UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN WEPOWER DENGAN ENAM SUDU PIPA PVC DAN DENGAN BESAR SUDU BERVARIASI

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN WEPOWER
DENGAN ENAM SUDU PIPA PVC DAN DENGAN
BESAR SUDU BERVARIASI

Tugas Akhir
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

EUGENIUS BRAMANDHIKA NUGROHO
NIM : 105214077

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2014

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

THE PERFORMANCE OF WEPOWER WIND MILL
WITH SIX BLADES PVC PIPE AND VARIOUS
BLADE SIZES

Final Project
Submitted as fulfill of the requirements

for obtaining the Sarjana Teknik Degree in
Mechanical Engineering

By :

EUGENIUS BRAMANDHIKA NUGROHO
Student ID Number : 105214077

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2014

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI

TERPUJI

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK

TIDAKTERPUJI
TERPUJI

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

INTISARI
Kebutuhan akan energi listrik terus meningkat dan ketersediaan energi fosil
saat ini mengalami penurunan maka diperlukan sumber energi baru yang
terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan
adalah energi angin dengan ketersediaan yang melimpah dan ramah lingkungan.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja model kincir
angin WePOWER sudu pipa pvc enam sudu dengan variasi besar sudu.
Model variasi pertama adalah kincir angin dengan besar sudu 900, model
variasi kedua besar sudu diganti 1200, lalu kemudian yang ketiga besar sudu
diganti 1500. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi,

putaran poros, daya kincir, dan koefisien daya. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa koefisien daya (Cp) puncak diperoleh dengan model kincir angin
WePOWER 6 sudu besar sudu 900, yaitu 2,2 % pada tip speed ratio (tsr) 0,191
menghasilkan daya 6,23 watt pada kecepatan angin 12,2 m/s dengan torsi 0,6 Nm.
Model kincir angin WePOWER 6 sudu besar sudu 1200 menghasilkan koefisien
daya (Cp) puncak 4,3 % pada tip speed ratio 0,261 menghasilkan daya 6,75 watt
pada kecepatan angin 10 m/s dengan torsi 0,58 Nm. Model kincir angin
WePOWER 6 sudu besar sudu 1500 menghasilkan koefisien daya (Cp) puncak 4,6
% pada tip speed ratio 0,394 menghasilkan daya 25,73 watt pada kecepatan angin
15,3 m/s dengan torsi 0,96 Nm.

Kata kunci : putaran poros, daya kincir, torsi, tip speed ratio, koefisien daya.

vii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI

TERPUJI

KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat
rahmat karuniaNya penulis bisa menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang
berjudul, “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Wepower Sudu Pipa Pvc Enam Sudu
Dengan Variasi Besar Sudu” dengan baik. Tugas Akhir merupakan salah satu
persyaratan wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin, Program Studi
Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan, dukungan, dan
nasihat dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini perkenankanlah penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
2. Ign Ketut, S.T., M.Si., selaku dosen pembimbing akademik.
3. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.
4. Segenap dosen dan laboran program studi Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma.
5. Sugeng Budi Prasetya, Kristianto Wibison dan Bernadus Dedi Purwanto
serta semua saudara-saudara penulis yang telah memberi semangat dan

nasihat kepada penulis.
6. A. Bagus Prasetyo dan Gede Sujane, selaku teman sekelompok pengerjaan
Tugas Akhir.
7. Semua teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu
terima kasih penulis ucapkan atas semua bantuannya.

Penulis menyadari naskah Tugas Akhir ini jauh dari sempurna dan masih perlu
pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak
akan penulis terima dengan senang hati.
Semoga naskah Tugas Akhir ini bermanfaat bagi teman-teman mahasiswa
Teknik mesin Universitas Sanata Dharma dan para pembaca lainnya. Apabila

viii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI

TERPUJI

terdapat kesalahan dalam naskah Tugas Akhir ini penulis mohon maaf dan sekali
lagi penulis mengucapkan terima kasih.

Yogyakarta, 16 Mei 2014

Penulis

ix

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR ISI
Halaman Judul ........................................................................................................ i

Title Page ................................................................................................................ ii
Halaman Pengesahan ............................................................................................. iii
Daftar Dewan Penguji ............................................................................................ iv
Pernyataan Keaslian Karya ......................................................................................v
Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah....................................... vi
Intisari ................................................................................................................ vii
Kata Pengantar ..................................................................................................... viii
Daftar Isi...................................................................................................................x
Daftar Gambar....................................................................................................... xii
Daftar Tabel ...........................................................................................................xv
BAB I : PENDAHULUAN......................................................................................1
1.1. Latar Belakang ...........................................................................................1
1.2. Rumusan Masalah.......................................................................................4
1.3. Tujuan Penelitian........................................................................................4
1.4. Manfaat Penelitian......................................................................................5
1.5. Batasan Masalah .........................................................................................5
BAB II : DASAR TEORI ........................................................................................6
2.1. Angin ..........................................................................................................6
2.2. Energi Angin...............................................................................................6
2.2.1. Potensi Angin .................................................................................8

2.3. Kincir Angin .............................................................................................10
2.3.1. Kincir Angin Poros Vertikal.........................................................11
2.3.2. Kincir Angin Poros Horisontal .....................................................12
2.3.3. Kincir Angin WePOWER .............................................................13
2.4. Rumus-Rumus Perhitungan......................................................................14
2.4.1. Energi dan Daya Angin ................................................................14
2.4.2. Daya Kincir Angin........................................................................15
x

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2.4.3. Torsi Kincir Angin........................................................................17
2.4.4. Tip Speed Ratio (tsr).....................................................................17
2.4.5. Koefisien Daya (Cp)......................................................................18
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN ............................................................19

3.1. Diagram Alir Penelitian............................................................................19
3.2. Objek Penelitian .......................................................................................20
3.3. Perancangan Kincir Angin WePOWER ....................................................20
3.4. Peralatan dan Bahan .................................................................................20
3.5. Variabel Penelitian ...................................................................................27
3.6. Langkah Percobaan...................................................................................28
3.7 Langkah Pengolahan Data ........................................................................31
BAB IV : PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................32
4.1. Data Hasil Penelitian ................................................................................32
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................32
4.2.1. Perhitungan Daya Angin ..............................................................32
4.2.2. Perhitungan Torsi .........................................................................33
4.2.3. Perhitungan Daya Kincir ..............................................................34
4.2.4. Perhitungan tip speed ratio (tsr) ...................................................35
4.2.5. Perhitungan Koefisien Daya (Cp) .................................................35
4.3. Data Hasil Perhitungan .............................................................................39
4.4. Grafik Hasil Perhitungan ..........................................................................41
4.4.1. Gravik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 900 .................42
4.4.2. Gravik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 1200 ...............44
4.4.2. Gravik Untuk Variasi Kincir Dengan Besar Sudu 1500 ...............46
4.5. Pembahasan ..............................................................................................49
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................50
5.1. Kesimpulan...............................................................................................50
5.2. Saran .........................................................................................................50
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................52
LAMPIRAN...........................................................................................................53
xi

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konsumsi Energi Dunia .......................................................................1
Gambar 1.2 Konsumsi Energi Dalam Negri ............................................................2
Gambar 1.3 Perubahan Suhu Global........................................................................2
Gambar 1.4 Emisi karbon dunia dalam persen ........................................................3
Gambar 2.1 Peta Indonesia ......................................................................................8
Gambar 2.2 Angin Darat dan Angin laut .................................................................9
Gambar 2.3 Angin Lembah....................................................................................10
Gambar 2.4 Angin Gunung ....................................................................................10
Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal.................................................................12
Gambar 2.2 Kincir angin poros horisontal.............................................................13
Gambar 2.3 Kincir angin WePOWER ....................................................................13
Gambar 2.5 Gragik hubungan Cp dan tip speed ratio (tsr).....................................16
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian.......................................................................19
Gambar 3.2 Model Kincir Angin WePOWER........................................................20
Gambar 3.3 Tempat posisi Sudu ............................................................................21
Gambar 3.4 Ukuran dan posisi variasi sudu 1........................................................21
Gambar 3.5 Variasi sudu ke 2 ................................................................................22
Gambar 3.6 Variasi sudu ke 3 ................................................................................22
Gambar 3.7 Sudu....................................................................................................23
Gambar 3.8 Poros...................................................................................................23
Gambar 3.9 Wind tunnel ........................................................................................24
Gambar 3.10 Fan Blower.......................................................................................24
Gambar 3.11 Anemometer .....................................................................................25
xii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

Gambar 3.12 Neraca pegas ....................................................................................25
Gambar 3.13 Lampu pembebanan .........................................................................26
Gambar 3.14 Generator..........................................................................................26
Gambar 3.15 Takoemeter.......................................................................................27
Gambar 3.16 Seting posisi kincir angin .................................................................28
Gambar 3.17 Tali penguat......................................................................................29
Gambar 3.18 Posisi Anemometer ..........................................................................29
Gambar 3.19 Posisi pengaturan kecepatan angin...................................................30
Gambar 4.1. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu
900 .....................................................................................................42
Gambar 4.2. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu
900 .....................................................................................................43
Gambar 4.3. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk kincir angin variasi besar sudu
900 .....................................................................................................43
Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu
1200 ...................................................................................................44
Gambar 4.5. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu
1200 ...................................................................................................45
Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk kincir angin variasi besar sudu
1200 ...................................................................................................45
Gambar 4.7. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi besar sudu
1500 ...................................................................................................46
Gambar 4.8. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi besar sudu
1500 ...................................................................................................47
Gambar 4.9. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk kincir angin variasi besar sudu
1500 ...................................................................................................47
xiii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

Gambar 4.10. Grafik perbandingan putaran poros dengan torsi dari ketiga variasi
besar sudu kincir ...............................................................................48
Gambar 4.11. Perbandingan Cp dan tsr ketiga variasi kincir angin.......................48

xiv

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin 10 m diatas tanah .............................................7
Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin WePOWER dengan besar sudu 900 ..........37
Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin WePOWER dengan besar sudu 1200 ........37
Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin WePOWER dengan besar sudu 1500 ........38
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin dengan besar sudu 900 ..................39
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin dengan besar sudu 1200 ................40
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin dengan besar sudu 1500 ................41

xv

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Kebutuhan energi di dunia terus meningkat, khususnya di Indonesia
konsumsi energi yang terus meningkat dikarenakan pertumbuhan penduduk,
pertumbuhan industri dan perkembangan teknologi. Minyak bumi dan batu bara
adalah sumber energi utama dan sumber devisa negara. Sedangkan energi fosil
yang selama ini merupakan sumber energi utama ketersediaannya sangat terbatas,
dan akan habis pada suatu saat nanti, padahal kebutuhan energi terus meningkat
sejalan pertumbuhan indrustri, penduduk dan teknologi. Pemakaian energi fosil
tersebut juga akan menyebabkan pemanasan global akibat sisa pembakarannya
yang berupa gas CO2.

(Sumber : ourfiniteworld.com)

Gambar 1.1. Konsumsi Energi Dunia

1

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2

(Sumber: BPPT Outlook Energi Indonesia 2013 , September 2013)

Gambar 1.2. Konsumsi Energi Dalam Negri

(Sumber : www.newscientist.com, November 2013)

Gambar 1.3. Perubahan Suhu Global

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
3

(Sumber : http://ilmupengetahuan7.blogspot.com September 2013)
Gambar 1.4. Emisi karbon dunia dalam persen

Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil menyemangati
para peneliti diberbagai negara untuk mencari energi lain yang kita kenal sekarang
dengan istilah energi terbarukan. Energi terbarukan dapat didefinisikan sebagai
energi yang secara cepat dapat diproduksi kembali melalui proses alam. Energi
terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari, angin, biogas, bio masa serta
samudra. Beberapa kelebihan energi terbarukan antara lain: Sumbernya relatif
mudah

didapat,

dapat

diperoleh

dengan

gratis,

minim

limbah,

tidak

mempengaruhi suhu bumi dan tidak terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan
bakar.
Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini adalah
energi angin. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel.
Energi angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya pemompaan
air untuk irigasi, pembangkit listrik, pengering atau pencacah hasil panen, dan
lain-lain. Selain itu, pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di mana-mana,
baik di dataran rendah maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut.
Pemanfaatan tenaga angin di Indonesia sebagai pembangkit listrik tenaga
angin belum begitu optimal dan kurang mendapat perhatian dari pemerintah,
walaupun di beberapa daerah sudah mampu memanfaatkan tenaga angin sebagai
pembangkit listrik, namun penerapannya belum bisa dibilang efektif. Padahal
kapasitas pembangkitan listrik tenaga angin di negara lain telah berkembang pesat
seperti di Belanda dan China.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4

Berdasarkan kondisi diatas, maka diadakanlah penelitian kincir angin
WePOWER dalam rangka pengembangan energi terbarukan. Kincir angin
WePOWER adalah kincir angin poros vertikal pengembangan dari kincir angin
jenis savonius yang mampu bekerja pada kecepatan angin yang rendah. Kincir ini
dikembangkan oleh perusahaan PacWind yang bekerja sama dengan WePower,
United States, kemudian menamai kincir tersebut WePOWER. Penelitian ini
bermaksud untuk mendapatkan unjuk kerja kincir angin WePOWER poros
vertikal, 6 sudu, kemiringan 50 dengan fariasi besar sudu 900, 1200, 1500. Desain
kincir angin dibuat sesederhana mungkin menggunakan bahan-bahan yang mudah
diperoleh agar setiap orang dapat mengaplikasikan penelitian ini.

1.2. Rumusan Masalah
Masalah yang mendasari dalam penelitian ini antara lain :
1. Angin merupakan energi yang berlimpah, kekal, gratis dan tidak
menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan maupun
kehidupan manusia.
2. Indonesia merupakan Negara yang beriklim tropis sehingga Indonesia
memiliki potensi energi terbaharukan yang besar salah satundiya energi
angin, namun belum dimanfaatkan secara optimal.
3. Dibutuhkan disain kincir angin yang terbaik agar mampu mengubah
energi angin menjadi energi listrik melalui generator guna memperoleh
efisiensi yang tinggi.

1.3. Tujuan Penelitan
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Membuat kincir WePOWER dengan luas frontal 0,27 m2, 6 sudu,
kemiringan sudu 50, dengan variasi besar sudu 900, 1200, 1500.
2. Mengetahui koefisien daya maksimal, daya output makximal, yang
dihasilkan oleh model kincir angin WePOWER di tiap variasinya.
3. Mengetahui kemampuan variasi kincir angin jenis WePOWER terhadap
unjuk kerja kincir angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
5

1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Dapat menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin
WePOWER 6 sudu, dengan variasi besar sudu.

2. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat yang
membutuhkan sumber energi alternatif selain sumber energi fosil.
3. Menjadi sumber referensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi
energi angin yang besar untuk memberdayakan energi terbarukan.
4. Dapat menambah literature (pustaka) mengenai kincir angin yang dapat
digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan bagi perkembagan
teknologi energi terbarukan, khususnya energi angin.

1.5. Batasan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada :
1. Kincir model yang digunakan adalah kincir poros vertikal dengan 6 sudu
yang memiliki, derajat kemiringan sudu 50 dengan tiga variasi besar
sudu 900, 1200, 1500.
2. Sudu kincir angin terbuat dari pipa PVC dengan diameter 8 inci.
3. Luas frontal 3 variasi kincir angin dibuat sama yaitu 0,27 m2, dengan
rincian lebar 0,45 m dan tinggi 0,6 m.
4. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin didalam
sebuah wind tunnel yang tersedia di Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
5. Besaran-besaran yang diukur meliputi kecepatan angin, putaran poros,
suhu udara, dan gaya penyeimbang torsi.
6. Besaran-besaran yang dicari meliputi torsi, daya kincir, daya angin,
koefisien daya, dan tip speed ratio.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB II
DASAR TEORI
2.1.

Angin
Angin merupakan udara yang bergerak yang disebabkan oleh perbedaan

massa jenis udara. Massa jenis udara yang lebih tinggi memiliki tekanan udara
yang tinggi sehingga mengisi ke tekanan udara yang rendah. Perbedaan massa
jenis disebabkan perbedaan temperatur sedangkan perbedaan temperatur
disebabkan perbedaan letak dan konsisi suatu tempat oleh sinar matahari.
Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak dan ketinggiannya.
Ada 2 tempat yang memiliki kecepatan angin yang tinggi yakni di pegunungan
dan pantai. Hal ini disebabkan oleh, semakin minimnya gaya gesekan yang
dipengaruhi permukaan yang tidak datar.

2.2.

Energi Angin
Angin adalah salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia di alam,

Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA) mengkonversikan energi angin
menjadi energi listrik. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar
turbin angin, ditransmisikan untuk memutar rotor atau stator pada generator,
sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan
disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi
listrik dapat dilihat pada tabel berikut:

6

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
7

Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin 10 meter di atas tanah
Tingkat kecepatan angin 10 meter di atas tanah
Kelas

Kecepatan Angin

Angin

m/s

1

0.00 - 0.02

Tidak ada angin

2

0.3 - 1.5

Angin bertiup, asap lurus keatas

3

1.6 - 3.3

Asap bergerak megikuti arah angin

4

3.4 - 5.4

5

5.5 - 7.9

6

8.0 - 10.7

7

10.8 - 13.8

8

13.9 -17.1

9

17.2 - 20.7

10

20.9 - 24.4

11

24.5 - 28.4

12

28.5 - 32.5

Dapat menimbulkan kerusakan parah.

13

32.6 - 42.3

Angin Topan

Keadaan di daratan

Wajah terasa ada angin, daun bergoyang,
petunjuk arah angin bergerak.
Debu jalan, kertas berterbangan, ranting
pohon bergoyang.
Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar.
Ranting pohon besar bergoyang, air
plumpang bergoyang kecil.
Ujung pohon melengkung, hembusan angin
terasa di telinga.
Dapat mematahkan ranting pohon, jalan
berat melawan arah angin.
Dapat mematahkan ranting pohon, rumah
roboh.
Dapat menumbangkan pohon menimbulkan
kerusakan.

(Sumber : http://www.kincirangin.info/plta-gbr.php, November 2013)
Batasan-batasan kelas angin yang dapat dimanfaatkan yaitu antara kelas 3
hingga kelas 8.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
8

2.2.1. Potensi Angin
1. Indonesia Negara Kepulauan
Indonesia sebagai Negara kepulauan dapat di tunjukan pada Gambar 2.2. Peta
Negara Indonesia sesuai dengan pascal 47 ayat 9 dari konverensi Perserikatan
Bangsa Bangsa tentang hukum laut.

(sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Negara_kepulauan, November 2013)
Gambar 2.1 Peta Indonesia

Data departemen dalam negeri pada tahun 2004 menyatakan bahwa
Indonesia memiliki 7.870 pulau yang bernama, dan 9.634 pulau tak bernama.
Karena Indonesia merupakan Negara kepulauan maka potensi angin darat dan
angin laut sangat berlimpah.

Ada 2 jenis angin di pesisir pantai:
1. Angin Laut
Angin Laut adalah angin yang hembusanya kita rasakan dari laut ke darat,
angin ini terjadi pada siang hari karena suhu daratan lebih tinggi dibandingkan
suhu lautan. Gambar 2.2 (a)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9

2. Angin Darat
Angin Darat adalah angin yang hembusanya kita rasakan dari darat ke laut,
angin ini terjadi pada malam hari karena suhu lautan lebih tinggi dibandingkan
suhu daratan. Gambar 2.2 (b)

(Sumber : http://drmrenfrew.wordpress.com/ September 2013)
Gambar 2.2 (a) Angin Darat (b) Angin Laut

3. Negara yang memiliki gunung dan pegunungan
Indonesia merupakan Negara yang memiliki gunung dan pegunungan yang
beragam, potensi terbentuknya angin lembah dan angin gunung sering terjadi.
1. Angin Lembah
Angin lembah adalah angin yang hembusannya dari arah lembah ke arah
puncak gunung dan biasanya terjadi pada siang hari. Arah hembusan angin ini
disebabkan karena perbedaan temperatur antara puncak gunung dan lembah,
puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari sehingga tekanan yang ada
dipuncak gunung menjadi turun dan terjadi aliran udara seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 2.3.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
10

(Sumber : www.wikipedia.org/wiki/angin, September 2013)
Gambar 2.3 Angin Lembah

2. Angin Gunung
Angin gunung adalah angin yang berhembus dari arah puncak gunung ke arah
lembah dan biasanya terjadi pada malam hari. Arah angin ini diakibatkan lembah
akan melepaskan energi panas lebih lambat dari pada puncak gunung, dan puncak
gunung yang telah mendingin akan mengalirkan udara ke lembah seperti yang
ditunjukkan Gambar 2.4.

(Sumber : www.wikipedia.org/wiki/angin, November 2013)
Gambar 2.4 Angin Gunung

2.3.

Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga

angin yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumbuk biji – bijian dan
memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga digunakan sebagai
pembangkit tenaga listrik.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
11

Menurut porosnya kincir angin dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.

2.3.1 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axiz Wind Turbine (VAWT)
adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah
datangnya angin atau dengan pengertian lain kincir jenis ini dapat mengkonversi
tenaga angin dari segala arah pada orientasi arah angin horizontal.
Kincir angin poros vertikal memiliki beberapa kelebihan adalah sebagai
berikut :
1. Dapat menerima angin dari segala arah.
2. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah.
3. Mampu bekerja pada putaran rendah.
4. Memiliki luasan frontal yang besar karena dalam perhitungan luasan
berbentuk persegi panjang.

Kincir angin poros vertikal juga memiliki beberapa kekurangan antara lain
1. Bekerja pada kecepatan angin rendah, sehingga energi yang dihasilkan
sangat kecil.
2. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko
kecelakaan yang besar bagi manusia.
3. Sudu yang mampu mendapatkan energi angin dinamakan downwind dan
sudu yang menolak angin dinamakan upwind, sudu bagian ini cenderung
menghambat putaran poros.
4. Dari desinnya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan
(bearing) menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir angin
poros vertikal yang ada.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal antara lain seperti:

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
12

(a)

(b)

(c)

(Sumber : www.peswiki.com, November 2013)
Gambar 2.5 Kincir angin poros vertikal. (a). Magwind, (b). Windspire, (c).
Windterra

2.3.2. Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros Horisontal atau Horizontal Axiz Wind Turbine (HAWT)
adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya sejajar dengan arah
datangnya angin atau dengan pengertian lain, kincir jenis ini dapat mengkonversi
tenaga angin dari satu arah pada orientasi arah angin horizontal.

Kincir angin poros Horisontal memiliki beberapa kelebihan adalah sebagai
berikut
1. Adanya gaya angkat yang diberikan oleh angin sehingga kecepatan sudu
kincir bisa lebih besar dari kecepatan angin.
2. Kincir ini dapat mengkonversi angin pada saat kecepatan angin tinggi.
3. Lebih aman untuk manusia karena penempatan kincir diatas 3 meter.

Selain kelebihan kincir angin jenis HAWT juga mempunyai beberapa
kekurangan antara lain :
1. Karena arah datangnya angin tidak menentu dibutuhkan mekanisme lain
selain penambahan sirip pada kincir.
2. Pembuatan dan pemasangan sudu kincir angin poros horizontal sangat
sulit sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk pengerjaannya.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
13

3. Karena penempatan kincirnya pada ketinggian yang sangat tinggi banyak
burung-burung yang tertabrak oleh sudu pada saat kicir angin sedang
beroprasi.

Beberapa jenis kincir angin poros horisontal antara lain seperti

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horisontal. (a). Totempower (b). Honeywell (c).
O’Conner (d). Energy Ball (Sumber : www.peswiki.com, November 2013)

2.3.3. Kincir Angin WePOWER
Kincir angin WePOWER adalah kincir angin jenis poros vertikal buatan
perusahaan yang bernama PacWind dan bekerja sama dengan WePower, United
States lalu dikembangkan dalam proyek green energy (energi ramah lingkungan).
Kincir model ini mampu menerima angin dari segala arah dan mampu menerima
kecepatan angin yang rendah, kincir ini cocok di tempatkan pada gedung gedung
bertingkat, pedesaan, dan di rumah-rumah.

(sumber: multivu.prnewswire.com, September 2013)
Gambar 2.7. Kincir angin WePOWER

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
14

2.4. Rumus-Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus – rumus yang dipergunakan untuk melakukan
perhitungan dan analisa unjuk kerja kincir angin.

2.4.1. Energi Angin dan Daya Angin
Energi angin adalah tenaga yang dimiliki angin karena adanya kecepatan,
karena adanya tenaga yang dimiliki angin maka dinamakan energi kinetik angin.
Maka secara umum energi kinetik dapat dirumuskan :

= 0,5 .

.

……………………………………………………….(1)

dengan:
Ek

adalah energi kinetik (Joule).

m

adalah massa udara (kg).

v

adalah kecepatan angin (m/s).

Dari persamaan (1), didapat diketahui daya adalah energi kinetik tiap satuan
waktu (J/s) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :

= 0,5 .

̇ .

……………………………………………………….(2)

dengan:
Pa
̇
v

adalah daya yang dihasilkan angin (J/s). atau (watt)
adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s).
adaah kecepatan angin (m/s).

massa udara yang mengalir persatuan waktu memiliki persamaan

̇ =

dengan:

. . ……………………………………………………………(3)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
15

ρ

adalah massa jenis udara dalam (kg/m3).

A

adalah daerah sapuan kincir angin, dalam (m2).

v

adalah kecepatan angin dalam (m/s).

Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka daya angin
(Pa) dirumuskan menjadi:

= 0,5 . ( . . )

disederhanakan menjadi:

= 0,5 .

. .

……………………………………………………..………(4)

2.4.2. Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan poros akibat adanya kerja
yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi energi kinetik angin menjadi
energi potensial. Daya kincir angin tidak sama dengan daya angin, karena daya
kincir angin dipengaruhi koefisien daya angin. Pada suatu penelitian yang
dilakukan oleh seorang ilmuan Jerman yang bernama Albert Betz telah ditemukan
efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % Angka ini dikatakan Betz
Limit, pada Gambar 2.7 diperlihatkan koefisien daya beberapa kincir angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
16

Gambar 2.8 Grafik hubungan koefisiensi daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr)
beberapa jenis kincir (Sumber : Johnson, 2006, hal 18)
Daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin dapat
dihitung menggunakan rumus:

=

.

……………………………………………………………… (5)

dengan:
Pk adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt),
T adalah torsi (Nm).
ω adalah kecepatan sudut (rad/s).

kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang digunakan
adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan (rpm) dan
(rad/s) adalah 1 rpm = 2π/60 rad/s, maka Pers.(5) dapat dirubah menjadi :

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
17

=

. .

.

…………………………………………………………….(6)

dengan:
adalah putaran poros (rpm).

n

2.4.3. Torsi Kincir Angin
Gaya yang bekerja pada poros baik itu jenis kincir angin poros horizontal
ataupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya dorong pada
sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran yang
berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap
sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi (T). Secara
teori dapat dirumuskan:

T = rlengan . F…………………………………………………………………(7)
dengan:
adalah torsi akibat putaran poros (Nm).

T

rlengan adalah jari-jari puli yang 1 sistem dengan poros (m).
adalah gaya yang diberikan pada kincir (N).

F

2.4.4. Tip Speed Ratio (tsr)
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir
angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya sudu ujung sudu
tersebut, tsr dapat dirumuskan :

tsr =

. . .
.

.……………………………………………………..…….(8)

dengan:
r

adalah jari-jari kincir (m).

n

adalah putaran poros (rpm).

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
18

v

adalah kecepatan angin (m/s).

2.4.5. Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah bilangan tak berdimensi
yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya
yang dihasilkan oleh angin, sesuai dengan teori yang sudah ada, maka dapat
dirumuskan :

Cp =

. 100% …………………………………………………………(9)

dengan
Pk

adalah daya yang dihasilkan kincir (watt).

Pa

adalah daya yang dihasilkan angin (watt).

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN

3.1.

Diagram Alir Penelitian
Langkah kerja penelitian ditunjukkan pada diagram alir yang dapat di lihat

pada Gambar 3.1:
Studi Pustaka
Judul
Konsultasi

Perancangan Kincir Angin WePower
Pembuatan Kincir Angin WePower

Pengambilan Data
Pengolahan Data

Pembahasan

Kesimpulan

Konsultasi

Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir yang menunjukkan langkah kerja penelitian

19

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
20

3.2. Objek Penelitian
Objek Penelitian yang dipakai adalah kincir angin jenis WePOWER, dengan
variasi jenis besar sudu memakai pipa PVC dengan diameter 8 inci. Pipa PVC
dipotong dengan panjang 0,6 m, variasi besar sudu 900, 1200, 1500, jumlah sudu 6
ditiap variasi dan dengan sudut 50.

3.3. Perancangan Kincir Angin WePOWER
Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah kincir angin
WePOWER 6 sudu, kemiringan sudu 50, panjang poros vertical 120 cm (sesuai
dengan tinggi wind tunnel), diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir 0,6 m

3.4. Peralatan dan Bahan
Model kincir angin WePOWER pada Gambar 3.2 memiliki 3 bagian utama
yaitu:
1. Batas sudu yang terbuat dari triplek.
2. Sudu kincir yang terbuat dari pipa PVC.
3. Poros kincir yang terbuat dari besi pejal.

3

1

2

Gambar 3.2. Model kincir angin WePOWER

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
21

1.

Batas sudu
Tempat posisi sudu seperti yang terlihat pada Gambar 3.3 adalah

komponen tempat sudu-sudu berada sekaligus tempat untuk saling
menghubungkan

komponen-komponen

kincir

angin.

Bagian

ini

merupakan salah satu komponen utama, karena bentuk dan rancangan
harus simetris. Ukuran tiap variasi sama yaitu berdiameter 0,45cm dengan
ketebalan 5mm.

Gambar 3.3 Tempat Posisi Sudu

Berikut ini merupakan gambar penempatan sudu yang akan dibuat:

Gambar 3.4 Ukuran dan posisi variasi sudu 1

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
22

Gambar 3.5 Variasi sudu ke 2

Gambar 3.6 Variasi sudu ke 3

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
23

2.

Sudu
Sudu seperti dapat dilihat pada Gambar 3.7, adalah komponen kincir

yang berfungsi untuk menangkap angin. Pada komponen ini saat unjuk
kerja akan divariasikan menjadi 3 variasi besar sudu, yaitu 900, 1200, 1500
dan komponen ini terbuat dari bahan pipa PVC.

Gambar 3.7 Sudu

3.

Poros
Poros seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8 terbuat dari pipa

besi dengan panjang 120 cm dan diameter 1 inci. Poros terbuat dari bahan
yang keras dengan tujuan agar mampu menahan getaran tinggi, yang
disebabkan karena kecepatan angin yang tinggi.

Gambar 3.8. Poros

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
24

Adapun peralatan yang mendukung dalam pengambilan data antara lain:

1.

Wind Tunnel
Komponen ini pada Gambar 3.9, wind tunnel atau terowongan angin

berfungsi untuk menangkap angin yang dihisap oleh fan blower. Sekaligus
menjadi tempat untuk pengujian kincir.

Gambar 3.9. Wind tunnel

2.

Fan Blower
Komponen ini ditunjukkan pada Gambar 3.8 yang berfungsi untuk

menghisap angin atau penghasil angin yang terhubung dengan wind
tunnel. Komponen ini memiliki daya sekitar 5,5 KW.

Gambar 3.10. Fan blower

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
25

3.

Anemometer
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan angin dan suhu udara

yang ada di dalam wind tunnel. Anemometer ditunjukkan pada Gambar
3.11.

Gambar 3.11. Anemometer

4.

Neraca Pegas
Neraca pegas yang ditunjukan pada Gambar 3.12 digunakan untuk

mengukur beban pengimbang torsi.

Gambar 3.12. Neraca pegas

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
26

5.

Lampu pembebanan
Rangkaian lampu seperti pada Gambar 3.11 berfungsi untuk

memberikan variasi beban dalam menguji kincir angin.

Gambar 3.13. Lampu pembebanan

6.

Mekanisme Pembebanan
Generator seperti ditunjukan pada Gambar 3.14 dihubungkan dengan

susunan beban lampu, yang nantinya berfungsi sebagai penghambat atau
pengerem putaran kincir dalam pengambilan data torsi dan daya kincir.

Gambar 3.14. Generator

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
27

7.

Takometer
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan putaran kincir angin

sebagai data yang dibutuhkan. Takometer yang dipakai ditunjukkan pada
Gambar 3.15.

Gambar 3.15. Takometer

3.5. Variabel Penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian
adalah:
1. Variasi besar sudu yaitu: 900, 1200, 1500.
2. Disetiap variasi sudu diikuti dengan 4 variasi kecepatan angin.
3. Variasi pembebanan yaitu dengan menyalakan lampu pembebanan
secara bertahap.

Variabel yang diukur sesuai dengan tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Kecepatan angin (v)
2. Putaran kincir atau poros (n)
3. Gaya penyeimbang torsi (F)
4. Suhu udara (t)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
28

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin
adalah:
1. Torsi (T)
2. Daya angin (Pa)
3. Daya kincir (Pk)
4. Koefisien daya (Cp)
5. Tip speed ratio (tsr)

3.6. Langkah Percobaan
Data-data percobaan ini diambil secara bersamaan, yaitu berupa: putaran
poros, kecepatan angin, beban pengimbang dan, temperatur udara. Langkah
pertama dalam pengambilan data penelitian adalah memposisikan kincir angin
seperti Gambar 3.16, di dalam wind tunnel.

Gambar 3.16 Setting posisi kincir angin

Saat pengambilan data hal lain yang perlu dilakukan adalah:
1.

Memasang neraca pegas pada tempat yang telah ditentukan.

2.

Memasang tali yang dihubungkan antara neraca pegas dengan lengan
ayun pada generator.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
29

Gambar 3.17 Tali Pengait

3.

Memposisikan anemometer seperti Gambar 3.18 untuk mengukur
kecepatan angin dan suhu udara didalam wind tunnel.

Gambar 3.18 Posisi anemometer

4.

Menghubungkan generator kerangkaian lampu, yang berfungsi
sebagai rem atau beban.

5.

Rangkaian lampu diposisikan pada posisi saklar off semua terlebih
dahulu, pengujian dilakukan hingga beberapa variasi beban lampu.

6.

Jika sudah siap, nyalakan blower untuk menghembuskan angin pada
wind tunnel. Atur kecepatan angin pada wind tunnel dengan cara

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
30

membuka sedikit demi sedikit triplek seperti yang ditunjukkan pada
Gamber 3.19 Untuk menentukan variasi angin mulai dari sekitar 8
m/s hingga 15 m/s.

Gambar 3.19. Posisi pengaturan kecepatan angin

7.

Bila kecepatan angin sudah sesuai dengan yang diinginkan, maka
pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang
yang terukur pada neraca pegas, pembacaan temperatur udara,
mengukur putaran poros dengan takometer, mengukur kecepatan
angin udara dengan anemometer, pembacaan suhu, dan yang terakhir
pembacaan beban untuk perhitungan torsi dinamis pada neraca
pegas.

8.

Ulangi langkah 5, 6, dan 7 sanpai pembebanan maksimal hingga
lengan generator yang terhubung dengan neraca pegas tidak bisa
bergerak lagi.

9.

Mematikan saklar lampu pembebanan

10. Mengulangi langkah 6, 7, dan 8 hingga kincir angin tidak dapat
menyalakan lampu pembebanan dengan cara menurunkan kecepatan
angin.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
31

11. Menekan tombol stop untuk mematikan blower, putar saklar blower
dari posisi on ke posisi off.
12. Melepas anemometer untuk mengganti sudu kincir angin.
13. Setelah sudu diganti ulangi langkah 1 s/d 13.
14. Melepaskan dan kembalikan semua peralatan seperti semula.

3.7.

Langkah Pengolahan Data
Data yang diperoleh kemudian diolah dengan langkah berikut :
1. Dari data kecepatan angin (v) dan dengan diketahui luasan frontal
kincir (A) maka daya angin (Pa) dapat dicari dengan Persamaan (4).
2. Data beban pegas (F) dapat digunakan untuk mencari torsi dinamis (T)
dengan Persamaan (7).
3. Data putaran poros (n) dan torsi dinamis (T) dapat digunakan untuk
mencari daya yang dihasilkan kincir (Pk) dengan Persamaan (6).
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan
kecepatan angin, maka tip speed ratio (tsr) dapat dicari dengan
Persamaan (8).
5. Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coeffisiet
(Cp) dapat diketahui dengan Persamaan (9).

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Penelitian
Dari hasil percobaan setiap variasi yaitu besar sudu 90⁰, 120⁰ dan 150⁰,
dilakukan rata-rata empat kali variasi kecepatan angin, dengan cara membuka
penutup triplek yang berada di mulut terowongan angin, kurang lebih 5 cm untuk
setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti penutup tidak digeser, posisi 1 berarti
triplek telah digeser 5 cm, posisi 2 berarti triplek di geser lebih jauh yaitu kurang
lebih 10 cm dan begitu pula untuk posisi 3. Untuk setiap variasi kincir angin data
dianggap selesai apabila putaran poros sudah berhenti dan gaya pembebanan (F)
tidak mengalami perubahan. Dari hasil percobaan didapatkan data seperti yang
ditunjukan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.3.

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan
Contoh perhitungan yang disajikan diambil dari Tabel 4.1. Pada baris
pertama dengan kondisi triplek yang ada di mulut terowongan angin pada posisi 0.
Dari data tersebut diketahui kecepatan angin 15,3 m/s putaran poros 145 rpm gaya
pengimbang 336 gram dan suhu 270C.

4.2.1. Perhitungan Daya Angin
Untuk mengetaui daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan
persamaan (4) pada Sub Bab 2.4.1 yaitu:
= 0,5 .

. .

dengan:
Pa adalah daya angin (watt).
ρ

adalah massa jenis udara (kg/m3).

A adalah daerah sapuan kincir angin (m2).
v

adalah kecepatan angin (m/s).

32

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
33

nilai massa jenis udara (ρ) diperoleh dengan cara interpolasi tabel massa jenis
udara yang ada pada lampiran, dari data suhu udara 270C maka ρ diperoleh 1,17
kg/m3, besarnya luas sapuan kincir (A) diperoleh dengan persamaan:

A=d.t

dengan:
d adalah diameter kincir angin (m).
t

adalah tinggi kincir angin (m).

maka dengan diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir angin 0.6 m, maka daya
angin (Pa) sebesar:

Pa = 0,5 .

. .

= 0,5 . 1,17 kg/m3. (0,45 m . 0,6 m ) . (15,3)3 m3/s3
= 573,1 watt

Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 573,1 watt

4.2.2. Perhitungan Torsi
Untuk mengetahui perhitungan torsi pada kincir angin dapat dicari dengan
persamaan (7) pada Sub Bab 2.4.3. yaitu:

T = rlengan . F
dengan:
T

adalah torsi yang diakibatkan putaran poros kincir (Nm).

rlengan adalah jarak lengan torsi (m).
F

adalah gaya pengimbang (N).

gaya penyeimbang (F) dapat di cari dengan persamaan:

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
34

F = m.a

dengan:
m adalah massa yang ditunjukan pada neraca pegas (kg).
a adalah percepatan gravitasi (m/s2).

maka dengan jarak lengan 0,2 m, massa 0,336 kg dan percepatan gravitasi 9,81
m/s2 diperoleh besarnya gaya pengimbang F, maka torsi (T) :

T = r.(m.a)
T = (0,2 m).(0,336 kg . 9,81 m/s2)
T = 0,659 Nm
Diperoleh torsi (T) sebesar 0,659 Nm

4.2.3. Perhitungan Daya Kincir Angin
Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan
persamaan (6) pada Sub Bab 2.3.2. yaitu:

Pk = T .

. .

dengan:
Pk adalah daya yang dihasilkan kincir (watt).
T adalah torsi kincir angin (Nm).
n adalah putaran poros kincir (rpm).
maka dengan putaran poros 145 rpm, torsi 0,627 Nm daya kincir (Pk) sebesar:

Pk = T .

.

Pk = 0,659 .

.
.

.

Pk = 10 watt
Didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 10 watt.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
35

4.2.4. Perhitungan tip speed ratio (tsr)
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan
kecepatan angin tau tip speed ratio dapat dicari dengan persamaan (8) pada Sub
Bab 2.3.4 yaitu:

tsr =

. . .
.

dengan:
r

adalah jari-jari kincir (m).

n adalah putaran poros (rpm).
v

adalah kecepatan angin (m/s).

diketahui jari-jari kincir 0,225 m, putaran poros adalah 145 rpm dan kecepatan
angin 15,3 m/s maka besarnya tip speed ratio adalah:

tsr =
tsr =

.

.

.
.

.

.

,

.
.

,

/

tsr = 0,223
Didapatkan nilai tsr sebesar 0,223

4.2.5. Perhitungan koefisien daya (Cp)
Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir
angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat menggunakan
persamaan (9) pada Sub Bab 2.4.5 yaitu:

Cp =

. 100%

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
36

dengan
P