Unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu, berbahan PVC 8 inchi, diameter 1 m, lebar maksimal sudu 14 cm berjarak 20 cm dari sumbu poros
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL
EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M,
LEBAR MAKSIMAL SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI
SUMBU POROS
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S – 1 Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh :
Zakaria Jiang
NIM : 125214009
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAIN DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
(2)
ii
PERFORMANCE OF FOUR BLADE HORIZONTAL WIND
MILL WITH PVC 8 INCHI MATERIAL, THE OF DIAMETER
1 M, THE MAKSIMUM BLADE 14 CM WITH 20 CM
DISTANCE FROM THE CENTER OF A SHAFT
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfillment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
Zakaria Jiang
Student Number : 125214009
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
(3)
(4)
(5)
v
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini penulis menyatakan bahwa sesungguhnya dalam pembuatan atau penyusunan Skripsi dengan judul :
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMAL
SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI SUMBU POROS
Yang dibuat sebagai melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada program Strata – 1, Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sejauh yang penulis ketahui bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan sebelumnya di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang telah penulis dicantumkan dalam daftar pustaka.
Dibuat di :
Yogyakarta, 18 Mei 2017
(6)
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSUTUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta :
Nama : ZAKARIA JIANG Nomor Mahasiswa : 125214009
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, penulis memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah yang berjudul : UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMAL
SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI SUMBU POROS
Dengan demikian penulis memberikan hak sepenuhnya kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya diinternet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari penulis maupun memberikan royalti kepada penulis selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini penulis buat dengan sebenar – benarnya.
Yogyakarta,18 Mei 2017 Yang Menyatakan
(7)
vii INTISARI
Kebutuhan akan energi listrik di Indonesia terus meningkat pada setiap tahunnya, hal ini terjadi dikarenakan pertambahan jumlah penduduk yang semakin banyak, perkembangan teknologi dan hal ini menyebabkan persediaan minyak bumi maupun batu bara semakin berkurang dan menipis karena diambil terus – menerus, sehingga lama – kelamaan akan habis. Atas dasar kondisi sekarang ini dan juga ingin menyelamatkan bumi, munculnya ide untuk menghasilkan energi alternatif yang dihasilkan oleh alam yang tidak akan pernah habis, salah satu contohnya adalah angin, dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja dari kincir angin yang diteliti pada torsi, perbandingan daya, Coefisien Performance (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR).
Kincir angin yang dipakai dalam penelitian ini adalah kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 M, berbahan PVC 8 inchi. Terhadap tiga variasi kecepatan angin, pertama 8,3 m/s, kedua 7,2 m/s dan ketiga 6,1 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal dan tip
speed ratio pada kincir, maka poros kincir angin dihubungkan ke mekanisme
pembebanan lampu yang berfungsi untuk memberikan beban pada kincir angin saat berputar. Besarnya beban yang dihasilkan kincir dapat dilihat pada timbangan digital. Putaran kincir angin diukur menggunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer.
Dari hasil hasil penelitian ini, kincir angin pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 18,15 % pada tip
speed ratio 2,54 dengan daya output sebesar 46,37 Watt dan torsi sebesar 1,11
N.m. kincir angin dengan variasi kecepatan angin 7,2 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 25,08 % pada tip speed ratio 2,47 dengan daya
output sebesar 43,38 Watt dan torsi sebesar 1,22 N.m. kincir angin dengan variasi
kecepatan angin 6,1 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 22,05 % pada tip speed ratio 1,63 dengan daya output sebesar 23,19 Watt dan torsi sebesar 1,17 N.m. Dari ketiga variasi kecepatan angin yang telah diteliti, dapat disimpulkan bahwa putaran kincir angin pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s memiliki nilai koefisien daya mekanis maksimal dan tip speed ratio paling tinggi.
(8)
viii ABSTRACT
The need for electricity in Indonesia continues to increase every year, this happens because the population increases more and more, technological developments and this causes the supply of oil and coal on the wane and thinned since taken hold - again, so long - time will exhausted. On the basis of the current state and also want to save the earth, the idea to produce alternative energy produced by nature that will never run out, one example is the wind, to do research on the windmill. This study aims to assess the performance of windmills studied in torsi, the ratio of power, coefisien Performance (Cp) and Tip Speed Ratio (TSR).
The windmills were used in this study is a four-blade windmills angin propeler horizontal shaft diameter 1 M, PVC 8 inchi. Against three variations of wind speed, the first 8.3 m/s, the second 7.2 m/s and the third of 6.1 m/s. In order to obtain windmill power, torsi, maximum power coefficient and tip speed ratio at the windmill, the windmill shaft is connected to a charging mechanism that serves to provide a light load on the windmill while spinning. The magnitude of the resulting wheel load can be seen on digital scales. Round windmill was measured using a tachometer and the wind speed is measured using the anemometer.
The results of this research, the windmills on the variation of wind speed of 8.3 m/s, producing mechanical power coefficient maximum of 18.15 % on a tip speed ratio of 2.54 with a power output of 46.37 Watt and torsi of 1.11 N.m windmill with variations in wind speed of 7.2 m/s, producing mechanical power coefficient maximum of 25.08 % on a tip speed ratio of 2.47 with a power output of 43.38 Watt and torsi of 1.22 N.m. windmill with variations in wind speed of 6.1 m/s, producing mechanical power coefficient maximum of 22.05 % on a tip speed ratio of 1.63 with a power output of 23.19 Watts and torsi of 1.17 N.m. The third variation of wind speed that has been studied, it can be concluded that the rotation windmill on the variation of wind speed of 7.2 m/s has a maximum value of mechanical power coefficient and tip speed ratio is the highest.
(9)
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih, berkat, dan anugerah-Nya, sehingga dalam penyusunan dan penulisan skripsi yang berjudu : “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal Empat Sudu, Berbahan PVC 8 Inchi, Diameter 1 M, Lebar Maksimal Sudu 14 Cm Berjarak 20 Cm Dari Sumbu Poros”
,
ini dapat diselesaikan seperti yang diinginkan atau diharapkan penulis. Skripsi diajukan sebagai salah satu persyaratan yang wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mengalami hambatan dalam hal pengambilan data, pengolahan data, perhitungan dan penulisan. Namun karena kuasa dan berkah Tuhan Yesus Kristus yang tidak berkesudahan, bantuan, masukan dan keterlibatan semua pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih banyak atas bantuan, dorongan, dukungan baik secara moral, maupun materi dan doa antara lain kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
3. Dr. Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
(10)
x
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi Kincir Angin dan Kepala Laboratorium Konversi Energi, yang telah memberikan waktu, tenaga, pikiran selama peulis mengerjakan skripsi.
5. Segenap Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu kepada penulis selama ini.
6. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, atas segala pelayanan dan kerjasama selama proses pengambilan data dan penulisan skripsi.
7. Keluarga tercinta, Ayah (Teodorus Telea), Ibu (Yuliana Yung), Kakak (Kristina Wung) dan Adik (Valentinus Gonsa Be) penulis, yang selalu memberikan dukungan, dorongan dan doa.
8. Rekan – rekan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Angkatan 2012 Universitas Sanata Dharma yang selalu memberikan masukan dan saran kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi.
9. Serta semua pihak yang membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, yang tidak bisa penulis sebutkan satu – persatu.
Bila ada kekurangan penulis mengharapkan masukan dan saran agar dapat menyempurnakan skripsi ini, yang menjadi persyaratan wajib untuk menjadi Sarjana Teknik.
Yogyakarta,18 Mei 2017
(11)
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... iv
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
DAFTAR GRAFIK ... xviii
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
DAFTAR SIMBOL ... xxii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakan Masalah ... 1
1.2Perumusan Masalah ... 2
1.3Tujuan dan Manfaat ... 2
1.4Batasan Masalah ... 3
(12)
xii
2.1 Angin ... 4
2.1.1 Pengertian Angin ... 4
2.1.2 Proses Terjadinya Angin ... 4
2.1.3 Jenis – jenis Angin ... 5
2.2 Kincir Angin ... 12
2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ... 12
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 14
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR ... 16
2.4 Rumus – rumus Perhitungan ... 16
2.4.1 Daya Kincir ... 16
2.4.2 Torsi Kincir Angin ... 17
2.4.3 Tip Speed Ratio (TSR) ... 18
2.4.5 Daya Kincir Angin Mekanis ... 18
2.4.6 Daya Kincir Angin Listrik ... 19
2.4.6 Koefisien Daya (Cp) ... 19
2.5 PVC ... 20
2.5.1 Penyusun PVC ... 20
2.5.2 Penggolongan Polimer ... 21
BAB III METODE PENELITIAN... 24
3.1 Diagram Penelitian ... 24
(13)
xiii
3.2 Alat dan Bahan ... 25
3.3 Desain Kincir ... 33
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ... 33
3.4.1 Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu ... 33
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu ... 34
3.5 Langkah Penelitian ... 39
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ... 41
4.1 Data Hasil Pengujian ... 41
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 44
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ... 44
4.2.2 Perhitungan Torsi ... 44
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Mekanis ... 45
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ... 45
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ... 46
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ... 46
4.3 Data Hasil Perhitungan ... 47
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 51
4.4.1 Grafik Hubunga Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 51
4.4.2 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/ ... 52
(14)
xiv
4.4.3 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi
Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 52
4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 53
4.4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 54
4.4.6 Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 55
4.4.7 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 60
(15)
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Angin Laut dan Angin Darat ... 5
Gambar 2.2 Angin Laut... 6
Gambar 2.3 Angin Darat ... 6
Gambar 2.4 Angin Gunung dan Angin Lembah ... 7
Gambar 2.5 Angin Gunung ... 8
Gambar 2.6 Angin Lembah ... 8
Gambar 2.7 Angin Fohn ... 9
Gambar 2.8 Angin Muson ... 10
Gambar 2.9 Angin Muson Barat ... 11
Gambar 2.10 Angin Muson Timur ... 11
Gambar 2.11 Kincir Angin Dutch Four arm ... 12
Gambar 2.12 Kincir Angin Amerika Wind Mill ... 13
Gambar 2.13 Kincir Angin Darrieus ... 14
Gambar 2.14 Kincir Angin Savonius ... 15
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis Kincir Angin ... 16
Gambar 3.1 Diagram alur metode penelitian ... 24
Gambar 3.2 Sudu Kincir Angin ... 26
(16)
xvi
Gambar 3.4 Panel lampu ... 27
Gambar 3.5 Fan blower ... 28
Gambar 3.6 Tachometer ... 29
Gambar 3.7 Timbangan digital ... 29
Gambar 3.8 Anemometer ... 30
Gambar 3.9 Voltmeter ... 30
Gambar 3.10 Amperemeter ... 31
Gambar 3.11 Skema pembebanan ... 32
Gambar 3.12 Rangkaian Pembebanan lampu ... 33
Gambar 3.13 Desain Kincir... 33
Gambar 3.14 Pemotongan pipa ... 35
Gambar 3.15 Cetakan Kertas Karton ... 36
Gambar 3.16 Pembentukan Sudu pada Pipa ... 36
Gambar 3.17 Menghaluskan Sudu ... 37
Gambar 3.18 Pembuatan Lubang Baut Sudu ... 38
(17)
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Contoh dan kegunaan Polimer Komersial ... 23
Tabel 3.1 Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu ... 34
Tabel 4.1 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 41
Tabel 4.2 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 42
Tabel 4.3 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 43
Tabel 4.4 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 48
Tabel 4.5 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 49
(18)
xviii
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 51 Grafik 4.2 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 52 Grafik 4.3 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 53 Grafik 4.4 Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 54 Grafik 4.5 Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 55 Grafik 4.6 Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 56 Grafik 4.7 Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin ... 57
(19)
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel Pengujian Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 62 Lampiran 2. Tabel Pengujian Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 63 Lampiran 3. Tabel Pengujian Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 64 Lampiran 4. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 65 Lampiran 5. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 65 Lampiran 6. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 66 Lampiran 7. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 66 Lampiran 8. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 67 Lampiran 9. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 67 Lampiran 10. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 68 Lampiran 11. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 68 Lampiran 12. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 69
(20)
xx
Lampiran 13. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Ketiga Variasi kecepatan Angin... 69 Lampiran 14. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin ... 70 Lampiran 15. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 70 Lampiran 16. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 71 Lampiran 17. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 71 Lampiran 18. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin ... 72 Lampiran 19. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 72 Lampiran 20. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ... 73 Lampiran 21. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 73 Lampiran 22. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s ... 74 Lampiran 23. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 74 Lampiran 24. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s ... 75
(21)
xxi
Lampiran 25. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin ... 75 Lampiran 26. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Listrik pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin ... 76
(22)
xxii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
ρ Massa jenis kg/m3
r Jari – jari kincir M
A Luas penampang m2
Kecepatan angin m/s
� Kecepatan sudut rad/s
n Kecepatan putaran poros Rpm
F Gaya pembebanan N
T Torsi N.m
Pin Daya angin Watt
Po Daya listrik Watt
Pout Daya kincir Watt
TSR Tip Speed Ratio
Cp Koefisien daya %
Cpmax Koefisien daya maksimal %
m massa kg
Ek Energi kinetic Joule
� Volume m3
V Tegangan Volt
I Arus Ampere
waktu s
ṁ Laju aliran massa udara kg/s
Vt Kecepatan diujung sudu kincir m/s
L Panjang lengan torsi m
(23)
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Kincir angin pada awalnya dibuat untuk kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Kincir angin banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali oleh masyarakat dalam jumlah yang besar, namun diusahankan menggunakan biaya yang sedikit. Maka memanfaatkan energi alternatif dari alam untuk menghasilkan energi listrik salah satunya ialah angin, karena angin terdapat dimana-mana mudah utuk didapat dan tidak membutuhkan biaya yang besar.
Karena energi listrik tidak langsung dihasilkan oleh alam maka memanfaatkan angin harus menggunakan alat yang bekerja dan juga menghasilkan energi listrik, alat yang harus digunakan adalah kincir angin. Kincir angin akan memanfaatkan energi angin, lalu angin akan membuat sudu dan poros berputar lalu poros menggerakan generator yang pada saat putaran tinggi akan menghasilkan listrik. Kincir angin yang akan digunakan mempunyai empat sudu.
Penelitian atau pengujian harus dilakukan pada kincir angin poros horizontal empat sudu agar dapat mengetahui berapa besarannya tegangan listrik yang dihasilkan generator supaya dapat digunakan. Koefisien daya yang maksimal ini akan meningkatkan jumlah watt (daya) yang dihasilkan agar mendapatkan jumlah watt yang diinginkan dan dengan menggunakan jumlah empat sudu. Pengujian pada kincir angin diharap mendapatkan tegangan listrik yang diinginkan sebelum pengujian dilakukan pada kincir angin empat sudu, dan juga untuk mengetahui apabila tegangan listrik yang dihasilkan tidak sesuai dengan yang diinginkan.
(24)
2
Akan perbaiki jika ada kerusakan dan juga masalah yang menyebabkan kincir angin tidak menghasilkan tegangan listrik yang diinginkan akan diselesaikan atau diuraikan.
1.2Perumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan saat melakukan penelitian ini adalah : a. Diperlukan desain kincir angin yang tepat untuk mengkonversikan energi
angin dari Fan Blower tersebut dengan maksimal, agar mendapatkan efisiensi yang tinggi.
b. Menggunakan pipa PVC 8 inchi sebagai bahan pembuatan sudu kincir angin.
1.3Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat dan merancang sudu kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan PVC 8 inchi, diameter 1 m, lebar maksimum 14 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.
b. Mengetahui unjuk kerja dari kincir angin poros horizontal empat sudu.
c. Mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (TSR) dari kincir angin poros horizontal empat sudu.
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Agar dapat menghasilkan tenaga listrik yang besar sehingga dapat digunakan untuk kebutuhan energi.
b. Kincir angin ini dapat dibuat dalam skala besar sehingga mampu menghasilkan energi listrik yang cukup untuk digunakan masyarakat.
(25)
c. Kincir angin ini dapat membantu menghemat sumber daya alam, karena kita tidak sepenuhnya lagi menggunakan aliran listrik dari PLN, karena sebagian besar aliran listrik yang kita gunakan berasal dari kincir angin.
d. Agar kincir angin ini dapat digunakan sebagai penghasil energi listrik yang pemenfaatannya dari alam yaitu angin.
e. Menggembangkan energi alternative dari alam agar dapat dimanfaatkan secara masal terutama di Indonesia.
1.4Batasan Masalah
Batasan - batasan masalah saat melakukan penelitian ini adalah :
a. Model kincir angin dibuat tipe horizontal axis wind turbine (HAWT) dengan bahan PVC 8 inchi, dengan diameter 1 m, lebar maksimum 14 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.
b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
c. Kincir angin yang digunakan dalam penelitian berjumlah empat sudu, berat persudu 500 gram.
(26)
4 BAB II
DASAR TEORI
2.1Angin
Pada bagian ini akan membahas beberapa hal tentang angin yang menjadi bagian penting dalam penelitian dan juga sebagai energi alternatif yang mudah di dapatkan dimana saja. Tentunya akan dimanfaatkan, sehingga menjadi energi listrik yang akan digunakan untuk kebutuhan sehari – hari.
2.1.1 Pengertian Angin
Angin adalah suatu udara yang bergerak diakbiatkan oleh rotasi yang terjadi pada bumi serta perbedaan pada tekanan udara di sekitarnya. Angin tersebut bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah. Perbedaan tekanan udara yang disebabkan oleh perbedaan suhu udara, yang di akibatkan oleh pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari.
2.1.2 Proses Terjadinya Angin
Angin terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara atau perbedaan suhu udara pada suatu daerah atau wilayah. Hal ini berkaitan dengan besarnya energi panas matahari yang di terima oleh permukaan bumi. Pada suatu wilayah, daerah yang menerima energi panas matahari lebih besar akan mempunyai suhu udara yang lebih panas dan tekanan udara yang cenderung lebih rendah. Sehingga akan terjadi perbedaan suhu dan tekanan udara antara daerah yang menerima energi panas lebih besar dengan daerah lain yang lebih sedikit menerima energi panas, akibatnya akan terjadi aliran udara pada wilayah tersebut.
(27)
2.1.3 Jenis – jenis Angin
Angin terbagi menjadi beberapa macam jenis, antara lain sebagai berikut : A. Angin Laut dan Angin Darat
Angin laut adalah angin yang tiupannya yang berasal dari arah laut ke darat, dimana pada umumnya terjadi disaat siang hari tepatnya pada pukul 09.00 - 16.00. Sedangkan, Angin Darat adalah angin yang tiupannya berasal dari darat ke laut, dimana biasanya terjadi pada malam hari, tepatnya pukul 20.00- 06.00. terjadinya angin laut dan angin darat dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Angin Laut dan Angin Darat.
Sumber : http://ALAM/anginlautangindarat/2B3.png.diagses Juli 2016.
1. Angin Laut
Angin laut adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di tepian danau dan di sepanjang garis pantai di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari laut atau danau menuju daratan. Hal ini terjadi dikarenakan udara diatas daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas daratan lebih rendah dibandingkan di atas permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2.
(28)
6
Gambar 2.2 Angin Laut.
Sumber : https://upload.wikimedia.org/2/2e/AnginLaut.png. diakses Juni 2016.
2. Angin Darat
Angin darat adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di tepian danau dan di sepanjang garis pantai di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari darat menuju laut. Hal ini terjadi dikarenakan udara yang terdapat diatas daratan mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah dibandingkan di atas daratan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Angin Darat.
(29)
B. Angin Gunung dan Angin Lembah
Angin gunung adalah angin yang arah tiupannya dari puncak gunung ke lembag gunung dan biasanya angin gunung terjadi pada malam hari. Sedangkan, Angin Lembah adalah angin yang tiupannya dari arah lembah ke ke puncak gunung dan biasanya angin lembah terjadi pada siang hari, dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Angin Gunung dan Angin Lembah.
Sumber : http://blogspot.com/AnginGununAnginLembah.jpg. diakses Juni 2016.
1. Angin Gunung
Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung menuju lembah. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pendingin lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.
(30)
8
Gambar 2.5 Angin Gunung.
Sumber : http://www.slideplayer.AnginGunung/slide43.jpg. diakses Juni 2016.
2. Angin Lembah
Angin lembah adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari lembah menuju gunung. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan gunung menjadi lebih rendah dibandingkan di atas permukaan lembah seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Angin Lembah.
(31)
C. Angin Fohn
Angin fohn adalah angin terjadi akibat gerakan udara yang menaiki pegunungan. Udara tersebut kemudian mengalami kondensasi dan membentuk awan, lalu terjadi hujan di salah satu sisi lereng gunung. Pada daerah lereng yang lain tidak terjadi hujan karena terhalang oleh tinggi gunung. Daerah yang tidak mengalami hujan disebut daerah bayangan hujan dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Angin Fohn.
Sumber : http : //www.Apollo.lsc.vsc/graphis,schem.jpg. diakses Juni 2016.
D. Angin Muson
Angin muson yang terjadi di Indonesia ada dua, yaitu muson barat dan muson timur. Angin ini disebabkan adanya perbedaan tekanan udara dua benua yang mengapit kepulauan Indonesia, yaitu Benua Asia yang kaya perairan dan Australia yang kering. Angin Musim/Muson Barat adalah angin yang mengalir dari benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengandung curah hujan yang banyak di Indonesia bagian barat, hal ini disebabkan karena angin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra. Contoh perairan dan samudra yang dilewati adalah Laut China Selatan dan Samudra Hindia. Angin Musim Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim hujan. Angin ini terjadi pada bulan Desember, Januari dan Februari, dan maksimal pada bulan januari dengan Kecepatan Minimum 3
(32)
10
m/s.Angin Musim/Muson Timur adalah angin yang mengalir dari Benua Australia( musim dingin) ke Benua Asia (Musim panas) sedikit curah hujan ( kemarau) di Indonesia bagian timur karena angin melewati celah-celah sempit dan berbagai gurun (Gibson, Australia Besar, dan Victoria). Ini yang menyebabkan indonesia mengalami musim kemarau. Terjadi pada bulan juni, juli dan Agustus, dan maksimal pada bulan juli dapat dilihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Angin Muson.
Sumber : http://www.blogspot.com//38.AnginMuson.gif. diakses Juni 2016. 1. Angin Muson Barat
Angin muson barat adalah angin yang berhembus dari Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengandung curah hujan yang banyak di indonesia bagian barat, hal ini disebabkan karena ingin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra dapat dilihat pada gambar 2.9.
(33)
Gambar 2.9 Angin Muson Barat.
Sumber : http://www.blogspot.com//39.AnginMuson.gif. diakses Juni 2016.
2. Angin Muson Timur
Angin Muson Timur adalah angin yang mengalir dari benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas) sedikit curah hujan (kemarau) dibagian timur karena angin melewati celah-celah sempit dan berbagai gurun dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Angin Muson Timur.
(34)
12
2.2Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin pada awalnya ditemukan di Belanda dan Denmark yang pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan pembangkit tenaga listrik.
Berdasarkan posisi porosnya kincir angin dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir Angin Poros Horizontal atau propeler adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama dapat memutar 360o agar dapat menyesuaikan dengan arah angin. Kincir angin Poros Horizontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua, kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir.
Ada beberapa jenis Kincir Angin Poros Horizontal yang sudah umum dikenal dan dikembangkan diseluruh dunia, yang ditunjukan pada gambar 2.11 dan 2.12 :
A. Kincir Angin Dutch Four arm
Gambar 2.11 Kincir Angin Dutch Four arm
(35)
B. Kincir Angin Amerika Wind Mild
Gambar 2.12 Kincir Angin Amerika Wind Mill.
Sumber : http://www.blogspot.com/HAWT.jpg diakses Juni 2016.
Kelebihan dan kekurangan Kincir Angin Poros Horizontal : A. Kelebihan dari Kincir Angin Poros Horizontal :
a. Menara yang lebih tinggi dari permukaan tanah membuat kincir angin mendapatkan angin yang lebih kuat.
b. Kincir angin mampu mengkonveksikan energy angin pada kecepatan lebih tinggi.
c. Memberikan kinerja lebih baik pada produksi energy dibandingkan dengan Kincir Angin Poros Vertikal.
d. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang beradadiatas menara.
e. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.
(36)
14
B. Kekurangan dari Kincir Angin Poros Horizontal :
a. Kincir yang tinggi membuatnya sulit dipasang, membutuhkan derek yang tinggi dan serta para operator yang terampil dibidangnya.
b. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga sudu – sudu yang berat, gearbox, dan generator.
c. Kincir membutuhkan mekanisme control yaw tambahan untuk membelokan kincir sesuai dengan arah angin.
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir Angin Poros Vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT) adalah Kincir Angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah angin atau kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada Kincir Angin Poros Horizontal. Beberapa jenis Kincir Angin Poros Vertikal yang telah banyak dikenal di dunia bisa dilihat pada gambar 2.13 dan 2.14 :
A. Kincir Angin Darrieus
Gambar 2.13 Kincir Angin Darrieus.
(37)
B. Kincir Angin Savonius
Gambar 2.14 Kincir Angin Savonius.
Sumber : http://www.reuk.co.uk/Savonius-Wind-Turbines.htm. diakses Juni 2016.
Kelebihan dan kekuran Kincir Angin Poros Vertikal : A. Kelebihan dari Kincir Angin Poros Vertikal :
a. Kincir ini dapat berjarak lebih dekat dengan tanah, membuat pemeliharaan bagian – bagiannya menjadi lebih mudah.
b. Karena posisi sudunya yang Vertikal tidak membutuhkan mekanisme yaw.
c. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar untuk menahan kincir.
d. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah. e. Tetap dapat bekerja pada putaran yang rendah. B. Kekurangan dari Kincir Angin Poros Vertikal :
a. Semua berat rotor dibebankan pada bantalan bawah.
b. Torsi awalnya rendah sehingga membutuhkan energi untuk memulai putaran awal.
c. Karena letak kincir yang rendah maka factor keselamatan harus diperhatikan.
(38)
16
2.3Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR
Menurut Albert Betz adalah seorang Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari Kincir Angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.15 Albert Betz menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.15:
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis Kincir Angin.
Sumber :http://( www.gunturcuplezt.com) diakses Juni 2016 2.4Rumus – Rumus Perhitungan
Rumus – rumus digunakan dalam melakukan perhitungan da analisis data yang di dapat selama atau setelah pengujian dilakukan. Dalam penelitian unjuk kerja Kincir Angin Poros Horizontal adalah sebagai berikut :
2.4.1 Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, energi kinetik ialah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak dan dapat dirumuskan sebagai berikut :
(39)
Ek = m v 2 (1) dengan Ek adalah energi kinetik (J), m adalah massa udara (kg), dan v adalah kecepatan angin (m/s).
Daya merupakan energi persatuan waktu, maka dari persamaan diatas dapat dituliskan :
Pin= ½ . m . v2 (2)
dengan Pin adalah daya yang dihasilkan angin J/s (watt), m adalah massa udara yang mengalir persatuan waktu (kg/s), dan v adalah kecepatan angin (m/s).
massa udara yang mengalir persatuan waktu adalah :
m = ρ . A . v (3)
dengan ρ adalah massa jenis udara (kg/m3), dan A adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).
Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin (Pin) dirumuskan menjadi :
Pin= ½ (ρ .A .v)v2, Disederhanakan menjadi :
Pin = ½ ρ .A .v3 (4)
2.4.2 Torsi Kincir Angin
Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memilki jarak terhadap sumbu poros yang berputar, dengan persamaan sebagai berikut :
T = F l, (5)
dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), F adalah gaya pembebanan (N), dan l adalah jarak lengan torsi ke poros (m).
(40)
18
2.4.3 Tip Speed Ratio (TSR)
Tip Speed Ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu Kincir Angin yang berputar dengan kecepatan angin.
Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai :
(Vt) = ωr, (6)
dengan Vt adalah kecepatan ujung sudu, ω adalah kecepatan sudut (rad/s), dan r adalah jari – jari kincir (m).
Sehingga TSRnya dapat dirumuskan sebagai berikut :
= � � (7)
dengan r adalah jari – jari kincir (m), n adalah putaran poros kincir tiap menit (rpm), dan v adalah kecepatan angin (m/s).
2.4.5 Daya Kincir Angin Mekanis
Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :
Pout Mekanis = T ω (8)
dengan T adalahtorsi dinamis (N.m), danω adalah kecepatan sudut (rad/s). Kecepatan sudut (ω) didapat dari :
� = � � ��
� = �
(41)
ω = .π
ik � /
Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan (7), yaitu :
Pout Mekanis = T � .
ik � / (9) dengan Pout adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt), dan n adalah putaran poros (rpm).
2.4.6 Daya Kincir Angin Listrik
Daya yang dihasilkan (Pout) adalah daya yang dihasilkan oleh generator sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakan melingkari kincir dapat dirumuskan sebagai berikut :
Pout Listrik = V.I (10) dengan V adalah tegangan (Volt), dan I adalah arus (Ampere).
2.4.7 Koefisien Daya (Cp)
Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :
�� = PPi (11)
dengan Cp adalah koefisien daya (%), Pout adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), dan Pin adalah daya yang disediakan oleh angin (watt).
(42)
20
2.5 PVC
PVC (PolyVinyl Chloride) adalah polimer termoplastik urutan ketiga jumlah penggunaan di dunia setelah polietilena dan polipropilena. Terdiri dari gas
chlorine dan ethylene. Polimer tersebut apabila dipanaskan akan meleleh
(melunak), dan dapat dilebur untuk dicetak kembali (didaur ulang). PVC diproduksi dengan cara polimerisasi adisi yaitu polimer yang terbentuk melalui reaksi dari berbagai monomer .
Kelebihan dari PVC :
a. Fleksibel. e. Masa jenis rendah (ringan).
b. Titik leleh rendah. f. Dapat dibentuk ulang (daur ulang). c. Tahan terhadap bahan kimia. g. Tahan terhadap korosi.
d. Tahan terhadap air. Kekurangan:
a. Tidak tahan terhadap panas.
b. Tidak tahan terhadap beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandigkan dengan metal.
2.5.1 Penyusun PVC
Penyusun pada PVC dibagi menjadi dua yaitu : A. Gas Clorine
Gas Clorine adalah unsur kimia murni memiliki bentuk fisik gas diatomik hijau dan bersifat reaktif. Sifat gas klorine yang reaktif ini digunakan dalam berbagai industri kimia, antara lain sebagai perantara dalam sintesis berbagai bahan kimia, termasuk PVC, pembersih rumah tangga dan pemutih kertas.
(43)
B. Ethylene
Ethylene adalah hidrokarbon dengan rumus C2H4 dan merupakan gas yang mudah terbakar. Beberapa contoh polimer yang menggunakan etilena seperti ethylene dichloride (EDC), vinil klorida (VCM), polyvinyl chloride (PVC).
2.5.2 Penggolongan Polimer
A. Penggolongan polimer berdasarkan asalnya yaitu : 1. Polimer Alam
Polimer alam adalah senyawa yang dihasilkan dari proses metabolisme mahluk hidup. Jumlahnya yang terbatas dan sifat polimer alam yang kurang stabil, mudah menyerap air, tidak stabil karena pemanasan dan sukar dibentuk menyebabkan penggunaanya amat terbatas.Contohdari poimer alam yaitu : Amilum dalam beras, jagung, kentang, pati, selulosa dalam kayu, Protein terdapat dalam daging,Karet. Sifat – sifat polimer pada alam adalah :
a. Cepat rusak. d. sifat hidrofilik (suka air). b. Tidak elastis. e. sukar dilebur dan,
c. Tidak tahan terhadap minyak. f. sukar dicetak.
Karena sifat – sifat polimer alam kurang menguntungkan sehingga sangat sukar mengembangkan fungsi polimer alam untuk tujuan – tujuan yang lebih luas dalam kehidupan sehari-hari.
2. Polimer Sintetis.
Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari bahan baku kimia. Contoh polimer sintetis seperti polyetena, polipropilena, polyvynil chlorida (PVC), dan nylon.Kebanyakan polimer ini sebagai plastik yang digunakan untuk berbagai keperluan baik untuk rumah tangga, industri, atau mainan anak-anak.Pengaplikasian polimer sintetis dalam kehidupan
(44)
22
sehari-hari adalah nylon, poliester, kantong plastik dan botol, pita karet dan PVC.
B. Penggolongan polimer berdasarkan sifatnya terhadap panas.
Berdasarkan sifatnya terhadap panas, polimer dapat dibedakan atas
polimer termoplastic (tidak tahan panas) dan polimer termosting (tahan
panas).
1. Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali
(recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer
yang akan menjadi keras apabila di dinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila di dinginkan. Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, PVC, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).
2. Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik.
C. Penggolongan polimer berdasarkan kegunaanya. 1. Polimer komersial (commodity polymers).
Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari. Contoh polimer komersial yaitu : Polietilena massa jenis rendah (LDPE), Polietilena massa jenis
(45)
rendah (HDPE), Polipropilena (PP), dan Poli vinil klorida (PVC), dapat dilihat pada tabel 2.1 Contoh dan kegunaan Polimer Komersial :
Tabel 2.1 Contoh dan Kegunaan Polimer Komersial.
2. Polimer teknik (engineering polymers).
Polimer ini sebagian dihasilkan di Negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, pesawat), bahan bangunan (pipa PVC), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin – mesin industri dan barang – barang konsumsi.
Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, polyester, PVC.
3. Polimer fungsional (functional polymers)
Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil.
Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolymer.
No Polimer Komersial Kegunaan atau Manfaat
1 Polietilena massa jenis rendah (LDPE)
Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapis.
2 Polietilena massa jenis rendah (HDPE)
Botol, drum, pipa, saluran, lembaran film, isolasi.
3 Polipropilena (PP) Tali, anyaman, karpet, film 4 Poli vinil klorida (PVC) Pipa pralon, isolasi
(46)
24 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah - langkah kerja dalam melakukan penelitian ini meliputi perancangan Kincir (sudu) hingga analisis data dan dinyatakan dalam bentuk gambar diagram alur metode penelitian seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.1 berikut ini :
Gambar 3.1 Diagram alur metode penelitian. Mulai
Perancangan Kincir Angin propeller dengan empat sudu poros horizontal menggunakan mal yang digambar terlebih dulu diatas karton.
Pengambilan data untuk mengetahui rpm, kecepatan angin, gaya pengimbang, tegangan, arus dan data pembebanan menggunakan lampu pada saat Kincir Angin berputar.
Pengolahan data untuk mencari koefisien daya, daya mekanis, daya elektris dan tip
speed ratio pada masing – masing variasi kecepatan angin.
Selesai.
Pembuatan sudu Kincir Angin berbahan PVC 8 inch dengan diameter 1 m, lebar maksimal 14 cm pada jarak 20 cm dari pusat poros.
(47)
3.1.1 Perlakuan Metode Penelitian
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu sebagai berikut :
1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur – literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat.
Pembuatan alat uji Kincir Angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi).
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu Kincir Angin jenis propeler pada wind tunnel.
3.2Alat dan Bahan
Model Kincir Angin t i p e propeller dengan bahan PVC 8 inch Kincir ini dibuat dengan diameter 1 Meter, lebar maksimum sudu 14 cm, pada jarak 20 cm dari pusat poros.
1. Sudu kincir angin.
Ukuran dari sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.
(48)
26
Gambar 3.2 Sudu kincir angin.
2. Dudukan sudu.
Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu, untuk mengatur sudu kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.3.
(49)
3. Panel lampu.
Panel lampu berfungsi untuk memasang lampu untuk pembebanan Kincir Angin pada saat berputar, dalam pengujian yang dilakukan ini terdapat 18 panel lampu dimana 12 panel lampu sudah disediakan dilab konversi energi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, dan yang 6 lagi dibuat sendiri karena menggunakan 12 pembebanan dirasa kurang untuk data yang dibutuhkan. Dapat dilihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Panel lampu.
4. Fan blower.
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara dan memutar Kincir Angin,
fan blower dengan power sebesar 15 Hp. Dapat dilihat pada Gambar 3.5
(50)
28
Gambar 3.5 Fan blower.
5. Tachometer.
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation perminute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan penampil. Dapat dilihat pada Gambar 3.6 menunjukan bentuk tachometer yang digunakan dalam pengujian.
(51)
Gambar 3.6 Tachometer.
6. Timbangan digital.
Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat Kincir Angin berputar. Dapat dilihat pada Gambar 3.7 menunjukan bentuk dari Timbangan digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakan pada bagian lengan generator.
(52)
30
7. Anemometr.
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang dihembuskan oleh fan blower, dapat dilihat pada Gambar 3.8 menunjukan bentuk dari anemometer yang digunakan dalam penelitian ini.
Gambar 3.8 Anemometer.
8. Voltmeter.
Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan Kincir Angin oleh setiap variasinya. Dapat dilihat pada Gambar Voltmeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.9.
(53)
9. Amperemeter.
Ampermeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir Angin dengan setiap variasinya. Gambar Ampermeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.10 Ampermeter.
Gambar 3.10 Amperemeter.
10. Pembebanan.
Pembebanan yang dilakukan pada Kincir Angin saat berputar menggunakan lampu bermaksud untuk mengetahui performa Kincir Angin. Variasi voltase lampu yang diberikan bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu 100 Watt sebanyak 18 buah, lampu 75 Watt sebanyak 3 buah. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.11 Pembebanan lampu.
(54)
32
Gambar 3.11 Skema pembebanan.
Gambar 3.12 Rangkaian Pembebanan lampu. Kincir Angin
Input Generator
Output
Voltmeter Terminal
Panel pembebanan Amperemeter
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
(55)
3.3 Desain Kincir
Desain Kincir Angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.14, gambar tersebut menunjukan bahwa Kincir Angin yang dibuat dengan panjang diameternya berukuran 1,3 m dengan lebar maksimum sudu 14 cm.
Gambar 3.13 Desain Kincir.
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin
Pembuatan sudu Kincir Angin merupakan suatu proses yang dilakukan secara bertahap dan dengan desain kincir atau sket yang sudah dibuat sebelumnya, ukuran, bentuk yang sudah ditentukan, agar pada saat pembuatan sudu dapat langsung diterapkan sebagai mana desain atau sket ditentukan.
3.4.1 Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu
Dalam pembuatan sudu kincir dilakukan dengan proses bertahap, serta membutuhkan alat dan bahan untuk pebuatan sudu tersebut. Alat dan bahan yang digunakan dapat dilihat dalam Tabel 3.1 :
(56)
34
Tabel 3.1 Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu.
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu
Proses pembuatan Sudu Kincir Angin dilakukan melalui beberapa tahapan, dalam pembuatan sudu ada tahapan – tahapan yang harus dilakukan seperti berikut :
1. Memotong pipa PVC 8 inchi dengan panjang 50 cm.
Pipa PVC 8 inchi ini digunakan sebagai bahan utama sudu Kincir Angin, dalam proses pemotongan pipa menggunakan Gerinda, namun diberi jalur terlebih dahulu menggunakan Gergaji besi dan menjadi 8 potong dengan masing – masing panjang potongannya 50 cm, karena panjang awal pipa 4 m. Setelah pipa dipotong – potong, kemudian pipa dibelah menjadi 3 bagian. Hal ini dilakukan bertujuan untuk memudahkan dalam pembentukan pipa yang akan mengikuti bentuk mal yang terdapat pada karton. Pipa yang digunakan adalah tipe pipa PVC 8 inchi, proses pemotongan pipa dapat dilihat pada gambar 3.15
No ALAT BAHAN
1 Kertas karton
2 Penggaris
3 Spidol
4 Gunting
5 Gerinda
6 Amplas
7 Bor
8 Timbangan digital
9 Gergaji besi
(57)
Gambar 3.14 Pemotongan pipa.
2. Membentuk cetakan Kertas Karton.
Cetakan pada kertas karton mempermudah dalam pembentukan belahan pipa menjadi sebuah sudu Kincir Angin. Cetakan kertas karton ditempelkan pada belahan pipa menggunakan spidol, cetakan kertas karton dapat dilihat pada gambar 3.16.
(58)
36
3. Membentuk Pipa dengan Mal Kertas Karton.
Pipa yang sudah ditandai dengan spidol sesuai dengan bentuk mal pada kertas karton, kemudian pipa dibelah menggunakan Gerinda. Dalam proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, belahan dimulai dengan mengikuti garis mal yang sudah ada pada pipa agar mudah dibelah. Proses pembelahan pipa dapat dilihat pada gambar 3.16.
Gambar 3.16 Pembentukan Sudu pada Pipa.
4. Menghaluskan Sudu.
Pipa yang telah dibentuk sesuai dengan mal pada kertas karton, lalu pinggiran pipa dihaluskan mengunakan Gerinda dan Amplas. Hal ini
(59)
dilakukan untuk mencapai sebuah presisi ukuran dan estetika dari pipa tersebut. Proses penghalusan ditunjukan pada gambar 3.17.
Gambar 3.17 Menghaluskan Sudu.
5. Finishing Sudu.
Pada proses finishing sudu ini meliputi : Pemotongan, Penghalusan dan Pengukuran berat sudu. Pengukuran berat sudu yang bertujuan untuk menyamakan berat semua sudu menjadi 500 gram dengan menggunakan timbangan digital.
6. Pembuatan Lubang Baut Sudu.
Pembuatan lubang baut pada sudu dilakukan agar sudu dapat dikaitkan dengan plat L yang menghubungkan sudu pada poros, pembuatan lubang menggunakan Bor dengan diameter lubang baut 10 mm.
(60)
38
Gambar 3.18 Pembuatan Lubang Baut Sudu.
7. Pemasangan Sudu Kincir Angin
Pemasangan sudu kincir angin dilakukan pada dudukan sudu, sebelum sudu dipasang pada dudukannya terlebih dahulu sudu kincir angin dipasang ke plat L terlebih dahulu menggunakan dua baut yang berdiameter 10 mm, setelah pemasangan plat pada sudu kincir angin barulah dipasang pada dudukan sudu. Dapat dilihat pada gambar 3.18.
(61)
Gambar 3.19 Sudu Yang Telah Terpasang.
3.5 Langkah Penelitian
Sebelum penelitian dilakukan langkah pertama yang harus dilakukan sebelum pengambilan data penelitian yang dibutuhkan adalah pemosisian Kincir Angin tepat di depan fan blower, pemasangan komponen poros penghubung Kincir Angin dengan system pembebanan lampu yang terdapat dibagian belakang Kincir Angin, proses pengambilan data, Kecepatan Angin, Putaran Poros (rpm), Tegangan, Arus Listrik dan Pembebanan lampu pada Kincir Angin ada beberapa hal yang harus dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Pemasanggan Plat L pada Blade atau Sudu. 2. Memasang Blade atau Sudu pada dudukan sudu.
3. Memasang Anemometer pada tiang yang tepat berada di depan Kincir Angin untuk mengukur kecepatan angin.
4. Pemasangan timbangan digital pada lengan generator. 5. Memasang generator pada posisi Kincir Angin.
(62)
40
6. Merangkai pembebanan lampu, Voltmeter dan Amperemeter yang dihubungkan menggunakan terminal.
7. Apabila semuanya sudah siap, maka fan blower dihidupkan guna memutar Kincir Angin.
8. Pada percobaan pertama Kincir Angin empat sudu akan berputar dengan kecepatan angin 8,3 m/s, untuk percobaan kedua Kincir Angin empat sudu akan diputar dengan kecepatan angin 7,2 m/s, dan percobaan terakhir Kincir Angin akan diputar pada kecepatan angin 6,1 m/s.
9. Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara memajukan atau memundurkan gawang Kincir Angin terhadap fan blower sampai menemukan variasi kecepatan angin yang diinginkan.
10.Jika kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang terlihat dari timbangan digital.
11.Mengukur kecepatan angin yang berhembus dari fan blower menggunakan
Anemometer dan kecepatan putaran Kincir Angin menggunakan
Tachometer.
(63)
41 BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Data hasil pengujian adalah data – data yang menunjukan hasil pengujian Kincir Angin empat sudu poros horizontal yang diambil atau di dapat pada saat pengujian dilakukan, dan dapat dilihat pada tabel – tabel berikut.
Tabel 4.1 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s.
NO
Kec, Angin rata - rata
Putaran
kincir Tegangan Arus
Gaya Pengimbang m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 8,3 564 36,80 0,00 80
2 8,3 555 35,43 0,15 110
3 8,3 547 34,70 0,30 140
4 8,3 532 33,46 0,42 160
5 8,3 522 32,33 0,58 210
6 8,3 499 31,50 0,71 250
7 8,3 482 30,51 0,80 300
8 8,3 472 28,48 1,09 340
9 8,3 453 27,71 1,17 370
10 8,3 429 26,30 1,20 380
11 8,3 416 25,59 1,28 390
12 8,3 398 24,79 1,36 420
13 8,3 389 23,89 1,48 440
14 8,3 379 22,60 1,60 470
15 8,3 350 21,48 1,67 490
16 8,3 335 21,17 1,73 500
17 8,3 319 20,62 1,84 520
18 8,3 305 19,90 1,91 540
(64)
42
Tabel 4.2 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s.
NO
Kec, Angin rata - rata
Putaran
kincir Tegangan Arus
Gaya Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 7,2 555 36,41 0,00 70
2 7,2 530 34,40 0,16 110
3 7,2 511 31,60 0,31 150
4 7,2 502 31,18 0,45 180
5 7,2 490 30,99 0,54 200
6 7,2 470 28,35 0,72 240
7 7,2 434 27,72 0,88 290
8 7,2 420 26,82 1,00 320
9 7,2 393 26,67 1,05 350
10 7,2 380 25,64 1,15 380
11 7,2 370 24,30 1,25 400
12 7,2 365 23,59 1,35 420
13 7,2 358 22,57 1,41 440
14 7,2 340 21,33 1,54 460
15 7,2 320 20,75 1,66 470
16 7,2 310 20,04 1,70 480
17 7,2 294 19,78 1,75 490
18 7,2 263 19,33 1,80 510
(65)
Tabel 4.3 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
NO
Kec, Angin rata - rata
Putaran
kincir Tegangan Arus
Gaya Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 6,1 416 27,09 0,00 70
2 6,1 395 26,15 0,16 90
3 6,1 380 25,99 0,26 130
4 6,1 365 24,50 0,37 170
5 6,1 354 23,55 0,46 190
6 6,1 337 22,70 0,50 210
7 6,1 320 21,40 0,60 220
8 6,1 314 20,98 0,73 260
9 6,1 288 19,50 0,80 280
10 6,1 267 18,50 0,90 310
11 6,1 258 17,26 1,06 330
12 6,1 245 16,50 1,23 350
13 6,1 235 15,31 1,35 370
14 6,1 217 14,48 1,39 400
15 6,1 209 13,99 1,48 420
16 6,1 190 12,10 1,59 440
17 6,1 180 11,99 1,69 460
18 6,1 175 11,55 1,79 480
(66)
44
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Setelah data – data yang di dapat dari pengujian maka selanjutnya dilakukan pengolahan data, dengan mempergunakan asumsi gunanya untuk mempermudah dalam pengolahan data sebagai berikut :
a) Percepatan Gravitasi Bumi = 9,81 m/s2 b) Massa Jenis Udara = 1,18 kg/m3
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Sebagai contoh perhitungan daya angin akan diambil dari, tabel 4.6 data perhitungan Kincir Angin empat sudu dengan variasi kecepatan angin 6,1 m/s, Massa Jenis Udara (ρ) = 1,18 kg/m3 dan Luas Penampang (A) = 0,785 m2. Maka dapat dihitung Daya Angin sebesar :
Pin = ½. ρ.A.v3
Pin = ½ x 1,18 x 0,785 x 6,13 Pin = 105 Watt
Jadi Daya Angin yang dihasilkan sebesar 105 Watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan data diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi dapat dihitung. Data diambil dari tabel 4.4 data perhitumgan Kincir Angin empat sudu dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s, pada pengujian pembebanan yang pertama. Dari data yang diperoleh besarnya, F = 1,08 N dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,27 m, maka torsi dapat dihitung :
T = F x l
(67)
T = 0,29 N.m Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,29 N.m.
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Mekanis
Sebagai contoh perhitungan diambil data dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian diperoleh variasi kecepatan angin 8,3 m/s, putaran poros (n) sebesar 555 rpm, dan torsi dari perhitungan yang telah dilakukan sebelumnya disub bab 4.2.2 sebesar 0,29 N.m, maka besaranya daya kincir dapat dihitung :
Pout = T x ω Pout = 0,29 x �. Pout = 0,29 x �. Pout = 16,93 Watt Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 16,93 Watt.
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik
Sebagai contoh perhitungan untuk daya listrik data diambil dari tabel pengujian 4.3 data pengujian Kincir Angin empat sudu dengan variasi kecepatan angin 6,1 m/s, pada pengujian ke tiga. Diperoleh tegangan sebesar 25,99 volt dan arus 0,26 ampere, maka daya listrik dapat dihitung :
Plistrik = V . I
Plistrik = 25,99 x 0,26 Plistrik = 6,75 Watt Jadi daya listrik yang dihasilkan sebesar 6,75 Watt.
(68)
46
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)
Sebagai contoh perhitungan untuk tip speed ratio data diambil dari tabel pengujian 4.2 data pengujian Kincir Angin empat sudu dengan variasi kecepatan angin 7,2 m/s, pada pengujian pertama dan pembebanan kedua data yang diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 58,12 rad/s, jari – jari kincir angin (r) = 0,5 m dan kecepatan angin sebesar 7,3 m/s. maka tip speed ratio dapat dihitung :
tsr = .�.�. .
tsr = � , � , � � , tsr = 3,98 Jadi tip speed ratio yang di dapat sebesar 3,98.
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Sebagai contoh perhitungan koefisien daya (Cp) hasil dari perhitungan diatas yaitu, daya angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 246 Watt dan daya dihasilkan oleh Kincir Angin pada sub bab 4.2.3 sebesar 16,17 Watt, maka koefisien daya (Cp)dapat dihitung :
Cp = � �� Cp = , Cp = 0,06 Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 0,06.
(69)
4.3 Data Hasil Perhitungan
Parameter yang sudah di dapat setelah melakukan penelitian lalu diolah dengan menggunakan software Microsoft Excel agar dapat menampilkan grafik hubungan antara putaran poros dengan torsi, grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio (TSR) dan grafik hubungan antara daya dengan torsi yang dihasilkan oleh ketiga variasi kecepatan angin. Data hasil perhitungan pada ketiga variasi kecepatan angin tersebut dapat dilihat pada tabel 4.4, 4.5 dan tabel 4.6.
(70)
48
Tabel 4.4 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s.
Gaya pengimbang Kecepatan sudut Beban Torsi Daya angin Daya output kincir mekanis Tip speed
ratio Tegangan Arus
Daya Listrik
Koefisien Daya Listrik N rad/s N,m Pin (watt) Pout (watt) TSR Volt Ampere Cp Cp 1 0,78 59,06 0,21 255 12,51 53,33 36,80 0,00 0,05 0 2 1,08 58,12 0,29 265 16,93 72,16 35,43 0,15 0,06 0,02 3 1,37 57,28 0,37 275 21,24 90,51 32,70 0,30 0,08 0,04 4 1,57 55,71 0,42 255 23,61 100,61 33,46 0,42 0,09 0,06 5 2,06 54,66 0,56 265 30,41 129,56 32,33 0,58 0,11 0,07 6 2,45 52,26 0,66 265 34,60 147,45 31,50 0,71 0,13 0,08 7 2,94 50,47 0,79 275 40,11 170,91 30,51 0,80 0,15 0,09 8 3,34 49,43 0,90 285 44,51 189,68 28,25 0,97 0,16 0,10 9 3,63 47,44 0,98 285 46,49 198,10 27,71 1,15 0,16 0,11 10 3,73 44,92 1,01 265 45,22 192,68 26,30 1,20 0,17 0,12 11 3,83 43,56 1,03 255 45,00 191,76 25,59 1,28 0,18 0,13 12 4,12 41,68 1,11 255 46,37 197,57 24,79 1,36 0,18 0,13 13 4,32 40,74 1,17 265 47,47 202,30 23,89 1,48 0,18 0,13 14 4,61 39,69 1,24 275 49,41 210,54 22,60 1,60 0,18 0,13 15 4,81 36,65 1,30 265 47,57 202,70 21,48 1,67 0,18 0,14 16 4,91 35,08 1,32 275 46,46 197,97 21,17 1,73 0,17 0,13 17 5,10 33,41 1,38 275 46,01 196,06 20,62 1,84 0,17 0,14 18 5,30 31,94 1,43 285 45,68 194,66 19,90 1,91 0,16 0,13 19 5,49 30,47 1,48 285 45,20 192,61 18,80 1,95 0,16 0,13 NO
(71)
Tabel 4.5 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s. Gaya pengimbang Kecepatan sudut Beban Torsi Daya angin Daya output kincir mekanis Tip speed
ratio Tegangan Arus
Daya Listrik
Koefisien Daya Listrik
N rad/s N,m Pin (watt) Pout (watt) TSR Volt Ampere Cp Cp
1 0,69 58,12 0,19 180 10,78 52,93 36,41 0,00 0,06 0 2 1,08 55,50 0,29 180 16,17 79,43 34,40 0,16 0,09 0,03 3 1,47 53,51 0,40 188 21,26 104,44 31,60 0,31 0,11 0,05 4 1,77 52,57 0,48 173 25,06 123,12 31,18 0,45 0,14 0,08 5 1,96 51,31 0,53 173 27,18 133,53 30,99 0,54 0,16 0,10 6 2,35 49,22 0,64 173 31,29 153,69 28,35 0,72 0,18 0,12 7 2,84 45,45 0,77 180 34,91 171,48 27,72 0,88 0,19 0,14 8 3,14 43,98 0,85 173 37,28 183,12 26,82 1,00 0,22 0,16 9 3,43 41,15 0,93 166 38,15 187,41 26,67 1,05 0,23 0,17 10 3,73 39,79 1,01 180 40,05 196,75 25,64 1,15 0,22 0,16 11 3,92 38,75 1,06 173 41,05 201,65 24,30 1,25 0,24 0,18 12 4,12 38,22 1,11 173 42,52 208,87 23,59 1,35 0,25 0,18 13 4,32 37,49 1,17 180 43,69 214,62 22,57 1,41 0,24 0,18 14 4,51 35,60 1,22 173 43,38 213,10 21,33 1,54 0,25 0,19 15 4,61 33,51 1,24 173 41,72 204,92 20,75 1,66 0,24 0,20 16 4,71 32,46 1,27 180 41,27 202,74 20,04 1,70 0,23 0,19 17 4,81 30,79 1,30 166 39,96 196,28 19,78 1,75 0,24 0,21 18 5,00 27,54 1,35 166 37,20 182,75 19,33 1,80 0,22 0,21 19 5,05 23,77 1,36 166 32,43 159,28 18,70 1,88 0,20 0,21 NO
(72)
50
Tabel 4.6 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
Gaya pengimbang
Kecepatan sudut
Beban
Torsi Daya angin Daya output kincir mekanis
Tip speed
ratio Tegangan Arus
Daya Listrik
Koefisien Daya Listrik
N rad/s N,m Pin (watt) Pout (watt) TSR Volt Ampere Cp Cp
1 0,69 43,56 0,19 105 8,08 46,83 27,09 0,00 0,08 0 2 0,88 41,36 0,24 100 9,86 57,17 26,15 0,16 0,10 0,04 3 1,28 39,79 0,34 105 13,70 79,44 25,99 0,26 0,13 0,06 4 1,67 38,22 0,45 110 17,21 99,79 24,50 0,37 0,16 0,08 5 1,86 37,07 0,50 110 18,66 108,17 23,55 0,46 0,17 0,10 6 2,06 35,29 0,56 105 19,63 113,81 22,70 0,50 0,19 0,11 7 2,16 33,51 0,58 105 19,53 113,22 21,40 0,60 0,19 0,12 8 2,55 32,88 0,69 110 22,64 131,29 20,98 0,73 0,21 0,14 9 2,75 30,16 0,74 105 22,37 129,68 19,50 0,80 0,21 0,15 10 3,04 27,96 0,82 110 22,96 133,11 18,50 0,90 0,21 0,15 11 3,24 26,18 0,87 110 22,88 132,68 17,26 1,06 0,21 0,17 12 3,43 25,66 0,93 116 23,78 137,90 16,50 1,23 0,21 0,18 13 3,63 24,61 0,98 110 24,12 139,83 15,31 1,35 0,22 0,19 14 3,92 22,72 1,06 116 24,08 139,59 14,48 1,39 0,21 0,17 15 4,12 21,89 1,11 116 24,35 141,17 13,99 1,48 0,21 0,18 16 4,32 19,90 1,17 105 23,19 134,45 12,10 1,59 0,22 0,18 17 4,51 18,85 1,22 110 22,97 133,16 11,99 1,69 0,21 0,18 18 4,71 18,33 1,27 110 23,30 135,09 11,55 1,79 0,21 0,19 19 4,81 17,17 1,30 105 22,29 129,23 10,70 1,90 0,21 0,19 NO
(73)
4.4 Grafik Hasil Perhitungan
Pengolahan data dan perhitungan yang telah dilakukan pada sub bab 4.1, 4.2 dan 4.3 mendapatkan hasil grafik. Grafik – grafik yang di dapat dari hasil perhitungan data tersebut antara lain, grafik hubungan antara rpm dan daya, grafik hubungan antara torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara koefisien daya dan tip
speed ratio (TSR). Grafik – grafik tersebut berikut penjelasannya dapat dilihat
berikut.
4.4.1 Grafik Hubunga Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s
Data dari tabel 4.4 perhitungan empat sudu variasi kecepatan angin 8,3 m/s, yang sudah diperoleh setelah melakukan perhitungan sebelumnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara Torsi (N.m) dan Daya (Pout). Grafik 4.1 menunjukan nilai Daya Kincir Mekanis (Pout Mekanis) puncaknya sebesar 49,41 Watt, dan nilai dari Daya Kincir Listrik (Pout Listrik) puncaknya sebesar 38,01 Watt.
Grafik 4.1 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s.
(74)
52
4.4.2 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s.
Data dari tabel 4.5 perhitungan empat sudu variasi kecepatan angin 7,2 m/s, yang sudah diperoleh setelah melakukan perhitungan sebelumnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara Torsi (N.m) dan Daya (Pout). Grafik 4.2 menunjukan nilai Daya Kincir Mekanis (Pout Mekanis) puncaknya sebesar 43,69 Watt, dan nilai dari Daya Kincir Listrik (Pout Listrik) puncaknya sebesar 35,16 Watt.
Grafik 4.2 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s.
4.4.3 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
Data dari tabel 4.6 perhitungan empat sudu variasi kecepatan angin 6,1 m/s, yang sudah diperoleh setelah melakukan perhitungan sebelumnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara Torsi (N.m) dan Daya (Pout). Grafik 4.3 menunjukan nilai Daya Kincir Mekanis (Pout Mekanis) puncaknya sebesar 24,35
(75)
Watt, dan nilai dari Daya Kincir Listrik (Pout Listrik) puncaknya sebesar 20,67 Watt.
Grafik 4.3 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin
Data dari tabel 4.4, 4.5 dan 4.6 yang sudah diperoleh setelah melakukan perhitungan sebelumnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara Daya Kincir (Pout Mekanis) dan Torsi (N.m).Pada grafik 4.4 menunjukan nilai tertinggi Daya Kincir Mekanis (Pout Mekanis) pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s. dari data tersebut bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka semakin besar pula daya yang dihasilkan oleh kincir, daya maksimal yang dicapai sebesar 49,41 Watt.
(76)
54
Grafik 4.4 Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin.
4.4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin
Dari tabel 4.4, 4.5, dan 4.6 yang sudah diperoleh setelah melakukan perhitungan sebelumnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara Daya Listrik (Pout Listrik) dan Torsi (N.m). Pada grafik 4.5 yang menunjukan Daya Kincir Listrik (Pout Listrik) dihasilkan kincir angin oleh ketiga variasi kecepatan angin, dari data tersebut semakin besar torsi yang dihasilkan maka semakin besar pula daya yang dihasilkan oleh kincir, daya maksimal yang dicapai sebesar 38,01 Watt.
(77)
Grafik 4.5 Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin.
4.4.6 Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin
Data dari tabel 4.4, 4.5 dan 4.6 yang sudah diperoleh setelah melakukan perhitungan sebelumnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara Torsi (N.m) dan Putaran Kincir, n (RPM). Pada grafik 4.6 menunjukan nilai torsi yang dihasilkan dari ketiga variasi kecepatan angin, dilihat dari grafik dapat dikatakan bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka kecepatan putara kincir semakin rendah. Variasi kecepatan angin 8,3 m/s mempunyai nilai torsi tertinggi yaitu 1,48 N.m, dari pada kedua variasi kecepatan angin lainnya.
(78)
56
Grafik 4.6 Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin.
4.4.7 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin
Pada grafik 4.7 menunjukan hubungan antara koefisien daya mekanis dan TSR pada ketiga variasi kecepatan angin, koefisien daya mekanis maksimal dihasilkan pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s dengan nilai sebesar (Cp
Mekanis) 0,25 yang terjadi pada TSR sebesar 2,47, sedangkan pada variasi
kecepetan angin 6,1 m/s menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar
(Cp Mekanis) 0,22 pada nilai TSR sebesar 1,63 dan pada variasi kecepatan angin
8,3 m/s nilai koefisien daya maksimal (Cp Mekanis) sebesar 0,18 pada nilai TSR sebesar 2,45.
(79)
Grafik 4.7 Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin.
(80)
58 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah selesai melakukan pegujian pada Kincir Angin Empat Sudu Poros Horizontal, pengambilan data dan menganalisis data dapat disimpulkan beberapa tentang beberapa hal sebagai berikut :
a. Sudah berhasil dibuat Kincir Angin Poros Horizontal dengan Empat Sudu yang berbahan dasar pipa PVC 8 inchi, yang berdiameter 1 m, lebar maksimum 14 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.
b. Unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir angin poros horizontal empat sudu, sebagai berikut :
➢ Torsi yang dihasilkan oleh variasi kecepatan angin 8,3 m/s merupakan nilai torsi terbesar yaitu 1,48 N.m.
➢ Daya Mekanis terbesar yang dihasilkan oleh Kincir Angin Empat Sudu pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s daya maksimal yang dicapai sebesar 49,41 Watt.
➢ Daya Listrik terbesar yang dihasilkan oleh Kincir Angin Empat Sudu pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s daya maksimal yang dicapai sebesar 38,01 Watt.
c. Nilai koefisien daya tertinggi yang di dapat pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s yaitu sebesar 0,25 yang terjadi pada Tip Speed Ratio (TSR) sebesar 2,47.
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian ada beberapa saran yang dapat menjadi perhatian untuk penelitian berikutnya :
(81)
a. Perlunya bentuk – bentuk atau desain lain untuk Kincir Angin Poros Horizontal dan penelitian selanjutnya.
b. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang berat Sudu Kincir Angin agar antara sudu satu dengan sudu lainnya mempunyai berat yang sama.
c. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang bentuk sudu agar semua sudu yang dibuat presisi.
d. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang pengurangan berat sudu dan jumlah pembebanan yang diberi pada saat penelitian.
e. Perlunya untuk menguji Kincir Angin Poros Horizontal dengan variasi kecepatan angin yang lebih rendah (5 m/s – 3 m/s), karena karakteristik kecepatan angin di Indonesia cenderung rendah.
(82)
60
DAFTARA PUSTSKA
BAPPEDA Kabupaten Bantul, Bidang Data, Penelitian dan Pengembangan., “
Teknologi Energi Listrik Hibrid di Bantul, DIY ”. Sumber :
www.bappeda.bantulkab.og.id. Diakses Juni 2016.
Heryanto, Valentinus Kelvin., 2014, “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal 4 Sudu Berbahan Pipa PVC 8 inchi Dengan Variasi Kemiringan Sudu”.
Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Sumber :
https://repository.usd.ac.id//6663//2//125214069-full.pdf.Diakses Juni 2016.
Indarto., 2006, “Konversi dan Konservasi Energi”. Pidato pengukuhan guru besar UGM. Sumber : https://etd.repository.ugm.ac.id//84474//S2–2015– 357606bibliography.pdf. Diakses Juni 2016.
Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy Sistem”. Manhattan. Sumber :
https://repository.usd.ac.id/6663//2//125214069-full.pdf. Diakses Juni 2016.
Lungan, Franciscus., 2008, “ Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Sumbu
Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 3,5 Meter Modifikasi Pemotong dan
Pengaturan Sudut Pitch”. Jurnal Teknik Mesin, ITB. Sumber :
https://defiaryanto.files.wordpress.com/2013//10/-desain-turbin- angin-ho rizo nt al.pdf.Diakses Juni 2016.
PT Wavin Duta Jaya., “Aplikasi Pipa Air Bersih Bertekanan dan Buangan”.
Wavin Standard. Sumber : http://www.wavin.co.id/uploads/2015/07/Brosur-Wavin-Standar d.pdf.Diakses Juni 2016.
Sari, Eka., 2012, “Belanda Sang Negeri Kincir Angin”. Sumber : http://www.1powerbloger.com. Diakses Juni 2016.
Y.Daryanto., Yogyakarta, 5 April 2007, “Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit
(83)
https://elkace.files.wordpress.com/2008/02/kincirangin.pdf. Diak ses Juni 2016.
- http://www.berpendidikan.com/2015/06/macam-macam-angin-beserta-contoh-gambar-dan-penjelasannya.html. Diakses Juni 2016.
- http://softilmu.blogspot.com/2013/07/pengertian-dan-macam-macam-angin.html. Dakses Juni 2016.
- http://www.rumah.com/berita-properti/2015/3/86231/jenis-jenis-pipa-pvc-yang-pe rlu-anda-ketahui. Diakses Juni 2016.
-
http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-D.KU/edukasi.net/Fenomena.Alam/Jenis.Angin/ma teri2.html. Diakses Juni 2016.
- http://www.gurupendidikan.com/pengertian-dan-macam-macamanginterlengkap/. Diakses Juni 2016.
- http://edhiekran.blogspot.co.id/2014/09/mengenal-pipa-pvc.html. Diakses Juni 20 16.
- http://benergi.com//manfaatenergianginsebagaienergialternatif. Diakses Juni 2016.
- http://dokumen-makalah.blogspot.co.id/2014/12/angin.html. Diakses Juni 2016.
- https://geograph88.blogspot.co.id/2013/04/angin-fohn.html. Diakses Juni 2016.
(84)
62
Kec, Angin
Kec, Angin rata - rata
Gaya Pengimb ang Putaran kincir Gaya pengimba ng Beban Torsi Kecepata n sudut Daya angin Daya output kincir mekanis Tip speed ratio Koefisien daya Mekanis
Tegangan Arus Daya
Listrik
Koefisien Daya Listrik
m/s m/s F (gram) n (rpm) N N,m rad/s Pin (watt) Pout (watt) TSR Cp Volt Ampere Watt Cp
1 0 8,2 8,3 80 564 0,78 0,21 59,06 255 12,51 3,60 0,05 36,80 0,00 0,00 0
2 100 8,3 8,3 110 555 1,08 0,29 58,12 265 16,93 3,50 0,06 35,43 0,15 5,31 0,02
3 200 8,4 8,3 140 547 1,37 0,37 57,28 275 21,24 3,41 0,08 34,70 0,30 10,41 0,04
4 300 8,2 8,3 160 532 1,57 0,42 55,71 255 23,61 3,40 0,09 33,46 0,42 14,05 0,06
5 400 8,3 8,3 210 522 2,06 0,56 54,66 265 30,41 3,29 0,11 32,33 0,58 18,75 0,07
6 500 8,3 8,3 250 499 2,45 0,66 52,26 265 34,60 3,15 0,13 31,50 0,71 22,37 0,08
7 600 8,4 8,3 300 482 2,94 0,79 50,47 275 40,11 3,00 0,15 30,51 0,80 24,41 0,09
8 700 8,5 8,3 340 472 3,34 0,90 49,43 285 44,51 2,91 0,16 28,25 0,97 27,40 0,10
9 800 8,5 8,3 370 453 3,63 0,98 47,44 285 46,49 2,79 0,16 27,71 1,15 31,87 0,11
10 900 8,3 8,3 380 429 3,73 1,01 44,92 265 45,22 2,71 0,17 26,30 1,20 31,56 0,12
11 1000 8,2 8,3 390 416 3,83 1,03 43,56 255 45,00 2,66 0,18 25,59 1,28 32,76 0,13
12 1100 8,2 8,3 420 398 4,12 1,11 41,68 255 46,37 2,54 0,18 24,79 1,36 33,71 0,13
13 1200 8,3 8,3 440 389 4,32 1,17 40,74 265 47,47 2,45 0,18 23,89 1,48 35,36 0,13
14 1300 8,4 8,3 470 379 4,61 1,24 39,69 275 49,41 2,36 0,18 22,60 1,60 36,16 0,13
15 1400 8,3 8,3 490 350 4,81 1,30 36,65 265 47,57 2,21 0,18 21,48 1,67 35,87 0,14
16 1500 8,4 8,3 500 335 4,91 1,32 35,08 275 46,46 2,09 0,17 21,17 1,73 36,62 0,13
17 1600 8,4 8,3 520 319 5,10 1,38 33,41 275 46,01 1,99 0,17 20,62 1,84 37,94 0,14
18 1700 8,5 8,3 540 305 5,30 1,43 31,94 285 45,68 1,88 0,16 19,90 1,91 38,01 0,13
19 1800 8,5 8,3 560 291 5,49 1,48 30,47 285 45,20 1,79 0,16 18,80 1,95 36,66 0,13
NO Hambata
n Watt
L
AM
P
IRA
N
(1)
71
Lampiran 16. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s.
Lampiran 17. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
(2)
72
Lampiran 18. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin.
Lampiran 19. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s.
(3)
73
Lampiran 20. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s.
Lampiran 21. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanispada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s.
(4)
74
Lampiran 22. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s.
Lampiran 23. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanispada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
(5)
75
Lampiran 24. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s.
Lampiran 25. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin.
(6)
76
Lampiran 26. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Listrik pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin.