UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS “WEPOWER’’ SUDU PVC DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar sarjana teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS “WEPOWER’’ SUDU PVC DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar sarjana teknik

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  Diajukan oleh :

  GEDE SUJANE NIM : 085214056 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013

  THE PERFORMANCE OF PVC PIPE BLADE “WEPOWER” WINDMILL

WITH BLADE NUMBER VARIATION

FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree Science and Technology Faculty

  Mechanical Engineering Study Program by

  

GEDE SUJANE

Student Number:085214056

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2013

  

ABSTRAK

  Dewasa ini keberadaan energi fosil semakin berkurang. Dengan eksploitasi secara besar-besaran, maka dikhawatirkan 25 tahun lagi tidak ada energi fosil yang bisa dimanfaatkan oleh manusia. Oleh karena itu perlu dikembangkan energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros vertikal berbahan PVC.

  Model kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4,6 dan 8 buah. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 45 cm dengan tinggi 60 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang,Sehingga diperoleh daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr), kemudian dilakukan perbandingan daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr) untuk masing-masing variasi sudut potong kincir.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4 buah menghasilkan daya kincir sebesar 28,03 watt dengan C P 0,061 pada tsr 0,31. Kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 6 buah menghasilkan daya kincir sebesar 23,03 watt dengan C p 0,054 pada

  

tsr 0,35. Sedangkan kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 8buah

P

  menghasilkan daya kincir 29,93 watt dengan C 0,06 pada tsr 0,38. Sehingga dapat disimpulkan kincir angin jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4 buah menghasilkan daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr) yang terbaik.

  Kata Kunci : Koefisien daya, Tip speed ratio, Sudu berbahan PVC 8 inci.

KATA PENGANTAR

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

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

  Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.

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

  2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sebagai Dosen Pembimbing Akademik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan selaku Kepala Laboratorium konversi energi..

  4. Ketut Wintre dan Made Sayub selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  5. Wayan Kartini selaku teman dekat penulis.

  6. Rekan sekelompok saya, yaitu A Bagus Prasetyo Nugroho dan Eugenius Bramandika yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data.

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

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

  Yogyakarta, 23 Mei 2013 Penulis

  

DAFTAR ISI

  Halaman Judul .........................................................................................................i Title Page ................................................................................................................ii Halaman Pengesahan..............................................................................................iii Daftar Dewan Penguji ............................................................................................iv Pernyataan Keaslian Karya .....................................................................................v Lembar Pernyataan Persetujuan Karya Ilmiah ......................................................vi Abstrak ..................................................................................................................vii Kata Pengantar .....................................................................................................viii Daftar Isi ..................................... ...........................................................................x Daftar Gambar ......................................................................................................xii Daftar Tabel .........................................................................................................xiv

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

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

  1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................2

  1.3 TujuanPenelitian................................................................................................3

  1.4 Batasan Masalah ...............................................................................................3

  1.5 Manfaat Penelitian.............................................................................................4

  BAB II DASAR TEORI ........................................................................................5

  2.1 Energi Angin ....................................................................................................5

  2.2 Kincir Angin ....................................................................................................7

  BAB III METODE PENELITIAN .......................................................................16

  3.1 Diagram Alir Penelitian ..................................................................................16

  3.2 Objek Penelitian ..............................................................................................17

  3.3 Waktu dan Tempat Penelitian .........................................................................18

  3.4 Peralatan dan Bahan ........................................................................................19

  3.5 Variabel Penelitian ..........................................................................................24

  3.6 Langkah-Langkah Percobaan ..........................................................................25

  3.7 Langkah Pengolahan Data ...............................................................................27

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .............................................28

  4.1 Data Hasil Percobaan ......................................................................................28

  4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ..................................................................28

  4.3 Data Hasil Perhitungan ...................................................................................37

  4.4 Pembahasan ....................................................................................................40

  BAB V Kesimpulan dan Saran .............................................................................48

  5.1 Kesimpulan .....................................................................................................48

  5.2 Saran ...............................................................................................................49 DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................50 LAMPIRAN ........................................................................................................51

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal…………………………………………10Gambar 2.2 Kincir Poros Vertical……………………………………………………12Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Dan Tsr dari Beberapa Jenis Kincir……13Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah Penelitian……………………………………....16Gambar 3.2 Gambar Teknik Kincir 8 Sudu Potongan 120° Dengan Kemiringan Sudu 80°………………………………………………………………...17Gambar 3.3 Gambar Teknik Kincir 6 Sudu Potongan 120° Dengan Kemiringan Sudu 80°………………………………………………………………....17Gambar 3.4 Gambar Teknik Kincir 4 Sudu Potongan 120° Dengan Kemiringan Sudu 80°

  ………………………………………………………………...18

Gambar 3.5 Konstruksi Kincir Angin………………………………………………..19Gambar 3.6 Terowongan Angin atau Wind Tun nel………………………………....20Gambar 3.7 Blower…………………………………………………………………...21Gambar 3.8 Takometer……………………………………………………………….21Gambar 3.9 Anemometer…………………………………………………………….22Gambar 3.10 Rangkaian lampu Pembebanan……………………………………….22Gambar 3.11 Neraca Pegas…………………………………………………………..23Gambar 3.12 Lengan Ayun………………………………………………………….24Gambar 3.13 Neraca Pegas …………………………………………………………..25Gambar 3.14 Lengan Ayun………………………………………………………….26Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatamn Putar Kincir 4 Sudu……………………………………………………………………..40Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Kincir Dengan Torsi 4 Sudu………...41Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Dengan Tsr Kincir 4 Sudu……………………………………………………………………...41Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 6

  Sudu ………………………………………………………………...42

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Daya Kincir 6

  Sudu…………………………………………………………………43

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Dengan Tsr Kincir 6

  Sudu………………………………………………………………....43

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir 8

  Sudu…………………………………………………………………44

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Torsi Dengan Kecepatan Daya Kincir 8

  Sudu…………………………………………………………………45

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Dengan Tsr Kincir 8

  Sudu…………………………………………………………………45

Gambar 4.10. Grafik Perbandingan Antara Torsi Dan Putaran Dari Ketiga

  Variasi Jumlah Sudu……………………………………………...46 Gambar 4.11. Grafik Perbandingan Ketiga Variasi Jumlah Sudu……………….46

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kecepatan Angin…………………………………………………..5Tabel 4.1 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 4 Sudu Dengan Sudut

  80°………………………………………………………………29

Tabel 4.2 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 6 Sudu Dengan Sudut 80°

  ……………………………………………………………....30

Tabel 4.3 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 8 Sudu Dengan Sudut 80

  ˚………………………………………………………………………………………………31

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kincir 4 Sudu

  …………………………....37

Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Kincir 6 Sudu

  ……………………………38

Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Kincir 8 Sudu

  ……………………………39

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Kebutuhan energi didunia terus meningkat, hal ini terjadi karena disebabkan oleh pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bersama pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) dan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) memegang peran penting terhadap ketersediaan listrik terutama di Indonesia. Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005,

  2023

  mengatakan cadangan minyak bumi di Indonesia tahun yang akan datang diperkirakan akan habis, dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut.

  Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 40 tahun dan batubara 38 tahun. Sementara tingginya kebutuhan migas tidak diimbangi oleh kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan.

  Salah satu yang dipilih adalah energi angin.

  Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk menggerakan kapal. dan sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda. Energi angin yang tersedia di Indonesia ternyata belum dimanfaatkan sepenuhnya sebagai alternatif penghasil listrik. Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat. Padahal, di berbagai negara, pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi alternatif nonkonvensional sudah semakin mendapatkan perhatian. Hal ini tentu saja didorong oleh kesadaran terhadap timbulnya krisis energi dengan kenyataan bahwa kebutuhan energi terus meningkat sedemikian besarnya. Di samping itu, angin merupakan sumber energi yang tak ada habisnya sehingga pemanfaatan sistem konversi energi angin akan berdampak positif terhadap kehidupan manusia dan lingkungan.

1.2 Perumusan Masalah

  Masalah yang ingin dipecahkan dalam penelitian ini antara lain : 1. Angin merupakan energi yang berlimpah, gratis, kekal dan tidak menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan dan manusia.

  2. Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis sehingga indonesia memiliki energi angin yang sangat berlimpah namun belum dimanfaatkan secara optimal.

  3. Diperlukan desain kincir angin yang terbaik agar mampu merubah energi angin menjadi energi listrik dengan bantuan generator sehingga efisiensi yang didapat tinggi.

1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mampu membuat kincir angin vertikal jenis wepower dengan variasi jumlah sudu.

  2. Mencari karateristik kincir angin vertical jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4,6 dan 8 sudu.

  3. Mengetahui efisiensi kincir yang kami buat.

1.4 Batasan Masalah

  Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada :

  a) Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros vertikal jenis wepower dengan variasi jumlah sudu 4 buah, 6 buah, 8 buah.

  b) Pengambilan data dilakukan dengan cara memasukan kincir angin poros vertikal kedalam wind tunnel yang tersedia di Universitas Sanata Dharma

  Yogyakarta.

  c) Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, beban dan suhu.

  d) Variasi yang digunakan adalah variasi sudu dengan jumlah sudu 4 buah, 6 buah dan 8 buah.

1.5 Manfaat Penelitian

  Adapun manfaat dari penelitian ini adalah : Bagi Penulis

• a.

  Merupakan wahana menerapkan pengetahuan teori yang telah didapat dibangku kuliah.

  b.

  Menambah referensi bagi mahasiswa yang akan melakukan penelitian model kincir yang sama.

  c.

  Mengetahui secara teoritis dan praktek kincir angin yang kami buat. Bagi Akademik

• a.

  Merupakan pustaka tambahan untuk menunjang proses perkuliahan.

  b.

  Sebagai referensi dasar untuk dilakukannya penelitian lebih mendalam pada jenjang lebih tinggi.

• a.

  Bagi Masyarakat

  Memberikan solusi terhadap masalah penyediaan energi yang murah dan tidak mencemari lingkungan.

  b.

  Sebagai kontribusi positif bagi dunia industri menengah kebawah dalam mengurangi penggunaan biaya produksi.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

  Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Kekuatan angin ditentukan oleh kecepatannya, makin cepat angin bertiup maka makin besar kekuatannya. Untuk lebih jelasnya dijelaskan pada Tabel 2.1.

  Kondisi Angin

  kecepatan kelas kecepatan angin kecepatan angin angin angin m/d km/jam knot/jam 1 0.3 ~ 1.5 1 ~ 5.4 0.58 ~ 2.92

  2 1.6 ~ 3.3 5.5 ~ 11.9 3.11 ~ 6.42 3 3.4 ~ 5.4 12.0 ~ 19.5 6.61 ~ 10.5 4 5.5 ~ 7.9 19.6 ~ 28.5 10.7 ~15.4 5 8.0 ~ 10.7 28.6 ~38.5 15.6 ~ 20.8

  6 10.8 ~ 13.8 38.6 ~ 49.7 21 ~ 26.8 7 13.9 ~ 17.1 49.8 ~ 61.5 27 ~ 33.3 8 17.2 ~ 20.7 61.6 ~ 74.5 33.5 ~ 40.3 9 20.8 ~ 24.4 74.6 ~ 87.9 40.5 ~ 47.5

  88.0 ~ 10 24.5 ~ 28.4 102.3 47.7 ~ 55.3 102.4 ~ 11 28.5 ~ 32.6 117.0 55.4 ~ 63.4

  12 >32.6 >118

  63.4 sumber

  

2.1.1 Energi dan Daya Angin

  Energi angin adalah tenaga yang dimiliki angin karena memiliki kecepatan,tenaga yang dimiliki angin dinamakan energi kinetik angin. Energi yang dimiliki oleh angin dapat didapat dari persamaan :

  (1) Dimana

  Ek : energi kinetik, Joule m : massa udara, kg/m³ v : kecepatan angin, m/s aliran udara yang mengalir per satuan waktu adalah : (2) dimana

  ρ : massa jenis udara, kg/ A : daerah sapuan kincir angin, v : kecepatan angin, m/s

  Dari Persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi kinetik angin tiap satuan waktu (J/s) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi : (3) dimana

  Pa : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)

  : massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s

   v : kecepatan angin, m/s

2.2 Kincir Angin

  Turbin angin atau dalam bahasa sederhana kincir angin merupakan turbin yang digerakkan oleh angin, yaitu udara yang bergerak diatas permukaan bumi.

  Sudah sejak dahulu angin berjasa bagi kehidupan manusia, salah satunya adalah para nelayan. Selain itu, turbin angin pada awalnya juga dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, memompa air dan menggiling jagung. Penggunaan turbin angin terus mengalami perkembangan guna memanfaatkan energi angin secara efektif, terutama pada daerah - daerah dengan aliran angin yang relatif tinggi sepanjang tahun. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara- negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill. Sebagai pembangkit listrik, turbin angin telah digunakan di Denmark sejak tahun 1890. Dalam beberapa dekade terakhir ini, kekhawatiran akan habisnya energi fosil telah mendorong pengembangan dan penggunaan turbin angin secara meluas dalam mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat dengan prinsip konversi energi.

  Pada saat ini, angin merupakan salah satu sumber energy dengan perkembangan relatif cepat dibanding sumber energi lainnya. Walaupun demikian sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (misal: PLTD atau PLTU). Pengkajian potensi angin harus dilakukan dengan baik guna memperoleh suatu sistem konversi angin yang tepat. Pengkajian potensi angin pada suatu daerah dilakukan dengan cara mengukur serta menganalisa kecepatan maupun arah angin dasar dari alat untuk merubah energi angin menjadi kincir angin. Meskipun masih terdapat susunan dan perencanaan yang beragam, biasanya kincir angin digolongkan menjadi dua tipe (horizontal dan vertikal) dan yang paling banyak digunakan adalah kincir jenis horizontal. Kincir jenis ini mempunyai rotasi horisontal terhadap tanah (secara sederhana yaitu sejajar dengan tiupan angin).

  Prinsip dasar kincir angin adalah mengkonversi tenaga mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik dengan induksi magnetik. Putaran kincir dapat terjadi dengan efektif dengan mengaplikasikan dasar teori aerodinamika pada desain batang kincir (blade). Ketersediaan angin dengan kecepatan yang memadai menjadi faktor utama dalam implementasi teknologi kincir angin.

2.2.1 Pertimbangan Aerodinamik

  Rancangan aerodinamik yang sangat baik akan meningkatkan efisiensi sudu dan efisiensi generator. Hal yang harus diperhatikan di sini adalah bahwa harus sebandingnya antara biaya perancangan aerodinamik dengan peningkatan daya yang dihasilkan harus cukup masuk akal. Perhitungan efisiensi generator kadang kala membutuhkan pertimbangan dengan biaya tinggi dan waktu yang lama. Hal ini tentu tidak perlu dilakukan jika peningkatan efisiensinya tidak sebanding. Sudu yang dirancang dengan pertimbangan aerodinamik yang sangat baik biasanya menghasilkan geometri sudu yang kompleks. Bentuk geometri yang kompleks tentu akan mempertinggi tingkat kesulitan dan juga biaya pembuatan. Dengan demikian pertimbangan aerodinamik yang tepat diharapkan dapat memberikan rekomendasi bentuk sudu dan generator yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu kegunaan tertentu (baik mekanikal maupun elektrikal), sehingga tidak menghabiskan biaya tinggi untuk desain dan pembuatan. Secara teknis rancangan aerodinamik yang baik akan memberikan keluaran berupa distribusi sudut pasang dan distribusi panjang chord sudu yang tepat.

2.2.2 Kincir Angin Poros Horizontal

  Kincir Angin Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360

  ⁰ terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.

  Ada beberapa jenis kincir angin poros horizontal adalah sebagai berikut : a. c. Kincir Angin Dutch Four arm

  Kincir Angin American WindMill b.

  Kincir Angin American WindMill

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal

  Sumber :

  Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah : 1.

  Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

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

  3. Material yang digunakan lebih sedikit.

  4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara.

  5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang diakibatkan gaya angkat atau lift force oleh angin.

  Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal adalah : 1.

  Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.

  2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan denga arah angin.

  3. Biaya pemasangannya mahal.

2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal

  Kincir angin poros vertikal 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 besar daripada kincir angin poros horisontal. Ada beberapa jenis kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut : a. c. Kincir Angin Quiet Revolution

  Kincir Angin Darrieus b.

  Kincir Angin Wepower

Gambar 2.2 Kincir Poros Vertical sumber : http://turbineel.net/savonius-wind-turbines-and-windmills/ Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah : 1.

  Dapat menerima arah angin dari segala arah.

  2. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

  3. Dapat bekerja pada putaran rendah.

  4. Biaya pemasangan lebih murah. Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut : 1.

  Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai berputar.

  2. Bekerja pada putaran rendah, sehingga daya angin yang dihasilkan kecil.

  3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan merupakan beban tambahan.

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara C p dan Tsr Dari Beberapa Jenis Kincir .

  (Sumber : Wind Energy System by Dr. Gary L . Johnson )

  Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah kincir angin dengan diameter sudu r adalah :

  ……………….(4)

  dimana : daya yang dihasilkan kincir angin, watt

  T : torsi, Nm n : putaran poros,rpm

2.2.4 Torsi Kincir Angin

  Gaya yang bekerja pada poros baik itu jenis kincir angin poros horizontal ataupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi (τ). Secara teori dapat dirumuskan :

  T = r . F .......................... (5)

  Dimana T : torsi akibat putaran poros, Nm r : panjang lengan gaya, m F : gaya yang diberikan pada kincir, N

  2.2.5 koefisien Daya

  Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga C

  P

  dapat dirumuskan :

  ………………......(6)

  dimana Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt Pa : daya yang dihasilkan angin, watt

2.2.6 Tip Speed Ratio (TSR)

  Tip Speed Ratio (TSR) adalah perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu yang berputar, tsr dapat dirumuskan : ………………………………(7) dengan

  r : jari-jari kincir, m n : putaran poros, rpm v : kecepatan angin, m/s

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 METODE

  Langkah kerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir sebagai berikut :

  MULAI Perancangan kincir angin poros vertikal Pembelian alat dan bahan yang akan digunakan untuk membuat kincir Perakitan Kincir Angin

  Pengambilan data kecepatan angin,putaran poros,beban dan suhu

Pengolahan data mencari daya angin,daya kincir,cp dan tsr,kemudian

membandingkan antara daya kincir,cp dan tsr pada masing-masing variasi

jumlah sudu kincir angin poros vertikal

  Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian kincir angin poros vertikal.

3.2 Objek Penelitian

  Objek penelitian ini adalah kincir angin poros vertikal dengan variasi jumlah sudu 4 buah, 6 buah dan 8 buah dengan bentuk yang sama.

Gambar 3.2 Gambar Teknik Kincir 8 Sudu Potongan 120˚ Dengan Kemiringan

  Sudu 8 0˚.

Gambar 3.3 Gambar Teknik Kincir 6 Sudu Potongan 120˚ Dengan Kemiringan Sudu 8 0˚.Gambar 3.4 Gambar Teknik Kincir 4 Sudu Potongan 120˚ Dengan Kemiringan Sudu 8 0˚.

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

  Proses pembuatan kincir dimulai pada semester ganjil tahun ajaran 2012/2013 sedangkan pengambilan data, dan penelitian dimulai pada semester genap tahun ajaran 2013/2014 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.4 Alat dan Bahan

  Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC dan cara pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 3.5

Gambar 3.5 Konstruksi Kincir Angin

  Terowongan angin ditutup dengan dua buah triplek disisi kiri dan kanan diharapkan supaya tidak adanya turbulensi arah angin keluar terowongan dan semua energi angin mengarah ke kincir

  Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang, di antaranya :

1. Terowongan Angin

  Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai keinginan.

Gambar 3.6 Terowongan Angin atau Wind Tunnel 2.

  Blower Blower adalah alat yang digunakan untuk menggerakkan udara di dalam terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu.

  Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, dapat dilihat pada gambar 3.7.

Gambar 3.7. Blower 3.

  Tachometer Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros. Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Takometer

4. Anemometer

  Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Anemometer 5.

  Lampu Pembebanan Memberikan beban terhadap generator sehingga kita dapat mencari beban maksimal yang bekerja pada poros kincir dan kemudian dari beban tersebut kita dapat menghitung torsi.lampun pembebanan dapt dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Lampu Pembebanan

6. Neraca Pegas

  Untuk menghitung beban yang diberikan terhadap poros. Neraca pegas dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Neraca Pegas 7.

  Cara Pembebanan Tali diikat pada dudukan generator sehingga, jarak tali yang diikat pada dudukan generator keporos kincir angin disebut lengan ayun.gambar lengan ayun dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Lengan Ayun.

3.5 Variable Penelitian 1.

  Variasi jumlah sudu dengan tiga macam jumlah sudu yang digunakan (4 buah,6 buah dan 8 buah) dari pipa PVC berukuran 8 inci.

  2. Variasi pembebanan dilakukan sampai menemukan beban maksimum.

  3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 4 posisi variasi kecepatan angin yang dilakukan di dalam terowongan angin.

  Parameter yang diukur :

  Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1.

  Kecepatan angin, (m/s) 2. Gaya pengimbang, (N) 3. Putaran kincir, (rpm) 4. Suhu udara °C

3.6 Langkah - langkah percobaan

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

1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke lengan ayun Seperti pada

  Gambar dibawah

Gambar 3.13 Neraca PegasGambar 3.14 Lengan Ayun 2.

  Menempatkkan anemometer dan takometer pada terowongan angin.

  3. Memasang lampu pembebanan terhadap generator.

  4. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan 5. mengatur kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser triplek sehingga mendapat kecepatan angin yang diinginkan.

  6. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dengan varisai pembbebanan yang diberikan terhadap lampu dimulai menghitung putaran dengan menggunakan takometer yang tegak lurus dengan puli dan menghitung kecepatan angin beserta suhu udara yang ada didalam blower.

  7. Langkah tersebut diulangi sampai mendapatkan beban maksimum, dengan empat variasi kecepatan angin.

3.7 Langkah pengolahan data

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

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

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

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

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

  5. ou t ) dan daya angin (P in ) maka koefisien daya (C p ) Dari data daya kincir (P dapat diketahui.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  4.1 Data Hasil Percobaan

  Data hasil percobaan terdiri dari variasi jumlah sudu yaitu 4 buah, 6 buah dan 8 buah.untuk setiap variasi percobaan dilakukan 4 kali variasi kecepatan angin dengan cara membuka triplek yang ada didepan terowongan angin dengan cara membuka triplek kurang lebih 5 cm untuk setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti lubang terowongan angin tertutup dari sisi kiri dan kanan,posisi 1 berarti triplek telah digeser 5 cm, posisi 2 berarti triplek digeser sejauh 10 cm begitu pula posisi

  3. Untuk setiap kincir angi data dianggap selesai apabila putaran poros sudah tidak konstan dan gaya pembebanannya tidak mengalami perubahan dari hasil percobaan ditunjukan dalam table 4.1 sampai 4.3.

  4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan

  Contoh data yang disajikan diambil dari tabel 4.1 pada baris pertama dengan kondisi kincir angin tanpa pembebanan dan jarak blower dan terowongan angin rapat dan triplek menutupi sisi kanan dan sisi kiri terowongan angin. data diambil nilai paling atas ditabel 4.1.

Table 4.1 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 4 Sudu Dengan Sudut 80

  ˚ No kecepatan angin (m/s)

  Putaran Poros

  (rpm) beban (gram) suhu

  (˚C)

  1 15,17 311,4 438,3282 28,8 2 15,13 277,8 509,684 28,8 3 15,17 253,5 611,6208 28,8 4 15,02 233,8 682,9766 28,8 5 15,11 207,2 744,1386 28,8 6 15,22 200,7 784,9134 28,8 7 15,38 161,1 937,8186 28,8 8 15,49 155,7 1049,949 28,8 9 15,44 126,3 1131,498 28,8 10 15,17 107,2 1202,854 28,8

  11 12,28 206,9 366,9725 29,2 12 12,23 168,8 509,684 29,2 13 12,27 140,2 581,0398 29,2 14 12,41 117,7 642,2018 29,2 15 12,33 92,81 713,5576 29,2 16 12,27 67,44 744,1386 29,2 17 10,55 154,6 346,5851 29,3 18 10,71 121,7 458,7156 29,3 19 10,6 83,63 530,0714 29,3 20 10,57 43,22 550,4587 29,3 21 8,71 96,83 305,8104 29,3 22 8,62 61,71 377,1662 29,3 23 8,84 18,97 377,1662 29,3

Table 4.2 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 6 Sudu Dengan Sudut 80

  ˚ No kecepatan angin (m/s)

  Putaran Poros (rpm) beban

  (gram) suhu (˚C)

  1 15,11 289,6 387,3598 29,3 2 15,08 270 438,3282 29,3 3 15 235,9 499,4903 29,3 4 15,12 208,4 560,6524 29,3 5 15,5 192,9 611,6208 29,3 6 15,07 189,7 642,2018 29,3 7 15,09 177,3 682,9766 29,3 8 15,12 158,9 764,526 29,3 9 15,3 151,8 764,526 29,3 10 15,08 144,9 774,7197 29,3

  11 15,33 139,6 805,3007 29,3 12 15,17 135,9 825,6881 29,3 13 15,19 131,7 835,8818 29,3 14 15,54 124,9 866,4628 29,3 15 15,28 108,9 897,0438 29,3 16 12,2 208,7 336,3914 29,3 17 12,32 180,7 407,7472 29,3 18 12,09 158,3 438,3282 29,3 19 12,16 143 438,3282 29,3 20 12,44 134,3 499,4903 29,3 21 12,49 121,1 530,0714 29,3 22 12,35 105,6 530,0714 29,3 23 12,41 100,3 611,6208 29,3 24 10,27 146,7 316,0041 2,92 25 10,31 114,8 356,7788 2,92 26 10,49 108,5 407,7472 2,92 27 10,28 74,17 428,1346 2,92 28 10,3 61,85 458,7156 2,92 29 10,37 54,5 499,4903 2,92 30 8,8 82,75 295,6167 29,4 31 8,52 64,2 326,1978 29,4 32 8,64 47,84 356,7788 29,4 33 8,79 29,28 377,1662 29,4

Table 4.3 Data Percobaan Kincir Angin Dengan Jumlah 8 Sudu Dengan Sudut 80

  ˚ No kecepatan angin (m/s)

  Putaran Poros (rpm) beban

  (gram) suhu (˚C)

  1 15,49 304,3 479,103 28,7 2 15,38 275,8 530,0714 28,7 3 15,28 256,1 621,8145 28,7 4 15,54 237,2 703,3639 28,7 5 15,4 214,2 733,945 28,7 6 15,47 186,2 815,4944 28,7 7 15,34 156,4 876,6565 28,7 8 15,5 138,9 968,3996 28,7 9 15,58 119,5 1090,724 28,7 10 15,54 115,8 1100,917 28,7

  11 12,28 193,5 366,9725 28,9 12 12,22 185,1 448,5219 28,9 13 12,43 160,4 499,4903 28,9 14 12,38 134,8 519,8777 28,9 15 12,29 120,5 591,2334 28,9 16 12,35 93,04 662,5892 28,9 17 12,27 65,14 733,945 28,9 18 12,14 56,21 744,1386 28,9 19 10,24 133,1 336,3914

  29 20 10,17 114,9 397,5535 29 21 10,25 90,48 458,7156 29 22 10,36 67,14 509,684 29 23 10,31 41,73 540,265 29 24 8,7 83,45 285,423 28,9

  25 8,91 56,07 356,7788 28,9 26 8,8 33,33 387,3598 28,9 27 8,73 20,26 407,7472 28,9

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

  dengan Pa : Daya angin (watt)

  : Massa jenis udara kg/m²

  A : daerah sapuan kincir angin, m²

  v : kecepatan angin, m/s Dengan jenis dengan metode interpolasi dari table yang ada pada lampiran dari

  ρ

  suhu udara 28.7 ° C maka = 1,17 kg/m³

  ρ

  Luasan daerah sapuan kincir adalah : A = d . t dengan d = diameter t = tinggi maka dengan diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir angin(t) 0,60 m maka daya angin (Pa) sebesar :

   Pa = 0,5 . ρ . d . t . Pa = 0,5. (1,16 kg/ ). (0,45 m). (0,60 m). Pa = 546,6992 watt

  Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 546,6992watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

  Untuk mengetahui perhitungan torsi pada kincir angin dapat dicari dengan persamaan 5 pada sub Bab 2.2.4. yaitu :

  T = r . F

  dengan

  T : torsi akibat putaran poros kincir, Nm

  rt : jarak lengan gaya, m

  F : gaya pengimbang, N

  gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan :

  F = m . a

  dengan

  m : massa yang ditunjukkan pada neraca pegas, kg a : percepatan gravitasi,

  maka dengan jarak lengan 0,2 m, massa 0,43 kg dan percepatan gravitasi 9,81 besarnya gaya pengimbang (F) :

  T = r . m . a T = (0,2 m) . (0,43 kg ) . (9,81 ) T = 0,843 N.m

  Jadi didapat torsi (T) sebesar 0,843 N.m

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

  Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan Persamaan 4 pada Sub Bab 2.2.3 yaitu : dengan

  Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt T : torsi kincir angin, Nm n : putaran poros kincir, rpm

  Maka dengan nilai torsi 0,843 N.m dan putaran poros 311.4 rpm besar daya kincir adalah :

  Pk = 0,843 . Pk = 27,49 watt Sehingga didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 27,49 watt.

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio