Unjuk kerja kincir angin tipe propeler tiga sudu dari bahan pipa PVC berdiameter 6 inchi - USD Repository
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER TIGA SUDU DARI
BAHAN PIPA PVC BERDIAMETER 6 INCHI
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar sarjana teknik
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
WAHYU CATUR PAMUNGKAS
NIM : 095214002
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2013
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
THE PERFORMANCE OF HORIZONTAL AXES WINDMILL
PROPELLER TYPE WITH THREE-BLADE FROM PVC PIPE SIX INCH
IN DIAMETER
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree Science and Technology Faculty
Mechanical Engineering Study Program by
WAHYU CATUR PAMUNGKAS
Student Number:095214002
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2013
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir dengan judul :
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER TIGA SUDU DARI
BAHAN PIPA PVC BERDIAMETER 6 INCHI
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka.
Dibuat di : Yogyakarta Pada tanggal : 23 Januari 2013
Penulis Wahyu Catur Pamungkas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Dewasa ini keberadaan energi fosil semakin berkurang. Dengan eksploitasi secara besar-besaran, maka dikawatirkan 25 tahun lagi tidak ada energi fosil yang bisa dimanfaatkan oleh manusia. Oleh karena itu perlu dikembangkan energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros horisontal berbahan PVC.
Model kincir angin dibuat dalam tiga variasi sudut potong, yakni 60,75,dan 90 derajat. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 80 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang. Sehingga diperoleh daya kincir (P ), koefisien daya (C ), dan tip speed ratio (tsr), kemudian dilakukan
out P
perbandingan daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr) untuk masing-masing variasi sudut potong kincir.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kincir angin dengan sudut potong 60 derajat menghasilkan daya kincir sebesar 8,7 watt dengan C P 0,075 pada tsr 4,15. Kincir angin dengan sudut potong 75 derajat menghasilkan daya kincir sebesar 44,3 watt dengan C 0,37 pada tsr 4,19. Sedangkan kincir angin dengan
p
sudut potong 90 derajat menghasilkan daya kincir 36,4 watt dengan C 0,30 pada
P
tsr 3,2. Sehingga dapat disimpulkan kincir dengan sudut potong potong 75 derajat
menghasilkan daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr) yang lebih besar dari pada kincir angin dengan sudut potong 60 dan 90 derajat.
Kata Kunci : Koefisien daya, Tip speed ratio, Sudu berbahan PVC
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. Rines, M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.
5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., dan Ir. YB Lukiyanto, M.T., selaku Kepala Laboratorium Manufaktur.
6. Pudji Edi dan Partini selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
7. Ayu Diah Sukmasih, S.Farm., selaku teman dekat penulis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8. Rekan sekelompok saya, yaitu Leonardo Bayu dan Hermansyah yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data.
9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya.
Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 22 Januri 2013 Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAM AN JUDUL ……………...……………………………………………………………...... i TITLE PAGE …………….......……………............……………….. ……………………………… ii HALAM AN PENGESAHAN ……….....…....……………………… …………………………………….. iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ……….……............………………………………………………………. iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ........................................... v LEM BAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILM IAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEM IS …………………………………………………………………………………………………. vi
INTISARI ………………..……………………………………......................................... vii KATA PENGANTAR ..........………............………................. …………………………………….. viii DAFTAR ISI ………..........…..............………..…............………............................. x
ISTILAH PENTING ………………..……………………………................................... xiii DAFTAR GAM BAR .................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ..................................................................................... …………………….. xv DAFTAR GRAFIK ………………………………………………………………………………………………………… xvi
BAB I PENDAHULUAN ……...……………………………………………………………………………………. 1
1.1 Lat ar Belakang .……………………………………………………………………………………………. 1
1.2 Tujuan penelit ian ………………………………………………………………………………... 2
1.3 M anfaat penelit ian ..…………………………………………….................................... 2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1.4 Perum usan m asalah .................................................................................... 2
1.5 Bat asan m asalah ......................................................................... …………………….. 3
BAB II DASAR TEORI ...............................…............…….……………………… ………………….. 4
2.1 Konsep Dasar Angin ..................………………………...........…....... ………………….. 4
2.2 Kincir Angin ..........................……........................……………….......................... 5
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisont al …………............................................................. 5
2.2.2 Kincir Angin Poros Vert ikal ……..................................................……………………….. 7
2.2.3 Kincir Angin Am erican Wind M ill .....………………………….... ……………………………….. 9
2.2.4 Faktor yang mempengaruhi kincir angin ....................................................... 9 2.a. Energi Yang Terdapat Pada Angin .....…………………………....................................... 9 2.b. Daya Angin (P ) .....…………........................………………......................................... 9 in 2.c. Tip speed rat io .…………............…..................................................................... 10 2.d. Daya Yang Dihasilkan Angin (P ) ........................................................................ 10 out 2.e. Torsi ............................................................................................................. 10 2.f. Kecepat an Sudut Kincir ................................................................................... 11 2.g. Koefisien Daya Kincir ............................................................... ………………… 11
BAB III M ETODE PENELITIAN ..........…………….………………………………………………………. 12
3.1 Diagt am Alir Penelit ian ..................……………...……...…………............................ 12
3.2 Obyek Penelit ian ...............…...…………………...………….......................................... 13
3.3 Wakt u Dan Tem pat Penelit ian ………………………………..................................... 13
3.4 Alat Dan Bahan ...………..................………………………..........…………………………………. 13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.5 Variabel Penelit ian ........……............……………………...…......................................... 21
3.6 Param et er yang diukur ...................................................................................... 21
3.7 Langkah Percobaan ..................................................................................... 21
3.8 Langkah pengolahan dat a ……………………………………………………………………………….. 22
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEM BAHASAN …………..……………………………. 24
4.1 Dat a Hasil Percobaan ………............………...……...........……………………………….. 24
4.2 Pengolahan Dat a Dan Perhit ungan………................…...……………………………………… 28
4.2.1 Perhit ungan Daya Angin (P ) ....................................…................................ 28 in
4.2.2 Perhit ungan Daya Kincir (P ) ....….......…………………………………………………….. 28 out
4.2.3 Perhit ungan Tip speed rat io ............…………………………………………… 29
4.2.4 Perhit ungan Koefisien Daya Kincir (C ) ........………...……………………………………. 29 P
4.3 Hasil Perhit ungan ………........................................…...……………………………………….. 29
4.3.1 Dat a perhit ungan unt uk kincir angin dengan pem ot ongan 60° ........................ 30
4.3.2 Dat a perhit ungan unt uk kincir angin dengan pem ot ongan 75° ........................ 31
4.3.4 Dat a perhit ungan unt uk kincir angin dengan pem ot ongan 90° ………………………. 33
4.4 Grafik hasil perhit ungan …………………………………………………………………………………… 36
4.4.1 Grafik unt uk variasi pem ot ongan sudut 60° …………………………………………………….. 36
4.4.2 Grafik unt uk variasi pem ot ongan sudut 75° …………………………………………………….. 38
4.4.3 Grafik unt uk variasi pem ot ongan sudut 90° ……………………………………………………. 40
BAB V PENUTUP ..………...................................................................................... 43
5.1 Kesim pulan ……............…………………………........…………………………………………………….. 43
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5.2 Saran ……............……............……………................…………… ……………………………. 44 DAFTAR PUSTAKA …………….………………...………....…………………………………. 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ISTILAH PENTING
Simbol Keterangan v Kecepatan angin (m/s) n Kecepatan putar kincir (rpm) F Gaya pengimbang (N) A Luas penampang (m
2
) T Torsi (N.m) ω
Kecepatan sudut (rad/sec) P in Daya yang tersedia (watt) P out Daya yang dihasilkan (watt)
tsr Tip speed ratio C P Koefisien daya
r Jarak lengan torsi (m) d Diameter kincir (m) R
Jari-jari kincir (m )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAM BAR
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Horisontal ………........................….…….. 6Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ........................….….. …….. 8Gambar 2.3 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (C P ) Dengan Tip speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin ……........................….….. 11Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian ............….…... 12Gambar 3.2 Konstruksi Kincir Angin .................………. 13Gambar 3.3 Sudu Kincir Angin dengan variasi sudut potong ...........………. 14Gambar 3.4 Piringan Kincir Angin .....…………………………………. . 15Gambar 3.5 Kincir Angin ...............................................….. ….. 15Gambar 3.6 Poros penopang Kincir ...............................................….. ….. 16Gambar 3.7 Poros penyambung dihubungkan ke poros kincir .…………… 17Gambar 3.8 Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman ....…... 17Gambar 3.9 Terowongan angina atau Wind Tunel ................…………….. 18Gambar 3.10 Blower ...............................................……………………….. 19Gambar 3.11 Tachometer ...............................................…………………… 19Gambar 3.12 Anemometer ...............................................………………….. 20Gambar 3.13 Neraca Pegas ...............................................………………… 20Gambar 3.14 Pemasangan neraca pegas ...............................................……. 22PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan sudut potong 60° ..............….….. 24Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan sudut potong 75° ………………. 25Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan sudut potong 90° .….…………... 26Tabel 4.3. Lanjutan tabel 4.3 ...........….…….. 27Tabel 4.4 - Tabel 4.8. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 60°…………………………………………………………………......….……… 30
Tabel 4.6 – Tabel 4.13. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 75°.….……………………………………………………………………………. 31
Tabel 4.14 – Tabel 4.18. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 90°………………………………………………………………………………... 33
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk sudut potong 60° ...................................................…………. 36 Grafik 4.2 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut potong
60° ..........................................………………………… 37 Grafik 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk sudut potong 60° .....................................…………………….. 38 Grafik 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk sudut potong 75° ...........................................………………… 39 Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut potong
75° ......................................………………….... 39 Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk sudut potong 75° .............................................…………...... 40 Grafik 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk sudut potong 90° ...........................................…………….... 41 Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut potong
90° ......................................…………………… 41 Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk sudut potong 90° .............................................…………….. 42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1.Latar belakang Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali oleh masyarakat.
Masyarakat yang maju atau berkembang umumnya memerlukan listrik dalam jumlah besar dengan biaya serendah mungkin, maka dari itu banyak orang melakukan eksperimen dengan mencoba energi alternatif untuk menghasilkan listrik dengan biaya yang murah dan aman bagi lingkungan. Di indonesia banyak sekali energi alternatif yang dapat dimanfaatkan seperti energi surya, energi air, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak sumber energi yang paling mudah dimanfaatkan adalah energi angin karena angin ada dimana-mana sehingga mudah didapatkan dan biaya yang dibutuhkan tidak begitu mahal, untuk menghasilkan listrik dengan tenaga angin dibutuhkan kincir angin yang berguna untuk menangkap angin dan menggerakkan generator yang kemudian menghasilkan energi listrik.
Ada banyak jenis kincir angin yang dikembangkan. Jenis-jenis kincir angin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu kincir angin dengan poros vertikal dan kincir angin dengan poros horisontal, yang masing-masing jenis mempunyai berbagai macam bentuk kincir angin.
Disini yang penulis buat adalah kincir angin poros horisontal dengan tiga sudu. Sudu atau propeler yang digunakan dengan ukuran yang sama tetapi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
variasi sudut potongnya berbeda yang bertujuan untuk mengetahui sudu mana yang lebih baik digunakan.
1.2.Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Mengetahui koefisien daya ( ) dan tip speed ratio (tsr) yang dihasilkan kincir angin.
b. Membandingkan daya yang dihasilkan kincir angin untuk tiga variasi sudut potong kincir dengan bentuk dan ukuran yang sama.
1.3.Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu berbahan PVC dengan variasi sudut potong yang berbeda.
b. Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di indonesia, khususnya energi angin.
c. Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi energi angin yang besar untuk memberdayakan energi tepat guna.
1.4.Perumusan masalah Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
a. Indonesia adalah negara yang memiliki potensi energi angin yang cukup besar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.
1.5.Batasan masalah Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
a. Sebagai bahan uji dibuat kincir angin bahan sudunya dari pipa PVC dengan diameter 6 inchi, dalam bentuk yang sama dengan sudut potong 60, 75, dan 90 derajat.
b. Kincir di uji pada terowongan angin dengan lima variasi posisi kecepatan angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB 2 Tinjauan pustaka
2.1. Dasar teori Angin adalah udara bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Pada daerah yang bertemperatur tinggi, udara akan memuai dan massa jenis udara akan turun, sehingga tekanan udara di daerah tersebut akan rendah. Tekanan rendah ini akan diisi oleh udara yang datang dari tekanan yang lebih tinggi.
Kecepatan angin sangat dipengaruhi oleh beberapa hal : pertama, oleh letak tempat atau topografi, dimana jika angin menerpa pada topografi berupa gunung, angin akan cenderung naik dan jika angin menerpa pada topografi berupa dataran, maka angin akan cenderung lurus-lurus saja. Kedua, saat angin bergerak di atas daratan dan lautan juga sangat berbeda. Walau bagaimanapun angin yang bergerak di daratan akan cenderung mengikuti keadaan permukaan daratan, berbeda jika angin yang berhembus di atas lautan maka ia akan ikut mempengaruhi bentuk muka air laut, bahkan pergerakan arus di atas laut.
Sehingga ia lebih bebas bergerak di atas lautan daripada di daratan. Ketiga, adanya pepohonan sangat berpengaruh jika pohon tersebut cukup tinggi, maka akan menggangu laju angin.
Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
angin, tentunya dengan bantuan alat yang kita sebut dengan kincir angin. Kepulauan yang memiliki potensi tersebut diantaranya kepulauan Sumbawa, Sumba, Lombok, dan Bali yaitu sebesar 4,5 sampai 5,8 m/s. ( Mulyani, 2008 ).
2.2. Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di Belanda, Denmark, dan negara-negara eropa lainya yang pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan penggilingan gandum.
Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu adalah Windmill. (Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin , diakses 22 Februari 2012).
Berdasarkan posisi poros kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horizontal.
2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal Kincir Angi Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360
⁰ terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.
( Sumber : http://wikipedia.org/Kincir_angin , diakses 22 Februari 2012).
Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2.1 berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
a. Kincir angin American WindMill.
b. Kincir angin Cretan Sail Windmill.
c. Kincir angin Dutch four arm.
d. Kincir angin Rival calzoni.
a. Kincir angin American WindMill b. Kincir angin Cretan SailWindmill
c. Kincir angin Dutch four arm
d. Kincir angin Rival calzoni
Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber : www.fineartamerica.com ,diakses 22 Februari 2012)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah : 1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.
3. Material yang digunakan lebih sedikit.
4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara.
5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang diakibatkan gaya angkat atau lift force oleh angin.
Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal adalah : 1. Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan denga arah angin.
3. Biaya pemasangannya mahal.
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah.Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang besar daripada kincir angin poros horisontal. Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah : 1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.
3. Dapat bekerja pada putaran rendah.
4. Tidak memerlukan mekanisme yaw.
5. Biaya pemasangan lebih murah. Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut :
1. Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai berputar.
2. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.
3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan merupakan beban tambahan.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang ada di sekitar kita diantaranya seperti terlihat pada Gambar 2.2 a. Kincir angin Darrieus b. Kincir angin Savonius
Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal (Sumber :, diakses 22 Februari 2012
http://wikipedia.org/Kincir_angin )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Dalam tugas akhir yang saya buat ini akan membahan mengenai kincir angin poros horisontal tiga sudu dengan jenis American Wind Mill.
2.2.3. Kincir Angin American Wind Mill Kincir angin jenis american wind mill merupakan salah satu dari kincir angin poros horisontal yang biasanya bersudu dua,tiga,empat,atau juga bersudu banyak.Kincir jenis ini dapat bekerja pada putaran yang tinggi sehingga dapat menghasilkan daya listrik yang besar.
2.2.4. Faktor yang mempengaruhi kincir angin
1. Energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan sudu- sudu yang terdapat pada kincir angin tersebut.
2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat gerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan : Energi kinetik = ½ m.V
2
…………………………(1)
m = massa (kg) V = kecepatan dari benda yang bergerak
3. Daya angin ( ) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap luasan sudu, yang dapat dirumuskan : = ½
.A.V 3 ……………………………….( 2) = massa jeni s udar a ( kg)
A = luas penampang sudu ( m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
V = kecepatan alir an angin ( m/ s)
4. Tip speed r atio ( tsr ) adalah per bandingan kecepatan pada ujung- ujung sudu yang ber putar , tsr dapat dir umuskan :
. . .
= ………………………………( 3)
.
r = jari jari lingkaran / penampang sudu kincir. n = putaran kincir.5. Daya yang dihasilkan kincir ( ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :
= ………………………………( 4) T . ω
T = tor si = kecepatan sudut
ω
6. Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros dihasilkan oleh gaya dorong pada sudu kincir yang dikurangi dengan gaya hambat (gaya yang berlawanan arah). Gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros kincir yang berputar, untuk perhitungan torsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
T = F . r ……………………………( 5)
F = gaya (N)
= panjang lengan torsi (m)
r
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7. Kecepatan sudut kincir adalah kecepatan putar kincir dalam satuan radian per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan rumus : = .
.….……………….(6)
8. Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga C P dapat dirumuskan :
=
………………......(7) C p dari suatu kincir angin juga dapat ditentukan dengan grafik Hubungan antara C dan tsr dari beberapa jenis kincir. p Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara C p dan tsr dari beberapa jenis kincir .
(Sumber : Wind Energy System by Dr. Gary L . Johnson)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram alir penelitian. Langkah kerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir sebagai
berikut : MULAI Perancangan kincir angin poros horizontal.
Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan PVC. Variasi sudut potong 60,75, dan 90 derajat dengan bentuk yang sama.
Pengambilan data mencari kecepatan angin, nilai putaran poros kincir dan gaya pengimbang pada kincir angin.
Pengolahan data mencari daya angin, daya kincir, C , dan tsr,kemudian membandikan
P
antara daya kincir, C P, dan tsr pada masing- masing variasi sudut potong kincir angin.
Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan.
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir PenelitianPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.2. Objek penelitian
Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal tiga sudu berdiameter enam inchi dengan variasi sudut potong (60,75,dan 90 derajat), dengan bentuk yang sama.
3.3. Waktu dan tempat penelitian
Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai pada semester ganjil tahun ajaran 2012/2013 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3.4. Alat dan bahan
Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC ukuran 6 inchi (15cm) dapat dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Konstruksi kincir angin.PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Kincir angin tersebut memiliki beberapa bagian penting yaitu :
1. Sudu Kincir Sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang, terbuat dari pipa PVC ukuran 6 inchi dengan tebal 3 mm. Banyak sudu yang dipakai tiga buah. Ada tiga macam variasi sudut potong yaitu sudut potong 60, 75, dan 90 derajat, Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Sudu kincirPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2. Piringan kincir Piringan berfungsi sebagai dudukan sudu. Piringan terbuat dari plastik dengan ukuran diameter 30 cm. Sudu ditempelkan pada piringan kincir kemudian dibaut, seperti pada Gambar 3.4 dan Gambar 3.5
Gambar 3.4 Piringan kincirGambar 3.5 Kincir anginPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3. Poros penopang kincir untuk menopang piringan kincir agar dapat berputar
Gambar 3.6 Poros penopang kincir4. Poros penyangga berfungsi sebagai penyangga mekanisme kincir keseluruhan.
5. Poros pada ujung kincir dan poros pada sistem pengereman dihubungkan dengan menggunakan poros penyambung, kemudian sistem pengereman diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan putaran kincir angin. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan Gambar
3.8.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.7. Poros penyambung dihubungkan ke poros ujung kincirGambar 3.8. Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengeremanDalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang, diantaranya :
1. Terowongan Angin Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai keinginan.
Gambar 3.9 Terowongan Angin atau Wind Tunel2. Blower Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, dapat dilihat pada gambar 3.10.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.10. Blower3. Takometer Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 TakometerPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4. Anemometer Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Anemometer5. Neraca Pegas Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada kopling dengan jarak yang telah ditentukan. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Neraca PegasPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.5. Variabel penelitian : Variabel dalam penelitian ini adalah :
1. Variasi sudu dengan tiga macam sudut potong (60, 75, 90 derajat sudut potong) dengan bentuk yang sama.
2. Variasi pembebanan yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai posisi kincir diam.
3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 5 posisi variasi kecepatan angin yang dilakukan di dalam terowongan angin.
3.6. Parameter yang diukur :
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. Kecepatan angin, (m/s)
2. Gaya pengimbang, (N)
3. Putaran kincir, (rpm)
3.7. Langkah percobaan
Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :
1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.
Seperti pada Gambar 3.14.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.14 Pemasangan neraca pegas pada sistem pengereman2. Menempatkkan anemometer dan takometer pada tempatnya.
3. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan
4. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser blower dengan troli pada angka kecepatan angin yang diinginkan.
5. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dimulai mengukur kecepatan putaran, kecepatan angin, dan besarnya torsi.
6. Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan lima variasi kecepatan angin.
3.8. Langkah pengolahan data.
Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan langkah-langkah sebagai berikut :