P _in P 11,9 watt

  p dan TSR

  4.3 C

  P _in P 2,40 Watt

  9 , 2 016409 6 , _in

  dengan : ₃

  P , dan

_out

P pada kecepatan angin 2,9 m/s

Tabel 4.10 perolehan in

  V A RPM P.Out

29 0,03 0,2 146 0,01

30 0,03 0,2 142,9 0,01

31 0,03 0,2 141,6 0,01

32 0,03 0,2 131 0,01

33 0,03 0,2 129,6 0,01

34 0,03 0,2 124,3 0,01

35 0,03 0,2 112,7 0,01 Setelah mendapatkan V

  t

  dapat ditentukan besar TSR;

  TSR

  =

  V Vt TSR =

  98 ,

  6 232 49 ,

  TSR = 33,31

  Untuk menentukan Cp diperoleh dari; Cp = _in ^out

  P P Cp =

  4 ,

  33 40 ,

  4 = 13,13

Tabel 4.11 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada

  kecepatan angin 6,98 m/s

  Vt TSR Cp 232,49 33,31 13,13 223,27 31,99 12,10 217,90 31,22 11,07 215,57 30,88 10,85 210,47 30,15 10,63 207,77 29,77 9,68 207,29 29,70 9,30 Tabel4.12 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada kecepatan angin 6,1 m/s

Tabel 4.13 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada kecepatan angin 5,2 m/s

  Vt TSR Cp 125,6 24,14 6,82 114,5 22,02 6,47 114,1 21,94 5,45 111,6 21,47 5,21 105,8 20,35 4,85 104,2 20,03 4,67 97,4 18,73 4,42

Tabel 4.14 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada kecepatan angin 4,5 m/s

  Vt TSR Cp 118,92 26,43 0,76 116,91 25,98 0,72 107,76 23,95 0,67 103,44 22,99 0,67 99,65 22,14 0,67

  97,82 21,74 0,62 92,40 20,53 0,62

Vt TSR Cp

180,2 29,55 10,54

  

172,0 28,19 10,02

155,9 25,55 8,38

153,9 25,23 7,92

150,8 24,73 7,68

148,1 24,27 7,43

146,6 24,03 7,50

Tabel 4.15 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada

  kecepatan angin 2,9 m/s

Gambar 4.1. Grafik Hasil perbandingan Cp dan TSR

  Pada gambar 4.1 diperoleh Cp tertinggi 39,58% yang terendah 0,75% dengan persamaan y = 0,010x² - 0,424x + 31,28 dan menghasilkan R² =0,973

  0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

  12,00 14,00 29,00 30,00 31,00 32,00 33,00 34,00

  Cp TSR

  Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 6,98m/s)

  Vt TSR Cp

33,38 11,51 0,25

32,67 11,26 0,25

32,37 11,16 0,25

29,95 10,33 0,25

29,63 10,22 0,25

28,41 9,80 0,25

25,76 8,88 0,25

4.2 Grafik Hasil Perhitungan Cp Dan TSR

4.3 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin 6,1 m/s

  12

  10

  8

  6 Cp Perbandingan Cp dan

  4 TSR (kecepatan 6,1m/s)

  2

  10

  20

  30

  40 TSR Gambar.4.2 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

  Pada Gambar 4.2 diperoleh Cp tertinggi 31,78% yang terendah 22,60% dengan persamaan y = 0,010x² - 0,062x + 18,86 dan menghasilkan R²=0,989

4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin 5,2 m/s

  8

  7

  6

  5

4 Cp

  3 Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 5,2 m/s)

  2

  1

  10

  20

  30 TSR

Gambar. 4.4 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR Pada Gambar 4.4 diperoleh Cp tertinggi 20,56% yang terendah 13,33 dengan persamaan y = 0,056x² + 2,483x

• – 5,07 dan menghasilkan R² = 0,881

  4.5 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin 4,5 m/s 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

  Cp 0,3

  Perbandingan Cp dan 0,2 TSR (kecepatan 4,5 m/s) 0,1

  10

  20

  

30

TSR Gambar. 4.5 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

  Pada Gambar 4.5 diperoleh Cp tertinggi 2,30% yang terendah 1,88% dengan persamaan y = -11,65x² + 60,33x

• – 52,11 dan menghasilkan R² = 0,926

  4.6 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin 2,9 m/s 0,3 0,25 0,2 0,15

  Cp 0,1

  Perbandingan Cp dan 0,05 TSR (kecepatan 2,9 m/s)

  5

  10

  

15

TSR

Gambar 4.6. Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

  Pada Gambar 4.6 diperoleh Cp tertinggi 0,75% yang terendah 0,75% dengan persamaan y = 41,28x

• – 21,25 dan menghasilkan R² = 4E-14

4.7 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin keseluruhannya

  14,00 12,00 10,00 8,00

  Cp 6,00

  Perbandingan Cp dan 4,00 TSR 2,00

  0,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 TSR

Gambar 4.7 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR

  Pada Gambar 4.7 diperoleh Cp tertinggi 39,58% yang terendah 0,75% dengan persamaan y = 0,002x² +0,308x

• – 15,06 dan menghasilkan R² 0,646

  

Ideal Propeller

High Speed Savoniu Darrie s American multiblade Dutch Four

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu

  terhadap kecepatan angin, tsr.(Sumber: Wiranto Arismunandar,2004)

BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan

  Dari penelitian dan perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa : a) Variasi kecepatan angin dan variasi beban mempengaruhi CP, TSR.

  b) Cp maksimum diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 13,13 dan Cp minimumnya diperoleh pada kecepatan angin 2,9 m/s sebesar 0,25%

  c) TSR maksimumnya diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 33,31 dan TSR minimumnya diperoleh pada kecepatan angin 2,9 m/s sebesar 8,88

  5.2 Saran

  Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang ini adalah : a) Kecepatan angin pada kincir lebih baik dikembangkan dengan cara memperbanyak variasi kecepatan angin, sehingga diharapkan memperoleh efisiensi yang lebih baik.

  b) Pada saat percobaan dimulai alangkah baiknya apabila alat-alat yang digunakan berfungsi sebagaimana mestinya.

  

DAFTAR PUSTAKA

Burton, Tony., 2001, Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, New York.

  Fox, J.A., 1974, Engineering Fluid Mechanics, MacMillan Press, Hong Kong. Freris, L.L., 1990, Wind Energy Conversion Systems, Prentice Hall, United Kingdom.

  Schreck, S.J., 2007, Rotatianally Augmented Flow Structures and Time Varying

  Loads on Turbine Blades, www.nrel.org/ Cp-500-40982