MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU DATAR BERSEKAT SATU RUANG YANG MEMBENTANG DAN MENGATUP OTOMATIS

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU DATAR BERSEKAT SATU RUANG YANG MEMBENTANG DAN MENGATUP OTOMATIS TUGAS AKHIR untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh gelar sarjana Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh : Stephanus Berlian Wibisono 065214056 kepada FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2010

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  VERTICAL AXIS WINDMILL MODEL WITH FOUR FLAT OUTSIDE BORDERS BLADES THAT AUTOMATICALLY OUTSTRETCHED AND CLOSED A THESIS presented as partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering Study Programme By: Stephanus Berlian Wibisono 065214056 FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

  

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  INTISARI Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mencari torsi statis, koefisien

daya dan efisiensi sistem yang dihasilkan sebuah model kincir angin poros

vertikal. Model kincir angin ini dibuat dengan empat sudu datar bersekat satu

ruang yang membentang dan mengatup otomatis terhadap kecepatan angin atau

yang disebut kincir kupu-kupu.

  Ukuran dibuat dalam tiga variasi sudu, yakni 20x24 cm, 25x24 cm dan 30x24

cm. Kemudian agar menghasilkan listrik, kincir angin dihubungkan dengan

generator. Generator diberi empat variasi beban berupa lampu pijar, yakni 8 watt,

16 watt, 24 watt, dan 32 watt. Pada setiap pembebanan dilakukan pengukuran

putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer serta tegangan dan arus

listrik yang dihasilkan diukur dengan menggunakan multimeter. Lalu dilanjutkan

mencari koefisian daya dan efisiensi sistem.

  Daya poros maksimal diperoleh pada model kincir angin dengan ukuran sudu

30x24 cm sebesar 2,38 watt. Demikian juga koefisien daya maksimal sebesar 2,17

% dan efisiensi sistem maksimal sebesar 0,33 % diperoleh pada model kincir

angin dengan kuran sudu 30x24 cm pada kecepatan angin 7,8 m/s.

  Kata kunci: kincir angin, kincir angin poros vertikal, kincir angin kupu-kupu.

  

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kehadirat Tuhan YME, atas lindungan dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.

  Dalam menyusun laporan ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan,

dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu perkenankanlah penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

  

1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. sebagai Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  

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

Universitas Sanata Dharma.

  

3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan

bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  

4. Seluruh dosen, staf laboratorium dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.

  

5. Kedua orang tua yang membiayai kuliah dan kakek nenek, yang selalu

mendukung dalam bentuk apapun.

  

6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin yang sudah membantu , yang tidak dapat

saya sebutkan satu per satu.

  7. Orang terdekat dalam hati, yang selalu mendukung dan mengingatkan saya.

  

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  

DAFTAR ISI

Halaman

  HALAMAN JUDUL ………………………………………………..…..... i HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………. iii HALAMAN PENYATAAN ……………….……………………..………. v

  INTISARI ……………………………………………….………………… vi LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................................ vii KATA PENGANTAR …………………………………………….……… viii DAFTAR ISI …………………..…………………..……………………... x DAFTAR GAMBAR ………………………………………...……...…..... xiii DAFTAR TABEL …………………………………………………...……. xvii BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Masalah ………………………………………… 1

  1.2 Perumusan Masalah ………………………………………..…… 3

  1.3 Tujuan penelitian ……………………………………………..…. 3

  1.4 Batasan masalah ………………………………………………… 4

BAB II DASAR TEORI

  2.1. Dasar turbin angin …………………………………………….…. 5

  2.4.2.4 Daya generator ………………………….……….. 13

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  2.4.5 Koefisien Daya (Cp). …………………..………………... 14

  2.4.4. Efisiensi Menyeluruh Sistem …………………………… 14

  2.4.3. Tip Speed Ratio (TSR) ………………………………..… 13

  2.4.2.3 Daya output Poros Kincir ……………………….. 12

  2.2. Desain kincir angin …………….………………………………… 5

  2.4.2.2. Torsi dinamis ……………………………………. 12

  2.4.2.1. Torsi statis ………………………………………. 12

  2.4.2. Perhitungan torsi dan daya..……………………………… 12

  2.4.1. Daya yang tersedia pada angin ………………………… 10

  2.4 Rumus perhitungan ……………………………………………… 10

  2.3 Gaya drag dan lift …………………………………………….…... 9

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ………………………………….. 16

  3.3 Variabel yang divariasikan ……………………………………… 25

  3.4 Variabel yang diukur ……………………………………………. 25

  3.5 Langkah Penelitian ……………………………………………… 27

  3.5.1. Torsi Statis …………………………………………….… 27

  3.5.2. Pengukuran Daya Listrik ………………………………… 27

  3.5.3. Torsi dinamis ……………………..……………………… 28

3.6 Pengolahan dan analisis data …………………………………. 29

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  4.1 Data Penelitian ………………………………………………....… 30

  4.1.1. Data pengukuran gaya statis yang diperoleh dari perhitungan 3 variasi ukuran sudu ……………………………..............…. 30

  4.1.2. Data pengukuran daya output yang diperoleh dari perhitungan 3 variasi ukuran sudu…………………………………….… 33

4.2 Pengolahan data dan perhitungan …..…………………………… 48

  4.2.1. Perhitungan torsi statis …...……………………………… 48

4.2.2. Perhitungan torsi dinamis …………………..…………… 49

  4.2.3. Luas penampang kincir …………………..……....……… 49 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  4.2.5. Daya poros……………….…………………..…………… 52

  4.2.6. Daya generator dan efisiensi sistem ……………………… 53

  4.2.7. Koefisien daya (Cp) ……..…………………..…………… 54

  4.2.8. Tip Speed Ratio ………….…………………..…………… 54

  4.3 Grafik Hasil Perhitungan ………………...……………………… 55

  4.4 Pembahasan ………………...…………………………………… 61

  5.1 Kesimpulan ……………………………………………………… 63

  5.2 Saran ……………………………………………………………. 64 DAFTAR PUSTAKA ……………………………….……………..……… 65 LAMPIRAN

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh kincir angin poros vertikal ……………………………… 6Gambar 2.2 Kincir angin Darrieus …………………………………………… 7Gambar 2.3 Kincir angin Savonius …………………………………………… 8Gambar 2.4 Gaya pada setiap blade …………………………..………………. 9Gambar 2.5 Gambar Betz limit ……….………………………………………. 11Gambar 2.6 Kurva hubugan Cp – TSR .………………………………………… 14Gambar 3.1 Skema kincir angin ……………………………………………... 16Gambar 3.2 Poros utama kincir ………………………………………….….. 17Gambar 3.3 Bearing 6202z……………………………………………………

  17 Gambar 3.4 Poros sudu bagian dalam ……………………………………….

  18 Gambar 3.5 Poros sudu bagian luar …………………………………………

  18 Gambar 3.6 Variasi ukuran sudu ……………………………………………

  19 Gambar 3.7 Pembatas gerak sudu (stopper)…………………………………..

  19 Gambar 3.8 Terowongan angin ………………………………………………. 20

Gambar 3.9 Fan blower ……………………………….………………….…... 20

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Gambar 3.11 Multimeter …………………………………………………… 21Gambar 3.12 Alat pengukur torsi statis………………………………….….… 22Gambar 3.13 Alat pengukur gaya …………………………………….…...… 22Gambar 3.14 Stopwatch …….……………………………………….…….… 23Gambar 3.15 Anemometer ………………………………………….…….… 23Gambar 3.16 Rangkaian beban lampu ……………………………….…….… 24Gambar 3.17 Tachometer ……………………………………..….……….… 24Gambar 3.18 Pengambilan data torsi statis ……………………….……….… 26Gambar 3.19 Pengambilan data torsi statis ……………………….……….… 26Gambar 3.20 Rangkaian alat ukur listrik ………………………….……….… 27Gambar 3.21 Alat bantu dalam pengambilan torsi dinamis…………....……… 28Gambar 4.1 Penampang kincir ………………….………………….……….… 50Gambar 4.2 Sudut kemiringan sudu 20×24 cm ………………….………….… 50Gambar 4.3 Sudut kemiringan sudu 25×24 cm ………………….………….… 51Gambar 4.2 Sudut kemiringan sudu 30×24 cm ………………….………….… 51Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi statis dengan kecepatan angin …… 55

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 8 watt……. 56Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 16 watt …... 57Gambar 4.5 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 24 watt …... 57Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 32 watt...…. 58Gambar 4.7 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin tanpa

  

beban tambahan ………………………………………………………….…….. 58

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan

  

beban tambahan 8 watt ……………………………………………………….... 59

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan

  

beban tambahan 16 watt ………………………...…………………..…………. 60

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan

  

beban tambahan 24 watt …..……………………...……………………………. 60

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara daya poros dengan kecepatan angin dengan

  

beban tambahan 32 watt ………………...…………………………………..…. 61

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 20×24 cm …… 30Tabel 4.2 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 25×24 cm …… 31Tabel 4.3 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 30×24 cm ...… 32Tabel 4.4 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 20×24 cm tanpa

  

tambahan beban ……………………………………………………………… 33

Tabel 4.5 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 20×24 cm beban 8 watt

  

……………………………………………………………………………..… 34

Tabel 4.6 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 20×24 cm beban 16 watt ………………………………………………………………………….

  35 Tabel 4.7 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 20×24 cm beban 24 watt ………………………………………………………………………….

  36 Tabel 4.8 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 20×24 cm beban 32 watt ………………………………………………………………………….

  37 Tabel 4.9 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 25×24 cm tanpa tambahan beban …………………………………………………………

  38 Tabel 4.10 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 25×24 cm beban 8 watt ………………………………………………………………….………

  39 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Tabel 4.11 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 25×24 cm beban 16 watt

  ………………………………………………………………….………

  40 Tabel 4.12 Data hasil penelitian torsi din daya listrik amis sudu ukuran 25×24 cm beban 24 watt …………………………………………………….………

  41 Tabel 4.13 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 25×24 cm beban 32 watt ………………………………………………………………….………

  42 Tabel 4.14 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 30×24 cm tanpa tambahan beban …………………………………………………………….

  43 Tabel 4.15 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 30×24 cm beban 8 watt ………………………………………………………………….……..

  44 Tabel 4.16 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 30×24 cm beban 16 watt ………………………………………………………………….……..

  45 Tabel 4.17 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 30×24 cm beban 24 watt ………………………………………………………………….……..

  46 Tabel 4.18 Data hasil penelitian daya listrik sudu ukuran 30×24 cm beban 32 watt ………………………………………………………………….……..

  47 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

  Krisis energi global yang terjadi, menyebabkan pemerintah Indonesia mau

tidak mau mengantisipasinya dengan mengeluarkan kebijakan penghematan sumber

daya energi, dan sumber energi lain yang menggunakan sumber daya alam tak

terbarukan (minyak bumi, gas alam, dan batubara). Peraturan pemerintah

menegaskan akan pentingnya penghematan energi listrik untuk mengurangi

kebutuhan pasokan energi listrik. Tak bisa dipungkiri bahwa kebutuhan energi listrik

merupakan faktor vital dalam keberlangsungan hidup manusia saat ini. Hampir

seluruh peralatan kebutuhan hidup manusia ditunjang dengan peralatan elektronik.

  

Pasokan daya listrik relatif konstan menjadi tidak mencukupi, seiring dengan

kebutuhan manusia yang meningkat dalam menggunakan peralatan listrik untuk

menunjang kehidupannya sehari-hari.

  Sebagian besar energi yang digunakan di Indonesia adalah berbahan bakar fosil

yang berbentuk minyak bumi, gas bumi, dan batubara. Dapat disimpulkan bahwa

ketergantungan manusia terhadap bahan bakar fosil secara terus menerus setidaknya

akan mendapatkan beberapa ancaman serius, seperti :

  2

  1. Polusi gas rumah kaca (terutama CO ) akibat pembakaran bahan bakar fosil, 2. kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang lebih

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  3. menipisnya cadangan minyak bumi. Kadar CO 2 saat ini memiliki kandungan tertinggi dan efek buruk terhadap

pemanasan global. Hal ini menimbulkan ancaman serius terhadap mahkluk hidup di

muka bumi. Ditambah lagi efek dari Peraturan Presiden nomor 71 tahun 2006 atas

penugasan terhadap PLN untuk membuat pembangkit listrik tenaga batubara.

  sebanyak

  Menurut data yang diperoleh, sembilan miliar ton gas CO 2 (karbon

dioksida) yang dihasilkan oleh pembakaran batubara di pabrik dan pembangkit listrik

di dunia, telah mencemari atmosfir setiap tahunnya. Angka itu diperoleh dengan

mempertimbangkan asumsi konsumsi batubara di dunia 5,3 miliar ton per tahun,

yang 75 persen diantaranya untuk kebutuhan pembangkit listrik, itulah yang

dikatakan oleh Dr Armi Susanti MT (Antara news,2007). Untuk wilayah Asia,

termasuk China dan India menggunakan batubara sekitar 1,7 miliar ton per tahunnya

dan diperkirakan meningkat menjadi 2,7 miliar ton di tahun 2025. Oleh karena itu,

diperlukan pengembangan teknologi pembangkit listrik yang ramah lingkungan.

  Indonesia sebagai negara kepulauan mempunyai garis pantai yang sangat

panjang. Sebagian besar daerah pantai Indonesia mempunyai potensi angin yang

cukup baik untuk digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. Cara pemanfaatan

potensi angin ini adalah dengan membuat kincir angin yang mengkonversikan energi

kinetik yang digerakkan oleh angin menjadi energi listrik yang dihasilkan oleh

generator.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  1.2.Perumusan Masalah Pada penelitian ini akan dibuat model kincir angin poros vertikal dengan empat

sudu datar yang membentang, dan di desain mengatup otomatis dengan sekat pinggir

seperti sayap kupu – kupu. Pembuatan kincir angin dengan modifikasi pada sudu

yang bisa bergerak buka tutup dengan sudut yang ditentukan memberi kemungkinan

untuk menambah torsi yang akan dihasilkan. Unjuk kerja kincir angin poros vertikal

ini akan ditunjukkan oleh daya generator, daya poros, dan torsi yang dapat

dihasilkan.

  1.3.Tujuan Penelitian Dari penelitian yang dilakukan memiliki tujuan sebagai berikut :

  

a. membuat model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar yang

membentang dan mengatup otomatis dengan sekat pinggir,

b. mengetahui torsi statis, daya pada poros kincir, dan daya yang dihasilkan oleh

generator poros vertical dengan empat sudu datar yang membentang dan mengatup otomatis dengan sekat pinggir,

  

c. mengetahui koefisien daya kincir angin terhadap tip speed ratio dan efisiensi

sistem.

  Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat :

a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga kincir angin,

  

b. hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat

prototipe dan produk teknologi kincir angin poros vertikal yang dapat diterima

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

c. mengurangi penggunaan sumber daya alam tak terbaharukan dan menciptakan

teknologi pembangkit listrik yang ramah lingkungan.

1.4.Batasan Masalah

  Penelitian ini juga mempunyai batasan masalah, yaitu :

  

a. Sudu menggunakan 3 variasi ukuran 24 cm x 20 cm, 24 cm x 25 cm, dan 24 cm

x 30 cm, b. menggunakan 5 variasi kecepatan angin dari 8 m/s sampai 6 m/s,

  

c. menggunakan beban lampu pijar yang dimulai dari 8 watt sampai dengan 32

watt.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

BAB II DASAR TEORI

  2.1. Dasar Turbin Angin Pada dasarnya kincir angin merupakan mesin yang berfungsi untuk membantu

kegiatan pertanian seperti menumbuk biji-bijian dan juga memompa air untuk

mengairi sawah. Seiring dengan berkembangnya jaman, diciptakanlah kincir angin

modern yang bisa menghasilkan listrik, yang kemudian disebut turbin angin.

  Kincir angin dapat berputar karena memiliki sumbu putar. Berdasarkan sumbu

putarnya, kincir angin didesain dalam dua tipe besar yakni turbin dengan sumbu

putar horizontal dan turbin dengan sumbu putar vertikal. Turbin sumbu horizontal

biasanya sumbunya diarahkan pada arah angin, sedangkan turbin sumbu vertikal

tidak perlu diarahkan sesuai arah angin (Wikipedia Indonesia,2010).

  Prinsip kerja dari kincir angin ini sangat sederhana sekali, kincir akan berputar

oleh angin dan akhirnya menggerakkan turbin. Turbin yang dirancang khusus untuk

berputar akan menjalankan generator listrik, kemudian listrik yang dihasilkan

didistribusikan ke gardu-gardu listrik melalui kabel sebelum didistribusikan ke

rumah-rumah atau bangunan yang membutuhkan.

  2.2 Desain Kincir Angin Kincir angin poros vertikal ini memiliki poros utama yang disusun tegak lurus.

  

Umumnya posisi sudu terpasang pada poros tersebut dan dapat dimodifikasi untuk

mendapatkan output yang besar. Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. Kincir angin poros vertikal ini

mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah.

Gambar 2.1. contoh kincir angin poros vertikal

  (Stephen Mower,2009) Besarnya sudu yang dibuat berpengaruh terhadap tangkapan angin yang

diterima oleh sudu tersebut. Energi angin yang datang langsung ditangkap oleh sudu

dan menimbulkan gaya hambat (drag) yang akan mendorong dan memaksa poros

untuk berputar. Semakin besar luas permukaan sudu tentunya semakin luas

tangkapan angin dan semakin besar gaya hambat yang didapat sehingga berpengaruh

terhadap output dari kincir tersebut. Setelah poros berputar, secara otomatis

menggerakkan generator yang tersambung oleh belt pada ujung poros. Dari sinilah

listrik itu dihasilkan.

  Biasanya kincir angin poros vertikal meletakkan generator di permukaan

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

menara. Untuk pemasangan secara utuh bisa dipasang di permukaan tanah bahkan di

puncak bangunan, tentunya disesuaikan dengan desain kincir terhadap kecepatan

angin.

  Pada dasarnya kincir angin poros vertikal dibagi menjadi dua jenis yaitu: Savonius dan Darrieus.

  1. Kincir angin Darrieus Kincir angin darrieus mulai diperkenalkan di Perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah

tegak yang berputar ke dalam dan ke luar dari arah angin.

Gambar 2.2 Kincir Darrieus

  (Stephen Mower,2009)

  2. Kincir angin Savonius Kincir ini diciptakan pertama kalinya di negara Finlandia dan berbentuk-S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar.

Gambar 2.3 Kincir Savonius (Stephen Mower,2009)

  Keuntungan dari kincir angin poros vertikal :

  1. Kincir angin dapat menerima angin dari segala arah, 2. tidak perlu struktur menara yang besar untuk mendirikan kincir angin, 3. bekerja pada rpm rendah,

4. kincir angin sumbu vertikal biasanya memiliki tips speed ratio

  (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga kemungkinan rusak sangat kecil saat angin berhembus kencang. Kekurangan dari kincir angin poros vertikal :

  1. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinnggian yang rendah, sehingga yang tersedia energi angin yang seidikit, 2. kebanyakan kincir angin sumbu vertikal mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar, 3. sudu yang mengambil energi angin disebut downwind, sedangkan sudu yang melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini yang dapat

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

2.3 Gaya Drag dan Lift

  

Secara umum gaya drag tercipta dari gaya hambat (yang terkadang disebut

hambatan fluida atau seretan) yang menghambat pergerakan sebuah benda padat

melalui sebuah fluida (cairan atau gas). Bentuk gaya hambat yang paling umum

tersusun dari sejumlah gaya gesek, yang bertindak sejajar dengan permukaan benda,

plus gaya tekanan, yang bertindak dalam arah tegak lurus dengan permukaan benda.

Gambar 2.4 Gaya pada setiap blade

  

(Chua,2002)

Sedangkan gaya lift sangat akrab didengar pada pada teknologi pesawat

terbang. Karena gaya lift memiliki arti gaya angkat terhadap permukaan benda yang

mengacu pada hukum Newton III aksi dan reaksi. Dalam pesawat terbang, gaya lift

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

udara di atas permukaan lebih kecil dari bagian bawah yang akhirnya menimbulkan

reaksi yaitu gaya angkat (lift). Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan

dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan di atas permukaan sayap.

  Dengan nilai TSR yang tinggi seperti itu, baling-baling akan

”memotong”melalui angin dengan sudut serang (angle of attack) yang kecil.

  

Resultan gaya angkat (lift) akan membantu perputaran baling-baling sedangkan gaya

seret (drag) akan melawan perputaran dari baling-baling itu. Ketika gaya angkat nol

pada sisi kiri (0 derajat) dan sisi kanan (180 derajat) dimana baling-baling simetris

bergerak pararel menuju arah angin, torsi berubah menjadi negatif disekitar posisi

ini. Mendekati posisi depan (90 derajat) dan posisi dibelakang (270 derajat),

komponen dari gaya angkat (lift) lebih besar dibandingkan gaya seret (drag)

sehingga menghasilkan torsi. Torsi total per satu putaran akan bernilai positif jika

baling-baling diposisikan pada tempat yang tepat sehingga rotor akan berputar pada

arah yang benar.

2.4 Rumus Perhitungan

2.4.1 Daya angin

  Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik : (1)

= 0,5 m. v

(Alexander San Lohat,2008) yang dalam hal ini :

m = massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg)

m = ρAv (2)

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  Energi kinetik angin per satuan waktu : = 0,5 (ρAv)v , diubah menjadi : = 0,5 ∙ ∙ ∙ (3) yang dalam hal ini :

  = daya angin (watt) = massa jenis udara (kg/m ) = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir (m ) Diasumsikan massa jenis udara ρ = 1,2 kg/ maka persamaan (3) di atas dapat disederhanakan menjadi : = 0,6 • • (4)

  Umumnya daya efektif yang dapat diperoleh oleh sebuah kincir angin poros

vertikal hanya sebesar 59,3%. Angka ini disebut batas Betz (Betz limit, atas nama

ilmuwan Jerman Albert Betz). Angka ini secara teori menunjukkan efisiensi

maksimum yang dapat dicapai oleh rotor kincir angin tipe sumbu vertikal.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya

  2.4.2.1 Torsi Statis Torsi statis dapat dihitung dengan menggunakan rumus : ∙ (5)

  = yang dalam hal ini : = gaya pada poros akibat puntiran (N) = jarak lengan ke poros (m).

  2.4.2.2 Torsi Dinamis Torsi dinamis data dihitung dengan menggunakan rumus :

   = F ∙ r (6) yang dalam hal ini : = torsi yang dihasilkan dari putaran poros (N. m)

  = gaya pada poros akibat puntiran (N) = jarak lengan ke poros (m).

  2.4.2.3 Daya Output Poros Perhitungan daya pada gerak melingkar secara umum dirumuskan :

   = ∙ (7) yang dalam hal ini : = torsi dinamis (N. m)

  = kecepatan sudut ( rad/detik).

Untuk perhitungan daya output pada kincir angin dapat dinyatakan dengan :

= T ∙ ω

  = (8) yang dalam hal ini : = daya putar poros (watt)

  = banyaknya putaran poros tiap menit (rpm)

  

Daya yang dihasilkan oleh generator dapat dihitung dengan rumus :

= V ∙ I (9) yang dalam hal ini : = daya generator (watt)

  = tegangan (volt) = arus (ampere)

  Tip Speed Ratio adalah perbandingan dari kecepatan ujung sudu yang berputar dengan kecepatan dari aliran udara. Dapat diketahui dengan rumus :

   TSR = (10) yang dalam hal ini : TSR =

  = jari − jari kincir (m) = kecepatan aliran angin (m/s) = putaran poros (rpm) Tip speed ratio mempengaruhi besaran koefisien daya. Hubungan ini

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

2.4.2.4 Daya Generator

2.4.3 Tip Speed Ratio

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  

1. Koefisien daya bergantung pada perbandingan ujung sudu.

  2. Ditandai dengan kurva Cp berbanding dengan perbandingan kecepatan ujung sudu – Tip Speed Ratio.

Gambar 2.6 Kurva hubugan Cp – TSR

  (Practical action,2008)

  2.4.4 Efisiensi Sistem Efisiensi sistem dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh

generator ( ) dengan daya yang dihasilkan oleh angin ( ), sehingga dapat

dituliskan sebagai berikut :

  = • 100 % (11) yang dalam hal ini : = e isiensi sistem (%) = daya generator (watt)

  = daya angin (watt)

  2.4.5 Koefisien Daya Perhitungan koefisien daya (Cp) pada kincir angin dapat dihitung berdasarkan

  

yang disediakan oleh angin ( ), sehingga dapat dituliskan rumusnya sebagai

berikut : = • 100% (12) yang dalam hal ini :

  = koe isien daya kincir (%) = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt) = daya angin (watt)

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.