Unjuk kerja America Wind Mill dengan variasi jumlah sudu - USD Repository
UNJUK KERJA AMERICAN WIND MILL DENGAN VARIASI
JUMLAH SUDU
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Progam Studi Sains dan Teknologi
Disusun oleh:
WIDYA KRISTIYANTO
NIM : 065214034
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2009
THE PERFORMANCE of AMERIKAN WIND MILL WITH
VARIATION of BLADE NUMBER
FINAL PROJECT
Presented as partial Fulfillment on the Requirements
To obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering study program
By:
WIDYA KRISTIYANTO
NIM : 065214034
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efisiensi dan daya yang dihasilkan terhadap kecepatan angin untuk setiap variasi jumlah sudu 2,3,6, dan 12. Agar menghasilkan listrik, kincir angin dihubungkan dengan generator. Darikincir ini kita bisa mengukur tegangan, arus dan efisiensi. Alat ini diberikan variasi
lampu sebagai pembebanannya. Pada setiap pembebanan dilakukan pengukuran
putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer dan arus listrik yang
dihasilkan diukur dengan menggunakan multimeter.Daya yang dihasilkan paling tinggi pada jumlah sudu 12 sebesar 9,20 watt pada
kecepatan angin 7,57 m/s, dikarenakan kecepatan angin mempengaruhi daya yang
dihasilkan. CP ( koefisien daya ) tertinggi 0,06 pada variasi jumlah sudu 12.KATA PENGANTAR
Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas setiap waktu yang telah
diberikan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada henti di dalam
penulisan tugas akhir ini hingga selesai.Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi
mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam
pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,
baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan
ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan , serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.
4. Kepada kedua orang tua, atas dukungan moral, financial, doa dan motivasi yang
tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.5. Kakak dan adikku yang telah mendukung selama ini
6. Dewi Pristiana, atas segala cinta, kasih sayang, dan semangatnya selama ini yang
telah diberikan.
7. Segenap teman-teman Teknik Mesin terutama angkatan 2006, banyak
pembelajaran yang penulis dapatkan bersama kalian.
8. Saudara-saudara penulis dan teman-teman penulis yang tidak dapat disebutkan
oleh penulis satu per satu.Saya menyadari penulisan Tugas Akhir ini banyak kekurangan, dengan sedikit
inspirasi ini dapat menjadi jalan menuju suatu hal yang lebih baik untuk penulisan
tugas akhir teman-teman nantinya serta melanjutkan ke arah penelitian dan
penciptaan demi kemajuan Universitas kita.Yogyakarta, 21 Desember 2009 Widya Kristiyanto
DAFTAR ISI Hal.
HALAMAN JUDUL ...…………..………………………………………...... i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .…………………………...... iii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ………................... Iv
HALAMAN PERNYATAAN .…………………………………....................V LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH.…………………………………....................................................... Vi
INTISARI …………………………………………………………………… Vii
KATA PENGANTAR …………………………………...………………….. Viii
DAFTAR ISI ……………………………………………………....................X DAFTAR TABEL……………………………………………………………. Xii
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………… Xiii
BAB I PENDAHULUAN ……………………………...................................1 1.1. Latar Belakang .............……………...……………..................
1 1.2. Perumusan Masalah …………………………………..……….
4 1.3. Batasan Masalah ………………………………………............
4 1.4. Tujuan ................……………………………………………..
4
1.5. Manfaat................……………………………………………..
5 BAB II DASAR TEORI………………….......…….…………………...........
6 2.1. Pengertian Angin ………..…………………………………….
6 2.2. Tipe Turbin Angin ......................................................................
6 2.2.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Horizontal.....................
8 2.2.2.Kekurangan Kincir Angin Sumbu Horizontal...................
8 2.3. Gerak Turbin...............................................................................
9 2.4. Perhitungan Pada Turbin.............................................................
9 BAB III METODOLOGI PENELITIAN………….………………………...
17
3.2. Peralatan Penelitian ....................................................................
17
3.3. Bahan Penelitian..........................................................................
19
3.4. Analisa Data................................................................................
21
3.5. Langkah Penelitian......................................................................
21 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN.......... …...………...........
23 4.1. Data Penelitian ...........................................................................
23
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ……………………………..
32
4.3. Grafik Hasil Perhitungan ………………………………………
46 BAB V PENUTUP ..........................................................................................
52 5.1. Kesimpulan .................................................................................
52 5.2. Saran ...........................................................................................
52 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................
53 LAMPIRAN......................................................................................................
54
DAFTAR TABEL
HalTabel 1.1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika .....................................................................................3 Tabel 2.1. Unjuk kerja macam-macam kincir angin……………………….. 8 Tabel 2.3. Spesifikasi bahan poros ………………………………………....
13 Tabel 4.1. Data perolehan dari kincir bersudu 2, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
23 Tabel 4.2. Data perolehan dari kincir bersudu 3, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
24 Tabel 4.2.1. Data perolehan dari kincir bersudu 3, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
25 Tabel 4.2.2. Data perolehan dari kincir bersudu 3, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
26 Tabel 4.3. Data perolehan dari kincir bersudu 6, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda……………………………...........................
27 Tabel 4.3.1. Data perolehan dari kincir bersudu 6, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
28 Tabel 4.3.2. Data perolehan dari kincir bersudu 6, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
29 Tabel 4.4. Data perolehan dari kincir bersudu 12, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
30 Tabel 4.4.1. Data perolehan dari kincir bersudu 12, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
31 Tabel 4.4.2. Data perolehan dari kincir bersudu 12, dengan variasi kecepatan angin berbeda-beda………………………………………………
32 Tabel 4.5. Data Perhitungan, Kecepatan angin, P , P , kecepatan ujung out in
Tabel 4.6. Data Perhitungan, Kecepatan angin, P out , P in , kecepatan ujung sudu, TSR, dan CP dengan variasi jumlah sudu 3………………39 Tabel 4.7 Data Perhitungan, Kecepatan angin, P out , P in , kecepatan ujung sudu, TSR, dan CP dengan variasi jumlah sudu 6 ........................
41 Tabel 4.8. Data Perhitungan, Kecepatan angin, P out , P in , kecepatan ujung sudu, TSR, dan CP dengan variasi jumlah sudu 12.......................
43
DAFTAR GAMBAR
Hal Gambar 2.1 Grafik Prestasi untuk Beberapa Jenis Turbin Angin...................7 Gambar 2.2 Kincir angin Amerikan poros mendatar......................................
7 Gambar 2.3 Kontruksi sabuk-V……………………………………………..
15 Gambar 2.4 Ukuran penampang sabuk-V……………….…………………..
15 Gambar 3.1 Generator listrik………………………………………………..
17 Gambar 3.2 Multimeter……….……………………………………………..
18 Gambar 3.3 Beban lampu…………………………………………………….
19 Gambar 3.4 Anemometr………………………………………………………
19 Gambar 3.5 Dudukkan sudu kincir….………………………………………...
20 Gambar 3.6 Sudu kincir……………………………………………………….
20 Gambar 3.7 Kerangka penyangga kincir………………………….…………..
21 Gambar 3.8 Skema alat.....................................................................................
22 Gambar 4.1 Grafik hubungan kec angin dengan daya output pada variasi jumlah sudu 2……………………………………………….......
46 Gambar 4.2 Grafik hubungan kec angin dengan daya output pada variasi jumlah sudu 3…………………………………………………….
47 Gambar 4.3 Grafik hubungan kec angin dengan daya output pada variasi jumlah sudu 6…………………………………………….............
47
Gambar 4.4 Grafik hubungan kec angin dengan daya output pada variasi jumlah sudu 12……………………………………….................48 Gambar 4.5 Gambar 4.6
Gambar 4.7 Gambar 4.8Gambar 4.8 Grafik hubungan daya output dengan putaran sudu pada variasijumlah suduc 2,3,6, dan sudu 12…….......................................... Grafik hubungan CP dengan TSR pada jumlah sudu 2……….. Grafik hubungan CP dengan TSR pada jumlah sudu 3……….. Grafik hubungan CP dengan TSR pada jumlah sudu 6……….. Grafik hubungan CP dengan TSR pada jumlah sudu 6………..
49
49
50
50
51 Gambar L.1 Bentuk sudu dengan variasi jumlah sudu 2 ................................
54 Gambar L.2 Bentuk sudu dengan variasi jumlah sudu 3 ................................
54 Gambar L.3 Bentuk sudu dengan variasi jumlah sudu 6 ..................................
55 Gambar L.4 Bentuk sudu dengan variasi jumlah sudu 12 ................................
55 Gambar L.5 Axial Blower…………………………………………………… 56
Gambar L.6 Wind Tunnel…………………………………………………… 56
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi angin merupakan salah satu sumber energi alternatif yang berkembang pesat. Dikarenakan masyarakat membutuhkan sumber- sumber energi alternatef, seiring dengan semakin sulitnya mendapat energi minyak bumi. Kebutuhan energi merupakan hal yang tak terpisahkan dari kehidupan manusia maka dari itu energi mempunyai peranan penting dalam memenuhi kebutuhan hidup, baik sosial ekonomi maupun lingkungan. Menurut data terbaru dari IFR Report, Economist 2008, dalam rentang tahun 2005 – 2030 diperkirakan kebutuhan minyak akan tumbuh sebesar 1,4% per tahun.
Sebenarnya, prediksi angka pertumbuhan ini jika dibandingkan dengan angka pertumbuhan sumber energi lainnya seperti gas, masih lebih rendah.
Akan tetapi, dalam proporsi penggunaan minyak sebagai energi di dunia, masih jauh lebih besar dibandingkan dengan sumber energi lainnya.
(Sumber Pada tahun 2005, minyak memegang kendali sebesar 39,2% dari total kebutuhan energi di dunia. Proporsi ini jauh di atas gas (23,0%), bahan padat
(27,6%), bahkan energi terbarukan (10,2%) sekalipun. Dua dekade mendatang, lebih tepatnya pada tahun 2030, diperkirakan proporsi minyak
27,4%, bahan padat turun menjadi 26,8%, dan energi terbarukan justru diperkirakan turun ke angka 9,2%. Hal ini menggambarkan situasi bahwa sampai dengan tahun 2030, minyak masih menjadi primadona sumber energi.( Sumber : )
Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di dunia. Ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi besar akan salah satu sumber energi terbarukan yaitu angin. Energi angin yang tersedia berlimpah, tidak habis-habis, dan tersebar luas. Penggunaan energi angin memiliki beberapa keunggulan yakni bersih dan tidak menimbulkan efek rumah kaca. Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi.
Energi angin merupakan energi terbarukan yang fleksibel, energi angin dapat di manfaatkan untuk keperluan misalnya untuk pembangkit listrik.
Alat yang di gunakan adalah kincir angin, energi potensial yang terdapat pada kicir angin akan memutar sudu-sudu pada kincir.Sudu- sudu ini terhubung pada poros dn akan memutarkan generator, sehingga menghasilkan listrik. Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi.
Tabel 1.1 Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan4.03
51.3
8 Iswahyudi
5.15
95.5
9 Kalianget
4.15
65.6
10 Denpasar
59.5
7 Semarang
11 Pasir Panjang
4.95
66.7
12 Kupang/Penfui
5.75
78.6
13 Waingapu
3.65
3.90
84.8
Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5 m/s atau lebih.
3 Tanjung Pandang
No Nama Daerah Kecepatan Rata-rata (m/s)
Masa Bertiup Angin Di atas 4.0 m/s (%)
1 Blang Bintang
3.50
42.6
2 Tanjung Pinang
3.75
62.5
4.35
5.30
75.0
4 Pondok Betung
3.70
25.0
5 Margahayu
4.30
90.0
6 Rendole/Pati
32.7 Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000 Dari data tabel kecepatan angin didaerah-daerah indonesia diatas, saya akan mencoba membuat kincir angin poros horizontal dengan jumlah sudu 2,3,6 dan 12. Dikarenakan kincir ini memiliki jumlah sudu yang
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: 1) Potensi angin yang terdapat diindonesia sangatlah besar namun untuk kecepatan angin itu sendiri sangat rendah.
2) Dari SDM Indonesia sangat rendah dalam bidang pendidikan, sehingga tidak dapat diterapkan teknologi tinggi.
3) Agar mudah dibuat dan mudah ditemui maka dibuat poros horizontal.
Membuat dan menguji kemampuan kincir angin poros horizontal untuk mengetahui unjuk kerja alat ini, agar dapat mengetahui kekurangan- kekurangan pada kincir angin ini.
1.3 Batasan Masalah
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu: 1) Jumlah sudu yang digunakan ialah sudu 2,3,6 dan 12. 2) bentuk sudu trapesium dan luas persudu sama. 3) Kecepatan angin untuk setiap variasi dirata-rata sama.
1.4 Tujuan
Membuat dan menguji model kincir angin american dengan jumlah sudu 2, 3, 6 dan 12, sebagai pembangkit listrik :
2. Mendapatkan efesiensi kincir maksimal pada variasi jumlah sudu.
3. Hubungan TSR dengan CP (koefisien daya) pada variasi jumlah sudu.
1.5 Manfaat
1. Dapat digunakan dalam pembuatan dalam skala besar yang mampu menghasilkan listrik sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat.
2. Untuk mengurangi dan menekan penggunaan energi minyak bumi yang lama kelamaan akan menipis dan habis.
3. Untuk menambah kepustakaan dan pengetahuan tentang energi terbarukan.
.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengertian Angin
Terjadinya angin karena adanya perbedaan temperatur, menyebabkan adanya perbedaan tekanan udara. Tempat dengan tekanan yang lebih rendah akan ditempati oleh udara inilah yang disebut dengan angin. ( sumber : Arismunandar, W., Penggerak Mula Turbin ).
Angin terjadi di lapisan Atmosfer pada lapisan Troposfer. Lapisan Troposfer ini memiliki ketebalan kurang lebih 11 km (3600 ft) dari permukaan laut ke atas.
2.2 Tipe Turbin Angin
Turbin angin poros horizontal atau (TASH) adalah turbin dengan poros utama horizontal. Salah satu turbin angin poros horizontal adalah Amerikan windmill. Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara.
Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Turbin angin poros vertikal atau TASV (Savonius) adalah turbin dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros turbin jenis TASV secara umum bergerak lebih perlahan dibanding jenis TASH, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi. Dari beberapa penelitian yang telah menyerap energi angin dengan effisiensi kurang lebih 30% ( sumber : Arismunandar, W., Penggerak Mula Turbin ). Menurut Profesor Betz, effisiensi maksimum kincir American sekitar 20%. Dapat dilihat pada
Gambar 2.1 dibawah ini.Ideal Propeller High Speed Propeller Savonius Darrieus A merican multiblade Dutch Four A rm
Gambar 2.1. Grafik Prestasi Untuk Beberapa Jenis Turbin AnginGambar 2.2. Kincir angin model American poros mendatar- – –
- – –
- – –
n
,
1
1
5
5 S S
a
a
v
v
o
o
n
i
>
i
u
u
s
s
,
,
1
1
5
5
1
,
>
2
V V e e r r t t i i c c a a l l A A x x i i s s P
r
r
,
,
3
3
,
,
4
4
5
5 < 5
P
e
a
a
n
n
e
e
m
m
o
o
n
n
e
1 D D a a r r r r i i u u s s , ,
2
o
2
m
e
e
t
t
r
r
y
y
,
,
2
,
o
,
3
3
5
5
1
1
5
5
4
4 ( Sumber : Ir. YB. Lukiyanto, M.T., Kuliah Rekayasa Tenaga Angin ).
2.2.1. Kelebihan kincir Angin Sumbu horizontal
m
o
5
r
5 – – , ,
3
3
5
5
1
1 – –
2
2 V
V
a
a
r
e
i
i
a
a
b
b
l
l
e
e
G
G
e
o
t
2.2.2. Kekurangan kincir Angin Sumbu Horizontal
e
5
50 C C
a
a
m
m
b
b
e
e
r
r
e
1
d
d
p
p
l
l
a
a
t
t
e
e
5
1
f
n
Tabel 2.1. Unjuk kerja macam-macam kincir angin Tipe CP Solidity %Horizontal Axis C
C
r
r
e
e
t
t
a
a
n
s
,
s
a
a
i
i
l
l
,
,
5
5
,
f
a
t
o
e
e
e
e
d
d
a
a
e
e
r
r
o
p
g
g
e
e
n
n
e
e
r
r
a
a
p
s
a
M M o o d d e e r r a a t t e e s s p p e e e e d d a a e e r r o o - - g g e e n n e e r r a a t t o o r r , ,
n
n
,
,
1
1
5
5
,
,
3
3 50 – 80
2
s
2 – – , ,
3
3
5
5 5 – 10
H
H
i
i
g
g
h
h
- – –
- – –
- Pondasi untuk menara lebih kuat untuk menahan kincir dari terpaan angin
- Putaran yang dihasilkan cukup tinggi.
- Dapat menerima angin pada kecepatan tinggi.
- Menara yang tinggi sulit dibawa kelokasi, akan membutuhkan biaya transpotasi yang cukup besar.
- TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil.
2.3. Gerak Turbin
- Pada dasarnya kerja turbin angin berkebalikan dengan kipas angin.
- Turbin angin bukan untuk membuat angin yang dialiri listrik melainkan turbin angin digerakan oleh angin untuk menghasilkan listrik.
- Angin yang mengenai sudu akan menghasilkan energi kinetik. Energi kinetik tersebut, akan memutar puli yang telah terpasang pada roda jalan dan generator. Lalu secara otomatis generator tersebut akan beputar dan menghasilkan energi listrik.
2.4. Perhitungan Pada Turbin 1. Daya Yang Dihasilkan Generator Listrik
Sebuah generator listrik berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik yang besarnya sebagai berikut : P out = V x I ……………………………………….. (1) dengan : V = Tegangan (Volt) A = Arus (Ampere) 2.
Daya Yang Tersedia Pada Angin
Daya yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin
3 Apabila massa jenis udara ( standar
1 , 225 kg / m ), maka
ρ =
persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :
3 P A v
,
6 = ⋅ ⋅ (Watt) …………………………………. (2) in
dengan keterangan : P in = daya angin, (watt) A = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir,
2 (m )
V
= kecepatan angin, (m/s) 3.
Perencanaan kekuatan poros
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan mesin. Poros berfungsi meneruskan daya dari suatu penggerak utama.
Untuk mengetahui seberapa besar diameter poros yang akan digunakan dalam perancangan kincir, maka perlu dilakukan perhitungan terhadap kekuatan poros terhadap beban-beban yang dikenakan
Hal utama yang paling penting dalam perencanaan kekuatan poros adalah torsi poros itu sendiri. Torsi pada poros terjadi bila ada beban- beban atau gaya-gaya yang mengenai. Beban atau gaya yang mengenai poros pada kincir dapat berasal dari kerangka kincir dan juga energi angin yang ditangkap oleh sudu kincir.
Secara matematis, beban atau gaya yang mengenai poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
- 1
λ
2 R U
60 R n
= = π
2 rpm 1 1 -
0,10472 det rad detik 60 rad
), adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu dengan kecepatan angin (V) Kita dapat menghitung TSR (λ) dengan persamaan berikut :
……………………………….. (4) Dengan : R = jari-jari terluar sudu (m) n = Putaran sudu (rpm) Tip speed ratio (
v P F
Perbandingan kecepatan ujung sudu dengan kecepatan angin biasa disebut dengan Tip Speed Ratio / TSR.
(radian per detik), symbol Ω dan ω.
Kecepatan kincir angin biasanya diukur berdasarkan kecepatan putarnya, dengan satuan rpm (revolutions per minute, simbol n) atau berdasarkan kecepatan sudutnya, dengan satuan rad s
Tip Speed Ratio / TSR
P = daya angin, (Watt) F = gaya yang diberikan angin,(N) v = kecepatan angin, (m/s) 4.
…………..…………………………….. (3) Dengan :
=
π = Ω = Dimana : U = kecepatan ujung sudu (m/s) V= kecepatan angin (m/s) 5.
Perhitungan Torsi
60 P * in
M (Nm) ………………………………. (6) t =
2 n * *
π
Dengan : t
M = torsi (Nm) P in = daya input (Watt) n = putaran poros (rpm)
Setelah torsi poros diketahui, maka dimensi poros juga perlu dihitung sesuai dengan beban yang dikenakannya. Dimensi poros yang perlu diperhitungkan adalah diameter poros.
Sebelum melakukan perhitungan diameter poros yang sesuai, maka perlu dipilih bahan poros yang akan digunakan. Bahan poros dan sifa- sifatnya dapat dipilih berdasarkan Tabel 1.3
Diameter poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : 1 / 3 5 ,
1
d K C T ……………………………………... (7) s = t ⋅ b ⋅
τ a
Dengan :
K t = faktor koreksi tumbukan
Koefisien daya (Cp) digunakan untuk menggantikan istilah efisiensi atau ujuk kerja, adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan
80 100 600 (dicelup dingin dalam air )
19
20 Baja karbon untuk konstruksi mesin S 25 C S 35 C S 45 C
45
52
58 123-183 149-207 167-229
21
26
30 Baja paduan dengan pengerasan kulit
S 25 CK
50 400 (dicelup dingin dalam miyak )
30 SNC 21 SNC 22
35-40 40-55
49 140 160 190
Baja krom nikel SNC 1 SNC 2 SNC 3
75
85
95 212-255 248-302 269-321
35-40 40-60 40-40
Perunggu logam delta perunggu fospor (coran) Perunggu nikel (coran)
18 35-60 19-30 64-90
85
5 10-20 5-7 20-30 Damar phenol,dll.
3-5 6.
Perhitungan Koefisien daya (C
p )
12
46
Tabel 2.3 : Spesifikasi bahan porosa
( Sumber : Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan
Elemen Mesin, 1997. )
Kelompok Bahan
Lambang Bahan
Kekuatan tarik σ
B
(kg/mm
2
) Kekerasan (Brinell)
H B
Tegangan lentur yang diizinkan σ
(kg/mm
42
2
) Besi cor
FC 15 FC 20 FC 25 FC 30
15
20
25
30 140-160 160-180 180-240 190-240
7
9
11
13 Baja cor SC 42 SC46 SC49
- 80-100 180-260
……………………………………….. (8)
=
Dengan :
C p = Koefisien Daya Kincir P = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir ( Watt ) out
P in = Daya Teoritis ( Watt )
Untuk mendapatkan CP yang maksimum menurut Betz Limit dapat dilihat pada gambar 2.1.
7. Transmisi sabuk dan puli
Jarak yang jauh antara dua poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda gigi. Oleh karena itu, dalam perancangan kincir angin ini digunakan transmisi berupa sabuk dan puli.
Sabuk yang digunakan dalam transmisi ada 2 macam, yaitu sabuk- V dan sabuk gilir. Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sedangkan sabuk gilir terbuat dari karet neoprene atau plasik poliuretan sebagai bahan cetak dengan inti dari serat gelas atau kawat baja. Selain itu, sabuk gilir juga mempunyai gigi- gigi yang dicetak secara teliti di permukaan sebelah dalam. ( Sumber :
Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin , karangan Sularso dan
Kiyokatsu Suga)
Transmisi sabuk-V bekerja berdasarkan gesekan belitan. Sabuk ini memiliki konstruksi yang sederhana, mudah untuk didapatkan perbandingan putarannya, dan murah harganya. Dilihat dari keuntungan yang ada, maka sabuk-V digunakan sebagai transmisi pada konstruksi kincir angin ini.
Dalam perhitungan sabuk dan puli, maka perlu lebih dahulu diketahui ukuran diameter poros yang nantinya dihubungkan pada kedua puli. Jika diameter kedua poros sudah diketahui, maka diperlukan pemilihan jenis sabuk-V yang sesuai dan diameter minimal puli.
Gambar 2.4 : Ukuran penampang sabuk-V( Sumber : Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan
Pemilihan Elemen Mesin, 1997. )
Untuk mendapatkan putaran yang diinginkan untuk dihubungkan pada generator, maka perlu diketahui lebih dahulu perbandingan putaran antara kedua puli. Perbandingan putaran dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : ( Sumber : Sularso dan Kiyokatsu Suga,
Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, 1997. ) i n n i n
. 1 2 2
= → =
…………………………………(9)
n 1 = putaran puli yang terhubung pada poros kincir, (rpm) n 2 = putaran puli yang terhubung pada poros generator, (rpm)
Setelah diketahui perbandingan putaran kedua puli, maka diameter masing-masing puli juga harus diperhitungkan.
Kecepatan linear sabuk-V dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
d n p ⋅ 1 v …………………………………………..(10) =
60 1000
×
Di pasaran terdapat bermacam-macam ukuran sabuk. Akan tetapi, ukuran yang sesuai dengan hasil perhitungan biasanya sulit didapatkan. Oleh karena itu, perhitungan yang dilakukan menyesuaikan dengan sabuk dan puli yang diperdagangkan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian Metode yang digunakan untuk penelitian pada tugas akhir ini adalah
kincir angin amerikan dengan jumlah sudu 2,3, 6 dan 12. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang berbada-beda sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda. Transmisi yang akan digunakan dalam kincir ini berupa puli dengan penghubung daya berupa sabuk. Daya tersebut akan dihubungkan pada poros rotor generator. Rotor generator akan berputar sehingga menghasilkan energi listrik,dan energi listrik inilah yang akan digunakan sebagai penerangan rumah tangga.
3.2. Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
1. Generator Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik. Alternator menghasilkan Arus listrik dan Tegangan listrik yang berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.
2. Tachometer Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC.
Tachometer yang digunakan tachometer jenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (contoh alumunium foil) yang dipasang pada poros.
3. Wind Tunnel Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang juga diletakkan didalam
Wind Tunnel tersebut.
4. Fan / Blower Alat ini menyerap angin yang akan disalurkan ke Wind Tunnel.
5. Multimeter Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.
Gambar 3.2 Multimeter6. Lampu / beban Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan
Gambar 3.3 Beban lampu7. Anemometer Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.
Gambar 3.4 Anemometer8. Peralatan Kunci-kunci Alat yang digunakan untuk membongkar pasang seperti kunci pas 10,12, dan14.
3.3. Bahan Penelitian
1. Dudukan sudu Terbuat dari besi cor dengan bentuk lingkaran dan diberi plat lalu dilas dengan sudut kemiringan yang telah ditentukan agar mempermudah
Gambar 3.5 Dudukan sudu kincir2. Sudu kincir Sudu kincir terbuat dari triplek dengan ketebalan 0,5,agar dalam pengujian bahan tersebut ringan sehingga dapat menggerakan kincir lebih mudah. Ukuran yang digunakan P=0,45mm, a=0,18mm, b=0,078mm.
Gambar 3.6 Sudu kincir3 kerangka penyangga kincir Terbuat dari besi cor, dilas,agar kuat untuk menopang putaran kincir angin.
Gambar 3.7 Kerangka penyangga kincir 3.4.Analisa Data
Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Putaran poros kincir dan Alternator yang dihasilkan ( n ).
2. Tegangan (Volt) dan Arus (Ampere) listrik pada Lampu.
3. Kecepatan angin (V) yang digunakan didapat dari pengukuran Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.
4. P diperoleh dari pengkalian Tegangan (Volt) dan Arus (Ampere) out Listrik yang dihasilkan dari lampu.