Unjuk kerja kincir angin model american multi-blade tiga belas sudu dari bahan aluminium dengan tiga variasi pitch angle.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Perkembangan teknologi dan industri yang semakin pesat membuat
kebutuhan akan energi sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga
masyarakat di negara maju dan negara berkembang. Penggunaan energi terus
bertambah karena kebutuhan masyarakat yang terus meningkat tidak dapat
diimbangi dengan pasokan sumber energi yang sudah ada. Kincir angin adalah
sebuah alat yang dirancang agar mampu memanfaatkan energi kinetik angin
kemudian mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi mekanik. Penelitian
ini ditujukan untuk mendapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal dari model
kincir angin American Multi-Blade dengan tiga variasi pitch angle.
Model kincir angin yang digunakan dalam penelitian ini memiliki 13 sudu
berbahan dasar aluminium berdiameter 80 cm. Penelitian ini dilakukan untuk tiga
variasi pitch angle sudu yakni: 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin diuji dengan
menggunakan wind tunnel. Alat - alat ukur dalam pengujian, antara lain :
tachometer berfungsi untuk mengukur putaran kincir, anemometer berfungsi
untuk mengukur kecepatan angin dan neraca pegas mengukur beban pengimbang
yang diberikan pada kincir angin.
Dari data perhitungan didapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal pada
setiap variasi. Model kincir angin dengan pitch angle 10o menghasilkan Cp
maksimal 5,11% pada tsr optimal 0,8. Model kincir angin dengan pitch angle 20o
memberikan Cp maksimal 13,96% pada tsr optimal 1,02. Model kincir angin
dengan pitch angle 30o menghasilkan Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Dengan demikian model kincir angin terbaik adalah model kincir angin yang
memiliki pitch angle 30o dengan nilai Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Kata kunci : American multi-blade, Cp maksimal, tsr optimal.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
UNJUK KERJA
A KINCIR ANGIN MODEL AMERIC
AMERICAN MULTIBLADE TIGA
GA BELAS SUDU DARI BAHAN ALU
LUMINIUM
DENGA
ENGAN TIGA VARIASI PICTH ANGLE
GLE
SKRIPSI
Diajuk
ajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
atan
men
encapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin
n
Diajukan oleh :
DIMAS CHRISTIAN NUGROHO
NIM : 115214034
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
P
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
FA
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
U
YOGYAKARTA
2015
i
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
THE PERFORMANCE OF THIRTEEN BLADES AMERICAN
MULTI-BLADE WINDMILL MADE FROM ALUMINIUM
WITH THREE PITCH ANGLE VARIATIONS
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfilment of the requirement
as to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by :
DIMAS CHRISTIAN NUGROHO
115214034
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
ii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
INTISARI
Perkembangan teknologi dan industri yang semakin pesat membuat
kebutuhan akan energi sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga
masyarakat di negara maju dan negara berkembang. Penggunaan energi terus
bertambah karena kebutuhan masyarakat yang terus meningkat tidak dapat
diimbangi dengan pasokan sumber energi yang sudah ada. Kincir angin adalah
sebuah alat yang dirancang agar mampu memanfaatkan energi kinetik angin
kemudian mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi mekanik. Penelitian
ini ditujukan untuk mendapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal dari model
kincir angin American Multi-Blade dengan tiga variasi pitch angle.
Model kincir angin yang digunakan dalam penelitian ini memiliki 13 sudu
berbahan dasar aluminium berdiameter 80 cm. Penelitian ini dilakukan untuk tiga
variasi pitch angle sudu yakni: 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin diuji dengan
menggunakan wind tunnel. Alat - alat ukur dalam pengujian, antara lain :
tachometer berfungsi untuk mengukur putaran kincir, anemometer berfungsi
untuk mengukur kecepatan angin dan neraca pegas mengukur beban pengimbang
yang diberikan pada kincir angin.
Dari data perhitungan didapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal pada
setiap variasi. Model kincir angin dengan pitch angle 10o menghasilkan Cp
maksimal 5,11% pada tsr optimal 0,8. Model kincir angin dengan pitch angle 20o
memberikan Cp maksimal 13,96% pada tsr optimal 1,02. Model kincir angin
dengan pitch angle 30o menghasilkan Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Dengan demikian model kincir angin terbaik adalah model kincir angin yang
memiliki pitch angle 30o dengan nilai Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Kata kunci : American multi-blade, Cp maksimal, tsr optimal.
vii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala
kemudahan dan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan
Skripsi ini. Penulisan Skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mencapai gelar sarjana S-1 pada program studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan,
arahan dan dorongan dari banyak pihak. Dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Yohanes Suyono dan Catharina Karsini selaku orang tua dari penulis, Regina
Fika, Stephanus Kresna dan Agatha Ria selaku saudara dari penulis yang telah
memberi dukungan dari berbagai aspek selama menyelesaikan penulisan
Skripsi ini.
6. Seluruh Dosen dan Staf Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada
penulis.
viii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................................i
TITLE PAGE .............................................................................................................ii
LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................................iii
LEMBAR PERNYATAAN.......................................................................................v
INTISARI ..................................................................................................................vii
KATA PENGANTAR ...............................................................................................viii
DAFTAR ISI..............................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................xiii
DAFTAR TABEL......................................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN..........................................................................................1
1.1. Latar Belakang Masalah ...............................................................................1
1.2. Rumusan Masalah .........................................................................................2
1.3. Tujuan Penelitian ..........................................................................................3
1.4. Manfaat Penelitian ........................................................................................3
1.5. Batasan Masalah ...........................................................................................3
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................5
2.1 Konsep Dasar Angin ................................................................................5
2.2 Pengertian Kincir Angin ..........................................................................5
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ....................................................6
2.2.2 Jenis Kincir Angin Poros Horisontal ...........................................7
2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal ........................................................8
2.2.4 Jenis Kincir Angin Poros Vertikal ...............................................9
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr .............................................. 11
2.4 Rumus Perhitungan ................................................................................. 11
2.4.1 Energi Kinetik ..............................................................................11
2.4.2 Daya Angin..................................................................................12
2.4.3 Torsi.............................................................................................13
x
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.4.4 Daya Kincir Angin ......................................................................13
2.4.5 Tip Speed Ratio............................................................................14
2.4.6 Koefisien Daya (Cp) ....................................................................15
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................... 16
3.1 Tempat Penelitian ....................................................................................16
3.2 Metode Penelitian ....................................................................................16
3.3 Peralatan Pengujian..................................................................................17
3.4 Langkah Pembuatan Kincir Angin...........................................................19
3.5 Prosedur Penelitian ..................................................................................21
3.6 Variabel yang Diukur...............................................................................23
3.7 Variabel yang Dihitung............................................................................23
3.8 Diagram Alir ............................................................................................24
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN....................................................................25
4.1 Data Hasil Percobaan ...............................................................................25
4.2 Perhitungan Data......................................................................................28
4.2.1 Perhitungan Daya Angin.................................................................28
4.2.2 Perhitungan Torsi........................................................................... 29
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir................................................................ 29
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya .......................................................... 29
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio.......................................................... 30
4.3 Data Hasil Perhitungan ............................................................................30
4.4 Grafik Hasil Perhitungan Data dan Pembahasan..................................... 34
4.5 Grafik Hubungan Antara Cp dan tsr Dari Tiga Variasi Pitch Angle........ 41
BAB V PENUTUP.................................................................................................... 42
5.1 Kesimpulan.............................................................................................. 42
5.2 Saran........................................................................................................ 42
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................44
xi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Kincir angin Propeler ......................................................................... 7
Gambar 2.2 Kincir angin American multi-blade.................................................... 8
Gambar 2.3 Kincir angin Propeler Ducth Four Arm.............................................. 8
Gambar 2.4 Kincir angin Savonius ........................................................................ 10
Gambar 2.5 Kincir angin Darrieus......................................................................... 10
Gambar 2.6 Grafik hubungan antara Cp dan tsr dari beberapa jenis kincir ............ 11
Gambar 3.1 Terowngan angin................................................................................ 17
Gambar 3.2 Fan blower ......................................................................................... 18
Gambar 3.3 Anemometer....................................................................................... 18
Gambar 3.4 Takometer .......................................................................................... 18
Gambar 3.5 Neraca pegas ...................................................................................... 19
Gambar 3.6 Sistem pengereman ............................................................................ 19
Gambar 3.7 Sudu kincir angin ............................................................................... 20
Gambar 3.8 Mesin penekuk plat ............................................................................ 21
Gambar 3.9 Kincir angin yang diuji dalam penelitian ........................................... 21
Gambar 4.10 Skema pengujian .............................................................................. 22
Gambar 4.11 Diagram alir ..................................................................................... 24
Gambar 4.12 Grafik hubungan antara Putaran kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 10o pada kecepatan angin rerata 8,58 m/s ........... 34
Gambar 4.13 Grafik hubungan antara Daya Kincir (Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 10o pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s ........... 35
Gambar 4.14 Grafik hubungan antara Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 10o ..................................................... 36
xii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 4.15 Grafik hubungan antara Putaran Kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 20o pada kecepatan angin rerata 8,58 m/s ........... 37
Gambar 4.16 Grafik hubungan antara Daya kincir ( Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 20o pada kecepatan angin rerata 8,58 m/s ........... 37
Gambar 4.17 Grafik hubungan antara Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 20o ....................................................... 38
Gambar 4.18 Grafik hubungan antara Putaran Kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 30o pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s .......... 39
Gambar 4.19 Grafik hubungan antara Daya kincir (Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 30o pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s ........... 40
Gambar 4.20 Grafik hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 30o ....................................................... 40
Gambar 4.21 Grafik gabungan Koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr)
dengan variasi pitch angle 10o, 20o, dan 30o ................................... 41
xiii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR TABEL
Hal
Table 4.1 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle10o.................................. 25
Table 4.2 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 20o ................................. 26
Table 4.3 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 30o ................................. 27
Tabel 4.4 Tabel pendukung perhitungan................................................................ 28
Tabel 4.5 Data perhitungan kincir angin pitch angle 10o....................................... 31
Tabel 4.6 Data perhitungan kincir angin pitch angle 20o....................................... 32
Tabel 4.7 Data perhitungan kincir angin pitch angle 30o ...................................... 33
xiv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan teknologi dan industri yang semakin pesat membuat
kebutuhan akan energi sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga
masyarakat di negara maju dan negara berkembang. Penggunaan energi terus
bertambah karena kebutuhan masyarakat yang terus meningkat tidak dapat
diimbangi dengan pasokan sumber energi yang sudah ada. Sumber energi yang
banyak digunakan sekarang ini merupakan sumber energi yang berasal dari fosil
Kebutuhan akan energi fosil menjadi semakin besar, penggunaan energi fosil
secara terus menerus menyebabkan semakin menipisnya pasokan sumber
energi fosil yang telah ada. Menurut Kementerian Energi dan Sumber Daya
Mineral Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi
(EBTKE), sumber daya energi di Indonesia dan dunia semakin menipis, dimana
energi menjadi semakin langka dan semakin mahal dengan pertumbuhan
konsumsi energi rata-rata 7% setahun. Dalam ilmu Energi Terbarukan muncul
adanya ide untuk dapat menghasilkan energi alternatif yang tidak habis untuk
pemanfaatan dalam skala besar.
Indonesia memiliki banyak sumber energi alternatif salah satu contohnya
energi angin. Angin akan lebih mudah untuk didapatkan karena letak geografis
Indonesia sebagai negara kepulauan yang memiliki garis pantai sangat panjang,
sehingga membuat wilayah – wilayah di Indonesia memiliki pontensi yang besar
untuk mengembangkan pemanfaatan sumber energi angin. Energi angin sudah
1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2
tersedia di alam dan tidak akan habis dimanfaatkan untuk dikonversi menjadi
energi listrik. Untuk mendapatkan energi listrik maka diperlukan sebuah alat
yang. Alat yang digunakan untuk menunjang terjadinya energi terbarukan dari
alam terutama angin adalah kincir angin. Pada pengujian untuk bahan tugas akhir
ini penulis mengambil topik tentang kincir angin model American multi-blade
dengan bahan aluminium sebagai sudu dan tutup pipa paralon sebagai hub. Kincir
angin jenis ini banyak digunakan karena mampu berputar pada kecepatan angin
yang rendah. Untuk mendapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal jumlah sudu
yang digunakan 13 dengan variasi kemiringan sudut atau pitch angle sudu 10o, 20o
dan 30o.
1.2
Rumusan masalah
Dari uraian latar belakang diatas ada beberapa masalah yang akan diteliti
dalam Skripsi ini adalah :
1. Kebutuhan masyarakat terhadap energi yang semakin pesat seiring
berkembangnya teknologi dan industri.
2. Indonesia merupakan daerah yang memiliki potensi besar untuk
mengembangkan pemanfaatan sumber daya tenaga angin, tetapi belum
dikembangkan secara optimal.
3. Perlu diketahui nilai- nilai Cp dan tsr untuk beberapa pitch angle sudu
kincir angin.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
1.3
3
Tujuan Penelitian
Dari penelitian kincir angin ada beberapa tujuan diantaranya :
1. Merancang dan membuat model kincir angin American multi-blade
dengan jumlah sudu 13 dari bahan aluminium.
2. Mengetahui nilai koefisien daya (Cp) dan tips speed ratio (tsr) untuk
tiga variasi pitch angle sudu, yakni : 10o, 20o dan 30o.
3. Mendapatkan nilai Cp dan tsr terbaik dari salah satu variasi pitch angle
sudu model kincir angin yang diteliti.
1.4
Manfaat Penelitian
Dalam pengujian kincir angin ini ada beberapa manfaat yang akan didapat,
diantaranya :
1. Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan sumber energi dari
alam (tenaga angin).
2. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir
angin American multi-blade dengan bahan aluminium.
3. Mengetahui unjuk kerja kincir angin model American multi-blade
untuk dijadikan referensi bagi masyarakat yang membutuhkan.
1.5
Batasan Masalah
Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai
berikut :
1. Kincir angin yang digunakan adalah model American multi-blade
berbahan dasar aluminium dengan jumlah sudu 13 berdiameter 80 cm.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4
2. Variasi pitch angle sudu model kincir angin yang diteliti adalah 10o,
20o dan 30o.
3. Nilai Cp maksimal dan tsr optimal untuk setiap variasi pitch angle sudu
10o, 20o dan 30o.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Angin
Sejak dahulu, energi angin telah banyak dimanfaatkan oleh manusia. Bangsa
eropa sejak sembilan ratus tahun yang lalu telah memanfaatkan energi angin untuk
menggerakan kapal – kapal layar. Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin
merupakan udara yang bergerak secara horisontal melintasi permukaan bumi.
Angin muncul dikarenakan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan udara
disuatu kawasan. Semua jenis angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi
ke tempat bertekanan rendah.
Pada dasarnya angin bertiup di semua daerah di permukaan bumi, baik
didaerah pegunungan, pantai, lembah, dan bukit. Beberapa contoh daerah yang
memiliki kecepatan angin yang cukup tinggi antara lain seperti daerah lepas
pantai, padang pasir dan padang rumput.
2.2 Pengertian Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang dirancang agar mampu memanfaatkan
energi kinetik angin kemudian mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi
mekanik. Dari proses itu memberikan kemudahan berbagai kegiatan manusia yang
memerlukan tenaga besar seperti, memompa air untuk mengairi sawah atau
menggiling biji-bijian. Kincir angin banyak ditemukan di eropa dan amerika utara.
Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut arah porosnya,
yaitu : kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
5
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir Angin Poros Horisontal adalah kincir angin yang memiliki poros
rotor sejajar dengan permukaan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah
angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua,
kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang
bekerja pada sudu kincir. Kincir angin poros horisontal memiliki beberapa
kelebihan dan kekurangan.
Beberapa kelebihan kincir angin poros horisontal
yang dimiliki,
dibandingkan dengan kincir angin poros vertikal:
1. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada
diatas menara.
2. Menara yang tinggi memungkinkan turbin mendapatkan angin yang smooth
dan kuat.
3. Dapat ditempatkan pada landasan yang tidak datar.
Walaupun memiliki beberapa kelebihan, namun kincir angin poros
horisontal juga memiliki beberapa kekurangan. Kekurangan yang dimiliki oleh
kincir angin poros horisontal, antara lain:
1. Menara yang tinggi serta ukuran sudu panjang, membuat kincir jenis ini sulit
untuk diangkut dan juga memerlukan biaya yang lebih besar untuk
pemasanganya.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin
(sirip penggerak atau sensor elektrik).
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
7
3. Ketinggian turbin dapat membahayakan keamanan pesawat yang terbang
rendah.
2.2.2 Jenis kincir angin poros horisontal
Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang sudah umum dikenal dan
banyak dikembangkan, seperti berikut :
1.
Kincir Angin Propeler
Kincir angin jenis ini biasanya memiliki jumlah sudu 3 atau lebih.
Digunakan dalam pembangkit listrik skala besar. Seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1 kincir angin Propeler
(Sumber : zmpulungan.wordpress.com, diakses 24 Februari 2015)
2. Kincir Angin American multi-blade
Kincir angin jenis ini merupakan kincir angin dengan jumlah sudu banyak,
biasanya jumlah sudunya memenuhi 1 lingkaran penuh. Dapat berputar pada
kecepatan angin yang relatif rendah. Kincir jenis ini ditunjukkan pada Gambar 2.2
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
8
Gambar 2.2 Kincir Angin American multi-blade
(Sumber : news.okezone.com, diakses 20 Februari 2015)
3. Kincir angin Propeler Dutch four arm
Kincir angin jenis ini merupakan kincir angin yang biasanya ditemukan di
daratan Belanda sebagai pembangkit listrik. Seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.3
Gambar 2.3 Kincir Angin Propeler Ducth Four Arm
(sumber : www. pd4pic.com, diakses 27 Maret 2015)
2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbin (VAWT)
adalah salah satu kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah
angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin
dari segala arah.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9
Ada beberapa kelebihan kincir angin poros vertikal yang dimiliki jika
dibandingkan dengan kincir angin poros horisontal. Kelebihan yang dimiliki
kincir angin poros vertikal, antara lain:
1. Tidak membutuhkan struktur menara yang tinggi.
2. Bila ada kerusakan pada sudu kincir lebih mudah diperbaiki.
3. Dapat menerima angin dari segala arah.
Meskipun memiliki banyak kelebihan, kincir angin poros vertikal juga
memiliki kekurangan. Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal,
seperti berikut:
1. Tinggi dan swept area lebih terbatas dibandingkan dengan poros horisontal.
2. Memerlukan permukaan yang relatif datar sehingga tidak cocok didirikan di
tempat- tempat yang terlalu curam.
3. Karena umumnya dipasang dekat dengan permukaan tanah, kualitas angin
yang diterima kurang bagus.
2.2.4 Jenis kincir angin poros vertikal
Berikut ini adalah beberapa contoh jenis kincir angin poros vertikal yang
secara umum sudah dikenal dan banyak dikembangkan oleh masyarakat, seperti
berikut :
1. Kincir Angin Savonius.
Kincir angin jenis ini merupakan salah satu kincir angin poros vertikal yang
banyak diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin jenis ini dapat digunakan di
daerah yang memiliki arah angin yang berubah-ubah. seperti pada Gambar 2.4.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
10
Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius
(Sumber : Gary L Jonhson wind energy systems)
2. Kincir Angin Darrieus.
Kincir angin jenis ini dapat menerima angin dari berbagai arah, tetapi lambat
untuk putaran awal. Kincir jenis ini, biasanya digabungkan dengan kincir angin
savonius karena putan awal yang berat. Kincir jenis ini dapat dilihat pada Gambar
2.5.
Gambar 2.5 Kincir Angin Darieus
(Sumber : www.indoenergi.com, diakses 28 Maret 2015)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
11
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr
Menurut Albert Betz ilmuan Jerman, koefisien daya maksimal dari kincir
angin adalah sebesar 59%. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Grafik hubungan antara Cp dengan tsr dari beberapa jenis kincir.
(sumber : www. intechopen .com, diakses 20 Maret 2015)
2.4 Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus – rumus yang digunakan untuk melakukan
perhitungan dan analisis data yang diperoleh dari unjuk kerja kincir angin yang
diteliti.
2.4.1 Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dihasilkan oleh suatu benda dikarenakan
adanya gerakan. Energi kinetik dipengaruhi oleh kecepatan dan massa benda,
maka dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ek = 0,5 m v2
dengan :
(1)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
12
Ek = energi kinetik (joule).
m = massa udara (kg).
v = kecepatan angin (m/s).
2.4.2 Daya Angin.
Daya angin (Pin) adalah daya yang dihasilkan oleh sudu kincir angin yang
diakibatkan oleh hembusan angin. Daya angin merupakan angin yang bergerak
persatuan waktu, sehingga dapat di tuliskan sebagai berikut:∙
Pin = 0,5 ṁ v2
(2)
dengan:
Pin = daya angin (watt).
ṁ = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).
v = kecepatan angin (m/s)
untuk mendapatkan nilai ṁ , maka dapat dirumuskan dengan:
ṁ =ρAv
(3)
dengan:
= massa jenis udara (kg/m3).
A = luas penampang yang membentuk lingkaran (m2).
Dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat
dirumuskan menjadi:
Pin = 0,5 ( p A v ) v 2
yang dapat disederhanakan menjadi :
Pin = 0,5 p A v 3
(4)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
13
2.4.3 Torsi.
Torsi (T) merupakan hasil perkalian antara jarak lengan Torsi dengan
gaya pembebanan yang diberikan pada kincir angin. Pada penelitian ini digunakan
mekanisme pengereman, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
T=Fl
(5)
dengan:
T = Torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m).
F = gaya pengimbang akibat pembebanan (N).
l = jarak lengan Torsi ke poros (m).
2.4.4 Daya kincir angin.
Daya kincir angin (Pout) adalah daya yang dihasikan oleh kincir angin yang
dikarenakan adanya angin yang bergerak pada sudu kincir angin. Pada umumnya
dalam perhitungan untuk mendapatkan nilai daya pada gerak melingkar dapat
dituliskan sebagai berikut:
Pout = T ω
dengan :
T = Torsi (N.m).
ω = kecepatan sudut ( rad/s).
nilai kecepatan sudut (ω) didapatkan dari rumus:
ω
=
ω
=
rad/s
rad/s
(6)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
14
dengan ini untuk daya yang dihasilkan oleh kincir dapat dinyatakan dengan
Persamaan (7) yaitu:
(7)
dengan:
Pout = daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
= putaran poros (rpm).
2.4.5 Tip Speed Ratio.
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan angin. sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:
(8)
dengan:
r = jari – jari kincir (m).
= putaran poros (rpm).
v = kecepatan angin (m/s).
2.4.6 Koefisiensi Daya.
Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir (Pout) dengan daya yang dihasikan oleh angin (Pin), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
Cp=
Pout
100%
Pin
(9)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
dengan:
Cp = koefisien daya (%).
Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).
Pin = daya yang dihasilkan oleh angin (watt).
15
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Pembuatan kincir angin ini telah dilakukan di Laboratorium Konversi Energi
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma.
3.2 Metode penelitian
Dalam melakukan penelitian kincir angin ini data – data yang diperlukan
dapat diperoleh melalui 3 metode yaitu:
1. Penelitian Kepustakaan.
Penelitian kepustakaan yaitu penelitian untuk landasan teori dari
tugas akhir ini dengan cara membaca literature – literature yang
berhubungan dengan penulisan topik pengujian.
2. Pembuatan Alat.
Pembuatan alat dilakukan untuk memberikan data dalam proses
penelitian. Alat yang diteliti pada pengujian kali ini adalah kincir angin
model American multi-blade.
3. Pengamatan langsung atau secara observasi.
Pengamatan secara langsung terhadap objek yang diteliti dalam hal
ini adalah kincir angin model American multi-blade.
16
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
17
3.3 Peralatan Pengujian
Pada pengujian kincir angin model American multi-blade ini, ada beberapa
peralatan yang digunakan untuk mendapatkan karakteristik pada kincir angin.
Perlatan yang digunakan dalam penelitian sebagai berikut:
1.
Terowongan Angin
Terowongan angin (wind tunnel) berfungsi sebagai tempat angin bergerak
dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir angin.
Terowongan angin ditunjukkan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Terowongan angin
2.
Fan blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke
wind tunnel. Fan blower ditunjukkan pada Gambar 3.2
3.
Anemometer.
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin di dalam wind
tunnel. Anemometer dipasang pada bagian depan wind tunnel pada tempat yang
telah disediakan. Anemometer ditunjukkan pada Gambar 3.3
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 3.2 Fan blower
18
Gambar 3.3 Anemometer
4. Takometer
Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur
kecepatan
putaran
poros
kincir
yang
dinyatakan
dalam
satuan
rpm
(revolutions per minute). Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Takometer
5. Neraca Pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui nilai beban yang diberikan pada
kincir angin saat berputar. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.5
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
19
Gambar 3.5 Neraca pegas
6. Sistem Pengereman
Sistem pengereman ini berfungsi sebagai pembebanan pada perputaran kincir
angin. Dalam hal ini pembebanan kincir angin berupa karet, karet tersebut
digunakan untuk menjepit lengan sistem pengereman sehingga menekan piringan
pada sistem pengereman. Sistem pengereman ditunjukkan pada Gambar 3.6
Gambar 3.6 Sistem pengereman
3.4 Langkah Pembuatan Kincir Angin
Dalam proses pembuatan kincir angin, ada beberapa tahapan yang harus
dilakukan, antara lain :
1. Menyiapkan alat dan bahan yaitu :
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
20
a. Plat aluminium 1 x 1 meter.
b. Tutup pipa paralon berdiameter 6 inch.
c. Pipa aluminium profil U.
d. Gerinda potong.
e. Gunting seng.
f. Spidol.
g. Bor.
h. Kikir.
i. Baut dan mur
j. Mesin penekuk plat.
2. Membuat gambar lingkaran dengan diameter 80 cm pada lembar
aluminium.
3. Memotong aluminium menggunakan gerinda untuk membuat sudu
kincir angin. Sudu kincir ditunjukkan pada Gambar 3.7
Gambar 3.7 Sudu kincir angin
4. Membuat lubang di pinggir sudu dan pada plat aluminium profil U, yang
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
21
berguna untuk mengencangkan sudu pada hub.
5. Memberi variasi pitch angle sudu 10o, 20o dan 30o dengan menggunakan
mesin penekuk plat. Mesin penekuk plat ditunjukkan pada Gambar 3.8
Gambar 3.8 Mesin penekuk plat
6. Sudu dan pipa aluminium profil U dibaut pada hub.
7. Kincir angin siap untuk diuji.
Gambar 3.9 Kincir angin yang diuji dalam penelitian
3.5 Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan data yang dibutuhkan dari kincir
angin. Pada Gambar 4.0 ditunjukkan tata letak peralatan selama proses pengujian.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
22
Gambar 4.0 Skema pengujian
Keterangan :
a. Kincir angin.
n.
ngereman.
d. Sistem penger
b. Anemometer.
er.
r.
e. Fan blower.
c. Neraca pegas.
gas.
f. Motor.
ahapan yang dapat
Untuk melakukan prose
proses penelitian kincir angin ada beberapa taha
dilakukan, seperti:
1.
Memasang kincir
ncir angin di dalam wind tunnel.
2.
kincir angin untuk
Memasang anem
nemometer pada terowongan di depan kinc
mengukur kecepa
epatan angin.
3.
n.
Memasang neraca
aca pegas pada tempat yang telah di tentukan.
4.
dengan mekanisme
yang menghubungkan antara neraca pegas deng
Memasang talii ya
pengereman.
5.
terowongan angin.
nyalakan untuk menghembuskan angin pada ter
Fan blower dinya
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6.
23
Untuk mendapatkan variasi beban gunakan karet. Karet ini berfungsi untuk
menjepit handle yang akan menekan piringan pada sistem pengereman
7.
Mengukur kecepatan kincir angin menggunakan anemometer dan putaran
poros dengan mengunakan takometer dengan bersamaan sebanyak 3 kali
dalam setiap variasi pembebanan.
8.
Mengamati dan mengambil data selama waktu yang telah ditentukan.
9.
Untuk percobaan kincir angin dengan pitch angle berikutnya, kembali lagi
pada langkah 1 hingga 8.
3.6 Variabel yang Diukur
Dalam penelitian ini ada beberapa parameter yang diukur selama melakukan
proses pengujian ini adalah :
1. Kecepatan angin, v (m/s).
2. Gaya pengimbang, F (N).
3. Putaran kincir, n (rpm).
3.7 Variabel yang Dihitung
Untuk mendapatkan karakteristik dari kincir angin ada beberapa parameter
yang harus hitung adalah:
1. Daya angin, Pin ( watt ) .
2. Torsi, T (N.m).
3. Daya kincir, Pout ( watt ).
4. Koefisien daya, Cp ( % ).
5. Tip speed ratio, tsr.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
24
3.8. Diagram Alir.
Diagram alir ini menunjukan langkah kerja selama penelitian kincir angin
dari perancangan kincir hingga pembuatan laporan. Diagram alir ditunjukkan pada
Gambar 4.1.
Mulai
Perancangan kincir angin model American multi-blade 13 sudu
dengan bahan aluminium
Pembuatan variasi pitch angle sudu 100,200 dan 300
Pengujian kicir angin dan pengambilan data
Pengolahan data
Analisa serta pembahasan data
Pembuatan laporan
Selesai
Gambar 4.1 Diagram alir
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Percobaan.
Hasil percobaan model kincir angin American multi-blade dengan variasi
pitch angle 10o, 20o dan 30o. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1,
Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.
Tabel 4.1 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle10o
No.
Kecepatan angin, v
(m/s)
Beban, F
(N)
Putaran kincir, n
( rpm )
1
8,78
0
332
2
8,78
0,49
306
3
8,57
0,98
273
4
8,57
1,47
237
5
8,58
1,96
213
6
8,46
2,45
189
7
8,71
2,94
159
8
8,54
3,43
129
9
8,49
3,92
91
10
8,43
4,32
31
11
8,26
4,41
15
Tabel 4.1 merupakan data hasil percobaan kincir angin 13 sudu dengan
pitch angle 100. Dapat dilihat pada Table 4.1 bahwa putaran kincir yang dicapai
adalah 332 rpm dan gaya pengimbang yang dapat dihasilkan kincir angin sebesar
4,41 N.
25
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
26
Tabel 4.2 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 20o
No.
Kecepatan angin, v
(m/s)
Beban, F
(N)
Putaran kincir, n
( rpm )
1
8,79
0
429
2
8,80
0,49
400
3
8,78
0,98
380
4
8,66
1,47
368
5
8,70
1,96
355
6
8,70
2,45
340
7
8,76
2,94
320
8
8,82
3,43
298
9
8,53
3,92
272
10
8,43
4,41
262
11
8,55
4,91
249
12
8,46
5,40
237
13
8,47
5,89
202
14
8,51
6,38
184
15
8,53
6,87
170
16
8,62
7,36
156
17
8,63
7,85
136
18
8,46
8,34
100
19
8,30
8,83
80
20
8,33
9,32
72
21
8,40
9,81
35
Dapat dilihat pada Table 4.2 bahwa putaran yang dicapai sebesar 429 rpm
dan gaya pengimbang yang dapat dihasilkan kincir angin sebesar 98,1 N.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Tabel 4.3 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 30o
No.
Kecepatan angin, v
(m/s)
Beban, F
(N)
Putaran kincir, n
( rpm )
1
8,34
0
370
2
8,92
0,49
353
3
8,72
0,98
345
4
8,89
1,47
324
5
8,87
1,96
313
6
8,96
2,45
292
7
8,94
2,94
283
8
8,93
3,43
275
9
8,86
3,92
262
10
8,69
4,41
252
11
8,70
4,91
242
12
8,20
5,40
235
13
8,47
5,89
224
14
8,63
6,38
214
15
8,66
6,87
209
16
8,42
7,36
196
17
8,60
7,85
184
18
8,57
8,34
173
19
8,33
8,83
164
20
8,28
9,32
156
21
8,44
9,81
150
22
8,40
10,30
140
23
8,44
10,79
125
27
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
28
Tabel 4.3 merupakan data hasil percobaan kincir angin 13 sudu dengan
pitch angle 30o. dapat dilihat pada Table 4.3 bahwa putaran poros maksimal
adalah 370 rpm dan gaya pengimbang maksimal yang dapat dihasilkan kincir
angin sebesar 10,79 N.
4.2 Perhitungan Data
Perhitungan data yang didapatkan dari hasil percobaan uji kerja kincir angin
dilakukan
menggunakan
beberapa
asumsi
untuk
mempermudah
dalam
perhitungan, yaitu sebagai berikut:
Tabel 4.4 Tabel pendukung perhitungan
Diameter kincir
80 cm
Densitas udara
1,18 kg/m3
Panjang lengan Torsi
Swept Area
20 cm
0,503 m
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Pada perhitungan daya angin ini, data hasil percobaan yang dijadikan contoh
diambil dari hasil percobaan kincir angin dengan pitch angle 200 pada
pembebanan yang ke 12, diketahui densitas udara (ρ) adalah sebesar 1,18 kg/m3
dan luas penampang (A) adalah 0,50 m2. Dari data hasil percobaan diperoleh
kecepatan angin adalah sebesar 8,46 m/s. untuk mendapatkan nilai daya angin
dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pin = 0,5 . ρ . A . v3
= 0,5 . (1,18) . (0,50) . (8,46)3
= 179,36 watt
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
29
4.2.2 Perhitungan Torsi
Dalam perhitungan Torsi ini, data hasil percobaan yang dijadikan contoh
diambil dari hasil percobaan kincir angin dengan pitch angle 200 pada pembebanan
ke 12. Dari data yang diperoleh, besaran gaya adalah (n) = 5,4 N dan jarak lengan
Torsi sebesar 0,11 m. untuk mendapatkan nilai Torsi dapat dihitung sebagai
berikut :
T=F.l
= (5,4) . (0,11)
= 1,08 N.m
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir
Pada perhitungan daya kincir (Pout) ini, data hasil percobaan yang dijadikan
contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin dengan pitch angle 200 pada
pembebanan ke 12. Diperoleh kecepatan angin sebesar 8,46 m/s, putaran poros (n)
sebesar 237 rpm, dan Torsi sebesar 1,08 N.m. Untuk mendapatkan nilai daya
kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pout = T . ω
.
= 1,08 .
= 1,08 .
.(
= 26,74 watt
)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
30
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya
Pada perhitungan koefisien daya ini, data hasil percobaan yang dijadikan
contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin pitch angle 200 pada pembebanan
ke 12. Dari data hasil percobaan diperoleh besar nilai daya angin (Pin) adalah
179,36 watt dan nilai dari daya kincir angin (Pout) adalah sebesar 26,74 watt. Untuk
mendapatkan nilai koefisien daya (Cp) dapat dihitung dengan rumus sebagai
berikut :
Cp =
100 %
,
=
100 %
,
= 14,9 %
4.2.5 Perhitungan Tip speed ratio
Pada perhitungan tip speed ratio (tsr), data hasil percobaan yang dijadikan
contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin pitch angle 20o pada pembebanan
ke 12. Dari data hasil percobaan diperoleh kecepatan sudut (rad/s) sebesar 24,78
rad/s, kecepatan angin sebesar 8,46 m/s dan jari- jari kincir angin (r) sebesar 0,4
m. Nilai tsr dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
tsr =
=
(
,
= 1,17
,
). ( , )
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
31
4.3 Data Hasil Perhitungan
Pada pengujian model kincir angin American Multi-Blade dengan jumlah
sudu 13 dan variasi pitch angle 10o, 20o, dan 30o, diperoleh data – data hasil dari
perhitungan, dapat dilihat pada Tabel 4.5 untuk variasi pitch angle 10o, Tabel 4.6
untuk variasi pitch angle 20o, dan Tabel 4.7 untuk variasi pitch angle 30o, seperti
berikut:
Tabel .4.5 Data Perhitungan Kincir Angin Pitch Angle 10o
No
Kecepatan
angin, v
(m/s)
Putaran
kincir, n
(rpm)
Torsi,
T
(N.m)
Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)
Daya
angin,
Pin
(watt)
Daya
kincir,
Pout
(watt)
Tip
speed
ratio,
tsr
Koefisien
daya, Cp
(%)
1
8,78
332
0
34,77
200,50
0
1,58
0
2
8,78
306
0,10
32,01
200,95
3,14
1,46
1,6
3
8,57
273
0,20
28,62
186,45
5,62
1,34
3,0
4
8,57
237
0,29
24,85
186,45
7,31
1,16
3,9
5
8,58
213
0,39
22,27
187,32
8,74
1,04
4,7
6
8,46
189
0,49
19,83
179,36
9,73
0,94
5,4
7
8,71
159
0,59
16,62
195,96
9,78
0,76
5,0
8
8,54
129
0,69
13,54
184,93
9,30
0,63
5,0
9
8,49
91
0,78
9,49
181,49
7,45
0,45
4,1
10
8,43
31
0,86
3,21
177,66
2,77
0,15
1,6
11
8,26
15
0,88
1,54
167,13
1,36
0,07
0,8
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
32
Dari table perhitungan diatas, kincir angin ini mampu menghasilkan nilai
koefisien daya maksimal sebesar 5,4% pada tsr optimal 0,94. Kincir angin mampu
berputar dengan beban Torsi sebesar 0,88 N.m pada putaran kincir 15 rpm.
Tabel 4.6 Data Perhitungan Kincir Angin Pitch Angle 20o
No.
Kecepatan
angin, v
(m/s)
Putaran
kincir, n
(rpm)
Torsi,
T
(N.m)
Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)
Daya
angin,
Pin
(watt)
Daya
kincir,
Pout
(watt)
Tip
speed
ratio,
tsr
Koefisien
daya, Cp
(%)
1
8,79
429
0
44,92
201,64
0
2,04
0
2
8,80
400
0,10
41,89
202,10
4,11
1,90
2,0
3
8,78
380
0,20
39,79
200,95
7,81
1,81
3,9
4
8,66
368
0,29
38,57
192,83
1,.35
1,78
5,9
5
8,70
355
0,39
37,18
195,51
14,59
1,71
7,5
6
8,70
340
0,49
35,57
195,29
17,45
1,64
8,9
7
8,76
320
0,59
33,48
199,13
19,70
1,53
9,9
8
8,82
298
0,69
31,17
203,25
21,41
1,41
10,5
9
8,53
272
0,78
28,52
184,06
22,38
1,34
12,2
10
8,43
262
0,88
27,47
177,88
24,25
1,30
13,6
11
8,55
249
0,98
26,04
185,14
25,55
1,22
13,8
12
8,46
237
1,08
24,78
179,36
26,74
1,17
14,9
13
8,47
202
1,18
21,15
179,99
24,90
1,00
13,8
14
8,51
184
1,28
19,23
182,99
24,53
0,90
13,4
15
8,53
170
1,37
17,77
184,06
24,40
0,83
13,3
16
8,62
156
1,47
16,30
189,95
23,99
0,76
12,6
17
8,63
136
1,57
14,28
190,39
22,41
0,66
11,8
18
8,46
100
1,67
10,44
179,36
17,41
0,49
9,7
19
8,30
80
1,77
8,41
169,57
14,85
0,41
8,8
20
8,33
72
1,86
7,50
171,62
13,99
0,36
8,2
21
8,40
35
1,96
3,67
175,57
7,19
0,17
4,1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
33
Dari table perhitungan data diatas, kincir angin ini mampu menghasilkan nilai
koefisien daya maksimal sebesar 14,9 % pada tsr optimal 1,17. Kincir angin
mampu berputar dengan beban Torsi sebesar 1,96 N.m pada putaran kincir 35 rpm.
Tabel 4.7 Data Perhitungan Kincir Angin Pitch Angle 30o
No.
Kecepatan
angin, v
(m/s)
1
8,43
368
0
38,57
177,88
Daya
kincir,
Pout
(watt)
0
2
8,84
358
0,10
37,45
204,87
3,67
1,69
1,8
3
8,66
343
0,20
35,92
192,38
7,05
1,66
3,7
4
8,64
324
0,29
33,96
191,50
10,00
1,57
5,2
5
8,67
313
0,39
32,81
193,50
12,88
1,51
6,7
6
8,68
295
0,49
30,86
193,94
15,14
1,42
7,8
7
8,55
283
0,59
29,64
185,36
17,44
1,39
9,4
8
8,71
273
0,69
28,62
195,74
19,66
1,32
10,0
9
8,65
261
0,78
27,37
192,16
21,48
1,27
11,2
10
8,61
249
0,88
26,11
189,07
23,05
1,21
12,2
11
8,63
243
0,98
25,48
190,61
25,00
1,18
13,1
12
8,39
230
1,08
24,09
175,36
25,99
1,15
14,8
13
8,47
220
1,18
23,04
180,21
27,12
1,09
15,0
14
8,52
211
1,28
22,06
183,20
28,13
1,04
15,4
15
8,66
209
1,37
21,89
192,83
30,06
1,01
15,6
16
8,59
196
1,47
20,53
187,97
30,20
0,96
16,1
17
8,54
184
1,57
19,23
184,71
30,19
0,90
16,3
18
8,52
173
1,67
18,15
183,63
30,27
0,85
16,5
19
8,45
164
1,77
17,21
178,93
30,39
0,81
17,0
20
8,36
156
1,86
16,34
173,28
30,45
0,78
17,6
21
8,44
143
1,96
15,01
178,30
29,45
0,71
16,5
22
8,43
132
2,06
13,86
177,45
28,55
0,66
16,1
23
8,25
111
2,16
11,62
166,32
25,09
0,56
15,1
Putaran
kincir, n
(rpm)
Torsi, T
(N.m)
Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)
Daya
angin, Pin
(watt)
Tip
speed
ratio,
tsr
1,83
Koefisien
daya, Cp
(%)
0
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
34
Dari Table 4.7 kincir angin mampu menghasilkan nilai koefisien daya
maksimal sebesar 17,6 % pada tsr optimal 0,78. Kincir angin mampu berputar
dengan beban Torsi sebesar 2,16 N.m pada putaran kincir 111 rpm.
4.4
Grafik Hasil Perhitungan Data dan Pembahasan
Data yang telah diperoleh dari hasil perhitungan menggunakan Microsoft
Exel, kemudian diubah menjadi sebuah garfik agar dapat melihat hubungan Torsi
(T), Putaran kincir (n), Daya kincir angin (Pout), Koefisien daya (Cp), dan Tip
speed ratio (tsr) Grafik hubungan untuk setiap variasi pitch angle dapat dilihat
pada gambar berikut ini :
400
Putaran kincir, n (rpm)
350
300
250
200
150
100
50
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Putaran kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 10o pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s
Pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa nilai putaran poros maksimal yang
dapat dihasilkan kincir adalah sebesar 332 rpm. Sementara nilai Torsi optimal
yang dapat dicapai oleh kincir angin sebesar 0,88 N.m. Dari grafik diatas dapat
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
35
disimpulkan bahwa hubungan putaran kincir dan Torsi berbanding terbalik. Hal
ini dapat diartikan bahwa putaran kincir akan berkurang jika beban yang diberikan
pada kincir semakin besar.
Daya kincir, Pout (watt)
12
10
8
6
4
Pout = -44,88 T 2 + 43,55 T - 0,741
2
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Daya Kincir (Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s
Dari data perhitungan untuk pitch angle 10o daya maksimal yang dicapai
kincir angin adalah sebesar 9,78 watt pada beban Torsi 0,59 N.m. Pada Gambar
4.2 grafik hubungan antara daya kincir dan beban Torsi dapat dilihat persamaan
pendekatan Pout = -44,88 T 2 + 43,55 T – 0,741. Persamaan pendekatan digunakan
untuk menentukan titik puncak dari grafik hubungan daya kincir dan Torsi. Dari
perhitungan persamaan pendekatan didapatkan nilai Pout sebesar 9,54 watt pada
Torsi sebesar 0,49 N.m.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
36
Koefisien daya , Cp (%)
6
5
4
3
2
Cp = -8,46 tsr2 + 13,58 tsr - 0,239
1
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Tip speed ratio, tsr
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 10o
hubungan antara koefisien daya (Cp) dan Tip speed ratio unutk pitch angle
10o didapa
INTISARI
Perkembangan teknologi dan industri yang semakin pesat membuat
kebutuhan akan energi sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga
masyarakat di negara maju dan negara berkembang. Penggunaan energi terus
bertambah karena kebutuhan masyarakat yang terus meningkat tidak dapat
diimbangi dengan pasokan sumber energi yang sudah ada. Kincir angin adalah
sebuah alat yang dirancang agar mampu memanfaatkan energi kinetik angin
kemudian mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi mekanik. Penelitian
ini ditujukan untuk mendapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal dari model
kincir angin American Multi-Blade dengan tiga variasi pitch angle.
Model kincir angin yang digunakan dalam penelitian ini memiliki 13 sudu
berbahan dasar aluminium berdiameter 80 cm. Penelitian ini dilakukan untuk tiga
variasi pitch angle sudu yakni: 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin diuji dengan
menggunakan wind tunnel. Alat - alat ukur dalam pengujian, antara lain :
tachometer berfungsi untuk mengukur putaran kincir, anemometer berfungsi
untuk mengukur kecepatan angin dan neraca pegas mengukur beban pengimbang
yang diberikan pada kincir angin.
Dari data perhitungan didapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal pada
setiap variasi. Model kincir angin dengan pitch angle 10o menghasilkan Cp
maksimal 5,11% pada tsr optimal 0,8. Model kincir angin dengan pitch angle 20o
memberikan Cp maksimal 13,96% pada tsr optimal 1,02. Model kincir angin
dengan pitch angle 30o menghasilkan Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Dengan demikian model kincir angin terbaik adalah model kincir angin yang
memiliki pitch angle 30o dengan nilai Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Kata kunci : American multi-blade, Cp maksimal, tsr optimal.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
UNJUK KERJA
A KINCIR ANGIN MODEL AMERIC
AMERICAN MULTIBLADE TIGA
GA BELAS SUDU DARI BAHAN ALU
LUMINIUM
DENGA
ENGAN TIGA VARIASI PICTH ANGLE
GLE
SKRIPSI
Diajuk
ajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
atan
men
encapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin
n
Diajukan oleh :
DIMAS CHRISTIAN NUGROHO
NIM : 115214034
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
P
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
FA
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
U
YOGYAKARTA
2015
i
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
THE PERFORMANCE OF THIRTEEN BLADES AMERICAN
MULTI-BLADE WINDMILL MADE FROM ALUMINIUM
WITH THREE PITCH ANGLE VARIATIONS
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfilment of the requirement
as to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by :
DIMAS CHRISTIAN NUGROHO
115214034
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
ii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
INTISARI
Perkembangan teknologi dan industri yang semakin pesat membuat
kebutuhan akan energi sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga
masyarakat di negara maju dan negara berkembang. Penggunaan energi terus
bertambah karena kebutuhan masyarakat yang terus meningkat tidak dapat
diimbangi dengan pasokan sumber energi yang sudah ada. Kincir angin adalah
sebuah alat yang dirancang agar mampu memanfaatkan energi kinetik angin
kemudian mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi mekanik. Penelitian
ini ditujukan untuk mendapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal dari model
kincir angin American Multi-Blade dengan tiga variasi pitch angle.
Model kincir angin yang digunakan dalam penelitian ini memiliki 13 sudu
berbahan dasar aluminium berdiameter 80 cm. Penelitian ini dilakukan untuk tiga
variasi pitch angle sudu yakni: 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin diuji dengan
menggunakan wind tunnel. Alat - alat ukur dalam pengujian, antara lain :
tachometer berfungsi untuk mengukur putaran kincir, anemometer berfungsi
untuk mengukur kecepatan angin dan neraca pegas mengukur beban pengimbang
yang diberikan pada kincir angin.
Dari data perhitungan didapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal pada
setiap variasi. Model kincir angin dengan pitch angle 10o menghasilkan Cp
maksimal 5,11% pada tsr optimal 0,8. Model kincir angin dengan pitch angle 20o
memberikan Cp maksimal 13,96% pada tsr optimal 1,02. Model kincir angin
dengan pitch angle 30o menghasilkan Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Dengan demikian model kincir angin terbaik adalah model kincir angin yang
memiliki pitch angle 30o dengan nilai Cp maksimal 16,6% pada tsr optimal 0,67.
Kata kunci : American multi-blade, Cp maksimal, tsr optimal.
vii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala
kemudahan dan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan
Skripsi ini. Penulisan Skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mencapai gelar sarjana S-1 pada program studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan,
arahan dan dorongan dari banyak pihak. Dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Yohanes Suyono dan Catharina Karsini selaku orang tua dari penulis, Regina
Fika, Stephanus Kresna dan Agatha Ria selaku saudara dari penulis yang telah
memberi dukungan dari berbagai aspek selama menyelesaikan penulisan
Skripsi ini.
6. Seluruh Dosen dan Staf Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada
penulis.
viii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................................i
TITLE PAGE .............................................................................................................ii
LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................................iii
LEMBAR PERNYATAAN.......................................................................................v
INTISARI ..................................................................................................................vii
KATA PENGANTAR ...............................................................................................viii
DAFTAR ISI..............................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................xiii
DAFTAR TABEL......................................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN..........................................................................................1
1.1. Latar Belakang Masalah ...............................................................................1
1.2. Rumusan Masalah .........................................................................................2
1.3. Tujuan Penelitian ..........................................................................................3
1.4. Manfaat Penelitian ........................................................................................3
1.5. Batasan Masalah ...........................................................................................3
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................5
2.1 Konsep Dasar Angin ................................................................................5
2.2 Pengertian Kincir Angin ..........................................................................5
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal ....................................................6
2.2.2 Jenis Kincir Angin Poros Horisontal ...........................................7
2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal ........................................................8
2.2.4 Jenis Kincir Angin Poros Vertikal ...............................................9
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr .............................................. 11
2.4 Rumus Perhitungan ................................................................................. 11
2.4.1 Energi Kinetik ..............................................................................11
2.4.2 Daya Angin..................................................................................12
2.4.3 Torsi.............................................................................................13
x
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.4.4 Daya Kincir Angin ......................................................................13
2.4.5 Tip Speed Ratio............................................................................14
2.4.6 Koefisien Daya (Cp) ....................................................................15
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................... 16
3.1 Tempat Penelitian ....................................................................................16
3.2 Metode Penelitian ....................................................................................16
3.3 Peralatan Pengujian..................................................................................17
3.4 Langkah Pembuatan Kincir Angin...........................................................19
3.5 Prosedur Penelitian ..................................................................................21
3.6 Variabel yang Diukur...............................................................................23
3.7 Variabel yang Dihitung............................................................................23
3.8 Diagram Alir ............................................................................................24
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN....................................................................25
4.1 Data Hasil Percobaan ...............................................................................25
4.2 Perhitungan Data......................................................................................28
4.2.1 Perhitungan Daya Angin.................................................................28
4.2.2 Perhitungan Torsi........................................................................... 29
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir................................................................ 29
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya .......................................................... 29
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio.......................................................... 30
4.3 Data Hasil Perhitungan ............................................................................30
4.4 Grafik Hasil Perhitungan Data dan Pembahasan..................................... 34
4.5 Grafik Hubungan Antara Cp dan tsr Dari Tiga Variasi Pitch Angle........ 41
BAB V PENUTUP.................................................................................................... 42
5.1 Kesimpulan.............................................................................................. 42
5.2 Saran........................................................................................................ 42
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................44
xi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Kincir angin Propeler ......................................................................... 7
Gambar 2.2 Kincir angin American multi-blade.................................................... 8
Gambar 2.3 Kincir angin Propeler Ducth Four Arm.............................................. 8
Gambar 2.4 Kincir angin Savonius ........................................................................ 10
Gambar 2.5 Kincir angin Darrieus......................................................................... 10
Gambar 2.6 Grafik hubungan antara Cp dan tsr dari beberapa jenis kincir ............ 11
Gambar 3.1 Terowngan angin................................................................................ 17
Gambar 3.2 Fan blower ......................................................................................... 18
Gambar 3.3 Anemometer....................................................................................... 18
Gambar 3.4 Takometer .......................................................................................... 18
Gambar 3.5 Neraca pegas ...................................................................................... 19
Gambar 3.6 Sistem pengereman ............................................................................ 19
Gambar 3.7 Sudu kincir angin ............................................................................... 20
Gambar 3.8 Mesin penekuk plat ............................................................................ 21
Gambar 3.9 Kincir angin yang diuji dalam penelitian ........................................... 21
Gambar 4.10 Skema pengujian .............................................................................. 22
Gambar 4.11 Diagram alir ..................................................................................... 24
Gambar 4.12 Grafik hubungan antara Putaran kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 10o pada kecepatan angin rerata 8,58 m/s ........... 34
Gambar 4.13 Grafik hubungan antara Daya Kincir (Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 10o pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s ........... 35
Gambar 4.14 Grafik hubungan antara Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 10o ..................................................... 36
xii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 4.15 Grafik hubungan antara Putaran Kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 20o pada kecepatan angin rerata 8,58 m/s ........... 37
Gambar 4.16 Grafik hubungan antara Daya kincir ( Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 20o pada kecepatan angin rerata 8,58 m/s ........... 37
Gambar 4.17 Grafik hubungan antara Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 20o ....................................................... 38
Gambar 4.18 Grafik hubungan antara Putaran Kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 30o pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s .......... 39
Gambar 4.19 Grafik hubungan antara Daya kincir (Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 30o pada kecepatan angin rerata 8,55 m/s ........... 40
Gambar 4.20 Grafik hubungan antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 30o ....................................................... 40
Gambar 4.21 Grafik gabungan Koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr)
dengan variasi pitch angle 10o, 20o, dan 30o ................................... 41
xiii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR TABEL
Hal
Table 4.1 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle10o.................................. 25
Table 4.2 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 20o ................................. 26
Table 4.3 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 30o ................................. 27
Tabel 4.4 Tabel pendukung perhitungan................................................................ 28
Tabel 4.5 Data perhitungan kincir angin pitch angle 10o....................................... 31
Tabel 4.6 Data perhitungan kincir angin pitch angle 20o....................................... 32
Tabel 4.7 Data perhitungan kincir angin pitch angle 30o ...................................... 33
xiv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan teknologi dan industri yang semakin pesat membuat
kebutuhan akan energi sekarang ini sangat diperlukan oleh setiap warga
masyarakat di negara maju dan negara berkembang. Penggunaan energi terus
bertambah karena kebutuhan masyarakat yang terus meningkat tidak dapat
diimbangi dengan pasokan sumber energi yang sudah ada. Sumber energi yang
banyak digunakan sekarang ini merupakan sumber energi yang berasal dari fosil
Kebutuhan akan energi fosil menjadi semakin besar, penggunaan energi fosil
secara terus menerus menyebabkan semakin menipisnya pasokan sumber
energi fosil yang telah ada. Menurut Kementerian Energi dan Sumber Daya
Mineral Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi
(EBTKE), sumber daya energi di Indonesia dan dunia semakin menipis, dimana
energi menjadi semakin langka dan semakin mahal dengan pertumbuhan
konsumsi energi rata-rata 7% setahun. Dalam ilmu Energi Terbarukan muncul
adanya ide untuk dapat menghasilkan energi alternatif yang tidak habis untuk
pemanfaatan dalam skala besar.
Indonesia memiliki banyak sumber energi alternatif salah satu contohnya
energi angin. Angin akan lebih mudah untuk didapatkan karena letak geografis
Indonesia sebagai negara kepulauan yang memiliki garis pantai sangat panjang,
sehingga membuat wilayah – wilayah di Indonesia memiliki pontensi yang besar
untuk mengembangkan pemanfaatan sumber energi angin. Energi angin sudah
1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2
tersedia di alam dan tidak akan habis dimanfaatkan untuk dikonversi menjadi
energi listrik. Untuk mendapatkan energi listrik maka diperlukan sebuah alat
yang. Alat yang digunakan untuk menunjang terjadinya energi terbarukan dari
alam terutama angin adalah kincir angin. Pada pengujian untuk bahan tugas akhir
ini penulis mengambil topik tentang kincir angin model American multi-blade
dengan bahan aluminium sebagai sudu dan tutup pipa paralon sebagai hub. Kincir
angin jenis ini banyak digunakan karena mampu berputar pada kecepatan angin
yang rendah. Untuk mendapatkan nilai Cp maksimal dan tsr optimal jumlah sudu
yang digunakan 13 dengan variasi kemiringan sudut atau pitch angle sudu 10o, 20o
dan 30o.
1.2
Rumusan masalah
Dari uraian latar belakang diatas ada beberapa masalah yang akan diteliti
dalam Skripsi ini adalah :
1. Kebutuhan masyarakat terhadap energi yang semakin pesat seiring
berkembangnya teknologi dan industri.
2. Indonesia merupakan daerah yang memiliki potensi besar untuk
mengembangkan pemanfaatan sumber daya tenaga angin, tetapi belum
dikembangkan secara optimal.
3. Perlu diketahui nilai- nilai Cp dan tsr untuk beberapa pitch angle sudu
kincir angin.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
1.3
3
Tujuan Penelitian
Dari penelitian kincir angin ada beberapa tujuan diantaranya :
1. Merancang dan membuat model kincir angin American multi-blade
dengan jumlah sudu 13 dari bahan aluminium.
2. Mengetahui nilai koefisien daya (Cp) dan tips speed ratio (tsr) untuk
tiga variasi pitch angle sudu, yakni : 10o, 20o dan 30o.
3. Mendapatkan nilai Cp dan tsr terbaik dari salah satu variasi pitch angle
sudu model kincir angin yang diteliti.
1.4
Manfaat Penelitian
Dalam pengujian kincir angin ini ada beberapa manfaat yang akan didapat,
diantaranya :
1. Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan sumber energi dari
alam (tenaga angin).
2. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir
angin American multi-blade dengan bahan aluminium.
3. Mengetahui unjuk kerja kincir angin model American multi-blade
untuk dijadikan referensi bagi masyarakat yang membutuhkan.
1.5
Batasan Masalah
Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai
berikut :
1. Kincir angin yang digunakan adalah model American multi-blade
berbahan dasar aluminium dengan jumlah sudu 13 berdiameter 80 cm.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4
2. Variasi pitch angle sudu model kincir angin yang diteliti adalah 10o,
20o dan 30o.
3. Nilai Cp maksimal dan tsr optimal untuk setiap variasi pitch angle sudu
10o, 20o dan 30o.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Angin
Sejak dahulu, energi angin telah banyak dimanfaatkan oleh manusia. Bangsa
eropa sejak sembilan ratus tahun yang lalu telah memanfaatkan energi angin untuk
menggerakan kapal – kapal layar. Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin
merupakan udara yang bergerak secara horisontal melintasi permukaan bumi.
Angin muncul dikarenakan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan udara
disuatu kawasan. Semua jenis angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi
ke tempat bertekanan rendah.
Pada dasarnya angin bertiup di semua daerah di permukaan bumi, baik
didaerah pegunungan, pantai, lembah, dan bukit. Beberapa contoh daerah yang
memiliki kecepatan angin yang cukup tinggi antara lain seperti daerah lepas
pantai, padang pasir dan padang rumput.
2.2 Pengertian Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang dirancang agar mampu memanfaatkan
energi kinetik angin kemudian mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi
mekanik. Dari proses itu memberikan kemudahan berbagai kegiatan manusia yang
memerlukan tenaga besar seperti, memompa air untuk mengairi sawah atau
menggiling biji-bijian. Kincir angin banyak ditemukan di eropa dan amerika utara.
Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut arah porosnya,
yaitu : kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
5
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir Angin Poros Horisontal adalah kincir angin yang memiliki poros
rotor sejajar dengan permukaan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah
angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua,
kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang
bekerja pada sudu kincir. Kincir angin poros horisontal memiliki beberapa
kelebihan dan kekurangan.
Beberapa kelebihan kincir angin poros horisontal
yang dimiliki,
dibandingkan dengan kincir angin poros vertikal:
1. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada
diatas menara.
2. Menara yang tinggi memungkinkan turbin mendapatkan angin yang smooth
dan kuat.
3. Dapat ditempatkan pada landasan yang tidak datar.
Walaupun memiliki beberapa kelebihan, namun kincir angin poros
horisontal juga memiliki beberapa kekurangan. Kekurangan yang dimiliki oleh
kincir angin poros horisontal, antara lain:
1. Menara yang tinggi serta ukuran sudu panjang, membuat kincir jenis ini sulit
untuk diangkut dan juga memerlukan biaya yang lebih besar untuk
pemasanganya.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin
(sirip penggerak atau sensor elektrik).
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
7
3. Ketinggian turbin dapat membahayakan keamanan pesawat yang terbang
rendah.
2.2.2 Jenis kincir angin poros horisontal
Beberapa jenis kincir angin poros horisontal yang sudah umum dikenal dan
banyak dikembangkan, seperti berikut :
1.
Kincir Angin Propeler
Kincir angin jenis ini biasanya memiliki jumlah sudu 3 atau lebih.
Digunakan dalam pembangkit listrik skala besar. Seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1 kincir angin Propeler
(Sumber : zmpulungan.wordpress.com, diakses 24 Februari 2015)
2. Kincir Angin American multi-blade
Kincir angin jenis ini merupakan kincir angin dengan jumlah sudu banyak,
biasanya jumlah sudunya memenuhi 1 lingkaran penuh. Dapat berputar pada
kecepatan angin yang relatif rendah. Kincir jenis ini ditunjukkan pada Gambar 2.2
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
8
Gambar 2.2 Kincir Angin American multi-blade
(Sumber : news.okezone.com, diakses 20 Februari 2015)
3. Kincir angin Propeler Dutch four arm
Kincir angin jenis ini merupakan kincir angin yang biasanya ditemukan di
daratan Belanda sebagai pembangkit listrik. Seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.3
Gambar 2.3 Kincir Angin Propeler Ducth Four Arm
(sumber : www. pd4pic.com, diakses 27 Maret 2015)
2.2.3 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbin (VAWT)
adalah salah satu kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah
angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin
dari segala arah.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9
Ada beberapa kelebihan kincir angin poros vertikal yang dimiliki jika
dibandingkan dengan kincir angin poros horisontal. Kelebihan yang dimiliki
kincir angin poros vertikal, antara lain:
1. Tidak membutuhkan struktur menara yang tinggi.
2. Bila ada kerusakan pada sudu kincir lebih mudah diperbaiki.
3. Dapat menerima angin dari segala arah.
Meskipun memiliki banyak kelebihan, kincir angin poros vertikal juga
memiliki kekurangan. Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal,
seperti berikut:
1. Tinggi dan swept area lebih terbatas dibandingkan dengan poros horisontal.
2. Memerlukan permukaan yang relatif datar sehingga tidak cocok didirikan di
tempat- tempat yang terlalu curam.
3. Karena umumnya dipasang dekat dengan permukaan tanah, kualitas angin
yang diterima kurang bagus.
2.2.4 Jenis kincir angin poros vertikal
Berikut ini adalah beberapa contoh jenis kincir angin poros vertikal yang
secara umum sudah dikenal dan banyak dikembangkan oleh masyarakat, seperti
berikut :
1. Kincir Angin Savonius.
Kincir angin jenis ini merupakan salah satu kincir angin poros vertikal yang
banyak diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin jenis ini dapat digunakan di
daerah yang memiliki arah angin yang berubah-ubah. seperti pada Gambar 2.4.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
10
Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius
(Sumber : Gary L Jonhson wind energy systems)
2. Kincir Angin Darrieus.
Kincir angin jenis ini dapat menerima angin dari berbagai arah, tetapi lambat
untuk putaran awal. Kincir jenis ini, biasanya digabungkan dengan kincir angin
savonius karena putan awal yang berat. Kincir jenis ini dapat dilihat pada Gambar
2.5.
Gambar 2.5 Kincir Angin Darieus
(Sumber : www.indoenergi.com, diakses 28 Maret 2015)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
11
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr
Menurut Albert Betz ilmuan Jerman, koefisien daya maksimal dari kincir
angin adalah sebesar 59%. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Grafik hubungan antara Cp dengan tsr dari beberapa jenis kincir.
(sumber : www. intechopen .com, diakses 20 Maret 2015)
2.4 Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus – rumus yang digunakan untuk melakukan
perhitungan dan analisis data yang diperoleh dari unjuk kerja kincir angin yang
diteliti.
2.4.1 Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dihasilkan oleh suatu benda dikarenakan
adanya gerakan. Energi kinetik dipengaruhi oleh kecepatan dan massa benda,
maka dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ek = 0,5 m v2
dengan :
(1)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
12
Ek = energi kinetik (joule).
m = massa udara (kg).
v = kecepatan angin (m/s).
2.4.2 Daya Angin.
Daya angin (Pin) adalah daya yang dihasilkan oleh sudu kincir angin yang
diakibatkan oleh hembusan angin. Daya angin merupakan angin yang bergerak
persatuan waktu, sehingga dapat di tuliskan sebagai berikut:∙
Pin = 0,5 ṁ v2
(2)
dengan:
Pin = daya angin (watt).
ṁ = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).
v = kecepatan angin (m/s)
untuk mendapatkan nilai ṁ , maka dapat dirumuskan dengan:
ṁ =ρAv
(3)
dengan:
= massa jenis udara (kg/m3).
A = luas penampang yang membentuk lingkaran (m2).
Dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat
dirumuskan menjadi:
Pin = 0,5 ( p A v ) v 2
yang dapat disederhanakan menjadi :
Pin = 0,5 p A v 3
(4)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
13
2.4.3 Torsi.
Torsi (T) merupakan hasil perkalian antara jarak lengan Torsi dengan
gaya pembebanan yang diberikan pada kincir angin. Pada penelitian ini digunakan
mekanisme pengereman, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
T=Fl
(5)
dengan:
T = Torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m).
F = gaya pengimbang akibat pembebanan (N).
l = jarak lengan Torsi ke poros (m).
2.4.4 Daya kincir angin.
Daya kincir angin (Pout) adalah daya yang dihasikan oleh kincir angin yang
dikarenakan adanya angin yang bergerak pada sudu kincir angin. Pada umumnya
dalam perhitungan untuk mendapatkan nilai daya pada gerak melingkar dapat
dituliskan sebagai berikut:
Pout = T ω
dengan :
T = Torsi (N.m).
ω = kecepatan sudut ( rad/s).
nilai kecepatan sudut (ω) didapatkan dari rumus:
ω
=
ω
=
rad/s
rad/s
(6)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
14
dengan ini untuk daya yang dihasilkan oleh kincir dapat dinyatakan dengan
Persamaan (7) yaitu:
(7)
dengan:
Pout = daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
= putaran poros (rpm).
2.4.5 Tip Speed Ratio.
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan angin. sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan:
(8)
dengan:
r = jari – jari kincir (m).
= putaran poros (rpm).
v = kecepatan angin (m/s).
2.4.6 Koefisiensi Daya.
Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir (Pout) dengan daya yang dihasikan oleh angin (Pin), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
Cp=
Pout
100%
Pin
(9)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
dengan:
Cp = koefisien daya (%).
Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).
Pin = daya yang dihasilkan oleh angin (watt).
15
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Pembuatan kincir angin ini telah dilakukan di Laboratorium Konversi Energi
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma.
3.2 Metode penelitian
Dalam melakukan penelitian kincir angin ini data – data yang diperlukan
dapat diperoleh melalui 3 metode yaitu:
1. Penelitian Kepustakaan.
Penelitian kepustakaan yaitu penelitian untuk landasan teori dari
tugas akhir ini dengan cara membaca literature – literature yang
berhubungan dengan penulisan topik pengujian.
2. Pembuatan Alat.
Pembuatan alat dilakukan untuk memberikan data dalam proses
penelitian. Alat yang diteliti pada pengujian kali ini adalah kincir angin
model American multi-blade.
3. Pengamatan langsung atau secara observasi.
Pengamatan secara langsung terhadap objek yang diteliti dalam hal
ini adalah kincir angin model American multi-blade.
16
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
17
3.3 Peralatan Pengujian
Pada pengujian kincir angin model American multi-blade ini, ada beberapa
peralatan yang digunakan untuk mendapatkan karakteristik pada kincir angin.
Perlatan yang digunakan dalam penelitian sebagai berikut:
1.
Terowongan Angin
Terowongan angin (wind tunnel) berfungsi sebagai tempat angin bergerak
dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir angin.
Terowongan angin ditunjukkan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Terowongan angin
2.
Fan blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke
wind tunnel. Fan blower ditunjukkan pada Gambar 3.2
3.
Anemometer.
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin di dalam wind
tunnel. Anemometer dipasang pada bagian depan wind tunnel pada tempat yang
telah disediakan. Anemometer ditunjukkan pada Gambar 3.3
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 3.2 Fan blower
18
Gambar 3.3 Anemometer
4. Takometer
Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur
kecepatan
putaran
poros
kincir
yang
dinyatakan
dalam
satuan
rpm
(revolutions per minute). Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Takometer
5. Neraca Pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui nilai beban yang diberikan pada
kincir angin saat berputar. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.5
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
19
Gambar 3.5 Neraca pegas
6. Sistem Pengereman
Sistem pengereman ini berfungsi sebagai pembebanan pada perputaran kincir
angin. Dalam hal ini pembebanan kincir angin berupa karet, karet tersebut
digunakan untuk menjepit lengan sistem pengereman sehingga menekan piringan
pada sistem pengereman. Sistem pengereman ditunjukkan pada Gambar 3.6
Gambar 3.6 Sistem pengereman
3.4 Langkah Pembuatan Kincir Angin
Dalam proses pembuatan kincir angin, ada beberapa tahapan yang harus
dilakukan, antara lain :
1. Menyiapkan alat dan bahan yaitu :
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
20
a. Plat aluminium 1 x 1 meter.
b. Tutup pipa paralon berdiameter 6 inch.
c. Pipa aluminium profil U.
d. Gerinda potong.
e. Gunting seng.
f. Spidol.
g. Bor.
h. Kikir.
i. Baut dan mur
j. Mesin penekuk plat.
2. Membuat gambar lingkaran dengan diameter 80 cm pada lembar
aluminium.
3. Memotong aluminium menggunakan gerinda untuk membuat sudu
kincir angin. Sudu kincir ditunjukkan pada Gambar 3.7
Gambar 3.7 Sudu kincir angin
4. Membuat lubang di pinggir sudu dan pada plat aluminium profil U, yang
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
21
berguna untuk mengencangkan sudu pada hub.
5. Memberi variasi pitch angle sudu 10o, 20o dan 30o dengan menggunakan
mesin penekuk plat. Mesin penekuk plat ditunjukkan pada Gambar 3.8
Gambar 3.8 Mesin penekuk plat
6. Sudu dan pipa aluminium profil U dibaut pada hub.
7. Kincir angin siap untuk diuji.
Gambar 3.9 Kincir angin yang diuji dalam penelitian
3.5 Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan data yang dibutuhkan dari kincir
angin. Pada Gambar 4.0 ditunjukkan tata letak peralatan selama proses pengujian.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
22
Gambar 4.0 Skema pengujian
Keterangan :
a. Kincir angin.
n.
ngereman.
d. Sistem penger
b. Anemometer.
er.
r.
e. Fan blower.
c. Neraca pegas.
gas.
f. Motor.
ahapan yang dapat
Untuk melakukan prose
proses penelitian kincir angin ada beberapa taha
dilakukan, seperti:
1.
Memasang kincir
ncir angin di dalam wind tunnel.
2.
kincir angin untuk
Memasang anem
nemometer pada terowongan di depan kinc
mengukur kecepa
epatan angin.
3.
n.
Memasang neraca
aca pegas pada tempat yang telah di tentukan.
4.
dengan mekanisme
yang menghubungkan antara neraca pegas deng
Memasang talii ya
pengereman.
5.
terowongan angin.
nyalakan untuk menghembuskan angin pada ter
Fan blower dinya
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6.
23
Untuk mendapatkan variasi beban gunakan karet. Karet ini berfungsi untuk
menjepit handle yang akan menekan piringan pada sistem pengereman
7.
Mengukur kecepatan kincir angin menggunakan anemometer dan putaran
poros dengan mengunakan takometer dengan bersamaan sebanyak 3 kali
dalam setiap variasi pembebanan.
8.
Mengamati dan mengambil data selama waktu yang telah ditentukan.
9.
Untuk percobaan kincir angin dengan pitch angle berikutnya, kembali lagi
pada langkah 1 hingga 8.
3.6 Variabel yang Diukur
Dalam penelitian ini ada beberapa parameter yang diukur selama melakukan
proses pengujian ini adalah :
1. Kecepatan angin, v (m/s).
2. Gaya pengimbang, F (N).
3. Putaran kincir, n (rpm).
3.7 Variabel yang Dihitung
Untuk mendapatkan karakteristik dari kincir angin ada beberapa parameter
yang harus hitung adalah:
1. Daya angin, Pin ( watt ) .
2. Torsi, T (N.m).
3. Daya kincir, Pout ( watt ).
4. Koefisien daya, Cp ( % ).
5. Tip speed ratio, tsr.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
24
3.8. Diagram Alir.
Diagram alir ini menunjukan langkah kerja selama penelitian kincir angin
dari perancangan kincir hingga pembuatan laporan. Diagram alir ditunjukkan pada
Gambar 4.1.
Mulai
Perancangan kincir angin model American multi-blade 13 sudu
dengan bahan aluminium
Pembuatan variasi pitch angle sudu 100,200 dan 300
Pengujian kicir angin dan pengambilan data
Pengolahan data
Analisa serta pembahasan data
Pembuatan laporan
Selesai
Gambar 4.1 Diagram alir
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Percobaan.
Hasil percobaan model kincir angin American multi-blade dengan variasi
pitch angle 10o, 20o dan 30o. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1,
Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.
Tabel 4.1 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle10o
No.
Kecepatan angin, v
(m/s)
Beban, F
(N)
Putaran kincir, n
( rpm )
1
8,78
0
332
2
8,78
0,49
306
3
8,57
0,98
273
4
8,57
1,47
237
5
8,58
1,96
213
6
8,46
2,45
189
7
8,71
2,94
159
8
8,54
3,43
129
9
8,49
3,92
91
10
8,43
4,32
31
11
8,26
4,41
15
Tabel 4.1 merupakan data hasil percobaan kincir angin 13 sudu dengan
pitch angle 100. Dapat dilihat pada Table 4.1 bahwa putaran kincir yang dicapai
adalah 332 rpm dan gaya pengimbang yang dapat dihasilkan kincir angin sebesar
4,41 N.
25
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
26
Tabel 4.2 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 20o
No.
Kecepatan angin, v
(m/s)
Beban, F
(N)
Putaran kincir, n
( rpm )
1
8,79
0
429
2
8,80
0,49
400
3
8,78
0,98
380
4
8,66
1,47
368
5
8,70
1,96
355
6
8,70
2,45
340
7
8,76
2,94
320
8
8,82
3,43
298
9
8,53
3,92
272
10
8,43
4,41
262
11
8,55
4,91
249
12
8,46
5,40
237
13
8,47
5,89
202
14
8,51
6,38
184
15
8,53
6,87
170
16
8,62
7,36
156
17
8,63
7,85
136
18
8,46
8,34
100
19
8,30
8,83
80
20
8,33
9,32
72
21
8,40
9,81
35
Dapat dilihat pada Table 4.2 bahwa putaran yang dicapai sebesar 429 rpm
dan gaya pengimbang yang dapat dihasilkan kincir angin sebesar 98,1 N.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Tabel 4.3 Data hasil percobaan kincir angin pitch angle 30o
No.
Kecepatan angin, v
(m/s)
Beban, F
(N)
Putaran kincir, n
( rpm )
1
8,34
0
370
2
8,92
0,49
353
3
8,72
0,98
345
4
8,89
1,47
324
5
8,87
1,96
313
6
8,96
2,45
292
7
8,94
2,94
283
8
8,93
3,43
275
9
8,86
3,92
262
10
8,69
4,41
252
11
8,70
4,91
242
12
8,20
5,40
235
13
8,47
5,89
224
14
8,63
6,38
214
15
8,66
6,87
209
16
8,42
7,36
196
17
8,60
7,85
184
18
8,57
8,34
173
19
8,33
8,83
164
20
8,28
9,32
156
21
8,44
9,81
150
22
8,40
10,30
140
23
8,44
10,79
125
27
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
28
Tabel 4.3 merupakan data hasil percobaan kincir angin 13 sudu dengan
pitch angle 30o. dapat dilihat pada Table 4.3 bahwa putaran poros maksimal
adalah 370 rpm dan gaya pengimbang maksimal yang dapat dihasilkan kincir
angin sebesar 10,79 N.
4.2 Perhitungan Data
Perhitungan data yang didapatkan dari hasil percobaan uji kerja kincir angin
dilakukan
menggunakan
beberapa
asumsi
untuk
mempermudah
dalam
perhitungan, yaitu sebagai berikut:
Tabel 4.4 Tabel pendukung perhitungan
Diameter kincir
80 cm
Densitas udara
1,18 kg/m3
Panjang lengan Torsi
Swept Area
20 cm
0,503 m
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Pada perhitungan daya angin ini, data hasil percobaan yang dijadikan contoh
diambil dari hasil percobaan kincir angin dengan pitch angle 200 pada
pembebanan yang ke 12, diketahui densitas udara (ρ) adalah sebesar 1,18 kg/m3
dan luas penampang (A) adalah 0,50 m2. Dari data hasil percobaan diperoleh
kecepatan angin adalah sebesar 8,46 m/s. untuk mendapatkan nilai daya angin
dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pin = 0,5 . ρ . A . v3
= 0,5 . (1,18) . (0,50) . (8,46)3
= 179,36 watt
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
29
4.2.2 Perhitungan Torsi
Dalam perhitungan Torsi ini, data hasil percobaan yang dijadikan contoh
diambil dari hasil percobaan kincir angin dengan pitch angle 200 pada pembebanan
ke 12. Dari data yang diperoleh, besaran gaya adalah (n) = 5,4 N dan jarak lengan
Torsi sebesar 0,11 m. untuk mendapatkan nilai Torsi dapat dihitung sebagai
berikut :
T=F.l
= (5,4) . (0,11)
= 1,08 N.m
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir
Pada perhitungan daya kincir (Pout) ini, data hasil percobaan yang dijadikan
contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin dengan pitch angle 200 pada
pembebanan ke 12. Diperoleh kecepatan angin sebesar 8,46 m/s, putaran poros (n)
sebesar 237 rpm, dan Torsi sebesar 1,08 N.m. Untuk mendapatkan nilai daya
kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pout = T . ω
.
= 1,08 .
= 1,08 .
.(
= 26,74 watt
)
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
30
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya
Pada perhitungan koefisien daya ini, data hasil percobaan yang dijadikan
contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin pitch angle 200 pada pembebanan
ke 12. Dari data hasil percobaan diperoleh besar nilai daya angin (Pin) adalah
179,36 watt dan nilai dari daya kincir angin (Pout) adalah sebesar 26,74 watt. Untuk
mendapatkan nilai koefisien daya (Cp) dapat dihitung dengan rumus sebagai
berikut :
Cp =
100 %
,
=
100 %
,
= 14,9 %
4.2.5 Perhitungan Tip speed ratio
Pada perhitungan tip speed ratio (tsr), data hasil percobaan yang dijadikan
contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin pitch angle 20o pada pembebanan
ke 12. Dari data hasil percobaan diperoleh kecepatan sudut (rad/s) sebesar 24,78
rad/s, kecepatan angin sebesar 8,46 m/s dan jari- jari kincir angin (r) sebesar 0,4
m. Nilai tsr dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
tsr =
=
(
,
= 1,17
,
). ( , )
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
31
4.3 Data Hasil Perhitungan
Pada pengujian model kincir angin American Multi-Blade dengan jumlah
sudu 13 dan variasi pitch angle 10o, 20o, dan 30o, diperoleh data – data hasil dari
perhitungan, dapat dilihat pada Tabel 4.5 untuk variasi pitch angle 10o, Tabel 4.6
untuk variasi pitch angle 20o, dan Tabel 4.7 untuk variasi pitch angle 30o, seperti
berikut:
Tabel .4.5 Data Perhitungan Kincir Angin Pitch Angle 10o
No
Kecepatan
angin, v
(m/s)
Putaran
kincir, n
(rpm)
Torsi,
T
(N.m)
Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)
Daya
angin,
Pin
(watt)
Daya
kincir,
Pout
(watt)
Tip
speed
ratio,
tsr
Koefisien
daya, Cp
(%)
1
8,78
332
0
34,77
200,50
0
1,58
0
2
8,78
306
0,10
32,01
200,95
3,14
1,46
1,6
3
8,57
273
0,20
28,62
186,45
5,62
1,34
3,0
4
8,57
237
0,29
24,85
186,45
7,31
1,16
3,9
5
8,58
213
0,39
22,27
187,32
8,74
1,04
4,7
6
8,46
189
0,49
19,83
179,36
9,73
0,94
5,4
7
8,71
159
0,59
16,62
195,96
9,78
0,76
5,0
8
8,54
129
0,69
13,54
184,93
9,30
0,63
5,0
9
8,49
91
0,78
9,49
181,49
7,45
0,45
4,1
10
8,43
31
0,86
3,21
177,66
2,77
0,15
1,6
11
8,26
15
0,88
1,54
167,13
1,36
0,07
0,8
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
32
Dari table perhitungan diatas, kincir angin ini mampu menghasilkan nilai
koefisien daya maksimal sebesar 5,4% pada tsr optimal 0,94. Kincir angin mampu
berputar dengan beban Torsi sebesar 0,88 N.m pada putaran kincir 15 rpm.
Tabel 4.6 Data Perhitungan Kincir Angin Pitch Angle 20o
No.
Kecepatan
angin, v
(m/s)
Putaran
kincir, n
(rpm)
Torsi,
T
(N.m)
Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)
Daya
angin,
Pin
(watt)
Daya
kincir,
Pout
(watt)
Tip
speed
ratio,
tsr
Koefisien
daya, Cp
(%)
1
8,79
429
0
44,92
201,64
0
2,04
0
2
8,80
400
0,10
41,89
202,10
4,11
1,90
2,0
3
8,78
380
0,20
39,79
200,95
7,81
1,81
3,9
4
8,66
368
0,29
38,57
192,83
1,.35
1,78
5,9
5
8,70
355
0,39
37,18
195,51
14,59
1,71
7,5
6
8,70
340
0,49
35,57
195,29
17,45
1,64
8,9
7
8,76
320
0,59
33,48
199,13
19,70
1,53
9,9
8
8,82
298
0,69
31,17
203,25
21,41
1,41
10,5
9
8,53
272
0,78
28,52
184,06
22,38
1,34
12,2
10
8,43
262
0,88
27,47
177,88
24,25
1,30
13,6
11
8,55
249
0,98
26,04
185,14
25,55
1,22
13,8
12
8,46
237
1,08
24,78
179,36
26,74
1,17
14,9
13
8,47
202
1,18
21,15
179,99
24,90
1,00
13,8
14
8,51
184
1,28
19,23
182,99
24,53
0,90
13,4
15
8,53
170
1,37
17,77
184,06
24,40
0,83
13,3
16
8,62
156
1,47
16,30
189,95
23,99
0,76
12,6
17
8,63
136
1,57
14,28
190,39
22,41
0,66
11,8
18
8,46
100
1,67
10,44
179,36
17,41
0,49
9,7
19
8,30
80
1,77
8,41
169,57
14,85
0,41
8,8
20
8,33
72
1,86
7,50
171,62
13,99
0,36
8,2
21
8,40
35
1,96
3,67
175,57
7,19
0,17
4,1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
33
Dari table perhitungan data diatas, kincir angin ini mampu menghasilkan nilai
koefisien daya maksimal sebesar 14,9 % pada tsr optimal 1,17. Kincir angin
mampu berputar dengan beban Torsi sebesar 1,96 N.m pada putaran kincir 35 rpm.
Tabel 4.7 Data Perhitungan Kincir Angin Pitch Angle 30o
No.
Kecepatan
angin, v
(m/s)
1
8,43
368
0
38,57
177,88
Daya
kincir,
Pout
(watt)
0
2
8,84
358
0,10
37,45
204,87
3,67
1,69
1,8
3
8,66
343
0,20
35,92
192,38
7,05
1,66
3,7
4
8,64
324
0,29
33,96
191,50
10,00
1,57
5,2
5
8,67
313
0,39
32,81
193,50
12,88
1,51
6,7
6
8,68
295
0,49
30,86
193,94
15,14
1,42
7,8
7
8,55
283
0,59
29,64
185,36
17,44
1,39
9,4
8
8,71
273
0,69
28,62
195,74
19,66
1,32
10,0
9
8,65
261
0,78
27,37
192,16
21,48
1,27
11,2
10
8,61
249
0,88
26,11
189,07
23,05
1,21
12,2
11
8,63
243
0,98
25,48
190,61
25,00
1,18
13,1
12
8,39
230
1,08
24,09
175,36
25,99
1,15
14,8
13
8,47
220
1,18
23,04
180,21
27,12
1,09
15,0
14
8,52
211
1,28
22,06
183,20
28,13
1,04
15,4
15
8,66
209
1,37
21,89
192,83
30,06
1,01
15,6
16
8,59
196
1,47
20,53
187,97
30,20
0,96
16,1
17
8,54
184
1,57
19,23
184,71
30,19
0,90
16,3
18
8,52
173
1,67
18,15
183,63
30,27
0,85
16,5
19
8,45
164
1,77
17,21
178,93
30,39
0,81
17,0
20
8,36
156
1,86
16,34
173,28
30,45
0,78
17,6
21
8,44
143
1,96
15,01
178,30
29,45
0,71
16,5
22
8,43
132
2,06
13,86
177,45
28,55
0,66
16,1
23
8,25
111
2,16
11,62
166,32
25,09
0,56
15,1
Putaran
kincir, n
(rpm)
Torsi, T
(N.m)
Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)
Daya
angin, Pin
(watt)
Tip
speed
ratio,
tsr
1,83
Koefisien
daya, Cp
(%)
0
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
34
Dari Table 4.7 kincir angin mampu menghasilkan nilai koefisien daya
maksimal sebesar 17,6 % pada tsr optimal 0,78. Kincir angin mampu berputar
dengan beban Torsi sebesar 2,16 N.m pada putaran kincir 111 rpm.
4.4
Grafik Hasil Perhitungan Data dan Pembahasan
Data yang telah diperoleh dari hasil perhitungan menggunakan Microsoft
Exel, kemudian diubah menjadi sebuah garfik agar dapat melihat hubungan Torsi
(T), Putaran kincir (n), Daya kincir angin (Pout), Koefisien daya (Cp), dan Tip
speed ratio (tsr) Grafik hubungan untuk setiap variasi pitch angle dapat dilihat
pada gambar berikut ini :
400
Putaran kincir, n (rpm)
350
300
250
200
150
100
50
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Putaran kincir (n) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 10o pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s
Pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa nilai putaran poros maksimal yang
dapat dihasilkan kincir adalah sebesar 332 rpm. Sementara nilai Torsi optimal
yang dapat dicapai oleh kincir angin sebesar 0,88 N.m. Dari grafik diatas dapat
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
35
disimpulkan bahwa hubungan putaran kincir dan Torsi berbanding terbalik. Hal
ini dapat diartikan bahwa putaran kincir akan berkurang jika beban yang diberikan
pada kincir semakin besar.
Daya kincir, Pout (watt)
12
10
8
6
4
Pout = -44,88 T 2 + 43,55 T - 0,741
2
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Daya Kincir (Pout) dengan Torsi (T)
untuk pitch angle 100 pada kecepatan angin rerata 8,56 m/s
Dari data perhitungan untuk pitch angle 10o daya maksimal yang dicapai
kincir angin adalah sebesar 9,78 watt pada beban Torsi 0,59 N.m. Pada Gambar
4.2 grafik hubungan antara daya kincir dan beban Torsi dapat dilihat persamaan
pendekatan Pout = -44,88 T 2 + 43,55 T – 0,741. Persamaan pendekatan digunakan
untuk menentukan titik puncak dari grafik hubungan daya kincir dan Torsi. Dari
perhitungan persamaan pendekatan didapatkan nilai Pout sebesar 9,54 watt pada
Torsi sebesar 0,49 N.m.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
36
Koefisien daya , Cp (%)
6
5
4
3
2
Cp = -8,46 tsr2 + 13,58 tsr - 0,239
1
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Tip speed ratio, tsr
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Koefisien daya (Cp) dengan Tip speed
ratio (tsr) untuk pitch angle 10o
hubungan antara koefisien daya (Cp) dan Tip speed ratio unutk pitch angle
10o didapa