KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 8, 4, DAN 2 TUGAS AKHIR - Kincir angin poros horizontal dengan variasi jumlah sudu 8,4 dan 2 - USD Repository

  KINCIR ANGIN POROS HORISONTAL DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 8, 4, DAN 2 TUGAS AKHIR

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

  JurusanTeknik Mesin Diajukan oleh :

  WIYAN AHMAD WAISLAM NIM : 085214058 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN

  VARIATION 8, 4, AND 2 BLADES THE HORIZONTAL AXIS WIND TURBINES FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree Mechanical Engineering Study Program

  Mechanical Engineering Department by :

  WIYAN AHMAD WAISLAM Student Number: 085214058

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

  

INTISARI

  Pemakaian energi fosil sebagai pendukung dalam kehidupan manusia perlu dibatasi karena ketersediaan yang sudah menipis, sehingga diperlukan energi alternatif terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dikembangkan yaitu energi angin. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja model kincir angin poros horizontal dengan diameter 53 cm dengan variasi jumlah sudu 8, 4 dan 2. Pengujian penelitian dilakukan pada wind tunnel. Pengukuran yang dilakukan dalam pengujian yaitu gaya, kecepatan angin, dan kecepatan putar kincir.

  Hasil penelitian kincir angin poros horizontal dengan variasi jumlah sudu 8, 4, dan 2 menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh pada kincir dengan jumlah sudu 8, yaitu 10,5 % pada tip speed ratio 0,8, pada kecepatan angin 7,27 m/s.

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

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 dan Dosen Pembimbing Akademik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Budi Sugiharto, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi, untuk dukungan dan saran yang penulis dapatkan.

  5. Intan Widanarko selaku Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik Universitas Sanata Dharma.

  6. Ign. Tri Widaryanto selaku Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  7. Bardi Syafi’i dan Rumiyati selaku orang tua penulis dan Yahya Husein Choirullah selalu kakak kandung penulis, yang selalu memberikan motivasi dan dorongan baik secara materil dan spiritual pada penulis.

  8. Sukma Hajar Nur Pambudi, S.Psi., selaku teman dekat penulis yang selalu

  DAFTAR ISI

  4 2.1 Konsep Dasar Angin ...............................................................................

  8 2.7 Koefisien Daya .......................................................................................

  7 2.6 Tip speed ratio ........................................................................................

  6 2.5 Daya Kincir Angin ..................................................................................

  5 2.4 Teori Kincir Angin .................................................................................

  4 2.3 Daya Angin .............................................................................................

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

  3 BAB II DASAR TEORI ..................................................................................

  HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i TITLE PAGE ................................................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ......................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .............................................. v

  3 1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................

  2 1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................

  2 1.3 Batasan Masalah .....................................................................................

  1 1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................

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

  INTISARI ......................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii DAFTAR ISI .................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................

  9

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

  27

  43 LAMPIRAN .....................................................................................................

  42 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................

  41 5.2 Saran .......................................................................................................

  41 5.1 Kesimpulan .............................................................................................

  32 BAB V PENUTUP ...........................................................................................

  29 4.7 Pembahasan ............................................................................................

  29 ) ...........................................................

  4.5 Perhitungan Koefisien Daya (C p 4.6 Hasil Perhitungan....................................................................................

  27

  28 ) ..............................................................

  out 4.4 Perhitungan tip speed ratio (tsr) .............................................................

  4.3 Perhitungan Daya Kincir (P ) ................................................................

  10 3.1 Diagram Alir Penelitian ..........................................................................

  in

  4.2 Perhitungan Daya Angin (P

  23

  23 4.1 Data Hasil Percobaan ..............................................................................

  22 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .........................................

  20 3.7 Langkah Pengolahan Data ......................................................................

  19 3.6 Langkah Percobaan .................................................................................

  11 3.5 Variabel Penelitian..................................................................................

  11 3.4 Alat Dan Bahan.......................................................................................

  11 3.3 Waktu Dan Tempat Penelitian ................................................................

  10 3.2 Obyek Penelitian .....................................................................................

  44

  DAFTAR GAMBAR

  18 Gambar 3.11 Annemometer ...........................................................................

  35 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 4 sudu ..................................................................................................

  35 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 4 sudu........................................................................................

  34 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 4 sudu ..................................................................................................

  33 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 8 sudu ..................................................................................................

  33 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 8 sudu...........................................................................................

  21 Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 8 sudu ..................................................................................................

  21 Gambar 3.14 Pemasangan anemometer .........................................................

  19 Gambar 3.13 Tali pengait beban ....................................................................

  18 Gambar 3.12 Neraca Pegas ............................................................................

  17 Gambar 3.10 Takometer .................................................................................

Gambar 2.1 Grafik hubungan C p Gambar 3.1 Diagram alir langkah-langkah penelitian .................................

  16 Gambar 3.9 Fan Blower ...............................................................................

  15 Gambar 3.8 Terowongan angin ....................................................................

  14 Gambar 3.7 Sistem pembebanan ..................................................................

  13 Gambar 3.6 Dudukan kincir .........................................................................

  13 Gambar 3.5 Dudukan sudu ...........................................................................

  12 Gambar 3.4 Sudu kincir................................................................................

  11 Gambar 3.3 Kincir angin plat datar lanjutan ................................................

  7 Gambar 3.2 Kincir angin plat datar ..............................................................

  10 dan tsr maksimal beberapa jenis kincir ...

  36

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 2 sudu........................................................................................

  38 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 2 sudu ..................................................................................................

  39 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara putaran kincir dengan torsi pada posisi 1 ..................................................................................................

  39 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara putaran kincir dengan daya output pada posisi 1 ......................................................................................

  40 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr pada posisi 1 ..................................................................................................

  40

  DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data percobaan kincir 8 sudu ...................................................

  23 Tabel 4.2. Data percobaan kincir 4 sudu ...................................................

  25 Tabel 4.3 Data percobaan kincir 2 sudu ...................................................

  26 Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir 8 sudu ........................................

  29 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir 4 sudu ........................................

  31 Tabel 4.6. Data hasil perhitungan kincir 2 sudu ........................................

  32

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan dari

  kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk memenuhi segala kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial maupun lingkungan.

  Penggunaan energi di dunia dalam jangka waktu mendatang seperti yang diperkirakan oleh lembaga Energy Information Administration (EIA) hingga tahun 2025 mendatang masih didominasi oleh bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil merupakan energi yang tidak terbarukan (non renewable energy) sehingga pada suatu saat nanti akan habis. Oleh karena itu diperlukan energi terbarukan yang ramah dengan lingkungan, salah satunya adalah pemanfaatan energi angin.

  Pemanfaatan energi angin saat-saat ini masih belum optimal meskipun di beberapa daerah energi angin sudah dimanfaatkan untuk pembangkit listrik, pompa dan dalam penggunaannya masih belum efektif. Maka dari itu diperlukan suatu mekanisme yang tepat untuk memanfaatkan energi angin menjadi energi yang tepat guna, salah satunya adalah mengubah energi angin menjadi energi listrik.

1.2. Rumusan Masalah

  Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.

  Indonesia adalah negara dengan potensi angin yang melimpah, namun belum dimanfaatkan secara optimal.

  2. Diperlukan model kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin agar memperoleh efisiensi yang maksimal.

  3. Pengaruh jumlah sudu pada kincir angin poros horizontal terhadap torsi dan koefisien daya.

1.3. Batasan Masalah

  Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada : 1.

  Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horizontal dengan

  o

  2 sudu plat datar dengan sudut 60 dengan luas frontal 2205 cm .

  2. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin di dalam sebuah terowongan angin di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Variasi yang dilakukan adalah dengan variasi posisi/ jarak wind tunnel dengan

fan blower 3 cm, 6 cm, 9 cm, dan 12 cm pada setiap jumlah sudu 8, 4, dan 2.

  4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.

1.4. Tujuan Penelitian 1.

  Membuat kincir angin poros horizontal dengan variasi jumlah sudu.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal 8 sudu, 4 sudu, dan 2 sudu.

1.5. Manfaat Penelitian

  Manfaat dari penelitian ini adalah: 1.

  Mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya energi angin dan pemanfaatannya.

  2. Mengembangkan minat dan kepedulian terhadap energi terbarukan untuk menjaga dan melestarikan bumi ini.

  3. Menambah referensi dalam pengembangan ilmu pengetahuan khususnya dalam energi angin.

BAB II DASAR TEORI 1.6. Konsep Dasar Angin Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara

  dengan arah aliran angin dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah atau dari daerah yang memiliki suhu/ temperatur rendah ke wilayah bersuhu tinggi. Angin memiliki hubungan yang erat dengan sinar matahari karena daerah yang terkena banyak paparan sinar matahari akan memiliki suhu yang lebih tinggi serta tekanan udara yang lebih rendah dari daerah lain di sekitarnya.

1.7. Kincir Angin

  Kincir angin adalah sebuah alat yang digunakan untuk menangkap atau memperoleh energi angin, yang selanjutnya diubah menjadi bentuk energi mekanis.

  Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan windmill.

  Berdasarkan posisi porosnya, 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.

1.8. Daya Angin

  Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga secara umum disampaikan pada Persamaan 1: (1) dengan :

  E k m

  : massa, kg : energi kinetik, Joule

   v : kecepatan angin, m/s

  Daya adalah energi tiap satuan waktu (J/s) sehingga dari Persamaan 1 disusun kembali menjadi : (2) dengan :

  P in

  : massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)

   v : kecepatan angin, m/s

  Massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah : (3) dengan :

3 A : luasan angin yang ditangkap kincir, m

  ρ : massa jenis udara, kg/m

  2 Mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka dapat diperoleh rumusan daya angin : disederhanakan menjadi :

  (4)

  3 Secara sederhana dengan mengasumsikan maka diperoleh ρ udara : 1,2 kg/m

  persamaan : (5) 1.9.

   Torsi Kincir Angin

  Torsi adalah perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Secara teori dapat dirumuskan: dengan :

   T : torsi akibat putaran poros, N.m r : jarak lengan, m F : gaya pengimbang, N

1.10. Daya Kincir Angin

  Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Daya kincir angin berbeda dengan daya angin, karena daya kincir angin dipengaruhi koefisien daya angin.

  Daya efektif yang dapat diambil oleh kincir angin hanya sebesar 59,3 %. Angka 59,3 % adalah batas Betz (Betz Limit, diambil dari ilmuan Jerman Albert Betz).

  Angka ini secara teori menunjukan efisiensi yang dapat dicapai oleh rotor kincir angin. Gambar 2.1. memperlihatkan karakteristik dari beberapa tipe kincir.

Gambar 2.1. Grafik hubungan C p dan tsr maksimal beberapa jenis kincir

  (Sumber : Johnson, 2006, hal. 18) Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin dapat dirumuskan : (7) dengan :

   P out : daya yang dihasilkan kincir angin, watt T : torsi, N.m ω : kecepatan sudut, rad/s

  Kecepatan sudut adalah radian per second (rad/s), 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 Persamaan (6) dapat dirubah menjadi :

  (8) dengan :

   n : putaran poros, rpm 1.11.

   Tip speed ratio (tsr)

  Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin

  yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya. Tsr dapat dirumuskan: atau dengan :

   r : jari-jari kincir, m n : putaran poros, rpm v : kecepatan angin, m/s 1.12.

   Koefisien Daya Koefisien daya atau power coefficient (C p ) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (P ) dengan daya yang dihasilkan oleh angin

  out

  (P in ), sesuai dengan teori yang ada, maka dapat dirumuskan : dengan : P : daya yang dihasilkan kincir, watt

  out

  P in : daya yang dihasilkan angin, watt

  

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Pelaksanaan penelitian yang dilakukan sesuai dengan Gambar 3.1.: Gambar 3.1. Diagram Alir Langkah-Langkah Penelitian Mulai Perancangan Kincir Angin Pembuatan Kincir Angin Pengambilan Data (v, n, F) sudu 8, 4, 2 Pengolahan Data Pembahasan dan Pembuatan Laporan Selesai

  3.2. Obyek Penelitian

  Obyek dalam penelitian ini adalah model kincir angin poros horizontal dengan sudu plat datar. Sudu kincir angin divariasikan sesuai dengan jumlah 8, 4, dan 2.

  o Pengujian yang dilakukan pada sudut kemiringan sudu sebesar 60 .

  3.3. Waktu Dan Tempat Penelitian

  Proses pembuatan kincir angin dan pengambilan data dilakukan pada bulan Januari 2012 hingga bulan Maret 2012 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3.4. Alat Dan Bahan

  Model kincir angin beserta bagian-bagiannya dapat dilihat pada Gambar 3.2. dan Gambar 3.3.

  1 Sudu . 2 . Dudukan sudu 3 . Nose Cone

  4 Dudukan Kincir .

  5. Poros Kincir

  6. Sistem Pembebanan

Gambar 3.3 Kincir Angin Plat Datar (Lanjutan)

  Kincir angin plat datar yang disajikan pada Gambar 3.2. memiliki beberapa bagian utama antara lain:

1. Sudu Kincir

  Pada umumnya, sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang melintasi kincir. Sudu kincir angin terbuat dari plat akrilik dengan tebal 2 mm yang berbentuk trapesium sama kaki dengan ukuran seperti pada Gambar 3.4. Plat akrilik tersebut dibaut pada kerangka sudu. Kerangka sudu terdiri dari dua plat besi 1,5 mm yang masing-masing mempunyai dua lubang baut diameter 3 mm. Plat besi tersebut dilas dengan besi pejal silindris diameter 0,4 cm dan panjang 24 cm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.4.

  3 cm

Gambar 3.4 Sudu Kincir 2.

  Dudukan Sudu Dudukan sudu berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan sudu. Sudu dikunci pada slot dengan menggunakan baut U. Dudukan sudu terbuat dari puli aluminium dengan diameter 12 cm dan tebal 2 cm, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Dudukan Sudu 18 cm

  9 cm

  3. Nose Cone Nose Cone berfungsi agar angin dapat sepenuhnya diterima oleh sudu kincir.

  

Nose cone terbuat dari seng 1 mm yang dibentuk cone (corong kerucut) dan dipasang

pada dudukan sudu.

  4. Dudukan Kincir Dudukan kincir berfungsi sebagai dudukan poros kincir beserta sistem pembebanannya. Dudukan tersebut terbuat dari besi profil L dengan ukuran 3 cm x 3 cm dengan tebal 2 mm dan plat besi dengan ukuran lebar 3 cm, tebal 2 mm yang dilas dan pada bawah dudukan terdapat 4 lubang baut untuk mungunci dudukan kincir pada wind tunnel. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Dudukan Kincir

  5. Poros Kincir Poros kincir menggunakan hub belakang sepeda. Tromol dipasang pada sisi kiri hub dan kincir dipasang pada sisi kanan hub yang dibaut pada lubang jeruji.

  6. Mekanisme Pengereman/ Pembebanan Mekanisme pengereman/ pembebanan berfungsi sebagai penghambat putaran kincir untuk memperoleh torsi dan daya dari kincir angin. Pengereman/ pembebanan menggunakan pengereman tromol pada sepeda. Mekanismenya adalah dengan memvariasikan kerapatan kampas terhadap drum tromol yang ditarik dengan menggunakan iner kabel oleh baut adjuster seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.

  1. Baut Pembebanan 2.

  Baut Adjuster

Gambar 3.7. Sistem Pembebanan Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan pendukung antara lain : 1.

  Terowongan angin Terowongan angin atau wind tunnel adalah lorong yang berfungsi menangkap angin yang dihisap oleh fan blower, sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan fan blower sesuai keinginan.

Gambar 3.8. Terowongan Angin atau Wind Tunel 2.

  Fan Blower berfungsi untuk menghisap angin yang akan disalurkan ke wind

  Fan blower tunnel, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Fan Blower 3.

  Takometer Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis takometer yang digunakan adalah digital light tachometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa alumunium foil atau benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Takometer 4.

  Anemometer Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin.

  Anemometer saat pengambilan data diletakkan didepan wind tunnel untuk mengetahui kecepatan angin masuk wind tunnel. Anemometer ditunjukkan pada Gambar 3.11.

5. Neraca Pegas

  Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan panjang lengan yang telah ditentukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12. Neraca Pegas 3.5.

   Variabel Penelitian

  Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum penelitian dilaksanakan adalah:

1. Variasi jumlah sudu yaitu 8 sudu, 4 sudu, dan 2 sudu 2.

  Variasi pembebanan yaitu dari posisi kincir diam hingga kincir berputar tanpa beban

  3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 4 variasi posisi/ jarak wind tunnel terhadap fan blower Variabel yang diambil adalah : 1.

  Kecepatan Angin, (m/s) 2. Putaran Kincir, (rpm) 3. Gaya Pengimbang, (N)

  Setelah mendapatkan data-data diatas, maka dari variabel data tersebut parameter yang dapat dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah :

  1. Daya angin (P )

  in

  2. Daya kincir (P out )

  3. Torsi (T)

  4. Koefisien daya (C p )

  5. Tip speed ratio (tsr) 3.6.

   Langkah Percobaan

  Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama-sama. Pertama-tama yang dilakukan adalah memasang kincir angin pada wind tunnel. Selanjutnya untuk pengambilan data yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut :

  1. Memasang neraca pegas serta pengaitnya pada tempat yang sudah ditentukan.

  2. Memasang tali pada pengait neraca pegas yang dihubungkan dengan sistem pembebanan melalui katrol, seperti pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13. Tali pengait beban 3.

  Memasang anemometer pada bagian depan terowongan angin, seperti pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14. Pemasangan anemometer 4.

  Menempatkkan takometer pada posisinya.

  5. Setelah semua siap, fan blower siap untuk dihidupkan.

  6. Variasa kecepatan angin dilakukan dengan cara mengatur posisi/ jarak antara

  7. Mencatat data kecepatan putar kincir, besar torsi, dan kecepatan angin masuk.

  8. Ulangi langkah 4 sampai 7 hingga diperoleh empat variasi kecepatan angin.

  9. Matikan fan blower.

  10. Ulangi langkah 4 sampai 9 hingga diperoleh 3 variasi jumlah sudu.

3.7. Langkah Pengolahan Data

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

  1. Dari data kecepatan angin (v) yang diperoleh dan dengan diketahui luasan frontal kincir (A), maka daya angin (P ) dapat dicari dengan Persamaan 2.

  in 2.

  Dari data beban pegas (F) yang diproleh maka dapat digunakan untuk mencari torsi (T) dengan Persamaan 7.

  3. Dari data putaran poros (n) yang diperoleh dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (P out ) dengan Persamaan 6.

  4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 9.

  5. ) dan daya angin (P ), maka power coefficient

  out in

  Dari data daya kincir (P dapat diketahui dengan Persamaan 10.

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Percobaan Data hasil percobaan ditampilkan pada Tabel 4.1. untuk 8 sudu dan Tabel 4.2.

  10 3,7

  19 141,5 3,1

  18 183,2 2,7

  17 239,3 2,2

  16 295,5 1,9

  15 342,3 1,3

  14 378,9 0,8

  13 396,7 0,4

  12 409,2 0,2

  412,4

  2 8,04

  11

  9 39,52 3,5

  untuk 4 sudu dan Tabel 4.3. untuk 2 sudu.

  8 207,5 2,9

  7 276,8 2,4

  6 304,4 2,1

  5 324,4 1,8

  4 377,7 1,2

  3 397,7 0,7

  2 440,8 0,5

  471,9

  1 8,81

  1

  Variasi kecepatan Kecepatan angin (m/s) Putaran poros (rpm) Beban (N)

Tabel 4.1. Data percobaan kincir 8 sudu No.

  20 3,3

Tabel 4.1. Data percobaan kincir 8 sudu (Lanjutan) No.

  30 3,2

  38

  37 22,37 1,8

  36 166,7 1,6

  1

  35 224,5

  34 304,4 0,5

  33 321,1 0,4

  32 322,3 0,3

  31 4 6,63 327,7

  29 103,7 2,8

  Variasi kecepatan Kecepatan angin (m/s) Putaran poros (rpm) Beban (N)

  28 180,3 2,3

  27 247,7 1,8

  26 337,9 1,2

  25 357,4 0,7

  24 382,2 0,4

  23 391,9 0,3

  22 391,6 0,1

  376,9

  3 7,27

  21

  2

Tabel 4.2. Data percobaan kincir 4 sudu No.

  1

  3 7,5

  325,2 0,1

  18 359,4 0,2

  19 342,2 0,3

  20 335,2 0,4

  21 326,6 0,5

  22 195,4

  23 1,3

  16 1,5

  24 4 7,06 336,7 0,1

  25 298,8 0,3

  26 290,8 0,4

  27 290 0,4

  28 261,8 0,5

  29 134,1

  1

  17

  15 26,65 1,5

  Variasi kecepatan Kecepatan angin (m/s) Putaran poros (rpm) Beban (N)

  6 269,8

  1

  1 8,37

  375,3 0,2

  2 376,5 0,3

  3 352,6 0,4

  4 396,8 0,5

  5 367,2 0,5

  1

  1

  7 106,4 1,5

  8 1,5

  9 2 8,2 415,7 0,2

  10 356,4 0,2

  11 351,9 0,3

  12 353,3 0,4

  13 345,5 0,5

  14 287,2

  30 1,2

Tabel 4.3. Data percobaan kincir 2 sudu

  9 0,8

  16 243,5 0,3

  15 262,3 0,1

  14 4 6,94 268,5

  13 0,7

  12 232,1 0,3

  11 314,7 0,1

  10 3 7,48 347,9

  8 304,4 0,4

  Setiap variasi dilakukan pada jarak lengan poros 110 mm dan diameter kincir 530 mm. Setiap variasi jumlah sudu, percobaan dilakukan sebanyak empat kali variasi kecepatan angin. Variasi kecepatan angin pertama dengan tidak memberi celah pada blower terhadap terowongan, kedua dengan memberi jarak 3 cm antara blower terhadap terowongan dan untuk setiap posisi diberi penambahan jarak 3 cm hingga variasi kecepatan angin ke empat. Percobaan dilakukan hingga kincir tak berbeban, yaitu 0 N.

  7 367,4 0,1

  6 2 8,1 387

  5 0,9

  4 307,8 0,85

  3 395,1 0,2

  2 387,2 0,1

  1 1 8,26 396,6

  No. Variasi kecepatan Kecepatan angin (m/s) Putaran poros (rpm) Beban (N)

  17 0,5

  4.2. in ) Perhitungan Daya Angin (P

  2 Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan luasan frontal A= 0,22 m

  dan kecepatan angin 8,81 m/s, dapat dicari menggunakan Persamaan 5 :

3 P = 0,6 . A . v

  in

  2

  3

  = 0,6 . 0,22 m . (8,81m/s) = 90,47 watt Jadi daya yang dihasilkan oleh angin adalah 90,47 watt

  4.3. out ) Perhitungan Daya Kincir (P

  Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari menggunakan Persamaan 6, namun untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut dan torsi kincir, maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan Persamaan 8 dan 7: maka dengan putaran poros 440,8 rpm, kecepatan sudut dan torsi kincir adalah :

  = 46,14 rad/sec Sehingga kecepatan sudut yang didapatkan adalah 49,39 rad/sec

  T = F . r

  = 0,5 N . 0,11 m = 0,06 N.m Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,06 N.m Dengan kecepatan sudut 46,14 rad/sec dan torsi 0,06 N.m, maka daya yang dihasilkan oleh kincir adalah :

  P out = T . ω

  = 0,06 N.m . 46,14 rad/sec = 2,54 watt Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 2,54 watt.

4.4. Perhitungan tip speed ratio (tsr)

  Dengan mengetahui kecepatan putar kincir 440,8 rpm dan kecepatan angin 8,81 m/s, maka untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 9 :

  = 1,39 Sehingga tsr yang didapatkan adalah 1,39

  p

  ) = 3 %

4.5. Perhitungan Koefisien Daya (C

  Sehingga didapatkan nilai C

  (N.m) (watt) ω

  10 3,7 0,41

  6 1 2,1 304,4 0,23 31,86 7,36 0,08 0,96 7 2,4 276,8 0,26 28,97 7,65 0,08 0,87 8 2,9 207,5 0,32 21,72 6,93 0,08 0,65 9 3,5 39,5 0,39 4,14 1,59 0,02 0,12

  49,39 1,49 2 0,5 440,8 0,06 46,14 2,54 0,03 1,39 3 0,7 397,7 0,08 41,63 3,21 0,04 1,25 4 1,2 377,7 0,13 39,53 5,22 0,06 1,19 5 1,8 324,4 0,2 33,95 6,72 0,07 1,02

  1 471,9 8,81 90,47

  (watt) tsr p

  (rad/sec) P out C

  (m/s) P in T

  p

  (rpm) v

  Untuk mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh angin 90,47 watt dan daya yang dihasilkan oleh kincir 2,54 watt, maka koefisien daya kincir dapat dicari menggunakan Persamaan 10 :

  No. Variasi F

Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir 8 sudu

  Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan jumlah sudu dan mengatur jarak blower terhadap terowongan angin, maka didapatkan hasil perhitungan yang disusun dalam Tabel 4.4. sampai dengan Tabel 4.6.

   Hasil Perhitungan

  adalah 3 % 4.6.

  (N) n

Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir 8 sudu (Lanjutan)

  21

  33 0,4 321,1 0,04 33,61 1,48 0,04 1,34 34 0,5 304,4 0,06 31,86 1,75 0,05 1,27 35 1 224,5 0,11 23,5 2,58 0,07 0,94 36 1,6 166,7 0,18 17,45 3,07 0,08 0,69 37 1,8 22,37 0,2 2,34 0,46 0,01 0,09

  6,63 38,56 34,3 1,37 32 0,3 322,3 0,03 33,73 1,11 0,03 1,36

  4 327,7

  31

  26 1,2 337,9 0,13 35,37 4,67 0,09 1,29 27 1,8 247,7 0,2 25,93 5,13 0,1 0,95 28 2,3 180,3 0,25 18,87 4,77 0,09 0,69 29 2,8 103,7 0,31 10,85 3,34 0,07 0,39 30 3,2 0,35

  23 0,3 391,9 0,03 41,02 1,35 0,03 1,49 24 0,4 382,2 0,04 40 1,76 0,03 1,46 25 0,7 357,4 0,08 37,41 2,88 0,06 1,36

  7,27 50,84 39,45 1,44 22 0,1 391,6 0,01 40,99 0,45 0,01 1,49

  3 376,9

  13 0,4 396,7 0,04 41,52 1,83 0,03 1,37 14 0,8 378,9 0,09 39,66 3,49 0,05 1,31 15 1,3 342 0,14 35,83 5,12 0,07 1,18 16 1,9 295,5 0,21 30,93 6,46 0,09 1,02 17 2,2 239,3 0,24 25,05 6,06 0,09 0,83 18 2,7 183,2 0,3 19,17 5,69 0,08 0,63 19 3,1 141,5 0,34 14,81 5,05 0,07 0,49 20 3,3 0,36

  No. Variasi F (N) n

  8,04 68,76 43,16 1,42 12 0,2 409,2 0,02 42,83 0,94 0,01 1,41

  2 412,4

  11

  (watt) tsr p

  (rad/sec) P out C

  (N.m) (watt) ω

  (m/s) P in T

  (rpm) v

  38 2 0,22

Tabel 4.5. Data hasil perhitungan kincir 4 sudu

  2 0,2 415,7

  26 0,4 290,8 0,04 30,44 1,34 0,03 1,13 27 0,4 290 0,04 30,35 1,34 0,03 1,18 28 0,5 261,8 0,06 27,4 1,51 0,03 1,05

  7,06 46,71 35,24 0,39 0,008 1,31 25 0,3 298,8 0,03 31,27 1,03 0,02 1,18

  4 0,1 336,7

  24

  22 1 195,4 0,11 20,45 2,25 0,04 0,72 23 1,3 0,14

  19 0,3 342,2 0,03 35,82 1,18 0,02 1,25 20 0,4 335,2 0,04 35,08 1,54 0,03 1,24 21 0,5 326,6 0,06 34,18 1,88 0,03 1,22

  7,5 55,88 34,04 0,37 0,008 1,24 18 0,2 359,4 0,02 37,62 0,83 0,01 1,33

  3 0,1 325,2

  17

  14 1 287,2 0,11 30,06 3,31 0,05 0,99 15 1,5 26,65 0,17 2,79 0,46 0,01 0,09 16 1,5 0,17

  11 0,3 351,9 0,03 36,83 1,22 0,02 1,19 12 0,4 353,3 0,04 36,98 1,63 0,02 1,181 13 0,5 345,5 0,06 36,16 1,99 0,03 1,18

  8,2 72,96 43,51 0,96 0,013 1,41 10 0,2 356,4 0,02 37,3 0,82 0,01 1,17

  9

  No. Variasi F

  6 1 269,8 0,11 28,24 3,11 0,04 0,89 7 1,5 106,4 0,17 11,14 1,84 0,02 0,35 8 1,5 0,17

  3 0,4 352,6 0,04 36,91 1,62 0,02 1,17 4 0,5 396,8 0,06 41,53 2,28 0,03 1,33 5 0,5 367,2 0,06 38,43 2,11 0,03 1,22

  8,37 77,53 39,28 0,86 0,011 1,24 2 0,3 376,5 0,03 39,41 1,3 0,02 1,25

  1 0,2 375,3

  1

  C (watt) tsr p

  P out

  ω (rad/sec)

  T (N.m) (watt)

  (m/s) P

in

  (rpm) v

  (N) n

  29 1 134,1 0,11 14,04 1,54 0,03 0,54 30 1,2 0,13

Tabel 4.6. Data hasil perhitungan kincir 2 sudu

  2 387

  Dari data hasil penelitian dan perhitungan yang dilakukan, maka diperoleh grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir, daya kincir dengan kecepatan putar kincir dan koefisien daya kincir (C p ) dengan tip speed ratio (tsr) ditunjukkan pada Gambar 4.1. sampai dengan Gambar 4.9.

  16 0,3 243,5 0,03 25,49 0,84 0,02 0,97 17 0,5 0,06

  6,94 44,22 28,1 1,07 15 0,1 262,3 0,01 27,45 0,30 0,01 1,05

  4 268,5

  14

  12 0,3 232,1 0,03 24,29 0,8 0,01 0,86 13 0,7 0,08

  7,48 55,34 36,41 1,32 11 0,1 314,7 0,01 32,94 0,36 0,01 1,19

  3 347,9

  10

  8 0,4 304,4 0,04 31,86 1,4 0,02 1,06 9 0,8 0,09

  8,1 70,22 40,51 1,32 7 0,1 367,4 0,01 38,45 0,42 0,01 1,27

  6

  No. Variasi F

  3 0,2 395,1 0,02 41,35 0,91 0,01 1,35 4 0,85 307,8 0,09 32,22 3,01 0,04 1,04 5 0,9 0,1

  8,26 74,63 41,51 1,33 2 0,1 387,2 0,01 40,53 0,45 0,01 1,3

  1 396,6

  1

  C (watt) tsr p

  P out

  ω (rad/sec)

  T (N.m) (watt)

  (m/s)

P

in

  (rpm) v

  (N) n

4.7. Pembahasan

  0.45 _0.4

  _0.35

  0.3 ) _0.25 .m

  N _0.2 i ( rs _0.15 To _{0.05 0.1}

  100 200 300 400 500 n(rpm)

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 8 suduGambar 4.1. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin

  besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Torsi statis yang dihasilkan adalah 0,41 N.m pada kecepatan angin 8,81 m/s. _{6 7 8}

  9 tt) ₅ a ₄ (w _{t ou 3} P _{1 2 100 200 300 400 500} n (rpm

  )

Gambar 4.2. Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 8 suduGambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian

  daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula daya yang dihasilkan. Daya maksimal dicapai sebesar 7,5 watt pada kecepatan putar 250 rpm pada kecepatan angin 8,81 m/s.

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 8 suduGambar 4.3. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr kincir maka semakin besar

  

C p yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian C p mengecil. C p

  maksimal dicapai sebesar 10,5 % pada tsr 0,8 pada kecepatan angin 7,27 m/s. Grafik ini sesuai dengan karakteristik American multi blade seperti pada Gambar 2.1. ^{0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.5 1 1.5 2} C ^p

  tsr

  0.18 ) _0.12 .m

  _{0.14 0.16}

  N _0.1 i ( _0.08 rs _0.06 To _{0.02 0.04} 100 200 300 400 500

n (rpm)

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir 4 suduGambar 4.4. dapat dilihat bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan angin maka semakin

  besar torsi yang dihasilkan pada kecepatan putar kincir yang sama. Torsi statis yang dihasilkan adalah 0,17 N.m pada kecepatan angin 8,37 m/s. _{3.5 2.5}

  3 tt) ₂ a

  (w _{t ou 1.5} P _{0.5 1} 100 200 300 400 500 n (rpm)

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir dengan kecepatan putar kincir 4 suduGambar 4.5. dapat dilihat bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian

  daya mengecil. Semakin kecil kecepatan angin maka semakin kecil pula daya yang dihasilkan. Daya maksimal dicapai sebesar 2,8 watt pada kecepatan putar 220 rpm pada kecepatan angin 8,2 m/s.

Gambar 4.6. Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tsr kincir 4 suduGambar 4.6. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr kincir maka semakin besar

  

C p yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian C p mengecil. C p

  maksimal dicapai sebesar 4% pada tsr 0,75 pada kecepatan angin 7,5 m/s. Grafik ini sesuai dengan karakteristik American multi blade seperti pada Gambar 2.1. ^{0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.5 1 1.5} C ^p

  tsr

  0.18 .m) _0.1 (N i _0.08 rs _0.06 To _{0.02 0.04}

  _{0.12 0.16 0.14}

  100 200 300 400 500 n(rpm)