Efek variasi tinggi ujung sudu terhadap unjuk kerja kincir angin propeler dari bahan pipa PVC - USD Repository

  

KINCIR ANGIN PROPELER DARI BAHAN PIPA PVC

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Memperoleh gelar sarjana teknik

  

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

  

F.X ANANG KRISTANTO A.W

NIM : 095214050

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2013

  

PERFORMANCE OF THE WINDMILL PROPELLER OF PVCPIPE

MATERIALS

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the SarjanaTeknik degree

Mechanical Engineering Study Program

by

  

F.X ANANG KRISTANTO A.W

Student Number:095214050

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ME

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2013

  Dewasa ini keberadaan energi fosil semakin berkurang. Dengan eksploitasi

secara besar-besaran, maka dikawatirkan 25 tahun lagi tidak ada energi fosil yang

bisa dimanfaatkan oleh manusia. Oleh karena itu perlu dikembangkan energi

alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya

sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu

energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah.

Tujuan penelitian ini adalah untuk melihatdanmembandingkan unjuk kerja kincir

angin poros horisontalberbahan PVC.

  Model kincir angindibuatdalamtigavariasitinggiujungsudu, yakni 1,5; 3;dan

4,5 cm. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 80 cm.Data

yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan

putar kincir dan gayapengimbang.Sehinggadiperolehdayakincir(P out ),

koefisiendaya (C P ), dantip speed ratio (tsr),

kemudiandilakukanperbandingandayakincir (P out ), koefisiendaya (C P ), dantip

speed ratio (tsr) untukmasing-masingvariasitinggiujungsudu.

  Hasil penelitianmenunjukkan bahwauntuk kincir angin

dengantinggiujungsudu 1,5cm menghasilkan dayakincirsebesar 53,0 watt

denganC 21,0%padatsr4,0. Kincirangindengantinggiujungsudu

  P

3cmmenghasilkandayakincirsebesar87,6 watt dengan C p 30,1% pada tsr4,05.

  

Sedangkankincirangindengantinggiujungsudu 4,5cmmenghasilkandayakincir 69,3

watt denganC P 28,0%padatsr 3,7. Sehinggadapatdisimpulkankincir

dengantinggiujungsudu 3cmmenghasilkan dayakincir (P out ), dantip speed ratio

(tsr)yang lebih besar dari pada kincirangin dengan tinggiujungsudu 1,5dan 4,5cm.

  Kata Kunci : Koefisiendaya, Tip speed ratio, Sudu berbahan PVC

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang

diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

  Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap

mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka

memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap

kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada :

  1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sainsdan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Ir.Rines, M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  4. WibowoKusbandono, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.

  5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T.,M.Si.,dan Ir. YB Lukiyanto, M.T., selakuKepalaLaboratoriumManufaktur.

  6. A. MaryantodanIg. Sri Marlami selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  7. ValentinaPuriRatnasari, S.Pd., selaku teman dekat penulis.

  8. Rekan sekelompok saya, yaitu Darwin RavaelLaempasa yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data.

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .................................................................................................. i TITLE PAGE .............................................................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN..................................................................................... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI.................................................................................... iv

  

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .............................................. v

  LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................................. vi

  INTISARI ................................................................................................................ vii KATA PENGANTAR ................................................................................................ viii DAFTAR ISI ............................................................................................................... x

  ISTILAH PENTING ................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xiv DAFTAR TABEL ....................................................................................................... xv DAFTAR GRAFIK ..................................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................................

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

  1 1.2 Tujuan penelitian ..................................................................................

  2 1.3 Manfaat penelitian ............................................................................................

  2 1.4 Perumusan masalah ...........................................................................................

  2 1.5 Batasan masalah ................................................................................................

  3

  2.1 Dasar Teori ............................................................................................

  6. Torsi ................................................................................................................ 10 7. Kecepatan Sudut Kincir .................................................................................

  21 3.6 Parameter yang diukur ....................................................................................

  13 3.5 Variabel Penelitian ...........................................................................................

  13 3.4 Alat Dan Bahan ...............................................................................................

  13 3.3 Waktu Dan Tempat Penelitian ........................................................................

  12 3.2 Obyek Penelitian .............................................................................................

  12 3.1 Diagtam Alir Penelitian ..................................................................................

  11 BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................

  11 8. Koefisien Daya Kincir ...................................................................................

  10

  4 2.2 Kincir Angin .........................................................................................

  10 5. Daya Yang Dihasilkan Angin (P out ) ................................................................

  9 4. Tip speed ratio .................................................................................................

  9 3. Daya Angin (P in ) .............................................................................................

  9 2. Energi Kinetik .......................................................................................

  9 1. Energi Yang Terdapat Pada Angin .......................................................

  9 2.2.4 Faktor yang mempengaruhi kincir angin ..............................................

  7 2.2.3 Kincir Angin American Wind Mill .......................................................

  5 2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal .................................................................

  5 2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal..............................................................

  21

  3.7 Langkah Percobaan .........................................................................................

  31 4.3.4 Dataperhitungan untuk kincir angin dengan pemotongan 4,5 cm ...................

  44 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................

  43 5.2 Saran ...............................................................................................................

  43 5.1 Kesimpulan .....................................................................................................

  40 BAB V PENUTUP ....................................................................................................

  37 4.4.3 Grafik untuk variasi pemotongan sudut 4,5 cm ..............................................

  35 4.4.2 Grafik untuk variasi pemotongan sudut 3 cm .................................................

  35 4.4.1 Grafik untuk variasi pemotongan sudut 1,5 cm ..............................................

  33 4.4 Grafik hasil perhitungan ...............................................................................

  30 4.3.2 Data perhitungan untuk kincir angin dengan pemotongan 3cm ......................

  22 3.8 Langkah pengolahan data................................................................................

  29 4.3.1 Data perhitungan untuk kincir angin dengan pemotongan 1,5cm ...................

  29 4.3 Hasil Perhitungan ............................................................................................

  29 4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Kincir (C P ) ........................................................

  28 4.2.3 Perhitungan Tip speed ratio ............................................................................

  28 4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (P out ) .......................................................................

  28 4.2.1 Perhitungan Daya Angin (P in ) ........................................................................

  24 4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan .................................................................

  24 4.1 Data Hasil Percobaan ......................................................................................

  23 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...................................................

  45

ISTILAH PENTING

  Simbol Keterangan v Kecepatan angin (m/s) n Kecepatan putar kincir (rpm) F Gaya pengimbang (N) A Luas penampang (m

  2 ) T Torsi (N.m)

  ω Kecepatan sudut (rad/sec) P in Daya yang tersedia (watt) P out Daya yang dihasilkan (watt) tsr Tip speed ratio C P Koefisien daya r Jarak lengan torsi (m) d Diameter kincir (m) R Jari-jari kincir (m)

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal .................................................

  16 Gambar 3.8 Poros penyambung dihubungkan kesistem pengereman .........

  21 Gambar 3.15 Pemasangan neraca pegas ......................................................

  20 Gambar 3.14 NeracaPegas ........................................................

  20 Gambar 3.13 Anemometer ........................................................

  19 Gambar 3.12 Tachometer ........................................................

  18 Gambar 3.11 Blower ........................................................

  17 Gambar 3.10 Terowongan angina atau Wind Tunel .....................................

  17 Gambar 3.9 Mekanisme pembebanan atau lengan torsi .............................

  16 Gambar 3.7 Poros penyambung dihubungkan ke poros kincir ...................

  6 Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ....................................................

  15 Gambar 3.6 Poros penopang Kincir ........................................................

  15 Gambar 3.5 Pemasangan Kincir Angin ........................................................

  14 Gambar 3.4 Piringan Kincir Angin ........................................................

  13 Gambar 3.3 Sudu Kincir Angin dengan variasi sudut potong .....................

  12 Gambar 3.2 Konstruksi Kincir Angin ........................................................

  11 Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian .............................

  ) Dengan Tip speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin ...............................................

  8 Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (C P

  22

Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan tinggi ujung sudu 1,5cm ................

  24 Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan tinggi ujung sudu 3cm ................

  25 Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan tinggi ujung sudu 4.5cm .................

  26 Tabel 4.3. Lanjutan tabel 4.3 ............................................................................

  27 Tabel 4.4 - Tabel 4.6. Data hasil perhitungan untuk tinggi ujung sudu 1.5 .....

  30 Tabel 4.7

• – Tabel 4.9. Data hasil perhitungan untuk tinggi ujung sudu 3 ....... 31 Tabel 4.10
• – Tabel 4.12.Data hasil perhitungan untuk tinggi ujung sudu 4.5 . 33

  Grafik 4.1 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk tinggi ujung sudu 1,5cm ...........................................................

  35 Grafik 4.2 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk tinggi ujung sudu 1,5cm ................................................................................

  36 Grafik 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk tinggi ujung sudu 1.5cm ...........................................................

  36 Grafik 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk tinggi ujungs udu 3cm .............................................................

  37 Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk tinggi ujung sudu 3cm ...................................................................................

  38 Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk tinggi ujung sudu 3cm ..............................................................

  39 Grafik 4.7 Grafik hubungan antara torsi dengan putaran poros kincir untuk tinggi ujung sudu 4,5cm ...........................................................

  40 Grafik 4.8 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk tinggi ujung sudu 4,5cm ................................................................................

  41 Grafik 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk tinggi ujung sudu 4,5cm ...........................................................

  41

  PENDAHULUAN

  1.1.Latar belakang Penggunaan energi listrik sangat diperlukan oleh masyarakat. Masyarakat

yang maju atau berkembang umumnya memerlukan listrik dalam jumlah besar

dengan biaya serendah mungkin, maka dari itu banyak orang melakukan

eksperimen dengan mencoba energi alternatif untuk menghasilkan listrik

dengan biaya yang murah dan aman bagi lingkungan. Di indonesia banyak

sekali energi alternatif yang dapat dimanfaatkan seperti energi surya, energi

air, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak sumber energi yang

paling mudah dimanfaatkan adalah energi angin karena angin ada dimana-

mana sehingga mudah didapatkan dan biaya yang dibutuhkan tidak begitu

mahal, untuk menghasilkan listrik dengan tenaga angin dibutuhkan kincir

angin yang berguna untuk menangkap angin dan menggerakkan generator

yang kemudian menghasilkan energi listrik.

  Ada banyak jenis kincir angin yang dikembangkan. Jenis-jenis kincir

angin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu kincir angin dengan poros

vertikal dan kincir angin dengan poros horisontal, yang masing-masing jenis

mempunyai berbagai macam bentuk kincir angin.

  Disini yang penulis buat adalah kincir angin poros horisontal dengan tiga

sudu. Sudu atau propeler yang digunakan dengan ukuran yang sama tetapi mana yang lebih baik digunakan.

  1.2.Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah : a.

  Mengetahui koefisien daya ( ) dan tip speed ratio (tsr) yang dihasilkan kincir angin.

  b.

  Membandingkan daya yang dihasilkan kincir angin untuk tiga variasi

tinggi ujung sudu kincir dengan bentuk dan ukuran yang sama.

  1.3.Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah : a.

  Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu berbahan PVC dengan variasi tinggi ujung sudu yang berbeda.

  b.

  Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di indonesia, khususnya energi angin.

  c.

  Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi

energi angin yang besar untuk memberdayakan energi tepat guna.

  1.4.Perumusan masalah Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah : a.

  Indonesia adalah negara yang memiliki potensi energi angin yang cukup besar.

  Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

  1.5.Batasan masalah Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah : a.

  

Sebagai bahan uji dibuat kincir angin bahan sudunya dari pipa PVC

dengan diameter 6 inchi, dalam bentuk yang sama dengan variasi tinggi ujung sudu yang berbeda yaitu 1,5; 3; dan 4,5 cm.

  b.

  

Kincir di uji pada terowongan angin dengan tiga variasi posisi kecepatan

angin.

  

Tinjauan pustaka

  2.1. Dasar teori Angin adalah udara bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan adanya

perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Pada daerah yang bertemperatur tinggi,

udara akan memuai dan massa jenis udara akan turun, sehingga tekanan udara di

daerah tersebut akan rendah. Tekanan rendah ini akan diisi oleh udara yang datang

dari tekanan yang lebih tinggi.

  Kecepatan angin sangat dipengaruhi oleh beberapa hal : pertama, oleh letak

tempat atau topografi, dimana jika angin menerpa pada topografi berupa gunung,

angin akan cenderung naik dan jika angin menerpa pada topografi berupa dataran,

maka angin akan cenderung lurus-lurus saja. Kedua, saat angin bergerak di atas

daratan dan lautan juga sangat berbeda. Walau bagaimanapun angin yang

bergerak di daratan akan cenderung mengikuti keadaan permukaan daratan,

berbeda jika angin yang berhembus di atas lautan maka ia akan ikut

mempengaruhi bentuk muka air laut, bahkan pergerakan arus di atas laut.

  

Sehingga ia lebih bebas bergerak di atas lautan daripada di daratan. Ketiga,

adanya pepohonan sangat berpengaruh jika pohon tersebut cukup tinggi, maka

akan menggangu laju angin.

  Indonesia memiliki potensi angin yang cukup baik, karena sebagian pulau

memiliki potensi angin yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga

  2.2. Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat atau mesin yang digerakkan oleh tenaga

angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya

banyak ditemukan di Belanda, Denmark, dan negara-negara eropa lainya yang

pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan

penggilingan gandum. Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu

adalah Windmill. (Sumber : diakses 20 july

2013).

  Berdasarkan posisi poros kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok

utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam

penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horizontal.

  2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal Kincir Angi Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT)

adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah

poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan

kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360⁰

terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin.

  ( Sumbeses 20 july 2013).

  Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2.1 berikut :

  Kincir angin American WindMill.

  b.

  Kincir angin Cretan Sail Windmill.

  c.

  Kincir angin Dutch four arm.

  d.

  Kincir angin Rival calzoni a.

  Kincir angin American WindMill b. Kincir angin Cretan SailWindmill c.

  d. Kincir angin Rival calzoni Kincir angin Dutch four arm

  

Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber : www.fineartamerica.com

  diakses 20 july 2013)

  1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

  2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

  3. Material yang digunakan lebih sedikit.

  4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara.

  5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang diakibatkan gaya angkat atau lift force oleh angin.

  Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal adalah : 1.

  Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir.

  2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah angin.

  3. Biaya pemasangannya mahal.

  2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi

porosnya tegak lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat

mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau

bawah.Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang besar daripada kincir angin poros

horisontal.

  Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah : 1.

  Dapat menerima arah angin dari segala arah.

  Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

  3. Dapat bekerja pada putaran rendah.

  4. Tidak memerlukan mekanisme yaw.

  5. Biaya pemasangan lebih murah. Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut : 1.

  Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai berputar.

  2. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil.

  3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan merupakan beban tambahan.

  Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang ada di sekitar kita diantaranya seperti terlihat pada Gambar 2.2 a.

  

Kincir angin Darrieus b. Kincir angin Savonius

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal (Sumber :

  

  akses 20 july 2013

  ) poros horisontal tiga sudu dengan jenis American Wind Mill.

  2.2.3. Kincir Angin American Wind Mill Kincir angin jenis american wind mill merupakan salah satu dari kincir

angin poros horisontal yang biasanya bersudu dua,tiga,empat,atau juga bersudu

banyak.Kincir jenis ini dapat bekerja pada putaran yang tinggi sehingga dapat

menghasilkan daya listrik yang besar.

2.2.4. Faktor yang mempengaruhi kincir angin 1.

  Energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan sudu- sudu yang terdapat pada kincir angin tersebut.

  2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat gerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan : Energi kinetik = ½ m.V

  2 …………………………(1) dengan m adalah massa (kg) udara dan V adalah kecepatan udara.

  3. Daya angin ( ) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap luasan sudu, yang dapat dirumuskan : = ½ .A.V

  3 ……………………………….(2) dengan adalah massa jenis udara (kg), A adalah luas penampang sudu (m), dan V adalah kecepatan aliran angin (m/s).

  

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan kecepatan pada ujung-

ujung sudu yang berputar, tsr dapat dirumuskan : ………………………………(3) dengan r adalah jari jari lingkaran / penampang sudu kincir dan n adalah putaran kincir.

  

5. ) adalah daya yang dihasilkan kincir

Daya yang dihasilkan kincir ( akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir

yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

  = T . ω ………………………………(4) dengan T adalah torsi dan

  ω adalah kecepatan sudut.

  6. Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros dihasilkan oleh gaya dorong pada sudu kincir yang dikurangi dengan gaya hambat (gaya yang berlawanan arah). Gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros kincir yang berputar, untuk perhitungan torsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : T = F . r

  ……………………………(5) dengan F adalah gaya (N) dan r adalah panjang lengan torsi (m).

  7. Kecepatan sudut kincir adalah kecepatan putar kincir dalam satuan radian per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

  .….……………….(6)

  8. Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan

daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga C P dapat dirumuskan :

  ………………......(7) C p dari suatu kincir angin juga dapat ditentukan dengan grafik Hubungan antara C dan tsr dari beberapa jenis kincir. p

Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara C dan tsr dari beberapa jenis kincir .

p

  (Sumber : Wind Energy System by Dr. Gary L . Johnson)

  METODE PENELITIAN 3.1. Diagram alir penelitian.

  

Diagram alir di bawah ini menunjukkan langkah kerja dalam penelitian :

MULAI Perancangan kincir angin poros horizontal.

  Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan PVC. Efek variasi tinggi ujung sudu 1,5; 3; dan 4,5 cm dengan bentuk yang sama.

  Pengambilan data mencari kecepatan angin, nilai putaran poros kincir dan gaya pengimbang pada kincir angin.

  Pengolahan data mencari daya angin, daya kincir, C P , dan tsr,kemudian membandikan antara daya kincir, C P, dan tsr pada masing- masing variasi sudut potong kincir angin.

  Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan.

  Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

  Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal tiga sudu

berdiameter enam inchi dengan variasi tinggi ujung sudu (1,5; 3; dan 4,5 cm),

dengan bentuk yang sama.

  3.3. Waktu dan tempat penelitian Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai pada

semester genap tahun ajaran 2013 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan

  Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3.4. Alat dan bahan Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC ukuran 6 inchi dapat dilihat pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Konstruksi kincir angin.

  1. Sudu Kincir Sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang, terbuat dari pipa PVC ukuran 6 inchi dengan tebal 3 mm. Banyak sudu yang dipakai tiga buah. Ada tiga macam variasi tinggi ujung sudu yaitu 1,5; 3; dan 4,5 cm, Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.3.

  10cm 10cm 4cm 10cm

  10cm 4cm 10cm 4cm 10cm

  

50cm

2,5cm 3cm

50cm

2,5cm

  1,5cm 2,5cm 50cm

  4,5cm

Gambar 3.3. Sudu kincir

  Piringan kincir Piringan berfungsi sebagai dudukan sudu. Piringan terbuat dari plastik dengan ukuran diameter 30 cm. Sudu ditempelkan pada piringan kincir kemudian dibaut, seperti pada Gambar 3.4 dan Gambar 3.5

Gambar 3.4 Piringan kincirGambar 3.5 Pemasangan Kincir angin dalam terowongan angin

  

Poros penopang kincir untuk menopang piringan kincir agar dapat berputar

Gambar 3.6 Poros penopang kincir 4.

  Poros penyangga berfungsi sebagai penyangga mekanisme kincir keseluruhan.

  5. Poros pada ujung kincir dan poros pada sistem pengereman dihubungkan dengan menggunakan poros penyambung, kemudian sistem pengereman diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan putaran kincir angin. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan Gambar

  3.8. Gambar 3.7. Poros penyambung dihubungkan ke poros ujung kincir

Gambar 3.8. Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman 6.

  Mekanisme pembebanan atau lengan torsi adalah jarak antara sistem pengereman yang diberi beban karet yang dihubungkan dengan neraca pegas, dengan cara dihubungkan menggunakan benang, jarak lengan torsi adalah 50 cm. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Mekanisme pembebanan atau lengan torsi gunakan beberapa peralatan penunjang, diantaranya : 1.

  Terowongan Angin Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.10. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai keinginan.

Gambar 3.10 Terowongan Angin atau Wind Tunel

  Blower Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Blower 3.

  Takometer Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Takometer 4.

  Anemometer Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan

terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Anemometer

  5. Neraca Pegas Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada kopling dengan

jarak yang telah ditentukan. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Neraca Pegas

3.5. Variabel penelitian :

  Variabel dalam penelitian ini adalah : 1.

  Variasi tinggi ujung sudu yaitu (1,5; 3; 4,5 cm) dengan bentuk yang sama.

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

  3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 3 posisi variasi kecepatan angin yang dilakukan di dalam terowongan angin.

3.6. Parameter yang diukur :

  Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1.

   Kecepatan angin, (m/s) 2.

  Gaya pengimbang, (N) 3. Putaran kincir, (rpm)

  Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :

  1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman.

  Seperti pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Pemasangan neraca pegas pada sistem pengereman

  2. Menempatkkan anemometer dan takometer pada tempatnya.

  3. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan 4.

  Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser blower dengan troli pada angka kecepatan angin yang diinginkan.

  5. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dimulai mengukur kecepatan putaran, kecepatan angin, dan besarnya torsi.

  Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan tiga variasi kecepatan angin.

3.8. Langkah pengolahan data.

  Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan langkah-langkah sebagai berikut :

  1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka dapat dicari daya angin (P in ).

  2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk mencari torsi (T).

  3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya kincir (Pout).

  4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari.

  5. ou t ) dan daya angin (P in ) maka koefisien daya Dari data daya kincir (P (C p ) dapat diketahui.

  

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data hasil percobaan.

  5 7.99 834.90

  2.56 7.70 1012.00

  0.00

  1 7.94 966.80

  0.60

  2 8.04 939.90

  1.00

  3 7.94 885.70

  1.50

  4 8.02 878.50

  1.85

  2.25

  2.36

  6 8.03 803.60

  2.55

  7 7.96 787.70

  2.80

  8 8.03 763.80

  3.00

  9 8.03 731.70

  3.30

  10 7.86 688.70

  3.45

  11 8.08 684.20

  7 6.05 348.04

  6 6.00 392.27

  

Data hasil percobaan kincir angin untuk masing-masing variasi tinggi ujung sudu

dapat dilihat pada tabel 4.1 , 4.2 , dan 4.3, dibawah ini.

  0.89

Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan tinggi ujung sudu 1,5 cm.

  No v (m/s) n

  (rpm) F

  (N) 4.50 441.80

  0.00

  1 4.03 387.00

  0.54

  2 4.12 327.27

  0.79

  3 4.27 325.80

  4 4.04 291.57

  2.11

  0.99 5.95 711.60

  0.00

  1 5.97 643.10

  0.69

  2 5.80 585.60

  1.08

  3 5.81 538.04

  1.53

  4 5.92 479.04

  1.87

  5 6.10 471.24

  3.65

  12 7.95 672.40

  0.85

  2.40

  4 7.74 856.40

  2.00

  3 7.68 876.30

  1.45

  2 7.78 861.30

  1 7.90 923.50

  2.65

  0.00

  3.44 7.70 1019.00

  10 5.93 344.25

  3.40

  9 6.20 420.20

  3.05

  5 7.60 833.60

  6 7.83 814.90

  2.89

  11 8.34 783.10

  14 8.20 645.60

  5.40

  13 8.26 711.80

  5.20

  12 8.15 748.90

  4.90

  4.50

  2.85

  10 8.23 757.70

  4.30

  9 7.94 788.90

  3.60

  8 8.03 763.10

  3.15

  7 8.06 783.60

  8 5.87 470.98

  7 5.97 469.17

  3.75

  N (rpm)

  2 4.03 363.20

  0.64

  1 3.94 366.17

  0.00

  4.05 411.80

  F (N)

  V (m/s)

  3 4.05 312.20

  No

  4.20 Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan tinggi ujung sudu 3 cm.

  15 7.80 581.50

  4.05

  14 7.86 625.70

  3.90

  13 7.88 641.90

  0.79

  1.03

  2.60

  3 5.78 602.07

  6 6.30 513.74

  2.10

  5 5.94 572.97

  1.81

  4 5.95 568.44

  1.33

  0.98

  4 3.87 278.20

  2 5.82 639.54

  0.64

  1 5.75 649.04

  0.00

  1.13 6.05 711.40

  5 3.90 279.24

  1.08

  5.90

  15 8.21 675.40

  9 5.97 410.84

  12 6.11 412.50

  3.28

  11 6.02 390.90

  3.09

  10 6.09 411.54

  2.89

  2.76

  13 6.14 378.30

  8 5.97 418.98

  2.56

  7 6.03 432.54

  2.40

  6 6.01 440.20

  1.97

  3.44

  3.69

  1.72

  2 7.95 827.40

  5 7.89 752.30

  1.90

  4 7.73 764.70

  1.42

  3 7.89 788.30

  1.07

  0.60

  14 5.96 347.20

  1 8.50 849.20

  0.00

  4.08 7.85 852.50

  16 6.00 222.00

  3.98

  15 6.14 347.80

  3.78

  5 5.80 466.88

  4 5.93 473.98

  6.20

  6.40 Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan tinggi ujung sudu 4,5 cm.

  1 4.07 341.60

  0.00

  (N) 4.20 348.10

  (rpm) F

  V (m/s) n

  No

  19 7.68 579.40

  2 4.22 301.10

  6.43

  18 7.63 611.80

  6.40

  17 7.88 647.30

  6.30

  16 8.31 650.10

  0.54

  0.84

  1.33

  1.48 6.05 583.80

  3 5.94 502.54

  0.94

  2 6.02 527.98

  0.94

  1 5.99 554.00

  0.00

  7 4.18 209.90

  3 4.22 281.80

  1.38

  6 4.09 241.40

  1.18

  5 4.05 256.80

  1.08

  4 4.24 269.30

  0.94

  2.40

  6 7.71 731.40

  22 7.68 605.90

  18 7.70 648.20

  4.65

  19 7.63 640.50

  4.80

  20 7.60 630.50

  4.95

  21 7.94 621.10

  5.15

  5.19

  17 7.75 651.30

  23 7.60 615.50

  5.34

  24 7.52 603.50

  5.49

  25 7.30 583.80

  5.51

  26 7.05 579.90

  5.62 Data dari hasil percobaan kincir tiga sudu dengan jarak pembebanan dari

  4.61

  4.60

  2.76

  11 7.86 729.10

  7 7.76 719.30

  2.99

  8 7.72 721.10

  3.18

  9 7.98 709.30

  3.34

  10 7.78 693.40

  3.43

  3.60

  16 7.85 660.30

  12 7.89 709.60

  3.62

  13 7.98 701.10

  3.84

  14 7.63 678.60

  4.16

  15 7.72 667.40