UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN DUA SUDU YANG DAPAT MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS Tugas Akhir - Unjuk kerja model kincir angin poros vertikal dengan dua sudu yang dapat membuka dan menutup secara otomatis - USD Repository

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN DUA SUDU YANG DAPAT MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS Tugas Akhir

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

  Program Studi Teknik Mesin

  Oleh : Cahyangga Adhitya NIM : 095214070 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN DUA SUDU YANG DAPAT MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS Tugas Akhir

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

  Program Studi Teknik Mesin

  Oleh : Cahyangga Adhitya NIM : 095214070 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PERFORMANCE OF VERTICAL AXIS WIND TURBINE MODEL WITH TWO BLADE THAT CAN BE OPENED AND CLOSED AUTOMATICALLY Final Project

  Presented as fulfillments of the Riquirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in

  Mechanical Engineering Study Programme

  By : Cahyangga Adhitya Student Number : 095214070 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

INTISARI

  Kelangkaan energi fosil dan efek pemanasan global yang diakibatkan adanya pemanfaatan energi fosil membuat banyak pihak memikirkan energi alternatif untuk mengatasi masalah tersebut. Salah satu energi alternatif yang dapat dimanfaatkan adalah energi angin. Perlu adanya mekanisme yang dapat mengubah energi kinetik dari angin sehingga dapat dimanfaatkan. Kincir angin adalah mesin yang dapat digunakan untuk dapat merubah energi angin menjadi sesuatu yang dapat dimanfaatkan.

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara tip speed ratio (tsr) dengan koefisien daya (C p ) serta hubungan antara daya kincir dengan torsi yang dihasilkan sebuah kincir model poros vertikal dengan dua buah sudu yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.

  Variasi yang terdapat pada penelitian ini adalah ukuran sudu dan kecepatan angin. Adapun dimensi kincir adalah sebagai berikut, tinggi sudu 40 cm serta variasi diameter kincir 70 cm dan 100 cm. Untuk variasi kecepatan angin pada saat pengambilan data adalah 6-7 m/s. Kemudian agar kincir dapat menghasilkan listrik maka kincir ini dihubungkan dengan rangkaian generator dengan menggunakan sistem transmisi sabuk. Listrik yang dihasilkan dapat diberi variasi pembebanan lampu untuk menghasilkan gaya pengereman pada generator sehingga dapat dipakai untuk menghitung besarnya torsi yang dihasilkan.

  Untuk nilai C p terbesar didapat pada saat angka tsr adalah 0,4 pada pengambilan data dengan kecepatan angin 6,74 m/s dan diameter kincir 100 cm. Nilai C p tersebut adalah 3,4 %. Sedangkan untuk nilai daya kincir maksimum yang diperoleh saat pengambilan data adalah 2,6 watt. Daya ini diperoleh pada saat pengambilan data dengan kecepatan angin 6,92 m/s dan diameter kincir 100 cm.

  Untuk nilai C p tertinggi tidak diperoleh pada saat tsr tertinggi dan daya kincir maksimum, hal ini terjadi karena ketika daya kincir maksimum, daya angin juga maksimum, sehingga mengakibatkan angka C p tidak maksimum.

  Kata Kunci : Daya poros, Koefisien Daya (C ) dan tip speed rasio (tsr). p

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  Tugas akhir ini mengambil judul “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Dua Sudu Yang Dapat Membuka dan Menutup Secara Otomatis”.

  Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama beberapa pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1.

  Romo Ir. Andreas Soegijopranoto SJ, Direktur ATMI Surakarta, yang telah memberi kesempatan untuk studi lanjut di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Romo JB Clay Pareirra SJ, Selaku Pudir ATMI Surakarta.

  3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  4. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan dosen Pembimbing Akademik.

  5. Ir. Rines, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6.

  Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  7. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  8. Semua rekan-rekan ATMI - Sanata Dhrama angkatan pertama, terimakasih atas dukungan dan kerjasamanya.

  9. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesaikannya Tugas Akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang membangun.

  Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.

  Surakarta, 6 Februari 2011

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI

.................................................................................................................. i

  Halaman Judul

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

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

Daftar Dewan Penguji.............................................................................................. iv

Pernyataan keaslian karya ...................................................................................... v

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

Lembar Pernyataan ................................................................................................. vii

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

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

Daftar Gambar ......................................................................................................... xii

Daftar Tabel .............................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1

  1.1 Latar belakang ............................................................................................... 1

  1.2 Rumusan masalah........................................................................................... 2

  1.3 Batasan masalah ............................................................................................. 3

  1.4 Tujuan tugas akhir .......................................................................................... 4

  1.5 Manfaat tugas akhir ........................................................................................ 4

  

BAB II DASAR TEORI ..................................................................................... 5

  2.1 Definisi angin ................................................................................................. 5

  2.2 Teknologi kincir ............................................................................................. 8

  2.3 Gaya Drag dan Lift ........................................................................................ 11 2.4 p ) ........................................................................................ 11

  Koefisien daya (C

  2.5 Tip Speed Ratio (tsr)....................................................................................... 14

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 15

  3.1.Peralatan dan bahan........................................................................................ 15

  3.2.Variabel penelitian ......................................................................................... 21

  3.3.Parameter yang diukur ................................................................................... 23

  3.4.Parameter yang dihitung ................................................................................ 24

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................ 25

  4.1 Data penelitian ............................................................................................... 25

  4.2 Pengolahan data dan perhitungan................................................................... 29

  4.3 Grafik hasil perhitungan ................................................................................. 33

  4.4 Pembahasan .................................................................................................... 39

  

BAB V PENUTUP .............................................................................................. 42

  5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 42

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

  

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

LAMPIRAN GAMBAR KERJA

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Peta Potensi Angin Indonesia ................................................................. 3Gambar 2.1 Grafik Betz ............................................................................................. 14Gambar 3.1 Kincir Poros Vertikal ............................................................................. 15Gambar 3.2 Rangkaian Sudu...................................................................................... 16Gambar 3.3 Rangkaian Poros ..................................................................................... 16Gambar 3.4 Rangkaian Penahan ................................................................................ 17Gambar 3.5 Lorong Angin ......................................................................................... 18Gambar 3.6 Fan Blower ............................................................................................. 18Gambar 3.7 Generator ................................................................................................ 19Gambar 3.8 Pengukur beban ...................................................................................... 19Gambar 3.9 Anemometer ........................................................................................... 20Gambar 3.10 Tachometer ........................................................................................... 20Gambar 3.11 Rangkaian Lampu ................................................................................ 21Gambar 4.1 Grafik hubungan dengan pada variasi diameter kincir 70cm ............................................................................. 35Gambar 4.2 Grafik hubungan dengan pada variasi diameter kincir 100cm ........................................................................... 36Gambar 4.3 Grafik hubungan C p dan tsr untuk diameter kincir 70 cm dan 100 cm .................................................................. 37

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.4 Grafik Hubungan rpm, Torsi dan Daya Kincir untuk empat variasi kecepatan pada kincir dengan diameter 70 cm .................................... 38Gambar 4.5 Grafik Hubungan rpm, Torsi dan Daya Kincir untuk empat variasi kecepatan pada kincir dengan diameter 100 cm .................................. 39

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Potensial Energi Terbarukan di Indonesia ................................................. 2Tabel 1.2. Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di Atas Permukaan Tanah ......................................................................................... 3Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 70 cm .................................................................................... 25Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 70 cm (Lanjutan) .................................................................. 26Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 100 cm .................................................................................. 27Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 100 cm (Lanjutan) ................................................................ 28Tabel 4.3 Tabel Data C dan tsr pada variasi diameter ............................................. 38

  p

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Dewasa ini, telah marak dan gencar bahwa banyak negara-negara yang sedang berlomba-lomba dalam pengembangkan energi hijau. Hal tersebut terjadi karena didasari kesadaran banyak negara bahwa energi fosil sudah harus mulai ditinggalkan, karena ketersediaannya mulai memprihatinkan. Disamping itu, proses untuk dapat mengubah sebuah energi fosil menjadi sesuatu yang dapat kita pergunakan membutuhkan banyak biaya dan waktu, serta banyak dampak negatif yang ditimbulkan oleh adanya pengunaan energi fosil, seperti adanya dampak pemanasan global akibat sisa-sisa pembakaran yang berupa gas CO dan CO

  2 .

  Berbagai energi hijau mulai dikembangkan, energi angin, surya dan air pun mulai marak dipelajari. Pada kesempatan kali ini penulis akan lebih menekankan pada pemanfaatan energi angin sebagai energi alternatif yang dapat dikembangkan. Syarat penggunaan energi alternatif adalah energi tersebut harus bersifat kotinu serta energi tersebut ramah lingkungan, sehingga tidak mengganggu kelangsungan hidup manusia dan makhluk lain.

  Seperti terlihat pada Tabel 1.1, potensi energi terbarukan yang negara kita miliki, energi angin memang menempati urutan paling bawah. Hal ini terjadi

  2

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  geografis yang cukup menguntungkan, yaitu negara kita memiliki jajaran pantai yang panjang dan kita dapat memanfaatkan angin darat dan angin laut. Kondisi ini sangat dapat kita jadikan alasan bagi kita untuk dapat memanfaatkan kekayaan dan kondisi alam kita. Dan untuk dapat ikut berpartisipasi dalam menghemat cadangan energi di bumi kita.

Tabel 1.1 Potensial Energi Terbarukan di Indonesia

  Sumber : Anonim, 2005, Blueprint Pengembangan Industru Energi Nasional

  2005-2020

  Bentuk Energi Potensial Energi Tersedia Kapasitas yang Terpakai Panas Bumi 27,00 GW 0,80 GW Mini / Mikro Hidro 458,75 MW 54,00 MW

  

2

Tenaga Surya 4,80 kWh/m /day

  5 MW Tenaga Angin 9,29 GW 0,0005 GW

  Indonesia seperti kebanyakan negara tropis, memiliki potensi energi angin yang rendah. Peta potensi angin yang dimiliki Negara Indonesia dapat dilihat pada Gambar 1.1.

  Berdasarkan kecepatanya, angin dapat dibagi menjadi beberapa kelas, seperti yang terlihat dalam Tabel 1.2 dari tingkat kecepatan angin yang berada pada 10 meter di atas permukaan tanah, kita juga dapat melihat kondisi alam yang terjadi di daratan.

1.2 Rumusan Masalah

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 1.1. Peta Potensi Angin Indonesia

  

  3

  dianalisa mengenai variasi diameter pada kincir dengan jumlah sudu dua, sehingga diperoleh data mengenai unjuk kerja kincir tersebut.

Tabel 1.2. Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di Atas Permukaan Tanah

  (sumber : Kelas

  Kecepatan Angin

  (m/s) Kondisi Alam di Daratan

  (sumber :

  0.00

• 2
• – 0.02
• – 1.5
• – 3.3

  Angin tenang, asap lurus ke atas

  Ranting pohon besar bergoyang, air plumpang berombak kecil

  1

  0.3

• – 5.4
• – 7.9
• – 10.7

  Dapat mematahkan ranting pohon, rumsh rubuh

  20.8

  10

  17.2

  9

  Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga

  13.9

  8

  10.8

  3

  7

  Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar

  8.0

  6

  Debu jalan, kertas beterbangan, ranting pohon bergoyang

  5

  Wajah terasa agak dingin, dau-daun bergoyang pelan, petunjuk arah angin bergerak

  3.4

  4

  Asap bergerak, mengikuti arah angin

  1.6

  5.5

• – 13.8
• – 17.1
• – 20.7 Dapat ,mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin
• – 24.4

  4

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.3 Batasan Masalah

  Pembahasan akan lebih memfokuskan pada batasan-batasan masalah sebagai berikut :

  1. Kincir model yang digunakan adalah kincir angin poros vertikal dengan dua buah sudu yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.

  2. Diameter maksimal kincir adalah 1 meter, menyesuaikan dengan lebar terowongan angin Universitas Sanata Dharma.

  3. Jumlah sudu kincir adalah dua buah.

  4. Variasi dilakukan pada diameter 70 cm dan 100 cm.

1.4 Tujuan Tugas Akhir 1.

  Membuat kincir angin tipe poros vertikal yang memiliki dua buah sudu yang dapat membuka dan menutup secara otomatis dengan variasi diameter.

  2. Menentukan hubungan antara daya kincir dan torsi untuk variasi kecepatan antara 5 m/s sampai dengan 7 m/s untuk dua variasi diameter kincir.

3. Menentukan hubungan antara koefisien daya (coefficient of power) dan tip speed ratio (tsr) untuk dua variasi diameter kincir.

1.5 Manfaat Tugas Akhir

  Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah : 1.

  Pengembangan teknologi tepat guna.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Definisi Angin

  Angin adalah udara yang bergerak karena adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran angin dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang memiliki tekanan rendah atau dari tempat bersuhu rendah ke tempat yang memiliki suhu tinggi.

2.1.1 Proses Terjadinya Angin

  Proses terjadinya angin erat kaitannya dengan matahari, secara ilmiah daerah yang terkena lebih banyak paparan sinar matahari akan memiliki suhu yang tinggi jika dibanding daerah yang lebih sedikit terkena paparan sinar matahari. Daerah yang terkena lebih banyak paparan sinar matahari juga akan memiliki tekanan udara yang lebih rendah jika dibanding daerah lainnya, maka akan terjadi aliran udara dari daerah yang bertekanan tinggi.

  Selain proses alamiah, angin juga dapat diciptakan sendiri. Angin buatan dapat dapat dihaasilkan dengan adanya pergerakan suatu benda, pergerakan ini akan menyebabkan terdorongnya udara karena adanya tekanan dari benda yang kita gerakkan.

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Adapun beberapa faktor yang dapat menyebabkan terjadinya angin dibagi menjadi empat tahap, yaitu :

  1. Gradien Barometris Merupakan bilangan yang menunjukan perbedaan tekanan udara dari dua isobar yang jaraknya 111 Km. Makin besar gradien barometrisnya, makin cepat tiupan anginnya.

  2. Letak Hal ini berkaitan dengan khatulistiwa, daerah yang berada di sekitar khatulistiwa mempunyai kecepatan angin lebih tinggi dari daerah yang berada jauh dari khatulistiwa.

  3. Tinggi Lokasi Semakin tinggi lokasinya, semakin kencang pula angin yang bertiup. Hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar.

  4. Waktu Angin bergerak lebih cepat pada siang hari, dan lebih lambat pada malam hari. ( http://id.wikipedia.org/wiki/Angin )

2.1.2 Macam-macam Angin

  Beberapa jenis atau macam-macam angin yang dapat kita jumpai di Indonesia antara lain adalah angin laut, angin darat, angin gunung, angin lembah,

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  siang hari antara pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00 pada saat suhu di darat lebih tinggi daripada suhu lautan. Angin ini dimanfaatkan bagi para nelayan untuk pulang dari berlayar mencari ikan. Angin darat merupakan angin yang bergerak dari arah darat ke laut, karena perbedaan suhu antara daratan dan lautan, angin darat terjadi pada malam hari antara pukul 20.00 sampai dengan pukul 06:00 pada saat suhu di darat lebih rendah daripada suhu lautan. Angin ini dimanfaatkan bagi para nelayan untuk berangkat berlayar mencari ikan. Angin gunung adalah angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah, angin ini biasanya terjadi pada malam hari. Angin lembah adalah angin yang bertiup dari lembah ke arah puncak, angin ini biasanya terjadi pada siang hari. Angin Jatuh/Angin terjun sering juga disebut angin fohn. Angin fohn adalah angin yang bertiup pada suatu wilayah dengan temperatur dan kelengasan yang berbeda. Angin fohn terjadi karena ada gerakan massa udara yang naik pegunungan yang tingginya lebih dari 200 meter di satu sisi lalu turun di sisi lain. Biasanya angin ini bersifat panas merusak dan dapat menimbulkan korban. Tanaman yang terkena angin ini bisa mati dan manusia yang terkena angin ini bisa turun daya tahan tubuhnya terhada serangan penyakit. Di beberapa daerah di Indonesia angin ini memiliki beberapa nama atau sebutan sesuai daerahnya, yaitu : a.

  Angin gending di Jawa Timur b.

  Angin bahorok di Sumatera Utara c. Angin barubu / Brubu di Sulawesi Selatan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ( http://organisasi.org/macam-macam-jenis-jenis-angin-lokal-di-indonesia-ilmu-

  pengetahuan-geografi )

2.1.3 Perkembangan Tenaga Angin

  Perkembangan teknologi dalam dua dekade terakhir menghasilkan turbin angin yang modular dan mudah dipasang. Saat ini sebuah turbin angin modern 100 kali lebih kuat daripada turbin dua dekade yang lalu dan ladang angin saat ini menyediakan tenaga besar yang setara dengan pembangkit listrik konvensional.

  Pada awal tahun 2004, pemasangan tenaga angin secara global telah mencapai 40.300 MW sehingga tenaga yang dihasilkan cukup untuk memenuhi kebutuhan sekitar 19 juta rumah tangga menengah di Eropa yang berarti sama dengan mendekati 47 juta orang. Dalam 15 tahun terakhir ini, seiring meningkatnya pasar, tenaga angin memperlihatkan menurunnya biaya produksi hingga 50%.

  Saat ini di wilayah yang anginnya maksimum, tenaga angin mampu menyaingi PLTU batu bara teknologi baru dan di beberapa lokasi dapat menandingi pembangkit listrik tenaga gas alam.

2.2 Teknologi Kincir

  Kincir angin adalah sebua untuk mengaTurbin angin kebanyakan ditemukan d

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2.2.1 Sejarah Kincir

  Naskah tertua tentang kincir angin terdapat daladari abad ke-9 Masehi yang menjelaskan bahwa kincir angin yang dioperasikan di perbatasan untuk menguapkan air laut dalam memproduksi garam. Terakhir masih digunakan di opa dan Amerika Serikat.

  Kincir angin pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik dibangun oleh P. La Cour da Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang disebut mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m). Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.

  (sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin )

  2.2.2 Prinsip Kerja Kincir

  Secara sederhana prinsip kerja kincir angin sebagai penghasil listrik dapat kita lihat sebagai berikut :

1. Angin akan meniup bilah kincir angin sehingga bilah bergerak

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3.

  Poros dihubungkan ke gearbox, di gearbox kecepatan perputaran poros ditingkatakan dengan cara mengatur perbandingan roda gigi dalam gearbox 4. Gearbox dihubungkan ke generator. generator merubah energi mekanik menjadi energi listrik

  5. Dari generator energi listrik menuju transformer untuk menaikan tegangannya kemudian baru didistribusikan ke konsumen (sumbe

2.2.3 Macam-macam Kincir Angin

  Adapun beberapa macam kincir angin, kincir angin dapat digolongkan menjadi dua berdasarkan posisi porosnya :

  1. Kincir Angin Poros Vertikal (Vertical Axis Wind Turbine)

  2. Kincir Angin Poros Horisontal (Horizontal Axis Wind Turbine) Kincir angin poros vertikal posisi porosnya terletak tegak lurus dengan permukaan tanah atau letak porosnya tegak lurus dengan arah datangnya angin.

  Contoh beberapa kincir angin yang menggunakan poros vertikal antara lain : Savonius, Giromill, Darrius, Cycloturbine, Volkswind Turbine, Cup Anemometer.

  Kincir angin poros horisontal posisi porosnya terletak sejajar dengan permukaan tanah atau letak porosnya sejajar dengan arah datangnya angin.

  Contoh beberapa kincir angin yang menggunakan poros horizontal antara lain : American Multiblade, Dutch Four Arm, High Speed Propeller, Cretan Sail

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2.3 Gaya Drag dan lift

  Gaya drag dapat juga disebut sebagai gaya hambat atau sering pula kita kenal dengan hambatan fluida atau seretan. Gaya ini menghambat laju sebuah benda padat yang melalui suatu fluida (gas atau cair). Dalam gaya gesek sendiri terdapat dua bentuk gaya, gaya tekan dan gaya gesek. Gaya tekan bekerja pada arah tegak lurus dengan permukaan benda, sedangkan gaya gesek terletak sejajar dengan permukaan benda.

  Gaya lift kita kenal sebagai gaya angkat. Gaya ini biasanya digunakan dalam teknologi industri pesawat terbang, gaya ini sangat berperan penting agar pesawat dapat terbang. Gaya ini bekerja pada permukaan sayap, secara singkat dapat dijelaskan bahwa untuk dapat menghasilkan gaya lift, maka tekanan di bawah permukaan sayap harus lebih besar dari pada tekanan di atas permukaan sayap.

  2.4 Koefisien Daya

  Koefisien daya (C ) pada sebuah kincir angin dapat dihitung dari

  p

  perbandingan antara daya poros yang dihasilkan kincir (P k ) dengan daya angin yang diterima kincir (P a ), maka dapat kita tuliskan sebagai berikut : (1)

  Keterangan :

  C : Koefisien daya ( % ) p

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Sedangkan untuk daya poros sendiri dapat kita dapat dari perkalian antara torsi dengan kecepatan sudut, maka dapat kita tuliskan sebagai berikut : (2)

  Keterangan :

  T : Torsi (Nm)

  : Kecepatan sudut (rad./detik) Untuk kecepatan sudut dapat kita jabarkan lagi menjadi :

  (3) Keterangan :

  : Kecepatan sudut (rad./detik) n : Banyaknya putaran poros per menit.

  Untuk perhitungan torsi dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut: (4)

  Dalam hal ini,

  T : Torsi (Nm) F : Gaya (N) r : Jarak lengan poros (m) t

  Sedangkan untuk besarnya P a atau daya angin dapat kita peroleh dari beberapa hal, karena daya merupakan energi tiap satuan waktu, maka daya angin adalah energi angin yang merupakan energi kinetik tiap satuan waktu. Maka dapat kita tuliskan sebagai berikut :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Keterangan :

  Ek : Energi kinetik angin ( Joule ) m : Massa udara yang mengalir ( kg ) v : Kecepatan angin

  Karena daya angin merupakan energi per satuan waktu maka dapat kita tuliskan sebagai berikut : (7)

  Maka dapat kita sederhanakan menjadi : (8)

  Dalam hal ini, : Daya angin (watt)

  3

  : massa jenis udara (kg/m )

  v : Kecepatan angin

  Rumus daya di atas kita asumsikan bahwa energi kinetik dapat kita ubah menjadi kerja, namun dalam kenyatannya tidak demikian, maka umunya daya efektif yang dapat diterima kincir poros vertikal hanya 59,3 %. Angka ini sering dikenal sebagai Betz Limit. Seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2 angka ini merupakan batas maksimum dari berbagai jenis kincir poros vertikal.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.5 Tip Speed Ratio(tsr)

  

Tip Speed Ratio adalah perbandingan dari kecepatan ujung sudu yang

  berputar dengan kecepatan aliran udara, tsr dapat dituliskan dengan rumus : (9)

  Keterangan : tsr : Tip speed ratio

  r : Jari-jari kincir ( meter ) k n : Putaran poros ( Rpm ) v : Kecepatan aliran ( m/s)

Gambar 2.1 Grafik Betz limit

  (sumber: digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-5125-4203109009-

  bab2.pdf)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III METODE PENELITIAN Penelitian telah dilaksanakan di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma. Pengambilan data dilaksanakan pada 22 - 23 Januari 2011.

3.1 Peralatan dan Bahan

  Dalam penelitian ini ada beberapa alat yang harus disiapkan, baik dalam proses pembuatan maupun dalam tahap pengujian. Adapun alat-alat yang mendukung proses pengujian antara lain bahan uji yang berupa kincir angin poros vertikal, dan alat-alat uji.

3.1.1. Bahan Uji

  Bahan yang akan diuji adalah model kincir angin poros vertikal yang memiliki dua buah sudu yang dapat membuka dan menutup secara otomatis dengan variasi diameter kincir. Kincir model ini terdiri dari tiga bagian utama yaitu rangkaian sudu, rangkaian poros utama, rangkaian penahan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  1. Rangkaian sudu

  Bagian ini terdiri dari dua buah pipa alumunium dan sebuah penghubung yang merupakan tempat pemasangan sudu. Dalam kincir model ini terdapat dua buah rangkaian sudu, yaitu bagian atas dan bawah, seperti terlihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Rangkaian sudu

  2. Rangkaian poros Seperti terlihat pada Gambar 3.3 rangkaian ini berfungsi untuk meletakkan rangkaian sudu dan merupakan poros kincir model. Bagian ini terdiri dari dua buah pipa dan satu buah penahan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3. Rangkaian penahan Seperti terlihat pada Gambar 3.4 rangkaian ini berfungsi untuk menahan rangkaian sudu agar dapat terpasang dengan tegar pada tangkaian poros.

Gambar 3.4 Rangkaian penahan 3.1.2.

   Alat-Alat Uji

  Alat uji yang dipakai merupakan alat-alat uji yang telah tersedia di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma. Adapun alat-alat uji dipakai antara lain lorong angin, fan blower, generator, pegas pengukur beban, anemometer, tachometer.

  1. Lorong angin Fungsi lorong angin tersebut selain sebagai tempat pengucian kincir juga sebagai penangkap dan mengumpulkan angin dari fan blower. Dimensi lorong angin ini adalah 1200 x 1200 mm dengan bentuk seperti terlihat pada Gambar 3.5.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.5 Lorong angin

  2. Fan blower

  Bagian ini, seperti telihat pada Gambar 3.6 memiliki fungsi sebagai penghisap angin yang melalui lorong angin. Blower ini memiliki motor penggerak dengan daya 5,5 kW.

Gambar 3.6 Fan Blower

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3. Generator Generator yang ditunjukan pada Gambar 3.7 berfungsi mengubah energi gerak yang dihasilkan dari putaran poros kincir angin menjadi energi listrik.

  Generator menghasilkan arus dan tegangan listrik, output yang dihasilkan akan digunakan untuk mencari nilai daya yang dihasilkan.

Gambar 3.7 Generator

  4. Pengukur beban Pengukur beban seperti pada Gambar 3.8 berfungsi untuk mengetahui besarnya beban yang diberikan terhadap kincir.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  5. Anemometer Anemometer seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.9 berfungsi untuk mengukur sekaligus mengetahui kecepatan angin.

Gambar 3.9 Anemometer

  6. Tachometer Tachometer seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.10 berfungsi untuk mengukur putaran poros pada saat pengambilan data.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  7. Rangkaian beban lampu Seperti yang terlihat pada Gambar 3.11, rangkaian beban lampu berfungsi untuk mengetahui kemampuan kincir angin dan berfungsi sebagai beban variatif.

Gambar 3.11 Rangkaian beban lampu

3.2 Variabel Penelitian

  Terdapat beberapa variable penelitian yang perlu diperhatikan, adapun variable penelitian tersebut sebagai berikut :

1. Variasi dilakukan pada diameter 70 cm dan 100 cm 2.

  Pengujian dilakukan pada variasi kecepatan antara 5 m/s sampai dengan 7 m/s.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.3 Paramater yang diukur

  Parameter ini merupakan parameter yang diperoleh dari proses pengukuran atau pengambilan data saat pengujian kincir, adapun parameter- parameter tersebut antara lain adalah sebagai berikut :

  1. Angka putaran kincir

  2. Gaya penyeimbang torsi

3.3.1 Angka putaran kincir

  Untuk dapat mengetahui besarnya angka putaran yang di hasilkan kincir pada setiap variasi kecepatan angin, variasi diameter dan pembebanan dapat dilakukan dengan langkah-langkakh sebagai berikut : 1.

  Memasang kincir pada lorong angin 2. Merangkai poros kincir pada rangkaian generator melalui transmisi sabuk.

  3. Menghubungkan generator dengan rangkaian lampu.

  4. Merangkai anemometer pada bibir luar lorong angin untuk mengetahui kecepatan angin.

  5. Mengatur jarak fan blower untuk mendapatkan variasi kecepatan angin yang diinginkan. Pengaturan jarak dilakukan pada kondisi fan blower berputar.

  6. Mengukur besarnya angka putaran poros kincir yang telah dihubungkan dengan transmisi sabuk menggunakan tachometer.

  7. Pengukuran angka putaran kincir dilakukan pada kondisi tanpa pembebanan lampu sampai pembebanan lampu maksimal hingga poros tidak berputar.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  8. Mengatur jarak fan blower lagi untuk menentukan variasai kecepatan angin, kemudian lakukan pengukuran angka putaran kincir mulai dari tanpa pembebanan lampu hingga pembebanan maksimal generator.

9. Mencatat besarnya putaran kincir pada setiap variasi diameter kincir, kecepatan angin dan pembebanan.

3.3.2 Pengukuran gaya penyeimbang Torsi

  Untuk mengetahui besarnya torsi pembebanan yang dihasilkan kincir pada setiap pembebanan, maka perlu mengukur besarnya gaya penyeimbang beban yang diterima kincir. Proses pencatatan besarnya gaya ini dapat dilakukan pada saat melakukan pengukuran angka putaran kincir. Adapun langkah-langkah yang dapat dilakukan dalam pengukuran gaya adalah sebagai berikut : 1. Meletakkan kincir angin pada lorong angin.

  2. Menghubungkan poros kincir dengan generator melalui transmisi sabuk yang terdapat di bawah lorong angin.

  3. Memasang anemometer seperti pada proses pengukuran angka putaran kincir, untuk mengatur kecepatan yang diinginkan.

  4. Menghubungkan generator dengan rangkaian lampu.

  5. Meletakkan pegas pengukur beban pada dinding luar lorong angin yang dihubungkan dengan tali yang terkait pada lengan generator.

  6. Menghidupkan fan blower pada kondisi tanpa pembebanan pada generator.

  7. Melihat posisi tali yang terhubung pada pegas apakah tegak lurus dengan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  a

  )

  p

  5. Koefisien daya (C

  4. Perhitungan daya kincir (P k )

  )

  8. Mengatur ketinggian pegas pengukur beban hingga posisi tali menjadi tegak lurus dengan lengan pada generator.

  9. Mencatat besarnya beban yang diterima kincir dengan melihat pada pegas pengukur beban.

  2. Perhitungan Torsi ( T )

  1. Perhitungan tsr

  Adapun beberapa parameter yang yang dapat dihitung dari proses pengukuran di atas, parameter-parameter tersebut antara lain adalah sebagai berikut :

  12. Mengulangi proses 1 - 11 untuk setiap variasi kecepatan angin dan variasi diameter kincir.

  11. Mengatur kembali posisi tali agar tegak lurus dengan lengan generator, apabila posisi tali sudah posisi tegak lurus dengan lengan generator, maka dapat langsung melihat besarnya beban pada pegas pengukur beban.

  10. Memberi penambahan beban dengan menghidupkan lampu pada rangkaian lampu yang sudah terangkai dengan generator.

3.4 Parameter yang dihitung

  3. Perhitungan daya angin (P

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

  27 7 120 48,89 26,8 6,66 120 42,15 27,1

  27,1 7,03 160 38,28

  27,1 6,99 160 38,85 27 6,78 110 44,23

  27 7 160 38,44 26,9 6,74 110 45,97

  6,76 110 42,79

  7,03 120 40,39 26,8 6,55 120 40,97 26,9

  6,99 120 46,56 26,8 6,69 120 41,55 27,1

  Data yang dapat diperoleh dari proses pengujian antara lain kecepatan angin, angka putaran kincir dan pembebanan. Data dari tiap variasi sudu dapat dilihat pada

Tabel 4.1 dan Tabel 4.2

4.1.1 Diameter sudu 70 cm

  Beban (gram)

  Angin (m/s)

  Suhu (°C) Kec.

  Putaran (rpm)

  Beban (gram)

  Angin (m/s)

  Suhu (°C) Kec.

Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 70 cm

  Data untuk pengujian kincir dengan diameter 70 cm dapat dilihat pada Tabel 4.1, adapun parameter yang dicatat adalah suhu, kecepatan angin, putaran kincir, beban penyeimbang.

  Putaran (rpm)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  27,1 6,99 180 21,11

  27,1 7,03 240 18,86

  27,1 7,03 200 25,18

  27,1 6,99 240 19,97

  27,1 6,99 200 24,6

  27 7 200 25,36 27 7 240 20,09

  26,8 6,66 170 24,23 26,8 6,66 200 18,19 26,8 6,69 170 24,35 26,8 6,69 200 16,05 26,8 6,55 170 24,56 26,8 6,55 200 19,5

  26,9 6,74 180 29,47 26,9 6,74 210 18,96 27 6,78 180 29,24 27 6,78 210 21,79

  26,9 6,76 210 20,18

  26,9 6,76 180 29,65

  27,1 7,03 220 20,55

  27,1 7,03 180 29,69

  27,1 6,99 220 21,5

Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 70 cm

  (Lanjutan) Suhu

  26,8 6,66 150 30,9 26,8 6,66 190 20,11 26,8 6,69 150 30,55 26,8 6,69 190 19,83 26,8 6,55 150 31,55 26,8 6,55 190 21,05

  26,9 6,74 150 34,22 26,9 6,74 200 23,69 27 6,78 150 35,51 27 6,78 200 25,27

  26,9 6,76 200 21,83

  26,9 6,76 150 35,96

  Putaran (rpm)

  Beban (gram)

  Angin (m/s)

  Suhu (°C) Kec.

  Putaran (rpm)

  Beban (gram)

  Angin (m/s)

  (°C) Kec.

  27 7 180 30,98 27 7 220 21,22

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

4.1.2 Diameter sudu 100 cm

  27,6 6,12 130 42,12 26,5 6,81 260 44,25

  26,5 6,81 230 44,78 26,7 6,87 280 43,74

  26,6 6,92 230 44,67 26,7 6,74 2802 42,5

  27,6 6,03 170 36,28 26,5 6,77 2902 42,55

  27,6 6,12 170 33,77 26,5 6,81 290 42,65

  26,6 6,92 290 43,1

  27,6 6,03 170 37,43

  27,6 6,03 220 27,12

  6,12 220 25,88 26,7 6,85 190 48,03

  26,7 6,87 190 51,95 27,6

  27,6 6,03 220 27,69

  26,5 6,81 190 51,59 26,7 6,87 250 41,61 26,5 6,77 190 50,61 26,7 6,85 250 38,2 26,7 6,74 190 54,46

  26,6 6,92 190 53,38 26,7 6,74 250 42,29

  27,6 6,03 130 40,66 26,5 6,77 260 46,78

  Sedangkan untuk data hasil perngujian untuk kincir dengan diameter 100 cm dapat dilihat sesuai Table 4.2

Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengujian kincir dengan diameter kincir 100 cm

  Beban (gram)

  Suhu (°C) Kec.

  Angin (m/s)

  Beban (gram)

  Putaran (rpm)

  Suhu (°C) Kec.

  Angin (m/s)

  Putaran (rpm)

  27,6 6,03 130 40,33

  26,6 6,92 140 57,86 26,7 6,74 230 52,97

  26,5 6,81 140 54,8 26,7 6,87 230 52,68 26,5 6,77 140 58,18 26,7 6,85 230 49,06 26,7 6,74 130 53,69

  27,6 6,03 200 33,3

  26,7 6,87 130 55,69 27,6

  6,12 200 34,22 26,7 6,85 130 50,89

  27,6 6,03 200 33,62

  26,6 6,92 260 45,5

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  26,6 6,92 300 37,14 26,7 6,74 310 34,16

  6,03 340 22,21

  6,12 340 20,18 27,6

  6,03 340 22,64 27,6