i UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS“DUTCH WINDMILL”DENGAN VARIASI SUDUT SIRIP TUGAS AKHIR - Unjuk kerja kincir angin jenis ``dutch windmill`` dengan variasi sudut sirip - USD Repository

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS

  “DUTCH WINDMILL”DENGAN

  

VARIASI SUDUT SIRIP

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh :

  

TRIO PARDOMUAN DONGORAN

NIM : 095214032

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2013

  THE PERFORMANCE OF WORKING WINDMILL FOR “DUTCH WINDMILL ”TYPE WITH FIN ANGLE VARIATION FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree Mechanical Engineering Study Program by

  TRIO PARDOMUAN DONGORAN Student Number:095214032 DEPARTMENT OFMECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013

  

INTISARI

  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 mengetahui kerja kincir angin poros horisontal berbahan akrilik.

  Model kincir angin dibuat dalam empat variasi sudut sirip, yakni 10,20,30dan 40 derajat. 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 gaya pengimbang. Sehingga diperoleh daya kincir (P ), koefisien daya (C ), dan tip speed ratio (tsr), kemudian dilakukan

  out P

  perbandingan daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr) untuk masing-masing variasi sudut sirip kincir.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kincir angin dengan sudut sirip Kincir angin dengan sudut sirip 10° menghasilkan koefisien daya (C )maksimal

  P

  20,98% pada tsr 2,25. Kincir dengan sudut sirip 20° menghasilkan koefisien daya (C P )maksimal19,61% pada tsr 2,79. Kincir dengan sudut sirip 30° menghasilkan koefisien daya (C )maksimal 18,19% pada tsr 2,02. Kincir dengan sudut sirip 40°

  P

  menghasilkan koefisien daya (C P )maksimal 16,72% pada tsr 1,89

  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 Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

  3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Kepala laboratoriumkonversi energi.

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

  5. Seluruh karyawan Laboratorium konversi energi.

  6. Luhut Dongoran dan Dahinta Perangin-Angin 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. Teman-teman penulis yang tinggal satu kos.

  8. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya.

  Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

  Yogyakarta,04 Desember 2013 Penulis

  

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 ………………..……………………………......................................xiv

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ......................................................................................

  …………………….. xvi

DAFTAR GRAFIK ………………………………………………………………………………………………………… xvii

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

  BAB II Tinjaun pustaka ...............................…............…….………………………………………….. 4

  2.1 DASAR TEORI .........................

  ......………………………...........….......………………….. 4

  2.2 Kincir Angin ..........................……........................……………….......................... 5

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

  

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ……..................................................……………………….. 7

  2.2.3 Kincir Angin American Wind Mill .....…………………………....……………………………….. 9

2.2.4 ....................................................... 9

  Faktor yang mempengaruhi kincir angin

  2.a. Energi Yang Terdapat Pada Angin .....…………………………....................................... 9 2.b.Energi kinetik ...............................…………………………....................................... 9 2.c. Daya Angin (P in ) .....…………........................………………......................................... 9 2.d. Tip speed ratio .…………............…..................................................................... 9

2.e. Daya Yang Dihasilkan Angin (P ) ........................................................................ 10

_out

2.f. Torsi ............................................................................................................. 10

2.g. Kecepatan Sudut Kincir ................................................................................... 10

2.h. Koefisien Daya Kincir ................................................................

  ………………… 10

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

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

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

  3.3 Waktu Dan Tempat Penelitian ………………………………..................................... 12

  

3.4 Alat Dan Bahan ...………..................………………………..........…………………………………. 12

  3.5 Variabel Penelitian ........……............……………………...…......................................... 18

  

3.6 Parameter yang diukur ...................................................................................... 18

  

3.7 Langkah Percobaan ..................................................................................... 19

  

3.8 Langkah pengolahan data ……………………………………………………………………………….. 20

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN …………..……………………..………. 21

  4.1 Data Hasil Percobaan ………............………...……...........……………………………….. 21

  4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan ………................…...……………………………………… 25

  4.2.1 Perhitungan Daya Angin (P ) _in ....................................…................................ 25

  4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (P out ) ....….......…………………………………………………….. 26

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

  …………………………………………… 26

  4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Kincir (C P ) ........………...……………………………………. 27

  4.3 Hasil Perhitungan ………........................................…...…………………………………….….. 27

  

4.3.1 Data perhitungan untuk kincir angin dengan variasi sudut sirip 10° ...................27

  

4.3.2 Data perhitungan untuk kincir angin dengan variasi sudut sirip 20° ...................29

  4.3.4 Data perhitungan untuk kincir angin dengan variasi sudut sirip 30° ………………...31

  4.3.4 Data perhitungan untuk kincir angin dengan variasi sudut sirip 4 0° ………………… 32

  

4.4 Grafik hasil perhitungan …………………………………………………………………………………… 34

  4.4.1 Grafik untuk variasi variasi sudut sirip 10° ……………………………………………………..... 34

  4.4.2 Grafik untuk variasi variasi sudut sirip 20 ° ………………………………………………...…….. 36

  4.4.3 Grafik untuk variasi variasi sudut sirip 30 ° …………………………………………………...…. 38

  4.4.4 Grafik untuk variasi variasi sudut sirip 40 ° ………………………………………………...……. 40

  BAB V PENUTUP ..………...................................................................................... 44

  5.1 Kesimpulan ……............…………………………........…………………………………………………….. 44

  5.2 Saran ……............……............……………................…………….……………………………..45 DAFTAR PUSTAKA …………….………………...………....…………………………………...46

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 ………........................….……....6

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ........................….….. …….. 8Gambar 2.3 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (C P ) Dengan Tip speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kinci

  r angin ……........................….….. 11

Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah- langkah Penelitian ............….…... 12

  Gambar 3.4.1skema kincir angin ..................

  ……...13 Gambar 3.4.2 Konstruksi Kincir Angin .................. ….….. 13 Gambar 3.4. Sudu Kincir Angin dengan variasi sudut sirip............... ……….14 Gambar 3.4.3 Kincir Angin ...............................................

  …..….. 14 Gambar 3..4.4 Poros penopang Kincir ............................................... …..….. 15

Gambar 3.4.5 Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman

  ...….. 16 Gambar 3.4.6 Terowongan angina atau Wind Tunel................ …………….. 17 Gambar 3.4.7 Blower............................................... …………………….….... 17 Gambar 3.4.8Tachometer ...............................................

  ……………….…… 19 Gambar 3.4.9 Anemometer...............................................

  ………………..….. 19 Gambar 3.4.10 Neraca Pegas...............................................

  ……………..…… 20 Gambar 3.7.1 Pemasangan neraca pegas ...............................................

  …..21

  DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan variasi sudut sirip 10° .................

  ….21 Tabel 4.2.Data percobaan kincir dengan variasi sudut sirip 20°

  …………..…22

Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan variasi sudut sirip 30°

  .….…………23

Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan variasi sudut sirip 40°

  .….…………24

Tabel 4.5 - Tabel 4.7. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 10°

  …………………………………………………………………......….………....27 Tabel 4.8

• – Tabel 4.10. Data hasil perhitungan untuk sudut potong 20° .….……………………………………………………………….………...……29 Tabel 4.11
• – Tabel 4.13.Data hasil perhitungan untuk sudut potong 30° ………………………………………………………………….……………....31 Tabel 4.14
• – Tabel 4.18.Data hasil perhitungan untuk sudut potong 40° …………………………………………………………………….…………... 32

  

DAFTAR GRAFIK

  Grafik 4.1 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dengan beban torsikincir untuk sudut sirip10°..................................................................

  .......………. 34 Grafik 4.2 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk sudut sirip

  10° ..........................................……………..……………35

  Grafik 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk variasi sudut sirip10° .....................................….................................………………….35

  Grafik 4.4 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dengan beban torsi untuk variasi sudut sirip20° ....................................................................

  ..………...…………36 Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk variasi sudut sirip...................................... ........................................................37 Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk variasi sudut sirip20

  ° .............................................………….....37 Grafik 4.7 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dengan beban torsi untuk variasi sudut sirip30°

  ...........................................……...............................…...……....38 Grafik 4.8Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk variasi sudut sirip30°

  ...................................................................

  ...………..…….……39 Grafik 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk variasi sudut sirip30

  ° .............................................……………..39

  Grafik 4.10 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dengan beban torsi untuk variasi sudut sirip40° ...........................................………….................................….....40

  Grafik 4.11Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk variasi sudut sirip40° ........................................................................

  ……………….…41 Grafik 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk variasi sudut sirip40

  ° .............................................……………..41 Grafik 4.13Grafik gabungan antara koefisien daya (cp) dan tips speed ratio (tsr)

  (10,20,30,40)derajat....................................................................43

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali 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 dua sudu. Dengan jenis “DUTCH WINDMILL” karena bentuknya sederhana dan bahannya dapat dingunakan dengan bahan- bahan yang sederhana kincir angin ini banyak di pergunakan oleh petani garam di pesisir utara jawa. Penelitian tentang kincir jenis “DUTCH WINDMILL”belum banyak di telititentang jenis kincir anginini.

  1.2 Tujuan

  Tujuan dari penelitian ini adalah : a.

  Membuat model kincir angin jenis “DUTCH WINDMILL” yang bersirip b. Mengetahui sifat- sifat kincir angin “DUTCH WINDMILL”dengan variasi sudut sirip (10°,20°,30°,40°)

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

  d. Membandingkan daya yang dihasilkan kincir angin untuk empatVariasisudutsirip kincir dengan bentuk dan ukuran yang sama.

  1.3. Manfaat

  Manfaat dari penelitian ini adalah :

  a. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin dua sudu berbahan akrilik/dengan variasi sudut sirip sama.

  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.

  b. 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. Kincir angin tipe Dutch WindmilL dengan dua sudu

  b. Sebagai bahan uji dibuat kincir angin dari bahan akrilik/kaca mika dan sudunya dari bahan yang sama dalam bentuk yang sama dengan Variasisudutsirip 10,20,30,dan 40 derajat

  c. Kincir anin ini di uji pada terowongan angin dengan 3 variasi kecepatan angin

BAB II 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 angin, tentunya dengan bantuan alat yang kita sebut dengan kincir angin. Kepulauan yang memiliki potensi tersebut diantaranya kepulauan Sumbawa, Sumba, Lombok, dan Bali yaitu sebesar 4,5 sampai 5,8 m/s. ( Mulyani, 2008 ).

2.2. Kincir Angin

  Kincir angin adalah sebuah alat 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 : [2] ) 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 360

  : terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin. ( Sumber :[3])

  Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2.1 berikut : a. 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. Kincir angin Dutch four arm

  d. Kincir angin Rival calzoni

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

  Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah : 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 denga 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.

  2. 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 :

  

  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

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

  b. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat gerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan :

  2 Energi kinetik = ½ m.V .......

  ……………………….…(1) = massa (kg)

  m V = kecepatan dari benda yang bergerak c. Daya angin ( ) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap luasan sudu, yang dapat dirumuskan : = ½ 3. ………………...........…………….......…...(2)

  .A.V = massa jenis udara (kg)

  A = luas penampang sudu (m) V = kecepatan aliran angin (m/s)

  d. Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu yang berputar, tsr dapat dirumuskan :

  2.

  . .

  = 60. …………………………............……(3) r = jari jari lingkaran / penampang sudu kincir.

  n = putaran kincir.

  e. Daya yang dihasilkan kincir ( ) adalah 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) = torsi

  T ω = kecepatan sudut

  f. 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 :

  = F . r

   T

  ………………………..……(5)

  F = gaya (N)

  r = panjang lengan torsi (m)

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

  2 .

  .….……..............…….…….(6) =

  60

  h. Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin . Sehingga C dapat dirumuskan :

  P

  = …………............................……......(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 p dan tsr dari beberapa jenis kincir .

  (Sumber : Wind Energy System by Dr. Gary L . Johns

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Diagram alir penelitian.

  Langkahkerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir sebagai berikut : MULAI Perancangan kincir angin poros horizontal.

  Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan akrilik. Variasi sudut sirip10,20,30 dan 40 derajat 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 , dan tsr,kemudian membandikan

  P

  antara daya kincir, C P, dan tsr pada masing- masing variasi sudut sirip kincir angin. Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan.

  Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

  3.2. Objek penelitian

  Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal dua sudu berdiameter 80 cm dengan variasi sudut sirip (10,20,30dan 40 derajat), dengan bentuk yang sama.

  3.3. Waktu dan tempat penelitian

  Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai pada semester ganjil tahun ajaran 2012/2013 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3.4. Alat dan bahan

  Model kincir angin dengan bahan bahan akrilik ukuran 3 mili dapat dilihat pada Gambar 3.4.1

Gambar 3.4.1 kincir angin.Gambar 3.4.2. Konstruksi kincir angin.

  Gambar 3.4.3.

  Gambar 3.4.4 Kincir angin tersebut memiliki beberapa bagian penting yaitu :

  1. Sudu Kincir Sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang, terbuat dari akrilik ukuran 80cm dengan tebal 3 mm. Banyak sudu yang dipakai dua buah. Ada empat macam variasi sudut sirip yaitu sudut potong 10, 20, dan 40 derajat

  2. Poros penopang kincir untuk menopang piringan kincir agar dapat berputar

Gambar 3.4.4 Poros penopang kincir

  3. Poros penyangga berfungsi sebagai penyangga mekanisme kincir keseluruhan.

  4. 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

Gambar 3.4.5 Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman

  Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang, diantaranya :

  1. Terowongan Angin Terowongan angin atau wind tunneladalah 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 3.4.6 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 3.4.6 Terowongan Angin atau Wind Tunel

  2. 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 3.4.7

Gambar 3.4.7. 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 3.4.8

  Gambar 3.4.8

  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 3.4.9

  

Gambar 3.4.9

  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 3.4.10

  Gambar 3.4.10

3.5. Variabel penelitian :

  Variabel dalam penelitian ini adalah :

  1. Variasi sudu dengan empat macam variasi sudut sirip (10, 20, 30,dan 40 derajat sudut potong) 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)

3.7 Langkah percobaan

  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 3.7.1 .

Gambar 3.7.1 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.

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

3.7. 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 ratiodapat dicari.

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

  

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data hasil percobaan. Data hasil percobaan kincir angin untuk masin-masing variasi derajad sudut sirip dapat dilihat pada tabel 4.1 , 4.2 , dan 4.3, dibawah ini. Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan sudut sirip 10° ke ce p a ta n a n g in

  V N F m/s rpm newton 8.76 819.0

  1 8.71 710.0

  1.2

  2 8.82 703.1

  1.2

1 Nomor

  1.2

  1 5.44 437.5

  5 7.20 503.8

  1.4

  6 7.18 438.6

  1.4

  7 7.17 407

  2.4

  8 6.84 379.7

  2.4 ke ce p a ta n a n g in

  3 5.48 493.7

  0.7

  4 7.13 501.2

  2 5.43 429.7

  0.7

  3 5.37 382.2

  0.7

  4 5.50 365.4

  1

  5 5.46 316.9

  1

  6 5.44 272.6

  1

  1.4

  0.9

  4 8.71 682.6

  1.8

  1.3