Unjuk kerja model kincir angin giromill dengan sudu naca 0015 dan panjang chord 15 cm.

(1)

vii

INTISARI

Pengembangan energi alternatif baru dan terbarukan sedang digalakkan melalui kebijakan-kebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumber energi terbarukan. Juga untuk mengatasi krisis sumber energi dan pemanasan global yang di akibatkan dari penggunaan sumber energi fosil. Energi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan energi dari sumber yang alami dan karenanya hampir tak terbatas, contohnya yakni energi angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja beberapa model kincir angin seperti torsi, hubungan daya dengan rpm, hubungan koefisien daya, dan Tip speed ratio() dengan beberapa variasi penelitian yang dilakukan.

Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015 dan panjang chord 15 cm, menggunakan bahan triplek yang dibungkus pelat seng sebagai kulit luarnya, dan tingginya 80 cm. Terdapat dua variasi penelitian yakni dengan variasi jumlah sudu dan variasi diameter penopang sudu, variasi jumlah sudu adalah empat sudu dan tiga sudu sedangkan variasi diameter penopang sudu adalah 50 cm dan 70 cm penopang sudu berbahan dasar triplek dengan tebal 12 mm. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir, besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas, putaran kincir angin diukur mengunakan takometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer dan kecepatan udara rata-rata adalah 8,1 m/s. Penelitian dilakukan dengan menggunakan fan blower di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 7,32 % pada

Tip speed ratio() 0,79 dengan daya output maksimal sebesar 14,44 watt pada torsi 0,73 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 11,13 % dan pada Tip speed

ratio()1,04 dengan daya output maksimal sebesar 15,62 watt dan torsi 0,67 N.m. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 8,13 % pada Tip speed ratio() 0,6 dengan daya output maksimal sebesar 8,58 watt dan torsi 0,39 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,65 % pada Tip speed ratio() 0,59 dengan daya output maksimal sebesar 8,35 watt dan torsi 0,37 N.m.

Kata kunci : Kincir angin sumbu vertikal, giromill, koefisien daya, tip speed

(2)

viii

ABSTRACT

The development of new alternative and renewable energy are being encouraged through many government policies supporting and facilitating the utilization of renewable energy resources. It is also one of the ways to overcome the crisis of energy resources and global warming caused by fossil fuels utilization. Renewable energy is the term used to describe energy or power generated from natural resources which is infinite, such as wind power. This research aims to find out the performance of some models of wind turbine assessed from the aspects of torsion, power and rpm relation, power coefficient relation and Tip speed ratio() with various research methods.

The model of wind turbine which is examined in this research is a Giromill with NACA 0015 blades and 15 cm-length chord, using polywood as material that is wrapped with 80 cm-height iron plate as its cover. There are two variations of the examination. The first one is the number of blades variation and the second is

rotor hub’s diameter variation. The former variation includes 3 blades and 4

blades while the latter variation includes 50 cm and 70 cm rotor hubs which are made of 12 mm-thick plywood. In order to obtain the turbine’s power, torsion,

maximum power coefficient and tip speed ratio of the wind turbine, the turbine’s

pivot is connected to the brake mechanism to give some weight to the turbine. The

amount of the turbine’s weight can be seen on the dynamometer, the rotatation of wind turbine is measured using a tachomenter and the wind speed is measured using a anemometer, and the average wind speed is 8,1 m/s. This research is peeformed using a fan blower in Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

From the research’s result, the four-blades Giromill wind turbine with 70 cm-diameter hub can generate 7.32% of maximum power coefficient on 0.79 Tip

speed ratio() with 14.44 watt maximum output power on 0.73 N.m. of torsion. The three-blades Giromill wind turbine with 70 cm-diameter hub can generate maximum power coefficient 11.13% on 1.04 Tip speed ratio() with maximum output power of 15.62 watt and 0.67 N.m. torsion. Four-blades Giromill wind turbine with 50 cm-diameter hub can generate 8.13% of maximum power coefficient on 0.6 Tip speed ratio()with 8.58 watt maximum output power and 0.39 N.m. of torsion. The three-blades Giromill wind turbine with 50 cm-diameter of hub can generate maximum power coefficient 5.65% on 0.59 Tip speed ratio() with maximum output power of 8.35 watt and 0.37 N.m. torsion.

(3)

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN GIROMILL

DENGAN SUDU NACA 0015

DAN PANJANG CHORD 15 CM

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

B.MASWASANO GAUTAMA NIM : 125214074

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2016

(4)

THE PERFORMANCE OF GIROMILL WINDMILL MODEL

WITH BLADES NACA 0015

AND CHORD LENGTH 18 CM

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

By:

B.MASWASANO GAUTAMA Student Number : 125214074

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2016

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

vii

INTISARI

Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 7,32 % pada

Kata kunci : Kincir angin sumbu vertikal, giromill, koefisien daya, tip speed

(10)

viii

ABSTRACT

rotor hub’s diameter variation. The former variation includes 3 blades and 4

blades while the latter variation includes 50 cm and 70 cm rotor hubs which are made of 12 mm-thick plywood. In order to obtain the turbine’s power, torsion,

maximum power coefficient and tip speed ratio of the wind turbine, the turbine’s

pivot is connected to the brake mechanism to give some weight to the turbine. The

From the research’s result, the four-blades Giromill wind turbine with 70 cm-diameter hub can generate 7.32% of maximum power coefficient on 0.79 Tip

(11)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan atas kasih, karunia dan rahmat yang berlimpah

dari Tuhan Yesus Kristus sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan

skripsi dengan judul “ UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU NACA 0015 DAN PANJANG CHORD 15 CM”

Laporan tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan bagi para

mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat

dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati penulis

ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

5. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan

(12)

6. Dionisius Sulaksono dan Titik Sriwahyuni sebagai orang tua dari penulis,

serta D.Swasean Natanael sebagai saudara dari penulis yang selalu berdoa,

mendukung secara material dan yang lain – lain kepada penulis.

7. Teman-teman seperjuangan Septian Kurniaji dan Valentinus Taufan Deca

terima kasih untuk dukungan pembuatan kincir angin ini.

8. Dyah Retno Paramita yang telah membantu menyempurnakan skripsi ini

9. Teman-teman seangkatan (Kika, Anggi, Damar, Brian Satria, Andra, Wilson,

Candra, Yerikho, Bowo). Terima kasih atas bantuan dan semangatnya dalam

penyelesaian kincir ini.

10. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang yang

telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian

Skripsi ini.

11. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu yang telah berperan

serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki dalam

penulisan skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang

membangun untuk menyempurkan skripsi. Akhir kata seperti penulis harapkan

semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi para pembacanya.

Yogyakarta, 9 September 2016

(13)

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITTLE PAGE ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konsep Dasar Angin ... 5

2.2 Airfoil_{... 5}

2.3 NACA ... 6

2.4 Kincir angin ... 7

2.4.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ... 8

2.4.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 10

2.5 Rumus Perhitungan ... 12

2.5.1 Energi dan Daya Angin ... 12

2.5.2 Torsi Kincir Angin ... 14

2.5.3 Daya Kincir Angin ... 14

2.5.4Tip Speed Ratio... 15

(14)

xiii

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian ... 19

3.2 Objek Penelitian ... 20

3.3 Alat Untuk Penelitian ... 23

3.4 Desain Kincir ... 26

3.5 Perancangan Kincir Angin ... 25

3.6 Variabel yang Diukur ... 28

3.7 Parameter yang Dihitung ... 28

3.8 Langkah Penelitian ... 29

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian ... 31

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 35

4.2.1 Perhitungan Torsi ... 35

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ... 35

4.2.3 Perhitungan tip speed ratio ... 36

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya ... 36

4.3 Hasil Perhitungan ... 37

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 41

4.5 Grafik Perbandingan dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm ... 56

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 59

5.2 Saran ... 60

(15)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian-bagian Airfoil ... 5

Gambar 2.2 NACA 0015 ... 6

Gambar 2.3 Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal ... 7

Gambar 2.4 American Windmill ... 9

Gambar 2.5 Cretan sail Windmill... 9

Gambar 2.6 Dutch Four Arm ... 10

Gambar 2.7 Skema Kincir Angin Savonius ... 10

Gambar 2.8 Kincir Angin Darrieus ... 11

Gambar 2.9 Kincir Angin Giromill ... 11

Gambar 2.10 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ) ... 16

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin ... 17

Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill ... 19

Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu ... 19

Gambar 3.4 Dudukan sudu ukuran 70 cm ... 20

Gambar 3.5 Poros utama kincir ... 21

Gambar 3.6 Fan Blower ... 22

Gambar 3.7 Anemometer ... 22

Gambar 3.8 Tachometer ... 23

Gambar 3.9 Sistem Pengereman ... 23

Gambar 3.10 Neraca Pegas ... 24

Gambar 3.11 Rangka Sudu kincir angin Giromill ... 25

Gambar 3.12 Model Kincir Angin ... 26

(16)

Gambar 3.14 Skema susunan alat untuk pengujian ... 27

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin

giromil empat sudu variasi diameter 70 cm ... 41

Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ... 42

Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ... 43

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ... 44

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Poutdengan torsi kincir angin giromill

empat sudu variasi diameter 70 cm ... 45

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Poutdengan torsi kincir angin giromill tiga

sudu variasi diameter 70 cm ... 46

Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Poutdengan torsi kincir angin giromill

empat sudu variasi diameter 50 cm ... 47

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Poutdengan torsi kincir angin giromill tiga

sudu variasi diameter 50 cm ... 48

Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya ( )dan tsr kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm ... 50

Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( )dengan kincir angin

giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ... 51

Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya ( )dengan tsr kincir angin

giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ... 53

Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya ( )dengan kincir angin

giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ... 55

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu dengan variasi

diameter 50 cm dan 70 cm ... 57

Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( )dan tip speed ratio (λ) pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm ... 29

Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm ... 30

Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm ... 31

Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm ... 32

Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm ... 35

Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm... 36

Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm ... 37

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Energi terbarukan berasal dari proses alami dan tidak akan pernah habis. Energi terbarukan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan energi dari sumber yang alami regenerasi dan karenanya hampir tak terbatas. Ini termasuk energi surya, energi angin, tenaga air, biomassa (berasal dari tumbuhan), energi panas bumi, dan energi gelombang laut.

Peningkatan penggunaan energi terbarukan dapat mengurangi pembakaran bahan bakar fosil (batubara, minyak bumi, dan gas alam), menghilangkan polusi udara dan emisi karbon dioksida, serta berkontribusi untuk kemandirian energi nasional dan keamanan ekonomi dan politik.

Masing-masing sumber energi alternatif memiliki kelebihan dan kekurangan, dan diharapkan bahwa satu atau lebih dari sumber energi terbarukan suatu hari nanti dapat menjadi sumber energi jauh lebih baik dibandingkan konvensional,

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pe merintah.

Kincir angin dibedakan dalam dua jenis berdasarkan sumbu putarnya, yaitu kincir angin sumbu vertikal dan kincir angin sumbu horizontal. Salah satu jenis kincir angin vertikal adalah kincir angin Giromill.

(19)

Kincir angin Giromill memiliki bentuk sudu yang menyerupai kontruksi sayap pesawat. Giromill umumnya memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi untuk pergerakan awalnya dan kadang-kadang memerlukan penggerak mula (prime mover) misalnya kincir Savonius dan penggerak mula ini akan berhenti setelah dicapai batas minimum untuk menggerakan turbin secara mandiri.

Namun sayang karakteristik dari kincir angin Giromill belum diketahui secara pasti dan belum tercantum di dalam naskah naskah yang tersedia . Oleh karena itu penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik dari model kincir ini, yaitu hubungan antara koefisien daya (Cp) dan Tip speed ratio (tsr)

yang dihasilkan kincir angin Giromill.

Penelitian ini mengambil judul “Unjuk Kerja Model Kincir angin Giromill Dengan Sudu NACA 0015 dan Panjang Chord 15 cm”. Diameter model kincir angin yang diteliti dibuat dalam dua variasi yaitu 50 cm dan 70 cm dan memiliki 3 dan 4 sudu. Variasi ini dimaksudkan untuk mengetahui model kincir mana yang memiliki unjuk kerja yang paling baik.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada karakteristik kincir angin Giromill tiga dan empat sudu dengan variasi diameter di tiap sudunya adalah sebagai berikut :

a. Indonesia adalah negara kepulauan dan memiliki garis pantai yang sangat panjang dimana 2/3 bagian dari Indonesia adalah lautan. Indonesia mempunyai energi yang sangat melimpah, namun energi angin tersebut memiliki kecepatan rendah.

b. Jika tidak dimanfaatkan secara bijak, energi fosil akan segera habis. Energi terbarukan diperlukan untuk menggantikan ketersediaan energi di Indonesia.

c. Energi yang ramah lingkungan perlu ditingkatkan pemanfaatannya di Indonesia, disamping menghemat energi fosil, juga mengurangi kerusakan alam akibat penggunaan energi yang tidak ramah lingkungan.

(20)

d. Kincir angin adalah salah satu contoh energi terbarukan yang cocok untuk alam Indonesia.

e. Terdapat berbagai jenis kincir angin dilihat dari bentuk porosnya, yaitu kincir angin poros vertikal dan poros horizontal. Salah satu kincir angin poros vertikal adalah kincir angin Giromill.

f. Karakteristik kincir angin Giromill belum diketahui secara pasti dan belum tercantum di dalam naskah naskah yang tersedia sehingga perlu dicari melalui penelitian ini.

1.3 TUJUAN

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian kincir angin ini adalah : a. Membuat model kincir angin tipe Giromill

b. Mengetahui putaran kincir dan torsi c. Mengetahui daya output kincir

d. Mengetahui koefisien daya optimal (cp) pada Tip speed ratio()

1.4 BATASAN MASALAH

Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan-batasan sebagai berikut :

a. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin giromill dengan panjang chord sudu 15 cm dan tingginya 80 cm.

b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

c. Sudu kincir menggunakan penampang airfoil dengan tipe NACA 0015. d. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran

(21)

1.5 MANFAAT

Manfaat yang bisa didapat dari penelitian kincir angin tipe Giromill dengan 3 dan 4 sudu Airfoil NACA 0015 ukuran 15mm dengan diameter 0.8m dan 0.5m ini adalah :

a. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat luas agar bisa dikembangkan sebagai alternatif pembangkit listrik.

b. Menambah kepustakaan di bidang energi terbarukan c. Menambah referensi untuk kincir angin tipe Giromill

(22)

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KONSEP DASAR ANGIN

Angin adalah aliran udara dalam jumlah yang besar diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke tempat yang bertekanan udara rendah.

Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang. Udara dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Di atas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamanakan konveksi.

2.2 AIRFOIL

Airfoil adalah bentuk dari suatu sayap pesawat yang dapat menghasilkan gaya angkat (lift) atau efek aerodinamika ketika melewati suatu aliran udara. Airfoil merupakan bentuk dari potongan melintang sayap yang dihasilkan oleh perpotongan tegak lurus sayap terhadap pesawat, dengan kata lain airfoil merupakan bentuk sayap secara dua dimensi seperti pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bagian bagian airfoil (sumber : airfoiltools.com)

(23)

Dari Gambar 2.1 , dapat dijelaskan Terminologi airfoil sebagai berikut : 1. Leading edge, merupakan bagian permukaan paling depan dari airfoil.

2. Trailing edge, merupakan bagian permukan paling belakang dari airfoil.

3. Mean chamber line, merupakan garis pertengahan yang membagi antara

permukaan bagian atas dan permukaan bagian bawah dari airfoil.

4. Chord line, merupakan garis lurus yang menghubungkan leading edge dan trailing edge.

5. Chord, merupakan perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge

hingga trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik dimensi longitudinal dari suatu airfoil.

6. Maximum chamber, merupakan jarak antara mean chamber line dengan chord line. Maximum chamber membantu mendefinisikan bentuk

dari mean chamber line.

7. Maximum thickness, merupakan ketebalan maksimum dari suatu airfoil,

dan menunjukkan persentase dari chord. Maximum thickness membantu mendefinisikan bentuk dari airfoil dan juga performa dari airfoil tersebut.

2.3 NACA 0015

NACA (National Advisory Committe for Aeronautics)

NACA0015 adalah jenis Airfoil simetris, yang mempunyai bentuk tali busur yang sama antara bagian atas dengan bagian bawahnya. Dimana tebal chord maksimum 15% dari panjang chord.

Gambar 2.2 NACA 0015

(24)

2.4 KINCIR ANGIN

Turbin angin pada prinsipnya dapat dibedakan atas dua jenis turbin berdasarkan arah putarannya. Turbin angin yang berputar pada poros horisontal disebut dengan turbin angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT), sementara yang berputar pada poros vertikal disebut dengan turbin angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT).

Gambar 2.3 Jenis jenis kincir angin

Sumber : (www.wind-works.org)

Kincir angin sumbu horizontal memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling-baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara dan realibilitas begitu penting, sebagian besar Kincir angin Sumbu Horizontal merupakan mesin upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan

(25)

agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut.

Drag / gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair

atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar. Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Pada ketinggian yang rendah , kecepatan angin cenderung lambat. Tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.

2.4.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Kincir angin Sumbu Horizontal memiliki motor diatas dengan sumbu Horizontal akan mudah dikenali karena Kincir angin ini lebih banyak kita temui daripada Kincir angin Sumbu Vertikal. Contoh – contoh kincir angin sumbu Horizontal :

a. American Windmill

American Windmill atau Wind Engine dirancang oleh Daniel Halladay pad tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penggilingan gabah serta memotong jerami.

(26)

Gambar 2.4 American Windmill (Sumber : pinterest.com)

b. Cretan Sail

Dibuat pada tahun 1976, dengan bahan atau material utamanya kayu dan sebuah kain di sudunya.

Gambar 2.5 Cretan Sail Windmill Sumber : (xaharts.org)

c. Dutch Four Arm

Desain rancangan Kincir angin ini bisa dibilang sederhana, dan mungkin awal dari rancangan kincir angin yang asli, karena bentuk dan bahan materialnya terbuat dari kayu dan tanah liat. Model ini sangat terkenal di Belanda hingga kita menyebutnya negara kincir angin.

(27)

Gambar 2.6 Dutch Four Arm (Sumber :travelwriterstales.com)

2.4.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir angin Sumbu Vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang bisa menangkap atau mengkonversi angin dari segala arah, sudunya yang tegak lurus arah angin akan memutar kincir dengan orientasi arah kincir horizontal. Berikut adalah tipe-tipe dari Kincir angin Sumbu Vertikal :

a. Kincir angin Savonius

Kincir angin Savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius yang berasal dari Negara Finlandia sekitar tahun 1922.Konsep dasar Savonouis dikembangkan berdasarkan prinsip Fletter. Savonius menggunakan sudu dengan cara memotong silinder Fletter menjadi 2 paruhan sepanjang garis pusat dan memposisikan 2 peruhan tersebut membentuk seperti huruf „S” yang diletakan pada lingkaran batas sudu.

Gambar 2.7 Skema Kincir angin Savonius (Sumber : www.ecosources.info)

(28)

Dari sebuah penelitian yang dilakukan oleh Kansas State University pada tahun 1932-1938, kincir angin Savonius mampu menghasilkan efisiensi hingga 35% sampai 40%, nilai ini melebihi koefisien daya yang tercantum dalam grafik hubungan Cp dan tip speed

ratio() yang pada umumnya sebesar 31%. b. Kincir angin Darrieus

Darrius sama seperti model Savonius namun desain sudu / blades menggunakan system aerofoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Jean Marie Darrieus, seorang insinyur aeronautika dari Perancis pada tahun 1931. Ada jenis lain yang menyerupai Darrieus hanya sudunya yang tegak lurus dan aerofoils di sudunya, dinamakan Giromill atau H-Rotor.

Gambar 2.8 Kincir angin Darrieus Sumber : www.wind-works.org)

c. Kincir angin Giromil

Turbin angin Girromill mempunyai konstruksi dan karakteristik yang mirip dengan tipe Darrius, bedanya hanya pada posisi rotor, dimana untuk turbin angin Giromill, sudu sama–sama menggunakan profil propeller dan dipasang tegak sejajar dengan poros. Sedangkan pada tipe Darrius, sudu propeller dipasangkan melengkung. Dalam aplikasi turbin angin Darrius umumnya memerlukan kecepatan angin awal yang lebih tinggi untuk start up dan kadang-kadang memerlukan penggerak mula (prime mover) untuk start up dan penggerak mula akan berhenti

(29)

setelah dicapai batas minimum untuk menggerakan turbin secara mandiri.

Gambar 2.9 Kincir anginGiromill Sumber : (www.wind-works.org)

2.5 RUMUS PERHITUNGAN

Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan unjuk kerja kincir angin :

2.5.1 Energi dan Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik yang dirumuskan

berikut ini :

(1)

dengan

adalah energi kinetic (joule),

(30)

Persamaan (1) , dapat diturunkan terhadap waktu untuk memperoleh daya

yang disediakan angin yaitu (J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis

menjadi :

(2)

dengan adalah daya yang dihasilkan angin ( J/s = watt) , adalah massa

udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s) , dan adalah kecepatan angin

(m/s).

dengan :

(3)

dimana adalah massa jenis udara (1.18kg/ ) , adalah luas frontal kincir ( ).

Dengan substitusi, persamaan (2) dan persamaan (3), daya angin ( ) dapat

dirumuskan menjadi :

Yang dapat disederhanakan menjadi :

(31)

2.5.2 Torsi Kincir angin

Torsi adalah sebuah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan olah

gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap

sumbu poros yang berputar. Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung

menggunakan persamaan :

(5)

dengan adalah torsi yang dihasilkan dari putaran poros (Nm) , adalah gaya pengimbang atau gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan adalah jarak

lengan torsi ke poros (m).

2.5.3 Daya Kincir angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat

energi angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitan yang

dilakukan oleh seorang ilmuan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan efisiensi

maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % angka ini disebut Betz Limit.

Gambar 2.10 menunjukan karakteristik dari beberapa tipe kincir :

Gambar 2.10 Diagram Cp dan Tip speed ratio (λ) (Sumber : http://www.intechopen.com)

(32)

Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros

kincir angin adalah :

(6)

dengan adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt) , adalah torsi

dinamis (Nm), dan adalah kecepatan sudut (rad/s).

Kecepatan sudut dapat didapat dari :

rad / s

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan

persamaan :

= (7) dengan adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), adalah putaran

poros (rpm).

2.5.4 Tip Speed Ratio ()

Tip speed ratio () adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar melingkar dengn kecepatan angin yang melewatinya.

Rumus kecepatan di ujung sudu adalah :

(33)

dengan adalah kecepatan ujung sudu, adalah kecepatan sudu (rad/s), dan

adalah jari-jari kincir (m).

Dengan demikian Tip speed ratio() dapat dirumuskan dengan :



yang dapat disederhanakan menjadi :



(8)

dengan adalah jari-jari kincir (m), adalah putaran poros (rpm) ,dan

adalah kecepatan angin (m/s).

2.5.5. Koefisien Daya (Cp)

Koefisien daya atau power coefficience (Cp) adalah perbandingan antara

daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( ) dengan daya yang dihasilkan oleh

angin ( ) . Sehingga dapat dirumuskan:

(9) dengan adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), adalah daya yang

dihasilkan angin (watt).

2.6. TINJAUAN PUSTAKA

Giromill sangat terkenal untuk bentuk dan desain sudu yang sederhana

(Mathew, 2006), perbedaan kincir angin giromill dengan Darrieus terletak pada

sudu yang melengkung dari sumbu atas sampai bawah, sedangkan giromill bentuk

(34)

dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos

utama.Beberapa penelitian yang dilakukan dengan kincir angin giromill

menggunakan bentuk sudu airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA

0018, mendapatkan daya output yang besar di Tip speed ratio() yang rendah (Prathamesh Despande et al, 2013). Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda

dengan kincir angin Darrieus, angin yang datang akan langsung mendorong sudu,

sudu yang aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya dorong sudu

(Richard Smith, 2007).

Pada tahun 2010, M Samanaudy, Ghorab dan Youssef meneliti tentang

kincir angin giromill dengan variasi sudut pemasangan, jumlah sudu, model airfoil

(NACA 0024 NACA 4420 NACA 4520) dan panjang chord. dalam penelitian

yang dilakukan M Samanaudy, Ghorab dan Youssef koefisien daya maksimum

sebesar 25% menggunakan tipe airfoil simetris NACA 0024 dengan panjang

chord 15 cm , sudut pemasangan 10o dan menggunakan empat sudu. Untuk airfoil

simetris seperti NACA 0024 dalam pengujian ini diperoleh koefisien daya

maksimum sebesar 25% pada Tip speed ratio()optimal 1,4 dengan variasi pitch

angle 100,dan menggunakan empat sudut, sedangkan untuk penelitian variasi

model airfoil non simetris NACA 4420, pada kondisi yang sama diperoleh

koefisien daya maksimum 16% pada Tip speed ratio() optimal 1,2 , dan pengujian NACA 4520 diperoleh koefisien daya maksimal 13 % pada Tip speed

ratio() optimal 1.1. penelitian yang dilakukan oleh M Samanaudy, Ghorab dan Youssef menunjukan bahwa airfoil simetris bisa mencapai koefisien daya tertinggi

(35)

Pada penelitian yang dilakukan oleh Indra Siregar pada tahun 2012

menggunakann tipe kincir angin H-Rotor dengan model penampang airfoil NACA

0018 variasi penelitian dalam kecepatan angin 3 m/s dan 3,67 % dan sudut pitch

angel 150, 200, 250 dengan pembebanan 300, 200 dan 50 gram. Pada penelitian ini

diperoleh koefisien daya maksimum 7,8 % pada Tip speed ratio() 1,25 dengan variasi kecepatan angin 3 m/s menggunakan tiga sudu dan pada pitch angel 150.

(36)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini dimulai dari perencanaan hingga analisis data seperti yang ditunjukan dalam diagram alur seperti dalam gambar di bawah ini :

Gambar 3.1 Diagram alur metode penelitian kincir angin. Perencanaan Pembuatan Kincir Angin

Giromill dengan Sudu NACA 0015 Mulai

Pembuatan Kincir Angin

Pengujian dan Pengambilan data,

(untuk mengetahui kecepatan kincir, kecepatan angin dan beban pengereman pada kincir angin)

Pengolahan data

(untuk mencari hubungan putaran poros dan torsi, daya output dan torsi serta koefisien daya dan Tip speed ratio)

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan naskah skripsi

Selesai

(37)

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literature-literatur yang berhubungan dengan penulisan skripsi ini serta dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin giromill dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang didepan wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin giromill.

3.2 Objek Penelitian

Bahan- bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Bahan untuk sudu kincir angin

Sudu-sudu menggunakan bahan papan triplek (polywood) ukuran 12 mm yang sudah dipotong dengan pola NACA 0015 dan disusun menggunakan rangka alumunium dan stainless steel dengan tinggi 80 cm, untuk lebih kuat bagian sela antara triplek (polywood) satu dengan lain diberi potongan triplek (polywood) dengan ketebalan 3 mm. Bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.2.

(38)

(a) (b) Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill

a) rangka sudu, b) rangka sudu yang sudah dilapisi triplek (polywood)

b. Bahan untuk pengikat ujung sudu kincir.

Pada masing- masing ujung sudu terdapat alumunium dengan ketebalan 5 mm dan panjang 20 cm digunakan untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu.

(39)

c. Bahan untuk dudukan sudu

Dudukan sudu seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4 merupakan komponen yang berfungsi sebagai pengikat dan tumpuan sudu. Dudukan sudu memiliki lubang disetiap sudutnya. Terdapat enam lubang disetiap satu sudu yang dipakai untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu.Terdapat pula dua dudukan sudu yang dipasang di atas dan di bawah sudu. Dudukan sudu terbuat dari papan triplek (polywood) dengan ketebalan 12 mm dan diameter 70 cm.

Gambar 3.4 Dudukan Sudu

d. Bahan untuk poros utama kincir

Poros utama kincir seperti yang terdapat pada Gambar 3.5terdapat di tengah kincir antara dudukan sudu bawah dan atas. Bahan poros utama adalah pipa pvc ukuran 1” dengan panjang 90 cm dan dilapisi dengan potongan pipa pvc di luarnya untuk menahan dudukan sudu bagian atas dan bawah.

(40)

Gambar 3.5 Poros Utama Kincir

3.3 Alat untuk penelitian

Alat-alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin dan penelitian meliputi beberapa bagian, yaitu :

a. Alat kerja utama : 1. Mesin bor 2. Mesin Gerinda 3. Gergaji

4. Palu

b. Alat kerja tambahan dan alat bantu pengukuran : 1. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk meniupkan udara. Fan Blower ini

(41)

Gambar 3.6 Fan Blower 2. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan fan blower.

(42)

3. Takometer

Takometer (tachometer) seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.8 adalah alat yang berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros. Takometer mampu membaca tiga jenis kecepatan yaitu min yang menunjukan kecepatan terendah, max menunjukan kecepatan tertinggi dan av atau average yang menunjukan kecepatan rata-rata dari kecepatan putaran poros.

Gambar 3.8 Tachometer 4. Sistem Pengereman

Sistem pengereman seperti pada Gambar 3.9 berfungsi sebagai beban pada putaran kincir. Sistem pengereman ini digunakan untuk mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin.

(43)

5. Neraca Pegas

Neraca pegas pada Gambar 3.10 berfungsi untuk mengetahui beban pengereman pada kincir angin saat berputar. Neraca pegas diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis.

Gambar 3.10 Neraca Pegas

c. Penopang Kincir Angin

Penopang kincir angin diletakan dibagian belakang fan blower untuk tempat kincir angin berputar, terdapat tumpuan atas dan bawah. Bantalan terdapat di bagian tumpuan atas dan bawah berguna untuk menumpu poros utama kincir angin.

3.4 Desain Kincir

Desain kincir angin seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.11 adalah sudu kincir angin Giromill dengan penampang airfoil NACA 0015 dan panjang chord 15 cm yang belum ditutupi plat seng dan pada Gambar 3.12 adalah sudu kincir yang sudah diberi pembatas berupa triplek .

(44)

Gambar 3.11 Rangka kincir angin Giromill

3.5. PERANCANGAN KINCIR ANGIN

Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah :

a. Diamater Kincir = 70cm dan 50 cm b. Tinggi Kincir = 80cm

c. Ukuran Airofoil = 15cm d. Jumlah Sudu = 3 dan 4

Sudu kincir angin Giromill tersusun dari triplek yang sudah berpola NACA 0015, kemudian diberi lubang untuk rangka depan stainless steel dan rangka belakang alumunium, bagian sela antara triplek satu dan lainnya diberi penguat berupa triplek 3mm diikat dengan bendrat. Untuk pengikat antara ujung sudu dan penopang sudu menggunakan alumunium dengan panjang 20 cm dan direkatkan di bagian atas dan bawah sudu dengan cara diberi baut dan diikat dengan kawat. Pelapisan plat seng harus sesuai pola NACA 0015, plat seng ditekuk dan di paku dan di lem di bagian ekor sebagai pengikat. Gambar 3.12 adalah contoh desain kincir angin giromill.

(45)

Gambar 3.12 Rancangan kincir angin Giromill

3.6. VARIABEL YANG DIUKUR

Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a. Kecepatan angin (m/s)

b. Putaran poros (rpm) c. Gaya pengimbang (N)

3.7. PARAMETER YANG DIHITUNG

Untuk mendapat karakteristik yang diperoleh saat penelitian digunakanlah parameter sebagai berikut :

1. Daya angin (Pin)

2. Daya Kincir (Pout)

3. Gaya Pengimbang Torsi (T)

(46)

3.8 LANGKAH PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, dengan memakai fan blower berkapasitas 5.5 kW. Pengambilan data kecepatan angin diambil sebanyak 30 kali sebelum pengambilan data kecepatan poros dan gaya pengimbang. Gambar 3.14 menunjukan skema pengambilan data kecepatan angin dengan anemometer dan gambar 3.15 menunjukan skema pengujian

Gambar 3.13 skema pengambilan data kecepatan angin

(47)

Langkah pertama sebelum pengujian adalah pemasangan kincir angin pada penopang kincir angin, dan memasang sistem pengereman yang terletak di rangka bagian atas tiang penyangga yang terhubung pada poros utama kincir. Langkah dangkah dalam pengambilan data adalah sebagai berikut :

1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pengereman.

2. Proses pengambilan data kecepatan angin dilakukan dengan memasangkan anemometer didepan blower sejauh 2m.

3. Pengambilan data kecepatan angin dilakukan sebanyak tigapuluh kali.

4. Fan blower dihidupkan guna pengukuran kecepatan angin.

5. Matikan fan blower setelah tiga puluh kali pengambilan data kecepatan angin.

6. Posisikan kincir angin sejajar dengan fan blower dengan jarak 2 m di depan fan blower.

7. Pemasangan neraca pegas dengan tali nilon dan menghubungkan lengan dari sistem pengereman.

8. Hidupkan fan blower.

9. Pada percobaan pertama dengan empat sudu dan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm.

10. Mekanisme pengereman menggunakan karet sebagai pegas untuk pengereman dan untuk mengetahui besar torsi dinamis pada penelitian.

11. Mengukur kecepatan poros di bagian bawah kincir dengan tachometer , pengambilan data dilakukan dengan rata rata kecepatan putaran poros yang tertulis di tachometer.

12. Mengamati selama waktu yang ditentukan.

13. Mengulang kembali langkah ke 2 hingga ke 12 untuk variasi sudu yang berikutnya.

(48)

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Berikut ini adalah hasil data dari penelitian kincir angin Giromil empat sudu dan tiga sudu dengan dua variasi diameter. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1 , Tabel 4.2 , Tabel 4.3, Tabel 4.4 .

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm v = 8,332

No Putaran Poros Beban

n (rpm) f (gram)

295,1 0

298,9 0

300,8 0

291,2 100

280,2 100

280,1 100

265 310

263 310

250,6 310

244,3 410

243,6 410

237,7 410

229 480

233,7 480

233,2 480

227,7 560

228,6 560

223 560

196,9 610

197,6 610

188,7 610

188,7 740

190 740

188,2 740

117,4 860

130,7 860

108,1 860

(49)

Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm v =7,376

No Putaran Poros Beban

n (rpm) f (gram)

327,9 0

330,8 0

332,1 0

303,9 90

314,2 90

315,7 90

294,6 290

295,5 290

284,9 290

251,3 480

250,2 480

252 480

243,7 540

240,3 540

244,4 540

239,2 600

230,9 600

238,6 600

223,6 680

211,5 680

216,8 680

183,4 720

169,8 720

(50)

Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill 4 sudu diameter 50 cm v = 7,58

No Putaran Poros Beban

n (rpm) f (gram)

300 0

294,2 0

292,4 0

274,9 90

275,6 90

279,5 90

262,9 230

261,8 230

260,4 230

244,9 250

243,9 250

245 250

223,2 300

225,4 300

221,8 300

218,3 340

215,4 340

217,9 340

205,4 400

201,3 400

208,7 400

167,3 470

152 470

(51)

Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm v = 8,55

No Putaran Poros Beban

n (rpm) f (gram)

310,4 0

306,2 0

315,6 0

304,3 100

300,6 100

292 100

270,7 150

287,8 150

274,2 150

268,2 200

266,8 200

267,9 200

265,7 250

260,4 250

265 250

225,8 310

219,7 310

228 310

208 380

214 380

211,4 380

163,9 450

144,29 450

(52)

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2 b. Massa jenis udara = 1,18 kg/m3\

4.2.1 Perhitungan Torsi

Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Dari data yang diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah F = 0,98 Newton dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,1 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai berikut :

T = F . l

= (1,18) . (0,1)

= 0,10 N.m

Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,1 N.m

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir

Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.1

pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin sebesar 8,33m/s, putaran poros (n) sebesar 291,2 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.1 adalah sebesar = 0,10 N.m. Besar nilai daya kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Pout= T . ω

= 0,10 . = 0,10 .

= 2,99 watt

(53)

4.2.3 Perhitungan Tip speed ratio

Contoh perhitungan untuk tsr, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin dalam rad/s adalah sebesar 30,5rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,35 m, dan kecepatan angin sebesar 8.33m/s. Nilai Tip speed ratio() dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :



=

= 1,28 Jadi, nilai Tip speed ratio() yang diperoleh adalah 1,28

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya

Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas

yakni, besar nilai daya angin adalah 191,1 watt dan nilai dari daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar 2,99 watt. Nilai koefisien daya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Cp= x 100%

x 100%

= 1,57 %

(54)

4.3 Hasil Perhitungan

Pengujian kincir angin sumbu vertikal tipe giromill dengan sudu NACA 0015, panjang chord 15 cm, empat sudu dan tiga sudu, untuk dua variasi diameter : 50 cm dan 70 cm, yang sudah diuji ini diperoleh hasil data-data seperti berikut yang dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8.

Tabel 4.5 Perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dengan v = 8,3 m/s

Putaran

Poros Beban

Gaya Pengim-bang Beban Torsi Kecepa-tan Sudu Daya Output Kincir

tsr Koefisien

Daya

rpm g N N.m rad/s Watt λ Cp (%)

295,1 0 0,00 0,00 30,9 0,00 1,30 0,00

298,9 0 0,00 0,00 31,3 0,00 1,31 0,00

300,8 0 0,00 0,00 31,5 0,00 1,32 0,00

291,2 100 0,98 0,10 30,5 2,99 1,28 1,57

280,2 100 0,98 0,10 29,3 2,88 1,23 1,51

280,1 100 0,98 0,10 29,3 2,88 1,23 1,51

265 310 3,04 0,30 27,8 8,44 1,17 4,42

263 310 3,04 0,30 27,5 8,38 1,16 4,38

250,6 310 3,04 0,30 26,2 7,98 1,10 4,18

244,3 410 4,02 0,40 25,6 10,29 1,07 5,38

243,6 410 4,02 0,40 25,5 10,26 1,07 5,37

237,7 410 4,02 0,40 24,9 10,01 1,05 5,24

229 480 4,71 0,47 24,0 11,29 1,01 5,91

233,7 480 4,71 0,47 24,5 11,52 1,03 6,03

233,2 480 4,71 0,47 24,4 11,50 1,03 6,02

227,7 560 5,49 0,55 23,8 13,10 1,00 6,85

228,6 560 5,49 0,55 23,9 13,15 1,01 6,88

223 560 5,49 0,55 23,4 12,83 0,98 6,71

196,9 610 5,98 0,60 20,6 12,34 0,87 6,46

197,6 610 5,98 0,60 20,7 12,38 0,87 6,48

188,7 610 5,98 0,60 19,8 11,82 0,83 6,19

188,7 740 7,26 0,73 19,8 14,35 0,83 7,51

190 740 7,26 0,73 19,9 14,44 0,84 7,56

188,2 740 7,26 0,73 19,7 14,31 0,83 7,49

117,4 860 8,44 0,84 12,3 10,37 0,52 5,43

130,7 860 8,44 0,84 13,7 11,55 0,57 6,04

(55)

Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm v = 7,3 m/s

Putaran

Poros Beban

Gaya Pengimbang Beban Torsi Kecepat an Sudu Daya Output Kincir Tip speed ratio Koefi sien Daya

Rpm g N N.m rad/s

Watt λ

Cp (%)

327,9 0 0,00 0,00 34,3 0,00 1,63 0,00

330,8 0 0,00 0,00 34,6 0,00 1,64 0,00

332,1 0 0,00 0,00 34,8 0,00 1,65 0,00

303,9 90 0,88 0,09 31,8 2,81 1,51 2,12

314,2 90 0,88 0,09 32,9 2,91 1,56 2,19

315,7 90 0,88 0,09 33,1 2,92 1,57 2,20

294,6 290 2,84 0,28 30,9 8,78 1,46 6,62

295,5 290 2,84 0,28 30,9 8,80 1,47 6,64

284,9 290 2,84 0,28 29,8 8,49 1,42 6,40

251,3 480 4,71 0,47 26,3 12,39 1,25 9,35

250,2 480 4,71 0,47 26,2 12,34 1,24 9,31

252 480 4,71 0,47 26,4 12,43 1,25 9,37

243,7 540 5,30 0,53 25,5 13,52 1,21 10,20

240,3 540 5,30 0,53 25,2 13,33 1,19 10,05

244,4 540 5,30 0,53 25,6 13,56 1,21 10,23

239,2 600 5,89 0,59 25,0 14,74 1,19 11,12

230,9 600 5,89 0,59 24,2 14,23 1,15 10,73

238,6 600 5,89 0,59 25,0 14,71 1,19 11,09

223,6 680 6,67 0,67 23,4 15,62 1,11 11,78

211,5 680 6,67 0,67 22,1 14,77 1,05 11,14

216,8 680 6,67 0,67 22,7 15,14 1,08 11,42

183,4 720 7,06 0,71 19,2 13,57 0,91 10,23

169,8 720 7,06 0,71 17,8 12,56 0,84 9,47

(56)

Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi dimeter 50 cm , v = 7,5 m/s

Putaran

Poros Beban

Gaya Pengim-bang Beban Torsi Kecepatan Sudu Daya Output Kincir tsr Koefi sien Daya

Rpm g N N.m rad/s

Watt λ

Cp (%)

300 0 0,00 0,00 31,4 0,00 1,04 0,00

294,2 0 0,00 0,00 30,8 0,00 1,02 0,00

292,4 0 0,00 0,00 30,6 0,00 1,01 0,00

274,9 90 0,88 0,09 28,8 2,54 0,95 2,47

275,6 90 0,88 0,09 28,9 2,55 0,95 2,48

279,5 90 0,88 0,09 29,3 2,58 0,97 2,51

262,9 230 2,26 0,23 27,5 6,21 0,91 6,04

261,8 230 2,26 0,23 27,4 6,19 0,90 6,02

260,4 230 2,26 0,23 27,3 6,15 0,90 5,99

244,9 250 2,45 0,25 25,6 6,29 0,85 6,12

243,9 250 2,45 0,25 25,5 6,26 0,84 6,09

245 250 2,45 0,25 25,7 6,29 0,85 6,12

223,2 300 2,94 0,29 23,4 6,88 0,77 6,69

225,4 300 2,94 0,29 23,6 6,95 0,78 6,76

221,8 300 2,94 0,29 23,2 6,84 0,77 6,65

218,3 340 3,34 0,33 22,9 7,62 0,75 7,42

215,4 340 3,34 0,33 22,6 7,52 0,74 7,32

217,9 340 3,34 0,33 22,8 7,61 0,75 7,40

205,4 400 3,92 0,39 21,5 8,44 0,71 8,21

201,3 400 3,92 0,39 21,1 8,27 0,70 8,05

208,7 400 3,92 0,39 21,9 8,58 0,72 8,34

167,3 470 4,61 0,46 17,5 8,08 0,58 7,86

152 470 4,61 0,46 15,9 7,34 0,52 7,14

(57)

Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm , v = 8,5 m/s

Putaran

Poros Beban

Gaya Pengim-bang Beban Torsi Kecepa-tan Sudu Daya Output Kincir

tsr Koefisien Daya

Rpm g N N.m rad/s Watt λ Cp (%)

310,4 0 0,00 0,00 32,5 0,00 0,95 0,00

306,2 0 0,00 0,00 32,1 0,00 0,94 0,00

315,6 0 0,00 0,00 33,0 0,00 0,97 0,00

304,3 100 0,98 0,10 31,9 3,13 0,93 2,12

300,6 100 0,98 0,10 31,5 3,09 0,92 2,09

292 100 0,98 0,10 30,6 3,00 0,89 2,03

270,7 150 1,47 0,15 28,3 4,17 0,83 2,83

287,8 150 1,47 0,15 30,1 4,43 0,88 3,01

274,2 150 1,47 0,15 28,7 4,23 0,84 2,86

268,2 200 1,96 0,20 28,1 5,51 0,82 3,74

266,8 200 1,96 0,20 27,9 5,48 0,82 3,72

267,9 200 1,96 0,20 28,1 5,50 0,82 3,73

265,7 250 2,45 0,25 27,8 6,82 0,81 4,63

260,4 250 2,45 0,25 27,3 6,69 0,80 4,53

265 250 2,45 0,25 27,8 6,81 0,81 4,61

225,8 310 3,04 0,30 23,6 7,19 0,69 4,87

219,7 310 3,04 0,30 23,0 7,00 0,67 4,74

228 310 3,04 0,30 23,9 7,26 0,70 4,92

208 380 3,73 0,37 21,8 8,12 0,64 5,50

214 380 3,73 0,37 22,4 8,35 0,66 5,66

211,4 380 3,73 0,37 22,1 8,25 0,65 5,59

163,9 450 4,41 0,44 17,2 7,58 0,50 5,14

144,29 450 4,41 0,44 15,1 6,67 0,44 4,52

(58)

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya dan torsi, grafik hubungan antara putaran poros dan torsi, dan grafik hubungan antara koefisien daya dengan Tip speed ratio (λ) . Penjelasan untuk grafik hubungan diatas, lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :

4.4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm

Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,84 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 108,1 rpm.

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil empat sudu variasi diameter 70 cm

0 50 100 150 200 250 300 350

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

P u ta ra n P o ro s, n ( rp m )

(59)

4.4.2 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm

Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,71 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 150,7 rpm.

Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

)

(60)

4.4.3 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm

Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,46 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 155,8 rpm.

Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm

0 50 100 150 200 250 300 350

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

(

)

(61)

4.4.4 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm

Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,44 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 112,9 rpm.

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm

0 50 100 150 200 250 300 350

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

(

)

(62)

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm

Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan

torsi. Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm adalah 14,44 watt pada torsi sebesar 0,73 N.m.

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Poutdengan torsi kincir angin giromill empat

sudu variasi diameter 70 cm

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

D a y a O u tp u t, Po u t ( w a tt )

(63)

4.4.6 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm

Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan

torsi. Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm adalah 15,62 watt pada torsi sebesar 0,67 N.m.

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Poutdengan torsi kincir angin giromill empat

sudu variasi diameter 70 cm

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

D a y a O u tp u t, Po u t ( w a tt )

(64)

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm

Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan

torsi. Pada Gambar 4.7 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm adalah 8,58 watt pada torsi sebesar 0,39 N.m.

Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin Giromill empat

sudu variasi diameter 50 cm

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6

D a y a O u tp u t, Po u t ( w a tt )

(65)

4.4.8 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm

Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan

torsi. Pada Gambar 4.8 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang

dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm adalah 8,35 watt pada torsi sebesar 0,37 N.m.

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu

variasi diameter 50 cm

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

Torsi , T (N.m)

D a y a o u tp u t , Po u t (w a tt )

(66)

4.4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Cp dan Tip speed ratio() Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm

Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio () optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh persamaan Cp = -26,232 + 41,43 - 9,036 untuk menentukan nilai

koefisien daya maksimal dan tip speed ratio () optimal. Nilai tip speed ratio () optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut :

Cp= -26,23 2 + 41,43  - 9,036



0 = -52,46  + 41,43

= = 0,79

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio optimal, yakni sebesar 0,79

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tip speed ratio() yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut :

Cpmax = -26,23 2 + 41,43 –9,036

= -26,23(0,790)2 + 41,43(0,790) – 9,036 = 7,32 %

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 7,32%

(67)

Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya Cp dan Tip speed ratio () kincir

angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm

4.4.10 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dan Tip speed ratio (λ) Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm

Pada Gambar 4.10 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio () optimal untuk kincir angin variasi sudu polos

diperoleh persamaan Cp = -32,212 + 67,43 - 24,16 untuk menentukan nilai

koefisien daya maksimal dan tip speed ratio () optimal. Nilai tip speed ratio ()

optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut :

Cp = -32,21 2 + 67,43 –24,16



0 = -64,42 + 67,43

= = 1,046

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio ()

optimal, yakni sebesar 1,046

cp = -26,232_{+ 41,43}_{- 9,036}

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

K o e fi si e n d a y a , C p ( % )

(68)

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tip speed ratio() yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut :

Cpmax = -32,21 2 + 67,43 –24,16

= -32,21(1,046)2 + 67,43(1,046) – 24,16 = 11,13 %

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 11,13 %

Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya Cp dengan Tip speed ratio () kincir

angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm

y = -32,212_{+ 67,43}_{- 24,16}

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

(

)

(69)

4.4.11 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Cp dan Tip speed ratio (λ) Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm

Pada Gambar 4.11 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio () optimal untuk kincir angin variasi sudu polos

diperoleh persamaan Cp = -60,512 + 80,10 - 18,37 untuk menentukan nilai

koefisien daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tip speed ratio () optimal dapat

dihitung dari persamaan sebagai berikut :

Cp= -60,51 2 + 80,10 –18,37



0 = -121,02  + 80,10 

= = 0,661

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio ()

optimal, yakni sebesar 0,661

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tip speed ratio () yang

dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut :

Cp = 60,51 2_{+ 80,10}–_18,37

= -60,51(0,661)2 + 80,10 (0,661) – 18,37 = 8,13 %

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 8,13 %

(70)

Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya Cp dengan Tip speed ratio () kincir

angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm

Cp = -60,512_{+ 80,10}_{- 18,37}

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1

(

)

(71)

4.4.12 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Cp dan Tip speed ratio (λ) Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm

Pada Gambar 4.12 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tip speed ratio () optimal untuk kincir angin variasi sudu polos

diperoleh persamaan Cp = -38,922 + 46,33 - 8,163 untuk menentukan nilai

koefisien daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tip speed ratio () optimal dapat

dihitung dari persamaan sebagai berikut :

Cp = -38,92 2+ 46,33 –8,163



0 = -77,84  + 46,33 

= = 0,595

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio ( optimal, yakni sebesar 0,595

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tip speed ratio() yang dimasukan ke dalam

Cp = -38,92 2_{+ 46,33}–_8,163

= -38,92(0,595)2 + 46,33 (0,595) – 8,163 = 5,62 %

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 5,65 %

(72)

Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya Cp dengan Tip speed ratio () kincir

angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm

y = -38,922_{+ 46,33}_{- 8,163}

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1

(

)

(73)

4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm

Berikut ini adalah grafik perbandingan dari kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm, grafik perbandingan daya output

dan Torsi, koefisien daya (Cp) dan Tip speed ratio ().

4.5.1 Grafik Perbandingan Daya Output Dengan Torsi Untuk Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm

Gambar 4.13, memperlihatkan dari perbandingan antara empat variasi yang diteliti dan akhirnya diperoleh hasil yaitu, kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm mendapatkan torsi paling tinggi sebesar 0,73 N.m dan menghasilkan daya output 14,44 watt, sedangkan untuk daya output paling tinggi terjadi pada variasi tiga sudu dengan diameter 70 cm, diperoleh daya output sebesar 15,62 watt dan torsi sebesar 0,67 N.m. untuk variasi diameter 50 cm, kincir angin giromill empat sudu menghasilkan daya output sebesar 8,58 watt daan torsi sebesar 0,39 N.m, dan yang terakhir adalah kincir angin giromill tiga sudu yang menghasilkan torsi paling rendah sebesar 0,37 N.m dan menghasilkan daya output sebesar 8,35 watt.

(74)

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output dan Torsi pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm

00 02 04 06 08 10 12 14 16 18

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Poly. (sudu 4 d 70) Poly. (sudu 3 d 70) Poly. (sudu 4 d 50) Poly. (sudu 3 d 50)

Torsi (N)

(

(1)

4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm

Berikut ini adalah grafik perbandingan dari kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm, grafik perbandingan daya output

dan Torsi, koefisien daya (Cp) dan Tip speed ratio ().

4.5.1 Grafik Perbandingan Daya Output Dengan Torsi Untuk Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm

(2)

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output dan Torsi pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm

00 02 04 06 08 10 12 14 16 18

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Poly. (sudu 4 d 70) Poly. (sudu 3 d 70) Poly. (sudu 4 d 50) Poly. (sudu 3 d 50)

Torsi (N)

(

(3)

4.5.2 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Cp dengan Tip speed ratio ( )

Untuk Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm

Pada Gambar 4.14, dapat diketahui bahwa kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm memiliki koefisien daya maksimal Cpmax paling besar dibandingkan dengan variasi yang lain. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien daya maksimal Cpmax sebesar 11,13 % dan Tip speed ratio() sebesar 1,04, data diperoleh dari perhitungan pada Sub Bab 4.4.10.

Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya Cpmax dan Tip speed ratio() pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm

0 2 4 6 8 10 12 14

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

(

)

(4)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu NACA 0015 dengan panjang chord 15 cm dan variasi diameter 50 cm dan 70 cm yang sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin giromill sudu NACA 0015 dengan panjang chord 15 cm empat sudu dan tiga sudu dan variasi diameter 50 cm dan 70 cm, berbahan dasar triplek (polywood) yang dilapisi pelat seng dengan tinggi 80 cm.

2. Kecepatan putar maksimum kincir terjadi pada kincir angin giromill 3 sudu berdiameter 70 cm yaitu sebesar 332.1 rpm, sedangkan untuk kincir angin giromill 4 sudu berdiameter 70 cm, kecepatan putar maksimumnya adalah 300.8 rpm, dan untuk kincir angin giromill 4 sudu berdiameter 50 cm menghasilkan kecepatan putar maksimum 300 rpm, dan untuk kincir angin giromill 3 sudu berdiameter 50 cm menghasilkan kecepatan putar maksimum 315.6 rpm.

3. Daya output untuk kincir angin giromill 4 sudu berdiameter 70 cm adalah sebesar 14,44 watt pada torsi 0,73 N.m, dan pada kincir berdiameter 50 cm menghasilkan daya sebesar 8,58 watt pada torsi 0,39 N.m. Daya output untuk kincir angin giromill 3 sudu berdiameter 70 cm menghasilkan daya sebesar 15,62 watt pada torsi 0,67 N.m, dan pada kincir berdiameter 50 cm menghasilkan daya sebesar 8,35 watt pada torsi 0,37 N.m

4. Koefisien daya maksimum yamg dihasilkan oleh kincir angin giromill 4 sudu berdiameter 70 cm adalah sebesar 7.32% pada tip speed ratio () optimal sebesar 0.79, dan untuk kincir berdiameter 50 cm menghasilkan

(5)

koefisien daya sebesar 8.13% pada tip speed ratio () optimal sebesar 0.6. Koefisien daya maksimum yang dihasilkan oleh kincir angin giromill 3 sudu berdiameter 70 cm sebesar 11.13% pada tip speed ratio () optimal sebesar 1.04, dan untuk kincir berdiameter 50 cm menghasilkan koefisien daya sebesar 5.65% pada tip speed ratio () optimal sebesar 0.59.

5.2 Saran

Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya :

1. Persiapkan dengan matang yang menunjang penelitian dari desain dan model airfoil yang dipakai.

2. Perbanyak variasi untuk model sudu NACA

3. Pemilihan pelat seng perlu diperhatikan agar seng mampu melengkung sempurna saat di bending ke rangka NACA 0015

4. Memperhatikan pemasangan sudu harus presisi untuk penopang bawah dan atas.

5. Membuat penopang bawah, atas serta poros utama dengan bahan yang tepat dan kuat untuk menghidari kerusakan dan untuk keakuratan data pada saat penelitian

(6)

DAFTAR PUSTAKA

Desphande , Pratamesh., 2013, “Numerical Study of Giromill-Type Wind Turbines

withSymmetrical and Non-symmetrical Airfoils”, Department of Mechanical Engineering Lamar University Beaumont , Texas

Daryanto,Y., 2007, “Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga

Bayu”,Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan Energi Nasional.

El-Samanoudy ,M . Ghorab, Youssef, 2010, “Effect Of Some Design Parameters On The Performance Of A Giromill Vertical Axis Wind Turbine” , Ain Shams University

Johnson, G.L., 2006,“Wind Energy System”, Manhattan.

Kadir, A., 1995, “ Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial

Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.

Suseno , Michael., 2013, “Airfoil” Jakarta.

Sari, Eka.,2012,“Belanda Sang Negeri Kincir Angin”, http://www.1power bloger.com

Unjuk kerja model kincir angin giromill dengan sudu naca 0015 dan panjang chord 15 cm.

INTISARI

ABSTRACT

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN GIROMILL

DENGAN SUDU NACA 0015

DAN PANJANG CHORD 15 CM

SKRIPSI

THE PERFORMANCE OF GIROMILL WINDMILL MODEL

WITH BLADES NACA 0015

AND CHORD LENGTH 18 CM

FINAL PROJECT

INTISARI

ABSTRACT

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR TABEL

BAB I

PENDAHULUAN

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

=

BAB V

PENUTUP

Parts

Dokumen yang terkait

Unjuk kerja kincir angin giromill dengan sudu naca 0015 dan panjang chord 18 cm.

Unjuk kerja kincir angin jenis " WEPOWER " sudu pipa pvc dengan variasi kemiringan sudu.

Unjuk kerja kincir angin Magwind dengan variasi bentuk sudu.

Unjuk kerja model kincir angin savonius enam tingkat dengan variasi bentuk sudu.

Unjuk kerja kincir angin jenis " WEPOWER " sudu pipa pvc dengan variasi jumlah sudu.

Unjuk kerja model kincir angin savonius tiga sudu dengan sirip-sirip pengarah pada lingkar terluar kincir.

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS TIGA VARIASI UKURAN DENGAN LUAS FRONTAL 4920 CM

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS ENAM TINGKAT DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MAGWIND DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN WEPOWER DENGAN ENAM SUDU PIPA PVC DAN DENGAN BESAR SUDU BERVARIASI

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan