Model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar tiga ruang bersekat yang membentang dan mengatup otomatis - USD Repository

  

Model Kincir Angin Poros Vertikal dengan Empat Sudu Datar Tiga

Ruang Bersekat yang Membentang dan Mengatup Otomatis

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Progam Studi Sains dan Teknologi

  

Disusun oleh:

FRANSISKUS KRISTA JATI PRASETYA

NIM : 065214004

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2010

  

Vertical Axis Wind Turbine Model with Four Flat Blades and Three

Spaces which Can Open and Close Automatically

FINAL TESSIS

  

Presented as partial Fulfillment on the Requirements

To obtain the Sarjana Teknik Degree

Of Mechanical Engineering Study Program

  

By:

FRANSISKUS KRISTA JATI PRASETYA

NIM : 065214004

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

  

TUGAS AKHIR

Model Kincir Angin Poros Vertikal dengan Empat Sudu Datar Tiga

Ruang Bersekat yang Membentang dan Mengatup Otomatis

  

Disusun oleh :

FRANSISKUS KRISTA JATI PRASETYA

NIM : 065214004

Telah Disetujui Oleh :

  

Yogyakarta,.............. 2011

Pembimbing Utama

Ir. Rines, M.T.

  

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya

yang diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya, tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis

atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertuilis pada acuan dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, …………2010 Fransiskus Krista Jati Prasetya

  

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mencari nilai torsi statis, daya

dan koefisien daya output kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar serta

tiga ruang yang membentang dan mengatup otomatis.

  Sudu-sudu kincir angin yang dapat membentang dan mengatup secara

otomatis ini dibuat dari bahan tripleks dengan ketebalan 6 mm. Pengujian kincir

dilakukan untuk tiga variasi ukuran sudu dan lima variasi kecepatan angin. Pengujian

poros kincir dilakukan dengan cara memasang kincir angin pada wind tunnel dan

dihubungkan dengan generator sebagai pembangkit listrik melalui transmisi sabuk.

  Hasil penelitian menyatakan bahwa: Model kincir angin dengan ukuran sudu

20cm × 24cm menghasilkan torsi statis maksimal 0,64 N, daya maksimal 1,85 watt

yang terjadi pada kecepatan angin 8 m/s dan koefisien daya 2,02 % pada TSR 0,21.

Kincir angin dengan ukuran sudu 25cm × 24cm menghasilkan torsi statis maksimal

0,75 N, daya maksimal 2,55 watt yang terjadi pada kecepatan angin 8 m/s dan

koefisien daya 2,18 % pada TSR 0,22. Kincir angin dengan ukuran sudu 30cm ×

24cm menghasilkan torsi statis maksimal 0,44 Nm, daya maksimal 6,93 watt yang

terjadi pada kecepatan angin 8,1 m/s dan koefisien daya 2,62 % pada TSR 0,26.

Koefisien daya tertinggi yang bisa dicapai oleh kincir adalah sebesar 2,62 %, dengan

variasi sudu berukuran 30cm × 24cm, pada TSR 0,26. Dengan demikian torsi statis ,

daya, dan koefisien daya tertinggi dihasilkan oleh model kincir dengan ukuran sudu

30cm × 24cm.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Nama : Fransiskus Krista Jati Prasetya Nomor Mahasiswa : 065214004

Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  

Model Kincir Angin Poros Vertikal dengan Empat Sudu Datar Tiga Ruang

Bersekat yang Membentang dan Mengatup Otomatis

beserta perangkat yang diperluakan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

Kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain

untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan

royalti Kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta, Pada tanggal :……………..2010

  Yang menyatakan, (Fransiskus Krista Jati Prasetya)

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas Berkat kasih Kudus-Nya

yang telah dianugerahkan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada

henti di dalam penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi

mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam

pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,

baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan

ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

  

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

  

2. Ir. Rines Alapan, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan

bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  

3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

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

  

4. Kepada ayahanda Yohanes Widada dan ibunda Yuliana Sulastri, S.Pd., atas

dukungan moral, financial, motivasi, cinta kasih serta doa restu yang tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.

  

5. Adik – adikku, Maria Tyas Palupi dan Elisabeth Kartika,yang telah mendukung

selama ini.

  

6. Maria Widawati, atas segala ketulusan, kesabaran dan kasih sayang, dukungan

moril juga semangatnya selama ini yang telah diberikan.

  

7. Segenap teman-teman Teknik Mesin, terutama angkatan 2006 dan 2005, banyak

pembelajaran hudup yakni nilai perjuangan dan persahabatan yang penulis dapatkan bersama kalian.

  

8. Personil, Crew, Management dan segenap keluarga besar ”n-Lift band & Empat

Sisi Management” atas inspirasi dan suport.

  9. Teman-teman Staf Humas USD 2010, atas suport dan bantuan.

  

10. Saudara - saudara, juga berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu

persatu.

  Saya menyadari penulisan Tugas Akhir ini banyak kekurangan, dengan sedikit

inspirasi ini dapat menjadi jalan menuju suatu hal yang lebih baik untuk penulisan

tugas akhir teman-teman nantinya serta melanjutkan ke arah pengembangan

penelitian maupun kreativitas dan penciptaan demi kemajuan Universitas kita.

  Yogyakarta, ..............2010

Fransiskus Krista Jati Prasetya

  DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................. i

Title Page .......................................................................................................... ii

Halaman Pengesahan....................................................................................... iii

Halaman Persetujuan ...................................................................................... iv

Intisari ............................................................................................................... vi

Kata Pengantar ................................................................................................ viii

Daftar Isi ........................................................................................................... x

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

  6

2.4. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal..................................

  2.10. Efisiensi Total Sistem ................................................................ 13

  2.9. Daya Generator ......................................................................... 12

  2.8. Koefisien Daya.......................................................................... 12

  2.7. Perhitungan Torsi dan Daya ..................................................... 10

  9

  9

2.6. Perhitungan Pada Kincir ..........................................................

  8

2.5. Gerak Kincir..............................................................................

  5

2.3. Tipe Kincir Angin ....................................................................

  1

1.1. Latar belakang...........................................................................

  5

2.2. Energi yang terdapat dalam angin.............................................

  5

2.1. Pengertian Angin.......................................................................

  4 BAB II DASAR TEORI ..........................................................................

  3

1.5. Manfaat penelitian.....................................................................

  3

1.4. Tujuan ......................................................................................

  2

1.3. Batasan masalah ........................................................................

  1

1.2. Perumusan masalah...................................................................

  2.11. Perhitungan Koefisien Daya ...................................................... 13

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................... 14

  3.1. Metode Penelitian ..................................................................... 14

  3.2. Peralatan Penelitian .................................................................. 16

  3.3. Bahan Penelitian ...................................................................... 22

  3.4. Data dan hasil yang dianalisis .................................................. 24

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN................................. 27

  4.1. Data Penelitian ......................................................................... 27

  4.2. Pengolahan dan Perhitungan Data ........................................... 30

  4.3. Grafik hasil Perhitungan .......................................................... 40

  4.4. Pembahasan ............................................................................. 45

  

BAB V PENUTUP ................................................................................... 47

  5.1. Kesimpulan .............................................................................. 47

  5.2. Saran ......................................................................................... 48 Daftar Pustaka

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di dunia.

  Ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi besar akan salah satu sumber energi terbarukan yaitu angin. Energi angin yang tersedia berlimpah, tidak habis-habis, dan tersebar luas. Penggunaan energi angin memiliki beberapa keunggulan yakni bersih dan tidak menimbulkan efek rumah kaca. Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi.

  Energi angin merupakan energi terbarukan yang fleksibel. Karena fleksibilitasnya, energi angin dapat di manfaatkan sebagai pembangkit listrik. Alat yang di gunakan adalah kincir angin, energi potensial yang terdapat pada kicir angin akan memutar sudu-sudu pada kincir.Sudu- sudu ini terhubung pada poros dan akan memutarkan generator, sehingga menghasilkan listrik. Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi.

  Dari data hasil tinjauan yang telah didapat keceparan angin relative di Indonesia rata-rata 3.5 m/s (sumber pusat meteorology dan geofisika,2000). kecepatan angin di daerah-daerah indonesia diatas, saya akan mencoba membuat kincir angin mengatup otomatis dengan jumlah sudu empat buah dan mengatup ruang pada sudu akan lebih mengoptimalkan penahanan angin yang ditangkap oleh ke empat sudu tersebut sehingga akan menekan dan menggerakkan kincir.

  Variasi yang dimiliki oleh kincir ini akan menambah meningkatnya unjuk kerja serta efektivitas kerja sudu dalam menghasilkan daya output yang akan di manfaatkan pada akhirnya.

1.2 Rumusan Masalah

  Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: 1) Potensi angin di Indonesia sangat besar namun untuk kecepatan angin itu sendiri relatif rendah. Cukup sulit memprediksikan kesetabilannya.

  2) Sumber daya manusia Indonesia masih tergolong rendah dalam bidang pendidikan terlebih dalam pengembangan ilmu teknologi dan latar belakang perekonomian indonesia tergolong masih rendah. Sehingga dalam hal ini masih butuh bantuan dari pihak luar, hal tersebut dikarenakan dalam penerapan teknologi tinggi memang membutuhkn biaya besar. 3) Kincir angin ini dibuat dengan mencoba mengembangkan kreatifitas dan dipadukan dengan teknologi dalam wujud variasi sudu. Agar mudah dalam pembuatan, maka dalam proses pengerjaan dilakukan dengan sistim kerja kelompok.

  4) Membuat dan menguji kemampuan kincir angin poros vertikal untuk mengetahui unjuk kerja alat tersebut, agar dapat mengetahui kekurangan

  1.3 Batasan Masalah

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang meluas dan menjadi rumit, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

  1. Jumlah sudu yang digunakan ialah sudu 4 buah dengan variasi tiga ruang sekat pada tiap sudu.

  2. Tingkatan ukuran sudu yang di gunakan yaitu sudu 20cm × 24cm, 25cm × 24cm, dan 30cm × 24cm.

  3. Bentuk sudu segi empat dan luas masing-masing sudu sama pada setiap variasi.

  4. Kecepatan angin untuk setiap variasi di ambil 4 s/d 8 m/s dan berlaku sama pada setiap variasi tingkatan sudu.

  1.4 Tujuan

  1. Membuat dan menguji model kincir angin mengatup otomatis dengan jumlah sudu 4 sebagai pembangkit listrik.

  2. Mengetahui torsi statis dan daya yang dihasilkan oleh kincir dengan tingkatan kecepatan angin.

  3. Mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir dengan kecepatan angin pada variasi jumlah sudu dan variasai sekat.

  4. Mendapatkan tingkat efisiensi kincir yang maksimal dengan variasi sudu.

  5. Mengetahui hubungan koefisien daya dengan dengan tip speed ratio pada variasi jumlah sudu.

1.5 Manfaat

  1. Dapat dikembangkan untuk pembuatan dalam skala besar dengan harapan nantinya akan mampu menghasilkan daya listrik yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat pada umumnya, khususnya kalangan masyarakat dengan latar belakang ekonomi menengah ke bawah.

  2. Mampu mengurangi dan menekan polusi akibat penerapan dan penggunaan teknlogi yang kurang ramah lingkngan.

  3. Mampu mengurangi dan menekan penggunaan energi minyak bumi yang semakin lama akan semakin habis.

  4. Untuk menambah jumlah kepustakaan dan pengetahuan tentang energi terbarukan secara khusus mengenai pemanfaatan energi angin.

BAB II DASAR TEORI

  2.1 Pengertian Angin

  Terjadinya angin karena adanya perbedaan temperatur, menyebabkan adanya perbedaan tekanan udara. Tempat dengan tekanan yang lebih rendah akan ditempati oleh udara inilah yang disebut dengan angin. ( sumber : Arismunandar, W., Penggerak Mula Turbin ).

  Angin terjadi di lapisan Atmosfer pada lapisan Troposfer. Lapisan Troposfer ini memiliki ketebalan kurang lebih 11 km (3600 ft) dari permukaan laut ke atas.

  2.2 Energi yang terdapat dalam angin

  Sistem angin di bumi dikarenakan adanya perpindahan massa udara pada atmosfer sebagai hasil dari variasi tekanan di atmosfer, dimana perubahannya merupakan hasil dari perbedaan pemanasan dari sinar matahari karena perbedaan permukaan bumi.

  Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik.

  

2

Energi kinetik = 0,5 mV (1)

  dimana m dalam kilogram dan V dalam m/s Dengan m adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu. Yaitu:

  m =

  (2)

  ρAV

3 P = 0,5

  (3)

  ρAV

  dengan :

  

3

  = massa jenis udara, kg / m

  ρ

  2 A = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, m V = kecepatan angin, m / s P = daya angin, watt

  (sumber: Boyle,Goldfrey. Renewable energy, 248)

  3 Apabila massa jenis udara adalah maka persamaan (3) di atas ρ = 1,23 kg/m

  dapat disederhanakan menjadi :

3 P = 0,6 AV

  (4) Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati kincir angin. Ketika melewati kincir angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang “hilang” ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar kincir angin yang terhubung dengan rotor dari generator. Generator akan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

2.3 Tipe Kincir Angin

  Turbin angin poros vertikal adalah turbin dengan poros utama dengan posisi vertikal. Salah satu kincir angin poros vertikal adalah Savonius windmill.

  Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, kincir biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar angin poros vertikal atau TASV (Savonius) adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros turbin jenis TASV secara umum bergerak lebih perlahan dibanding jenis TASH, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan di beberapa negara, kincir angin Savonius ini belum dapat dipastikan berapa effisiensi yang tepat. Kincir angin Savonius dapat menyerap energi angin dengan effisiensi kurang lebih 30% ( sumber : Arismunandar, W., Penggerak

  

Mula Turbin ). Menurut Profesor Betz, effisiensi maksimum kincir American

sekitar 20%, yang dapat dilihat pada Gambar 2.1.

  Ideal Propeller High Speed Propeller Savonius Darrieus

  American multiblade Dutch Four

  Arm

Gambar 2.1. Diagram Betz

• – –
• – –

  n

  ,

  1

  1

  5

  5 S S

  a

  a

  v

  v

  o

  o

  n

  i

  >

  i

  u

  u

  s

  s

  ,

  ,

  1

  1

  5

  5

  1

  1 D D a a r r r r i i u u s s , ,

  ,

  >

  2

  V V e e r r t t i i c c a a l l A A x x i i s s P

  t

  o

  o

  r

  r

  , ,

  3

  3 – – , ,

  4

  4

  5

  5 < 5

  P

  e

  a

  a

  n

  n

  e

  e

  m

  m

  o

  o

  n

  n

  e

  2

  5

  a

  ,

  e

  e

  t

  t

  r

  r

  y

  y

  ,

  ,

  2

  2

  ,

  m

  3

  3

  5

  5

  1

  1

  5

  5

  4

  4 ( Sumber : Ir. YB. Lukiyanto, M.T., Kuliah Rekayasa Tenaga Angin ).

  1. Bisa menerima tekanan angin dari berbagai macam arah angin, sehingga putaran kincir relatif tinggi.

  2. Torsi yang dihasilkan cukup tinggi.

  3. Dapat menerima angin pada kecepatan tinggi.

  m

  o

  5 – – , ,

  r

  3

  3

  5

  5

  1

  1 – –

  2

  2 V

  V

  a

  a

  r

  i

  o

  i

  a

  a

  b

  b

  l

  l

  e

  e

  G

  G

  e

  e

  t

  a

  a

  ,

  f

  f

  a

  a

  n

  n

  ,

  ,

  1

  1

  5

  5

  ,

  e

  3

  3 50 – 80

  M

  M

  o

  o

  d

  d

  e

  e

  r

  r

  e

  t

  r

  b

  5

  5 – – , ,

  1

  1

  5

  5

  50 C C

  a

  a

  m

  m

  b

  e

  t

  e

  r

  r

  e

  e

  d

  d

  p

  p

  l

  l

  a

  a

  a

  t

Tabel 2.1. Unjuk kerja macam-macam kincir angin Tipe CP Solidity %

  ,

  a

  t

  t

  o

  o

  r

  r

  ,

  ,

  2

  2

  ,

  3

  r

  3

  5

  5 5 – 10

  H H i i g g h h s s p p e e e e d d a a e e r r o o - - g

  g

  e

  e

  n

  n

  e

  e

  r

  a

  r

  t

  a

  e

  e

  s

  s

  p

  p

  e

  e

  e

  e

  d

  d

  a

  e

  e

  e

  r

  r

  o

  o

  g

  g

  e

  e

  n

  n

  e

  Horizontal Axis C C r r e e t t a a n n s s a a i i l l , ,

• – –
• – –

2.4 Kelebihan kincir Angin Sumbu vertikal

  2.5 Gerak Kincir 1. Pada dasarnya kerja kincir angin berkebalikan dengan kipas angin.

  2. Turbin angin bukan untuk membuat angin yang dialiri listrik melainkan turbin angin digerakan oleh angin untuk menghasilkan listrik.

  3. Angin yang mengenai sudu akan menghasilkan energi kinetik. Energi kinetik tersebut, akan memutar puli yang telah terpasang pada roda jalan dan generator. Lalu secara otomatis generator tersebut akan beputar dan menghasilkan energi listrik.

  2.6 Perhitungan Pada Kincir

  1. Daya Yang Dihasilkan Generator Listrik

  Sebuah generator listrik berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik yang besarnya sebagai berikut :

  P out = V× I

  (1)

  dengan : V = Tegangan (Volt) A = Arus (Ampere)

  2. Daya Yang Tersedia Pada Angin

  Daya yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin

  3 Apabila massa jenis udara ( standar  

  1 , 225 kg / m ), maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :

3 P A v

   , 6  

  (Watt) (2)

  in

  dengan keterangan :

  P = daya angin, (Watt) in

  2 A = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, (m )

  V

  = kecepatan angin, (m/s)

2.7 Perhitungan Torsi Perhitungan Torsi dan Daya

  1. Torsi statis

  Torsi statis dihitung dengan menggunakan rumus : (6) dengan :

  = Torsi statis, N.m = Gaya pada poros akibat puntiran, N

  = Jarak lengan ke poros, m

  2. Daya output

  Perhitungan daya pada gerak melingkar secara umum dirumuskan sebagai: (7) dengan :

  = torsi dinamis, N.m = kecepatan sudut, rad/detik

  (8) dengan : = daya putar poros (watt) = banyaknya putaran poros tiap menit

  3. Torsi

  Torsi dinamis dihitung dengan menggunakan rumus : (9) dengan :

  = Torsi yang dihasilkan akibat putaran poros (N.m) = Gaya pada poros akibat puntiran (N) = Jarak lengan ke poros (m)

  4. Tip Speed Ratio

  Tip-speed ratio adalah perbandingan dari kecepatan ujung sudu –sudu yang berputar dengan kecepatan dari aliran udara.

  (10) dimana, = Tip speed ratio = jari-jari kincir = kecepatan aliran angin = putaran poros (rpm)

  Tip speed ratio mempengaruhi besaran koefisien daya. Hubungan ini digambarkan a. Koefisien daya bergantung pada perbandingan ujung sudu.

  b. Ditandai dengan kurva C berbanding dengan perbandingan kecepatan ujung

  p sudu - Tip Speed Ratio Curve.

  2.8 Koefisien daya

  Perhitungan Koefisien daya (C p ) kincir dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (P) dengan daya teoritis (P ) yang

  th

  disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan berikut : (11)

  Dengan :

  C p = Koefisien Daya Kincir (%) P = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir (Watt) P = Daya Teoritis (Watt) th

  2.9 Daya Generator

  Perhitungan Daya Generator (P gen ) kincir dapat diperoleh dari perkalian antara tegangan listrik (V) yang dihasilkan oleh motor dengan arus listrik (I) yang dihasilkan, dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

  P V × I

  (12)

  gen =

  Dengan :

  P gen = Daya generator (Watt) V = Tegangan yang dihasilkan oleh motor (Volt) I = Arus yang dihasilkan oleh motor (Ampere)

  2.10 Efisiensi Total Sistem.

  Perhitungan Efisiens Tot ) kincir dapat dihitung berdasarkan i Total Sistem (η perbandingan daya generator yang dihasilkan oleh kincir (P gen ) dengan daya teoritis (P th ) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

  (13) Dengan :

  Tot = Efisiensi Total Sistem (%)

  η

  P = Daya generator (Watt) gen

  P th = Daya Teoritis (Watt)

  2.11 Perhitungan Koefisien daya (C ) p

  Koefisien daya (Cp) digunakan untuk menggantikan istilah efisiensi atau ujuk kerja, adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang tersedia dengan daya yang dihasilkan oleh system kincir angin. x 100%

  (8) Dengan :

  C = Koefisien Daya Kincir (%) p

  

P out = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir ( Watt )

  = Daya Teoritis ( Watt )

  P in

  Untuk mendapatkan CP yang maksimum menurut Betz Limit dapat dilihat pada

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian

  Metode yang digunakan untuk penelitian pada tugas akhir ini membutuhkan dua proses yang nantinya akan menentukan hasil unjuk kerja model kincir berupa torsi statis dan daya keluaran yang dihasilkan. Proses yang pertama adalah pengukuran dan pencatatan data. Data yang harus dicatat berkaitan dengan torsistatis adalah beban gaya penyeimbang berupa kantung pasir dikaitkan dengan tali pada tuas pros model kincir, yang berfungsi untuk menghentikan kincir saat akan berputar. Aalat yang dugunakan untuk pengambilan data berkaitan dengan torsi statis adalah tuas dan timbangan pegas. Pengambilan data tersebut dilakukan pada kecepatan angin dan variasi sudu yang berbeda dan setiap kecepatan angin dilakukan lima kali pengambilan data, kemudian data di ambil rata-rata. Data yang harus dicatat berkaitan dengan daya keluaran yang dihasilkan model kincir antara lain, arus, tegangan, torsi dinamis, dan kecepatan putar poros. Pengambilan dan pencatatan data tersebut juga dilakukan dengan tingkatan kecepatan angin dan variasi sudu yang berbeda. Untuk mendapatkan data yang berkaitan dengan daya keluaran digunakan alat ukur berupa, voltmeter, ampermeter, lampu beban, kabel penghubung, dan timbangan pegas.

  Proses yang kedua adalah proses perhitungan dan pengolahan data yang telah tercatat pada saat proses pertama dilakukan yaitu baik untuk mengetahui torsi statis yang dihasilkan begitu juga dengan daya keluaran yang dihasilkan. dengan cara menghitung data sesuai dengan rumus yang telah dicantumkan pada dasar teori.

  Objek yang di teliti adalah model kincir angin poros vertikal dengan jumlah sudu 4 buah dengan variasi 2 sekat pada sudu dan dengan 3 tingkatan ukuran sudu (20cm × 24cm, 25cm × 24cm, dan 30cm × 24cm). Kemudian, dari data yang di peroleh selanjutnya akan kembali di olah untuk mendapatkan unjuk kerja kincir berupa daya, TSR, CP, dan efisiensi total seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Dalam proses pengambilan data tercatat baik gaya penyeimbang untuk torsi statis maupun data yang berkaitan untuk daya keluaran (output), kincir angin diberikan hembusan angin dengan kecepatan yang berbada-beda (mulai dari 4 m/s sampai 8 m/s) sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda. Transmisi dalam kincir ini berupa puli dengan penghubung berupa sabuk yang dihubungkan dengan poros rotor generator. Rotor generator akan berputar sehingga menghasilkan energi listrik, dan energi listrik tersebut yang nantinya akan dimanfaatkan untuk keperluan rumah tangga pada umumnya. Gambar sederhana kincir tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Kincir angin yang di teliti.

3.2. Peralatan Penelitian

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

  1. Generator

  Generator berfungsi sebagai alat yang mengubah gerak putaran menjadi energi listrik, generator yang dimaksudkan ditunjukan pada Gambar 3.2.

  Generator menghasilkan arus listrik dan tegangan listrik yang berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.

Gambar 3.2. Generator

  2. Tachometer

  Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros kincir. Tachometer yang digunakan adalah jenis digital light tachometer. Prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (sebagai contoh alumunium foil) yang dipasang pada poros, sehingga putaran poros dapat diketahui.Tachometer yang dimaksud dapat dilihat pada Gambar

Gambar 3.3 Tachometer

3. Terowongan Angin

  Terowongan angin (wind tunnel) berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Dalam hal ini kincir diletakkan didalam terowongan angin tersebut.

Gambar 3.4. Terowongan angin

  4. Blower

  Blower berfungsi untuk menyerap angin yang akan disalurkan ke terowongan angin, blower yang dimaksudkan ditunjukkan pada Gambar 3.5

Gambar 3.5. Blower

  5. Amperemeter

  Amperemeter berfungsi untuk mengukur arus listrik dalam satuan Ampere pada beban yang diberikan. Amperemeter yang dimaksudkan ditunjukkan pada gambar Gambar 3.6.

  6. Voltmeter

  Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan listrik pada beban yang diberikan. Voltmeter yang dimaksudkan ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Voltmeter

  7. Lampu

  Lampu berfungsi sebagai beban dalam penelitian, pada saat pengambilan data beban inilah yang diukur. Lampu yang dimaksudkan ditunjukkan pada Gambar 3.8.

  8. Anemometer

  Anemometer berfungsi untuk mengukur dan mengetahui kecepatan angin, anemometer yang dimaksud ditunjukkan pada gambar Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Anemometer

  9. Peralatan dan kunci-kunci

  Peralatan yang digunakan untuk membongkar pasang seperti kunci pas 10 dan obeng plus, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Kunci pas 10 dan obeng plus.

  10. Kabel penghubung

  Kabel penghubung berfungsi sebagai penghubung pada rangkaian pengukur dengan generator. Kabel yang dimaksudkan, ditunjukkan pada Gambar 3.11

Gambar 3.11. Kabel penghubung

  11. Timbangan pegas Timbangan pegas berfungsi untuk mengetahui besarnya gaya pegas.

  Timbangan pegas yang dimaksudkan, ditunjukkan pada gambar Gambar 3.12.

3.3. Bahan Penelitian

  1. Sudu kincir

  Sudu kincir terbuat dari triplek dengan ketebalan 0,6 mm dan terpasang 4 buah.Bahan tersebut ringan sehingga dapat menggerakan kincir lebih mudah dengan daya tangkap angin tinggi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar Gambar 3.13.

  1

  2

  3 Keterangan :

  1. Sudu 30cm x 24cm

  2. Sudu 25cm x 24cm

  3. Sudu 20cm x 24cm

Gambar 3.13 Sudu kincir

  2. Poros kincir dan dudukan sudu

  a. Poros Terbuat dari pipa baja, dengan panjang 120 cm, dilas dengan rangkaian dudukan kincir,agar kuat untuk menopang dan memudahkan putaran kincir angin.

  b. Dudukan sudu Terbuat dari pipa besi dengan posisi membentang dan diberi pengunci berupa baut dengan jarak yang telah ditentukan agar mempermudah dalam namun teratur. Poros kincir dan dudukan sudu, dapatdilihat pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Rangkaian poros kincir dan komponen.

  1. Poros Sudu Poros Sudu yang digunakan, terbuat dari besi pejal dengan diameter 15 mm.Seperti yang ditunjukkan pada gambar Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Poros sudu 2. Motor listrik sebagai generator.

  Motor listrik berfungsi sebagai penghasil listrik, untuk menyalakan

Gambar 3.16. Generator

3.4. Data dan hasil yang dianalisis

  Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Putaran poros kincir dan alternator yang dihasilkan ( n ).

  2. Tegangan (Volt) dan arus (Ampere) listrik pada Lampu.

  3. Kecepatan angin (V), didapat dari pengukuran anemometer yang diletakan didepan terowongan angin.

  4. P diperoleh dari perkalian tegangan (Volt) dengan arus (Ampere) listrik _out yang dihasilkan dari lampu.

  5. Perhitungan daya kincir ( P in ) agar dapat menghitung C p 6. Perhitungan TSR.

a. Langkah Penelitian

  Langkah yang dilakukan saat proses penambilan data dari permulaan sampai selesai, sebagai berikut :

  1. Pengambilan data berkaitan dengan torsi statis :

  a) Memasang model kincir pada trowongan angin, dan pastikan posisinya b) Memasang tuas aluminium (sebagai penunjuk gerak kincir).

  c) Memasang tali pengkait beban pasir dengan tuas poros.

  d) Memberi pemberat pada beban (pasir).

  e) Memasang anemometer untuk mengetahui kecepatan angin yang ada dalam terowongan angin. Blower dihidupkan untuk menyerap angin masuk kedalam wind tunnel. Dorong saklar off (0) keposisi on (1) dan tekan tombol warna hijau.

  f) Mengukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower.

  g) Menunggu sekitar 1 sampai dengan 2 menit agar sistem menjadi setabil (tunak).

  h) Setelah kecepatan angin stabil; kemudian mengatur pembebanan yang sesuai untuk mengimbangi gerak kincir agar tidak berputar sampai lima kali. i) Mencatat hasil lima pembebanan dan diambil nilai rata-ratanya. j) Langkah 4 s/d 8 berlaku pada tiap-tiap variasi tingkatan sudu dan variasi kecepatan angin. k) Menekan tombol warna merah (stop) untuk mematikan blower.

  2. Pengambilan data berkaitan dengan daya keluaran :

  a) Kincir angin dipasang didalam wind tunnel dan di kunci dengan dibaut tujuan agar posisi kincir tidak berubah secara horizontal. b) Menghubungkan kabel yang keluar dari altenator pada volt meter, ampere meter dan beban lampu, dengan rangkaian sesuai prosedur pengambilan data.

Gambar 3.17. Rangkaian generator, alat ukur dan lampu beban.

  c) Memasang anemometer untuk mengetahui kecepatan angin yang ada dalam terowongan angin.

  d) Blower dihidupkan untuk menyerap angin masuk kedalam wind tunnel.

  Dorong saklar off (0) keposisi on (1) dan tekan tombol warna hijau.

  e) Mengukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower.

  f) Menunggu sekitar 1 sampai dengan 2 menit agar sistem menjadi setabil (tunak).

  g) Mencatat kecepatan angin, putaran poros, arus dan tegangan, pada tiap- tiap 1x pembebanan, setiap pembebanan diambil data 2 menit sekali dan 5 kali pengambilan data. .

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Penelitian

  0.34

  1.03

  6.5

  86

  27.68

  0.05

  0.47

  32

  7.1

  86

  26.29

  0.05

  7.1

  24

  80

  86

  30.31

  0.04

  0.46

  16

  7.1

  86

  31.85

  0.03

  0.56

  8

  26.33

  6.5

  86

  0.03

  8

  6

  6

  80

  23.41

  0.04

  0.20

  32

  6.5

  80

  22.52

  0.20

  8

  24

  6.5

  80

  24.50

  0.03

  0.33

  16

  6.5

  80

  21.11

  0.02

  0.39

  7.1

  Data yang diperoleh pada percobaan dengan variasi jumlah sudu dengan ukuran 20cm × 24cm, 25cm × 24cm, dan 30cm × 24cm.Secara berturut-turut ditunjukkan dalam Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

Tabel 4.1. Data yang diperoleh dari kincir dengan sudu berukuran 20cm × 24cm, dan variasi kecepatan angin 6 – 8 m/s.

  0.18 55.33 100

  0.79

  32

  8

  0.21 51.81 100

  0.98

  24

  8

  0.20 51.78 100

  1.02

  16

  8

  1.13

  7.6

  8

  8

  2.46 60.18 100

  8

  Gaya, F, Penyeimbang Rata-rata (gr)

  Rata-rata (rpm)

  (Ampere) Kec. Poros

  Kuat arus,I, Rata-rata

  Rata-rata (Volt)

  (watt) Voltase,V,

  (m/s) Beban

  Kec. Angin

  0.26 49.22 100

  1.83

  1.43

  7.6

  7.1

  95

  39.90

  0.15

  0.35

  32

  7.6

  95

  41.36

  0.13

  0.60

  24

  95

  46.67

  41.37

  0.13

  0.60

  16

  7.6

  95

  41.69

  0.11

  0.66

  8

  7.6

  95

  35.13

Tabel 4.2. Data perolehan dari kincir dengan sudu berukuran 25cm × 24cm dan variasi kecepatan angin 6 – 8 m/s.

  39.11

  90

  36.35

  0.18

  0.51

  24

  6.6

  90

  36.65

  0.14

  0.71

  16

  6.6

  90

  0.13

  32

  0.69

  8

  6.6

  90

  44.39

  1.79

  6.6

  95

  44.21

  0.27

  0.49

  32

  7

  6.6

  0.37

  44.52

  0.08

  21.07

  0.12

  0.31

  32

  6

  85

  22.40

  0.10

  0.31

  24

  6

  85

  24.06

  0.33

  0.20

  16

  6

  85

  26.46

  0.06

  0.48

  8

  6

  85

  31.45

  1.15

  6

  90

  37.71

  95

  0.23

  Kec. Angin

  16

  7.5