Unjuk kerja model kincir angin propeler tiga sudu mengerucut dari bahan dasar kayu dengan tiga variasi lapisan permukaan sudu.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

ABSTRAK
Pemakaian energi yang senantiasa meningkat dari waktu ke waktu
menyebabkan kelangkaan energi, karena menurut perkiraan dalam waktu dekat
masyarakat dunia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya
alam tak terbaharui (seperti minyak bumi, batubara, dan gas) sebagai sumber
energi untuk membangkitkan listrik. Salah satu sumber energi terbarukan yang
bisa dimanfaatkan sebagai alternatif adalah energi angin dengan menggunakan
kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir
angin dengan mencari torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio.
Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dan berbahan dasar
kayu, dengan tiga variasi lapisan permukaan yakni, tanpa lapisan, lapisan
anyaman bambu dan lapisan seng. Untuk mendapatkan torsi, daya kincir,
koefisien daya, dan tip speed ratio pada kincir, kincir diuji dengan menggunakan
terowongan angin yang dilengkapi dengan fan blower. Poros kincir dihubungkan

ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai alat untuk memvariasikan
beban kincir. Besarnya beban pada kincir dapat dilihat dari neraca pegas. Putaran
kincir diukur dengan mengunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan
menggunakan anemometer.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan tanpa
lapisan menghasilkan koefisien daya lebih besar dari pada kincir angin lapis seng
maupun kincir angin lapisan anyaman bambu. Koefisien daya puncak yang
dihasilkan oleh kincir tanpa lapisan adalah sekitar 5,7% pada tip speed ratio 2,5.
Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,22 N.m pada putaran sekitar 526
rpm dan kecepatan angin 9,13 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir
angin lapis seng adalah sekitar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang
dihasilkan model ini adalah sebesar 0,15 N.m pada putaran sekitar 536 rpm dan
kecepatan angin 8,67 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin
lapis anyaman bambu adalah sekitar 3% pada tip speed ratio 2,2. Torsi yang
dihasilkan model ini adalah sebesar 0,13 N.m pada putaran sekitar 385 rpm dan
kecepatan angin 8,63 m/s.
Kata kunci: koefisien daya, tip speed ratio, sudu berbahan dasar kayu.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN

MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

ABSTRACT
Energy consumption is constantly increasing from time to time causing
shortages of energy , because according to forecasts in the near future the world
community will be faced with the problem of shortage of non-renewable natural
resources ( such as petroleum , coal , and gas ) as an energy source to generate
electricity . One of the renewable energy sources that can be used as an alternative
to wind energy using wind-turbine. This study aims to assess the performance of
the model wind-turbine to get torque, power turbines , power coefficient and tip
speed ratio.
The model wind-turbine in this research 80 cm of diameter and made
from wood , with three variations of the surface layer , without lining, woven
bamboo and zinc coating . To get torque, power turbines , power coefficient and
tip speed ratio at the wind-turbine , wind-turbine tested using a wind tunnel
equipped with a fan blower . Wheel shaft is connected to a braking mechanism
that serves as a tool to vary the wheel load . The magnitude of the load on the

wind-turbine can be seen on the spring balance . Round pinwheel is measured by
using tachometers and the wind speed measured by an anemometer.
The result showed that the model of a wind-turbine with no layers
generate power coefficient greater than wind-turbine and wind-turbine zinc coated
layer of woven bamboo . The coefficient of peak power generated by wind-turbine
without coating is approximately 5.7 % on a tip speed ratio of 2.5. The torque
generated by this model is 0,22 N.m at about 526 rpm rotation and wind speed
9.13 m/s . The coefficient of peak power generated wind-turbine zinc layer is
approximately 4.3 % on a tip speed ratio of 2.5. The torque generated by this
model is 0,15 N.m at around 536 rpm rotation and wind speed of 8.67 m/s . The
coefficient of peak power generated wind-turbine woven bamboo plywood is
about 3 % at the tip speed ratio of 2.2 . The torque generated by this model is 0,13
N.m at about 385 rpm rotation and wind speed of 8.63 m/s. Coefficient of peak
power generated wind-turbine woven bamboo plywood is about 3 % at the tip
speed ratio of 2.2 . The torque generated by this model is 0,13 N.m at about 385
rpm rotation and wind speed of 8.63 m/s.
Keywords : power coefficient , tip speed ratio , blade made from wood.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN

MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA
SUDU MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN
TIGA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU

TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :
BERY WIDONO
NIM : 115214003

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016

i

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

THE PERFORMANCE OF CONICAL THREE BLADE
PROPELLER WINDMILL MODELS FROM WOOD MATERIAL
WITH THREE SURFACE LAYER VARIATIONS OF THE
BLADE

FINAL PROJECT

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

By :
BERY WIDONO
Student Number : 115214003

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINERING DEPARTMENT
FACULITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2016
ii

r
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN

TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

UNJUK KEzuA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA ST]DU
MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA

VARIASI LAPISAN PERMT]KAAN SUDU

Disusun oleh

r;
q

u
;rfl

Ad
@

1u

:

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

UNJUK KERIA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU
MENGERUCUT DARI BAI{AN DASAR KAYU DENGAN TIGA
VARTASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU
Dipersiapkan dan disusun oleh

:

NAMA : BERY WIDONO

NIM

: 115214003

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Pada tanggal 27 J anuai 2016
Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

Ketua

: Wibowo Kusbandono S.T.,M.T.

Sekretaris

:

Anggota

. Ir. Rines,

A. Prasetyadi, S.Si.,M.Si.

M.T.

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 27 I arutari 20 16
Fakultas Sains dan Teknologi

6ff

m*s

a-fiY.rxtr I

a]rryt
'&!*

VdLryff,I

lsih Prima

1V

Rosa, S.Si.,M.Sc.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam tugas akhir dengan

judul:

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA
SUDU MEI{GERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN

TIGA VARIASI LAPISA1Y PERMUKAAN SUDU
Yang dibuat untuk rnelengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi
Sa{ana Teknik pada program Sfrata-l, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains san
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan
merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di Perguruan tinggr
manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat

di : Yogyakarta

Pada tanggal

:

27 Januari 2016

Penulis

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

LEMBAR PERI'{YATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma

Nama

:

BERY WIDONO

NomorMahasiswa

:

115214003

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul

:

perpustakaan

:

UNJUK KERJA MODEL KTITCIR A1YGTN PROPf,LER TIGA
SUDU MENGERUCUT DARI BAIIAN DASAR KAYU DENGAN

TIGA YARIASI LAPISAN PERMUKAAI{ SUDU
Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata
Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk rnedia lain, mengelolanya

dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
mempublikasikanya

di internet atau media lain unttrk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pemyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal 27 Januart

2}fi

Yang menyatakan

vl

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

INTISARI

Pemakaian energi yang senantiasa meningkat dari waktu ke waktu
menyebabkan kelangkaan energi, karena menurut perkiraan dalam waktu dekat
masyarakat dunia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam
tak terbaharui (seperti minyak bumi, batubara, dan gas) sebagai sumber energi untuk
membangkitkan listrik. Salah satu sumber energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan
sebagai alternatif adalah energi angin dengan menggunakan kincir angin. Penelitian
ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin dengan mencari torsi,
daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio.
Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dan berbahan dasar kayu,
dengan tiga variasi lapisan permukaan yakni, tanpa lapisan, lapisan anyaman bambu
dan lapisan seng. Untuk mendapatkan torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed
ratio pada kincir, kincir diuji dengan menggunakan terowongan angin yang
dilengkapi dengan fan blower. Poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman
yang berfungsi sebagai alat untuk memvariasikan beban kincir. Besarnya beban pada
kincir dapat dilihat dari neraca pegas. Putaran kincir diukur dengan mengunakan
takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan tanpa lapisan
menghasilkan koefisien daya lebih besar dari pada kincir angin lapis seng maupun
kincir angin lapisan anyaman bambu. Koefisien daya puncak yang dihasilkan oleh
kincir tanpa lapisan adalah sekitar 5,7% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang
dihasilkan model ini adalah sebesar 0,22 N.m pada putaran sekitar 526 rpm dan
kecepatan angin 9,13 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis
seng adalah sekitar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini
adalah sebesar 0,15 N.m pada putaran sekitar 536 rpm dan kecepatan angin 8,67 m/s.
Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis anyaman bambu adalah
sekitar 3% pada tip speed ratio 2,2. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar
0,13 N.m pada putaran sekitar 385 rpm dan kecepatan angin 8,63 m/s.
Kata kunci: koefisien daya, tip speed ratio, sudu berbahan dasar kayu.

vii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan
anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat
menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “ UNJUK KERJA MODEL

KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI
BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISAN
PERMUKAAN SUDU”.
Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa
untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam
laporan tugas akhir ini membahas mengenai perancangan, perbandingan efisensi dan
pembuatan kincir angin propeler.
Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih
kepada:
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin.
3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

viii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

5'

Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan

ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Seluruh staff Fakultas

Sains dan Teknologi atas kerja sarna dan dukungan kepada

penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir.

7. Bapak Kianto dan Ibu Tan Cheng sun sebagai orang tua dari penulis,

serta

Budianto, Desi Yeransiska sebagai kakak dan Rico Vernando sebagai adik dmi
penulis yang selalu berdoa dan mendukung secara material dan lain

-

lain kepada

penulis.

8. Rekan

- rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 20lI khususnya, yang telah

memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi.

9. Semua pihak yang tidak murgkin disebut

satu per satu yang telah

ikut membantu

penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi.

Penulis rnenyadari bahwa masih ada kekurangan

-

kekurangan yang perlu

diperbaiki pada pembuatan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan saran dan

kritikan yafig membangun untuk menyempurnakan tugas akhir.
mengharapkan semoga tugas akhir

ini

penulis

berguna dan bermanfaat untuk dapat

memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta
para pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, 27 I anuari 2A16

tx

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR ISI

Halaman Sampul ........................................................................................................i
Halaman Judul............................................................................................................ii
Halaman Pengesahan .................................................................................................iv
Halaman Pernyataan...................................................................................................v
Lembar Pernyataan Persetujuan .................................................................................vi
Intisari ........................................................................................................................vii
Kata Pengantar ...........................................................................................................viii
Daftar Isi.....................................................................................................................x
Daftar Gambar............................................................................................................xiii
Daftar Tabel ...............................................................................................................xv

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .........................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................2
1.3 Tujuan Penelitian......................................................................................2
1.4 Batasan Masalah .......................................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian....................................................................................3

BAB II DASAR TEORI
2.1 Energi Angin ............................................................................................5
2.2 Asal Energi Angin ....................................................................................6

x

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin ..........................................................................6
2.3.1 Kincir Angin Poros Horizontal ..................................................7
2.3.2 Kincir Angin Poros Vertikal ......................................................8
2.4 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio..........................9
2.5 Kincir Angin Propeler ..............................................................................10
2.6 Rumus Perhitungan ..................................................................................10
2.6.1 Energi Kinetik ...........................................................................10
2.6.2 Daya Angin ................................................................................11
2.6.3 Torsi ...........................................................................................12
2.6.4 Tip Speed Ratio..........................................................................12
2.6.5 Daya Kincir Angin ....................................................................13
2.6.6 Koefisien Daya ..........................................................................14

BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian ...................................................................................15
3.2 Alat dan Bahan .........................................................................................16
3.3 Variabel Penelitian ...................................................................................22
3.4 Variabel yang Diukur ...............................................................................22
3.5 Parameter yang Dihitung ..........................................................................22
3.6 Langkah Penelitian ...................................................................................23
3.7 Desain Kincir............................................................................................24

xi

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................25
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................27
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ...........................................................27
4.2.2 Perhitungan Torsi ......................................................................27
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ...........................................................28
4.2.4 Perhitungan tip speed ratio........................................................28
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ......................................................29
4.3 Hasil Perhitungan .....................................................................................30
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ..........................................................................32
4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan ..............43

BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan...............................................................................................44
5.2 Saran .........................................................................................................45

Daftar Pustaka ............................................................................................................46

xii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Kincir angin Poros horizontal

7

2. Gambar 2.2 Kincir angin Poros vertical

8

3. Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dengan tsr

9

5. Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin

15

6. Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin

16

7. Gambar 3.3 Dudukan sudu

17

8. Gambar 3.4 Terowongan angin

18

9. Gambar 3.5 Fan blower

18

10. Gambar 3.6 Anemometer

19

11. Gambar 3.7 Sistem Pengereman

20

12. Gambar 3.8 Tachometer

20

13. Gambar 3.9 Neraca pegas

21

14. Gambar 3.10 Desain kincir

24

15. Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin

24

16. Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu
tanpa lapisan

32

17. Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu
lapis seng

33

18. Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu
lapis anyaman bambu

34

xiii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

19. Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin
sudu polos

35

20. Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu
lapis seng

36

21. Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu
lapis anyaman bambu

37

22. Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu polos

39

23. Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu lapis seng

40

24. Gambar 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu lapis anyaman bambu

42

25. Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk
tiga variasi pelapisan permukaan sudu

xiv

43

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR TABEL

1. Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan

24

2. Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng

25

3. Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu

25

4. Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan

29

5. Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng

30

6. Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis
anyaman bambu

30

xv

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah
Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir angin merupakan
sarana pengubah energi kinetik menjadi energi mekanik untuk memutar generator
listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak

abad ke-17 SM dan

terbesar di berbagai negara seperti Persia, Babilonia, China dan di benua Eropa
dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros jenisjenis kincir angin terbagi menjadi dua kategori, yaitu kincir angin sumbu
horisontal dan kincir angin sumbu vertical. Kincir angin ini pada awalnya dibuat
untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan
gandum, keperluan irigasi dan lain-lain.
Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi
kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi.
Walaupun sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat
menyaingi pembangkit listrik konvensional ( seperti PLTD, PLTU dan lain-lain),
untuk sekarang kincir angin masih dikembangkan oleh para ilmuwan karena
menurut perkiraan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah
kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti batubara, minyak bumi)
sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Kincir angin yang penulis gunakan adalah kincir angin berporos
horisontal. Efisiensi menjadi suatu hal yang utama dalam kincir angin ini, nilai

1

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2

efisiensi yang tinggi dapat meningkatkan nilai koefisien daya yang dihasilkan
yang tentu menghasilkan daya keluaran yang tinggi pula. Permukaan sudu kincir
juga berpengaruh terhadap performa yang dihasilkan oleh kincir angin.

1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah prinsip kerja kincir
angin yang diuji, penelitian ini juga untuk menghasilkan unjuk kerja yang
dihasilkan oleh kincir angin dari bahan kayu, seng, dan anyaman bambu.
Penelitian ini juga digunakan untuk mengetahui besar torsi dan daya yang biasa
dihasilkan oleh kincir angin

1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Membuat model kincir angin jenis propeler tiga sudu poros horizontal
dengan tiga variasi perlakuan permukaan sudu.
2. Mengetahui unjuk kerja dari ketiga variasi kincir angin dengan
mencari torsi, koefisien daya maksimal dan tip speed ratio.
3. Mengetahui model kincir angin yang memberikan nilai koefisien daya
maksimal diantara ketiga model kincir angin yang diteliti.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

3

1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini meliputi:
1. Kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal tiga
sudu tipe propeler.
2. Bahan dasar sudu kincir angin terbuat dari kayu.
3. Terdapat tiga variasi lapisan permukaan sudu yang digunakan dalam
kincir angin ini seperti kayu tanpa lapisan, kayu lapis anyaman bambu
dan kayu lapis seng.
4. Bahasan yang dilakukan dalam penelitian ini mencakup tentang torsi,
daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio

1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian model kincir angin ini adalah :
1. Bagi masyarakat/Industri.
a. Diharapkan dapat mengatasi masalah listrik yang dialami oleh
masyarakat yang tinggal di daerah yang mendapat pasokan listrik
dari pemerintah.
b. Bahan yang murah dan mudah di dapat, diharapkan masyarakat
dapat membuat kincir sendiri dan menghasilkan sumber listrik
sendiri.
2. Bagi Akademik
a. Menjadikan sumber bacaan untuk membantu pembelajaran tentang
penilitian kincir angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

4

b. Melakukan penelitian yang lebih baik tentang kincir angin.
3. Bagi Penulis
a. Mempelajari tentang energi angin yang dapat dimanfaatkan
sebagai energi terbarukan untuk di kemudian hari.
b. Mendapatkan pengetahuan dari cara pembuatan kincir angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB II
DASAR TEORI

2.1 Energi Angin
Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat
tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Energi angin yang
jumlahnya sangat tak terbatas dan banyak dimanfaatkan untuk meringankan kerja
manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu mengerakan energi
kincir angin, perahu layar dan bahkan bisa dimanfaatkan untuk pembangkit energi
listrik yang berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di atmosfer
atau lapisan udara bumi yang mengandung banyak partikel udara dan gas.
Kondisi atmosfer atau lapisan udara yang menyelimuti bumi mengandung
berbagai macam molekul gas dan terdiri dari beberapa lapisn. Lapisan atmosfer
yang paling terendah berupa troposfer. Lapisan troposfer sangat tipis bila
dibandingkan dengan diameter bumi. Pada troposfer, semua peristiwa cuaca
seperti angin terjadi.
Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki
jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang
terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi
matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa
jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan
pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi
aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh
aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.
5

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

6

2.2 Asal Energi Angin
Hampir semua energi terbarukan, termasuk energi pasang surut, arus dan
gelombang air, bahkan energi fosil berasal dari energi matahari. Matahari
meradiasikan 1,74 x 1017 joule energi ke permukaan bumi pada setiap detikntya.
Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi
bentuk energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak dari
pada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada
dimuka bumi.
Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena perbedaan
temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu
pada busur 0o, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari
matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.

2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakan oleh tenaga angin sehingga
menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan
di negara-negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang waktu itu banyak
digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan
pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua
jenis menurut porosnya: kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros
vertikal.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

7

2.3.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros horisontal atau propeler adalah kincir angin yang
memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah
angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah blade lebih dari dua,
kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang
bekerja pada suatu kincir.
Beberapa jenis kincir dengan poros horisontal

adalah seperti yang

ditunjukan dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
(Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014)

Kelebihan kincir angin poros horisontal diantaranya adalah:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
2. Setiap sepuluh meter keatas, kecepatan angin meningkat 20% keatas.
3. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju
rotor.
4. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.
Disamping memiliki kelebihan, kincir angin poros horizontal juga memiliki
kekurangan diantaranya adalah:

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

8

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan
gearbox yang berat.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah
angin.

2.3.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi
porosnya 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 lebih besar dari pada kincir angin
poros horisintal.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal adalah seperti yang ditunjukan
dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kincir Angin Sumbu Vetikal
(Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014)

Kelebihan kincir angin poros vertikal diantaranya adalah:
1. Dapat menerima arah angin dari segala arah.
2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

9

3. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.
4. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator.
Adapun kekurangan Kincir angin poros vertikal diantaranya adalah:
1. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil.
2. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya
drag tambahan.
3. Dipasang ditempat rendah sehingga faktor keselamatan perlu diperhatikan

2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr
Menurut Albert Betz ilmuwan Jerman koefisien daya maksimal dari kincir
angin adalah 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 :

Gambar 2.3 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan
tips speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir. (Sumber :
www.gunturcuplezt.com, diakses 13 desember 2014)

2.5 Kincir Angin Propeler
Dalam tugas akhir ini saya akan membahas tentang kincir angin sumbu
horisontal jenis propeler. Kincir angin propeler merupakan kincir angin yang

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

10

konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudu
tiga.
Kelebihan kincir angin propeler, diantaranya adalah :
1. Mampu menghasilkan daya yang besar.
2. Konstruksi kincir lebih sederhana.
3. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi.
4. Penempatannya jauh dari tanah sehingga memiliki faktor keamanan
yang cukup tinggi.

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

2.6.1 Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang di miliki oleh suatu benda yang
bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga
dapat dirumuskan :
Ek = ½ m v2

(1)

dengan :
Ek = energi kinetic (Joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan angin (m/s)
Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan
rumus sebagai berikut :

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

(2)

̇ v2

dengan :

11

Pin = daya angin (watt)

dimana :

̇ = massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s)
̇ =ρAv

dengan :

(3)

ρ = massa jenis udara (kg/m3)

A = luas penampang sudu (m2)
Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin Pin dapat
dirumuskan menjadi:
Pin = ½ (ρ A v) v2,
yang dapat disederhanakan menjadi.
Pin = ½ ρ A v3

(4)

2.6.2 Daya Angin
Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu.
Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada
dasarnya daya angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu
sehingga dapat ditulisa dalam rumus sebagai berikut :
Daya = kerja / waktu
= energi kinetik / waktu
P = ½ . m . ν2 /t
= ½ (ρ.A.d).ν2 /t
= ½ . ρ. A . ν2. (d/t)
= ½ . ρ . A . ν3

d/t = ν

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

12

dalam hal ini :
Pin = Daya yang disediakan oleh angin (watt)



= massa jenis aliran (kg/m3)

ν

= kecepatan angin (m/s)

A

= Luas penampang sudu (m2)

2.6.3 Torsi
Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan (F) dengan panjang
lengan torsi(l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
T =F l

(5)

dengan :
T = Torsi (Nm)
F = gaya pembebanan (N)
l = panjang lengan torsi ke poros (m)

2.6.4 Tip Speed Ratio
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir dengan kecepatan angin.
Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai :
vt = ω r
dengan :
vt = kecepatan ujung sudu
ω = kecepatan sudut (rad/s)
r = jari jari kincir (m)

(6)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

13

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut :
(7)
dengan :
r = jari jari kincir (m)
n = putaran poros kincir tiap menit (rpm)
v = kecepatan angin (m/s).

2.6.5 Daya kincir angin
Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir
akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang
dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan :
Pout = T ω

(8)

dengan:
T = torsi dinamis (N.m)
ω = kecepatan sudut didapatkan dari

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan:
Pout = T ω
Pout =
dengan :
Pout

= daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n

= putaran poros (rpm).

(9)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

14

2.6.6 Koefisien daya
Koefisien daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan
perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang
disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :
(10)

dengan :
Cp

= Koefisien Daya,

Pout

= daya yang dihasilkan kincir.

Pin

= daya yang disediakan oleh angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga
analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan
dalam Gambar 3.1
Mulai

Perancangan kincir angin propeler tiga sudu

Pembuatan kincir angin dengan bahan dasar triplek dengan tiga variasi
perlakuan permukaan depan sudu

Pengambilan data. Untuk mengetahui kecepatan putaran poros kincir,
kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio .
Membandingan koefisien daya dan tip speed ratio pada masing –masing
variasi kincir angin
Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai
Gambar 3.1 Diagram aliran metode penelitian kincir angin

15

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

16

6.2.Alat dan Bahan
Kincir ini merupakan jenis kincir angin propeler dengan variasi tanpa
lapisan dan dengan lapisan seng. Kincir ini dibuat dari bahan kayu dengan
ukuran tebal 0,8 cm dan dilapisi dengan lapisan berbahan seng dengan diameter
80 cm. Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini :

1. Sudu kincir angin
Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan atau jatuhnya
angin, sebagai tempat yang menerima energi angin sehingga dapat membuat
dudukan sudu atau turbin berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi
kehalusan permukaan pada sudu, yaitu sudu tanpa lapisan, sudu dengan lapisan
seng, dan sudu dengan lapisan anyaman bambu. Dimana semua sudu memiliki
bentuk dan ukuran yang sama seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan sudu kincir yang di teliti,
a). tanpa lapisan, b) lapis anyanman bambu, c) lapis seng

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

17

2. Dudukan sudu
Dudukan sudu merupakan bagian dari komponen kincir yang berfungsi
sebagai tempat terpasangnya sudu, seperti yang ditunjukan Gambar 3.3. Dudukan
sudu ini memiliki empat buah lubang untuk pemasangan sudu namun pada
penelitian ini, hanya digunakan dua lubang saja karena hanya dua buah sudu yang
akan dipasang.

Gambar 3.3 Dudukan sudu

3. Terowongan Angin (Wind Tunnel)
Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan
tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter, seperti yang ditunjukan
pada Gambar 3.4. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin
bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir
angin. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara
mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan
cara menarik blower.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

18

Gambar 3.4 Terowongan angin

4. Blower
Blower, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5. Berfungsi sebagai
penggerak gaya angin untuk menghisap udara dan disalurkan ke terowongan
angin (wind tunnel).

Gambar 3.5 Fan blower

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

19

5. Anemometer
Anemometer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 . Berfungsi untuk
mengukur kecepatan angin yang ditimbulkan di dalam lorong angin.

Gambar 3.6 Anemometer

6. Mekanisme pengereman
Mekanisme pengereman ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir untuk mengetahui besar-nya torsi
dan kecepatan putaran kincir angin. Terdapat sebuah piringan atau disc pada
komponen ini sebagai tempat terjadinya gaya gesek untuk pengereman.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

20

Gambar 3.7 Mekanisme pengereman
7. Tachometer
Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran
poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per minute).
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Jenis takometer yang digunakan
adalah jenis digital dengan meletakkan sinar yang dimunculkan oleh takometer ke
piringan poros yang berputar.

Gambar 3.8 Tachometer

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

21

8. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui nilai beban pengereman pada
kincir disaat kincir angin berputar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.9.
Neraca pegas ini diletakan pada bagian mekanisme pengereman dan dihubungkan
dengan kopling sederhana menggunakan benang dan pemberat yang jarak telah
disesuaikan.

Gambar 3.9 Neraca pegas

9. Penopang kincir
Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu pada saat kincir
berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan
mekanisme pengereman.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

22

3.3 Variabel Penelitian
Variabel dalam penelitian ini adalah :
1.

Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal
sampai kincir dalam posisi diam.

2.

Variasi kehalusan permukaan triplek, dengan menggunakan lapisan plat
seng dan variasi tanpa menggunakan lapisan.

3.4 Variabel yang diukur
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1.

Kecepatan angin, (m/s)

2.

Beban pengimbang, (N)

3.

Putaran kincir, (rpm)

3.5 Parameter yang Dihitung
Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angina
adalah:
1. Daya angin (Pin)
2. Daya kincir (Pout)
3. Gaya pengimbang torsi (T)
4. Koefisien Daya (Cp)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

23

3.6 Langkah Penelitian
Pengambilan data kecepatan angin, beban pengereman, dan putaran poros
dilakukan secara bersamaan melalui langkah-langkah sebagai berikut :
1.

Memasang kincir di dalam terowongan angin.

2.

Kincir di hubungkan dengan dengan mekanisme pengereman yang
terhubung langsung lewat sebuah poros.

3.

Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin
untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin.

4.

Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.

5.

Memasang benang beserta pemberatnya sebagai penghubung antara
neraca pegas dengan lengan poros pada mekanisme pengereman.

6.

Jika langkah 1 sampai 5 telah dilakukan, blower di hidupkan untuk
menghembuskan angin pada terowongan angin.

7.

Percobaan pertama adalah variasi triplek tanpa lapisan, percobaan kedua
triplek dengan lapisan seng.

8.

Variasi beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan variasi
beban di gunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan seterusnya.

9.

Ukur

kecepatan kincir angin melalui putaran porosnya dengan

menggunakan takometer, beban untuk menghitung torsi yang terbaca pada
neraca pegas secara bersamaan.
10. Jika pengamatan pertama selesai, matikan blower.
11. Melepaskan kincir kemudian ganti sudu dengan variasi yang lain.
12. Memasang kembali kincir dengan variasi selanjutnya tersebut di dalam

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

24

terowongan angin.
13. Menghidupkan kembali blower untuk melakukan pengamatan berikutnya.
14. Mengulangi langkah 6 hingga 13 untuk variasi sudu- sudu yang
berikutnya
.
6.7. Desain Kincir
Desain kincir yang dibuat seperti pada Gambar 3.1. dari gambar tersebut
dapat kita ketahui bahwa model kincir angin yang dibuat berukuran 80 cm dengan
sudut patahan 10o.
35,5 cm

4,5
cm

8,5 cm

6 cm

30 cm
Gambar 3.10 Desain kincir angin

2,5 cm
Sudut patahan
10o

6 cm

Gambar 3.11 Sudut patahan kincir angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Berikut ini data pengujian kincir angin tiga sudu jenis propeler. Dengan
variasi tanpa lapisan (polos), lapis seng lengkung, dan lapis anyaman bambu. Data
yang diperoleh dapat dilihat dari Tabel 4.1,Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.
Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu triplek tanpa lapisan (polos)
No

1

2

3

Kecepatan angin, v
(m/s)
9,4
9
8
8,2
8,5
9,2
8,7
9,3
8,8
9,2
8,4
9,2
8,7
9,2
9,2
8,9
8,8
9,2
8,7
9,1
8,9

Gaya pengimbang,F
(gram)
0
60
100
140
170
200
210
0
60
100
150
180
200
220
0
60
100
150
170
200
210

25

Putaran kincir,
n (rpm)
829
755
685
619
597
531
476
807
766
654
582
560
530
473
817
754
650
578
533
516
484

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

26

Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis seng
No

1

2

3

Kecepatan angin, v
(m/s)

Gaya pengimbang,F
(gram)

Putaran kincir,
n (rpm)

8,8
8,8
8,9
8,7
9,2
8,7

0
60
100
130
170
0

821
713
668
537
440
819

8,6
8,6

80
120

683
558

8,8
8,6

150
160

531
430

8,6
8,8

0
60

801
706

8,5
8,5

110
130

606
541

8,9

160

429

Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis anyaman
bambu.
No

1

2

3

Kecepatan angin, v
(m/s)

Gaya pengimbang,F
(gram)

Putaran kincir,
n (rpm)

8,4
8,5
8,3
9
8,6
8,5
8,6
8,5
8,6
8,7
8,6
8,9
8,4
8,5
8,6

0
40
70
100
120
0
40
70
100
130
0
40
70
90
120

689
641
566
436
390
696
656
556
452
379
693
644
586
529
387

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

27

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi utuk mempermudah
pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2
b. Massa jenis udara 1.18 kg/m3
4.2.1 Perhitugan Daya Angin
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian pertama
dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, massa jenis udara (ρ)
= 1,18 kg/m3, dan luas penampang (A) = 0,50 m2. Dari data ini daya angina yang
disediakan adalah :
Pin = ½ . ρ . A . v3
= ½ . 1,18 . 0,50 . (9,07)3
= 215 watt
4.2.2 Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar
torsi dapat kita hitung. Diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama, dan
pembebanan ke dua. Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 0,5886 Newton dan
jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,11 m. maka torsi dapat dihitung :
T=F.l
= 0,5886 . 0,11
= 0,0647 N.m
Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,0647 N.m

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

28

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama
dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, putaran poros (n)
sebesar 758,33 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.2
sebesar = 0,0647 N.m, maka besarnya daya kincir terhitung adalah :
Pout = T . ω
= 0,0647 .
= 0,0647 .
= 5,14 watt

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama
dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 79,4 rad/s,
jari jari (r) kincir angin sebesar 0,4 m, dan kecepatan angin sebesar 9,07 m/s, maka
tip speed ratio terhitung adalah :
tsr =

=
= 3,50
Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,50

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

29

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin
pada sub bab 4.21 sebesar 221 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada
Sub bab 4.2.3 sebesar 5,14 watt, maka koefisien daya terhitung adalah :

= 5,14 / 221
= 0,02
Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 0,02

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

4.3 Hasil Perhitungan
Dari pengujian kincir angin yang dilakukan dengan variasi lapisan yang berbeda maka dapat diperhitungkan seperti pada Sub
Bab 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan . Data - data perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.4 - 4.6
Tabel 4.4 Perhitugan model kincir angin tanpa lapisan/polos
kec. Angin
rata – rata,
v
(m/s)

Gaya pengimbang
rata – rata, F
(gram)

Putaran
kincir,
n (rpm)

Gaya
pengimbang
rerata, F
(N)

Beban
torsi, T
(N.m)

Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)

Daya
angin,
Pin
(watt)

Daya
output
kincir, Pout
(watt)

Tip
speed
ratio,
tsr

Koefisien
daya,
Cp (%)

9,30

0

818

0

0

85,6

239

0.00

3,68

0

8,90

60

758

0,59

0,06

79,4

209

5,14

3,57

2,46

8,67

100

663

0,98

0,11

69,4

193

7,49

3,20

3,88

8,60

147

593

1,44

0,16

62,1

189

9,83

2,89

5,21

8,80

173

563

1,70

0,19

59

202

11

2,68

5,46

9,00

200

526

1,96

0,22

55

216

11,9

2,45

5,49

8,93

213

478

2,09

0,23

50

211

11,5

2,24

5,45

30

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

Tabel 4.5 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan seng
Gaya
Gaya
Beban
kec. Angin
Putaran
pengimbang
pengimbang torsi,
rata – rata, v
kincir,
rata – rata,
rerata, F
T
(m/s)
n (rpm)
F (gram)
(N)
(N.m)
8,70
8,73
8,67
8,67
8,90

0
67
110
137
163

814
701
611
536
433

0
0,65
1,08
1,34
1,60

0
0,07
0,12
0,15
0,18

Kecepatan
sudut, ω
(rad/s)

Daya
angin,
Pin
(watt)

Daya
output
kincir, Pout
(watt)

Tip
speed
ratio,
tsr

Koefisien
daya,
Cp (%)

85,20
73,36
63,95
56,14
45,34

195
198
193
193
209

0
5,28
7,59
8,28
7,99

3,92
3,36
2,95
2,59
2,04

0
2,67
3,93
4,29
3,82

Daya
angin,
Pin
(watt)

Daya
output
kincir, Pout
(watt)

Tip
speed
ratio,
tsr

Koefisien
daya,
Cp (%)

182
193
176
195
191

0
2,92
4,50
5,16
5,37

3,41
3,13
2,84
2,27
1,87

0
1,51
2,56
2,64
2,81

Tabel 4.6 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan anyaman bambu.
Gaya
Gaya
Beban
Kecepatan
kec. Angin
Putaran
pengimbang
pengimbang torsi,
sudut, ω
rata – rata, v
kincir,
rata – rata,
rerata, F
T
(m/s)
n (rpm)
(rad/s)
F (gram)
(N)
(N.m)
8,50
8,67
8,40
8,70
8,63

0
40
70
97
123

693
647
569
472
385

0
0,39
0,69
0,95
1,21

0
0,04
0,08
0,10
0,13

72,54
67,72
59,60
49,46
40,34

31

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

32

4.4 GRAFIK HASIL PERHITUNGAN
Dari pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 maka
dapat diperoleh grafik. Grafik hubungan tersebut antara lain grafik antara Cp dan
tsr, grafik hubungan torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara daya dengan torsi.
Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut :

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin Tanpa
Lapisan

Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik
hubungan torsi dan daya kincir (Pout).
14

Daya kincir, Pout (watt)

12
10
8
6
4
2
0
0

0,05

0,1
0,15
Torsi , T (N.m)

0,2

0,25

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk model
kincir angin tanpa lapisan
Dari Gambar 4.1 diatas dapat diketahui daya kincir (Pout) yang dihasilkan
model kincir angin tanpa lapisan sekitar 11,7 watt pada torsi sekitar 0,23 N.m.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

33

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin lapis
Seng

Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik
hubungan torsi dan daya kincir (Pout).

9

8

Daya kincir, Pout (watt)

7
6

5
4
3
2
1
0
0

0,05

0,1
Torsi , T (N.m)

0,15

0,2

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan daya untuk model kincir
angin lapis seng lengkung

Dari Gambar 4.2 diatas dapat diketahui, model kincir angin yang dilapis
dengan seng lengkung, menghasilkan daya kincir (Pout) sekitar 8,1 watt pada torsi
sekitar