UNJUK KERJA MODEL ROTOR KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU BERBAHAN DASAR KAYU BERLAPIS SENG DENGAN SUDU DARI BELAHAN DINDING SILINDER DAN SUDUT SEKTOR 80

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

UNJUK KERJA MODEL ROTOR KINCIR ANGIN PROPELER

TIGA SUDU BERBAHAN DASAR KAYU BERLAPIS SENG

DENGAN SUDU DARI BELAHAN DINDING SILINDER DAN

o

  

SUDUT SEKTOR 80

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagai persyaratan mencapai derjat sarjana S-1 Diajukan oleh :

  

ANTHONIUS ADITYA SURYADI

NIM :115214002

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

THE PERFORMANCE OF THREE BLADE PROPELLER

WIND-TURBINE ROTOR MODEL MADE FROM PARTS OF

WALL CYLINDER ZINC PLATED WOOD AND

  o

SECTOR ANGLE 80

FINAL PROJECT

  As partitial fulfillment of the requirement to obtain theSarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

  

By

ANTHONIUS ADITYA SURYADI

Student Number : 115214002

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHONOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

  Kebutuhan energi di dunia khususnya di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Hal ini terjadi akibat, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pemakaian energi yang terus bertambah. Bahan bakar minyak (BBM), batubara dan gas menjadi sumber energi utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia. Namun ketersedian bahan bakar tersebut semakin menipis.Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk memanfaatkan energi baru terbarukan. Salah satu sumber energi terbarukan yang dapat diandalkan adalah angin. Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja dari sebuah model kincir angin.

  Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler tiga sudu berporos horizontal dengan diameter rotor 80 cm. Sudu kincir dibuat dari belahan dinding

  o silinder dengan sudu sektor 80 berbahan dasar kayu yang dilapisi dengan seng.

  Rotor kincir dibuat dalam tiga variasi diameter silinder, yaitu 15 cm, 20 cm dan 25 cm. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan fan blowerdi Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai beban pada kincir. Besarnya beban kincir dapat diukur pada neraca pegas. Putaran kincir angin diukur mengunakantakometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Kecepatan udara yang ditetapkan berkisar antara 7 m/s hingga8m/s.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa kincir angin dengan diameter silinder 15 cm menghasilkan koefisien daya maksimal 14,4% pada tip speed ratio 2,24. Kincir angin dengan diameter silinder 20 cm menghasilkan koefisien daya maksima 16,4% pada tip speed ratio 1,8. Kincir angin dengan diameter silinder 25 cm menghasilkan koefisien daya maksimal 23,7% pada tip speed ratio 2,24. Kincir angin dengan diameter silinder 25 cm menghasilkan koefisien daya dan tip

speed ratio paling tinggi dibandingkan variasi diameter silinder 15 cm dan 20 cm.

  Kata kunci: kincir angin propeler, koefisien daya maksimal, tip speed ratio.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRACT

  The need of energy in the world especially in Indonesia is increasing year by year. This happens because of the population increase, economic growth, and energy consumption. Fuel oil, coal, and gas are major energy sources for availability of Electricity in Indonesia. However the availability of the fuel is running low. Therefore, there is an idea to utilize renewable energy. One of the renewable energy sources which can be used is wind. The aim of this research is to know the performance of a wind-turbine model.

  The model of wind-turbine which is examined in this research is three blade propeller wind-turbine with horizontal axis and 80cm of rotor diameter. Turbine

  o blade is made from parts of wall cylinder zinc plated wood and sector angle 80 .

  Turbine rotor is made in cylinder diameter variations, which is 15cm, 20cm, and 25cm. the study was conducted by using a fan blower in the energy conversation laboratory of the University of Sanata Dharma. In order to obtain wind-turbine power, torque, maximum power coefficient, and tip speed ratio at the wheel, the wheel shaft is connected to a braking mechanism that serves as the load on the wheel. The magnitude of the load wheel is measured on a spring balance. Rotation speed wind-turbine is measured using tachometers and wind speed is measured using anemometer. Set air speed ranges from 7 m/s to 8 m/s.

  The result showed the wind-turbinewith 15 cm of cylinder diameter produces 14.4 % of maximum power coefficient on 2.24 of tip speed ratio. Wind-turbine with 20 cm of cylinder diameter produces 16.4 % of maximum power coefficient 1.8 of pad tip speed ratio. Wind-turbine with 25 cm of cylinder diameter produces 23.7 % of maximum power coefficient 2.24 of pad tip speed ratio. Wind-turbine with 25 cm of cylinder diameter generated power coefficient and tip speed ratio which is the highest compared to the variation in 15 cm and 20 cm of cylinder diameter.

  Key word: propeller wind-turbine, maximum power coefficient, tip speed ratio

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat dan limpahan rakhmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir.

  Penyusunan tugas akhir ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat mendapatkan gelar sarjana S-1pada program studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

  Penulis menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini banyak pihak-pihak yang telah membantu. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyapaikan ucapatan trimakasih kepada : 1.

  Bapak Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku ketua pogram studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Ir. Rines, M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah membimbing dan mendampingi dalam penyelesian Tugas Akhir.

  4. Bapak Budi Setya Handana, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing akademik yang telah membimbing dan mendampingi selama perkuliahaan.

  5. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

  6. Seluruh karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan pengalaman dan ilmunya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  7. Bapak Widagdo dan Ibu Chatarina Hartanti selaku orang tua penulis yang telah mendukung serta memberi doa restu sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat selesai.

  8. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  9. Teman-teman Teknik Mesin khususnya angkatan 2011, yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu terimakasih atas segala bantuannya sehingga Tugas Akhir ini dapat selesai.

  10. Teman-teman UKF dan UKM Basketball Sanata Dharma, teman-teman Tasura 52, teman-teman Wisma Manunggal, teman-teman SSAB, teman- teman PT. Sinar Alam Permai, serta pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah membantu selama penyusunan Tugas Akhir.

  Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Sehingga saran dan kritik yang membangunsanggat penulis harapkan demi kesempurnaan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

  Yogyakarta, 16Februari 2016 Penulis

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR SIMBOL SimbolKeterangan A Luas penampang (m

  2

  )

  C p

  Koefisien daya (%)

  d Diameter kincir (m) E k Energi kinetik (joule) F Gaya pengimbang (N) l Panjang lengan torsi (m) m Masa (kg) ṁ

  Masa udara yang mengalir pesatuanwaktu (kg/s)

  n putaran poros(rpm) P in Daya angin (watt) P out Daya kincir (watt) r

  Jari-jari

  T Torsi (N.m) tsr Tip speed ratio v Kecepatan angin (m/s)

  Masa jenis udara(kg/m

  3

  )

  ω

  Kecepatan sudu (rad/s)

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .................................................................................................. i TITLE PAGE ............................................................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ................................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ........................................................ v LEMBAR PUBLIKASI ............................................................................................. vi ABSTRAK ................................................................................................................. vii ABSTRAC ................................................................................................................. viii KATA PENGANTAR ............................................................................................... ix DAFTAR SIMBOL .................................................................................................... xi DAFTAR ISI .............................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xiv DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xvii

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

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

  1.2 Rumusan Masalah...................................................................................... 3

  1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 3

  1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 4

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

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

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

  2.2 Jenis-Jenis Angin ....................................................................................... 6

  2.3 Kincir Angin .............................................................................................. 9

  2.4 Rumus Perhitungan.................................................................................... 13

  BAB III METODE PENELITIAN............................................................................. 18

  3.1 Diagram Penelitian .................................................................................... 18

  3.3 Waktu dan Tempat Penelitian.................................................................... 19

  3.4 Bahan dan Alat .......................................................................................... 19

  3.5 Bentuk Sudu Kincir ................................................................................... 24

  3.6 Variabel Penelitian .................................................................................... 28

  3.7 Langkah-Langkah Penelitian ..................................................................... 29

  BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ................................................. 30

  4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................. 30

  4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................. 33

  4.3 Data Hasil Perhitungan .............................................................................. 35

  4.4 Grafik Hasil Perhitungan ........................................................................... 42

  4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Diameter Silinder ............................... 51

  BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 54

  5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 54

  5.2 Saran .......................................................................................................... 55 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 56

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  18 Gamabr 3.2 Fan Blower

  25 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  25 Gambar 3.9 Bentuk belahan sudu pada permukaan dinding silinder diameter 20 cm

  24 Gambar 3.8 Bentuk belahan sudu pada permukaan dinding silinder diameter 15 cm

  24 Gambar 3.6 Dudukan sudu

  23 Gambar 3.6 Neraca pegas

  22 Gambar 3.5 Mekanisme pengereman

  22 Gambar 3.4 Anemometer

  21 Gambar 3.3 Takometer

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Instalasi energi baru dan terbarukan di Indonesia

  dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir angin

  p

  12 Gambar 2.7Grafik hubungan C

  11 Gambar 2.6 Jenis kincir vertikal

  9 Gambar 2.5 Jenis kincir horizontal

  8 Gambar 2.4 Angin gunung

  7 Gambar 2.3 Angin lembah

  7 Gambar 2.2 Angin darat

  2 Gambar 2.1 Angin laut

  15 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian kincir angin poros horizontal

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.10 Bentuk belahan sudu pada permukaan dinding silinder diameter 25 cm

  25 Gambar 3.11 Disain tampak depan dan samping sudu dengan diameter silinder 15 cm

  26 Gambar 3.12 Sudu kincir dengan diameter silinder 15 cm

  26 Gambar 3.13 Disain tampak depan dan samping sudu dengan diameter silinder 20 cm

  26 Gambar 3.14 Sudu kincir dengan diameter silinder 20 cm

  27 Gambar 3.15 Disain tampak depan dan samping sudu dengan diameter silinder 25 cm

  27 Gambar 3.16 Sudu kincir dengan diameter silinder 25 cm

  28 Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan diameter silinder 15 cm

  42 Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan diameter silinder 15 cm

  43 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin dengan diameter silinder 15 cm

  45 Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan diameter silinder 20 cm

  45 Gambar 4.5 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan diameter silinder 20 cm

  46 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin dengan diameter 20 cm

  48 Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin dengan diameter

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin dengan diameter silinder 25 cm

  49 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin dengan diameter silinder 25 cm

  51 Gambar 4.10 Grafik perbandingan putaran poros dan torsi untuk variasi diameter silinder 15 cm, 20 cm dan 25 cm

  52 Gambar 4.11 Grafik perbandingan daya output dan torsi untuk variasi diameter silinder 15 cm, 20 cm dan 25 cm

  52 Gambar 4.12 Grafik perbandingan koefisien daya dan tip speed ratio untuk variasi silinder 15 cm, 20 cm dan 25 cm

  53 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Cadangan dan produksi energi Indonesia tahun 2008

  1 Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin

  6 Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 15 cm 30

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 15 cm

  (lajutan)

  31 Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 20 cm 31

Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 20 cm

  (lajutan)

  32 Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 25 cm 32

Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 25 cm

  (lajutan)

  33 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 15 cm

  36 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 15 cm (lanjutan)

  37 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 20 cm

  38 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 20 cm (lanjutan)

  39 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder 25 cm

  40 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin tiga sudu dengan diameter silinder

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Kebutuhan energi di dunia khususnya di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pemakaian energi yang terus bertambah. Bahan bakar minyak (BBM), batubara dan gas menjadi sumber energi utama untuk ketersediaan listrik di Indonesia. Namun peningkatan konsumsi ini tidak diikuti dengan ketersediaan bahan bakar minyak, gas maupun batu bara sebagai sumber energi utama pembangkit listrik di Indonesia. Hal ini dikarenakan ketesediaan bahan bakar tersebut semakin menipis, ini bisa kita lihat pada Tabel 1.1. Data dari kementrian ESDM tahun 2008 mengenai cadangan sumber daya alam Indonesia. Sehingga pemanfaat sumber-sumber energi baru dan terbarukan perlu ditingkatkan. Salah satunya adalah energi angin.

Tabel 1.1 Cadangan dan produksi energi Indonesia tahun 2008

  Sumber Rasio Rasio Cadangan Produksi

No Energi Fosil Daya SD/CAD CAD/PROD

(CD) (PROD)

  (SD) (%) (Tahun)*) Minyak bumi (miliyar 1 56,6 8,2 **) 14 0,357

  23 barel)

  2 Gas bumi (TSCF) 334,5 170 51 2,9

  59 Batubara 3 104,8 20,98 18 0,229

  82 (miliyar ton) Coal Bed 4 453

• Methane/CBM(TSCF)
• ) Dengan asumsi tidak ada penemuan cadangan baru
• ) Termasuk Blok Cepu

  

Sumber :

April 2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Pemanfaatan energi angin sudah dilakukan manusia sejak berabad-abad yang lalu. Misalnya bangsa Eropa yang telah memanfaatkannya sejak sembilan ratus tahun yang lalu untuk mengiling biji-bijian dan membuat barang, serta menggerakkan kapal-kapal layar. Kemudian disusul oleh Amerika pada tahun 1800an yang digunakan untuk memompa air. Pada dasarnya terbentuknya angin terjadi karena perbadaan tekanan di permukaan bumi, Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Akan tetapi perbedaan kecepatan angin setiap daerah berbeda-beda dan memiliki karakter tersendiri.

  Ketersedian angin selama ini masih dianggap sebagai fenomena yang terjadi secara alami oleh kebanyakan masyarakat di Indonesia, hal ini terlihat pada kesadaran pemanfaatan penggunaan energi angin sebagai sumber energi alternatif yang masih rendah. Ini dapat kita lihat pada Gambar 1.1. Data dari Ministry of

  

Energy and Mineral Resource tahun 2012. Padahal bila dimanfaatkan secara

  maksimal dengan memasang turbin-turbin di lokasi yang memiliki potensi angin yang besar pengunaan energi angin sebagai pembangkit listrik sanggat menguntungkan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi terbarukan dan konversi energi khususnya energi angin penulis ingin mengembangkan model kincir yang sudah ada saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin yang berada di Indonesia. Penulis melakukan penelitian pada kincir angin horizontal khususnya propeler tiga sudu.

1.2 Rumusan Masalah

  Masalah yang ingin dipecahkan melalui penelitian ini antara lain: 1.

  Angin adalah energi yang berlimpah, bersifat kekal, gratis dan ramah lingkungan, namun di Indonesia pemanfaatan energi angin belum dilakukan secara optimal.

2. Perlunya model kincir yang dapat mengkonversikan energi angin untuk mencapai efisiensi maksimal.

1.3 Batasan Masalah

  Pada penelitian ini, penulis hanya memfokuskan kajian dan analisa sebagai berikut :

  1. Bahan yang digunakan dalam pembuatan sudu kincir ialah triplek dengan ketebalan 4 mm dan dilapisi seng dengan ketebalan 0.2 mm.

  2. Model kincir yang digunakan ialah jenis horizontal yaitu propeler tiga sudu dengan diameter rotor 80 cm.

  3. Penelitian dilakukan di dalam laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma dengan memanfaatkan mesin fan blower.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

4. Data yang diambil dalam penelitian ini ialah, kecepatan angin, putaran poros kincir dan beban yang diberikan.

  5. Variasi yang digunakan ialah diameter belahan silinder sebagai bentuk dasar sudu, yaitu 15 cm, 20 cm dan 25 cm dengan sudut sektor 80

  o .

1.4 Tujuan Penelitian

  Penelitian ini dilakukan dengan tujuan sebagai berikut : 1.

  Membuat model kincir angin propeler tiga sudu yang diperoleh dari tiga variasi belahan silinder sebagai bentuk dasar sudu dengan diameter 15 cm, 20 cm dan 25 cm dan sudut sektor 80

  o .

  2. Mencari unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu yang diperoleh dari tiga variasi silinder dengan diameter yang berbeda.

  3. Menentukan sudu terbaik diantara tiga variasi sudu yang diteliti.

1.5 Manfaat Penelitian

  Pada penelitian ini, penulis berharap dapat memberikan manfaat antara lain : 1.

  Diharapkan menjadi sumber referensi bagi masyarakat maupun pengembang yang ingin memanfaatkan energi angin.

  2. Menambah sumber pustaka mengenai kincir angin terutama jenis propeler tiga sudu.

  3. Diharapkan menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

  Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan di permukaan bumi. Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.

  Perbedaan tekanan ini disebabkan oleh perbedaan penerimaan dan penyerappan panas matahari oleh bumi. Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA) dengan memanfaatkan turbin angin atau generator angin. Cara kerjanya cukup sederhana, angin memutar kincir angin yang kemudian memutar rotor pada generator yang terletak dibagian belakang. Energi listrik yang dihasilkan bisa dimanfaatkan secara langsung, ataupun disimpan dengan menggunakan battery.

  Batas minimum untuk menggerkkan kincir ialah angin kelas 3 dan batas maksimum adalah angin kelas 7. Kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada Tabel 2.1.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin

  Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah Kecepatan

  Kelas Angin Kondisi Alam di Daratan

  Angin (m/s) 1 0,00

• 2 0,3 Angin bertiup, asap lurus keatas
• – 0,02
• – 1,5 3 1,6 Asap bergerak mengikuti arah angin
• – 3,3

  Wajah terasa ada angin, daun bergoyang, 4 3,4

• – 5,4 petunjuk arah angin bergerak

  Debu jalanan dan kertas berterbangan, ranting 5 5,5

• – 7,9 pohon bergoyang 6 8,0 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar
• – 10,7

  Ranting pohon besar bergoyang, air kolam 7 10,8

• – 13,8 bergoyang kecil

  Ujung pohon melengkung, hembusan angin 8 13,9

• – 17,1 terasa di telinga

  Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat 9 17,2

• – 20,7 melawan arah angin 10 20,8
• – 24,4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh

  Dapat merubuhkan pohon dan menimbulkan 11 24,5

• – 28,4 kerusakan 12 28,5 Dapat menimbulkan keruskan parah
• – 32,5 13 32,6 Angin Topan – 42,3

  

Sumber : hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php . Agustus 2015

2.2 Jenis-Jenis Angin

2.2.1 Angin Laut

  Angin laut adalah angin yang terjadi pada waaktu siang hari di tepian danau dan di sepanjang garis pantai di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari laut atau danau menuju daratan. Hal ini terjadi dikarenakan udara diatas daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas daratan lebih rendah dibandingkan di atas permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

Gambar 2.1 Angin laut

  

Sumber :

Agustus 2015

2.2.2 Angin Darat

  Angin darat adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di tepian danau dan di sepanjang garis pantai di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari darat menuju laut. Hal ini terjadi dikarenakan udara diatas daratan mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah dibandingkan di atas daratan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Angin darat

  

Sumber :

Agustus 2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

  2.2.3 Angin Lembah

  Angin lembah adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari lembah menuju gunung.

  Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan gunung menjadi lebih rendah dibandingkan di atas permukaan lembah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Angin lembah

  

Sumber :

Agustus 2015

  2.2.4 Angin Gunung

  Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung menuju lembah.

  Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pendingin lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

Gambar 2.4 Angin gunung

  Sumber : Agustus 2015

2.3 Kincir Angin

  Kincir angin adalah alat yang mengkonverisikan energi angin menjadi energi mekanis. Pada awalnya kincir angin hanya digunakan untuk mengiling biji-bijian, memompa air serta irigasi. Namun pada saat ini kincir angin telah dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Kincir angin yang digunakan untuk pembangkit listrik disebut turbin angin (wind turbine) atau generator angin (wind generator). Sedangkan kincir angin (wind mill) digunakan untuk penamaan kincir yang digunakan untuk memompa air. Turbin angin atau generator angin menghasilkan energi listrik dengan cara mengkonversi energi angin menjadi energi mekanis yang akan menggerakkan generator sehingga terciptanya induksi magnetik.

  Turbin angin secara umum digolongkan menjadi dua tipe yaitu kincir angin horizontal dan kincir angin vertikal.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

2.3.1 Kincir Angin Horizontal

  Kincir angin horizontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) ialah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai arah angin. Kincir ini ditopang oleh sebuah menara dan kincir terletak di puncak menara. Kincir dapat berputar 360

  o

  terhadap sumbu vertical untuk menyesesuaikan arah angin. Adapun jenis-jenis kincir angin ditunjukkan pada Gambar 2.5. Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah : 1.

  Dapat dibuat dengan kemampuan pitch control untuk sudu-sudunya, sehingga dapat menghindari kerusakan bila terkena badai.

  2. Penggunaan menara yang tinggi memungkinkan menempatkan turbin pada landasan yang tidak datar, di pinggir pantai ataupun di kawasan hutan dengan sarat kincir didirikan di atas treeline (garis batas puncak pohon).

  3. Ukuran kincir yang besar memiliki nilai ekonomis yang lebih baik, karena volume produksi listrik yang lebih besar dengan faktor kapasitas dan efisiensi yang tinggi. Kekurangan kincir angin poros horizontal adalah: 1.

  Kincir angin poros horizontal sulit dioperasikan dekat dengan permukaan tanah yang merupakan tempat beradanya angin-angin turbulen, karena yaw

  control dan blade control memerlukan aliran-aliran yang lebih lamminer.

  2. Kincir angin poros horizontal yang tinggi sulit untuk dipasang karena memerlukan crane yang sangat tinggi dan biaya operator-operator yang ahli.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ` 3.

  Menara-menara yang tinggi dan sudu-sudu yang panjang (mencapai hingga 60 m) sulit untuk diangkut ketempat pendirian turbin. Biaya transportasi sekitar 20 % dari biaya peralatan.

  Three Single Blade U.S Farm Windmil

  Bicycle Multi Blade Blade Double Multi Blade

  Blade Down Wind Up Wind

  Sail Wind Enfield Andreau Counter Rotating Blades

  Multi Rotor

Gambar 2.5. Jenis kincir horizontal Sumber :Hirman, Syukri.

2.3.2 Kincir Angin Vertikal

  Kincir angin vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) ialah kincir angin yang memiliki poros tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat menerima segala arah angin kecuali dari atas atau dari bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang besar dari pada angin poros horizontal. Adapun jenis-jenis kincir angin vertikal dapat dilihat pada Gambar 2.6. Kelebihan kincir angin sumbu vertikal antara lain:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ` 1.

  Kincir angin dapat menerima angin dari segala arah.

  2. Perawatan dan pemasangan lebih mudah karena pemasangan dekat dengan permukaan tanah.

  3. Secara teoritis menggunakan sedikit material.

  4. Tidak memerlukan menara free-standing, sehingga lebih murah dan lebih kuat bila berada dalam daerah angin kencang yang dekat dengan permukaan tanah. Kekurangan kincir angin sumbu vertikal antara lain: 1.

  Karena umum dipasang dekat dengan permukaan tanah kualitas angin yang diterima kurang baik sehingga kincir jenis ini mudah rusak.

  2. Memerlukan tanah yang lebih datar.

  3. Kebanyakan kincir angin vertikal menghasilkan energi dengan efisiensi sekitar 50% dari efisiensi yang dihasilkan kincir angin horizontal karena kincir angin vertikal menerima tambahan drag selama sudu-sudunya berputar di dalam udara yang bergerak (atau angin).

Gambar 2.6 Jenis kincir vertikal

  Savonius Rotor Darrieus Rotor H Rotor

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

2.4 Rumus Perhitungan

  Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1 Energi dan Daya Angin

  Energi angin adalah energi yang dimiliki oleh angin yang disebabkan adanyanya kecepatan, karena adanya energi yang dimiliki oleh angin maka dinamakan energi kinetik angin. Maka energi kinetik dapat dirumuskan :

  2

  (1)

  k

  dengan :

  E adalah energi kinetik (joule) k m adalah massa (kg)

  adalah kecepatan angin (m/s)

  v

  Dari persamaan (1), dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :

  2

  (2)

  P in

  dengan :

  P in adalah daya yang dihasilkan angin (J/s = watt)

  adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s) adalah kecepatan angin (m/s)

  v

  dimana : (3)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

  

3

  ) adalah massa jenis udara (kg/m

  2 A adalah luasan angin yang ditangkap kincir (m )

  Dengan subtitusi, persamaan (2) dan persamaan (3), daya angin (P in ) dapat dirumuskan menjadi :

  2 P in

  disederhanakan menjadi :

  3

  (4)

  P in

  2.4.2 Torsi Kincir Angin Torsi adalah hasil kali gaya pembebanan (F) dengan panjang lengan torsi (l).

  Torsi pada kincir ditimbulkan oleh gaya dorong yang terjadi pada sudu-sudu kincir. Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut : (5)

  T =

  F. Ɩ

  dengan :

  T adalah torsi (N.m)

  adalah gaya pembebanan (N)

  F Ɩ adalah panjang lengan torsi ke poros (m)

  2.4.3 Daya Kincir Angin

  Daya kincir angin adalah suatau daya yang dihasilkan oleh kincir dengan cara mengkonversi energi kinetik menjadi energi potensial. Daya kincir angin dipengaruhi oleh koefisien daya angin. Pada suatu penelitian yang dilakukan seorang insinyur dari Jerman yang bernama Albert Betz telah menemukan efisiensi maskimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 %. Angka ini disebut Betz

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

Number atau Betz Limit. Pada Gambar 2.7 menunjukkan grafik koefisien daya

dari berbagai jenis kincir angin.

Gambar 2.7 Grafik hubungan C p dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir angin

  Sumber :

  Secara teoritis daya kincir yang dapat dari gerak melingkar pada poros kincir dapat dirumuskan :

  

P out =T.ω

  (6) dengan :

  P out adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt) T adalah torsi (N.m) ω adalah kecepatan sudut (rad/s) Kecepatan sudut adalah laju dan orientasi rotasi suatu benda pada sumbunya.

  Satuan dari kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/detik) atau rotasi per menit. Konversi satuan yang menghubungkan (rpm) dan (rad/s) adalah 1 rpm =

  Tip speed ratio (tsr) Koef is ien Daya , C ^p ( % )

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

  (7) P = T.

  out

  dengan :

  n adalah putaran poros (rpm)

  2.4.4 Tip Speed Ratio (tsr) Tip speed ratio adalah perbandingan kecepatan linier ujung terluar pada suatu

  sudu (blade-tip speed) turbin dan kecepatan angin yang melewatinya. Tip speed

  ratio biasa disingkat tsr dan dilambangkan dengan λ. Tsr dapat dirumuskan:

  (8)

  tsr=

  atau biasa disederhanakan menjadi (9)

  tsr=

  dengan :

  r adalah jari-jari kincir (m) n adalah putaran poros (rpm)

  adalah kecepatan angin (m/s)

  v

  2.4.5 Koefisien Daya (C p )

  Koefisien Daya (C ) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir

  p

  (P out ) dengan daya disediakan oleh angin (P in ). C p dapat dirumuskan:

  

out

  (10) %

  

n

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

  dengan :

  C p adalah koefisien daya (%) P adalah daya yang dihasilkan kincir (watt) out

  P in adalah daya yang disediakan oleh angin (watt)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Diagram Penelitian Langkah kerja penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian kincir angin poros horizontal .

  Mulai Perancangan kincir angin poros horizontal Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan kincir Pembuatan kincir angin

  Pengambilan data berupa kecepatan angin, putaran poros kincir dan beban pengereman Pengolahan data mencari torsi, kecepatan sudut, daya angin, daya kincir, koefisien daya (C _p ), tip speed ratio (tsr). Kemudian membuat grafik hubungan antara daya kincir dan torsi, putaran poros dan torsi serta koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) dari setiap variasi diameter silinder sudu

  Analisi serta pembahasan data dan penulisan penelitian Selesai

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Sudu-sudu kincir angin dibuat dari papan triplek (plywood) dengan ketebalan 4 mm.

  Pada saat proses perekatan antara celah potongan pada triplek yang telah dipotong yang bertujuan untuk membentuk lengkungan papan triplek,

  Bahan untuk perekat dan membentuk lengkungan sudu.

  c.

  Sudu-sudu yang dibuat dilapisi dengan seng yang memiliki ketebalan 0,2 mm. Seng ini bertujuan untuk menahan bentuk triplek yang sudah dibentuk lengkung dan mengecilkan gaya gesek yang diakibatkan ketidak rataan permukaan sudu.

  Bahan untuk melapisi sudu.

  b.

  `

  3.2 Objek Penelitian

  Bahan yang dipakai untuk membuat penelitan ini adalah sebagai berikut: a.

  3.4 Bahan dan Alat

  Proses pembuatan kincir dan pengambilan data dilakukan pada bulan Agustus 2015 sampai dengan bulan Desember 2015 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

  o .

  Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal jenis propeler dengan variasi yang digunakan ialah variasi sudu yang diperoleh dari tiga variasi silinder dengan diameter silinder 15 cm, 20 cm dan 25 cm dan sudut sektor 80

  Bahan untuk sudu.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ` digunakan serbuk kayu yang halus untuk mengisi celah potongan triplek.

  Serbuk kayu yang mengisi celah antar triplek tersebut ditetesi dengan lem G agar dapat merekatkan dan menutup celah antar triplek dan menghasilkan lengkungan yang kokoh.

  d.

  Bahan untuk poros utama kincir.

  Poros utama kincir dibuat dari pipa pejal berbahan baja. Poros utama kincir yang dipasang tetap pada trowongan angin dan ditahan oleh dua bantalan yang terhubung ke sistem pengereman dengan bantuan kopling fleksibel.

  e.

  Bahan untuk tiang poros.

  Tiang penahan poros dibuat dari baja profil I yang tertanam pada rangka trowongan angin.

  f.

  Bahan untuk dudukan kincir.

  Dudukan sudu terbuat dari triplek yang dilapisi dengan seng tipis yang bertujuan untuk memperkokoh dudukan dalam menopang sudu.

  Alat yang dipakai untuk penelitian ini meliputi beberapa bagian antara lain: a.

  Alat kerja utama: 1.

  Gergaji 2. Mesin drilling 3. Palu 4. Tool box 5. Mesin Gerinda 6.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ` b.

  Pada saat proses pengambilan data digunakan beberapa alat pendukung antara lain:

1. Fan blower

  Fan blower adalah alat sebuah alat yang digunakan untuk

  menciptakan angin di depan serta di belakang fan blower dengan kecepatan tertentu. Fan blower yang digunakan selama penelitian digerakkan oleh motor listrik berdaya 11,1855 kW dan dihubungkan dengan menggunakan transmisi sabuk dan puli, seperti pada Gambar

  3.2. Gambar 3.2 Fan Blower 2.

  Takometer Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir. Jenis takometer yang digunakan adalah digital light

  tachometer , seperti pada Gambar 3.3. Prinsip kerjanya berdasarkan

  pantulan yang diterima sensor dari reflector, yang menjadi reflektor

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

  selama penelitian ialah sisi mengkilat dari cakram yang dapat memantulkan cahaya kepada sensor.

Gambar 3.3 Takometer 3.

  Anemometer Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Anemometer dipasang di depan kincir angin. Adapun bentuk dari anemometer yang digunakan selama penelitian dapat dilihat pada Gambar3.4.

Gambar 3.4 Anemometer 4.

  Mekanisme pengereman Mekanisme pengereman digunakan untuk mencari beban maksimal dan kecepatan putar kincir angin yang bekerja pada poros kincir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5. Adapun cara

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `

  pembebanannya dengan menambahkan karet terhadap mekanisme pengereman di cakram.

Gambar 3.5 Mekanisme pengereman 5.

  Neraca pegas Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban yang diberikan terhadap kincir angin saat kincir berputar, seperti pada Gambar 3.6.

  Penggunaan neraca pegas dihubungkan dengan mekanisme pengereman menggunakan benang dan pemberat yang jaraknya telah diukur.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  `